力学性能相关定义.doc

单向应力状态下材料的力学行为 如图是脆性材料的应力-应变曲线。 如图是韧性金属材料的应力-应变曲线。如图是聚合物（工程塑料）的应力-应变曲线。拉伸曲线的四个阶段观察韧性金属材料拉伸曲线的四个阶段。如图，第一个阶段是弹性阶段，这个阶段分为两种，当应力小于p 时，应力和应变成正比，此时应力最大值叫做这种材料的比例极限；超过比例极限后，应力和应变虽然不保持正比关系，但变形依然是弹性的，卸载后变形完全恢复为零。第二个阶段是屈服阶段，超过弹性极限后，应力不增加，应变大幅度增加，应力应变曲线上出现一个平台，此时即使不加载，试样的变形依然在增加，此时的应力值叫屈服强度或者屈服应力。第三个阶段强化阶段，过了屈服阶段后，应力继续增加，此时构件又能承受载荷。第四个阶段是断裂阶段，构件发生断裂。 弹性行为所以，从这四个阶段可以看出材料在单向拉伸时有这样几种行为。第一种行为是弹性行为，所有的变形都是弹性的，有两个指标，一个是比例极限，一个是弹性极限。 屈服行为第二种行为是屈服行为，这时的应力值就叫做屈服强度或屈服应力。对于没有屈服平台的材料的应力应变曲线，用条件屈服强度（条件屈服应力）来表示其屈服行为，即当加载后再卸载，若在试样上还存在着0.2%的塑性应变，这时的应力值就叫做条件的屈服强度，用0.2 表示。硬化与软化行为第三种行为是硬化和软化行为，当材料超过屈服阶段时，要产生变形就必须继续加力，这种现象就叫做强化现象，在强化阶段的最后试样上出现紧缩，即某一个截面突然变小。紧缩之后试样发生断裂，这就是所谓的断裂行为。断裂行为刚才介绍的是韧性材料的断裂行为，现在看脆性材料的断裂行为。脆性材料没有屈服、强化和软化行为，只有断裂行为，从零到断裂的整个曲线可以近似认为是直线，这时应力与应变近似地认为存在线性关系。 两种材料的强度指标，即失效应力也不同。对于韧性材料，失效应力等于屈服应力；对于脆性材料，失效应力就是强度极限。除了强度指标之外还有韧性指标，对于韧性材料，韧性指标就是延伸率，其表达式如图所示。卸载与重新加载行为如左图，沿ABC加载，在C点时卸载，当卸载到零时，可以看到应变并不为零，这就是卸载行为，但是卸载直线的斜率和加载时AB段的斜率近似平行。然后从D点再加载，最后可能在R处发生断裂。单向压缩应力状态下材料的力学行为如图是低碳钢压缩的应力应变曲线，可以看到比例极限、屈服强度都是存在的，而且也有比较明显的屈服阶段，但低碳钢没有最后的断裂，而是塑性变形越来越大，压缩时的屈服强度和拉伸时的屈服强度是相同的。 如图是灰铸铁压缩的应力应变曲线，这与拉伸时的应力应变曲线有明显差异，主要是产生了比较明显的塑性变形，也就是由圆柱形压缩破坏成圆鼓形；此外，破坏面也不同，拉伸时沿着横截面断裂，压缩时沿着一个与轴线成一定角度的斜面破坏，破坏面说明这种破坏是被剪断的。单向应力状态下材料的失效判据根据上面的单向拉伸试验结果，我们可以建立单向应力状态下材料的失效判据和失效准则。对于韧性材料，构件上最大应力等于屈服强度时发生屈服，此时认为它失效；对于脆性材料；当构件的最大应力等于强度极限时断裂，此时认为它失效。1.1 材料在静拉伸时的力学行为概述静拉伸是材料力学性能试验中最基本的试验方法。用静拉伸试验得到的应力应变曲线，可以求出许多重要性能指标。如弹性模量E，主要用于零件的刚度设计中；材料的屈服强度s和抗拉强度b则主要用于零件的强度设计中，特别是抗拉强度和弯曲疲劳强度有一定的比例关系，这就进一步为零件在交变载荷下使用提供参考；而材料的塑性，断裂前的应变量，主要是为材料在冷热变形时的工艺性能作参考。关于弹性模量的一些概念材料的“模量”一般前面要加说明语，如弹性模量、压缩模量、剪切模量截面模量等。这些都是与变形有关的一种指标。 杨氏模量就是弹性模量,这是材料力学里的一个概念。对于线弹性材料有公式(正应力)E(正应变)成立，式中为正应力，为正应变，E为弹性模量，是与材料有关的常数，与材料本身的性质有关。杨（ThomasYoung17731829）在材料力学方面，研究了剪形变，认为剪应力是一种弹性形变。 1807年，提出弹性模量的定义，为此后人称弹性模量为杨氏模量。钢的杨氏模量大约为21011Nm-2，铜的是1.11011 Nm-2。常用材料杨氏模量参考值(指拉伸)材料名称杨氏模量E/1011Pa钢2.0铸铁1.151.60铜及其合金1.0铝及硬铝0.7弹性模量（Elastic Modulus）E：弹性模量E是指材料在弹性变形范围内(即在比例极限内)，作用于材料上的纵向应力与纵向应变的比例常数。也常指材料所受应力如拉伸，压缩，弯曲，扭曲，剪切等）与材料产生的相应应变之比。弹性模量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，故是组织结构不敏感参数。在工程上，弹性模量则是材料刚度的度量，是物体变形难易程度的表征。弹性模量E在比例极限内，应力与材料相应的应变之比。对于有些材料在弹性范围内应力-应变曲线不符合直线关系的，则可根据需要可以取切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义的办法来代替它的弹性模量值。根据不同的受力情况，分别有相应的拉伸弹性模量modulus of elasticity for tension (杨氏模量)、剪切弹性模量shear modulus of elasticity (刚性模量)、体积弹性模量、压缩弹性模量等。剪切模量G(Shear Modulus)：剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比。剪切模数G=剪切弹性模量G=切变弹性模量G 切变弹性模量G，材料的基本物理特性参数之一，与杨氏(压缩、拉伸)弹性模量E、泊桑比并列为材料的三项基本物理特性参数，在材料力学、弹性力学中有广泛的应用。其定义为：G=/， 其中G(Mpa)为切变弹性模量；为剪切应力(Mpa)；为剪切应变(弧度)。体积模量K(Bulk Modulus)：体积模量可描述均质各向同性固体的弹性，可表示为单位面积的力，表示不可压缩性。公式如下KE/(3(1-2v),其中E为弹性模量，v为泊松比。具体可参考大学里的任一本弹性力学书。性质：物体在p0的压力下体积为V0；若压力增加(p0p0+dP)，则体积减小为(V0-dV)。则K=(p0+dP)/(V0-dV)被称为该物体的体积模量(modulus of volume elasticity)。如在弹性范围内，则专称为体积弹性模量。体积模量是一个比较稳定的材料常数。因为在各向均压下材料的体积总是变小的，故K值永为正值，单位MPa。体积模量的倒数称为体积柔量。体积模量和拉伸模量、泊松比之间有关系：E=3K(1-2)。压缩模量（Compression Modulus）：压缩模量指压应力与压缩应变之比。储能模量E：储能模量E实质为杨氏模量，表述材料存储弹性变形能量的能力。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标。储能模量E是指粘弹性材料在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力，通常指弹性； 耗能模量E：耗能模量E是模量中应力与变形异步的组元；表征材料耗散变形能量的能力, 体现了材料的粘性本质。耗能模量E指的是在一个变化周期内所消耗能量的能力。通常指粘性切线模量（Tangent Modulus）：切线模量就是塑性阶段，屈服极限和强度极限之间的曲线斜率。是应力应变曲线上应力对应变的一阶导数。其大小与应力水平有关，并非一定值。切线模量一般用于增量有限元计算。切线模量和屈服应力的单位都是N/m2截面模量：截面模量是构件截面的一个力学特性。是表示构件截面抵抗某种变形能力的指标，如抗弯截面模量、抗扭截面模量等。它只与截面的形状及中和轴的位置有关，而与材料本身的性质无关。在有些书上，截面模量又称为截面系数或截面抵抗矩等。强度:强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料抵抗变形(弹性塑性)和断列的能力(应力)。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。可分为：屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。例如拉伸强度和拉伸模量的比较：他们的单位都是MPa或GPa。拉伸强度是指材料在拉伸过程中最大可以承受的应力，而拉伸模量是指材料在拉伸时的弹性。对于钢材，例如45号钢，拉伸模量在100MPa的量级，一般有200500MPa，而拉伸模量在100GPa量级，一般是180210Gpa。刚度:刚度(即硬度)指某种构件或结构抵抗变形的能力，是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，主要指引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。刚度越高，物体表现的越“硬”。对不同的东西来说，刚度的表示方法不同，比如静态刚度、动态刚度、环刚度等。一般来说，刚度的单位是牛顿/米，或者牛顿/毫米，表示产生单位长度形变所需要施加的力。 法向刚度、剪切刚度的单位同样是N/m或N/mm，差别在于力的方向不同一般用弹性模量的大小E来表示.而E的大小一般仅与原子间作用力有关，与组织状态关系不大。通常钢和铸铁的弹性模量差别很小，即它们的刚性几乎一样，但它们的强度差别却很大。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。所以，“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。例如： 线应变 对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积S，称为“线应力”，杆的伸长量dL除以原长L，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E: F/S=E(dL/L) 剪切应变 对一块弹性体施加一个侧向的力f（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a称为“剪切应变”，相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G: f/S=G*a 体积应变 对弹性体施加一个整体的压强p，这个压强称为“体积应力”，弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”，体积应力除以体积应变就等于体积模量: p=K(-dV/V)注：液体只有体积模量，其他弹性模量都为零，所以就用弹性模量代指体积模量。一般弹性体的应变都是非常小的，即，体积的改变量和原来的体积相比，是一个很小的数。在这种情况下，体积相对改变量和密度相对改变量仅仅正负相反，大小是相同的，例如：体积减少百分之0.01，密度就增加百分之0.01。体积模量并不是负值（从前面定义式中可以看出），也并不是气体才有体积模量，一切固体、液体、气体都有体积模量，倒是液体和气体没有杨氏模量和剪切模量。图11 几种典型材料在温室下的应力应变曲线 图1-1表示不同类型材料的几种典型的拉伸应力应变曲线。可见，它们的差别是很大的。对退火的低碳钢，在拉伸的应力-应变曲线上，出现平台，即在应力不增加的情况下材料可继续变形，这一平台称为屈服平台，平台的延伸长度随钢的含碳量增加而减少，当含碳量增至0.6%以上，平台消失，这种类型见图1-1a；对多数塑性金属材料，其拉伸应力-应变曲线如图1-1b所示，该图所绘的虽是一铝镁合金，但铜合金，中碳合金结构钢(经淬火及中高温回火处理)也是如此，与图1-1a不同的是，材料由弹性变形连续过渡到塑性变形，塑性变形时没有锯齿形平台，而变形时总伴随着加工硬化；对高分子材料，象聚氯乙烯，在拉伸开始时应力和应变不成直线关系，见图1-1c，即不服从虎克定律，而且变形表现为粘弹性。图1-1d为苏打石灰玻璃的应力-应变曲线，只显示弹性变形，没有塑性变形立即断裂，这是完全脆断的情形。工程结构陶瓷材料象Al2O3，SiC等均属这种情况，淬火态的高碳钢、普通灰铸铁也属这种情况。比强度（如比拉伸强度、比压缩强度等。）比强度specific strengthspecific stiffness 材料在断裂点的强度（通用拉伸强度）与其密度之比，用（米2 /秒2 ）表示。 优质的结构材料应具有较高的比强度，才能尽量以较小的截面满足强度要求，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。 常用建筑材料的比强度： 低碳钢0.045 普通混凝土0.017 松木（顺纹抗拉）0.2 粘土砖0.006 玻璃钢0.225牛顿这个单位是怎样规定出来的，我们在初中就不讨论了。你拿起两个鸡蛋所用的力，大约就是1牛顿。下面的一些例子可以进一步帮助你领会1牛顿是多大的力：成年男子右手的拉力大约是700牛顿，女子大约是390牛顿，一般人右手的最大握力大约是560牛顿，左手的大约是430牛顿。重力加速度的单位为米每秒平方。断裂伸长率断裂伸长率 断裂伸长率 elongation at break 试样在拉断时的位移值与原长的比值。以百分比表示（%） 断裂伸长率 的计算方法 原长L。,横截面积A,在轴向拉力N作用下,变形后的断裂长度为L，于是断裂伸长L=L-L。 应变为=L/L 横截面上的正应力=P/A 将（1）、（2）带入虎克定律得：P/A=E*L/L 得: L=PL/EA 式中:E是材料的弹性模量 断裂伸长率=L/L。*100% 编织袋生产过程中所涉及的断裂伸长率 断裂伸长率,是指扁丝拉伸时有效标线部分(两夹具间)拉断时长度增加量与初始有效标线部分(两夹具间)长度的百分比,断裂伸长率是衡量扁丝韧性(弹性)指标.具有较大的断裂伸长率,表征扁丝抗冲击时有一定的单性伸长,不会立即脆断.因而断裂伸长率大,在同等拉断力条件下,其跌落试验次数可能较多.国标中要求断裂伸长率为15-30%. 断裂伸长率与拉伸率的区别 材料的拉伸过程一般是想经过弹性变形阶段，达到屈服点之后发生塑性变形，达到断裂点后发生断裂。 所以，一般所说的断裂生产率是指整个过程的伸长率，而拉伸率（你这里说的这个名词有点模糊）一般说的是发生塑性变形的那个阶段所产生的伸长率。）断裂伸长率主要考察塑料的大形变能力，说形变能力就犯了扩大化的错误；2）影响断裂伸长率的因素很多，主要包括分子量大小、分子量分布、填料的形态、粒径和填充量、偶联、相容等；3）怎样提高断裂伸长率，方法当然是很多的，但是要结合具体的材料开发目标来确定。图3为增塑剂加人量对制品断裂伸长率的影响。由图3可见，随着DOP和DBP加人量的增加，制品的断裂伸长率呈增大的趋势。这是由于当增塑剂加人PVC中，经搅拌，低分子的增塑剂进人PVC树脂粒子内部，被粒子吸收。树脂粒子发生溶胀，当升温时就凝胶化了2。因为DOP与DBP属于低分子物质，与树脂结合时，使树脂软化，具有弹性。这样PVC糊树脂制品就具有了橡胶的特征。断裂时伸长率就会很大。第三节 材料的性能一、力学性能材料受力后就会产生变形，材料力学性能是指材料在受力时的行为。描述材料变形行为的指标是应力和应变，是单位面积上的作用力，是单位长度的变形。描述材料力学性能的主要指标是强度、延性和韧性。其中，强度是使材料破坏的应力大小的度量；延性是材料在破坏前永久应变的数值；而韧性却是材料在破坏时所吸收的能量的数值。重庆大学精品课程工程材料图1-5 材料力学性能的指标图设计师们对这些力学性能制订了各种各样的规范。例如，对一种钢管，人们要求它有较高的强度，但也希望它有较高的延性，以增加韧性，由于在强度和延性二者之间往往是矛盾的，工程师们要做出最佳设计常常需要在二者中权衡比较。同时，还有各种各样的方法确定材料的强度和延性。当钢棒弯曲时就算破坏，还是必须发生断裂才算破坏？答案当然取决于工程设计的需要。但是这种差别表明至少应有两种强度判据：一种是开始屈服，另一种是材料所能承受的最大载荷，这说明仅仅描述材料强度的指标至少就有两个以上。一般来说，描述材料力学性能的指标有以下几项：1 弹性和刚度 重庆大学精品课程工程材料图1-6 应力-应变图 图1-6是材料的应力应变图（图）。（a） 无塑性变形的脆性材料（例如铸铁）；（b） 有明显屈服点的延性材料（例如低碳钢）；（c） 没有明显屈服点的延性材料（例如纯铝）。在图中的曲线上，OA段为弹性阶段，在此阶段，如卸去载荷，试样伸长量消失，试样恢复原状。材料的这种不产生永久残余变形的能力称为弹性。A点对应的应力值称为弹性极限，记为e。材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值E=/（MN/m2）称为弹性模量。E标志着材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。E值主要取决于各种材料的本性，一些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。零件提高刚度的方法是增加横截面积或改变截面形状。金属的E值随温度的升高而逐渐降低。2强度在外力作用下，材料抵抗变形和破坏的能力称为强度。根据外力的作用方式，有多种强度指标，如抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。当材料承受拉力时，强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度。（1）屈服强度s在图1-6（b）上，当曲线超过A点后，若卸去外加载荷，则试样会留下不能恢复的残余变形，这种不能随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。当曲线达到A点时，曲线出现水平线段，表示外加载荷虽然没有增加，但试样的变形量仍自动增大，这种现象称为屈服。屈服时的应力值称为屈服强度，记为S。有的塑性材料没有明显的屈服现象发生，如图1-6（c）所示。对于这种情况，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，以0.2表示。机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依据也是评定金属材料承载能力的重要机械性能指标。材料的屈服强度越高，允许的工作应力越高，零件所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。（2）抗拉强度b 材料发生屈服后，其应力与应变的变化如图1-1所示，到最高点应力达最大值b。在这以后，试样产生“缩颈”，迅速伸长，应力明显下降，最后断裂。最大应力值b称为抗拉强度或强度极限。它也是零件设计和评定材料时的重要强度指标。b测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考虑，可用作为设计依据，但所取的安全系数应该大一些。屈服强度与抗拉强度的比值S/b称为屈强比。屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载或某些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但屈强比过小，则材料强度的有效利用率太低。3塑性材料在外力作用下，产生永久残余变形而不被断裂的能力，称为塑性。塑性指标也主要是通过拉伸实验测得的（图1-6）。工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指标。（1） 延伸率 试样在拉断后的相对伸长量称为延伸率，用符号表示，即b式中：L0 试样原始标距长度；L1 试样拉断后的标距长度。（2） 断面收缩率 试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号表示，即式中：F0 试样原始的横截面积；F1 试样拉断处的横截面积。延伸率和断面收缩率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性对材料进行冷塑性变形有重要意义。此外，工件的偶然过载，可因塑性变形而防止突然断裂；工件的应力集中处，也可因塑性变形使应力松弛，从而使工件不至于过早断裂。这就是大多数机械零件除要求一定强度指标外，还要求一定塑性指标的道理。材料的和值越大，塑性越好。两者相比，用表示塑性更接近材料的真实应变。4硬度硬度是材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划裂的能力。通常材料的强度越高，硬度也越高。硬度测试应用得最广的是压入法，即在一定载荷作用下，用比工件更硬的压头缓慢压入被测工件表面，使材料局部塑性变形而形成压痕，然后根据压痕面积大小或压痕深度来确定硬度值。从这个意义来说，硬度反映材料表面抵抗其它物体压入的能力。工程上常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。（1）布氏硬度HB 布氏硬度是用一定载荷P，将直径为D 的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，根据压痕面积F确定硬度大小。其单位面积所受载荷称为布氏硬度。由于布氏硬度所用的测试压头材料较软，所以不能测试太硬的材料。当测试压头为淬火钢球时，只能测试硬度小于450HB的材料；当测试压头为硬质合金时，可测试硬度小于650HB的材料。对金属来讲，钢球压头只适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间，有以下近似经验关系：对于低碳钢：b0.36HB；对于高碳钢：b0.34HB；对于灰铸铁：b0.10HB。（2）洛氏硬度HR 洛氏硬度是将标准压头用规定压力压入被测材料表面，根据压痕深度来确定硬度值。根据压头的材料及压头所加的负荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种。HRA适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层；HRB适用于测量有色金属和退火、正火钢等；HRC适用于测量调质钢、淬火钢等。洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接从表盘上读出，所以得到更为广泛的应用。（3）维氏硬度HV 维氏硬度的实验原理与布氏硬度相同，不同点是压头为金刚石四方角锥体，所加负荷较小（5120kgf）。它所测定的硬度值比布氏、洛氏精确，压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，但测定过程比较麻烦。5疲劳强度以上几项性能指标，都是材料在静载荷作用下的性能指标。而许多零件和制品，经常受到大小及方向变化的交变载荷，在这种载荷反复作用下，材料常在远低于其屈服强度的应力下即发生断裂，这种现象称为“疲劳”。材料在规定次数（一般钢铁材料取107次，有色金属及其合金取108次）的交变载荷作用下，而不至引起断裂的最大应力称为“疲劳极限”。光滑试样的弯曲疲劳极限用1表示。一般钢铁的1值约为其b的一半，非金属材料的疲劳极限一般远低于金属。疲劳断裂的原因一般认为是由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等），造成局部应力集中，形成微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加载荷而突然断裂。通过合理选材，改善材料的结构形状，避免应力集中，减小材料和零件的缺陷，提高零件表面光洁度，对表面进行强化等，可以提高材料的疲劳抗力。6韧性材料的韧性是断裂时所需能量的度量。描述材料韧性的指标通常有两种：（1）冲击韧性aK 冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。通常用冲击韧性指标aK来度量。aK是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（MJ），其单位为MJ/m2。aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。标准冲击试样有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为U型）；另一种是夏氏试样（试样缺口为V型）。同一条件下同一材料制作的两种试样，其梅氏试样的aK值显著大于夏氏试样的aK值，所以两种试样的aK值不能互相比较。夏氏试样必须注明aK（夏）。实际工作中承受冲击载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是因小能量多次冲击使损伤积累，导致裂纹产生和扩展的结果。所以需采用小能量多冲击作为衡量这些零件承受冲击抗力的指标。实践证明，在小能量多次冲击下，冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。（2）断裂韧性K1 在实际生产中，有的大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应力远低于S的情况下，突然发生低应力脆断。通过大量研究认为，这种破坏与制件本身存在裂纹和裂纹扩展有关。实际使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如气孔、夹杂物、机械缺陷等，它们破坏了材料的连续性，实际上成为材料内部的微裂纹。在服役过程中，裂纹扩展的结果，造成零件在较低应力状态下，即低于材料的屈服强度，而材料本身的塑性和冲击韧性又不低于传统的经验值的情况下，发生低应力脆断。材料中存在的微裂纹，在外加应力的作用下，裂纹尖端处存在有较大的应力集中和应力场。断裂力学分析指出，这一应力场的强弱程度可用应力强度因子K1来描述。K1值的大小与裂纹尺寸（2a）和外加应力（）有如下关系：（MN/m3/2）式中：Y 与裂纹形状、加载方式及试样几何尺寸有关的系数； 外加应力；a 裂纹的半长。由上式可见，随应力的增大，K1也随之增大，当K1增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区域内的内应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速扩展，发生脆断。这个K1的临界值称为临界应力强度因子或断裂韧性，用K1C表示。它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。材料的断裂韧性K1C与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，只决定于材料本身的特性（成分、热处理条件、加工工艺等），是一个反映材料性能的常数。二、物理性能1 相对密度密度是指单位体积材料的质量，它是描述材料性能的重要指标。不同材料的相对密度不同，如钢为7.8左右；陶瓷的相对密度为2.22.5；各种塑料的相对密度更小。材料的相对密度直接关系到产品的质量，对于陶瓷材料来说，相对密度更是决定其性能的关键指标之一。抗拉强度与相对密度之比称为比强度；弹性模量与相对密度之比称为比弹性模量。这两者也是考虑某些零件材料性能的重要指标，如飞机和宇宙飞船上使用的结构材料，对比强度的要求特别高。2 熔点熔点是指材料的熔化温度。通常，材料的熔点越高，高温性能就越好。陶瓷熔点一般都显著高于金属及合金的熔点，所以陶瓷材料的高温性能普遍比金属材料好。由于玻璃不是晶体，所以没有固定熔点，而高分子材料一般也不是完全晶体，所以也没有固定熔点。3 热容量在没有体积变化时，热容量C是温度变化1时材料热量的变化。材料中各种不同的相变热是重要的，最典型的相变热是熔解热和蒸发热，它们分别是材料熔化和气化所需要的热量。相变时材料内部的原子或分子结构发生了变化，这使材料中的热容量也发生变化，所以科学家们经常利用测定材料热容量的变化来分析相变过程。4 热膨胀性材料的热膨胀性通常用线膨胀系数L来表示。它表示每变化1时引起的材料相对膨胀量的大小。对于精密仪器或机器的零件，热膨胀系数是一个非常重要的性能指标；在有两种以上材料组合成的零件中，常因材料的热膨胀系数相差过大而导致零件的变形或破坏。一般来说，陶瓷的热膨胀系数最低，金属次之，高分子材料最高。5 导热性热量会通过固体发生传递，材料的导热性用导热系数来表示，其单位为W/（mK）。材料导热性的好坏直接影响着材料的使用性能，如果零件材料的导热性太差，则零件在加热或冷却时，由于表面和内部产生温差，膨胀不同，就会产生变形或断裂。一般导热性好的材料（如铜、铝等）常用来制造热交换器等传热设备的零部件。通常，金属及合金的导热性远高于非金属材料。6 磁性材料在磁场中的性能叫做磁性。磁性材料又分为软磁性材料和硬磁性材料两种。软磁性材料（如电工用纯铁、硅钢片等）容易被磁化，导磁性能良好，但外加磁场去掉后，磁性基本消失。硬磁性材料（如淬火的钴钢、稀土钴等）在去磁后仍然能保持磁场，磁性也不易消失。许多金属材料如铁、镍、钴等均具有较高的磁性，而另一些金属材料如铜、铝、铅等则是无磁性的。非金属材料一般无磁性。磁性不仅与材料自身的性质有关，而且与材料的晶体结构有关。比如铁，在处于铁素体状态时具有较高磁性，而在奥氏体状态则是无磁性的。7 导电性一般用电阻率来表示材料的导电性能，电阻率越低，材料的导电性越好。电阻率的单位用m表示。金属及其合金一般具有良好的导电性，而高分子材料和陶瓷材料一般都是绝缘体，但是有些高分子复合材料却具有良好的导电性，某些特殊成分的陶瓷材料则是具有一定导电性的半导体。通常金属的电阻率随温度的升高而增加，而非金属材料则与此相反。8 介电常数虽然绝缘体不能导电，但它们对电场并不是毫无反应的。表示绝缘材料电性能的物理量称为介电常数，单位是F/m，真空介电常数0=8.851012 F/m。绝缘材料的介电