【正文】 上應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能評(píng)定方法之一。 上屈服點(diǎn) 低碳鋼的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn) 下屈服點(diǎn)即屈服強(qiáng)度 ?s 加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)龃? 頸縮，應(yīng)變?cè)龃螅x應(yīng)力降低。 一般的應(yīng)用場(chǎng)合依據(jù)屈服強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 對(duì)于有明顯屈服的材料就是 ?s。 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)：以扭矩 M和扭轉(zhuǎn)角 ?（在試樣標(biāo)距 l0上的兩個(gè)端面間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角）繪制成 M－ ?曲線(xiàn)，求出材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、切彈性模量、塑性。為降低摩擦，試樣端面要進(jìn)行精加工并加潤(rùn)滑油 衡量材料軟硬程度的指標(biāo) 硬度無(wú)明確的物理意義，是表征材料的彈性、塑性、形變強(qiáng)化、強(qiáng)度和韌性等不同物理量組合的綜合性能指標(biāo)。 多數(shù)材料可用壓入法給出軟硬程度的定量值。 顯微維氏硬度：小壓頭，小載荷，在顯微鏡下測(cè)量，反映材料微米級(jí)微區(qū)的硬度。 ??? t00 ΔΔ??l / lA / A對(duì)各向同性材料，有： E=2G(1+?)=3B(12?) 即從泊松比可由一個(gè)模量推知其他模量。 施加應(yīng)力，立即產(chǎn)生應(yīng)變 ?? 時(shí)間延長(zhǎng)，又產(chǎn)生應(yīng)變 ??? 卸載 ， 部分應(yīng)變 立即消失 另一部分應(yīng)變 逐漸消失 滯彈性（弛豫） 問(wèn)題：真空中振動(dòng)的金屬音叉 —— 振幅衰減，停止振動(dòng) —— 有能量消耗 —— 原因是滯彈性 這種應(yīng)力和應(yīng)變的相位差引起機(jī)械能的消耗。 內(nèi)耗也常用自由振動(dòng)的振幅衰減幅度來(lái)表征 內(nèi)耗的產(chǎn)生機(jī)制復(fù)雜 。 交變應(yīng)力，間隙原子就在 x、 y位置和 z位置之間來(lái)回跳動(dòng)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，導(dǎo)致能量的消耗。 例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、艦船用螺旋槳、橋梁用金屬材料都需要高阻尼材料 用 1Cr13鋼制造汽輪機(jī)葉片，除考慮耐高溫、力學(xué)性質(zhì)外，也因其有良好的減振性能。 1 晶體塑性變形的阻力 點(diǎn)陣阻力 ( 派－納 ， PeierlsNabarro, PN)力 a 1 2 b 位錯(cuò)從 1位置到 2位置 ，中間位置能量高 ， 需克服一個(gè)勢(shì)壘 ????????????????bW νGb νa νGτ π2e x p12)1(π2e x p12NPa：滑移面的晶面間距； b：滑移方向上的原子間距； G：切彈性模量； ?：泊桑比。 滑移面晶面間距 a越大 ， 滑移方向的原子間距 b越小 ， 位錯(cuò)滑移的阻力越小 。 —— 面心立方和體心立方金屬分別有 12個(gè)和 48個(gè)滑移系統(tǒng)，所以有較好的塑性；而密排六方金屬只有 3個(gè)滑移系統(tǒng)，故一般塑性較差。 屈服后材料發(fā)生加工硬化 —— 隨著塑性變形量的增大應(yīng)力要持續(xù)增大。 晶界阻力 ， 位錯(cuò)塞積 不同晶?；泼嫒∠虿煌?， 位錯(cuò)不能越過(guò)晶界 。 固溶強(qiáng)化： 向金屬中加入合金元素形成固溶體提高其屈服強(qiáng)度的方法。 塑性變形后卸載 —— 高密度位錯(cuò)仍保留 ， 再次加載時(shí)材料的屈服強(qiáng)度為上一次卸載時(shí)的流變應(yīng)力 ，比原來(lái)的屈服強(qiáng)度高 。 晶粒細(xì)化不僅能夠提高強(qiáng)度，同時(shí)還可提高塑性和韌性。 第二相強(qiáng)化： 通過(guò)在材料中形成第二相提高強(qiáng)度 彌散強(qiáng)化：通過(guò)粉末冶金的方法加入大量的第二相顆粒提高強(qiáng)度 —— 不容易得到細(xì)小且均勻的第二相 。 淬火＋回火處理 奧氏體 —— 馬氏體（ C在 ?Fe中的過(guò)飽和固溶體） 多種強(qiáng)化機(jī)制同時(shí)起作用。 蠕變 (高溫， ～ ): 無(wú)硬化，恒定應(yīng)力持續(xù)變形至斷裂。當(dāng)應(yīng)力較低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，而溫度較高，擴(kuò)散較易進(jìn)行時(shí)這種蠕變?nèi)菀装l(fā)生。 機(jī)制 —— 不是以位錯(cuò)滑移為主，主要是晶界滑動(dòng)和晶?；剞D(zhuǎn)，伴有原子擴(kuò)散引起的物質(zhì)遷移。 高溫時(shí)陶瓷晶界、玻璃、非晶高分子材料都會(huì)產(chǎn)生可觀察到的粘性流動(dòng)，晶界的粘性流動(dòng)也是蠕變的原因之一。 機(jī)制： ?1：分子鏈內(nèi)部鏈長(zhǎng)和鍵角的瞬時(shí)形變 ， 可回復(fù) 。 3. 非晶態(tài)金屬的變形 強(qiáng)度高： 晶態(tài)黃銅一般 ? s 低于200MPa 非晶合金， ?s可達(dá) 2022MPa 600K附近轉(zhuǎn)折 ，變形機(jī)制變化 比金屬晶體硬 、 脆 ， 但與巖石 、 陶瓷晶體相比仍具有一定的塑性 。 均勻變形： 材料內(nèi)各處獨(dú)立地由熱激活產(chǎn)生局域剪切變形 —— 局部填充不好，亞穩(wěn)，高能量，熱激活造成原子移向該處，引起變形。m2， 則可求得 ?m=。 9. 3. 2 格里菲斯斷裂強(qiáng)度理論 (Fracture strength theory of Griffith’s) 格里菲斯理論的基本假設(shè)：實(shí)際材料中都有微裂紋 ，其存在引起應(yīng)力集中 ， 降低實(shí)際斷裂強(qiáng)度 。 按此理論 ， 斷裂的臨界條件為 2 能量平衡理論 裂紋尺寸與擴(kuò)展能量的關(guān)系 裂紋擴(kuò)展的阻力 ——裂紋形成 、 擴(kuò)展時(shí)新增加的表面能 W 裂紋擴(kuò)展的總能量變化 U+W—— 在裂紋尺寸為 2ac時(shí)最大 裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力 ——裂紋形成 、 擴(kuò)展時(shí)釋放的彈性應(yīng)變能 U 對(duì)應(yīng)于前述應(yīng)力和裂紋條件 裂紋長(zhǎng)度 2a， 垂直于裂紋長(zhǎng)度方向的均勻單向應(yīng)力 ?作用下使裂紋伸長(zhǎng) ， 按彈性理論可計(jì)算出裂紋釋放的彈性應(yīng)變能 EaU 22 π??? E為彈性模量。 溫水溶去氯化鈉表面缺陷 —— 強(qiáng)度從 5MPa提高到 —— 晶體的表面裂紋也明顯降低強(qiáng)度 —— 格里菲斯判據(jù)適用于玻璃陶瓷等脆性材料 格里菲斯判據(jù)的適用范圍 斷裂強(qiáng)度的尺寸效應(yīng) 脆性材料的尺寸效應(yīng)更顯著。 隨材料的尺寸減小斷裂強(qiáng)度增大的現(xiàn)象 從大尺寸鍺晶體中切割出小塊進(jìn)行化學(xué)拋光，直徑接近 1?m時(shí)，強(qiáng)度已接近理論斷裂強(qiáng)度 ?m Griffith理論的塑性修正 在金屬和非晶態(tài)高聚物中實(shí)驗(yàn)斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其按 Griffith理論的計(jì)算值。 脆性材料：微米級(jí)裂紋即能導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂。 位錯(cuò)反應(yīng)： 結(jié)構(gòu)條件： 滿(mǎn)足：左邊＝右邊 即左邊 右邊 ， 反應(yīng)后能量降低 ， 能量條件滿(mǎn)足 —— 此機(jī)制可能存在 。 裂紋擴(kuò)展通過(guò)不同途徑吸收了大量的能量 ——斷裂前發(fā)生了大量塑性變形 —— 韌性斷裂 裂紋擴(kuò)展吸收了很少的能量 —— 斷裂前幾乎不發(fā)生塑性變形 —— 脆性斷裂 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展：裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界長(zhǎng)度的階段。 通常沿一定的晶面分離，這種晶面稱(chēng)為解理面。 大箭頭指示準(zhǔn)解理小平面的邊界 ，小箭頭指示河流花樣在準(zhǔn)解理小平面中心的發(fā)源 。 斷裂力學(xué)： 以機(jī)件中存在宏觀缺陷為出發(fā)點(diǎn)，考慮材料中的不連續(xù)性。 9. 4. 1 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 KI及斷裂韌性 KIc (stress intensity factor of creak tip KI and fracture toughness KIc) 工程實(shí)際中，材料對(duì) I型裂紋擴(kuò)展的抗力最低，按 I型裂紋擴(kuò)展考慮材料的斷裂判據(jù)是安全的。 一般地 ， 對(duì)于不同尺寸和形狀的構(gòu)件 ， 有 aYK ??I其中 Y為幾何形狀因子。 KIc反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展即抵抗脆性斷裂的能力 。 原因 —— 陶瓷材料的晶界較弱，破壞一般是沿晶（界）斷裂。 —— 形成了彈性模量較低的第二相降低強(qiáng)度。 向陶瓷表面滲入離子半徑較大的離子可使表面體積膨脹形成表面壓應(yīng)力 —— 類(lèi)似金屬化學(xué)熱處理 認(rèn)為體積膨脹與壓應(yīng)力 ?的關(guān)系服從虎克定律，即 VVEVVB ???????)21(3 ??B：體彈性模量， V：體積， E：正彈性模量， ?：泊松比。 消除表面缺陷 將陶瓷表面拋光或化學(xué)處理消除表面缺陷也可提高強(qiáng)度。 ，并形成許多微裂紋，可有效降低初始裂紋尖端附近的有效應(yīng)力； 應(yīng)用：多種增韌陶瓷 ， 如用氧化釔或氧化鈣部分穩(wěn)定的氧化鋯 (Partially Stabilized Zirconia，PSZ)、 四方氧化鋯多晶陶瓷 、 氧化鋯增韌氧化鋁 (Zirconia Toughened Alumina, ZTA)、 氧化鋯增韌莫來(lái)石 、 氧化鋯增韌尖晶石 、 氧化鋯增韌鈦酸鋁 、 氧化鋯增韌 Si3N4等 ， 斷裂韌性 KIc可高達(dá)20MPa 注意事項(xiàng)：加入的彌散相與基體之間應(yīng)該具有良好的化學(xué)相容性和物理潤(rùn)濕性，使材料燒結(jié)后成為完整的整體且不產(chǎn)生有害的界面反應(yīng)。 不討論低周大應(yīng)力疲勞（應(yīng)力較高，最大應(yīng)力接近或超過(guò)屈服強(qiáng)度；應(yīng)力交變頻率較低，斷裂時(shí)的交變周次少于 102～ 105次）的情形。如果 ?=1，則稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)應(yīng)力循環(huán)。 交變應(yīng)力下金屬表面形成擠出脊和擠入溝 駐留滑移帶、擠出脊、擠入溝等都是疲勞裂紋核心策源地。 有應(yīng)力集中時(shí)不經(jīng)過(guò)此階段 ， 直接進(jìn)入第 II階段 。 壓應(yīng)力 ， 裂紋閉合 ，彎成耳狀切口 尖端變銳 ， 開(kāi)始下一循環(huán) 9. 6 材料的抗沖擊性能 (Impact resistance properties of materials) 9. 6. 1 沖擊韌性試驗(yàn) (Impact toughness test) 沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別 —— 加載速度。 ak越大，材料的韌性越好 沖擊載荷：短時(shí)間內(nèi)變動(dòng)劇烈的載荷 。 低應(yīng)力脆斷，災(zāi)難性事故 物理本質(zhì)：隨溫度的降低屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度升高快， 低于 TK時(shí)屈服強(qiáng)度高于斷裂強(qiáng)度。 P為甚