文档介绍：第二章工程材料的基本性能第一节材料的力学性能第二节材料的物理、化学性能第三节不同种类材料的主要性能比较第一节材料的力学性能材料的力学性能主要是指材料的宏观性能,如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。弹性性能材料在外力作用下发生变形,如果外力不超过某个限度,在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形,称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。拉伸试样常制成圆截面或矩形截面棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定:对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d;对于矩形截面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力-应变图。图2-2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l),纵坐标表示载荷P(或应力σ=P/A)。图中的曲线从原点到点p为直线,pe段为曲线,载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。图2-1图2-2比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限,即图中点p所对应的应力,以σp表示。在应力低于σp的情况下,应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限,即图中点e所对应的应力,以σe表示。若在应力超出σe后卸载,试样中将出现残余变形。比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响,并不易测准,所以在有关标准中规定,对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量(用切线斜率的偏差表示)的应力作为"规定比例极限"。对于弹性极限,规定以产生某一微量残余变形对应的应力作为"规定弹性极限",例如,%残余变形所对应的应力为规定弹性极限,记为σ。实际上,比例极限和弹性极限很接近。弹性模量材料在弹性变形阶段内,应力和应变的比值称为弹性模量。以E表示弹性模量,则E=σ/ε或σ=Eε。,所以弹性模量又称杨氏模量。剪切弹性模量处在剪切弹性变形阶段的材料中剪应力τ和剪应变γ也存在正比例关系,其比值称为剪切弹性模量,简称剪切模量。以G表示剪切弹性模量,则G=τ/γ或τ=Gγ。泊松比材料沿载荷方向产生伸长(或缩短)变形的同时,在垂直于载荷的方向会产生缩短(或伸长)变形。垂直方向上的应变ε1与载荷方向上的应变ε之比的负值称为材料的泊松比。以v表示泊松比,则v=-ε1/ε。在材料弹性变形阶段内,v是一个常数。理论上,材料的三个弹性常数E、G、v中,只有两个是独立的,因为它们之间存在如下关系: G=E/2(1+v)。塑性性能载荷卸除后不能消失的变形称为残余变形。材料保持残余变形的能力称为塑性,因而残余变形又称为塑性变形。反映材料塑性性能的参量有屈服极限、延伸率和断面收缩率等。此外,与塑性性能有关的现象有材料的强化现象和拉伸试样的颈缩现象。若加载在材料中引起的应力超过σe,则卸载后有一部分变形不能消失,这种变形就是塑性变形。屈服极限在拉伸试验中,若试样中的应力到达图2-2中y点所对应的值,即使载荷不再增大,试样仍继续伸长,因而在拉伸曲线上出现一水平段(ys段),这种现象称为屈服或流动。屈服现象是由于金属中晶体的滑移造成的。曲线上点y的应力值σy称为材料的屈服极限,也称流动极限。对于无屈服现象的材料,工程上规定,%塑性变形量的应力作为"规定屈服极限",常称为屈服强度,。强化屈服阶段结束后,拉伸曲线又呈上升状,即要使试样继续变形,就须增大载荷,这种现象称为材料强化。图2-2中sB段曲线为强化阶段。在点B以前,试样的塑性变形是各处均匀的,点B对应于载荷最大值,其值Pb除以试样原横截面积A,所得的应力称为材料的强度极限,以σb表示,即σb=Pb/A。冲击功使试样在冲击载荷下破断所必须的有效功,通常由冲击试验求得。试验中所用的带缺口的标准冲击试样和冲击试验机如图2-3和图2-4所示。试验中摆锤冲断试样过程中所作的功就是冲击功AK,其值为: AK=W(H1-H2)式中W为摆锤重量;H1为摆锤开始下落时的高度;H2为试样冲断后摆锤摆起的高度。除了标准的冲击试样外,有时也用非标准试样,它们主要是缺口的形式有些不同。对于某些脆性材料,常采用无缺口冲击试样。在研究工作中,有时还采用拉伸冲击试验和扭转冲击试验。