第一章 材料的性能1.1 材料的力学性能
力学性能:材料在外力作用时所表现的性能(又称机械性能),如强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
变形:材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形,外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
1.1.1 弹性与刚度
应力-应变曲线:是描述应力与应变关系的曲线,它是根据标准试样所承受的载荷与变形量的变化所绘制的关系曲线。
弹性极限:在应力-应变曲线中,OA段为弹性变形阶段,此时卸掉载荷,试样恢复到原来尺寸。A点多对应的应力为材料承受最大弹性变形的应力称为弹性极限,用σp表示。
比例极限:其中OA′部分为一斜直线,应力与应变呈比例关系,A′点所对应的应力为保持这种比例关系的最大应力称为比例极限,用σe表示。由于大多数材料的A点和A′点几乎重合在一起,一般不做区分。
弹性模量E:在弹性形变范围内,应力与应变的比值。弹性模量是材料最稳定的性质之一,它的大小主要取决于材料的本性,除随温度升高而逐渐降低外, 其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
刚度:材料受力时抵抗弹性变形的能力,可以通过增加横截面积或改变截面形状的方法来提高零件的刚度。
1.1.2 强度与塑性
一、 强度:材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。根据加载方式的不同,强度指标有许多种,其中以拉伸试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用最多。
1. 屈服强度
屈服现象:应力超过B点后,材料将发生塑性变形。在BC段,材料发生塑性变形而应力不会增加的现象。
屈服强度:B点所对应的应力称为屈服强度,用σs表示。屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力,是最重要的零件设计指标之一。
2. 抗拉强度
颈缩现象:CD段为均匀变形阶段。在这一阶段,应力随应变增加而增加,产生应变强化。变形超过D点后,试样开始发生局部塑性变形,即出现颈缩。
抗拉强度:随应变增加,应力明显下降,并迅速在E点断裂。D点所对应的应力为材料断裂前所承受的最大应力,称为抗拉强度,用σb表示。抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力,也是零件设计和材料评价的重要指标。
二、 塑性:是指材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力,指标为伸长率和断面收缩率。
伸长率:为试样拉断后,标距部分的残余伸长与原始标距之比的百分率。δ=(l1-l0) /l0*100%,l0为原长, l1为断裂后长度。
断面收缩率:为试样断裂后,横截面积最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。φ=(F0-F1)/ F0 *100%,F0为试件原始截面积, F1为断口处的截面积。
屈服现象:应力超过B点后,材料将发生塑性变形。在BC段,材料发生塑性变形而应力不会增加的现象。
屈服强度:B点所对应的应力称为屈服强度,用σs表示。屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力,是最重要的零件设计指标之一。