材料性能及檢測(cè)

1、材料性能與檢測(cè)材料性能與檢測(cè)Company L內(nèi)內(nèi) 容容金屬材料金屬材料1無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料2高分子材料高分子材料33力學(xué)性能力學(xué)性能：彈性、塑性、硬度、韌度、強(qiáng)度：彈性、塑性、硬度、韌度、強(qiáng)度耐環(huán)境性能耐環(huán)境性能：耐腐蝕性、老化、抗輻照性：耐腐蝕性、老化、抗輻照性性能劃分性能劃分物理性能物理性能：熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)：熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)四、材料性能的劃分四、材料性能的劃分4力學(xué)性能：力學(xué)性能：材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為變形和斷裂。即材料抵抗外載引起變形和斷裂的能力。變形和斷裂。即材料抵抗外載引起

2、變形和斷裂的能力。力學(xué)性能力學(xué)性能表征力學(xué)性能表征材料軟硬程度材料軟硬程度變形能力變形能力彈性、塑性彈性、塑性材料脆性材料脆性硬度硬度韌性韌性材料抵抗外力能力材料抵抗外力能力強(qiáng)度強(qiáng)度56五、材料性能的四個(gè)方面五、材料性能的四個(gè)方面宏觀表征宏觀表征：表征材料性能的參數(shù)，如強(qiáng)度、硬度：表征材料性能的參數(shù)，如強(qiáng)度、硬度 微觀本質(zhì)微觀本質(zhì)：材料的性能是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素在一定：材料的性能是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素在一定 外界作用下的綜合反映外界作用下的綜合反映 影響因素影響因素：內(nèi)因（材料結(jié)構(gòu)），外因（溫度等）：內(nèi)因（材料結(jié)構(gòu)），外因（溫度等） 性能測(cè)試性能測(cè)試：測(cè)試原理、設(shè)備、方法：測(cè)試原理、設(shè)備、方法第一節(jié)

3、 金屬材料的機(jī)械性能定義：金屬材料的機(jī)械性能又稱為力學(xué)性能，表示材料承受外力作用的能力。 金屬材料的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)有：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、硬度、疲勞和沖擊等，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可以測(cè)出相應(yīng)的機(jī)械性能指標(biāo)，最常見的是拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)。機(jī)械性能指標(biāo)包括四大項(xiàng)：強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。性能指標(biāo)：定義、符號(hào)、單位、數(shù)值含義。一、強(qiáng)度力學(xué)拉伸試驗(yàn)：力學(xué)拉伸試驗(yàn)：圖中d0和l0分別為試樣在拉伸前的計(jì)算直徑和計(jì)算長(zhǎng)度，d和l分別為試樣在拉斷后的斷口直徑和計(jì)算長(zhǎng)度。 圖1-1 標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣示意圖 kbb 極限載荷點(diǎn)力學(xué)拉伸試驗(yàn)0ll0dFee 彈性極限點(diǎn)sS 屈服點(diǎn)K 斷裂點(diǎn)拉伸曲線dl應(yīng)力應(yīng)變

4、曲線0SF0ll縮頸sFeFbFoFFL3、屈服強(qiáng)度（屈服極限）、屈服強(qiáng)度（屈服極限）概念：材料抵抗應(yīng)力作用下，開始發(fā)生明顯塑性變形，拉力不增加，應(yīng)力增加，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的最小應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度。單位：MPa（N/mm2）; 表示符號(hào)：s當(dāng)材料單位面積上所受的應(yīng)力es時(shí)，材料將產(chǎn)生明顯的塑性變形。它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。屈服強(qiáng)度 是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。*條件屈服強(qiáng)度概念：實(shí)際上，某些材料（鑄鐵、鑄鋁等）在做拉伸曲線時(shí)和低碳鋼不一樣，并沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象(低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較)。為此人為的專門規(guī)定，把當(dāng)試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值(0.2

5、)定為該材料的屈服強(qiáng)度（條件屈服強(qiáng)度）。單位：MPa(N/mm2) ; 表示符號(hào)：0.2實(shí)際意義：一些工程零件(如緊固螺栓)在使用時(shí)是不允許發(fā)生塑性變形的，因此屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)之一。低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較應(yīng)變曲線比較疲勞極限獲得方法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)方法疲勞極限獲得方法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)方法3、條件疲勞極限、條件疲勞極限 對(duì)于鋼鐵材料，取對(duì)于鋼鐵材料，取N=107的循環(huán)周次所對(duì)應(yīng)的最的循環(huán)周次所對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力為它的大應(yīng)力為它的-1。 對(duì)于大多數(shù)非鐵金屬及其合金對(duì)于大多數(shù)非鐵金屬及其合金的疲勞曲線上沒(méi)有水平直線部分。的疲勞曲線上沒(méi)有水平直線部分。如圖曲

6、線如圖曲線2所示所示 這種情況要根據(jù)零件的工作條件及使用壽命確定這種情況要根據(jù)零件的工作條件及使用壽命確定一個(gè)疲勞極限的循環(huán)周次，并以此所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力一個(gè)疲勞極限的循環(huán)周次，并以此所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力N作為作為疲勞極限，亦稱條件疲勞極限疲勞極限，亦稱條件疲勞極限。 一般規(guī)定：鑄鐵取一般規(guī)定：鑄鐵取N=107，非鐵金屬取，非鐵金屬取N=108金屬的疲勞曲線金屬的疲勞曲線二、塑性二、塑性（一）布什硬度如圖所示：布氏硬度測(cè)試原理圖 三、硬度三、硬度概念概念：硬度：硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或 劃痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據(jù)。常用方法常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、李

7、氏硬度、肖氏硬、李氏硬度、肖氏硬 度、維氏硬度度、維氏硬度等來(lái)表示材料的硬度。布布 氏氏 硬硬 度度 計(jì)計(jì) 布什硬度的表示方法布什硬度的表示方法硬度值的標(biāo)注方法如下：硬度值的標(biāo)注方法如下： 硬度值硬度值 硬度代號(hào)硬度代號(hào) 壓頭直徑壓頭直徑D/載荷載荷P/保荷時(shí)間保荷時(shí)間T如：150HBS10/3000/30 表示用直徑10mm的淬火鋼球壓頭，在3000kgf載荷作用下保荷時(shí)間為30秒所測(cè)得的布氏硬度值為150。（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度如圖所示為洛氏硬度測(cè)試原理圖。如圖所示為洛氏硬度測(cè)試原理圖。HR=K-e/0.002 式中：式中：HR為洛氏硬度代號(hào)；為洛氏硬度代號(hào)；K為常數(shù)，為常數(shù)，當(dāng)采用

8、金剛石圓錐壓頭時(shí)當(dāng)采用金剛石圓錐壓頭時(shí)K=100，用淬鋼球壓頭時(shí)，用淬鋼球壓頭時(shí)K=130。 洛洛 氏氏 硬硬 度度 計(jì)計(jì) 洛氏硬度的表示方法洛氏硬度的表示方法 硬度值硬度值 硬度代號(hào)硬度代號(hào)如：60HRC 金剛石圓錐壓頭 載荷為150 kgf 所測(cè)得的硬度值為60。 洛氏硬度值沒(méi)有單位， 硬度值越大材料硬度越高， 材料的耐磨性越好。（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用 布什硬度和洛氏硬度特點(diǎn)比較：布什硬度和洛氏硬度特點(diǎn)比較：1、測(cè)定準(zhǔn)確性 布什大于洛氏2、測(cè)量范圍 洛什大于布氏3、測(cè)量效率 洛什大于布氏4、應(yīng)用對(duì)象布什硬度：布什硬度：主要用于原材料、毛坯和

9、半成品的硬度的單件、小批測(cè)量。不適合于測(cè)量厚度太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：洛氏硬度：不僅可以用于測(cè)量原材料、毛坯和半成品的硬度，也可以用于測(cè)量成品的硬度，不僅可以用于單件、小批測(cè)量，也可以用于大批量測(cè)量。 四、沖擊韌度四、沖擊韌度 概念：沖擊韌度概念：沖擊韌度表示材料抵抗沖擊載荷作用的能力，并以沖斷試樣每單位面積所消耗的功來(lái)表示。沖擊韌度值k愈大，材料韌性愈好，抵抗沖擊載荷作用的能力愈強(qiáng)。 k=Ak/F=G(H-h)/F (J/m)式中：k沖擊韌度值；Ak沖擊吸收功；G實(shí)驗(yàn)機(jī)擺錘質(zhì)量；H擺錘原始高度；h沖斷試樣后擺錘的終止擺動(dòng)高度F試樣斷口處的橫截面積。一、物理性能 金屬材料的物理性能物理

10、性能主要是指其密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及熱脹冷縮性及熱脹冷縮性等 。1、導(dǎo)熱性、導(dǎo)熱性 金屬的導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱系數(shù)金屬的導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱系數(shù)（W/( m*K)）來(lái)評(píng)價(jià)，）來(lái)評(píng)價(jià)，值愈大，導(dǎo)熱性愈好。材料的導(dǎo)熱性對(duì)加工和使用都有很大值愈大，導(dǎo)熱性愈好。材料的導(dǎo)熱性對(duì)加工和使用都有很大的影響。的影響。2、熱脹冷縮性、熱脹冷縮性 材料的熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)材料的熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)（1/）或體積膨脹系）或體積膨脹系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)愈大，材料的尺寸或體積隨溫度升高而增大愈多，隨溫度降低而減少愈多，不僅對(duì)零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。

11、第二節(jié) 金屬的物理性能和化學(xué)性能二、化學(xué)性能 化學(xué)性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)化學(xué)作用的能力，即化學(xué)穩(wěn)定性。主要化學(xué)性能有抗氧化性和抗腐蝕性。1. 抗氧化性 材料在使用過(guò)程中，尤其是在高溫下使用要考慮材料的抗氧化性。2. 抗腐蝕性 腐蝕也是零件失效的一個(gè)主要原因，根據(jù)零件的工作環(huán)境的不同，要考慮材料耐不同介質(zhì)腐蝕的能力。 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料Company LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCo

12、mpany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany LCompany L62高分子材料高分子材料1.1 1.1 力學(xué)性能的基本指標(biāo)力學(xué)性能的基本指標(biāo)1.1.1 1.1.1 應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變 當(dāng)材料受到外力作用，它所處的條件又不能產(chǎn)生慣性移動(dòng)時(shí)，其幾何形狀和尺寸當(dāng)材料受到外力作用，它所處的條件又不能產(chǎn)生慣性移動(dòng)時(shí)，其幾何形狀和尺寸會(huì)發(fā)生變化，這種變化就稱為會(huì)發(fā)生變化，這種變化就稱為應(yīng)變應(yīng)變，亦可稱為，亦可稱為形變形變。 定義單位面積上的

13、附加內(nèi)力為定義單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力應(yīng)力。 631.1.2 1.1.2 彈性模量彈性模量單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小，是材料剛性的表征。模量的倒數(shù)稱為柔量，是材料容易單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小，是材料剛性的表征。模量的倒數(shù)稱為柔量，是材料容易形變程度的一種表征。形變程度的一種表征。 拉伸模量（楊氏模量）拉伸模量（楊氏模量）E E： 剪切模量（剛性模量）剪切模量（剛性模量）G G： 壓縮模量（本體模量）壓縮模量（本體模量）K K： EGVPK64泊松比泊松比 材料在拉伸時(shí)，不僅有軸向伸長(zhǎng)，同時(shí)有橫向收縮。橫向應(yīng)變對(duì)軸向應(yīng)變之比稱材料在拉伸時(shí)，不僅有軸向伸長(zhǎng)，同時(shí)有橫向收縮。橫向應(yīng)變對(duì)軸向應(yīng)變之比稱為泊

14、松比，以為泊松比，以 表示表示 00llmm軸向應(yīng)變橫向應(yīng)變 可以證明沒(méi)有體積變化時(shí)，可以證明沒(méi)有體積變化時(shí)，0.50.5，橡膠拉伸時(shí)就是這種情況。其他材料拉伸，橡膠拉伸時(shí)就是這種情況。其他材料拉伸時(shí)，時(shí)，0.5.0.5.65與與E和和G之間有如下關(guān)系式：之間有如下關(guān)系式：E = 2G(1+ )因?yàn)橐驗(yàn)?0.5，所以，所以2GG，即拉伸比剪切困難，即拉伸比剪切困難. 這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)高分子鏈要斷鍵，需要較大的力；剪切時(shí)是層間錯(cuò)這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)高分子鏈要斷鍵，需要較大的力；剪切時(shí)是層間錯(cuò)動(dòng)，較容易實(shí)現(xiàn)。動(dòng)，較容易實(shí)現(xiàn)。661.3 高分子材料的拉伸行為高分子材料的拉伸行為啞鈴狀試件啞鈴狀試件 L0

15、=5.65A01/2或或11.3A0 1/2 67y -y -屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)e-e-彈性極限點(diǎn)彈性極限點(diǎn)冷拉冷拉應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化 e b y e b yp-比例極限比例極限 p pb -b -斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)p-比例極限比例極限1.3.1 線型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力線型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線68拉伸過(guò)程高分子鏈的三種運(yùn)動(dòng)情況：拉伸過(guò)程高分子鏈的三種運(yùn)動(dòng)情況：彈性形變（開始彈性形變（開始e e點(diǎn)）點(diǎn)）強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變塑性變形塑性變形ey（屈服點(diǎn)）（屈服點(diǎn)）69動(dòng)畫引自九江學(xué)院杜大明材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt彈性變形與塑性變形彈性變形與塑性變形70l彈性變形 材料產(chǎn)生彈性變形的

16、本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子材料產(chǎn)生彈性變形的本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。橡膠類材料則是呈卷曲狀自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。橡膠類材料則是呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)沿受力方向產(chǎn)生的伸展。的分子鏈在力的作用下通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)沿受力方向產(chǎn)生的伸展。 VTVTlSlUf,材料在等溫、等容條件下發(fā)生彈性回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力由內(nèi)能變材料在等溫、等容條件下發(fā)生彈性回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力由內(nèi)能變化和熵變兩部分組成?；挽刈儍刹糠纸M成。 71l彈性變形的特點(diǎn)彈性變形的特點(diǎn)1)1)可逆性可逆性：去掉外力后變形消失：去掉外力后變形消失 彈性變形都是可逆變形彈性變形都是可逆變形2

17、).2).金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)高聚物：應(yīng)力金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)高聚物：應(yīng)力- -應(yīng)變線性應(yīng)變線性關(guān)系，彈性變形量都較小關(guān)系，彈性變形量都較小3).3).橡膠態(tài)的高聚物：應(yīng)力橡膠態(tài)的高聚物：應(yīng)力- -應(yīng)變不呈線性關(guān)系，應(yīng)變不呈線性關(guān)系，且變形量較大且變形量較大 72l彈性變形的力學(xué)性能指標(biāo)彈性變形的力學(xué)性能指標(biāo) （1）彈性模量：）彈性模量：是單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小，物理意義是是單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小，物理意義是產(chǎn)生產(chǎn)生100 %彈性變形所需的應(yīng)力。彈性變形所需的應(yīng)力。（2）比例極限）比例極限p：是保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力，是保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力，即在應(yīng)力即在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上剛

18、開始偏離直線時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線上剛開始偏離直線時(shí)的應(yīng)力 0AFpp（3）彈性極限）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，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(guò)此值，則材料發(fā)生塑性變形應(yīng)力超過(guò)此值，則材料發(fā)生塑性變形 。0AFee73（4）彈性比功：）彈性比功： 是材料開始塑性變形前單位體積所能吸收的是材料開始塑性變形前單位體積所能吸收的彈性變形功，又稱彈性比能或應(yīng)變比能，用彈性變形功，又稱彈性比能或應(yīng)變比能，用e表示，它在數(shù)值表示，它在數(shù)值上等于應(yīng)力上等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性段以下所包圍的面積應(yīng)變曲線彈性段以下所包圍的面積 eeeoEaeeee2212提高彈性比功的方法：提高

19、彈性比功的方法： 提高提高e 降低降低E（提高彈性極限應(yīng)變（提高彈性極限應(yīng)變e）橡膠低橡膠低E和高彈性應(yīng)變和高彈性應(yīng)變高彈性高彈性比功比功74l非理想彈性非理想彈性理想彈性行為：理想彈性行為：E（1）.應(yīng)變應(yīng)變-應(yīng)力線性應(yīng)力線性（2）.應(yīng)力和應(yīng)變同相位應(yīng)力和應(yīng)變同相位（3）.應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)高分子材料的非理想彈性行為：高分子材料的非理想彈性行為：滯彈性、粘彈性、內(nèi)耗滯彈性、粘彈性、內(nèi)耗75（1）滯彈性）滯彈性 材料在快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)材料在快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能，又稱而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能，又稱彈性后效。彈性后效。彈簧彈

20、簧薄膜傳感器薄膜傳感器動(dòng)畫引自九江學(xué)院杜大明材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt非理想彈性變形非理想彈性變形 76滯彈性示意圖滯彈性示意圖ABabcedOH正彈性后效正彈性后效加載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力加載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力反彈性后效反彈性后效卸載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力卸載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力77定義定義：材料在外力作用下彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在的一種力學(xué)行為：材料在外力作用下彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在的一種力學(xué)行為粘性粘性：液體或溶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力以反抗相對(duì)運(yùn)：液體或溶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力以反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。動(dòng)的性質(zhì)。（2 2） 粘彈性粘彈性特征：特征：應(yīng)變對(duì)應(yīng)力

21、的響應(yīng)不是瞬時(shí)完成的，需要通過(guò)應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時(shí)完成的，需要通過(guò)一個(gè)馳豫過(guò)程，卸載不留殘余變形；應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系與一個(gè)馳豫過(guò)程，卸載不留殘余變形；應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系與時(shí)間有關(guān)。時(shí)間有關(guān)。78（3 3） 內(nèi)耗內(nèi)耗理想彈性行為理想彈性行為7911 01 1ACDBE橡膠拉伸和回縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線內(nèi)耗也稱為材料循環(huán)韌性，表示材料在交變載荷下吸收不可逆變內(nèi)耗也稱為材料循環(huán)韌性，表示材料在交變載荷下吸收不可逆變形供的能力，又稱消振性形供的能力，又稱消振性80l塑性變形塑性變形 是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，而不引起材料斷裂的現(xiàn)象。是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，而不引起材料斷裂的現(xiàn)象。塑性

22、變形是塑性變形是一種不可逆變形一種不可逆變形. .塑性變形主要是由于塑性變形主要是由于切應(yīng)力切應(yīng)力引起的。材料塑性變形過(guò)程中仍然保留著彈性變形，引起的。材料塑性變形過(guò)程中仍然保留著彈性變形，所以整個(gè)變形過(guò)程是彈性加塑性變形過(guò)程，可稱為彈塑性變形。所以整個(gè)變形過(guò)程是彈性加塑性變形過(guò)程，可稱為彈塑性變形。81l高分子材料的塑性變形高分子材料的塑性變形結(jié)晶態(tài)高分子材料結(jié)晶態(tài)高分子材料: :塑變機(jī)制：塑變機(jī)制： 塑性變形是由薄晶塑性變形是由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束的過(guò)程的微纖維束的過(guò)程82非晶態(tài)高分子材料：非晶態(tài)高分子材料：塑變機(jī)制：在正應(yīng)力作用下形成銀紋和塑變機(jī)制：在正

23、應(yīng)力作用下形成銀紋和切應(yīng)力作用下無(wú)取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕徘袘?yīng)力作用下無(wú)取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕械睦w維束列的纖維束銀紋的產(chǎn)生銀紋的產(chǎn)生83（1）屈服極限：）屈服極限：材料的屈服極限定義為應(yīng)力材料的屈服極限定義為應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線上屈服平臺(tái)的應(yīng)力上屈服平臺(tái)的應(yīng)力 0AFyy（2）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度b ：是試樣拉斷前所承受的最大應(yīng)力，即：是試樣拉斷前所承受的最大應(yīng)力，即試樣所能承受的最大載荷試樣所能承受的最大載荷Fb與其原始截面積的比值與其原始截面積的比值 0AFbbl塑性變形的力學(xué)性能指標(biāo) 84（3）伸長(zhǎng)率和斷面收縮率伸長(zhǎng)率和斷面收縮率%10000lllk%10000AAAk85硬而脆硬而脆酚

24、醛塑料酚醛塑料硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)硬硬PVCPVC強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌PCPC軟而韌軟而韌HPPEHPPE軟而弱軟而弱天然橡膠天然橡膠1.3.2 1.3.2 幾種典型的高聚物應(yīng)力幾種典型的高聚物應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線弱而脆弱而脆低聚物低聚物861.3.3 1.3.3 晶態(tài)高聚物的應(yīng)力晶態(tài)高聚物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線第一階段第一階段OY段：段：出現(xiàn)出現(xiàn)“細(xì)頸細(xì)頸”。第二階段，第二階段，細(xì)頸的發(fā)展階段。細(xì)頸的發(fā)展階段。第三階段（第三階段（DB）：）：成頸變細(xì)的試樣重新被均成頸變細(xì)的試樣重新被均勻拉伸，直到斷裂點(diǎn)勻拉伸，直到斷裂點(diǎn)B。 871.3.4 1.3.4 特殊的應(yīng)力應(yīng)變曲線特殊的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖圖1

25、-16 SBS的應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 圖圖1-17 硬彈性聚丙烯的應(yīng)力硬彈性聚丙烯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 881.3.5 1.3.5 影響拉伸行為的外部因素影響拉伸行為的外部因素1、溫度的影響、溫度的影響123456 789l非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線1，2-溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃態(tài)，無(wú)強(qiáng)迫高彈性態(tài)，無(wú)強(qiáng)迫高彈性3，4，5-溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度之間，為軟玻璃態(tài)之間，為軟玻璃態(tài)6，7，8-溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度之間，為高彈態(tài)

26、之間，為高彈態(tài)9-溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài)溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài)891234567l晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線1 1，2-2-溫度低于脆性溫度，拉伸行為溫度低于脆性溫度，拉伸行為類似彈性固體類似彈性固體3 3，4 4，5-5-溫度介于脆性溫度與玻璃溫度介于脆性溫度與玻璃溫度之間，為軟玻璃態(tài)溫度之間，為軟玻璃態(tài)7-7-溫度介于溫度介于T Tb b與與T Tg g之間，為軟玻璃態(tài)，之間，為軟玻璃態(tài)，行為類似強(qiáng)迫高彈性行為類似強(qiáng)迫高彈性6-6-溫度較高，低于熔點(diǎn)，拉伸行為類似溫度較高，低于熔點(diǎn)，拉伸行為類似非晶態(tài)橡膠非晶態(tài)橡膠901.5

27、1.5 其他靜載荷下的力學(xué)試驗(yàn)及性能其他靜載荷下的力學(xué)試驗(yàn)及性能1.5.1 1.5.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)正應(yīng)力正應(yīng)力導(dǎo)致脆性斷裂；導(dǎo)致脆性斷裂； max切應(yīng)力切應(yīng)力導(dǎo)致塑性變形和韌性斷裂；導(dǎo)致塑性變形和韌性斷裂； max123)(321maxv231max91)( 232131maxmaxv表示材料塑性變形的難易程度表示材料塑性變形的難易程度大，大， max大，易塑性變形大，易塑性變形小，小， 應(yīng)力狀態(tài)硬，易脆性斷裂應(yīng)力狀態(tài)硬，易脆性斷裂單向拉伸，單向拉伸，2 2= =3 3=0=0，=0.5=0.5應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)92不同加載條件下的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)不同加載條

28、件下的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)加載方式加載方式123 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)0-0.8 單向拉伸單向拉伸000.5 三向等拉伸三向等拉伸0 三向不等拉伸三向不等拉伸8/98/90.1 單向壓縮單向壓縮00-2.0 雙向壓縮雙向壓縮0-1.0 三向壓縮三向壓縮-2-293三、壓縮及其性能指標(biāo)三、壓縮及其性能指標(biāo)試樣通常為圓柱形試樣通常為圓柱形,長(zhǎng)徑比一般為長(zhǎng)徑比一般為1.0 2.0之間之間 塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料9495規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力0AFpcpc0AFbcbc%10000hhhfc%10000AAAfc抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度相對(duì)壓縮率相對(duì)壓縮率相對(duì)斷面擴(kuò)展率相對(duì)斷面擴(kuò)展率1-1-塑性材料；

29、塑性材料；2-2-脆性材料脆性材料96壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用（1 1）單向壓縮用于脆性材料，顯示其在靜拉伸所）單向壓縮用于脆性材料，顯示其在靜拉伸所不能反映的韌性狀態(tài)下的性能不能反映的韌性狀態(tài)下的性能（2 2）塑性材料一般不采用壓縮）塑性材料一般不采用壓縮（3 3）多向不等壓縮適用于脆性更大的材料，反映）多向不等壓縮適用于脆性更大的材料，反映材料的微小塑性差異。材料的微小塑性差異。97二、彎曲及其性能指標(biāo)二、彎曲及其性能指標(biāo) 加載方式：三點(diǎn)彎曲加載和四點(diǎn)彎曲加載。加載方式：三點(diǎn)彎曲加載和四點(diǎn)彎曲加載。(1)(1)彎曲試驗(yàn)：彎曲試驗(yàn)：圓柱試樣或方形試祥；圓柱試樣或方形試祥； 萬(wàn)

30、能試驗(yàn)機(jī)；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；98三點(diǎn)彎曲三點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲99 (2) (2)載荷載荷P P與試樣最大撓度與試樣最大撓度f(wàn) fmaxmax彎曲圖彎曲圖受拉一側(cè)表面的受拉一側(cè)表面的最大正應(yīng)力：最大正應(yīng)力：max=Mmax /W抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度： bb= Mb /W（a a）高塑性；（）高塑性；（b b）中等塑性；（）中等塑性；（c c）脆性）脆性100(1)(1)常用于測(cè)定那些由于太硬難于加工成拉伸試樣常用于測(cè)定那些由于太硬難于加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出它們的塑性的脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出它們的塑性差別。差別。(2)(2)用來(lái)比較和評(píng)定材料表面處理層的質(zhì)量用來(lái)比較和評(píng)

31、定材料表面處理層的質(zhì)量(3)(3)彎曲不能使塑性材料斷裂彎曲不能使塑性材料斷裂彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用1011 1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)(1)(1)試驗(yàn)過(guò)程：試驗(yàn)過(guò)程： 圓柱形試樣；圓柱形試樣；三、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)三、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)102試樣扭轉(zhuǎn)變形示意圖試樣扭轉(zhuǎn)變形示意圖103104試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)與軸線呈與軸線呈45 方向上承受方向上承受max與軸線平行或垂直方向上承受與軸線平行或垂直方向上承受max彈性變形：切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向線性分布彈性變形：切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向線性分布彈塑性變形：切應(yīng)變線性關(guān)系；彈塑性變

32、形：切應(yīng)變線性關(guān)系； 切應(yīng)力非線性變化切應(yīng)力非線性變化105(2)(2)扭轉(zhuǎn)圖：扭轉(zhuǎn)圖：M。abcMpM0.3Mbf規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力P，P=MP/W扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度s為：為： s= Ms/W扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限b為：為： b = Mb/WN106真實(shí)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限真實(shí)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限f)(3430ffffddMMd0)(fddM3012dMff完全理想塑性條件下完全理想塑性條件下107剪切彈性模量剪切彈性模量G G40032dMlG%100200ldff扭轉(zhuǎn)相對(duì)殘余切應(yīng)變扭轉(zhuǎn)相對(duì)殘余切應(yīng)變1083.3.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)及應(yīng)用(1) (1) 測(cè)定在拉伸時(shí)呈

33、現(xiàn)脆性的材料的強(qiáng)度和塑性。測(cè)定在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的材料的強(qiáng)度和塑性。(2) (2) 對(duì)各種表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究和對(duì)機(jī)件的熱處理對(duì)各種表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究和對(duì)機(jī)件的熱處理 表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。(3) (3) 精確評(píng)定拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的高塑性材料精確評(píng)定拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的高塑性材料 的形變能力和形變抗力。的形變能力和形變抗力。(4)(4)測(cè)定材料的切斷強(qiáng)度的最可靠方法。測(cè)定材料的切斷強(qiáng)度的最可靠方法。109(5)根據(jù)斷口特征區(qū)分?jǐn)嗔逊绞绞钦龜噙€是切斷。根據(jù)斷口特征區(qū)分?jǐn)嗔逊绞绞钦龜噙€是切斷。（a a）切斷斷口；（）切斷斷口；（b b）正斷斷口；（）正斷斷口；（c c）木紋狀斷口）木紋狀斷

34、口 1102.4 2.4 硬硬 度度一、硬度試驗(yàn)的意義一、硬度試驗(yàn)的意義硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能 特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)(1)2 2，maxmax maxmax。 幾乎所有材料都會(huì)產(chǎn)生塑性變形。幾乎所有材料都會(huì)產(chǎn)生塑性變形。(2)(2)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便快捷，故被廣泛應(yīng)用。設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便快捷，故被廣泛應(yīng)用。(3)(3)可視為無(wú)損檢測(cè)?？梢暈闊o(wú)損檢測(cè)。111錘擊法錘擊法-（錘擊）布氏硬度（錘擊）布氏硬度壓入法壓入法刻劃法刻劃法動(dòng)態(tài)壓入動(dòng)態(tài)壓入靜態(tài)壓入靜態(tài)壓入回跳法回跳法-肖氏硬度肖氏硬度球體壓入球體壓入錐體壓入錐體壓入布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度顯微硬度顯微硬度莫

35、氏硬度順序法莫氏硬度順序法銼刀法銼刀法硬度試驗(yàn)方法112二、二、 硬度試驗(yàn)方法硬度試驗(yàn)方法1布氏硬度布氏硬度淬火鋼球或硬質(zhì)合金球淬火鋼球或硬質(zhì)合金球D(mm)壓入試樣表面壓入試樣表面 測(cè)量圓形壓痕測(cè)量圓形壓痕d, d, 圓形壓痕表面積圓形壓痕表面積S S Brinell,1900年年113 (1) (1)布氏硬度布氏硬度HBHB：)(222dDDDFSFHB 淬火鋼球：淬火鋼球： HBS450 硬質(zhì)合金球：硬質(zhì)合金球：HBW=450650。 114(2)HB表示方法：表示方法： 數(shù)字?jǐn)?shù)字 + 硬度符號(hào)硬度符號(hào) + 數(shù)字?jǐn)?shù)字 / 數(shù)字?jǐn)?shù)字 / 數(shù)字?jǐn)?shù)字 硬度值硬度值 (HBW或或HBS) 鋼球直

36、徑鋼球直徑 載荷載荷 定時(shí)定時(shí) 280 HBS10/3000/30； 50 HBW5/750。1152/sinDd (3)(3)壓痕幾何相似原理壓痕幾何相似原理2/sin11 (222DFHB兩個(gè)條件：兩個(gè)條件：1.1.為常數(shù)；為常數(shù)；2.F/D2.F/D2 2為常數(shù)為常數(shù)=2874od=（0.240.6）D116優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：壓痕面積大壓痕面積大 反映較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均反映較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性能；性能； 適合灰鑄鐵、軸承合金等測(cè)量。適合灰鑄鐵、軸承合金等測(cè)量。壓痕面積較大壓痕面積較大 試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高。試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕直徑大壓痕直徑大 不宜在成品件上直

37、接進(jìn)行檢驗(yàn)；不宜在成品件上直接進(jìn)行檢驗(yàn)；硬度不同硬度不同 更換壓頭直徑更換壓頭直徑D和載荷和載荷F ；壓痕直徑的測(cè)量也比較麻煩。壓痕直徑的測(cè)量也比較麻煩。(4)布氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)：117 2洛氏硬度洛氏硬度（1）測(cè)量原理）測(cè)量原理測(cè)量壓痕深度值的大小測(cè)量壓痕深度值的大小21FFF002. 0hkHR金剛石壓頭金剛石壓頭k=0.2淬火鋼球淬火鋼球k=0.26Rockwell, 1919年年118洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)HRAHRBHRC119適用于：適用于： 測(cè)定極薄工件；測(cè)定極薄工件； 經(jīng)各種表面處理后工件的表面層硬度。經(jīng)各種表面處理后工件的表面層硬度。(2)(2)表面洛氏硬度：表

38、面洛氏硬度：與洛氏硬度區(qū)別：與洛氏硬度區(qū)別：預(yù)加載荷為預(yù)加載荷為30N30N，總載荷比較小，總載荷比較小取殘余壓痕深度為取殘余壓痕深度為0.1mm0.1mm時(shí)的洛氏硬度為零，時(shí)的洛氏硬度為零，深度每增加深度每增加0.001mm0.001mm，表面洛氏硬度減小一單位，表面洛氏硬度減小一單位120（3）洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)便迅速，效率高簡(jiǎn)便迅速，效率高對(duì)試樣表面造成損傷小，可用于成品零件檢測(cè)對(duì)試樣表面造成損傷小，可用于成品零件檢測(cè)有預(yù)加載荷，可消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)有預(yù)加載荷，可消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn) 結(jié)果的影響結(jié)果的影響缺點(diǎn)缺點(diǎn)不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法相互比較不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法相互比較壓痕小，對(duì)材料組織不均勻性很敏感，重復(fù)性差壓痕小，對(duì)材料組織不均勻性很敏感，重復(fù)性差1213 3維氏硬度與顯微硬度維氏硬