納米材料導(dǎo)論

1、材料力學(xué)性能目錄1234工程應(yīng)力應(yīng)變和真應(yīng)力應(yīng)變加工硬化強(qiáng)度、塑性、韌性的表征硬度單向靜拉伸試驗(yàn)單向靜拉伸試驗(yàn)是指在室溫、大氣環(huán)境中，對長棒狀試樣（橫截面可為圓形或矩形）沿軸向緩慢施加單向拉伸載荷，使其伸長變形直到斷裂的過程。一種電子拉伸試驗(yàn)機(jī)示意圖工程應(yīng)力的定義為 = P/A0式中，P為載荷；A0為試樣工作段的原始橫截面積。應(yīng)力的法定計(jì)量單位為MPa或Pa。工程應(yīng)變的定義為 =l/l0式中 ， l為試樣長度方向上的伸長量；l0為試樣工作段的原始標(biāo)距長度拉伸曲線拉伸曲線在e點(diǎn)以下為彈性變形階段從e點(diǎn)到k點(diǎn)為塑性變形階段試樣在k點(diǎn)發(fā)生斷裂載荷伸長曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線n加工硬化金屬材料在再結(jié)晶溫度以下

2、塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象，又稱冷作硬化。n產(chǎn)生加工硬化的原因金屬在塑性變形時(shí)，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值和硬化層深度來表示。在納米材料中也會(huì)出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，此時(shí)的硬化行為多認(rèn)為和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。真應(yīng)力真應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線AP真實(shí)應(yīng)力 S =與瞬時(shí)截面積相應(yīng)的拉伸力瞬時(shí)截面積當(dāng)拉伸力P有一增量 dP 時(shí)，試樣在瞬時(shí)長度l的基礎(chǔ)上也有一增量dl，于是應(yīng)變的微分增量應(yīng)該是 de = dl/l,則試樣自l0至l后，總的真應(yīng)變量為e = = =ln e0delldl

3、0L0Ll工程應(yīng)變和真應(yīng)變e之間的關(guān)系為e = ln = ln( ) = ln (1+ )0ll00lll 真應(yīng)力與工程應(yīng)力之間的關(guān)系為S = （1+ ）真應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖單向靜拉伸力學(xué)性能指標(biāo)比例極限p彈性極限e屈服強(qiáng)度s抗拉強(qiáng)度b1伸長率和斷面收縮率2韌度3Aopp比例極限p是能保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力，即在應(yīng)力應(yīng)變曲線上剛開始偏離直線時(shí)的應(yīng)力 p= 彈性極限e是材料發(fā)生可逆的彈性變形的上限應(yīng)力值。應(yīng)力超過此值，則材料開始發(fā)生塑性變形 e=屈服極限s是應(yīng)力應(yīng)變曲線上屈服平臺(tái)的應(yīng)力 s=抗拉強(qiáng)度b是由試樣拉斷前最大載荷所決定的條件臨界應(yīng)力，即試樣所能承受的最大載荷Pb除以原始截面

4、積A0 b= 0eAp0SAP0bAP伸長率和斷面收縮率斷裂前材料發(fā)生塑性變形的能力叫做塑性。雖然表示材料塑性變形能力的參數(shù)有很多，但在工程上，一般用材料斷裂時(shí)的最大相對塑性變形來表示，即伸長率和斷面收縮率。伸長率是斷裂后試樣標(biāo)距長度的相對伸長量 = * 100式中，l0為原始標(biāo)距長度；lk為斷裂后標(biāo)距長度。伸長率的測試方法是：試驗(yàn)前，在試樣的工作標(biāo)距長度了l0兩端做好記號(hào)，拉伸斷裂后，將斷裂的兩截試樣在斷口處細(xì)致地吻合對接，然后再測量出標(biāo)距間長度lk,再利用上式計(jì)算伸長率。 oklll0斷面收縮率是斷裂后試樣截面的相對收縮率 = * 100 式中，A0為原始截面積；Ak為斷裂后的最小截面積，

5、一般在頸縮處。 okAAA 0斷面收縮率的測定對援助而形試樣比較簡單，在縮頸處兩個(gè)相互垂直的方向上測量其直徑（需要時(shí)，應(yīng)將斷裂的兩截試樣的斷裂面處對接起來），用兩者的算術(shù)平均值計(jì)算。對矩形截面試樣，用縮頸處的最大寬度b1乘以最小厚度a1來定出斷裂后的截面積，實(shí)驗(yàn)表明，斷面收縮率與試樣的尺寸無關(guān)。板狀試樣斷口尺寸的測量韌度韌度韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，韌性是指材料斷裂前吸收變形功和斷裂功的能力。韌性和脆性是相反的概念，韌性愈小，意味著材料斷裂所消耗的能量愈小，則材料的脆性愈大。一般情況下，韌度可以理解為應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積。根據(jù)試樣的狀態(tài)及實(shí)驗(yàn)方法，韌度一般分為三類：即靜力韌度、沖擊

6、韌度和斷裂韌度。沖擊韌度沖擊韌度夏比缺口沖擊試驗(yàn)-將欲測定的材料先制備成帶缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣，然后放置在試樣機(jī)支座上，將具有質(zhì)量為G的擺錘舉至一定高度h，使其獲得勢能Gh，再將擺錘釋放，擺錘下落至最低位置時(shí)沖斷試樣，剩余的動(dòng)能會(huì)將擺錘再揚(yáng)起一定高度h,即沖斷試樣后擺錘剩余的能量為Gh。沖斷試樣所用的能量為沖擊功，以Ak(單位 N *m)表示： Ak=G(h-h)將沖擊功除以試樣缺口處截面積A0的值定義為沖擊韌度，以ak(單位N*m/m)表示： ak= 0AAk硬度硬度是表征材料軟硬程度的一種力學(xué)性能指標(biāo)。測定硬度的試驗(yàn)方法有很多種，大體可分為壓入法和刻劃法兩大類。在壓入法中，根據(jù)加載速度不同又分為

7、靜載壓入法和動(dòng)載壓入法，后者又稱彈性回跳法。靜載壓入法的基本原理是：利用機(jī)械裝置將標(biāo)準(zhǔn)壓頭在規(guī)定載荷下壓入待測材料表面，保持一定時(shí)間后卸載，然后測量殘留在材料表面壓痕的某一幾何量，如壓痕面積、壓痕深度或壓痕對角線長度等，來表征材料的軟硬。顯然壓痕面積或壓痕深度愈大，材料硬度愈低。布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是1900年由瑞典工程師J.B.Brinell提出的，是目前最常用的硬度試驗(yàn)方法之一。的人如此布氏硬度的試驗(yàn)原理如圖所示，以一定大小的載荷P(kgf或N)將直徑為D的球形壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除載荷，根據(jù)壓痕的表面積A（mm），計(jì)算單位面積上所承受的載荷來表征硬度，用符號(hào)HB表示，計(jì)算公式如下： HB = =在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，由于測量壓痕直徑d比壓痕深度h方便，因此經(jīng)上式中的h換算成d的表達(dá)式。根據(jù)幾何關(guān)系A(chǔ)PDhP布氏硬度 h=因此，當(dāng)載荷單位為kgf時(shí)，有 HB = 當(dāng)載荷單位為N時(shí)，有 HB = ）（22d-D21-2D）（22d-