将影响材料的弹性模数。
4、微观组织 金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，热处理
（显微组织）、冷塑性变形对E值影响不大；而陶瓷与高 分子材料的弹性模量对结构与组织很敏感。
工程陶瓷弹性模量的大小与构成陶瓷的相的种类、粒度、分 布、比例及气孔率有关。
高分子聚合物的弹性模数可通过添加增强性填料而提高。
第一章 材料单向静拉伸的力学性能
第一节 力－伸长曲线和应力－应变曲线 一、力－伸长曲线
例如：GB6397-86规定《金属拉伸试样》 有： 圆形、矩形、异型及全截面． 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0; 短试样：L0=5d0
F
eA s p
Fe Fs
b k
Fb
Fp
o
g
Δl u Δl b
f

拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
低碳钢拉伸过程变化的四个阶段：
弹性变形阶段 屈服变形阶段 塑性变形阶段 颈缩现象至断裂
二、应力－应变曲线
图1－3 低碳钢的应力－应变曲线
(1)应力σ ( MPa ) ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的
载荷( F )除以试样的原始横截面积A 0 ( mm2)表示:
子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 双原子模型 在正常状态下，晶格中的离子能保持在
其平衡位置仅作微小的热振动，是受离子之间的相互作 用力控制的结果。
二、弹性模量与比弹性模量
拉：σ=Eε 扭：τ=Gγ 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时， 弹性模量（数）在数值上等于弹性应力。 在工程上弹性模量是表征材料对弹性变形的抗力， 即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性 变形就越小。(?) 弹性模量的物理意义：表示材料在外载荷下抵抗弹性变 形的能力 比弹性模量=弹性模量/单位体积质量 （*空间材料）
例2: 玻璃态高聚物的应力-应变曲线
例3: 高分子材料的应力-应变曲线
高分子材料的应力-应变曲线呈现 出多种多样的变异。若按在拉伸过 程中屈服点的变化、伸长率大小及 断裂状况，大致分为5中类型。
第二节 弹性变形 及其性能指标
一、弹性变形的本质 金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物 线性关系 变
形量小(一般小于0.5-1%，相当于原子间距的几分之一) 橡胶态的高分子聚合物 非线性关系 变形量大 材料产生弹性变形的本质都是构成材料的原子（离
降到零，m点对应的应变om `为总应变量，在卸载后回复的部分m `n为弹性应变量，残留部分no为塑性应变量。
图（b）为具有明显屈服点材料的应力应变曲线，与图（a）相比，不同之处在于出现了明显的屈服点aa `， 有明显的齿状屈服平台，其相应的应变量在1%-3%范围 图（c）为拉伸不出现颈缩的应力应变曲线，只有弹性变形的oa和均匀塑性变形的ak段。某些塑性较低的金 属如铝青铜，或变形强化能力特别强的金属如高锰钢 图（d）为拉伸不稳定型材料的应力应变曲线，其变形特点是在变形强化过程中出现多次局部失稳，原因是 孪生变形机制的参与。当孪生应变速率超过试验运动速率时，导致局部应力松弛，相应的在应力应变曲线 上出现齿形特征。如某些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金具有此类应力应变行为。
Δl
op段：比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； 平台或锯齿（s段）：屈服阶段； sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点 断裂。
断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断 后测得的伸长)，弹性伸长gf。
Δl
图1-2 拉伸曲线
思考
决定材料性能的关键因素？ 研究材料性能的目的在于？ 如何理解材料性能失效的问题？ 材料性能学所阐述内容的意义在于？
教学的主要内容及学时安排
材料单向静拉伸的力学性能（5学时） 材料在其它静载荷下的力学性能（3学时） 材料的冲击韧性与低温脆性（2学时） 材料的断裂韧性（5学时） 材料的疲劳性能（4学时） 材料的磨损性能（3学时） 材料的高温力学性能（2学时）
F
A0
(2)应变ε：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原
始长度(mm )表示: l
l0
例1: 塑性材料应力-应变曲线
图（a）为最常见的金属材料应力应变曲线。Oa为弹性变形阶段，开始发生塑性变形，过程沿着abk进行。开始 发生塑性变形的点就是屈服点，屈服以后的变形包括弹性变形和塑性变形，如在点m处卸载，应力会沿着mn下
复合材料为特殊的多相材料，对于增强相为粒状的复合材料， 其弹性模数随增强相体积分数的增高而增大。
5、温度 随温度的升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距增
大，结合力减弱，使材料的弹性模量降低。 对金属材料而言，弹性模量E还与金属材料的熔点成正比，
越是难熔的金属材料其E越高。 6、加载条件和负荷持续时间 对金属、陶瓷几乎无影响， 高分子聚合物随着负荷时间的延长，E逐渐降低。
三、影响弹性模量的因素—主要取决于结合键的本质和原子间的结合力
（键合强度）
1、键合方式和原子结构 共价键 、离子键、金属键、分子键 金属元素的弹性模量还与元素在周期表中的位置有关（R↑E↓）。
2、晶体结构 单晶体材料 各向异性——密排晶向上E最大 多晶体材料 伪各向同性 非晶态材料 各向同性
3、化学成分 材料化学成分的变化将引起原子间距或键合方式的变化，因此也
材料性能学
周晓龙
绪论
课程简介
材料性能
力学性能：主要研究材料在受载过程中 的变形（2）和断裂的规律；力 学性能指标的本质、物理概念、 实用意义和影响因素。
物理性能：含义广泛，包括声、光、电、 磁、热等，（例如电脑芯片与基 座） 。
材料力学性能学习目的及教学内容及学时安排
学习目的
学习材料力学性能就是通过掌握材料各种主要性能 的基本概念，物质本质、变化规律与性能指标的工 程意义，理解影响材料性能的主要因素，以便寻找 改善或提高材料性能的途径与方法，或分析材料在 使用过程中发生失效的原因等；同时让同学们了解 材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，以培 养同学们在工程应用中选材、开发新材料的基本技 能。使得同学们能够将所学材料基础理论与工程实 际能够很好的结合起来，并提高同学们在工程实际 中解决材料问题的能力。