浙大 材料的性能复习资料汇总

第五章 材料的变形 5.1材料的拉伸试验

1）屈服平台或不连续塑性变形对应的应力称为屈服强度。 2）形变强化段试样所能承受的最大应力称为抗拉强度。 3）试样中某处突然变小，发生所谓的“颈缩”现象。

4）脆性是指材料在断裂前不产生塑性变形的性质。

5）塑性表示材料在断裂前发生永久变形的性质。 6）材料的强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力。

7）材料的塑性大小表示材料断裂前发生塑性变形的能力（可用伸长率和断面收缩率表示）。材料脆性的大小可用材料的弹性模量和脆性断裂强度表示。

8）材料的韧性指断裂前单位体积材料所吸收的变形能和断裂能，即外力所做的功。包括三部分能量：弹性变形能、塑性变形能、断裂变形能。

玻璃态 9）高分子 高弹态 粘流态

高分子拉伸曲线：

<< Tg——>应力与应变成正比直至断裂。

[Tb（脆化温度），Tg（玻璃化温度）]——>出现屈服点后应力下降。 略低Tg，应变增加，直至断裂

> Tg,无屈服点，应变很大。

5.2材料的其他力学试验

1）弯曲试验

三点弯曲试验时：试样总在最大弯矩附近处断裂。

四点弯曲试验时：在两加载点间，试样受到等弯矩的作用，试样通常在该长度内的组织缺陷处发生断裂，因此能较好地反映材料的性质，结果较准确。 指标：挠度、抗弯强度。

陶瓷材料拉伸试验困难，通常采用弯曲试验，用抗弯强度表征力学性能

弯曲试验不能测试高塑性材料，可测脆性材料、陶瓷、灰铸铁及硬质合金。

2）压缩试验

常用于测定脆性材料。塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。

指标：抗压强度、相对压缩率、相对断面扩张率。 试样高径比越大，抗压强度越低。

端面需光滑平整，相互平行，减小摩擦。

3）扭转试验

1可用于测定在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火钢的塑性。 ○

2扭转曲线不出现拉伸时的颈缩现象，○因此可用此测定高塑性材料的变形抗力和变形能力。

3可明确区分材料的断裂方式，正断或切断：对于塑性材料，断口与试样轴线垂○

直，断口平整并有回旋状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断。对于脆性材料，断口约与试样轴线呈45o,断口呈螺旋状；木材、带状偏析严重的合金板材扭转断裂时可能出现层状或木片状断口。

指标：扭转比例极限、切变模量、扭转屈服强度。 但扭转很难测定材料的微量塑性变形抗力。

5.3弹性变形

1）材料的弹性是指在外力作用下发生变形，外力去除后变形消失的性质，这种可恢复的变形就称为弹性变形。

应力与应变成正比---------金属、陶瓷

应力与应变非线性---------橡胶（高弹态高分子）

2）弹性变形的本质是晶体点阵内的原子具有抵抗相互分开、接近或剪切移动的性质。

3）高分子的高弹态

高分子的弹性变形量很大，小变形时，应力与应变符合胡克定律，变形由分子链内键长和键角发生改变产生，为普弹变形。 高弹变形是在外力下，原先卷曲的链沿受力方向逐渐伸展产生，伸展长度和应力不成线形关系。当外力去除后，由于分子链之间力的作用，分子链又回复至卷曲状态。

4）弹性指标

1弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，◇代表了材料的刚度。也反映了材料内原子的键合强度。弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成分和组织的变化不敏感。

2弹性极限是材料发生最大弹性变形时的应力值。 ◇

3弹性比功是材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。 ◇

?e2We=1/2?e?e= 螺旋弹簧除材料的弹性外，其螺旋结构使变形量均匀分布

2E到材料上，因此弹簧能承受更大的弹性变形量。

5）弹性不完整性

现象：应变滞后于应力。

原因：组织不均匀，各晶粒应变不均匀。

1弹性后效与内耗： □

加载时应变落后于应力而和时间有关的现象称为正弹性后效，卸载时应变落后于应力的现象称为反弹性后效。

加载线与卸载线不重合而形成封闭回线，称为弹性滞后，封闭回线为弹性滞后环。 有部分变形功被材料所吸收，为材料的“内耗”。大小由回线面积表示。常用于乐器。小提琴的弦：内耗小；车床床身：内耗大---吸震。

2包申格效应：□金属材料预先经少量塑性变形后再同向加载，弹性极限升高，反向加载则弹性极限降低。其机理与位错运动所受阻力有关。 →后果：交变应力作用(疲劳)，弹性极限下降→软化。 →好处：高速离心处理、轧制时来回交替运动。

6）超弹性材料

超弹性定义：材料在外力作用下产生远大于其弹性极限时的应变量，外力去除自动恢复其变形的现象。

原因：马氏体相变，形状记忆。温度诱发相变，应力诱发相变。

5.4材料的塑性

n1）塑性变形方程：?T?K（?T） K为强度系数，n为形变强化系数。n是材

料的加工硬化性指标，可用来表征金属材料在均匀塑性变形阶段的变形。n越小变形强化能力越弱。

应力增加时，往往应变的速率也会相应增加。 应变速率敏感性：

‘m‘?T?K（?T） ?T是应变速率敏感性， m是应变速率敏感指数；K是常数。

m=1为粘性固体，m越大，拉伸时抗缩颈能力越强，m=0表示材料无应变速率敏感性。

2）塑性指标：有伸长率和断面收缩率。若材料的伸长率大于断面收缩率，则该材料只有均匀塑性变形而无颈缩现象，是低塑性材料，反之为高塑性材料。

3）塑性变形机理

金属材料中存在位错，金属塑性变形的本质是位错在外力的作用下发生滑移和孪生。

滑移系越多，越容易发生塑性变形。使位错产生滑移所需的分切应力为临界分切应力。 孪生：切变后已变形区的晶体取向与未变形区的晶体取向成镜面对称关系。孪生可改变晶体取向，使晶体的滑移系由原先难滑动的取向转到易于滑动的取向，孪生对塑性变形直接作用下但间接作用大。

孪生变形量小，但可改变位错滑移方向。

高分子塑性变形是由于分子链团的运动产生的，即粘性流动。剪切带和银纹是玻璃态高分子局部塑性变形的两种形式。银纹垂直于应力方向，它是由于高分子在塑性伸长时局部区域内产生大量的空穴引起的。空穴折射率不同造成全反射，但银纹与裂纹不同，裂纹是空的，银纹中含有40%左右空穴。

多晶体除位错外，还存在晶界的移动和晶粒的转动等，发生在高温蠕变、超塑性等现象中。

4）在载荷不增加或在某一载荷附近波动的情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。

屈服强度的大小反映了材料对起始塑性变形的抗力。

材料在变形前可动位错密度很小