材料性能学知识点

1、比例极限 ：材料在不偏离应力与应变正比关系下所能承受的最大应力 弹性极限 ：在应力去除不遗留任何永久变形的条件下 材料能承受的最大应力 弹性模量 ：在应力 -应变关系意义上 弹性模量是产生单位弹性变形所需的应力 在工程 中弹性模量是表征材料对弹性变形抗力 即材料的刚度弹性比功 ：又称弹性比能或应变比能 是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力 可用 材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示包申格效应 ：金属材料预先加载产生少量塑性变形 而后在同向加载规定残余伸长应力 增加 反向加载 规定残余伸长应力降低的现象 金属材料的力学性能是指在载荷作用下 其抵抗 变形和断裂 的能力 低碳钢拉

2、伸试验的过程可以分为 弹性变形塑性变形和断裂 三个过程 影响金属材料弹性模量的因素 键合方式 晶体结构 化学成分 微观组织 温度及加载方式 和速度 弹性变形 ：材料在外力作用下变形 当外力取消后 材料变形即可消失并能完全恢复原来 形状 这种可恢复的变形成为弹性形变 屈服强度 ：屈服是表征材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形能力所对应的应力 值 强度极限 ：物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力 塑性 ：材料在外力作用下 材料能稳定的发生永久变形而不破坏其完整性的能力 超塑性 ：材料在一定内部条件外部条件下呈现出异常低的流变抗力 异常高的流变性能 的性能的现象 一般是非晶态固态或玻璃金属塑性

3、的指标有 延伸率和断面收缩率 单晶体的塑性变形方式有 滑移和孪生 影响金属材料屈服强度因素 晶体结构（晶格阻力）摩擦阻力 境界阻力 溶质元素 影响金属材料塑性强度的因素 晶体结构 晶粒大小 位错 第二相 元素原子 韧性断裂 ：材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的的断裂过程，一般裂纹 扩展较慢消耗大量塑性变形能 光滑拉伸试样的断面收缩率小于 5 脆性断裂 ：材料断裂前基本上不产生明显的的宏观塑性变形 没明显预兆 往往表现为 突然地快速断裂过程 有很大危险性光滑拉伸试样的断面收缩率大5剪切断裂 ：材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂 解理断裂 ：在正应力作用下 由于原子间结合键破

4、坏硬引起的 沿特定晶面发生脆性穿晶 断裂 断裂韧度 ：当应力或裂纹尺寸增大到临界值 也就是在裂纹尖端足够大的范围内 应力达 到了材料的断裂强度 裂纹便失稳扩展而导致材料的材料断裂 这是裂纹尖端应力场强度 参量 K 达到的临界值为记为断裂韧度 影响材料断裂韧性的因素 ：受材料的化学成分 组织结构 基体相结构和晶体尺寸 夹杂 和第二相 显微组织 应变速率 温度 材料中裂纹的 形核和扩展 的研究是微观断裂力学的核心问题材料的断裂过程大多包括裂纹的萌生和扩展按照断裂前材料宏观变形的程度分为脆性断裂和韧性断裂按照断裂时裂纹扩展的途径分为穿晶断裂和沿晶断裂按照微观断裂机理分为解理断裂和剪切断裂韧性断裂断口

5、一般呈 杯锥状 断口特征三要素由 纤维区 放射区 剪切唇3个区域组成裂纹扩展的基本方式是张开滑开撕开裂纹3种以张开裂纹最为危险剪切断裂和解理断裂的特征：剪切断裂单晶体产生纯剪切断裂断口呈锋利锲型多晶体沿着相互交叉的滑移面滑动微观断口呈蛇形滑动花样微观断口特征花样则是断口分布大量锲窝解理断裂断口由许多相当于晶粒大小的解理面集合成特征为解理台阶河流花样舌状花样应力软性系数：有三个主应力(r1o2o3( 1>2>3 )最大切应力Tax=( di-os)/2最大正应力max= oi- v ( 02+厅3) v为泊松比 则两者之间的比值为应力软性系数 抗弯强度：材料抵抗弯曲而不断裂的能力应力

6、状态最软的加载方式是单相压缩这方法易于显示材料的塑性行为可用于考察脆性 材料的塑性指标测试灰铸铁和陶瓷材料的塑性指标可选择压缩试验方法扭转试验的应用与特点：1.扭转可用于测定在拉伸时表现为脆性或低塑性材料的性能2.扭转能较敏感的反映材料表面硬化层性能可用于对表面强化工艺进行研究或对构件热处理表面检验3.塑性变形均匀不出现颈缩可精确测定高塑性材料变形抗力4.扭转试验是测定材料切断强度最可靠方法5.可明确区分材料的断裂方式是正切还是切断弯曲试验的应用与特点：1.应力状态与拉伸试验类似适用与加工不方便的脆性材料2.难以测定高塑性材料强度3.可以灵敏反映材料的表面缺陷可用于灰铸铁硬质合金陶瓷材料工具钢

7、的抗弯强度布氏硬度：优点压痕面积大硬度值能反映较大区域内组成相的平均性能数据稳定重复性高缺点压痕直径较大不宜直接在成品件进行对压痕直径测量比较麻烦 应用适 用于测定灰铸铁轴承合金材料硬度洛氏硬度：优点操作简单迅速压痕小可直接检验工件缺点压痕小代表性差测得值重复性差分散度大应用可直接检验工件用不同标尺可测定不同试样的硬度维氏硬度：优点角锥压痕清晰精确可靠可任意选择载荷不存在布氏硬度中关系约束 不存在维氏硬度的不同标尺的硬度缺点 测量过程繁琐 应用 如采用小载荷测量 可得到显微维氏硬度 可测极软极硬硬度表征材料的小范围抵抗变形的能力45钢调制后用洛氏 淬火钢马氏体组织 用维氏灰铸铁用布氏 冲击韧性

8、：反映金属材料对外来冲击载荷的抵抗能力 低温脆性 ：当材料的应用温度低于某一温度时 材料会出现有韧性状态变为脆性状态 冲 击韧性也明显下降的现象韧脆转变温度 ：由韧性断裂向脆性断裂转变的临界温度 低于该温度则材料韧性急剧下 降影响低温脆性的因素 ：材料内在因素（晶体结构 化学成分 晶粒尺寸 金相组织） 外部 因素（试样尺寸和形状 加载速率）测定冲击韧性 20 钢需要开缺口 灰铸铁高速钢不需开缺口 同一材料采用拉伸和扭转试验方法扭转测得 tk 较低 制成光滑试样和缺口试样进行拉 伸试验光滑试样测得较低 tk疲劳 ：工程构件在交变载荷作用下 裂纹萌生并不断扩展 最终导致构建断裂的过程称为 疲劳过程

9、疲劳极限 ：当应力低于某值时 材料或构件承受无限多次应力循环或应变循环而不发生 断裂。这一应力值称为材料的疲劳极限疲劳断裂的特点 ： 1.低应力延时断裂 是具有寿命的断裂 2.低应力脆性断裂 一般低于屈 服应力之下发生 3.对缺口 裂纹和组织缺陷十分敏感 4. 过程包括裂纹萌生和扩展两个过 程影响材料疲劳强度的因素 ：载荷条件（应力状态 平均应力 过载情况 次载锻炼）载荷 频率 间隙 环境温度 环境介质 表面状态 尺寸因素 表面强化及残余应力的影响 材料成 分及组织的影响疲劳断裂过程由 萌生 扩展 断裂 3 个阶段 典型疲劳断口有三个区域 疲劳源区 疲劳裂 纹扩展区 瞬间断裂区疲劳裂纹一般发源

10、于 表面应力集中的地方 组织缺陷处磨损 ：在工件运转时 机件相互接触并产生相对运动从而产生摩擦 摩擦造成接触表面损 耗 使机件尺寸发生变化 表面材料逐渐损失并造成损伤 分为黏着磨损 磨料磨损 腐蚀磨 损 解除疲劳磨损黏着磨损 ：当摩擦表面相对滑动时 由于粘着节点发生剪切断裂 被剪切的材料或脱落成 磨屑 或由一个表面迁移到另一个表面跑合（磨合 ）：机件刚开始工作时 接触表面总是有一定粗糙度 真实接触面积较小 磨 损速率很小 附着表面被逐渐磨平 真实接触面积逐渐增大 磨损速率减缓的过程 机件的磨损过程分为三个阶 段： 1.跑合阶段（磨损速率随时间的增加而逐步降低） 2.稳 定磨损阶段（磨损速率几乎

11、保持不变） 3. 剧烈磨损阶段（磨损速率随时间增大而迅速 增大蠕变 ：材料在一定温度和恒应力作用下 随时间增加而慢慢塑性变形的现象 高温：相对于材料熔点的温度 一般为 （0.40.5 ）Tm 蠕变极限 ：材料在长期高温荷载作用下抵抗塑性变形的能力持久强度：在规定温度下 达到规定的持续时间而不发生断裂的应力值应力松弛：材料在恒变形条件下 随时间延长弹性应力逐渐降低的现象松弛稳定度：用于评价材料在高温下的预警能力影响材料高温力学性能的因素：材料化学成分冶炼及热处理工艺状态晶粒尺寸应力腐蚀：金属材料在特定腐蚀介质和应力共同作用下发生的脆性断裂分为孕育期 裂纹扩展期失稳断裂氢裂：进入晶格中的氢原子和应

12、力的共同作用导致金属材料产生脆性断裂金属材料产生应力腐蚀的条件：特定材料特定腐蚀介质 拉应力金属防止发生腐蚀的措施：根据环境条件合理选择金属或合金尽量减少或消除机件中的残余拉应力改变材料的服役环境控制金属材料的电极电位采取有效的涂层保护 金属材料产生应力腐蚀的机理：钝化膜破裂理论 闭塞电池理论 氢致开裂理论 发生应力腐蚀的来源：残余应力材料承受外加载荷造成的应力细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法，工业上用来提高材料强度位错强化：塑性变形时 位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原 子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化的现象金属材料中最有效的强化方

13、式之一固溶强化：纯金属经适当的合金化后强度和硬度提高的现象实质是溶质原子的长程应力场和位错的交互作用导致位错运动受阻分为有序和无序固溶体弥散强化：采用粉末冶金或内氧化等工艺方法在材料基体中产生细小弥散的第二相质点阻碍位错运动而使材料强度和硬度提高的方法是材料强度和塑性的综合表现 表征材料在变形和断裂过程中吸收能量的能力热焓：表示物质系统能量的一个状态函数热容：当物质吸收热量温度升高温度温度每升高1K所吸收到的热量比容：单位质量物质所占容积称为比容数值上是密度的倒数平均线膨胀系数：物体从确定的温度t1至t2时，温度平均每变化 C相应的线热膨胀率材料的热学性能包括热容热膨胀热传导热稳定性固体材料的

14、比热热膨胀热传导等热性能与晶格震动有关居里点：材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度饱和磁化强度：磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁化强度时称为饱和磁化强度矫顽力：反映铁磁材料保持剩磁状态的能力磁滞损耗：铁磁材料在磁化过程中曲磁滞现象引起的能量损耗磁致伸缩：铁磁材料由于磁化状态的改变其尺寸在各方向发生变化去掉外磁场后其又 恢复原来的长度的现象 磁畴：指磁性材料内部的一个个小区域 可自发磁化三种磁介质的磁化曲线与磁化特征【看书和作业】软磁材料的性能特征：矫顽力和磁滞损耗低电阻率较高磁通变化产生的涡流损耗小 高磁导率 高饱和磁感应强度 某些材料的磁滞回线呈矩形要求有高矩形比硬磁材料的性

15、能特征：高剩磁高矫顽力高饱和磁应力强度难长久保持强磁性难退磁 最大磁能积大材料的磁性来源于原子的固有磁性抗磁性来源于电子轨道运动在外加磁场作用下顺驰性来源于原子固有磁矩在外加磁场下产生产生铁磁性的充要条件：原子本身磁矩不为0和有一定晶体结构对铁磁质性能的影响1.温度：温度高金属原子热运动加剧使铁磁性饱和磁化强度下降(磁感应强度矫顽力)当高到居里点时磁化强度降至 0使铁磁性消失变为顺磁性 2. 形变：冷塑性变形使金属中点缺陷和位错密度增高造成点阵畸变加大内应力升高 使磁 导率减小而矫顽力增高而不影响饱和磁化强度 再经结晶退火后内应力消除各磁性参数恢复正常3.晶粒度：晶粒越细晶界影响区越大磁导率越低矫顽力越高 4.形成固溶体及多相合金：铁磁性金属融入抗磁性元素时饱和磁化强度随组元含量增加而降低形成固溶体饱和磁化强度随成分单调连续变化电阻率：表示物质电阻特性的物理量R= p*L/s相对电导率：是试样电导率与某一标准比值的百分数以密度为8.89g/cm 3长度为1m重量为1g电阻为0.15328