力学性能

材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下，承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征 。

力学性能

• 静态力学性能
  • 强度：材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力
    • 应力-延展率曲线
      • 通过应力-延展率曲线图可知，不同线段意义不同
    • 屈服强度
      • 屈服强度越大，其抵抗塑型变形的能力越强，越不容易发生塑型变形
    • 抗拉强度
      • 材料在常温下和载荷作用下发生断裂前的最大应力称为抗拉强度，用符号Rm表示
        • Rm＝Pb/So
          • Pb为试样拉断时所承受的最大力，So为原始试样横截面积
      • 比强度＝强度/密度
        • 比强度越高，同一零件自重越小
  • 刚度
    • 弹性
      • 材料受载荷作用时立即引起变形，当载荷去除，变形立即消失而恢复至原来状态
    • 弹性模量
      • E＝R/e
      • E越大，弹性越小，刚性越大；E越小，弹性越大，刚性越大
  • 塑型
    • 材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
    • 塑型大小用A伸长率与Z断面收缩率表示
      • A＝（l后-l原）/l原✖️100%
        • l原为试件伸长前长度，l后为试件伸长后长度
      • Z＝（S原-S后）/S原✖️100%
        • S原为试件伸长前横截面积，S后为试件伸长后横截面积
  • 硬度
    • 材料抵抗其他物体压入其表面的性能
    • 布式硬度
      • 测定原理：在直径为D的球形压头上施加一定负荷，压入被试金属表面，保持规定时间后卸载负荷，根据金属表面压痕直径，计算硬度值
      • HBW＝2P/g/πD（D-√（D²-d²））
        • P为载荷，D为球体直径，d为压痕平均直径，g为重力加速度
      • 优点测量准确，缺点压痕大
    • 洛氏硬度
      • 洛氏硬度实验原理与布式硬度类似，它是以顶角为一百二十度的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头，以一定的压力压入材料表面，与布式硬度不同的是，洛氏硬度是通过测量压痕深浅来确定硬度，压痕越深，材料越软，反之越硬。
    • 维氏硬度
      • 测量原理与上述两种方法类似，区别在于，压头用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，压痕是正四菱锥体，以压痕的对角线长度来衡量硬度值大小
• 动态力学性能
  • 冲击强度
    • 定义：材料抵抗冲击载荷的能力称为材料冲击性能
    • 冲击载荷：是指较高的速度施加到零件上的载荷。
    • 夏比冲击试验：K＝W（H-h）
      • W（N）重量，H为第一次放置高度，h击断试样后另一方向升起的高度
  • 断裂韧度
    • 材料内部不可避免的存在各种缺陷，由于缺陷的存在，使材料内部不连续，这可以看成材料的裂纹，在裂纹尖端前沿有应力集中产生，形成一个裂纹尖端应力场
    • K1＝YR√a
      • K1为应力强度因子（MPa·√m），Y为零件中裂纹的几何形状因子，R为应力因子（MPa），a为裂纹尺寸
  • 疲劳强度
    • 定义：在交变应力的作用下，往往使材料在远小于强度极限，甚至小于屈服强度的应力下发生疲劳，产生裂纹，最后逐渐发展而突然断裂
    • 在疲劳试验中任一个单循环的最小应力与最大应力的比值定义为R