材料性能學(xué)知識(shí)點(diǎn)

1、比例極限 ：材料在不偏離應(yīng)力與應(yīng)變正比關(guān)系下所能承受的最大應(yīng)力 彈性極限 ：在應(yīng)力去除不遺留任何永久變形的條件下 材料能承受的最大應(yīng)力 彈性模量 ：在應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系意義上 彈性模量是產(chǎn)生單位彈性變形所需的應(yīng)力 在工程 中彈性模量是表征材料對(duì)彈性變形抗力 即材料的剛度彈性比功 ：又稱彈性比能或應(yīng)變比能 是材料在彈性變形過(guò)程中吸收變形功的能力 可用 材料彈性變形達(dá)到彈性極限時(shí)單位體積吸收的彈性變形功表示包申格效應(yīng) ：金屬材料預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形 而后在同向加載規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 增加 反向加載 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象 金屬材料的力學(xué)性能是指在載荷作用下 其抵抗 變形和斷裂 的能力 低碳鋼拉

2、伸試驗(yàn)的過(guò)程可以分為 彈性變形塑性變形和斷裂 三個(gè)過(guò)程 影響金屬材料彈性模量的因素 鍵合方式 晶體結(jié)構(gòu) 化學(xué)成分 微觀組織 溫度及加載方式 和速度 彈性變形 ：材料在外力作用下變形 當(dāng)外力取消后 材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái) 形狀 這種可恢復(fù)的變形成為彈性形變 屈服強(qiáng)度 ：屈服是表征材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形能力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 值 強(qiáng)度極限 ：物體在外力作用下發(fā)生破壞時(shí)出現(xiàn)的最大應(yīng)力 塑性 ：材料在外力作用下 材料能穩(wěn)定的發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力 超塑性 ：材料在一定內(nèi)部條件外部條件下呈現(xiàn)出異常低的流變抗力 異常高的流變性能 的性能的現(xiàn)象 一般是非晶態(tài)固態(tài)或玻璃金屬塑性

3、的指標(biāo)有 延伸率和斷面收縮率 單晶體的塑性變形方式有 滑移和孿生 影響金屬材料屈服強(qiáng)度因素 晶體結(jié)構(gòu)（晶格阻力）摩擦阻力 境界阻力 溶質(zhì)元素 影響金屬材料塑性強(qiáng)度的因素 晶體結(jié)構(gòu) 晶粒大小 位錯(cuò) 第二相 元素原子 韌性斷裂 ：材料斷裂前及斷裂過(guò)程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的的斷裂過(guò)程，一般裂紋 擴(kuò)展較慢消耗大量塑性變形能 光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于 5 脆性斷裂 ：材料斷裂前基本上不產(chǎn)生明顯的的宏觀塑性變形 沒(méi)明顯預(yù)兆 往往表現(xiàn)為 突然地快速斷裂過(guò)程 有很大危險(xiǎn)性光滑拉伸試樣的斷面收縮率大5剪切斷裂 ：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂 解理斷裂 ：在正應(yīng)力作用下 由于原子間結(jié)合鍵破

4、壞硬引起的 沿特定晶面發(fā)生脆性穿晶 斷裂 斷裂韌度 ：當(dāng)應(yīng)力或裂紋尺寸增大到臨界值 也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi) 應(yīng)力達(dá) 到了材料的斷裂強(qiáng)度 裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料的材料斷裂 這是裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度 參量 K 達(dá)到的臨界值為記為斷裂韌度 影響材料斷裂韌性的因素 ：受材料的化學(xué)成分 組織結(jié)構(gòu) 基體相結(jié)構(gòu)和晶體尺寸 夾雜 和第二相 顯微組織 應(yīng)變速率 溫度 材料中裂紋的 形核和擴(kuò)展 的研究是微觀斷裂力學(xué)的核心問(wèn)題材料的斷裂過(guò)程大多包括裂紋的萌生和擴(kuò)展按照斷裂前材料宏觀變形的程度分為脆性斷裂和韌性斷裂按照斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展的途徑分為穿晶斷裂和沿晶斷裂按照微觀斷裂機(jī)理分為解理斷裂和剪切斷裂韌性斷裂斷口

5、一般呈 杯錐狀 斷口特征三要素由 纖維區(qū) 放射區(qū) 剪切唇3個(gè)區(qū)域組成裂紋擴(kuò)展的基本方式是張開(kāi)滑開(kāi)撕開(kāi)裂紋3種以張開(kāi)裂紋最為危險(xiǎn)剪切斷裂和解理斷裂的特征：剪切斷裂單晶體產(chǎn)生純剪切斷裂斷口呈鋒利鍥型多晶體沿著相互交叉的滑移面滑動(dòng)微觀斷口呈蛇形滑動(dòng)花樣微觀斷口特征花樣則是斷口分布大量鍥窩解理斷裂斷口由許多相當(dāng)于晶粒大小的解理面集合成特征為解理臺(tái)階河流花樣舌狀花樣應(yīng)力軟性系數(shù)：有三個(gè)主應(yīng)力(r1o2o3( 1>2>3 )最大切應(yīng)力Tax=( di-os)/2最大正應(yīng)力max= oi- v ( 02+廳3) v為泊松比 則兩者之間的比值為應(yīng)力軟性系數(shù) 抗彎強(qiáng)度：材料抵抗彎曲而不斷裂的能力應(yīng)力

6、狀態(tài)最軟的加載方式是單相壓縮這方法易于顯示材料的塑性行為可用于考察脆性 材料的塑性指標(biāo)測(cè)試灰鑄鐵和陶瓷材料的塑性指標(biāo)可選擇壓縮試驗(yàn)方法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的應(yīng)用與特點(diǎn)：1.扭轉(zhuǎn)可用于測(cè)定在拉伸時(shí)表現(xiàn)為脆性或低塑性材料的性能2.扭轉(zhuǎn)能較敏感的反映材料表面硬化層性能可用于對(duì)表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究或?qū)?gòu)件熱處理表面檢驗(yàn)3.塑性變形均勻不出現(xiàn)頸縮可精確測(cè)定高塑性材料變形抗力4.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定材料切斷強(qiáng)度最可靠方法5.可明確區(qū)分材料的斷裂方式是正切還是切斷彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用與特點(diǎn)：1.應(yīng)力狀態(tài)與拉伸試驗(yàn)類似適用與加工不方便的脆性材料2.難以測(cè)定高塑性材料強(qiáng)度3.可以靈敏反映材料的表面缺陷可用于灰鑄鐵硬質(zhì)合金陶瓷材料工具鋼

7、的抗彎強(qiáng)度布氏硬度：優(yōu)點(diǎn)壓痕面積大硬度值能反映較大區(qū)域內(nèi)組成相的平均性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定重復(fù)性高缺點(diǎn)壓痕直徑較大不宜直接在成品件進(jìn)行對(duì)壓痕直徑測(cè)量比較麻煩 應(yīng)用適 用于測(cè)定灰鑄鐵軸承合金材料硬度洛氏硬度：優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單迅速壓痕小可直接檢驗(yàn)工件缺點(diǎn)壓痕小代表性差測(cè)得值重復(fù)性差分散度大應(yīng)用可直接檢驗(yàn)工件用不同標(biāo)尺可測(cè)定不同試樣的硬度維氏硬度：優(yōu)點(diǎn)角錐壓痕清晰精確可靠可任意選擇載荷不存在布氏硬度中關(guān)系約束 不存在維氏硬度的不同標(biāo)尺的硬度缺點(diǎn) 測(cè)量過(guò)程繁瑣 應(yīng)用 如采用小載荷測(cè)量 可得到顯微維氏硬度 可測(cè)極軟極硬硬度表征材料的小范圍抵抗變形的能力45鋼調(diào)制后用洛氏 淬火鋼馬氏體組織 用維氏灰鑄鐵用布氏 沖擊韌性

8、：反映金屬材料對(duì)外來(lái)沖擊載荷的抵抗能力 低溫脆性 ：當(dāng)材料的應(yīng)用溫度低于某一溫度時(shí) 材料會(huì)出現(xiàn)有韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài) 沖 擊韌性也明顯下降的現(xiàn)象韌脆轉(zhuǎn)變溫度 ：由韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的臨界溫度 低于該溫度則材料韌性急劇下 降影響低溫脆性的因素 ：材料內(nèi)在因素（晶體結(jié)構(gòu) 化學(xué)成分 晶粒尺寸 金相組織） 外部 因素（試樣尺寸和形狀 加載速率）測(cè)定沖擊韌性 20 鋼需要開(kāi)缺口 灰鑄鐵高速鋼不需開(kāi)缺口 同一材料采用拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法扭轉(zhuǎn)測(cè)得 tk 較低 制成光滑試樣和缺口試樣進(jìn)行拉 伸試驗(yàn)光滑試樣測(cè)得較低 tk疲勞 ：工程構(gòu)件在交變載荷作用下 裂紋萌生并不斷擴(kuò)展 最終導(dǎo)致構(gòu)建斷裂的過(guò)程稱為 疲勞過(guò)程

9、疲勞極限 ：當(dāng)應(yīng)力低于某值時(shí) 材料或構(gòu)件承受無(wú)限多次應(yīng)力循環(huán)或應(yīng)變循環(huán)而不發(fā)生 斷裂。這一應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限疲勞斷裂的特點(diǎn) ： 1.低應(yīng)力延時(shí)斷裂 是具有壽命的斷裂 2.低應(yīng)力脆性斷裂 一般低于屈 服應(yīng)力之下發(fā)生 3.對(duì)缺口 裂紋和組織缺陷十分敏感 4. 過(guò)程包括裂紋萌生和擴(kuò)展兩個(gè)過(guò) 程影響材料疲勞強(qiáng)度的因素 ：載荷條件（應(yīng)力狀態(tài) 平均應(yīng)力 過(guò)載情況 次載鍛煉）載荷 頻率 間隙 環(huán)境溫度 環(huán)境介質(zhì) 表面狀態(tài) 尺寸因素 表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響 材料成 分及組織的影響疲勞斷裂過(guò)程由 萌生 擴(kuò)展 斷裂 3 個(gè)階段 典型疲勞斷口有三個(gè)區(qū)域 疲勞源區(qū) 疲勞裂 紋擴(kuò)展區(qū) 瞬間斷裂區(qū)疲勞裂紋一般發(fā)源

10、于 表面應(yīng)力集中的地方 組織缺陷處磨損 ：在工件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 機(jī)件相互接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生摩擦 摩擦造成接觸表面損 耗 使機(jī)件尺寸發(fā)生變化 表面材料逐漸損失并造成損傷 分為黏著磨損 磨料磨損 腐蝕磨 損 解除疲勞磨損黏著磨損 ：當(dāng)摩擦表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí) 由于粘著節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂 被剪切的材料或脫落成 磨屑 或由一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面跑合（磨合 ）：機(jī)件剛開(kāi)始工作時(shí) 接觸表面總是有一定粗糙度 真實(shí)接觸面積較小 磨 損速率很小 附著表面被逐漸磨平 真實(shí)接觸面積逐漸增大 磨損速率減緩的過(guò)程 機(jī)件的磨損過(guò)程分為三個(gè)階 段： 1.跑合階段（磨損速率隨時(shí)間的增加而逐步降低） 2.穩(wěn) 定磨損階段（磨損速率幾乎

11、保持不變） 3. 劇烈磨損階段（磨損速率隨時(shí)間增大而迅速 增大蠕變 ：材料在一定溫度和恒應(yīng)力作用下 隨時(shí)間增加而慢慢塑性變形的現(xiàn)象 高溫：相對(duì)于材料熔點(diǎn)的溫度 一般為 （0.40.5 ）Tm 蠕變極限 ：材料在長(zhǎng)期高溫荷載作用下抵抗塑性變形的能力持久強(qiáng)度：在規(guī)定溫度下 達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間而不發(fā)生斷裂的應(yīng)力值應(yīng)力松弛：材料在恒變形條件下 隨時(shí)間延長(zhǎng)彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象松弛穩(wěn)定度：用于評(píng)價(jià)材料在高溫下的預(yù)警能力影響材料高溫力學(xué)性能的因素：材料化學(xué)成分冶煉及熱處理工藝狀態(tài)晶粒尺寸應(yīng)力腐蝕：金屬材料在特定腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力共同作用下發(fā)生的脆性斷裂分為孕育期 裂紋擴(kuò)展期失穩(wěn)斷裂氫裂：進(jìn)入晶格中的氫原子和應(yīng)

12、力的共同作用導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂金屬材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件：特定材料特定腐蝕介質(zhì) 拉應(yīng)力金屬防止發(fā)生腐蝕的措施：根據(jù)環(huán)境條件合理選擇金屬或合金盡量減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力改變材料的服役環(huán)境控制金屬材料的電極電位采取有效的涂層保護(hù) 金屬材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的機(jī)理：鈍化膜破裂理論 閉塞電池理論 氫致開(kāi)裂理論 發(fā)生應(yīng)力腐蝕的來(lái)源：殘余應(yīng)力材料承受外加載荷造成的應(yīng)力細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法，工業(yè)上用來(lái)提高材料強(qiáng)度位錯(cuò)強(qiáng)化：塑性變形時(shí) 位錯(cuò)之間相互反應(yīng)、位錯(cuò)受到阻礙不斷塞積、材料中的溶質(zhì)原 子、第二相等都會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使材料出現(xiàn)加工硬化的現(xiàn)象金屬材料中最有效的強(qiáng)化方

13、式之一固溶強(qiáng)化：純金屬經(jīng)適當(dāng)?shù)暮辖鸹髲?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子的長(zhǎng)程應(yīng)力場(chǎng)和位錯(cuò)的交互作用導(dǎo)致位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻分為有序和無(wú)序固溶體彌散強(qiáng)化：采用粉末冶金或內(nèi)氧化等工藝方法在材料基體中產(chǎn)生細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而使材料強(qiáng)度和硬度提高的方法是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn) 表征材料在變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力熱焓：表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)熱容：當(dāng)物質(zhì)吸收熱量溫度升高溫度溫度每升高1K所吸收到的熱量比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)所占容積稱為比容數(shù)值上是密度的倒數(shù)平均線膨脹系數(shù)：物體從確定的溫度t1至t2時(shí)，溫度平均每變化 C相應(yīng)的線熱膨脹率材料的熱學(xué)性能包括熱容熱膨脹熱傳導(dǎo)熱穩(wěn)定性固體材料的

14、比熱熱膨脹熱傳導(dǎo)等熱性能與晶格震動(dòng)有關(guān)居里點(diǎn)：材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度飽和磁化強(qiáng)度：磁性材料在外加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)所能夠達(dá)到的最大磁化強(qiáng)度時(shí)稱為飽和磁化強(qiáng)度矯頑力：反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力磁滯損耗：鐵磁材料在磁化過(guò)程中曲磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗磁致伸縮：鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變其尺寸在各方向發(fā)生變化去掉外磁場(chǎng)后其又 恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度的現(xiàn)象 磁疇：指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域 可自發(fā)磁化三種磁介質(zhì)的磁化曲線與磁化特征【看書(shū)和作業(yè)】軟磁材料的性能特征：矯頑力和磁滯損耗低電阻率較高磁通變化產(chǎn)生的渦流損耗小 高磁導(dǎo)率 高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 某些材料的磁滯回線呈矩形要求有高矩形比硬磁材料的性

15、能特征：高剩磁高矯頑力高飽和磁應(yīng)力強(qiáng)度難長(zhǎng)久保持強(qiáng)磁性難退磁 最大磁能積大材料的磁性來(lái)源于原子的固有磁性抗磁性來(lái)源于電子軌道運(yùn)動(dòng)在外加磁場(chǎng)作用下順馳性來(lái)源于原子固有磁矩在外加磁場(chǎng)下產(chǎn)生產(chǎn)生鐵磁性的充要條件：原子本身磁矩不為0和有一定晶體結(jié)構(gòu)對(duì)鐵磁質(zhì)性能的影響1.溫度：溫度高金屬原子熱運(yùn)動(dòng)加劇使鐵磁性飽和磁化強(qiáng)度下降(磁感應(yīng)強(qiáng)度矯頑力)當(dāng)高到居里點(diǎn)時(shí)磁化強(qiáng)度降至 0使鐵磁性消失變?yōu)轫槾判?2. 形變：冷塑性變形使金屬中點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)密度增高造成點(diǎn)陣畸變加大內(nèi)應(yīng)力升高 使磁 導(dǎo)率減小而矯頑力增高而不影響飽和磁化強(qiáng)度 再經(jīng)結(jié)晶退火后內(nèi)應(yīng)力消除各磁性參數(shù)恢復(fù)正常3.晶粒度：晶粒越細(xì)晶界影響區(qū)越大磁導(dǎo)率越低矯頑力越高 4.形成固溶體及多相合金：鐵磁性金屬融入抗磁性元素時(shí)飽和磁化強(qiáng)度隨組元含量增加而降低形成固溶體飽和磁化強(qiáng)度隨成分單調(diào)連續(xù)變化電阻率：表示物質(zhì)電阻特性的物理量R= p*L/s相對(duì)電導(dǎo)率：是試樣電導(dǎo)率與某一標(biāo)準(zhǔn)比值的百分?jǐn)?shù)以密度為8.89g/cm 3長(zhǎng)度為1m重量為1g電阻為0.15328