新材料由研制状态进入工程应用的基本考核指标是材料的力学性能，尤其是综合性能（包括强度和塑性）。
任何机械结构的失效，尽管形式多种多样，一般都归因于在服役中的载荷形式和环境条件下，材料的力学性能未能达到要求。因此，通常的失效分析在很大程度上是围绕着载荷和环境以及相关力学性能分析而进行的。
工程材料力学性能 第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 第三章 金属在冲击载荷下的力学性能 第四章 金属的断裂韧度 第五章 金属的疲劳 第七章 金属磨损和接触疲劳 第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 第 1章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 1.1 拉伸力 伸长曲线和应力 应变曲线 1.2 弹性变形 1.3 塑性变形 1.4 金属的断裂 本章目的 1 揭示金属变形和断裂的基本规律；
2 阐述静载荷下各种力学性能指标的本质 、 意义 、 相互关系及变化规律；
3 静拉伸试验方法 。
1 测试的是材料的 “ 短期 ” 与时间无关 力学行为；
2 采用的是光滑试样；
3 常温 、 大气介质 ， 单调 、 单向拉伸载荷；
4 可以测得材料的弹性 、强度和塑性性能 。
单向静拉伸试验的特点 静载拉伸试样 一般为光滑圆柱试样或板状试样。若采用光滑 圆柱试样，试样工作长度（标长） l0 5d0 或 l0 10d0 ， d0 为原始直径。
光滑圆柱试样 1.1拉伸力 伸长曲线和应力 应变曲线 液压式万能电子材料试验机 拉伸试验机 拉伸力 伸长曲线 力 伸长曲线拉伸试验中拉伸力与伸长的关系曲线。
退火低碳钢 在静拉伸作用的力 -伸长曲线可分为弹性变形 、 不均匀屈服塑性变形 、 均匀塑性变形 、 不均匀集中塑性变形 和 断裂 几个阶段 。
1-高碳钢 淬火 高温回火 ；
2-低合金结构钢；
3-黄铜；
4-陶瓷、玻璃；
5-橡胶；
6-工程塑料 因材料而不同 图 几种典型材料的拉伸力 -伸长曲线 工程应力载荷除以试件的原始截面积。σF/A0 工程应变伸长量除以原始标距长度。εΔL/L0 应力 应变曲线 工程应力 应变曲线的 局限 在拉伸过程中 ， 试棒的截面积和长度随着拉伸力的增大是不断变化的 ， 工程应力 应变曲线并不能反映实验过程中的真实情况 。
真实应力 应变曲线 真实应力载荷除以试件某一变形瞬间的截面积。
SF/A 真实应变在拉伸过程中，某一瞬间当拉伸力增加 dF时，试样延长 dL，则瞬时真应变为 dedL/L， e即为真应变 00l n l n 1 LLd L Le d eLL 主要力学性能指标 强度指标 1. 屈服强度开始塑性变形时的应力值 2. 抗拉强度 （ b ） 材料的极限承载能力 。
3. 实际断裂强度 （ SK） 拉伸断裂时的载荷除以断口处的 真实截面积 所得的应力值 。
塑性指标 1. 延伸率（ k ） 断裂后试样标距的延长量与原始标距比值的百分数。
2. 断面收缩率（ k） 拉伸时试样的截面积减小率 强度指标 强度的定义 材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度的大小 用应力表示。
什么叫应力 内力在一点的集度， 用 表示，单位为 MPa。
常用强度指标 屈服点、规定残余伸长应力、抗拉强度。
1、屈服点与规定残余伸长应力 屈服点 s Fs/S 0 问题 有些材料在拉伸过程中 没有屈服现象。怎么办 规定残余伸长应力 r0.2 Fr0.2/S 0 s l F0.2 0.2l0 o 物理意义 材料抵抗微量塑性变形的能力。
工程意义 机械设计和选材的重要论据。
机械零件在工作中不允许产生明显的塑性变形。
2、抗拉强度 抗拉强度 b Fb/S 0 物理意义 材料在拉伸条件下断裂前能够承受的最大应力。
工程意义 也是机械设计和选材的重要论据。
讨论 1 s 、 r0.2、 b都是机械设计和选材的重要论据。实际使用时怎办 塑性材料 s 、 r0.2 脆性材料 b 屈强比 s / b 讨论 2 屈强比 s / b有何意义 屈强比 s / b值越大，材料强度的有效利用率越高，但零件的安全可靠性降低。
所以在实际应用时要根据具体情况考虑。
塑性指标 断后伸长率、断面收缩率 1、断后伸长率 的大小与试样标距长度有关。同种材料5 10 l1- l0 100 l0 2、断面收缩率 的大小不受尺寸影响，比较确切地反映了材料的塑性。但测量精度相对较差。
s1- s0 100 s1 物理意义 反映了材料在拉伸条件下塑性变形的能力。
工程意义 塑性好的材料不仅便于加工（轧、锻、冲等），而且零件的安全性较高。
强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。
正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性 。
拉伸试验是否适用于生产现场对零件进行质量检验 思考题 不适应，多用于原材料质量检验和科研、试制过程中。
因为它是破坏性试验。
生产中需要其他力学性能试验方法。
1、 弹性变形的定义 定义当外力去除后 ， 能恢复到原来形状或尺寸的变形 ， 叫 弹性变形 。
2、 弹性变形的特点 1可逆；
2在弹性变形范围内 ， 应力和应变之间呈 单值线性关系 ， 符合 胡克定律 ， 且弹性变形量都较小 。
＜ 0.51.0。
1.2 弹性变形 物理本质 构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆变形的过程，金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。
F 引力项 斥力项 A、 B分别为与原子特性和晶格类型有关的常数 外力致使处于平衡位置的原子位移，在宏观上就是所谓弹性变形。外力去除后，原子复位，位移消失，宏观弹性变形消失。
二、胡克定律 1、简单应力状态的胡克定律 1 单向拉伸 2 剪切和扭转 3 E、 G和 ν的关系 yyyx z yEE 2 1 EGG在弹性状态下应力与应变之间的线性关系。
加载方向上的伸长 ， 必然导致与加载方向垂直的方向上的收缩 2、广义胡克定律 复杂应力状态 1 1 2 32 2 3 13 3 1 21[ ]1[ ]1[ ]EEE 三、弹性模量 1、 物理意义 表征材料对弹性变形的抗力 。
工程上 E称做材料的刚度 。
其值越大 ， 则在相同应力下产生的弹性变形 越小 。
零件刚度与材料的刚度不同 ， 它除了决定于材料的刚度外， 还与零件的截面尺寸与形状 ， 以及载荷作用方式有关 。
单晶体的不同晶体学方向表现出不同的弹性模量即弹性各向异性 。
但是多晶体材料的各个晶体方向是随机的 ， 因此表现出了为各向同性 。
产生 100弹性变形所需要的应力称为 弹性模量 。
2、用途 为了计算梁和其它构件的挠度，防止机械零件因过量弹性变形而造成失效，需要知道材料的弹性模量，因此，弹性模量是金属材料重要的力学性能指标之一。
3、影响因素 由于弹性变形是原子间距在外力作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系，因而弹性模量与原子间作用力有关，与原子间距也有一定的关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型，故 弹性模量也主要决定于金属原子本性和晶格类型。
金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标 ， 合金化 、 热处理 显微组织 、 冷塑性变形对 E值影响不大；
大部分材料的弹性模量可以简单的认为和材料的熔点有递增关系 。
但这不是绝对的 。
弹性极限与弹性模量有何区别 思考题 前者是材料的强度指标。它敏感地取决于材料的成分、组织及其他结构因素。而后者是刚度指标，只取决于原子间的结合力，属结构不敏感的性质。
弹性比功又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属在塑性变形开始前单位体积材料吸收的最大弹性变形功表示。金属拉伸时的弹性比功可用右图所示的应力 -应变曲线下影线的面积表示，即 弹性比功示意图 四、弹性比功 ae 2E21a 2eeee 弹性极限 e 理论上弹性极限的测定应该是通过不断加载与卸载 ， 直到能使变形完全恢复的极限载荷 。
实际上弹性极限的测定是以规定某一少量的残留变形 如 0.01为标准 ， 对应此残留变形的应力即为弹性极限 。
弹性极限是材料对微量塑性变形的抗力 。是对 组织敏感 的力学性能指标 。
金属材料的弹性比功取决于其弹性模量和弹性极限。由于弹性模量是组织不敏感性能，因此，对于一般的金属材料，只有用提高弹性极限的方法才能提高弹性比功。因为弹性比功是用单位体积材料所吸收的最大弹性变形功表示的，故试样或实际零件的体积愈大，则其中可吸收的弹性功愈大，亦即可储备的弹性能愈大。
实际意义 弹簧零件要求其在弹性范围内 弹性极限以下 有尽可能高的弹性比功 。
理想的弹簧材料应有高的 σe和低的 E。
成分和热处理对 σe影响大 ， 对 E影响不大 。
仪表弹簧因要求无磁性 ， 铍青铜 ， 磷青铜等软弹簧材料 ， 其 σe较高 ， E较低 。
图 1-5 滞弹性示意图 五 、 滞弹性 弹性后效 1、 定义