材料性能学演示文稿

《材料性能学》课件绪论一、本课程的性质和内容1．性质：材料性能学是金属材料专业的一门必修专业课，以材料科学基础、热处理、工程力学及大学物理知识为基础。材料的性能：（1）工艺性能：铸造性能、压力加工性能、焊接性能等；（2）使用性能：力学性能、物理性能、化学性能。从其被使用的性能特征而言分为结构材料和功能材料。结构材料：以力学性能（一般是指强度、塑性）为主要技术指标应用的材料。例：钢材：屈服强度σS、强度极限σb、延伸率δ绪论

功能材料：以物理、化学性能为主要技术指标应用的材料。例：电热材料（电阻率ρ）、磁性材料（磁导率μ、矫顽力HC）等。金属材料粉末冶金方向：粉末冶金材料：粉末冶金结构材料；硬质合金；磁性材料等。硬质合金：烧结工艺（热容）、钴的含量（饱和磁化强度）、WC颗粒、硬度、矫顽力HC2．内容：第1~11章力学性能：材料在静载条件下的弹性变形、塑性变形和断裂过程，材料的硬度、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能、材料的高温力学性能及材料的强韧化方法等；第12~14章物理性能：热学性能、磁学性能、电学性能绪论二、学完本课程后应达到的要求（学习本课程的目的）1．掌握主要力学性能和物理性能的基本概念、物理本质、变化规律及性能指标的工程意义；2．理解各种因素对金属材料力学性能和物理性能的影响。即掌握环境因素和金属材料成分、内部组织结构因素对性能的影响；基本掌握提高材料性能指标、充分发挥材料性能潜力的主要途径；3.了解材料性能的测试原理、方法及仪器设备4．具有初步的材料失效分析、合理选材、用材及新材料的技能。绪论三、本课程的特点及主要参考书物理知识要求有一定的深度。理论性较强；同时应该是一门实验检测课。章与章之间较独立，但内容安排上有一定的规律性。

第一篇材料的力学性能

第一篇材料的力学性能1：退火低碳钢

1：有机玻璃：硬而脆

2：正火中碳钢

2：纤维增强热固塑料：3：高碳钢

硬而强但弹性模量

3：尼龙：硬而韧基本相同

4：聚四氟乙烯：软而韧

第1章金属材料的弹性变形

一、弹性变形力学性能指标1、弹性模量E：表示材料抵抗弹性变形的能力，即材料在弹性变形范围内，产生单位弹性应变所需应力。2、弹性极限σe：表示材料只发生弹性变形所能承受的最大应力。3、比例极限σp：表示材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比的最大应力。4、弹性比功ɑe：表示金属材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力，在数值上ɑe=σeεe∕2=σe2

∕2E５、刚度EA0：表示材料在外载荷作用下抵抗弹性变形的能力。二、影响弹性模量的因素1、键合方式和原子结构化学键大于物理键：共价键、金属键、离子键大于分子键结合力强的弹性模量大。第1章金属材料的弹性变形2、晶体结构单晶体呈现各向异性（钨除外），多晶体呈现各向同性——伪等向性铁的单晶体：<111>晶向E=270000MPa<100>晶向E=125000MPa铁的多晶体：E=135000MPa钨皆为：E=384600MPa3、化学成分合金的弹性模量取决于组元的性质、结构及组元之间的结合方式、组织4、微观组织合金成分不变时，组织对弹性模量影响很小，晶粒大小对弹性模量无影响。5、温度温度升高，原子间距增大，体积膨胀，原子间结合力下降，弹性模量下降。第2章金属材料的塑性变形一、塑性变形机理1、单晶体塑性变形的主要方式：滑移和孪生塑性变形——滑移——位错的运动阻碍位错运动的因素——晶体缺陷晶体缺陷：点缺陷：空位、间隙原子、置换原子线缺陷：位错面缺陷：2、多晶体塑性变形的特征：1）塑性变形的非同时性和非均匀性：材料的表面优先和处于软位向的滑移系优先；2）晶界的影响和晶粒位向差的影响晶界对位错运动有阻碍作用晶粒之间相互阻碍和协调霍耳——佩奇公式：σs=σi+kd-1/2第2章金属材料的塑性变形二、屈服强度和强度极限1、屈服强度σs及条件屈服强度σ0.2屈服强度σs：表示材料不发生明显的塑性变形所能承受的最大工程应力。条件屈服强度σ0.2：表示材料在标距长度内发生0.2%的残余工程应变时工程应力。2、强度极限（抗拉强度）σb强度极限σb：表示材料在拉断前所能承受的最大工程应力。三、塑性：材料在断裂前产生塑性变形的能力。1、塑性的意义1）可使得材料通过塑性变形产生的应变硬化提高抗过载能力，2）保证材料塑性变形的顺利进行3）塑性可判定金属材料冶金质量的好坏。2、塑性指标伸长率δ断面收缩率ψ第2章金属材料的塑性变形四、影响屈服强度的因素1、晶体结构屈服即位错开始运动，因此单晶体理论屈服强度=临界切应力切应力取决于阻力（点阵阻力、位错交互运动的阻力）1)点阵阻力：派—纳力一个位错晶体中运动所需克服的阻力。2）位错交互运动的阻力3）位错运动与其它缺陷的作用2、晶界和亚晶界的影响HALL-PETCH公式在纳米晶范围内仍出现细晶强化3、合金元素的影响第2章金属材料的塑性变形固溶强化柯氏气团强化沉淀强化时效强化弥散强化4、环境因素1）温度：温度升高，屈服强度下降。2）加载速度：加载速度（变形速度）越快，屈服强度增高。3）应力状态的影响：不同的加载方式，屈服强度不同。第2章金属材料的塑性变形固溶强化柯氏气团强化沉淀强化时效强化弥散强化4、环境因素1）温度：温度升高，屈服强度下降。2）加载速度：加载速度（变形速度）越快，屈服强度增高。3）应力状态的影响：不同的加载方式，屈服强度不同。第2章金属材料的塑性变形五、影响金属材料塑性的因素1、晶体结构2、晶粒大小3、第二相的形态、大小、数量及分布4、温度5、加载速度6、应力状态六、应变硬化及应变硬化指数七、超塑性及具有超塑性的条件第3章金属材料的断裂与断裂韧性过量变形、磨损、腐蚀、断裂是机件的四种主要失效形式。断裂断裂过程包括裂纹的萌生、扩展与断裂三个阶段。断口及断口分析法一、断裂的类型及断裂机理一）断裂的类型1.根据断裂前塑性变化大小分为：韧性断裂和脆性断裂韧性断裂：指金属断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消耗能量。中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂。韧性断裂的宏观断口同时具有上述三个区域，而脆性断口纤维区很小，剪切唇几乎没有。脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因此危害性很大。脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。板状矩形拉伸试样断口呈人字纹花样。第3章金属材料的断裂与断裂韧性2.按裂纹扩展的途径分为：穿晶断裂与沿晶断裂多晶金属断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂的裂纹穿过晶粒内，而沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展。第3章金属材料的断裂与断裂韧性3.根据断裂机理分类：纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂与准解理断裂(1)剪切断裂：金属材料在切应力的作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂；包括滑断纯剪切断裂和微孔聚集型断裂。微孔聚集型断裂是通过微孔成核、长大聚合而导致材料分离。断口宏观特征：呈暗灰色、纤维状断口微观特征：断口上分布有大量韧窝。第3章金属材料的断裂与断裂韧性(2)解理断裂：是指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正压力达到一定数值后，由于原子间结合键的破坏引起的以极快速率沿一定晶体学晶面产生的穿晶断裂；由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。断口宏观特征：呈极平坦的镜面断口宏观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样。微孔聚集型断裂是通过微孔成核、长大聚合而导致材料分离。(2)解理断裂：是指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正压力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂；由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。第3章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能(2)解理断裂：是指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正压力达到一定数值后，由于原子间结合键的破坏引起的以极快速率沿一定晶体学晶面产生的穿晶断裂；由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。断口宏观特征：呈极平坦的镜面断口微观观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样。2.准解理在淬火回火钢中，当裂纹在晶粒内部扩展时，难于严格的沿一定晶体学平面扩展，断裂路径不再与晶粒位向有关，而主要与细小的碳化物质点有关，其微观形态，与解理河流相似，但又不是真正的解理，所以称为准解理。第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能4.1应力状态软性系数值越大，表示应力状态越“软”，金属越易于产生塑性变形和韧性断裂。α值越小，表示应力状态越“硬”，金属越不易于产生塑性变形而易于产生脆性断裂。单向拉伸的α为0.5单向压缩的α为0.2扭转的α为0.5第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能4.2扭转一、扭转试验当圆柱试样承受扭矩T进行扭转时，试样表面的应力状态如图所示，在与试样轴线呈45°的两个斜截面上作用最大与最小正应力σ1及σ3，在与试样轴线平行和垂直的截面上作用最大切应力，两种应力的比值接近1。在弹性变形阶段，试样横截面上的切应力和切应变沿半径方向的分布是线性的（图2-6b）。当表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系，但切应力则因塑性变形而有所降低，呈非线性分布。第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能二、扭转试验测定的主要力学性能指标1.切变模量G在弹性范围内，切应力与切应变之比，表示材料抵抗切应变的能力。第4章金属材料的扭转、弯曲、压缩性能2.扭转比例极限3.扭转屈服强度4.抗扭强度4.2扭转二、扭转试验的特点及应用特点：(1)应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时的α大，易于显示拉伸时表现为脆性或低塑性金属材料的塑性行为。(2)圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象。(3)能较敏感的反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。(4)扭转试验时的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所用大部分金属材料的正断抗力大于切断抗力，所以扭转试验是测定这些材料切断抗力最可靠的方法。应用：4.3弯曲一、弯曲试验将圆柱形或矩形试样放置于一定跨距Ls的支座上，进行三点弯曲或四点弯曲加载，通过记录弯曲力f和试样挠度f之间的关系曲线，就可确定金属在弯曲力下的力学性能。4.3弯曲二、弯曲试验所测的主要性能指标弯曲试验主要测定脆性或低塑性材料的抗弯强度试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力，按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力，称为抗弯强度。三、弯曲实验的特点及应用(1)弯曲试验的试样形状简单、操作方便，不存在拉伸试验时的试样偏斜对结果的影响，可用弯曲的挠度显示材料的塑性。(2)弯曲试验时，样品表面应力最大，可灵敏的反映材料表面的缺陷。(3)测量灰铸铁、硬质合金、工具钢的抗弯强度，评价其性能和质量。4.4压缩一、压缩试验4.4压缩二、压缩试验可测定的主要压缩性能指标：1.抗压强度单位试样被压至破坏过程中的最大应力σbc2.相对压缩率3.相对断面扩展率三、压缩试验的特点(1)单向压缩试验的应力状态软性系数α=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，所以主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定。(2)拉伸时塑性很好的材料，在压缩时只发生压缩变形而不断裂。(3)对于接触面处承受多向压缩应力的机件，如滚动轴承、套圈与滚动体，常采用多向压缩实验。第5章金属材料的硬度5.1金属硬度的意义及硬度试验的特点硬度是表征材料软硬程度的一种性能物理意义随着试验方法不同而不同压入法是应用最广泛的硬度测试方法压入法的应力状态软性系数α=2，在这种应力状态下，几乎所有的金属材料都能产生塑性变形，所以这种方法也能测定硬质合金、陶瓷等脆性材料的硬度。5.2布氏硬度

（一）试验原理：用直径为D（mm）的钢球或硬质合金球的压头，加一定的试验力F（N），将其压入试样表面（右图a），经过规定的保持时间t（s）后卸除试验力，试样表面将残留压痕，然后测量压痕的平均直径d（mm），求得压痕的球形面积A（mm2）。5.2布氏硬度

布氏硬度计试验法主要用于铸铁、钢材、有色金属及软合金等材料的硬度测定，此外还可以用于塑料、电木等某些非金属材料硬度的测定。适用于工厂、车间、试验室、大专院校和科研机构。布氏硬度布氏硬度试验的优点：1.由于压头的直径较大，所以压痕面积较大，其硬度值能反映各组成相的平均性能，适合于测定灰铸铁、轴承合金的硬度；2.试验数据稳定，重复性强。布氏硬度试验的缺点：1.对不同材料需要更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量较麻烦，所以不宜用于自动检测；2.压痕较大时不宜在成品上实验。5.3洛氏硬度

（一）试验原理：(a)试验时先加初始试验力F0，以保证压头与试样表面接触良好，得到一个压痕深度h0，此时指针指零。(b)施加主作用力F1，压头压入深度为h1，表逆时针转到相应刻度位置，h1包括弹性变形与塑性变形。(c)F1卸除后，总变形中的弹性变形恢复，压头回升一段距离（h2-h1），此时塑性变形深度即为压痕深度h，最终表盘指针所指即为洛氏硬度值。HRS-150型数显洛氏硬度计是机电一体化的硬度测试仪器。该机外观新颖，采用微机控制，硬度值以数字直接显示。升降螺杆与旋轮间自动反馈锁合，外接打印机，除试台升降外，完全实现了自动化，消除了操作和读数误差。该硬度计适用于黑色金属、有色金属和非金属材料的硬度测定。洛氏硬度的优点：1.操作简便、迅速、硬度值可直接读出；2.压痕小，可在工件上直接实验；3.采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属或厚薄不一的试样硬度，可广泛用于热处理质量检验。洛氏硬度的缺点：1.压痕较小，代表性差；2.若材料中存在偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度值重复性差，分散度大；3.用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接比较。（三）维氏硬度试验维氏硬度试验的原理与布氏硬度相同，也是根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。不同的是试验用的压头不同，是两个相对面间夹角α为136°的金刚石四棱锥体。压头在试验力F（N）作用下将样品表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，d=(d1+d2)/2，来计算压痕的表面积A（mm2）。HVS-50型数显维氏硬度计是光机电一体化的高新技术产品，具有良好的可靠性，可操作性，是小负荷维氏硬度计的升级换代产品。该机采用计算机软件编程，高倍率光学测量系统，光电传感等技术，通过软键输入，能调节测量光源的强弱，选择测试方法与对照表、保持时间、文件号与储存等，在LCD大屏幕显示上能显示试验方法、试验力、测量压痕长度、硬度值、试验力保持时间，测量次数并能键入年、月、日期，试验结果和数据处理等，通过打印输出，并通过RS232接口与计算机连网硬度计配可选摄影装置，能对所测压痕和材料金相组织进行拍摄，适用于测量微小、薄形试件、表面渗镀处理后的零件，是科研机构、工厂及质检部门进行研究和检测的理想的硬度测试仪器。维氏硬度的优点：1.不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头直径D之间所规定条件的约束，也不存在洛氏硬度实验时不同标尺的硬度值无法统一的弊端；2.试验力可以任意选择，压痕测量精度较高，硬度值较精确。维氏硬度的缺点：需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，工作效率较低。其它硬度试验方法1.努氏硬度试验与显微硬度相比有两点不同：(1)压头形状不同（图2-22），两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，对面角分别为为172°30′和130°，所以试样上得到的是长、短对角线长度比（l/w）为7.11的棱形压痕。(2)硬度值不是试验力除以压痕表面积，而是除以压痕投影面积。努氏硬度试验由于压痕细长，只需测量对角线的长度，所以精确度较高，对于表面淬硬层或渗层、镀层等薄层区域的硬度测定以及渗层截面上硬度分布的测定较为方便。2.肖氏硬度和里氏硬度试验肖氏硬度的原理：将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从一定高度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征硬度值的大小，也称为回跳硬度。里氏硬度：用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头（碳化钨球）的回弹速度表征金属的硬度值。第6章材料的冲击韧性与低温脆性冲击：载荷以很高的速度作用于机件或物体上的现象。6.1冲击韧性一、冲击载荷的能量性质在Δt时间内，Ｆ是一个变力，故冲击载荷只能用能量冲击功表达二、缺口冲击试验国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比(charpy)U型缺口试样和夏比V型缺口试样，两种试样的形状及尺寸如图所示。所测得的冲击吸收功分别记为AKU和AKV。另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时，常采用10mm×l0mm×10mm的无缺口冲击试样。第6章材料的冲击韧性与低温脆性第6章材料的冲击韧性与低温脆性缺口试样一次冲击弯曲试验原理如图上一面图所示。试验在摆锤式冲击试验机上进行，将试样水平放置于试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。冲击时将具有一定质量G的摆锤举至具有一定高度H1的位置，使其获得一定位能GH1。释放摆锤冲断试样后摆锤的剩余能量为GH2，则摆锤冲断试样失去的位能为GH1-GH2，此即为试样变形和断裂所吸收的功，称为冲击吸收功，以AK表示，单位为J。第6章材料的冲击韧性与低温脆性三、冲击韧性用试样缺口处截面FN(cm2)去除AKV(AKU)，便得到冲击韧度或冲击值αKV(αKU)，即αKV(αKU)是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关，单位为J/m2。第6章材料的冲击韧性与低温脆性6.2低温脆性低温脆性：当材料的应用温度低于某一温度时，材料出现由韧性状态变为脆性状态，冲击韧性功明显下降的现象。低温脆性转变：这种随温度的降低，材料由韧性状态变为脆性状态的现象。

断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。转变温度tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。一、材料的冷脆倾向（1）对于中低强度的面心立方金属材料和大部分密排六方的金属材料一般没有低温脆性现象，但在20-42K极低温度下奥氏体钢及铝合金有冷脆性。（2）对于高强度钢及超高强度钢、高强度铝合金和钛合金等在很宽温度范围内冲击韧性就很低，故韧脆转变不明显。

第6章材料的冲击韧性与低温脆性（3）对于低、中强度的钢及铍、锌等材料，其低温脆性很明显。第6章材料的冲击韧性与低温脆性二、韧脆转变温度tk因为韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现，因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。所以，依照试样断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小及断口形貌均可以确定tk。目前尚无简单的判据求韧脆转变温度tk。通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义tK。为此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，根据试验结果作出冲击吸收功一温度曲线、试样断裂后塑性变形量和温度的关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线等，根据这些曲线求tk．第6章材料的冲击韧性与低温脆性1.按能量法定义tk(1)当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不随温度而变化，形成一平台，该能量称为“低阶能”以低阶能开始上升的温度定义tk，并记为NDT(nildu-ctilitytemperature)，称为无塑性或零塑性转变温度。这是无预先塑性变形断裂对应的温度，是最易确定tk的判据。在NDT以下，断口由100％结晶区(解理区)组成。(2)高于某一温度材料吸收的能量也基本不变，形成一个上平台，称为“高阶能”。以高阶能对应的温度为tk，记为FTP(fracturetransitionplastic)。高于FTP的断裂，将得到100％的纤维状断口。显然，这是一种最保守定义tk的方法。第6章材料的冲击韧性与低温脆性(3)以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义，并记为FTE(fracturetransitionelastic。(4)以AKV＝15尺磅(20.3N·m)对应的温度定义，并记为V15TT。实践表明，低碳钢船用钢板服役时若冲击韧性大于15尺磅或在V15TT

以上工作就不致于发生脆性断裂。第6章材料的冲击韧性与低温脆性第6章材料的冲击韧性与低温脆性1.按断口形貌定义tk通常取结晶区面积占整个断口面积50％时的温度为tK，并记为50％FATT(fractureappearancetransition

temperature)或FATT50、t50。50％FATT反映了裂纹扩展变化特征，可以定性地评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。实验发现，50％FATT与断裂韧度KIc开始急速降低的温度有较好的对应关系，故得到广泛应用．但此方法需要目测评定各区所占面积，受人为影响较大．第6章材料的冲击韧性与低温脆性三、影响材料低温脆性的因素

1.晶体结构的影响体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。体心立方金属的低温脆性可能和迟屈服现象有密切关系。所谓迟屈服是指当用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应力下保持一定时间后才发生屈服。且温度越低，持续的时间越长，这就为裂纹的发生和传播造成有利条件。中、低强度钢的基体是体心立方结构的快素体，故都有明显的低温脆性。第6章材料的冲击韧性与低温脆性2.化学成分的影响间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆转变温度提高。这是由于间隙溶质元素溶入基体金属品格中，通过与位借的交互作用偏聚于位借线附近形成柯氏气团，致使σs升高，所以钢的脆性增大;

钢中加入置换型溶质元素(Ni、Mn例外)一般也降低高阶能，提高韧脆转变温度，但这种影响较间隙溶质原子小得多。杂质元素S、P、Pb、Sn、As等使钢的韧性下降。这是由于它们偏聚于晶界，降低晶界表面能，产生沿晶脆性断裂，同时使钢的韧脆转变温度升高。第6章材料的冲击韧性与低温脆性

3.晶粒大小细化晶粒可使材料韧性增加。第6章材料的冲击韧性与低温脆性4.金相组织

在较低强度水平，强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。此外，球化处理能改善钢的韧性。在较高强度水平时。中、高碳钢经等温淬火获得下贝氏体组织，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火马氏体并回火的组织。在相同强度水平，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体的韧脆转变温度。但低碳钢低温上贝氏体(B1)的韧性却高于回火马氏体的韧性，这是由于在低温上贝氏体中渗碳体沿奥氏体晶界的析出受到抑制，减少了晶界裂纹所致。第6章材料的冲击韧性与低温脆性在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理断裂，从而显著改善钢的韧性．马氏体钢中的残余奥氏体膜也有类似作用．

钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响程度取决于第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其与基体的结合力等因素．一般第二相尺寸增加，材料的韧性下降．韧脆转化温度升高．第二相的形状对材料脆性也有影响，球状第二相材料的韧性较好第6章材料的冲击韧性与低温脆性

5.试样尺寸和形状缺口曲率半径越小，tk越高，因此，V型缺口试样的tk高于U型试样的tk。当不改变缺口尺寸而只增加试样宽度(或厚度)时，tk升高。若试样各部分尺寸按比例增加时，tk也升高。这是出于试样尺寸增加时应力状态变硬，且缺陷几率增大，故脆性增大。6.加载速率提高加载速率如同降低温度，使材料脆性增大，韧脆转变温度提高。中、低强度钢的韧脆转变温度对加载速率比较敏感，而高强度钢和超高强度钢的韧脆转变温度则对加载速率的敏感性较小。第7章金属材料的疲劳性能

概述：

工程中许多的机件和构件都承受交变载荷的作用，如曲轴、连杆、齿轮、叶片和轴承等等，这些构件的主要破坏形式是疲劳破坏，据统计，断裂中有80％以上是疲劳破坏，因而造成了重大的经济损失。疲劳失效是机件的主要失效形式。研究疲劳失效有重要实际意义。研究主要体现在两个方面：定寿和延寿。第7章金属材料的疲劳性能

一、疲劳概念

材料在循环载荷的长期作用下，即使受到的应力低于屈服强度，也会因为损伤的积累而引发断裂的现象叫做疲劳。二、循环载荷：是指大小、或大小和方向都随时间作周期性变化一类载荷.第7章金属材料的疲劳性能

第7章金属材料的疲劳性能

三、疲劳的分类1）按应力状态分，有弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳及复合疲劳；2）按应力高低和断裂寿命分，有高周疲劳（N＞105）和低周疲劳（N=102～105）四、疲劳断裂的特点

1）疲劳断裂是低应力循环延时断裂，是具有寿命的断裂；对于疲劳寿命的预测就显得十分重要和必要(订寿)。2）疲劳断裂是低应力脆性断裂，一般在低于屈服应力之下发生；该破坏是一种潜藏的突发性破坏3）疲劳断裂对缺口、裂纹及组织缺陷十分敏感；4）疲劳断裂过程包括裂纹的萌生和扩展两个过程，相应的断口上有明显的疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬间断裂区。第7章金属材料的疲劳性能

五．疲劳断口形貌特征：

疲劳源区：光亮度最大，平滑疲劳裂纹扩展区：

具有贝纹线瞬间断裂区：

粗糙第7章金属材料的疲劳性能

六、金属材料疲劳破坏机理1、疲劳裂纹的萌生：疲劳裂纹萌生的策源地多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连．但若材料内部存在严重冶金缺陷（夹杂、缩孔、偏析、白点等），也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源．疲劳源可以是一个也可以是多个，其多少与工程应力状态及过载程度有关。主要方式有：（1）表面滑移带开裂；（2）第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；（3）晶界或亚晶界处开裂第7章金属材料的疲劳性能

2．疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹萌生后便开始扩展，其扩展一般分为两个阶段，如图所示．第1阶段是沿着最大切应力方向向内扩展．其中多数微裂纹并不继续扩展，成为不扩展裂纹，只有个别微裂纹可延伸几十μm（即2—5个晶粒）长．并且随着名义应力范围的生高而减小。第2阶段，沿垂直拉应力方向向前扩展形成主裂纹，直至最后形成剪切唇为止．此过程在显微镜下可以显示出疲劳带。第7章金属材料的疲劳性能

七、疲劳抗力指标

1、疲劳曲线在交变载荷下，金属所承受的最大交变应力（σmax或S）与断裂循环周次（N）之间的关系曲线称为疲劳曲线，如下图所示。

循环应力高时，经历的疲劳寿命短；循环应力低时，经历的疲劳寿命就长

σmax

σ1

σ2

σr

N1

N2

NｏN第7章金属材料的疲劳性能

2、疲劳强度或疲劳极限(σr

或σ-1)当σmax低于σr时，交变应力到无数次也不会发生疲劳断裂，则称σr为材料的疲劳强度或疲劳极限。对于对称应力循环，r为-1，σr→σ-1八、影响金属材料疲劳强度的因素1、工作条件：载荷条件、载荷频率、间歇、环境温度、环境介质2、表面状态及尺寸因素3、表面强化及残余应力4、材料成分及组织第8章金属材料的磨损性能磨损：相对运动导致摩擦造成接触材料表面的损耗，使机件尺寸发生变化，表面材料逐渐损失造成表面损伤。一、磨损过程机件正常运行的磨损过程一般分三阶段,曲线上的各点斜率即为磨损速率。第8章金属材料的磨损性能二、磨损的基本类型根据摩擦面损伤和破坏的型式,大致可分四类:粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损等。磨损类型在不同的条件下,可以发生转化,由一种损伤机制变成另一种损伤机制。实验表明:随着滑动速度的增快,磨损类型由氧化磨损转化为粘着磨损,又从粘着磨损转化为氧化磨损,最终恢复为粘着磨损,磨损量也由小增大直至材料失效。故解决实际磨损问题时,要分析参与磨损过程的条件特性,确定磨损类型,才能采取有效的措施,减少磨损。第8章金属材料的磨损性能1、粘着磨损

粘着磨损又称咬合磨损。是因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合,并拽开而产生的一种表面损伤磨损,多发生在摩擦付相对滑动速度小,接触面氧化膜脆弱,润滑条件差，及接触应力大的滑动摩擦条件下。磨损特征是表面有大小不等的结疤

第8章金属材料的磨损性能粘着磨损机理

实际材料表面接触仅发生在少数的微凸体顶尖上,产生很高的应力而发生塑性变形，倘若接触面上的润滑油膜、氧化膜等被挤破，使裸露材料的新鲜表面直接接触，发生熔合粘着(冷焊),或因表面摩擦生热温度升高使相接触的材料直接焊合。在随后的滑动中，刚形成的粘着点被剪断、拉开，并转移到一方材料表面，然后脱落下来形成磨屑,之后又在其它地方形成新的粘着点,如此粘着—剪断—脱落—再粘着不断地循环。总之，粘着磨损的过程就是粘着点不断形成又不断被破坏并脱落的过程。第8章金属材料的磨损性能粘着剪断的两种形式若粘着点结合强度低于两侧材料,则沿接触面剪断,磨损量较小,摩擦面显得较平滑,只有轻微擦伤。锡基合金与钢的滑动属此类型。若粘着点的结合强度比两侧任一材料的强度都高时,分离面便发生在强度较弱的材料上,被剪断的材料将转移到强度较高的材料上。使软材料表面出现微小的凹坑,硬材料表面形成微小凸起,使摩擦面变得粗糙,造成进一步磨损。这种软材料向硬材料表面的逐渐转移积累，最终使不同材料的摩擦付滑动变成同材料间滑动,磨损增大,甚至产生咬死现象。如铅基合金轴瓦与钢轴之间的滑动粘结磨损就属这种情况。第8章金属材料的磨损性能2、磨粒磨损磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。是摩擦付的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。前者称两体磨粒磨损,如锉削过程；后者称三体磨粒磨损,如抛光过程。磨粒磨损的主要特征磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。第8章金属材料的磨损性能第8章金属材料的磨损性能磨粒磨损机理法向力形成压痕,切向力推动磨粒向前进。磨粒形状与位向适当时,磨粒似刀具切削表面,切痕长而浅。当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时,磨粒滑过后仅犁出沟槽,两侧材料沿沟槽两侧堆积,随后的摩擦又会将堆积的部分压平,如此反复地塑性变形,堆积,压平,便导致裂纹形成并引起剥落。对碾碎性磨粒磨损,磨粒对摩擦表面的作用主要是使材料表面产生应力集中,韧性材料反复塑性变形,导致疲劳破坏第8章金属材料的磨损性能3、接触疲劳磨损1）现象与特征接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时,交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤,局部区域出现小片或小块状材料剥落,而使材料磨损的现象,故又称表面疲劳磨损或麻点磨损,是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。接触疲劳的宏观形态特征是:接触表面出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑(麻坑),有的凹坑较深,底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。第8章金属材料的磨损性能第8章金属材料的磨损性能三、提高材料耐磨性的途径1、减轻粘着磨损量的主要措施1）合理选择摩擦付材料：尽量选择互溶性少，粘着倾向小的材料配对，如非同种或晶格类型、电子密度、电化学性质相差甚远的多相或化合物材料；强度高不易塑变的材料。2）避免或阻止两摩擦付间直接接触。增强氧化膜的稳定性,提高氧化膜与基体的结合力；降低接触表面粗糙度，改善表面润滑条件等。3）采用表面处理,在材料表面形成一层化合物层或非金属层,既降低接触层原子间结合力，减少摩擦系数；又能避免直接接触。第8章金属材料的磨损性能２、减轻磨粒磨损的主要措施1）对低应力磨粒磨损，应提高表面硬度。2）对较重载荷,甚至较大冲击载荷下磨损，基体材料最好是硬度高,韧性良好的贝氏体组织。3）对重大冲击载荷下的磨损,具有单相组织和很高的加工硬化能力的高锰钢(Mn13)。4）对于经渗碳、碳氮共渗等提高表面硬度的机件,应经常对机件、润滑油进行防尘,过滤,以减轻磨粒磨损量。5）根据具体情况，选用合适的材料，制定合理的措施。

第8章金属材料的磨损性能３、减轻接触疲劳磨损的主要措施1）采用优质纯净的材料，减少脆性夹杂物。2）对轴承钢，未溶碳化物状态相同的条件下,控制马氏体含碳量在0.4～0.5%左右。3）减少钢中碳化物并使其呈球状均匀分布;使基体中马氏体、残余奥氏体和未溶碳化物量之间有最佳匹配。4）提高材料表面硬度,要求合理的硬化层深度，同时还要适当考虑心部硬度,表层材料硬度变化不能太陡。5）合理选择表面硬化工艺,在一定深度范围内保存残余压力。6）改善接触配对副的表面状态，减少冷热加工缺陷,降低表面粗糙度,降低摩擦系数，也是很有效的措施。

第一篇金属材料的力学性能复习资料第一章

材料的弹性变形一、名词解释1、弹性变形：外力去除后，变形消失而恢复原状的变形。P42、弹性模量：表示材料对弹性变形的抗力，即材料在弹性变形范围内，产生单位弹性应变的需应力。P103、比例极限：是保证材料的弹性变形按正比例关系变化的最大应力。P154、弹性极限：是材料只发生弹性变形所能承受的最大应力。P155、弹性比功：是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。P156、包格申效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），而后再同向加载，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。P20第一篇金属材料的力学性能复习资料填空题1、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。P22、低碳钢拉伸试验的过程可以分为（弹性变形）、（塑性变形）和（断裂）三个阶段。P2三、选择题1、表示金属材料刚度的性能指标是（B）。P10A比例极限B弹性模量C弹性比功2、弹簧作为广泛应用的减振或储能元件，应具有较高的（C）。P16A塑性B弹性模量C弹性比功D硬度3、下列材料中(C)最适宜制作弹簧。A08钢B45钢C60Si2MnCT12钢第一篇金属材料的力学性能复习资料4、下列因素中，对金属材料弹性模量影响最小的因素是（D）。A化学成分B键合方式C晶体结构D晶粒大小四、问答题影响金属材料弹性模量的因素有哪些？为什么说它是组织不敏感参数？答：影响金属材料弹性模量的因素有：键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、温度及加载方式和速度。弹性模量是组织不敏感参数，材料的晶粒大小和热处理对弹性模量的影响很小。因为它是原子间结合力的反映和度量。P11第一篇金属材料的力学性能复习资料第二章材料的塑性变形一、名词解释1、塑性变形：材料在外力的作用于下，产生的不能恢复的永久变形。P242、塑性：材料在外力作用下，能产生永久变形而不断裂的能力。P523、屈服强度：表征材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。或表示材料不产生明显的塑性变形所能承受的最大应力。P524、强度极限：材料在断裂前所能承受的最大工程应力。P585、超塑性：材料在一定显微组织、形变温度和形变速度条件下呈现非常大的伸长率（500~2000%）而不发生颈缩第一篇金属材料的力学性能复习资料和断裂的现象。P616、应变强化（加工硬化又称形变强化）：金属材料因塑性变形使其强度、硬度升高的现象。二、填空题1、金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。P242、单晶体的塑性变形方式有（滑移）和（孪生）两种。P253、强度是表征材料抵抗（变形）和（断裂）的性能指标。P52三、选择题

1、下列常用力学性能指标中，对组织不敏感的是（C）。A屈服强度B塑性C弹性模量D硬度第一篇金属材料的力学性能复习资料对于测力计弹簧,应以(A)作为选择材料的依据。A弹性极限B比例极限C弹性比功C屈服强度下列材料中,塑性最好的是（B）A铁B纯软铜C纯硬铜D锌4、在工程构件设计和材料的塑性变形加工过程中,最常用的性能指标是（D）。Aσb

BσpCσe

Dσs5、金属随冷变形程度的增大，其强度硬度升高，塑性、韧性（C）。A升高

B不变C下降

6、常温下，在相同晶粒大小的条件下，下列金属中，塑性最好的是（D）A锌B铁C镁D铜第一篇金属材料的力学性能复习资料7、下列材料中,塑性最差的是(C)。A工业纯铁B低碳钢C高碳钢D单相黄铜8、下列性能指标中，（B）表示金属材料的塑性。AσP

BδCσe

DKⅠC

四、问答题影响金属材料屈服强度和塑性的因素有哪些？答：影响金属材料屈服强度的因素有：晶体结构、摩擦阻力（位错密度）、晶粒大小、合金成份、第二相的形态、大小及分布、温度、应变速率与应力状态。P54-57第一篇金属材料的力学性能复习资料第三章

材料的断裂与断裂韧性一、名词解释1、脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形的断裂过程。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%者为脆性断裂。P672、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断裂过程。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率大于5%者为脆性断裂。P673、穿晶断裂：从微观上看，晶体材料断裂时裂纹沿晶内扩展的断裂。P674、沿晶断裂：从微观上看，晶体材料断裂时裂纹沿晶界扩展的断裂。P675、剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。P68第一篇金属材料的力学性能复习资料6、解理断裂：是材料在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。P697、断裂韧度：表示材料抵抗断裂的能力，是材料强度和塑性的综合表现。P858、韧性：表示材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。P76二、填空题1、材料中裂纹的（萌生）和（扩展）的研究是微观断裂力学的核心问题。P662、按照材料断裂时裂纹的扩展途径，断裂分为（沿晶断裂）和（穿晶断裂）。P663、材料的断裂过程包括裂纹的（萌生）、（扩展）和（断裂）三个阶段。P66第一篇金属材料的力学性能复习资料4、按照断裂前材料宏观塑性变形的程度，断裂分为（韧性断裂）和（脆性断裂）。P675、按照材料断裂时裂纹扩展的途径，断裂分为（沿晶断裂）和（穿晶断裂）。P676、按照微观断裂机理，断裂分为（剪切断裂）和（解理断裂）。P677、韧性断裂断口一般呈（杯锥）状，断品特征三要素由（纤维区）、（放射区）和（剪切唇）三个区域组成。P718、根据外加应力与其裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有（张开型）、（滑开型）、（撕开型）三种，其中以（张开型）裂纹扩展最危险。P73第一篇金属材料的力学性能复习资料三、判断题1、解理断裂是韧性断裂。（×

）2、剪切断裂一定是脆性断裂。（×

）3、“缺口强化”是强化金属的一种手段。（×

）四、选择题1、一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于（B）者为脆性断裂。A2%

B5%

C8%

D10%2、剪切断裂微观断口的重要特征是（A）A韧窝B解理台阶C河流花样D舌状花样第一篇金属材料的力学性能复习资料五简答题1、材料的断裂过程包括哪些？2、低碳钢典型拉伸断口的宏观特征是什么？对应的微观断口特征是什么？3、韧性断裂断口的三要素是什么？4、说明KⅠ和KⅠC的关系。5、材料中缺口会产生哪三种效应？答：缺口三效应是：缺口造成应力应变集中；缺口改变了缺口前方的应力状态；缺口产生了所谓的“缺口强化”，使材料强度升高，塑性降低，变脆。P78-P79第一篇金属材料的力学性能复习资料计算题1）有一构件，实际使用应力为1300MPa，有下列两种钢材待选：甲钢:σS═1950MPa，KⅠC═45MPa·m1/2

乙钢：σS═1560MPa，KⅠC═75MPa·m1/2据计算，Y=1.5，设最大裂纹长为2.0mm，试从传统设计的安全系数观点和断裂

力学观点两个角度分别进行选择。解：传统设计要求：σ×n（安全系数）≦σS甲钢：n=σS/σ=1950÷1300=1.5乙钢：n=σS/σ=1560÷1300=1.2由于甲钢安全系数比乙钢高，所以更安全。第一篇金属材料的力学性能复习资料断裂力学观点认为：σ

≦σC甲钢：σC=957MPa<1300MPa，不安全乙钢：σC=1580MPa>1300MPa，安全综合考虑，尽管甲钢安全系数高，但会由于裂纹扩展，产生断裂。而乙钢安全系数足够，也不会由于裂纹扩展产生断裂，所以应选乙钢。第一篇金属材料的力学性能复习资料第四章材料的扭转、弯曲、压缩性能一、名词解释1、应力状态软性系数：受力复杂的状态的最大切应力和最大正应力的比值。二、填空题1、单向压缩试验方法易于显示材料的塑性行为，常用于考查（脆性）材料的（塑性

）指标。三、选择题

1、下列材料中，需要通过压缩试验测量其力学性能指标的材料是（D）。A低碳钢B中碳钢C铜合金D铸铁2、在下列加载方式中，应力状态最软的加载方式是（C

)

A单向拉伸B扭转C单向压缩D三向等拉伸第一篇金属材料的力学性能复习资料3、、下列材料中，需要通过压缩试验测量其力学性能指标的材料是（D）。A25钢B45钢C形变铝合金D铸造铝合金4、检测材料的低温脆性转变温度,应选用(C)法。A拉伸试验

B扭转试验C冲击韧性试验D压缩试验

第一篇金属材料的力学性能复习资料第五章材料的硬度一、名词解释硬度：表示材料的软硬程度，是指材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力。二、填空题1、测量硬质合金刀片的硬度，用（洛氏HRA）硬度试验方法；测量45钢制品调质后的硬度，应用（

洛氏HRC）硬度试验方法。2、测量仪表小黄铜齿轮的硬度，应用（洛氏HRB）硬度试验方法；测量灰铸铁的硬度，应用（布氏）硬度试验方法。

第一篇金属材料的力学性能复习资料三、选择题1、龙门刨床导轨道的硬度，宜采用(B)。A布氏硬度计B洛氏硬度计C维氏硬度计D显微硬度计2、检测渗碳层的硬度分布，宜采用(C)。A布氏硬度计B洛氏硬度计C维氏硬度计D显微硬度计3、检测淬火后低温回火状态碳钢制造的模具硬度,最宜采用(B)。A布氏硬度计B洛氏硬度计C维氏硬度计D显微硬度计4、用硬度法鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体，应选用（D）。A布氏硬度计B洛氏硬度计C维氏硬度计D显微硬度计第一篇金属材料的力学性能复习资料五、简答题1、在用压入法测量硬度时，试讨论如下情况的误差：（1）压入点过于接近试样端面；测量值比材料的实际硬度值低。（2）压入点过于接近其他测试点；测量值偏高。（3）试样太薄。答：材料硬度高于硬度计载物台硬度时，测量值偏低。材料硬度低于硬度计载物台硬度时，测量值偏高。2、比较布氏、洛氏、维氏硬度实验的优缺点及应用范围。第一篇金属材料的力学性能复习资料第六章

材料的冲击韧性及低温脆性一、名词解释1、冲击韧性：2、低温脆性：当材料的应用温度低于某一温度时，材料会出现由韧性状态变为脆性状态，冲击韧性明显下降的现象。3、低温脆性转变：4、韧脆转变温度二、填空题第一篇金属材料的力学性能复习资料三、选择题1、下列材料中，冷脆倾向最明显的是（D）。A低强度铝

B低强度铜C高强度钛合金D低、中强度钢2、测定冲击韧性时，下列材料中，要开缺口的是（A）A

20钢B灰铸铁C可锻铸铁D硬质合金3、检测材料的低温脆性转变温度,应选用(C)法。A拉伸试验

B扭转试验C冲击韧性试验D压缩试验

4、下列材料中，冲击性能几乎不受温度影响的材料是（A）。A纯铜

B低碳钢C中碳钢D高碳钢第一篇金属材料的力学性能复习资料5、导致钢冷脆倾向加大的杂质元素主要是（C）。

A锰B硅

C磷D硫

6、导致钢热脆的杂质元素主要是（D）。

A锰B硅

C磷D硫

第一篇金属材料的力学性能复习资料第七章

材料的疲劳性能一、名词解释1、疲劳：2、疲劳强度（疲劳极限）二、填空题1、疲劳断裂的过程包括（裂纹的萌生）、（裂纹的扩展）和断裂三个阶段。2、低碳钢典型的疲劳断口上有（疲劳源区）、（疲劳裂纹扩展区）和（瞬间断裂区）3、典型的疲劳断口具有三个形貌不同的区域，即（疲劳源）区、（疲劳裂纹扩展

）、区和（瞬间断裂）区，其中（疲劳源）区表面是整个断口中光亮度最大的。第一篇金属材料的力学性能复习资料三、选择题1、下列性能指标中，（B）表示疲劳极限。Aσb

Bσ-1Cσe

Dσbc四、简答题1、试述疲劳断裂的特点有哪些？P1282、喷丸处理使用高速弹丸冲击工件表面，这种工艺提高了工件的疲劳强度，延长了使用寿命，简述喷丸处理的强化机理。P139-140第一篇金属材料的力学性能复习资料第八章

材料的磨损性能一、名词解释1、黏着磨损2、磨粒磨损二、填空题1、零件失效的四大原因是（磨损）、（腐蚀

）、（过量变形

）、（断裂）。2、滚动轴承在纯滚动条件下常发生的磨损失效形式是（C）。A黏着磨损B磨粒磨损C接触疲劳磨损D腐蚀磨损3、按磨损的失效机制，磨损分为（黏着磨损）、（磨粒磨损）、（腐蚀磨损）、（接触疲劳磨损）、微动磨损和冲蚀磨损等。第一篇金属材料的力学性能复习资料三、选择题1、机件正常运行的磨损过程中，跑合阶段的特征是磨损速率随时间的增加（A）。A逐渐降低

B逐渐提高C几乎不变D迅速增大四、简答题1、机件正常运行的磨损过程分为哪三个阶段？每个阶段的各有什么特征？P148第一篇金属材料的力学性能复习资料第九章

材料的高温力学性能一、名词解释1、蠕变：材料在一定温度和恒应力作用下，随时间的增加慢慢地发生塑性变形的现象。2、应力松弛：材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象。二、填空题1、当环境温度大于（（0.4~0.5）Tm

）时称为高温。2、材料在高温长时应力作用下会出现如（蠕变）、（应力松弛）、持久断裂、氧化、腐蚀及热疲劳损坏等一系列高温失效现象。第一篇金属材料的力学性能复习资料第一章电学性能知识要点:1.基本概念:波粒二象性电阻率相对电导率马基申定律超导现象2.基本理论:金属导电的物理本质(量子自由电子论)及电阻率的本质表达式3.影响金属导电性能的因素4.金属导电性能的测量:双电桥法电位差计法5.电阻分析的应用第1章金属材料的电学性能1.1金属的导电性一、电子的波粒二象性波粒二象性──波动性和粒子性波动性：折射、衍射、干射等，象可见光的光子；粒子性：质量、动量、能量等，象可见光的光子。德布罗意假设，认为“二象性”并不只限于光而具有普遍意义。他提出了物质波的假说：一个能量为E，动量为p的粒子，同时具有波动性，其波长由动量p确定，频率υ则由能量E确定。能量E=hυ(1-1)德布罗意波长:λ=h/p(1-2)p=mv第一节金属的导电性

电子的波动性：电子衍射实验——电子束在镍单晶表面上反射时有干涉现象产生。一束54eV的电子束垂直射在镍单晶面上，反射出来的电子表现出显着的方向性，在同入射束成50°角的方向上反射出来的电子数目极大。设入射电子波长为λ，则衍射花样的第一大角θm由下式给出d·sinθ=λ(1-3)式中d是晶格常数。我们知道，从晶体表面相邻原子（离子）所散射出来的波，如果在θm方向上光程差为λ，就会加强，产生极大干涉条纹。书中（1-3）式可以算出54eV电子束相应波长λ=2.15sin50°=1.65Å

第一节金属的导电性

第一节金属的导电性

由（1-2）式计算电子的波长：电子质量m=9.1×10-31kg，电子能量E=54eV，则电子动量p=(2mE)1/2=(2×9.1×10-31×54×1.6×10-19)1/2=3.91×10-24kg·m/s其中1.6×10-19为电子伏特向焦耳的转换因子。λ=h/p=6.6×10-34/3.91×10-24=1.66Å比较两个结果基本一致，说明德布罗意假设的正确性。第一节金属的导电性电子的粒子性电子的粒子性较早地就由金属晶体存在的霍尔效应所证实。取一金属导体，放在与它通过的电流方向相垂直的磁场内，则在横跨样品的两面产生一个与电流和磁场都垂直的电场。此现象称为霍尔效应(HallEffect)。见书中图1-2。在厚度为d、宽度为b的金属导体上，沿x方向流过电流Ix(0)，沿z方向加一磁场B0，这时发现导体沿y方向产生电位差VA—VB，令其为EH。产生这个电场的原因是：垂直于电子运动方向的磁场使电子受到洛伦茨力而偏转，并向某一面积聚，结果使该面带负电，而在对面带正电，从而形成电场EH，它被称为霍尔场。

第一节金属的导电性

第一节金属的导电性二、表示材料导电性能的参数1.电阻率ρ导体:ρ<10-2Ωm固态金属及合金、石墨；纯金属中银的ρ最小半导体:ρ在10-2Ωm～1010Ωm硅绝缘体:ρ＞1010Ωm橡胶等2.电导率σ3.相对电导率IACS%IACS%=σ材料/σ纯软铜

σ纯铝/σ纯软铜=63%σ纯铁/σ纯软铜=17%第一节金属的导电性三、导电理论1.经典自由电子论论点:导电的载体是所有自由电子；电子的粒子性电阻率ρ＝２mμ/ne2式中μ——电子与正离子的碰撞几率n——单位体积内的自由电子数不足：不能解释铜的导电性优于铁、铝的第一节金属的导电性2.

量子自由电子论论点:自由电子的能量大小不同，其能量是量子化分布的；导电的不是所有自由电子，只有具有较高能量的自由电子才能导电；电子的波动性。电阻率ρ＝２m＊μ/neffe2式中μ——电子被正离子散射的几率

neff——单位体积内的参与导电的有效自由电子数m＊———自由电子的质量3.能带理论第五节影响金属的导电性的因素1.5影响金属导电性的因素电阻率的本质表达式:ρ＝２m＊μ/neffe2一、温度的影响温度对neff及电子的平均速度几乎没有影响,然而温度升高,会使正离子振动加剧,振幅增大,使散射几率增大,使电阻率ρ增大。在高于室温以上温度范围内，电阻与温度的关系式为：ρＴ＝ρ0(1+αT)ρ0、ρＴ分别表示０Ｋ和Ｔ温度时的电阻率；α——电阻温度系数。金属的α＞０温度降低，ρ减小。超导现象：当温度低于某一临界值时，材料的电阻下降为零的现象。第五节影响金属的导电性的因素二、应力的影响弹性变形范围内的单向拉应力，使原子间距增大，点阵畸变增大，ρ增大，压应力使ρ减小。ρ＝ρ0(1+ασ)α——电阻应力系数。三、冷加工变形的影响冷加工变形使空位和位错增多→原子排列不规则的区域增多→离子电场的不均匀而加剧对电子的散射即μ增大，则ρ增大。铜、铝、银等，冷变形后，Δρ／ρ＝２～６％钨、钼等冷变形后，Δρ／ρ＝30～50％不均匀固溶体(K态):冷加工使其ρ减小。马基申定律:冷加工金属的电阻率为:ρ＝ρ(T)+ΔρΔρ为冷加工变形产生的附加电阻率。第五节影响金属的导电性的因素四、合金元素与相结构的影响（一）固溶体的电阻ρ

＝ρ0+ρ´＝ρ剂+ρ质ρ´为溶质原子引起的附加电阻率：ρ´＝γＣΔργＣ——溶质原子含量Δρ——每１％溶质原子引起的附加电阻率α固溶体合金<α剂结论：1.固溶体合金的电阻率大于其溶剂金属的电阻率；2.固溶体合金的电阻温度系数总小于其溶剂金属的电阻温度系数。固溶体的有序化使其电阻率减小；固溶体不均匀化使其电阻率增大。第五节影响金属的导电性的因素（二）金属化合物的电阻金属化合物的电阻高于任一纯组元的电阻。例渗碳体Fe3C的电阻大于纯Fe和纯C石墨的电阻。五、多相合金的电阻取决于合金的组织（合金中各相的形态、大小、数量及分布）和通电方向。例：略第六节金属导电性能的测量1.6导电性能的测量一、双臂电桥法测量量程：10-6～10-3Ω测量精度：0.2～0.3％测量原理图：见书Ｐ31测量设备如右图.第六节金属导电性能的测量二、直流电位差计法三、直流四探针法第七节电阻分析的应用1.7电阻分析的应用一、测定固溶体合金的成分二、鉴别材料的处理状态三、研究铝合金的时效四、材料疲劳过程的研究五、在选材方面的应用1.导体材料应用:导线、电缆、电机绕组性能要求：低的电阻率，足够高的强度和塑性常用导体材料：（１）１号纯铜99.95％Ｃu、镉青铜、锡磷青铜（弹性好）（２）纯铝（３）低碳钢第七节电阻分析的应用2.精密电阻合金应用:标准电阻、电阻箱、仪表附加电阻性能要求：高的电阻率，低的电阻温度系数常用导体材料：康铜（白铜）BMn40-1.53.电热合金应用:电发热材料，工作温度900~1350℃性能要求：良好的耐热性和高温抗氧化性;高的电阻率，低的电阻温度系数常用导体材料：镍－铬合金、铁－铬－铝合金4.电触头合金

应用:电触头性能要求：较高的弹性和良好的耐磨性，低的电阻率。常用电触头材料：锡青铜特殊黄铜铍青铜(防爆青铜)

第二章磁学性能知识要点:1.基本概念:磁化、磁介质、磁化率、铁磁质、固有磁矩、饱和磁化强度、矫顽力、剩余磁感应强度、磁滞损耗、磁畴、居里点、磁各向异性、磁致伸缩2.基本理论:(1)顺磁质和抗磁质的磁化曲线及磁化特征(2)顺磁性和抗磁性来源(3)金属具有铁磁性的条件(4)铁磁质的磁化曲线、磁滞回线、磁化特征

及磁化机制3.影响磁性能的因素4.铁磁性能的测量:冲击测量法抛脱法5.软磁材料和硬磁材料6.磁性分析的应用第一节磁性基本量及磁性分类一、磁化现象和磁性的基本量1.磁场强度H及磁化H磁介质所占空间的总磁场强度为:H总＝H0＋H´２.磁化强度Ｍ及磁化率χ磁化强度Ｍ：单位体积的磁矩Ｍ＝ΣＰm/VＭ＝χＨ３.磁感应强度Ｂ及磁导率μＢ＝μ0H（真空）Ｂ＝μ0(H+M)＝μ0(H+χH)＝μ0(１+χ)H＝μH（磁介质）第一节磁性基本量及磁性分类二、磁介质的分类M1.抗磁质:铜、银2.顺磁质:铝