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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载材料性能学复习总结(王从曾版)第一章1. 熟识力 拉伸曲线和应力 应变曲线的测试方法;书本 P1 常用的拉伸试件 :为了比较不同尺寸试样所测得的延性 ,要求试样的几何相像,l0A01/2要为一常数其中 A0 为试件的初始横截面积;光滑圆柱试件 :试件的标距长度 l0 比直径 d0要大得多;通常,l0=5d0 或 l0=10d0 板状试件 :试件的标距长度 l0应满意以下关系式:l0=5.65A01/2 或11.3A0 1/2 ;a.拉伸加载速率较低 ,俗称静拉伸试验;严格依据国家标准进行拉伸试验,其结果方为有效,由不同的试验室
2、和工作人员测定的拉伸性能数据才可以相互比较;b.拉伸试验机带有自动记录或绘图装置,记录或绘制试件所受的载荷 P 和伸长量 l 之间的关系曲线 ; 工程应力 载荷除以试件的原始截面积即得工程应力,=PA0 工程应变 伸长量除以原始标距长度即得工程应变 ,= ll0 2. 把握弹性变形的实质(书本第三页)构成材料的原子或分子自平稳位置产生可逆位移的反应;名师归纳总结 3. G把握弹性变形的性能指标第 1 页,共 23 页E = 2 1+n- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载E: 正弹性模量(杨氏摸量)n:柏松比G:切弹性模量物理意义:产生
3、100 弹性变形所需的应力;工程意义: 工程上把弹性模量 E、G 称做材料的刚度,它表示材料在外载荷下抗击弹性变形的才能;4. 弹性比功熟识弹性比功、弹性极限、比例极限的物理意义和工程意义We :材料开头塑性变形前单位体积所能吸取的弹性变形功,又称弹性比能或应变比能;比例极限 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力,其表达式为弹性极限 是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力,其表达式为sp、s e 的工程意义:对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件,应以比例极限作为挑选材料的依据;对于服役条件不答应产生微量塑性变形的机件,设计时应按弹性极限来挑选材料;5. 熟识影响弹性模
4、量的主要因素E = k / r m k,l 键合方式和原子结构共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数;对于金属元素:m1 特点常数,r 原子半径, r 增加, E 减小l 晶体结构单晶体材料:各向异性,最密晶向上E 较大,反之就小;多晶体材料:各晶粒的统计平均值,表现为各向同性,但称为伪各向同性;介于单晶体最大值与最小值之间;非晶态材料:各向同性;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - l 微观组织学习必备欢迎下载对金属材料来说E 是一个组织不敏锐的力学性能指标,而对高分子和陶瓷 E 对结构和组织敏锐;l 温度 T T
5、原子结合力下降,E ;l 加载条件 金属、陶瓷 E 影响不大,对高分子 E 有影响;6. 把握几种非抱负弹性行为的定义、物理意义以及工程上的利弊;l 滞弹性:材料在快速加载或就卸载后,随时间的延长而产生的附加弹性应变得性能;l 粘弹性 定义:材料在外力作用下,弹性和粘性两种变形机制同时存在的力学行为; 表现为应变对应力的响应(或反之) 不是瞬时完成, 而需要通过一个馳豫过程,但卸载后应变逐步复原,不留残余变形;表现形式:应力松驰:恒定温度和形变作用下,材料内部的应力随时间增加而逐步衰减的现象;蠕变: 恒定应力作用下,试样应变随时间变化的现象;高分子材料当外力去除后,这部分蠕变可缓慢复原;l 伪
6、弹性 定义:在肯定温度条件下,当应力达到肯定水平后,金属或合金将由应力诱发马氏体相变,相伴应力诱发相变产生大幅度弹性变形的现象;伪弹性变形量60% 左右;工程应用:外形记忆合金l 包申格效应: 定义: 金属材料经预先加载,产生少量塑性变形(1-4% ),然后再同向加载,弹性极限(屈服极限)增加,反向加载,e 降低的现象;工程上:材料加工工艺时,需留意或考虑包申格效应,输油管 UOE 工艺包申格效应大的材料,内应力较大;包申格效应和材料的疲惫强度也有亲密关系;(书 12 )7. 把握塑性变形的机理; (书本 15 页)结晶态高分子材料 :塑变机制:塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的
7、过程;非晶态高分子材料:塑变机制: 在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载8. 把握塑性变形指标(屈服强度,延长率,伸长率)的测定方法;l 载荷增加到肯定时,突然下降后 ,载荷不变 ,试样连续塑变显现一锯齿平台.屈服下限应力为屈服强度S. 定义:材料抗击起始塑性变形或产生微量塑性变形的才能,用 S.表示;有屈服平台的材料:用 sl 作为 S;没有明显屈服的材料:条件屈服强度;工程意义(书本 17 页):1)塑性材料设计及选材标准
8、 塑性材料 := s/n n2, 脆性 = b/n n=6 2 )冷变形依据l 断后延长率材料的延长率与试样的尺寸有关;k= LK/L0 100% 合键 LK Lgt+ L N= L0+ A0 :结k= LK/ L0= + A0/ L0 l 断面收缩率=(A0-A1 )/ A0 100% 9. 明白影响屈服强度的主要因素屈服变形是位错增殖和运动的结果,凡影响位错运动的内外因都影响屈服强度;内因组织 结构原子本性 . 外因 :温度应变速率应力状态10. 明白断裂的基本概念、断裂的基本方式材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段;微孔形核长大和聚合是韧性断裂的主要过程. 断裂过程中塑性变形起
9、主导作用的断裂形式,断裂机制为剪切断裂;包括切离和微孔聚型断裂;杯锥状断口 -韧性材料断裂特点;三区:中心纤维区放射区剪切唇纤维区、放射区、剪切唇是韧性材料断口三要素, 各区大小取决于材料韧性程度、应力名师归纳总结 条件、温度、加载速度、试样大小;在其它条件肯定时,韧性高 , 纤维区大 ;温度低、加载速度第 4 页,共 23 页大、试样尺寸大,放射区大 ,脆性大 . . 宏观断口 :光亮、结晶状 . 常见脆性断裂机制: 解理 准解理 断裂、沿晶断裂- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 解理和晶间断裂有时也有塑性变形学习必备欢迎下载;,所以解理和沿晶断裂未必
10、是脆性断裂(判定)从力学上分,断裂分为正断、切断、混合断口;从工程上来说,分为脆断和韧断;但是正断不肯定是脆断,也有明显的塑性变形;切断是韧断,但是反之却不肯定成立;(判定)11. 把握断裂的机理(书本 28 页)TTg 韧性断裂非晶态聚合物断裂过程:银纹的形成、银纹质的断裂、微裂纹的形成、裂纹扩展、断裂;晶态及半晶态高分子材料,断裂过程取决于应力与分子链的相对取向;12. 明白内耗的基本概念内耗:材料由于弹性滞后使加载时材料吸取的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能,即部分能量被材料吸取,就是内耗. - 弹性滞后环加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线优点:滞后环面积,它可以削减振
11、动,使振动幅度很快衰减下来;缺点:精密仪器不希望有滞后现象;其次章1. 把握应力状态软化系数的概念应力状态软性系数:最大切应力与最大正应力的比值;(书本 38页)2. 熟识应力状态软性系数在试验设计中的应用(书本 38 页)3. 熟识扭转、弯曲与压缩试验的测试方法l 扭转试验采纳圆柱形 实心或空心 试件 , 在扭转试验机上进行;标距为100mm ;有时也采纳标距为 50mm 的短试件;l 弯曲试验:通常用弯曲试件的最大挠度 fmax 表征材料的变形性能;试验时,在试件跨距的中心测定挠度,绘成P-fmax 关系曲线,称为弯曲图;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选
12、学习资料 - - - - - - - - - l 学习必备欢迎下载A0d0 应取 1.5-2.0 常用的压缩试件为圆柱体;试件的高度和直径之比4. 熟识扭转、弯曲与压缩试验测试的力学性能指标分析(40页)l 利用扭转图,确定材料的切变模量 G,扭转比例极限 p, 扭转屈服强度0.3, 和抗扭强度切变模量 G = /=32Ml0 d04 扭转比例极限 p p=Mp/W 式中 Mp为扭转曲线开头偏离直线时的扭矩;扭转屈服强度 0.3 0.3 = M0.3 /W 式中 M0.3 为残余扭转切应变为 0.3% 时的扭矩;抗扭强度 b=Mb/W 式中 Mb 为试件断裂前的最大扭矩;1扭转时应力状态的柔度
13、系数较大,如淬火低温回火工具钢的塑性;因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料,2圆柱试件在扭转试验时,整个长度上的塑性变形始终是匀称的,其截面及标距长度 基本保持不变, 不会显现静拉伸时试件上发生的颈缩现象;因此, 可用扭转试验精确地测定高塑性材料的变形抗力和变形才能,而这在单向拉伸或压缩试验时是难以做到的;3扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式,正断或切断;4扭转试验时, 试件截面上的应力应变分布说明,它将对金属表面缺陷显示很大的敏锐性因此,可利用扭转试验讨论或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的成效;5扭转试验时,试件受到较大的切应力,因而仍被广泛地应用于讨论有关初始塑性变形的
14、非同时性的问题,如弹性后效、弹性滞后以及内耗等综上所述,扭转试验可用于测定塑性材料和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学性能指标, 并且仍有着其它力学性能试验方法所无法比拟的优点;检验中得到较广泛地应用;因此, 扭转试验在科研和生产然而, 扭转试验的特点和优点在某些情形下也会变为缺点,例如, 由于扭转试件中表面切应力大,越往心部切应力越小,当表层发生塑性变形时,心部仍处于弹性状态 见图3-1c ;因此, 很难精确地测定表层开头塑性变形的时刻,料的微量塑性变形抗力;故用扭转试验难以精确地测定材l 弯曲试验对于脆性材料,可依据弯曲图见图 3-7c ,用下式求得抗弯强度 bb bb=Mb/W 名师归纳
15、总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式中 Mb 为试件断裂时的弯矩,学习必备欢迎下载Pb,W 为截面抗弯系数,可依据弯曲图上的最大载荷按下式运算:对三点弯曲试件 : Mb=PbL 4. 对四点弯曲试件 : Mb=PbK 2 应用: 用于测定灰铸铁的抗弯强度,灰铸铁的弯曲试件一般采纳铸态毛坯圆柱试件;用于测定硬质合金的抗弯强度,硬质合金由于硬度高,难以加工成拉伸试件,故常做弯曲试验以评判其性能和质量;陶瓷材料的抗弯强度测定;(a)塑性材料, (b)中等塑性材料, (c)脆性材料l 压缩试验依据压缩曲线,可以求出压缩强度和塑性指
16、标;对于低塑性和脆性材料,一般只测抗压强度 bc,相对压缩 ck 和相对断面扩胀率 ck;抗压强度 bc bc=Pbc/A0 3-13 相对压缩 ck ck=h0-hk/h0 100 3-14 相对断面扩胀率 ck ck=Ak-A0/A0 100 3-15 式中 Pbc 为试件压缩断裂时的载荷;h0 和 hk 分别为试件的原始高度和断裂时的高度;A0 和 Ak 分别为试件的原始截面积和断裂时的截面积;名师归纳总结 压缩载荷变形曲线,1- 塑性材料, 2-脆性材料第 7 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 5. 学习必备欢迎下载43页)熟识
17、缺口对应力状态的影响(书本弹性状态下的应力分布缺口试样的应力集中,根部产生三向应力状态,是材料屈服变形困难,导致材料脆化;塑性状态下的应力分布在有缺口条件下,由于显现了三向应力,试样的屈服应力比单向拉伸时要高,即产生了所谓缺口 “强化 ”现象缺口使塑性材料得到“强化 ”,这是缺口的第三个效应6. 明白缺口试样的测试方法(概念)静拉伸和偏斜拉伸,缺口弯曲7. 明白硬度测试的物理意义、工程意义能;目前仍没有统一而准确的关于硬度的物理定义,硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性8. 熟识几种常用的硬度的测试方法(布氏硬度)l 布氏硬度: 施加压力P,压头直径 D, 压痕深度 h 或直径 d,运算出布氏硬
18、名师归纳总结 度值,单位为kgf/mm2 ;第 8 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载公式说明, 当压力和压头直径肯定时,压痕直径越大,布氏硬度值越低,即变形抗力越小;反之,布氏硬度值越高;布氏硬度的特点和适用范畴:压痕面积大, 能反映出较大范畴内材料各组成相的综合平均性能, 不受个别相和微区不匀称性的影响;布氏硬度分散性小,重复性好适合于测定粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度,象灰铸铁和轴承合金等;压痕较大, 不宜在实际零件表面、薄壁件、表面硬化层上测定布氏硬度;淬火钢球作压头,测定 质合金球作压头,测定的硬度可达 6
19、50HB 压头直径选定 : HB450 的材料的硬度;硬试件的厚度应大于压痕深度的 10 倍;尽可能选用大直径的压头;测试加载压力与试件表面垂直,匀称平稳,无冲击;要在同一材料上测得相同的布氏硬度,或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较,压痕的外形必需几何相像,压入角应相等;布氏硬度相同时,要保证压入角相等,就 P/D2 应为常数;l 洛氏硬度试验方法洛氏硬度是直接测量压痕深度,压痕愈浅表示材料愈硬常用的压头:顶角为 1200 的金刚石圆锥体,直径为 1.588mm1 16英寸 的钢球压头l 维氏硬度测定的原理与方法基本上与布氏硬度的相同,依据单位压痕表面积上所承担的压力来定义硬度值;测定维氏
20、硬度所用的压头为金刚石制成的四方角锥体,两相对面间的夹角为 136 ,所加的载荷较小;已知载荷 P,测得压痕两对角线长度后取平均值 d,运算维氏硬度值,单位为 kgf/mm2 HV=1.8544P/d2 名师归纳总结 9. 明白缺口对材料力学性能的影响第 9 页,共 23 页第三章材料的冲击韧性及低温脆性- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1. 熟识多冲和单冲试验的测试方法、物理意义以及工程工厂意义一次冲击弯曲试验:质量 m 的摆锤,举至高度 H,势能 mgH1 ;锤释放,将试件冲断;摆锤失去一部分能量,这部分能量就是冲断试件所作的功,
21、称为冲击功,以 Ak 表示;剩余的能量使摆锤扬起高度 H2 ,故剩余的能量即为 mgH2 ;Ak=mgH1-mgH2=mgH1-H2 Ak的单位为 Kgf.m 或 J;物理意义:用试样缺口处截面 aKVaKU ,即FNcm2 去除 AKVAKU ,便得到冲击韧度或冲击值aKVaKU=AKVAKU/FN aKVaKU 是一个综合性的力学性能指标,与材料的强度和塑性有关,单位为 Jcm2 多次冲击试验: 多次冲击试验在落锤式多次冲击试验机 周次 min 和600 周次 min ;冲击能量靠冲程调剂而变换PC-150 上进行,冲击频率为 450 0.1 1.5J ,可做多冲弯曲、拉伸和压缩试验试验后
22、可绘制出冲击功 AN 曲线,从 AN 多冲曲线不难看出,随冲击功A 的削减,冲断次数 N 增加;2. 把握低温脆性的工程意义(62页)3. 明白韧脆转化温度的测试方法以及对其的影响因素名师归纳总结 通常只是依据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义tk;为此, 需要在不同温度第 10 页,共 23 页下进行冲击弯曲试验,依据试验结果作出冲击吸取功温度曲线、 试样断裂后塑性变形量和温度的关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线等,依据这些曲线求tk;4. 系列冲击试验与材料韧性的关系5. 韧脆转化温度tk 的评定方法按能量法定义tk 的方法:1 当低于某一温度材料吸取的冲击能量基本不随
23、温度而变化,形成一平台,该能量称为“ 低阶能 ” ;以低阶能开头上升的温度定义tk,并记为 NDTnil - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - ductility temperature学习必备欢迎下载2高于某一温度材料吸取的能量,称为无塑性或零塑性转变温度,也基本不变, 形成一个上平台, 称为 “高阶能 ” ;以高阶能对应的温度为 tk, 记为 FTPfracture transition plastic;高于 FTP 的断裂,将得到 100 的纤维状断口;3以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义,并记为 FTEfracture transition el
24、astic;4以 Akv 15 呎磅20.3N m对应的温度定义,并记为V15TT ;这个规定是依据大量实践体会总结出来的;实践说明,低碳钢船用钢板服役时如冲击韧性大干 15 呎磅或在 V15TT 以上工作就不致于发生脆性断裂; 5温度下降,纤维区面积突然削减,结晶区面积突然增大,材料由韧变脆通常取结晶区面积占整个断口面积 50 时的温度为 tk,并记为 50FATT(fracture appearance transition temperature 或 FATT50 、t50;6. 影响材料低温脆性的因素的分析影响材料低温脆性的因素:1晶体结构的影响:体心立法金属及其合金存在低温脆性,而面
25、心立方金属及其合金一般不存在低温脆性;2化学成分的影响: 间隙溶质元素含量增加,高阶能下降,韧脆转变温度提高;加入置换型溶质元素(Ni、Mn 例外),一般也降低高阶能,提高韧脆转变温度,但是成效不明显;杂质元素 S、P、Pb 等使钢的韧性下降;3.显微组织的影响( 1)细化晶粒提高韧性(2)金相组织有影响 4.温度的影响主要是 “ 蓝脆 ”的影响 5.加载速率的影响, 提高加载速率犹如降低温度,使材料脆性增大,韧脆转变温度提高;加载速率对钢脆性的影响与钢的强度有;6试样外形和尺寸的影响,缺口曲率半径越小, tk,因此, V 型缺口试样的 tk 高于 U 型试样的 tk;当不转变缺口尺寸而只增加
26、试样宽度或厚度 时, tk 上升如试样各部分尺寸按比例增加时,加时应力状态变硬,且缺陷几率增大,故脆性增大;第四章 材料的断裂韧性1. 明白材料裂纹的基本方式a张开型 型 ;b 滑开型 型 ; c 撕开型 型tk 也上升这是由于试样尺寸增名师归纳总结 2. 熟识线弹性条件下的I 型裂纹大板的应力应变状态第 11 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载拉应力垂直作用于裂纹面,裂纹沿作用方向张开,沿裂纹面扩展;3. 把握 KIC 的基本概念、物理意义当应力和裂纹尺寸 a 单独或同时增大时,KI 和裂纹尖端的各应力重量也随之增大
27、;当应力或裂纹尺寸 a 增大到临界值时,也就是在裂纹尖端足够大的范畴内,应力达到材料的断裂韧性,裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂,这时 KI 也达到了一个临界值,这个临界 KI记为 KIC 或 KC,称为断裂韧性 概念 ,单位为 Mpa m1/2 或 KNm-3/2 ,物理意义, 其是一个表示材料抗击断裂的才能;KC 为平面应力断裂韧度,KIC 为平面应变断裂韧度.同一种材料KCKIC KIC:表示材料抗击断裂的才能,材料在平面应变状态下抗击裂纹失稳扩展的才能;4. 明白弹塑性条件下的断裂韧性(基本概念)5. 把握影响材料断裂韧度的因素断裂韧度作为评判材料抗击断裂才能的力学性能指标,它取决于材料
28、的化学成分、组织结构等内在因素,同时也受到温度、应变速率等外部因素的影响;一、化学成分、组织结构对断裂韧度的影响(1)化学成分的影响,对于金属材料, a细化晶粒的合金元素:因提高强度和塑性,可使断裂韧度提高;b剧烈固溶强化的合金元素:因大大降低塑性而使断裂韧度降低,并且随合金元素的浓度的提高,降低的作用更加明显;c形成金属间化合物并呈其次相析出的合金元素: 因降低塑性有利于裂纹扩展而使断裂韧度降低;对于陶瓷材料, 提高材料强度的组元,都将提高断裂韧度;对于高分子材料,增强结合键的元素都将提高断裂韧度;(2)基体相结构和晶粒尺寸的影响,一般而言,基体相晶体结构易于发生塑性变形,产名师归纳总结 生
29、韧性断裂,材料的断裂韧度就高;对于陶瓷材料,可以通过转变晶体类型,调整断裂韧度第 12 页,共 23 页的高低; 细化晶粒既可以提高强度,又可以提高塑性, 那么断裂韧度也可以得到提高;3夹杂和其次相的影响,对于金属材料,非金属夹杂物的其次相的存在对断裂韧度的影响可以归纳为:A. 非金属夹杂物往往使断裂韧度降低;(AB 缘由) B.脆性其次相随着体积分数的- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载增加,使得断裂韧度降低; C. 韧性其次相当其外形和数量适当时,可以提高材料的断裂韧度;对于陶瓷材料和复合材料,目前常利用适当的其次相提高其断裂韧度,
30、其次相可以是添加的,也可以是在成型时自扩散生成的如在SiC 、SiN 陶瓷中添加碳纤维,或加入非晶碳,烧结时自扩散生成碳晶须,可以使断裂韧度提高;4显微组织的影响,相同强度条件下,断裂韧度的大小 :)在低碳钢中,回火马氏体贝氏体)在高碳钢中,上贝氏体回火马氏体 下贝氏体;二、特殊改性处理对断裂韧度的影响(1)亚温淬火,获得不同外形和数量的未溶铁索体 +马氏体的复相组织,由于晶粒的细化、相界面积的增加、单位面积杂质浓度的降低、 铁素体对裂纹尖端应力集中的放松作用、裂纹沿相界面扩展途径的延长等,使得强度和韧性得到提高; (2)超高温淬火,对于中碳合金结构钢,采纳超高温淬火,虽然奥氏体晶粒显著粗化,
31、塑性和冲击吸取功降低,但断裂韧度提高6形变热处理,高温形变热处理由于动态再结晶,可以细化奥氏体晶粒,因而细化了淬火后的马氏体,使强度和韧性都提高;低温形变热处理除了细化奥氏体晶粒外,仍可增加位错密度, 促进合金碳化物弥散沉淀,降低奥氏体含碳量和增加细小板条马氏体的数量,因而提高强度和韧性;对于大多数材料,温度的降低通常会降低断裂韧度;三、外界因素对断裂韧度的影响 应变速率对断裂韧度的影响类似于温度;增加应变速率相当于降低温度,也可使 KIC 下降;6. 熟识断裂韧度在工程中的基本应用断裂韧度在工程中的应用可以概括为三方面:第一就是设计 :包括结构设计和材料挑选,可以依据材料的断裂韧度,运算结构
32、的许用应力,针对要求的承载量,设计结构的外形和尺寸;可以依据结构的承载要求、可能显现的裂纹类型,运算可能的最大应力强度因子,依据材料的断裂韧性进行选材;其次就是校核,可以依据结构要求的承载才能、材料的断裂韧度,运算材料的临界裂纹尺寸,与时测的裂纹尺寸相比较;校核结构的安全性,判定材料的脆断趋向;第三就是材料开发 组织结构,开发新材料;第五章 材料的疲惫性能,可以依据对断裂韧度的影响因素,有针对性地设计材料的名师归纳总结 1、明白疲惫破坏的一般规律第 13 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载(87页)2、把握疲惫破坏的机
33、理(高分子)(1)易产生银纹的非晶态聚合物的疲惫破坏过程主要打算于外加名义应力:A:高循环应力时,应力很快便达到或超过材料银纹的引发应力,产生银纹,并随之转变成裂纹,扩展后导致材料疲惫破坏;B:中应力循环时也会引发银纹,并转变为裂纹,裂纹扩展速度比高应力区低,但机理、过程相同;C:低应力循环时因难以引发银纹,由材料微损耗累积及微观结构变化产生微孔洞及微裂纹,并导致宏观破坏;( 2)对于因低应力或本身不易产生银纹的结晶态聚合物,其疲惫过程可显现以下现象:1 整个过程,疲惫应变软化而不显现硬化;每2 分子链间剪切滑移,分子链断裂,结晶损耗及晶体精细结构发生变化;3 产生显微孔洞 micryoid
34、,微孔洞聚合成微裂纹,并扩展成宏观裂纹;4 断口呈裂纹扩展形成的肋状外形,材料呈被拉拔出的丛生簇状结构,肋条间次级裂纹源显示出细砂结构;热疲惫是聚合物疲惫失效的主要缘由;但有时也可修补高分子的微结构损耗;(3)聚合物疲惫断口上可有两种特点的条纹:疲惫辉纹(fitigue striation和疲惫斑纹(marking ;A:前者是每周期变动应力作用时引起的裂纹扩展,间距为 10um 左右;后者是不连续的、跳动式的变动应力引起的裂纹扩展,间距为 50um 左右; B:较低分子量和低应力强度因子有利于疲惫斑纹的产生;C: 高分子量在全部的应力强度因子条件下皆可形成疲惫辉纹;3、熟识疲惫抗力指标的意义
35、以及测试方法(97 页)疲惫抗力指标 : 1疲惫强度 2过载长久值 3疲惫缺口敏锐度4疲惫裂纹扩展速度测定疲惫曲线的方法是,按标准 GB4337-84 的规定先预备如干个尺寸相同的试样,从0.67 b 到0.4 b,挑选几个不同的最大循环应力1,2, , n,分别对每个试样进行名师归纳总结 循环加载试验,测定它们从加载开头到试样断裂所经受的应力循环数N1, N2, ,Nn ,第 14 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 然后在直角坐标图上将这些数据绘制成学习必备欢迎下载max lgN 曲线;-N 曲线,或4、把握影响材料及机件疲惫强度的因
36、素一、工作条件的影响,1. 载荷条件, 1 应力状态和平均应力,应力比的影响在第三节中表达;2 在过载损耗区内的过载将降低材料的疲惫强度或寿命;3 次载锤炼: 低于疲惫极限的应力称为次载;材料特殊是金属在低于疲惫强度的应力先运转肯定周次,即经过次载锤炼,可以提高材料的疲惫强度,4间歇效应:试验说明,对应变时效材料,在循环加载的运行中, 如间歇空载一段时间或间隙时,适当加温, 可提高疲惫强度, 并延长疲惫寿命;5 载荷频率: 在肯定的频率范畴170 1000Hz 内,材料的疲惫强度随加载频率的增加而提高在常用的频率间 50170Hz ,材料的疲惫强度基本不受频率变化影响;低于 1Hz 的加载,疲
37、惫强度有所降低;2温度,随温度,疲惫强度 ;温度 ,疲惫强度 ;但在某些温度范畴因时效、 热脆等现象,疲惫强度会显现峰值或谷值;高温时,材料的疲惫曲线没有水平段,疲惫强度只能按规定的循环周次确定;3腐蚀介质,腐蚀性介质因使材料表面腐蚀产生蚀坑, 而降低材料的疲惫强度导致腐蚀疲惫;即不存在无限寿命疲惫极限,只有条件疲劳极限;二、表面状态及尺寸因素的影响,1应力集中,应力集中:机件表面的缺口应力集中,往往是引起疲惫破坏的主要缘由;2.表面状态,(1)表面粗糙度 : A: 粗糙度愈低,材料的疲惫极限愈高;B:粗糙度愈高, 疲惫极限愈低 ; C: 材料强度愈高, 表面粗糙度对疲惫极限的影响愈显著 ;
38、D:表面加工方法不同,所得到的粗糙度不同;(2)抗拉强度 :愈高的材料,加工方法对其疲惫极限的影响愈大;因此, 用高强度材料制造受循环载荷作用的机件时,其表面必需经过更加认真的加工,不答应有刀痕、 擦伤或者大的缺陷,否就会使疲惫极限显著降低; 3尺寸因素,机件尺寸对疲惫强度也有较大的影响,在弯曲、扭转载荷作用下其影响更大;一般来说,随着机件尺寸,其疲惫强度 ,这种现象称为疲惫强度尺寸效应;缺口试样比光滑试样的尺寸效应更明显;三表面强化及残余应力的影响,提高机件表面塑变抗力硬度和强度 ,降低表面的有效拉应力, 即可抑制材料表面疲惫裂纹的萌生和扩展,有效地提高承担弯曲与扭转循环载荷下材料的疲惫强度
39、,表面强化处理具有双重作用:提高表层强度;供应表层残余压应力,名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 抵消一部分表层拉应力;学习必备欢迎下载表面淬火及表面化学热处表面强化的方法通常有表面喷丸和滚压,理等;四、材料成分及组织的影响,1. 合金成分,合金成分对钢的疲惫强度的影响有峰值区;2非金属夹杂物及冶金缺陷,脆性夹杂物如 A12O3 、硅酸盐 球状 等在钢中易萌生疲惫裂纹,而降低材料的疲惫强度;3显微组织5、明白热疲惫的基本概念随堂练习题 1 1. 典型疲惫断口具有3个特点区 疲惫源、 疲惫裂纹扩展区、 瞬断,区;疲惫
40、源2. 疲惫区的每组贝纹线似乎一簇以疲惫源为圆心的平行弧线,凹侧指向凸侧指向裂纹扩展区方向;放射状3. 脆性材料的疲惫断口呈结晶状;韧性材料断口在心部平面应变区呈或人字状,边缘区就有剪切唇区;4. 陶瓷材料常温时裂纹尖端存在循环应力的疲惫效应;5. 金属材料的损耗累积及疲惫机理对陶瓷材料适用;(错)缘由:根本不存在(错)缘由:不适用6. 陶瓷材料扩展的寿命过程远比金属材料要短;(对)7. 陶瓷材料断口上易观测到疲惫贝纹和疲惫条带(错);不易8. 陶瓷材料循环疲惫断口与快速断裂断口形貌之间差异非常微小,均出现韧性断口特征;()9.疲惫条带是疲惫断口的微观特点,贝纹线是疲惫断口的宏观特点;10.疲
41、惫条带 疲惫辉纹 定义:是略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样,与裂纹扩展方向 垂直,是裂纹扩展时留下的微观痕迹,是疲惫断口最典型的微观特点;名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载方向向内扩展 ;第阶段沿垂直11.裂纹扩展的两个阶段,第阶段是沿着最大切应力拉应力方向扩展形成主裂纹,直到最终形成剪切唇区;12.机械疲惫是聚合物疲惫失效的主要缘由;(错)热疲惫才是主要缘由13.聚合物疲惫断口上可有两种特点的条纹:疲惫辉纹和疲惫斑纹;14.较低分子量在全部的应力强度因子条件下皆可形成疲惫辉纹;子量下(错) 因该是在较高分15.复合材料的疲惫不能沿用金属材料的判定准就 ,常以材料弹性模量下降的百分数和共振频率变化作为破坏依据;对16.复合材料弱界面和强纤维情形下,裂纹沿纤维旁侧以非平面应变模式增长;对17.当复合材料界面很强时,裂尖的高应力集中作用于纤维上,脆纤维会突然破坏;对18.复合材料的疲惫性能对压缩应变特殊敏锐;对随堂练习题 2 1.疲惫曲线上的水平线代表有限寿命区边界;斜线段代表无限寿命区边界;(错误)正确的是,疲惫曲线上的水平线代表无
限制150内