材料的使用性能

1、第一章是关于材料的性能和应用意义，第一章是关于材料的使用性能，第一节是关于机械性能，第二节是关于物理性能，第三节是关于化学性能。使用性能：金属材料在使用条件下的性能；包括机械性能、物理和化学性能、工艺性能：制造过程中适于加工的材料的性能；例如铸造性能、锻造性能等。机械性能，又称机械性能，是指材料在载荷(外力)作用下的行为，包括强度、塑性、刚度、弹性、硬度、韧性、疲劳性能和耐磨性。广义的强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。如果断裂被认为是变形的极限，那么强度被简单地称为抗变形能力。强度可根据国家标准通过拉伸试验获得。(1)分类：根据载荷的不同，可分为抗拉强度b、抗压强度bc、抗弯强

2、度bb、抗剪强度b、抗扭强度t、圆形拉伸试样(拉伸断裂前后)(a)拉伸前后(b)、(2)拉伸试验后，(1)强度：工程应力-应变图(图)，材料E标志着材料抵抗弹性变形的能力，用来表示材料的刚度。(3) B通过拉伸试验测量，应力：=P/A0(兆帕)应变：=l/l0=(l-l0)/l0*100%变形阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段和断裂。强度指标：e弹性极限：材料保持弹性变形而不发生永久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。屈服极限(屈服强度):表示金属开始发生明显塑性变形的阻力，无明显屈服的材料表示为0.2；b强度极限(抗拉强度):表示金属受拉时能承受的最大应力。金属材料的强度与其

3、化学成分、工艺过程和热处理工艺有关。2.刚度(刚性)，1。概念：材料抵抗弹性变形的能力。在应力-应变曲线的弹性变形阶段，应力-应变比是材料刚度，即材料的弹性模量，在数值上等于直线的斜率。强度确保材料不会经历过度的塑性变形或甚至断裂，刚度确保材料不会经历过度的弹性变形。2.影响因素(1)金属材料：电子取决于基体金属的性质，很难通过合金化、热处理、冷热加工等来改变。e是一个结构不敏感参数。在室温下，无论钢材料(铁基合金)的成分和结构如何变化，E都在(2021.4)104兆帕的范围内。(2)陶瓷材料、聚合物材料和复合材料的弹性模量对它们的组成和结构敏感，可以通过不同的方法改变。2.刚度(刚性)，3。

4、弹性。材料弹性是描述材料在外力作用下弹性行为的综合性能指标。弹性性能指标如下：1 .最大弹性应变E:材料在外力作用下的最大恢复应变，即弹性变形能力。对应于弹性极限E的弹性应变e=e/E，表明弹性极限高、弹性模量低的材料具有较好的弹性。弹性功：材料吸收变形功而不产生永久变形的能力，即在弹性变形过程中吸收的最大弹性功。它可以用应力-应变曲线中弹性部分所包围的面积来表示，即弹性比功=ee/2=e2/(2E)。增加弹性极限或降低弹性模量E，弹性的比功值越高，材料的弹性越好。弹性(弹性滞后):加载时应变不会立即达到平衡值，卸载时变形不会立即恢复。应变滞后于应力的现象称为滞弹性或弹性滞后。它可以用应力-应

5、变曲线上的弹性磁滞回线的面积来表示。3.弹性，4。塑性，即材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力，即不可逆的能力(2)横截面收缩率：拉伸试样后颈部横截面面积最大减少量与原始横截面面积的百分比。金属材料的伸长率和面积收缩越大，材料的塑性越好。硬度：反映材料硬度的性能指标，它表示抵抗变形的能力，特别是抵抗塑性变形、压痕或擦伤的能力，是表征材料性能的综合参数。硬度可以表示如下：布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度和显微硬度，锉刀硬度，1。布氏硬度，原理：用相应的测试力f将一定直径d的钢球或硬质合金球(压头)压入试样表面，在卸载一段规定的保持时间后，测量试样表面的压痕直径d，计算压痕球冠表面积，得到平均

6、应力值，即布氏硬度值，即使用球形压痕。HB表示法：200HBS10/1000/30表示直径为10毫米的钢球，在9800牛顿(1000千克力)的载荷下保持30秒时测得的布氏硬度为200。适用材料：钢、铸铁、有色金属等。在各种退火状态下，也用于机械零件淬火和回火处理后。优缺点：操作复杂，需要查表，不常用。洛氏使用程度，原理：使用一定规格的压头，在一定的测试力下将其压入样品表面，然后测量压痕深度，计算并表示其硬度值，符号为HR越大，硬度越低。有三个代表：人权行动、HRB和人权理事会。适用材料：钢铁原料、有色金属、淬火工件、硬质合金等。优点：操作快捷简单，压痕小，不损伤工件表面，应用广泛。3。其他硬度

7、，(1)维氏硬度：薄工件或薄表面硬化层的显微硬度：材料显微硬度的测试(单颗粒、夹杂物、某些成分相)；HV(2)莫氏硬度：是一种刻划硬度，用于测试陶瓷和矿物的硬度。这种硬度的等级是选择10种不同的矿物，并将莫氏硬度从软到硬分为10个等级，如金刚石对应的莫氏硬度为10个等级；HM(3)锉刀硬度：适用于测量大型零件。各种硬度之间有一个粗略的经验换算关系。韧性是材料在塑性变形和断裂前吸收变形能的能力，是材料强度和塑性的综合表现。韧性和脆性。材料的断裂类型有韧性断裂和脆性断裂。低韧性材料容易发生脆性断裂，如压力容器和大型锅炉的爆炸、船舶的脆性断裂和沉没等。评价材料韧性的指标是冲击韧性和断裂韧性。1.概念

8、：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。冲击韧性用于评估材料在冲击载荷下的脆化趋势和程度(大多数情况下是缺口的综合作用)。由标准样品的冲击吸收能量以断裂表面积表示，其中：k为冲击韧性，j/cm2；Ak是冲击吸收功，j；A0是样品缺口处的面积，cm2。2.应用意义：(1)它反映了材料的冶金质量和各种热加工工艺的质量；(2)反映材料被一次或几次高能冲击损坏的能力，并评估材料在这种工作条件下对间隙的敏感性；(3)评价材料的冷脆性。(1)冲击韧性；(3)局限性：仅用于评价中低强度钢的韧性，仅反映材料在大能量冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力。(2)断裂韧性，1。概念：表征材料抵抗裂纹不稳定性和扩

9、展的能力。本文引入了应力场强度因子KI，Y形件裂纹的几何因子是裂纹长度的名义工作应力。KI值越大，裂纹尖端的应力场越强，大于某一临界值：当使用KIKIC时，零件中的裂纹将发生快速失稳和扩展，导致地应力作用下的脆性断裂；当使用KIKIC时，零件在设计寿命内是安全可靠的。KIC被称为可以解决以下问题：1 .根据零件的实际名义工作应力和裂纹长度a，确定KIC为正确选材提供依据；2.根据所用材料的断裂韧性KIC和被检零件的内部尺寸，确定临界断裂应力c，为零件最大承载能力的设计提供依据；根据已知材料的断裂韧性和实际工作应力，估算出临界裂纹长度ac，为零件裂纹检测提供依据。7.疲劳性能(1)交变载荷：大小

10、和方向随时间周期性变化，也称为循环载荷。(3)特征：1)断裂应力远低于材料在静载荷下的抗拉强度，甚至低于屈服强度；2)当韧性材料或脆性材料断裂时，没有明显的塑性变形，这是一种没有警告的突然脆性断裂，非常危险。(2)疲劳断裂：在交变载荷下，虽然零件上的应力低于材料的屈服点，但长时间工作后会开裂或突然完全断裂。1.疲劳的基本概念：2。疲劳的基本过程包括三个阶段：(2)裂纹扩展：裂纹形成后，在交变应力的作用下继续生长，出现裂纹扩展区；(3)最终断裂：随着疲劳裂纹的不断扩展，零件的有效承载面积逐渐减小，应力或裂纹应力场强度因子不断增大。当达到临界值时，就会发生断裂。(1)裂纹萌生：零件结构设计中材料本

11、身或键槽、油孔存在缺陷，导致零件受力时局部区域应力集中，容易引发裂纹。3.疲劳抗力指数、疲劳极限：当应力低于一定值时，试样可以承受无限循环而不损伤。这个应力值称为材料的疲劳极限(也称为疲劳强度)。对于黑色金属；一般规定无断裂的最大应力称为疲劳极限；有色金属和不锈钢取108。疲劳极限的影响因素：材料本质、零件表面强化处理、零件表面状况、载荷类型、工作温度和腐蚀介质等。耐磨性、磨损：两个零件的表面材料因摩擦而逐渐损坏的现象(表现为表面尺寸变化和材料损失)称为磨损。主要有粘着磨损、磨料磨损和接触疲劳磨损。(1)粘着磨损：摩擦副接触表面局部出现金属粘着，这些粘着点的强度往往大于金属本身的强度。在随后的

12、相对运动中，损伤将发生在强度较低的地方，并且存在一种磨损形式，即金属磨损碎屑从零件表面被拉下或零件表面被刮伤。(2)磨粒磨损：在滑动摩擦过程中，零件表面的摩擦区域存在硬磨粒，导致磨损表面局部塑性变形、磨粒嵌入和磨粒切割，导致材料磨损表面逐渐磨损。1.磨损的主要类型和机理：2。提高材料耐磨性的途径，1)提高材料硬度，增强零件抗变形和抗断裂能力；2)改善两个接触面的接触状态，减少摩擦。第2节物理属性，1。密度：单位体积物质的质量称为物质的密度；其中密度为物质的密度(kg/m3)；m是物质的质量(千克)；v是物质的体积(m3)。密度小于5103千克/立方米的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金。密度

13、大于5103千克/立方米的金属称为重金属，如铁、铅和钨。2.热属性1。熔点：物质从固态变为液态的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等。可用于制造耐高温零件，如火箭、导弹、燃气轮机和喷气式飞机。熔点低的金属称为易熔金属，如锡、铅等。可用于制造保险丝和消防安全阀零件等。热容量：温度每升高1K所需的能量，记录为c。单位质量物质的热容量称为比热容。聚合物材料ha其中l是线性膨胀系数(1/K或1/)；L1是膨胀前的长度(m)；L2是膨胀后的长度(m)；t是温度变化(k或)。导热系数导热系数通常用导热系数来衡量。导热系数的符号是W/(mK)。热导率越大，热导率越好。银是金属中导热性最好的

14、，其次是铜和铝。电学性质，电阻率：测量材料的电导率(可以用电导率来表示)；固体材料通常根据其导电性分为四类：超导体、导体、半导体和绝缘体。电阻温度系数：材料的电导率随温度而变化。介电性能：能够分离带电导体并能长时间承受电场的绝缘材料称为介电材料。表征介电性能的参数包括介电常数、介电强度、介电损耗等。磁性：铁磁性材料在外部磁场中可以被强烈磁化，例如铁和钴等顺磁性材料；诸如锰和铬的反磁性材料只能在外部磁场中被弱磁化；它们可以抵抗或削弱外部磁场对材料的磁化，例如铜和锌。材料在电磁场作用下的行为称为磁性。表征磁性的主要性能指标有：磁导率：指在单位磁场强度的外磁场作用下，材料内部的磁通密度。饱和磁化强度

15、Ms和矫顽磁力Hc:铁磁材料能达到的最大磁化强度称为饱和磁化强度，值越大，铁磁越强；经过饱和磁化后，铁磁材料在去除外部磁场后仍能保持一定程度的磁化，这种现象称为剩磁现象。为了使剩磁为零(退磁)，需要添加一个反向磁场，称为矫顽力。在第三节“化学性质”中，当材料在生产、加工和使用时，会与环境发生复杂的化学反应，导致性能退化或功能丧失，其中腐蚀最为严重。化学腐蚀：指材料与周围介质直接反应，但在反应过程中不产生电流的腐蚀过程，如金属在干燥气体和非电解质溶液中的腐蚀，以及陶瓷材料在某些介质中的腐蚀。钢铁材料易受化学腐蚀。电化学腐蚀：指材料和电解质之间的电化学反应，伴随着电流的腐蚀过程。金属材料的电化学腐蚀非常普遍。提高零件耐腐蚀性的主要措施，第3节化学性质，1。提高零件耐化学腐蚀性的措施(1)选择抗氧化材料，如耐热钢、耐热铸铁、耐热合金、陶瓷等。(2)表面处理，如表面电镀和表面涂层。2.提高抗电化学腐蚀能力的措施：(1)选择耐腐蚀材料，如不锈钢、铜合金、陶瓷和高分子材料；(2)表面处理，如涂层、陶瓷热喷涂、塑料喷涂和涂层等。(3)电化学保护，如牺牲阳极保护；(4)添加缓蚀剂会降低电