材料物理性能.doc
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应力:单位面积上所受的内力σ=F/A应变:描述物体内部质点之间的相对运动ε=△L/Lo晶格滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动。条件:①移动较小的距离即可恢复、②静电作用上移动中无大的斥力塑性形变过程:①理论上剪切强度:克服化学键所产生的强度。当τ>τo时,发生滑移(临界剪切应力),τ=τmsin(2πx/λ),x<<λ时,τ=τm(2πx/λ)。由虎克定律τ0=Gx/λ.则Gx/λ=τm(2πx/λ)→τm=G/2π;②位错运动理论:实际晶体中存在错位缺陷,当受剪应力作用时,并不是晶体内两部分整体相互错动,而是位错在滑移面上沿滑移方向运动,使位错运动所需的力比是晶体两部分整体相互华东所需的力小的多,故实际晶体的滑移是位错运动的结果。位错是一种缺陷,位错的运动是接力式的;③位错增值理论:在时间t内不但比N个位错通过试样边界,而且还会引起位错增值,使通过便捷的位错数量增加到NS个,其中S位位错增值系数。过程机理画图高温蠕变:在高温、恒定应力的作用下,随着时间的延长,应变不断增加。⑴起始阶段0-a:在外力作用下瞬时发生弹性形变,与时间无关。⑵蠕变减速阶段a-b:应变速率随时间递减,即a-b段的斜率dε/dt随时间的增加而愈小,曲线愈来愈平缓。原因:受阻碍较小,容易运动的位错解放出来后,蠕变速率就会降低;⑶稳态蠕变阶段b-c:入编速率几乎保持不变,即dε/dt=K(常数)原因:容易运动的位错解放后,而受阻较大的位错未被解放。⑷加速入编阶段c-d:应变绿随时间增加而增加,曲线变陡。原因:继续增加温度或延长时间,受阻碍较大的位错也能进一步解放出来。影响入编的因素:⒈温度,温度升高,入编增加。⒉应力,拉应力增加,蠕变增加,压应力增加,蠕变减小⒊气孔率增加,蠕变增加,晶粒愈小,蠕变率愈小。⒋组成。⒌晶体结构。弹性形变:外力移去后可以恢复的形变。塑性形变:外力移去后不可恢复的形变突发性断裂(快速扩展):在临界状态下,断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好等于结合强度时,裂纹产生突发性扩展。(一旦扩展,引起周围盈利的再分配,导致裂纹的加速扩展,出现突出性断裂)裂纹缓慢生长:当裂纹尖端处的横向拉应力尚不足以引起扩展,但在长期受应力的情况下,特别是同时处于高温环境中时,还会出现裂纹的缓慢生长。理论结合强度:无机材料的抗压强度大约是抗拉强度的10倍。δth=(EΥ/a)0.5→(Υ=aE/100)→δth=E/10(a:晶格常数,Υ:断裂表面能断裂表面能Υ比自由表面能大。这是因为储存的弹性应变能除消耗于形成新表面外,还有一部分要消耗在塑性形变、声能、热能等方面。Griffith微裂纹理论:⑴Inglis尖端分析:孔洞两个端部的应力取决于孔洞的长度和端部的曲率半径而与孔洞的形状无关。应用:修玻璃通过打孔增加曲率来减慢裂纹扩展。⑵Griffith能量分析:物体内储存的弹性应变能的降低大于等于开裂形成两个新表面所需的表面能。(产生一条长度2C的裂纹,应变能降低为We,形成两个新断面所需表面能为Ws)。裂纹进一步扩展(2dc,单位面积所释放的能量为dWe/2dc,形成新的单位表面积所需的表面能为dWs/2dc。)当dWe/2dc<dWs/2dc时,为稳定状态,裂纹不会扩展;当dWe/2dc>dWs/2dc时,裂纹失稳,迅速扩展;当dWe/2dc=dWs/2dc时,为临界状态。应用:尽数剪裁上通过反复折导致剪断。选择材料的标准:δ<δc,即使用应力小于断裂应力;Ki<Kic(Ki=Yδc0.5,为应力场强度因子;Kic为平面应变断裂韧性),即使用应力场强度因子小于平面应变断裂韧性裂纹的起源:1.由于晶体微观结构存在缺陷,当受外力作用时,在这些缺陷外就会引起应力集中,导致裂纹成核。2.材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹;3.由于热应力引起裂纹。裂纹的快速扩展(脆性材料):临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度,一旦裂纹临界尺寸就迅速扩展使材料断裂。因为裂纹扩展力G=πCσ²/E,C↑,G↑而dWs/dc=2γ是常数,因此,裂纹一旦达到临界尺寸开始扩展,G就越来越大于2γ,知道破坏。亚临界生长:在使用应力下,裂纹随时间的推移而缓慢扩张,这种缓慢扩展叫亚临界生长。防止裂纹扩展的措施:1.作用应力不超过临界应力;2.在材料中设置吸收能量的机构3.认为地在材料中造成大量极微细的裂纹也能吸收能量。应力腐蚀理论:在一定的环境,温度和应力场强度因子作用下,材料中关键裂纹尖端处,裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较构成裂纹开裂或止裂的条纹。显微结构对材料脆性断裂的影响:晶粒尺寸愈小,强度愈高;气孔率增加,强度和弹性模量降低。提高无机材料强度改进材料韧性的途径:1.微晶,高密度与高纯度,消除缺陷,提高晶体的完整性,强度增加。2.提高抗