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1、材料力学性能材料科学基础本讲稿第一页，共二十二页 一、一、材料的力学性能材料的力学性能 材料的力学性能材料的力学性能是指在外加载荷是指在外加载荷(外力外力)作用下或载荷与环境因素作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率）联合作温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为。用下所表现的行为。强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性等都属于材料的力学性能。等都属于材料的力学性能。材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量等内在因素，但外在因素，如载材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量等内在因素，但外在因素，如载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉
2、、压、弯曲、剪切、扭转等）、温度、荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉、压、弯曲、剪切、扭转等）、温度、环境介质等对材料的力学性能也有很大影响。环境介质等对材料的力学性能也有很大影响。例如低碳钢试样在静拉伸载荷和交变载荷作用下的不同力学行为。例如低碳钢试样在静拉伸载荷和交变载荷作用下的不同力学行为。本讲稿第二页，共二十二页二、二、强度与塑性强度与塑性1.应力应力-应变曲线应变曲线拉伸试验：拉伸试验：将圆柱形或板状光滑试样装夹在拉伸试验机将圆柱形或板状光滑试样装夹在拉伸试验机上，沿试样轴向以一定速度施加载荷，使其发生拉伸变上，沿试样轴向以一定速度施加载荷，使其发生拉伸变形直至断裂。
3、形直至断裂。拉伸曲线：拉伸曲线：通过力与位移传感器可获得载荷（通过力与位移传感器可获得载荷（P）与试样伸长量）与试样伸长量（L）之间的关系曲线，称为拉伸曲线或）之间的关系曲线，称为拉伸曲线或P-L曲线。曲线。应力：应力：=P/A0,A0为试样原始截面积为试样原始截面积应变：应变：=L/L0，L0为试样标距为试样标距应力应力-应变曲线：应变曲线：纵坐标以纵坐标以，横坐标以，横坐标以表示，则这时的曲线与表示，则这时的曲线与试样的尺寸无关。试样的尺寸无关。通过拉伸试验可揭示材料在静载荷作用下的力学行为，即通过拉伸试验可揭示材料在静载荷作用下的力学行为，即弹弹性变形、塑性变形、断裂三个基本过程性变形、
4、塑性变形、断裂三个基本过程，还可确定材料的最基本的力，还可确定材料的最基本的力学性能指标学性能指标强度与塑性强度与塑性。退火低碳钢的退火低碳钢的曲线曲线本讲稿第三页，共二十二页2.弹性模量与弹性行为弹性模量与弹性行为（1）弹性变形：）弹性变形：材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形。失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形。弹性模量：弹性模量：材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，两者的比值称为材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，两者的比值称为弹性模量，记为弹性模量，记为E，
5、且，且 E=/E 表征材料对弹性变形的抗力，其值越大，材料产生一定量的弹性变形所需要的表征材料对弹性变形的抗力，其值越大，材料产生一定量的弹性变形所需要的应力越大，应力越大，故工程上也称故工程上也称E为材料的刚度为材料的刚度。E 主要取决于材料的本性，反映了材料内部原子间结合键的强弱，而材料的组织主要取决于材料的本性，反映了材料内部原子间结合键的强弱，而材料的组织变化对弹性模量无明显影响。变化对弹性模量无明显影响。材料的刚度和零件的刚度不是一回事，零件刚度的大小取决于零件的几何形材料的刚度和零件的刚度不是一回事，零件刚度的大小取决于零件的几何形状和材料的弹性模量。状和材料的弹性模量。本讲稿第四
6、页，共二十二页（2）弹性行为）弹性行为弹性变形的特点是当载荷卸除后，试样的尺寸形状完全回复到原始状态。弹性变形的特点是当载荷卸除后，试样的尺寸形状完全回复到原始状态。根据材料的不同，其变形行为可分为三类：根据材料的不同，其变形行为可分为三类：线弹性、非线弹性以及滞弹性线弹性、非线弹性以及滞弹性。理想的线弹性行为，理想的线弹性行为，应力和应力和应变之间满足虎克定律。斜应变之间满足虎克定律。斜率即弹性模量率即弹性模量E。曲线下的阴。曲线下的阴影面积为单位体积试样在弹影面积为单位体积试样在弹性变形过程中所吸收的弹性性变形过程中所吸收的弹性功。卸载时沿直线可逆回到功。卸载时沿直线可逆回到原点。原点。非
7、线性弹性行为，非线性弹性行为，如橡胶之如橡胶之类的变形能力极好的弹性材料。类的变形能力极好的弹性材料。其应力应变行为完全偏离了其应力应变行为完全偏离了线性关系，但仍然保持弹性的线性关系，但仍然保持弹性的基本性质，卸载时仍沿同样的基本性质，卸载时仍沿同样的途径退回到原点。途径退回到原点。聚合物及某些软金属表现出明显聚合物及某些软金属表现出明显的的弹性滞后现象，弹性滞后现象，即加载和卸载即加载和卸载曲线都稍稍偏离直线，且两者不重合，曲线都稍稍偏离直线，且两者不重合，形成一个封闭的环形，说明变形过程形成一个封闭的环形，说明变形过程中应变跟不上应力，称为滞弹性行为。中应变跟不上应力，称为滞弹性行为。一
8、部分弹性功以热的形式向环境散失。一部分弹性功以热的形式向环境散失。本讲稿第五页，共二十二页3.强度与塑性强度与塑性（1）强度）强度强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。工程上衡量材料强度的指标有：工程上衡量材料强度的指标有：弹性极限弹性极限 e：材料发生弹性变形的最大应力，高于此值，材料开始发生塑性变形。弹材料发生弹性变形的最大应力，高于此值，材料开始发生塑性变形。弹性极限虽然有明确的物理意义，但实际却难以精确测定，工程上定义发生性极限虽然有明确的物理意义，但实际却难以精确测定，工程上定义发生0.01残留塑残留塑性变形时的应力值为性变形时的应力值为条件弹性极限，表
9、示为条件弹性极限，表示为0.010.01。屈服强度屈服强度 s：在拉伸过程中，出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服，材料开始屈服时在拉伸过程中，出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服，材料开始屈服时所对应的应力为屈服应力（或称屈服强度）。屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。所对应的应力为屈服应力（或称屈服强度）。屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。抗拉强度抗拉强度 b：材料开始发生材料开始发生“颈缩颈缩”（试样的直径发生局部收缩）的应力，相当于应力（试样的直径发生局部收缩）的应力，相当于应力-应变曲线应变曲线的极大值，也是作用力达到最大值时得到的应力，对于不发生颈缩的
10、材料，就相当于断裂时的应力。的极大值，也是作用力达到最大值时得到的应力，对于不发生颈缩的材料，就相当于断裂时的应力。断裂强度断裂强度 f：试样发生断裂的应力值。试样发生断裂的应力值。对于不发生颈缩的材料，对于不发生颈缩的材料，f与与 b相等。相等。本讲稿第六页，共二十二页（2）塑性）塑性工程材料根据断裂前是否发生塑性变形工程材料根据断裂前是否发生塑性变形，可将它们分成两大类：，可将它们分成两大类：脆性材料脆性材料和和塑性材塑性材料料。脆性材料：如陶瓷、玻璃、石头及普通灰铸铁；它们在破断前只发生弹性变形。脆性材料：如陶瓷、玻璃、石头及普通灰铸铁；它们在破断前只发生弹性变形。塑性材料：大多数金属及
11、聚合物，如退火纯铜的拉伸曲线。塑性材料：大多数金属及聚合物，如退火纯铜的拉伸曲线。加工硬化或加工强化：加工硬化或加工强化：每每增加一个小的应变量增加一个小的应变量，就必，就必须须增加增加应应力力才能重新开始塑性才能重新开始塑性变变形。形。随着塑性随着塑性变变形的形的进进行，行，材料的加工硬化能力逐材料的加工硬化能力逐渐渐减小，曲减小，曲线趋线趋于平坦，于平坦，达到极大达到极大值值的位置，的位置，试试样样开始开始发发生生颈缩颈缩，随后，随后颈缩颈缩快速快速发发展，直至断展，直至断裂裂本讲稿第七页，共二十二页塑性：塑性：断裂前材料发生塑性变形的能力。断裂前材料发生塑性变形的能力。衡量材料塑性的指标
12、有衡量材料塑性的指标有延伸率（延伸率（）和和断面收缩率（断面收缩率（）。=L/L0=(L-L0)/L0100%（是塑性是塑性“伸长伸长”的度量的度量）式中式中L0为试样原始标距长度；为试样原始标距长度；L为试样断裂后标距的长度。为试样断裂后标距的长度。=Af/A0=(A0-Af)/A0 100%（是塑性是塑性“收缩收缩”的度量的度量）式中式中A0为试样原始截面积；为试样原始截面积；Af为试样断裂处的截面积。为试样断裂处的截面积。材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。塑性材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不被破坏，这样当受力过
13、大时，好的材料可以发生大量塑性变形而不被破坏，这样当受力过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，比较安全。由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，比较安全。本讲稿第八页，共二十二页三、硬度三、硬度硬度是材料表面局部抵抗变形的能力硬度是材料表面局部抵抗变形的能力。硬度实验方法最常用的。硬度实验方法最常用的有布氏实验法、洛氏实验法和维氏实验法。有布氏实验法、洛氏实验法和维氏实验法。布氏硬度：布氏硬度：以淬火钢球为压头，硬度值等于载荷值除以压痕的总以淬火钢球为压头，硬度值等于载荷值除以压痕的总面积。在试验中用刻度放大镜测出压痕直径，然后对照有关附录面积。在试验中用刻度放大镜测出压痕直径，然后
14、对照有关附录查出相应的布氏硬度值。查出相应的布氏硬度值。洛氏硬度：洛氏硬度：依据压痕的深度而不是压痕的直径。以锥角为依据压痕的深度而不是压痕的直径。以锥角为1200的金的金刚石圆锥作为压头，加载卸载后压头压入材料表面的深度，经过转换刚石圆锥作为压头，加载卸载后压头压入材料表面的深度，经过转换为洛氏硬度值。为洛氏硬度值。维氏硬度：维氏硬度：以锥角为以锥角为1360的金刚石棱锥体为压头，其值等于载荷值的金刚石棱锥体为压头，其值等于载荷值除以压痕的总面积。在实际测定时，只要量出压痕的对角线长度，就除以压痕的总面积。在实际测定时，只要量出压痕的对角线长度，就可查表得到它们的硬度值。可查表得到它们的硬度
15、值。本讲稿第九页，共二十二页布氏硬度布氏硬度的优点是具有较高的的优点是具有较高的测量精度，因其压痕面积大，测量精度，因其压痕面积大，比较真实地反映出材料的平均比较真实地反映出材料的平均性能，但不能测定高硬度材料。性能，但不能测定高硬度材料。维氏硬度维氏硬度法由于所加压力小，法由于所加压力小，压入深度较浅，故可测定较薄材压入深度较浅，故可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。料和各种表面渗层，且准确度高。但试验时需要测量压痕对角线的但试验时需要测量压痕对角线的长度，测试手续较繁，不如洛氏长度，测试手续较繁，不如洛氏硬度法简单。硬度法简单。洛氏硬度洛氏硬度试验的优点是试验的优点是操作迅速、简便，
16、可由操作迅速、简便，可由表盘直接读出硬度值，表盘直接读出硬度值，由于其压痕小，可测量由于其压痕小，可测量较薄工件的硬度，其缺较薄工件的硬度，其缺点是精度较差，硬度值点是精度较差，硬度值波动较大。波动较大。本讲稿第十页，共二十二页四、韧性四、韧性材料的韧性是材料断裂时所需要的能量的度量。材料的韧性是材料断裂时所需要的能量的度量。它与强度、塑性明显不同：它与强度、塑性明显不同：强度强度是使材料变形或断裂所需要应力的度量；是使材料变形或断裂所需要应力的度量；塑性塑性是材料变形能力的度量；是材料变形能力的度量；能量是力和距离的乘积，是材料的强度和塑性高低的综合反映，用焦能量是力和距离的乘积，是材料的强
17、度和塑性高低的综合反映，用焦耳（耳（J）来表示）来表示在强度相等的情况下，延性材料断裂时所需要的能量比脆性材料多，在强度相等的情况下，延性材料断裂时所需要的能量比脆性材料多，因此它的韧性也比脆性材料高。因此它的韧性也比脆性材料高。评定材料韧性高低的方法，最常用的有两种：评定材料韧性高低的方法，最常用的有两种：一是用冲击试验所得的冲击韧性；一是用冲击试验所得的冲击韧性；二是用断裂力学方法与试验测得的断裂韧性。二是用断裂力学方法与试验测得的断裂韧性。本讲稿第十一页，共二十二页冲击韧性冲击韧性一只重摆锤从高度一只重摆锤从高度h开始，沿着弧形轨迹向下摆动，冲击到试样上并把试样打断，开始，沿着弧形轨迹向
18、下摆动，冲击到试样上并把试样打断，最后达到一个比较低的高度最后达到一个比较低的高度h。知道摆锤的初始高度。知道摆锤的初始高度h和最终高度和最终高度h，就能算出势，就能算出势能差别。这一差别就是试样在断裂过程中所吸收的冲击能能差别。这一差别就是试样在断裂过程中所吸收的冲击能Ak（冲击总功），如果（冲击总功），如果除以缺口处试样的截面积，即得材料的冲击韧性，用除以缺口处试样的截面积，即得材料的冲击韧性，用k表示，单位为表示，单位为J/cm2。本讲稿第十二页，共二十二页断裂韧性断裂韧性断裂断裂是裂纹的产生和发展的过程，即先有裂纹，然后在力的作用下扩展，当裂是裂纹的产生和发展的过程，即先有裂纹，然后在
19、力的作用下扩展，当裂纹达到一定尺寸（或称某临界尺寸）时就会失稳而快速扩展，导致完全断裂。纹达到一定尺寸（或称某临界尺寸）时就会失稳而快速扩展，导致完全断裂。通常把材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫通常把材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性断裂韧性。在裂纹尖端的延长线上（即在裂纹尖端的延长线上（即x轴上，裂纹尖端为坐标轴轴上，裂纹尖端为坐标轴原点）某点垂直于裂纹面的应力原点）某点垂直于裂纹面的应力y与坐标与坐标x的关系为：的关系为：y=K1/Y（2x）1/2Y：与裂纹形状、加载方式及试样尺寸有关的量，可查表：与裂纹形状、加载方式及试样尺寸有关的量，可查表得到；得到；K1：为应力场强度因子，可以
20、表示应力场的强弱程度：为应力场强度因子，可以表示应力场的强弱程度 对于某一确定的点，其应力由对于某一确定的点，其应力由K1决定，决定，K1越大，则越大，则应力场各点的应力也越大。应力场各点的应力也越大。本讲稿第十三页，共二十二页按线弹性断裂力学的分析，裂纹尖端应力场强度因子按线弹性断裂力学的分析，裂纹尖端应力场强度因子K1的一般表达式为：的一般表达式为：K1=Ya1/2（MN/m3/2）式中式中 为外加应力，为外加应力，a为裂纹长度的一半。为裂纹长度的一半。K1是一个决定于是一个决定于 和和a的复合力学参量。的复合力学参量。当当 和和a单独或共同增大，使单独或共同增大，使K1增大到某一临界值，
21、就能使裂纹扩展到试样断裂。增大到某一临界值，就能使裂纹扩展到试样断裂。裂纹扩展裂纹扩展的临界状态所对应的应力场强度因子称为临界应力场强度因子，用的临界状态所对应的应力场强度因子称为临界应力场强度因子，用K1c表示，它代表表示，它代表了材料的断裂韧性。了材料的断裂韧性。必须指出，必须指出，断裂韧性断裂韧性K1c是材料本身的特性，由材料的成分、组织状态决定，与裂纹的是材料本身的特性，由材料的成分、组织状态决定，与裂纹的尺寸、形状以及外加应力的大小无关；尺寸、形状以及外加应力的大小无关；应力场强度因子应力场强度因子K1则与外应力大小有关，也同裂纹尺寸有关。则与外应力大小有关，也同裂纹尺寸有关。当当K
22、1K1c，裂纹失稳扩展，可导致断裂发生。，裂纹失稳扩展，可导致断裂发生。即当裂纹尺寸即当裂纹尺寸2a一定时，外加应力一定时，外加应力 K1c/Y（a）1/2时，裂纹将失稳扩展；时，裂纹将失稳扩展；当外加应力当外加应力 一定时，则裂纹半长一定时，则裂纹半长a（K1c/Y）2时，裂纹也将失稳扩展。时，裂纹也将失稳扩展。对于具有确定组织状态的某种材料，断裂韧性对于具有确定组织状态的某种材料，断裂韧性K1c具有确定的数值。具有确定的数值。本讲稿第十四页，共二十二页五、疲劳强度五、疲劳强度在在交变应力交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服强度，但如果工作时间
23、较长，材料也会发料的屈服强度，但如果工作时间较长，材料也会发生断裂，这种现象就称为生断裂，这种现象就称为疲劳疲劳。疲劳是工程构件中最常见的失效形式，疲劳是工程构件中最常见的失效形式，80%以上的零以上的零构件失效方式是疲劳破坏。构件失效方式是疲劳破坏。本讲稿第十五页，共二十二页疲劳失效与一次脆断不同，其损伤是逐渐积累，逐渐发展的。大体上可把疲劳失疲劳失效与一次脆断不同，其损伤是逐渐积累，逐渐发展的。大体上可把疲劳失效过程分为效过程分为三个阶段：裂纹的形成、逐渐发展及最终的突然断裂。三个阶段：裂纹的形成、逐渐发展及最终的突然断裂。疲劳强度：疲劳强度：评定材料疲劳抗力的指标，即表示材料经受无限多次
24、循环而不断裂的最大应力，记为评定材料疲劳抗力的指标，即表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为 r。测定材料疲劳强度的试验通常采用测定材料疲劳强度的试验通常采用旋转弯曲试验旋转弯曲试验，试样在旋转时交替承受大小相等，试样在旋转时交替承受大小相等的交变拉压应力，经过足够数量的循环之后，试样就会断裂。试验时用多组试样，在的交变拉压应力，经过足够数量的循环之后，试样就会断裂。试验时用多组试样，在不同的交变应力下测定试样断裂前承受交变应力不同的交变应力下测定试样断裂前承受交变应力 的循环次数的循环次数N，然后绘制，然后绘制 N曲线。曲线。对钢铁材料和有机玻璃等，当应力降到某值后，对钢铁材料和有
25、机玻璃等，当应力降到某值后，N曲线趋于水平直线，此直线对应的应力即曲线趋于水平直线，此直线对应的应力即为疲劳强度。为疲劳强度。大多数有色金属及其合金和许多聚合物，其疲劳曲线大多数有色金属及其合金和许多聚合物，其疲劳曲线上没有水平直线部分，工程上常规定上没有水平直线部分，工程上常规定N=108次时所次时所对应的应力作为对应的应力作为条件疲劳强度。条件疲劳强度。本讲稿第十六页，共二十二页六、磨损与耐磨性六、磨损与耐磨性磨损：磨损：一个零件相对于另一个零件摩擦时，一个零件相对于另一个零件摩擦时，将会引起摩擦表面有微小颗粒分离出来，将会引起摩擦表面有微小颗粒分离出来，使接触表面尺寸变化、质量损失，这种
26、想使接触表面尺寸变化、质量损失，这种想象称为磨损。象称为磨损。一块物体相对于另一块物体发生滑动所需一块物体相对于另一块物体发生滑动所需要的水平力（即切向力）要的水平力（即切向力）Ft，与法向力，与法向力Fn相相比较，这两个力的比值就是摩擦系数：比较，这两个力的比值就是摩擦系数：=Ft/Fn 滑动面之间黏附越强，摩擦系数就越大。滑动面之间黏附越强，摩擦系数就越大。本讲稿第十七页，共二十二页按照磨损的破坏机理分类，磨损的种类包括粘着磨损、磨料磨按照磨损的破坏机理分类，磨损的种类包括粘着磨损、磨料磨损、氧化磨损、热磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损等。损、氧化磨损、热磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损等。粘着磨
27、损：粘着磨损：当两个表面相对滑动时，由于从一个表面拉掉一些材料颗当两个表面相对滑动时，由于从一个表面拉掉一些材料颗粒而粘附于另一个表面上，就造成粘着磨损。对于克服或减轻这一类粒而粘附于另一个表面上，就造成粘着磨损。对于克服或减轻这一类型的磨损，润滑措施非常有效。型的磨损，润滑措施非常有效。磨料磨损：磨料磨损：如果其中某些颗粒发生氧化并散落在两个表面之间，或如果其中某些颗粒发生氧化并散落在两个表面之间，或是环境中的外来硬质点的介入，由于氧化物颗粒或外来硬颗粒通常比是环境中的外来硬质点的介入，由于氧化物颗粒或外来硬颗粒通常比金属硬，它们就造成磨料磨损。另一种磨料磨损的方式是当坚硬又粗金属硬，它们就
28、造成磨料磨损。另一种磨料磨损的方式是当坚硬又粗糙的表面擦伤了较软的表面，这样会使软材料的颗粒散落在两个表面糙的表面擦伤了较软的表面，这样会使软材料的颗粒散落在两个表面之间，如果这些颗粒发生了氧化，它们将引起严重的磨料磨损。与粘之间，如果这些颗粒发生了氧化，它们将引起严重的磨料磨损。与粘着磨损不同，磨料磨损很少受润滑的影响，除非润滑剂能制止氧化和着磨损不同，磨料磨损很少受润滑的影响，除非润滑剂能制止氧化和腐蚀。材料的硬度是抵抗这一类磨损的主要因素。腐蚀。材料的硬度是抵抗这一类磨损的主要因素。本讲稿第十八页，共二十二页在干摩擦情况下，非金属材料摩擦系数小，不易粘附。金属材料在干摩擦情况下，非金属材
29、料摩擦系数小，不易粘附。金属材料尤其是软金属材料自身配对时摩擦系数大，最易发生粘着磨损，尤其是软金属材料自身配对时摩擦系数大，最易发生粘着磨损，因此，因此，在非完全润滑的重要机械摩擦副中，尽量不用同种材料已经在非完全润滑的重要机械摩擦副中，尽量不用同种材料已经成为一条基本原则。成为一条基本原则。如涡轮与蜗杆，涡轮多用青铜合金，而蜗杆则用钢材制造。如涡轮与蜗杆，涡轮多用青铜合金，而蜗杆则用钢材制造。为抵抗各种类型的磨损，已经发展了多种耐磨与抗磨材料，为抵抗各种类型的磨损，已经发展了多种耐磨与抗磨材料，如高锰钢，高铬铸铁等材料，也可对材料表面进行耐磨处理如高锰钢，高铬铸铁等材料，也可对材料表面进行
30、耐磨处理等。等。本讲稿第十九页，共二十二页七、工程材料的高温强度七、工程材料的高温强度1.蠕变现象蠕变现象材料在高温下受到外加应力的作用以后（哪怕此应力低于材材料在高温下受到外加应力的作用以后（哪怕此应力低于材料在此温度下的屈服强度），会随着时间的延长逐渐发生缓料在此温度下的屈服强度），会随着时间的延长逐渐发生缓慢的塑性变型直至断裂。材料的这种高温塑性变形的现象就慢的塑性变型直至断裂。材料的这种高温塑性变形的现象就称为蠕变。称为蠕变。测定材料蠕变特性的试验，是把圆柱形试测定材料蠕变特性的试验，是把圆柱形试样放入一定温度下的炉子中，并对试样施样放入一定温度下的炉子中，并对试样施加一个恒定的应力，
31、于是试样产生递增的加一个恒定的应力，于是试样产生递增的塑性变形，直至断裂。塑性变形，直至断裂。材料的蠕变过程可用蠕变曲线来描述。材料的蠕变过程可用蠕变曲线来描述。本讲稿第二十页，共二十二页AB：减速蠕变阶段，这一阶段开始蠕变速率增大，随着时间的延长，蠕变速率逐减速蠕变阶段，这一阶段开始蠕变速率增大，随着时间的延长，蠕变速率逐 渐减小。渐减小。BC：恒速蠕变阶段，这一阶段蠕变速率几乎保持不变。恒速蠕变阶段，这一阶段蠕变速率几乎保持不变。CD：加速蠕变阶段，至加速蠕变阶段，至D点产生蠕变断裂。点产生蠕变断裂。同一种材料的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而不同。当应力较小或温度较低时，蠕变同一种材料
32、的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而不同。当应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段持续时间较长，甚至可能不产生第三阶段；相反，当应力较大或温度较高时，蠕变第二阶段持续时间较长，甚至可能不产生第三阶段；相反，当应力较大或温度较高时，蠕变第二阶段很短，甚至完全消失，试样在很短时间内断裂。第二阶段很短，甚至完全消失，试样在很短时间内断裂。本讲稿第二十一页，共二十二页2.蠕变性能指标蠕变性能指标常用的蠕变性能指标有蠕变极限和持久强度：常用的蠕变性能指标有蠕变极限和持久强度：（1）蠕变极限：）蠕变极限：以在给定温度以在给定温度T下和规定的试验时间下和规定的试验时间t内，内，使试样产生一定蠕变伸长量的应力作为
33、蠕变极限。如使试样产生一定蠕变伸长量的应力作为蠕变极限。如9009000.3/5000.3/500600MPa600MPa表示材料在表示材料在900900，500500小时内，产生小时内，产生0.30.3变形量的应力为变形量的应力为600MPa600MPa。（2）持久强度：）持久强度：表征材料在高温载荷长期作用下抵抗断裂表征材料在高温载荷长期作用下抵抗断裂的能力，以试样在给定温度的能力，以试样在给定温度T经规定时间经规定时间t发生断裂的应力发生断裂的应力作为持久强度。如作为持久强度。如800800600600700MPa700MPa表示材料在表示材料在800800，经经600600小时断裂的应力为小时断裂的应力为700MPa700MPa。本讲稿第二十二页，共二十二页