材料力學(xué)性能總結(jié)

1、材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能：材料在各種外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。材料在各種外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象：外力不增加，試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)，或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后在外力不增加，試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)，或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形。外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形。屈服過(guò)程：在上屈服點(diǎn)，呂德斯帶形成；在下屈服點(diǎn)，呂德斯帶擴(kuò)展；當(dāng)呂德斯帶掃過(guò)整個(gè)試樣

2、時(shí)，屈服伸長(zhǎng)結(jié)束。屈服變形機(jī)制：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與增殖的結(jié)果。屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。屈服判據(jù)屈服判據(jù)：屈雷斯加最大切應(yīng)力理論屈雷斯加最大切應(yīng)力理論：在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)最大切應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)相同金屬材料的拉伸屈服強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生屈服。米賽斯畸變能判據(jù)米賽斯畸變能判據(jù)：在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)比畸變能等于或超過(guò)相同金屬材料在單向拉伸屈服時(shí)的比畸變能時(shí)，將產(chǎn)生屈服。消除辦法：加入少量能奪取固溶體合金中溶質(zhì)原子的物

3、質(zhì)，使之形成穩(wěn)定化合物的元素；通過(guò)預(yù)變形預(yù)變形，使柯氏氣團(tuán)被破壞。影響因素影響因素：1.內(nèi)因：a)金屬本性及晶格類(lèi)型金屬本性及晶格類(lèi)型：金屬本性及晶格類(lèi)型不同，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力不同。b)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)：減小晶粒尺寸將使屈服強(qiáng)度提高。c)溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素：固溶強(qiáng)化。d)d)第二相第二相2.外因：溫度溫度()；應(yīng)變速率應(yīng)變速率()；應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)。第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化(沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化)：通過(guò)第二相阻礙

4、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)化。強(qiáng)化效果：在第二相體積比相同的情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)尺寸越小，強(qiáng)度越高尺寸越小，強(qiáng)度越高，強(qiáng)化效果越好；在第二相體積比相同的情況下，長(zhǎng)形質(zhì)點(diǎn)長(zhǎng)形質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)化效果比球形質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)化效果好；第二相數(shù)量越多數(shù)量越多，強(qiáng)化效果越好。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)減小晶粒尺寸增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙的數(shù)目(阻力大)，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度(應(yīng)力小)，從而使屈服強(qiáng)度提高的方法。同時(shí)提高塑性及韌性的機(jī)理：晶粒越細(xì)，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形較均

5、勻，且每個(gè)晶粒中塞積的位錯(cuò)少，因應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂機(jī)會(huì)較少，有可能在斷裂之前承受較大的變形量，即表現(xiàn)出較高的塑性。細(xì)晶粒金屬中，裂紋不易萌生（應(yīng)力集中少），也不易傳播（晶界曲折多），因而在斷裂過(guò)程中吸收了更多能量，表現(xiàn)出較高的韌性韌性。固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：在純金屬中加入溶質(zhì)原子形成固溶合金，將顯著提高屈服強(qiáng)度。原因原因：溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性相互作用，使溶質(zhì)原子擴(kuò)散到位錯(cuò)周?chē)?，形成柯氏氣團(tuán)；柯氏氣團(tuán)釘扎位錯(cuò)，提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力。強(qiáng)化效果強(qiáng)化效

6、果：間隙固溶體的強(qiáng)化效果大于置換固溶體；溶質(zhì)和溶劑原子尺寸差越大，強(qiáng)化效1.通過(guò)微孔形核、長(zhǎng)大聚合微孔形核、長(zhǎng)大聚合而導(dǎo)致材料分離的。2.宏觀特征：杯錐狀杯錐狀斷口；微觀特征：韌窩韌窩。3.微孔形核：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到第二相與基體界面處，塞積產(chǎn)生應(yīng)力集中界面處，塞積產(chǎn)生應(yīng)力集中，使第二相質(zhì)點(diǎn)與基體分離分離，形成微孔。4.長(zhǎng)大與聚合：每個(gè)微型拉伸試樣產(chǎn)生縮頸而斷裂，相鄰微孔聚合，形成微裂紋。然后在裂紋尖端的三向拉應(yīng)力區(qū)及應(yīng)力集中區(qū)形成新的微孔

7、，借助內(nèi)縮頸與裂紋連通，如此擴(kuò)展直到裂紋斷裂。5.韌窩大小的影響因素：第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度；應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)；基體材料的塑性變基體材料的塑性變形能力形能力。6.韌窩形狀的影響因素：正應(yīng)力：等軸韌窩正應(yīng)力：等軸韌窩；切應(yīng)力：拉長(zhǎng)韌窩切應(yīng)力：拉長(zhǎng)韌窩；撕裂應(yīng)力：撕裂韌撕裂應(yīng)力：撕裂韌窩。解理斷裂解理斷裂：在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿解理面產(chǎn)生的穿晶斷裂?；疚⒂^特征：河流花樣河流花樣

8、，解理臺(tái)階解理臺(tái)階，舌狀花樣舌狀花樣。解理裂紋的形成和擴(kuò)展：1.甄納斯特羅位錯(cuò)塞積理論a)形成：一群刃型位錯(cuò)位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)遇到晶界等障礙運(yùn)動(dòng)遇到晶界等障礙而形成位錯(cuò)塞積群，產(chǎn)生的應(yīng)力集中力集中有可能達(dá)到斷裂強(qiáng)度而在材料內(nèi)部沿某一晶體學(xué)平面拉出一個(gè)裂口沿某一晶體學(xué)平面拉出一個(gè)裂口。b)長(zhǎng)大擴(kuò)展：塑性變形形成裂紋形成裂紋；裂紋在同一晶粒內(nèi)初期長(zhǎng)大初期長(zhǎng)大；裂紋越過(guò)晶界向相向相鄰晶粒擴(kuò)展鄰晶粒擴(kuò)展。晶粒尺寸小于臨界值時(shí)，材料受力后先屈服，后

9、斷裂；晶粒尺寸大于臨界值時(shí)，材料受力后直接脆性斷裂。2.柯垂?fàn)栁诲e(cuò)反應(yīng)理論a)位錯(cuò)反應(yīng)必須滿足柏氏矢量守恒性柏氏矢量守恒性和能量降低性能量降低性。b)原理：通過(guò)各相交滑移面上的位錯(cuò)滑移，相遇后發(fā)生反應(yīng)形成新位錯(cuò)反應(yīng)形成新位錯(cuò)，新位錯(cuò)塞積產(chǎn)生應(yīng)力集中積產(chǎn)生應(yīng)力集中，使解理面開(kāi)裂使解理面開(kāi)裂。3.相同點(diǎn)相同點(diǎn)：都是由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而形成初始裂紋的，即裂紋形成前都有少量塑性變形少量塑性變形；裂紋擴(kuò)展力學(xué)條件相同。4

10、.不同點(diǎn)不同點(diǎn)：甄納斯特羅位錯(cuò)塞積理論的位錯(cuò)在晶界處受阻，裂紋產(chǎn)生于晶界在晶界處受阻，裂紋產(chǎn)生于晶界；柯垂?fàn)栁诲e(cuò)反應(yīng)理論的位錯(cuò)在晶內(nèi)解理面處受阻，裂紋產(chǎn)生于晶內(nèi)晶內(nèi)解理面處受阻，裂紋產(chǎn)生于晶內(nèi)。理論斷裂強(qiáng)度理論斷裂強(qiáng)度(理想晶體解理)：是指在正應(yīng)力正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于外力方向拉斷所需的應(yīng)力。是晶體在彈性狀態(tài)下的最大結(jié)合力晶體在彈性狀態(tài)下的最大結(jié)合力。=()其中為表面能，E為彈性模量，為原子間的平衡距離。適用于脆性斷裂