材料的使用性能

.第一材料特性及其应用意义，第一章材料使用特性，第一节机械性能第二节物理特性第三节化学性能，金属材料的性质主要包括阶段性质和使用性质方面。使用特性：金属材料在使用条件下表示的特性；包括机械特性、物理特性和化学特性，即在制造过程中适合材料的处理特性。铸造性能，锻造性能等。金属材料的特性，第一节的机械性质，材料的机械性质，表示材料在负载(外力)作用下表示的行为，包括强度、塑胶、刚性、弹性、硬度、韧性、疲劳性质和耐磨性。I .强度：大范围强度是指材料对外力永久变形和断裂的阻力，如果将断裂看作变形的极限，则强度简单地称为变形的阻力。强度可以按照国家标准的规定接受拉伸试验。(1)分类：拉伸强度b、压缩强度bc、弯曲强度bb、剪切强度b、扭转强度t、圆形拉伸试样(拉伸前和拉伸后)(a)拉伸前(b)拉伸试验后，(2)拉伸试验b，强度：软钢的工程应力-应变图(-图)，弹性范围内应力与变形的比率/称为弹性系数e (MPa)。e材料对弹性变形的阻力，表示材料的刚度。(3)拉伸试验b，应力：=P/A0(MPa)变形：=l/l0=(l-l0)/l0 * 100%变形阶段强度指标：e弹性极限：材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力是弹性零件的设计基础。s屈服限制(屈服强度):表示开始金属明显塑性变形的阻力，没有明显挠曲的材料显示为0.2。b强度限制(抗拉强度):表示金属被拉时可以承受的最大应力。金属材料的强度与化学成分、工艺、热处理工艺有关。2 .刚性(刚性)，1 .概念：材料对弹性变形的阻力。应力应变曲线弹性变形阶段的应力应变比是材料刚度，即材料的弹性系数，该值等于直线的斜率。强度可防止材料发生过度的塑性变形或断裂，刚度可确保材料不会发生过度的弹性变形。2 .影响因素(1)金属材料：e取决于基体金属的特性，很难通过合金、热处理、高温和低温加工等方法进行更改，e是结构非灵敏度参数。对于钢材料(基于Fe的合金)，e在室温下(2021.4)在104MPa范围内，无论组成和组织变化如何。(2)陶瓷材料、高分子材料、复合材料的弹性系数对其组成和组织结构敏感，可以通过多种方式进行改变。2 .刚性(刚性)，3 .弹性，材料的弹性是用于描述由外力引起的材料弹性运动的综合性能指标，弹性特性指标为：1。最大弹性变量e:由外力引起的材料的最大可能可恢复变量，即弹性变形能力。弹性极限e对应的弹性变量，值e=e/E，可见，弹性极限，弹性系数低的材料具有更好的弹性。2 .弹性比工作：材料在没有永久变形的情况下吸收变形工作的能力，即弹性变形时吸收的最大弹性工作。可用应力应变曲线中由弹性部分包围的区域，即弹性比操作=er K32;e/2=E2/(2E)。提高弹性极限或降低弹性系数e时，弹性比作业值越高，材料的弹性就越好。iii .弹性，3 .弹性延迟：负载时变形不会立即达到平衡值，卸载时变形不会立即恢复。这种变形延迟应力的现象称为滞后或弹性滞后。显示为可用应力应变曲线中弹性滞后环的区域。iii .弹性，4 .塑料，在不被外力破坏材料的情况下生成塑料变形的能力，即在材料破碎之前发生不可逆永久变形的能力。通常以伸长率和剖面收缩率表示。(1)延伸率：拉伸测试中标准距离的延伸率和原始标准距离的百分比。(2)剖面收缩率：取样被拉时颈部切削区域的最大减少量和原始修复区域的百分比。金属材料的伸长率和截面收缩率越大，材料的塑性越好。5 .硬度、硬度：表示材料表面局部区域的性能指标，特别是材料硬件和软件对塑料变形、压痕或划痕的抵抗力，是表示材料特性的综合参数。硬度主要是布氏硬度维氏硬度和显微硬度维氏硬度文件硬度，1 .布氏硬度，原则：以一定直径d的球或硬质合金球(压头)、相应的试力f压在样品表面上指定的保持时间、卸载后测量样品表面的压痕直径d，以计算压痕冠表面积后应用的平均应力值为应用于球面压痕单位表面积的平均压力的布氏硬度值。HB显示方法：200HBS10/1000/30是直径为10mm的球，在9800N(1000kgf)的载荷下保持30s时测量的布氏硬度为200，应用材料：各种退火状态下的钢、铸铁、有色金属等，淬火，优点和缺点：工作复杂，需要确认表，一般不用。2 .洛克使用度，原则：利用一定规格的图钉，在一定的试力作用下压在试件表面，测量压痕深度，计算和表达其硬度值，符号HR. H .越大，硬度越低。HRA、HRB和HRC。适用材料：钢铁原料、有色金属、淬火后工件、硬质合金等。优点：操作快捷，操作方便，小压痕，广泛使用，不损伤工件表面。3 .其他硬度，(1)维氏硬度：薄工件或薄表面硬化层显微硬度：材料微区域硬度(单粒子、夹杂物、特定成分)测试；HV(2)莫氏硬度：硬度是用于陶瓷和矿物硬度测试的硬度测试，筛选出从软体到僵硬的10种不同矿物，例如等于莫氏硬度10级的钻石。HM(3)文件经度：适用于大型零件的确定。各种硬度之间存在粗糙的经验转换关系。6 .延性，材料在塑胶变形和破坏之前吸收变形能量的能力，是材料强度和塑胶的复合表现法。延性脆性、材料韧性的高低决定了延展性和脆性断裂这种材料的断裂类型。低韧性材料像压力容器及大型锅炉的爆炸、船舶脆性破坏沉没等易碎且危险。评价材料韧性的指标是冲击韧性和断裂韧性。(a)冲击韧性，1 .概念：表示材料在冲击载荷下吸收塑料变形和破坏操作的能力。冲击韧性用于评估冲击载荷下材料的脆性趋势及其程度(大多数情况下为槽口结合)。由标准样品减震操作表示为破坏表面区域。其中k为冲击韧性，j/cm2；Ak减震，j；A0为范例槽口面积，cm2。2 .应用意义：(1)反映材料的冶金质量和各种热加工工艺的质量；(2)反映材料对一次或少数大规模能源冲击损伤的能力，评估材料在此工作条件下对间隙的敏感度。(3)评价材料的冷脆性。(a)冲击韧性，3 .极限：仅用于评估中低强度钢的韧性，仅反映材料在一次大能量冲击载荷下抗变形和断裂的能力。(b)断裂韧性，1 .概念：指出裂纹不稳定性扩展的材料性质。应力场强度系数KI，y-零件裂纹的几何形状系数a-裂纹长度-公称工作应力，键值越大，裂纹尖端的应力场就越强，至少为阈值之一。引入KIKIC后，零件内的裂纹快速不稳定，应力脆性破坏。如果Ki kic，则零件在设计生命周期中安全可靠。KIC被称为破坏韧性。2 .通过应用语义、KIC、以上临界中断标准公式可以看出，可以控制三个参数，以避免零件的中断。KIC、a可以解决以下问题：1.根据零件的实际公称工作应力和裂纹长度a确定KIC，为正确的材料选择提供了基础。2 .根据使用的材料的断裂韧性KIC和检查的零件的内部尺寸确定临界断裂应力c，为设计零件的最大支撑力提供了标准。3 .根据已知材料的断裂韧性和实际工作应力估算临界裂纹长度交流，提供了零件裂纹检测标准。7 .疲劳特性，(1)交变载荷：大小，方向随时更改周期循环，也称为循环载荷。(3)性质：1)中断时的应力远低于静态负载下的抗拉强度，或远低于降伏强度。(2)韧性或脆性材料破碎后没有明显的塑性变形，没有前兆，突然发生的脆性断裂，风险很大。(2)疲劳破坏：零件在交变载荷下受到低于材料屈服点的应力，但运行时间长，出现裂纹或突然完全断裂的过程。1 .疲劳的基本概念：2 .疲劳的基本过程，疲劳过程由三个阶段组成：(2)裂纹扩展：裂纹形成后在交变应力下继续扩展，裂纹扩展区域；(3)最后一个断裂：随着疲劳裂纹继续增大，零件的有效载荷区域逐渐减小，应力或裂纹应力场强度系数继续增加，达到阈值时将发生断裂。(1)出现裂纹：材料本身的现有缺陷或零件结构设计中存在的键槽、油孔等导致零件受力时局部区域发生应力集中，因此容易出现裂纹。3 .疲劳阻力指数，疲劳极限：当应力小于某个值时，样例可以承受称为材料疲劳极限(也称为疲劳强度)的无限循环周期。对于黑色金属：通常在107周内应力周期不破裂的最大应力称为疲劳极限。有色金属，不锈钢取108。4。疲劳极限的影响因素：材料特性、零件表面强化处理、零件表面条件、载荷类型、工作温度和腐蚀介质等。8 .耐磨、磨损：由摩擦引起的两个零件表面材料的渐进损坏(由表面大小变化和材料损失表示)称为磨损。主要有粘合磨损、磨料磨损和接触疲劳磨损。(1)粘合磨损：金属粘合部分发生在摩擦对接触面上，这种粘合点往往比金属本身的强度更大，后续相对运动时产生的损坏出现在强度较低的地方，金属抛光碎片从零件表面拉出来，或者零件表面有擦伤的磨损形式。(2)磨料磨损：滑动摩擦时，零件表面摩擦区域发生局部塑性变形、磨料嵌入和磨料切割等过程，导致材料摩擦面逐步丢失。1 .磨损的主要类型和机理：2 .提高材料耐磨性的方法，1)提高材料硬度，提高零件表面的抗变形和断裂能力。2)改善两个接触面的接触状态，以减少摩擦。第二节物理特性，I .密度：单位体积物质的质量在物质的密度：表达式中称为物质的密度(kg/m3)。m是物质的质量(kg)。v是物质的体积(m3)。密度低于5103kg/m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金。密度大于5103kg/m3的金属称为铁、铅、钨等重金属。ii .栏性质，1 .熔点：物质从固体转化为液体时的温度称为熔点。高熔点的金属称为高熔点金属，例如钨、钼、钒，可用于制造火箭、导弹、燃气轮机、喷气式飞机等广泛使用的高温零件。熔点低的金属称为锡、铅等可溶性金属，可用于制造保险丝和防火安全阀零件。2 .热容量：温度每上升1K，需要的能量，记录为c。单位质量物质的热容量称为比热容。高分子材料具有最大的热容量和比热容，陶瓷材料其次是金属材料低。ii .列特性，3 .热膨胀金属材料随着温度的变化而膨胀和收缩的特性称为热膨胀性。热膨胀性用线膨胀系数l和体膨胀系数V表示。，样式中的l是线膨胀系数(1/K或1/c)。L1是扩展前的长度(m)。L2是扩展后的长度(m)。 t是温度变化(k或c)。4 .导热系数通常用导热系数测量。热导率的符号是，单位是W/(mK)。热导率越大，热导率越高。金属的热导率最好是银，其次是铜、铝。iii .电气特性，电阻率:测量材料的导电性(用电导率表示)。固体材料根据电导率分为四大类：超导体、导体、半导体和绝缘体。电阻温度系数：材料的传导能力随温度变化而变化。遗传性：通过分离带电荷的导体，能长期承受电场作用的绝缘材料称为介质材料。表征介电常数、介电强度、介电损耗等参数。4 .磁性特性，铁磁材料：在外部磁场中可以强磁化(例如，铁、钴和其他顺磁性材料):在外部磁场中，可以弱磁化(例如，锰和铬):在外部磁场中，可以抵抗或减弱材料本身的磁化(例如，铜、锌)，在电磁场作用中材料表现的行为称为磁性。表征磁性的主要性能指标包括：渗透率:表示单位磁场强度的外部磁场下材料的内部磁通量密度。饱和磁化Ms和磁矫顽力Hc:铁磁物质可以达到的最大磁化强度称为饱和磁化强度，其值越大，铁磁强度越强。铁磁性物质饱和后，即使去除外部磁场，也能保持一定程度的磁化，这是残余磁现象，要使剩下的磁力为零，就要添加逆磁场，称为磁校正力。第三节化学特性，材料在生产、加工和使用时会发生环境和复杂的化学反应，导致性能下降或功能损失，其中腐蚀最严重。化学腐蚀：材料与周围介质直接发生化学反应，但在干气和非电解质溶液中金属的腐蚀，在某些介质中陶瓷材料的腐蚀等在反应过程中不产生电流的腐蚀过程。钢铁材料容易化学腐蚀。2.电化学腐蚀：指材料对电解质进行电化学反应，并伴随着电流的腐蚀过程。金属材料的电化学腐蚀是普遍的。iii .提高零件耐腐蚀性的主要措施，第iii节化学性质，1 .改善零件耐化学性的措施(1)选择耐热钢、耐热铸铁、耐热合金、陶瓷等抗氧化材料；(2)表面处理，如表面涂层、表面涂层等。2 .改进电化学防腐措施：(1)选择不锈钢、铜合金、陶瓷、高分子材料等防腐材料；(2)涂层、热喷涂陶瓷、喷涂塑料、涂层等表面处理；(3)电化学保护，如牺牲阳极保护；(4)添加缓蚀剂降低介质电解能力。摘要，1。材料的使用性质包括机械性质、物理性质和化学性质。大部分由特定指标表示，根据标准通过测试测试获得的数据在使用时必须考虑材料的特定应用条件和