材料力学性能 mechanical properties of materials
材料的宏观性能。涉及各种工程结构选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序,用相应的试验设备和仪器测定。
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材料在静载荷(缓慢加载)常温下一些性能参数可通过拉伸试验测定。纯色的标准拉伸试样如图1所示,试验段长度l称为标距。对于直径为d的圆截面试样,规定l=10d或l=5d(图1a);对于截面面积***=th的矩形截面试样(图1b),h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,截面形状用阴影表示,按面积换算规定或。
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试验结果通常绘制成拉伸图或应力-应变图。图2为低碳钢拉伸(应力-应变)示意图。横坐标表示试样伸长量Δl(或应变ε=Δl/l),纵坐标表示载荷p(或应力σ=P/***)。
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弹性性能
反映材料弹性性质的参量包括:
比例极限
应力和应变成正比例关系的最大应力,用表示,见图2p点。
弹性极限
试件卸载后能恢复原有形状的最大应力,用表示,见图2e点,比例极限和弹性极限很接近。
材料单向拉伸时,在弹性变形阶段内应力和应变的比值,通常指拉压弹性模量,E=σ/ε。因T.杨首先给出弹性模量的定义,所以又称它为杨氏模量。材料承受剪切载荷时,切应力与切应力的比值称为剪切弹性模量,G=τ/γ。
泊松比
材料在单向拉伸时,垂直于载荷方向的应变与沿载荷方向应变之比的绝对值,。
材料的三个弹性模量E、G、ν只有两个是独立的,因为它们之间存在如下关系:
塑性性能
载荷卸除后不能小时的变形称为残余变形,材料保持残余变形的能力称为塑性。反应塑性性能的参量包括:
屈服极限
见图2y点,当应力增加至某一定值时,应力-应变曲线出现水平线段(可能有微小波动)。这种现象称为屈服或流动,对应的应力值称为屈服极限。对于无明显屈服阶段的塑性材料,工程中通常以产生0.2%的残余变形时的应力作为屈服应力、屈服强度或名义屈服极限,用表示。
强度极限
屈服阶段结束后,拉伸曲线又呈上升状的现象称为强化。强化阶段最高点(图2b点)所对应的应力称为强度极限,用表示。
延伸率与断面收缩率
应力达到强度极限后塑性变形开始集中,某一局部截面积开始缩小,这种现象称为颈缩。颈缩后试件承载能力不断下降,最后断裂。
应力σ=P/***中,***表示变形前试样横截面积。若***采用变形(颈缩)后的实际面积,则应力应变曲线如图2虚线。试样拉断后试验段残余变形与原长之比称为材料延伸率,用δ表示,一般写成百分比形式:δ=Δl/l×100%。
断口横截面积减少量与原截面积之比称为断面收缩率:ψ=Δ***/***×100%。
工程上将常温静载下破坏时塑性变形较大的材料(δ>5%)称为塑性材料,塑性变形较小的材料称为脆性材料。
硬度
固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力。从18世纪开始,先后出现许多不同的测量方法和硬度标准。测量方法有压入法、划痕法和弹性回跳法等。
根据不同的测定方法,有不同的硬度标准,如洛氏硬度、维氏硬度、布氏硬度、肖氏硬度、显微硬度等。各种硬度的定义不同,彼此不能直接换算。
抗冲击性能
表示材料抵抗冲击载荷的能力的参量,有冲击功和冲击韧性,可由材料的冲击试验来确定。
温度与材料性能的关系
温度对材料的各种力学性能都有影响。温度升高往往使其弹性模量和硬度减小,延伸率加大,蠕变和松弛现象更加明显;而湿度降低往往使材料脆化。
摘自:《中国大百科全书(第2版)》第3册,中国大百科全书出版社,2009年
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