材料性能学PPT课件
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材料的性能PPT课件
1、布氏硬度HBW
压头 符号
淬火钢球 HBS
硬质合金球 HBW
范围 应用
HB≤450 退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料
HBW≤650 布氏硬度值≤650HBW的材料
优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。 缺点：压痕大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度
e (c)
（a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷） （b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）
（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）
2021
4
弹性模量E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
EtgR(MP)a
e
弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加横截面积或改变截面形状 来提高零件的刚度。
A > 5% 时，有颈缩，为塑性材料 ④用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一 般，A达5％或Z达10％的材料，即可满足大多数零件的使 用要求。
2021
8
（四）硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。 一般，硬度↑强度↑耐磨性↑塑性↓
在静载荷下
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度：布氏硬度、洛氏硬度等 在冲击载荷下 ➢ 冲击韧度 在交变载荷下 ➢ 疲劳强度
载荷
2021
2
（一）弹性与刚度
应力R( ) = F/S0 应变e() = (l-l0)/l0
静 载 拉 伸 试 验 机
拉伸试样
2021
压头 符号
淬火钢球 HBS
硬质合金球 HBW
范围 应用
HB≤450 退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料
HBW≤650 布氏硬度值≤650HBW的材料
优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。 缺点：压痕大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度
e (c)
（a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷） （b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）
（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）
2021
4
弹性模量E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
EtgR(MP)a
e
弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加横截面积或改变截面形状 来提高零件的刚度。
A > 5% 时，有颈缩，为塑性材料 ④用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一 般，A达5％或Z达10％的材料，即可满足大多数零件的使 用要求。
2021
8
（四）硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。 一般，硬度↑强度↑耐磨性↑塑性↓
在静载荷下
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度：布氏硬度、洛氏硬度等 在冲击载荷下 ➢ 冲击韧度 在交变载荷下 ➢ 疲劳强度
载荷
2021
2
（一）弹性与刚度
应力R( ) = F/S0 应变e() = (l-l0)/l0
静 载 拉 伸 试 验 机
拉伸试样
2021
1材料的性能PPT课件
第31页/共37页
材料的高、低温力学性能
1．高温机械性能
材料在高温下机械性能的一个重要特点就是产生蠕变。 蠕变是指材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产
生塑性变形的现象。由于蠕变变形而最后导致金属材料 的断裂称为蠕变断裂。
第32页/共37页
材料的高、低温力学性能
2．低温机械性能
• 材料的冲击韧性随温度下 降
（3）屈服强度s
s
Fs S0
材料产生屈服现象时
的最小应力
第11页/共37页
静载时材料的力学性能
有的材料的屈服强度
0.2
不明显，规定使用条
件屈服强度0.2（残余 变形量为0.2%时的应
力值）来标定
屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重 要的零件设计指标。
第12页/共37页
静载时材料的力学性能
1、强度
（4）抗拉强度b 抗拉强度b：材料断裂前所承受 的最大应力值。
b
Fb S0
抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力，也是零件 设计的材料评价的重要指标。
第13页/共37页
静载时材料的力学性能
2、塑性
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标。
伸长率： lk l0 100% F
优点：操作简便，压痕小，
适用范围广。
缺点：重复性差
钢球压头与 金刚石压头
第19页/共37页
洛氏硬度压痕
特别提示
•
零(构)件服役的环境是多种多样的，对于工程上的零部件绝大多数是
承受动载荷的作用，如汽车发动机里的连杆、曲轴等部件就是这种情况。因此。
研究材料的动载力学性能才能接近实际情况。以便为解决实际工程问题提供了
材料的高、低温力学性能
1．高温机械性能
材料在高温下机械性能的一个重要特点就是产生蠕变。 蠕变是指材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产
生塑性变形的现象。由于蠕变变形而最后导致金属材料 的断裂称为蠕变断裂。
第32页/共37页
材料的高、低温力学性能
2．低温机械性能
• 材料的冲击韧性随温度下 降
（3）屈服强度s
s
Fs S0
材料产生屈服现象时
的最小应力
第11页/共37页
静载时材料的力学性能
有的材料的屈服强度
0.2
不明显，规定使用条
件屈服强度0.2（残余 变形量为0.2%时的应
力值）来标定
屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重 要的零件设计指标。
第12页/共37页
静载时材料的力学性能
1、强度
（4）抗拉强度b 抗拉强度b：材料断裂前所承受 的最大应力值。
b
Fb S0
抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力，也是零件 设计的材料评价的重要指标。
第13页/共37页
静载时材料的力学性能
2、塑性
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标。
伸长率： lk l0 100% F
优点：操作简便，压痕小，
适用范围广。
缺点：重复性差
钢球压头与 金刚石压头
第19页/共37页
洛氏硬度压痕
特别提示
•
零(构)件服役的环境是多种多样的，对于工程上的零部件绝大多数是
承受动载荷的作用，如汽车发动机里的连杆、曲轴等部件就是这种情况。因此。
研究材料的动载力学性能才能接近实际情况。以便为解决实际工程问题提供了
材料性能学 课件
材料性能学
Materials Properties
对于三此类推。 其余依此类推。 杜隆—珀替定律在高温时与实验结果很吻合。 杜隆—珀替定律在高温时与实验结果很吻合。 但在低温时， 的实验值并不是一个恒量， 但在低温时，CV 的实验值并不是一个恒量， 下面将要作详细讨论。 下面将要作详细讨论。
材料性能学
Materials Properties
第二节
材料的热膨胀
热膨胀系数（ coefficient） 一 、 热膨胀系数 （ Thermal expansion coefficient ） 物体的体积或长度随温度升高而增大的现象 叫做热膨胀 热膨胀。 叫做热膨胀。
式中， 线膨胀系数，即温度升高1 式中，αl＝线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的 相对伸长。 相对伸长。 物体在温度 T 时的长度lT为：
材料性能学
Materials Properties
是几种材料的热容-温度曲线 图3.3是几种材料的热容 温度曲线 。这些材料的 D 是几种材料的热容 温度曲线。这些材料的θ 约为熔点（ 热力学温度） 约为熔点 （ 热力学温度 ） 的 0.2-0.5倍 。 对于绝大多数 倍 氧化物、 碳化物， 氧化物 、 碳化物 ， 热容都是从低温时的一个低的数值 增加到1273K左右的近似于 左右的近似于25J/K·mol的数值 。 温度进 的数值。 增加到 左右的近似于 的数值 一步增加， 热容基本上没有什么变化 。 图中几条曲线 一步增加 ， 热容基本上没有什么变化。 不仅形状相似，而且数值也很接近。 不仅形状相似，而且数值也很接近。 无机材料的热容与材料结构的关系是不大的， 无机材料的热容与材料结构的关系是不大的，如图 3.4所示。CaO和SiO21∶1的混合物与 所示。 的混合物与CaSiO3的热容 温 的热容-温 所示 和 ∶ 的混合物与 度曲线基本重合。 度曲线基本重合。
材料的性能 ppt课件[001]
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• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第一节 材料的力学性能
定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。
材料在静载荷下的力学性能
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度
材料在冲击载荷下的力学性能
➢ 冲击韧性
材料在疲劳载荷下的力学性能
➢ 疲劳强度
一、强度和塑性
强度 ( strength )
指材料在外力的作用下，抵抗变形和破断的能力。
耗的冲击功AK ，单位为J/cm2 aK值越大↑，表示材料的冲击韧性越好↑。
测定方法：一次摆锤冲击试验法
一次摆锤冲击试验
材料的性能
冲击功：
Akmg (Hh)
冲击韧性：
ak
Ak s0
(J
/cm2)
应用
评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷； 与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计； 测量金属材料的冷脆转变温度。T↓，ak急剧↓，韧性→脆性。
➢ σS(σ0.2)<σ<σb时，材料产生明显 塑
性变形；
➢ σ>σb时，零件产生裂纹，最终断裂。
零件设计和选材的一般原则
➢ 对工作条件不允许有微量塑性变形的零件，
根据弹性极限σe选材，如精密弹簧、炮筒。
➢ 对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件
或构件，根据屈服强度值σs(σ0.2)选材，大多 数机器可以预防事故发生。
❖ 冷脆转变温度越低↓，材料的低 温冲击韧性愈好↑。
❖ aK 值一般不直接用于计算。 原因：
不 同 材 料 的 aK 值 可 以 是 相 同 的 。
材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。
Titanic沉没原因：与船体材料的质量直接有关。
冰山撞击船体产生断裂！
第一节 材料的力学性能
定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。
材料在静载荷下的力学性能
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度
材料在冲击载荷下的力学性能
➢ 冲击韧性
材料在疲劳载荷下的力学性能
➢ 疲劳强度
一、强度和塑性
强度 ( strength )
指材料在外力的作用下，抵抗变形和破断的能力。
耗的冲击功AK ，单位为J/cm2 aK值越大↑，表示材料的冲击韧性越好↑。
测定方法：一次摆锤冲击试验法
一次摆锤冲击试验
材料的性能
冲击功：
Akmg (Hh)
冲击韧性：
ak
Ak s0
(J
/cm2)
应用
评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷； 与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计； 测量金属材料的冷脆转变温度。T↓，ak急剧↓，韧性→脆性。
➢ σS(σ0.2)<σ<σb时，材料产生明显 塑
性变形；
➢ σ>σb时，零件产生裂纹，最终断裂。
零件设计和选材的一般原则
➢ 对工作条件不允许有微量塑性变形的零件，
根据弹性极限σe选材，如精密弹簧、炮筒。
➢ 对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件
或构件，根据屈服强度值σs(σ0.2)选材，大多 数机器可以预防事故发生。
❖ 冷脆转变温度越低↓，材料的低 温冲击韧性愈好↑。
❖ aK 值一般不直接用于计算。 原因：
不 同 材 料 的 aK 值 可 以 是 相 同 的 。
材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。
Titanic沉没原因：与船体材料的质量直接有关。
冰山撞击船体产生断裂！
材料性能学概要课件
详细描述
在机械工程领域中，材料性能的应用非常广泛。例如，在制造机械设备时，需 要选择具有适当强度、韧性和耐磨性的材料，以确保设备的稳定性和可靠性。 同时，材料性能也决定了设备的能耗和效率。
航空航天领域
总结词
航空航天领域对材料性能的要求极高，需要具备轻质、高强度、耐高温和抗腐蚀 等特性。
详细描述
在航空航天领域中，材料性能的应用至关重要。例如，飞机和火箭需要使用轻质 和高强度的材料，以减少重量和提高飞行效率。同时，材料还需要具备耐高温和 抗腐蚀的特性，以确保在极端环境下能够正常工作。
材料性能的重要性
保障安全
材料性能的优劣直接关系到工程 结构的安全性，如强度、韧性等 性能指标对避免结构失效具有重 要意义。
提高效率
材料性能的提升有助于提高设备 的运行效率，如轻质高强材料的 应用可减小设备重量，提高机动 性。
促进产业发展
材料性能的研究与开发是推动相 关产业发展的重要驱动力，如新 材料的发展对航空航天、新能源 等领域具有显著影响。
智能化材料
智能感知材料
能够感知外部刺激并作出响应的材料，如压电材料、磁致 伸缩材料等，可用于制造传感器和执行器。
智能驱动材料
具有自适应和自修复功能的材料，能够在外部刺激下改变 形状、尺寸和性质，如形状记忆合金、液晶弹性体等，可 用于制造智能机器人和智能结构。
智能信息材料
能够实现信息存储、处理和传输的材料，如非线性光学晶 体、光子晶体等，可用于制造光电子器件和光子计算机。
材料的基本性能
力学性能
01
描述材料在力作用下所表现出的 性能。
02
包括弹性、塑性、强度、韧性等 ，这些性能决定了材料在受力情 况下的行为，如抵抗拉伸、压缩 、弯曲和剪切的能力。
在机械工程领域中，材料性能的应用非常广泛。例如，在制造机械设备时，需 要选择具有适当强度、韧性和耐磨性的材料，以确保设备的稳定性和可靠性。 同时，材料性能也决定了设备的能耗和效率。
航空航天领域
总结词
航空航天领域对材料性能的要求极高，需要具备轻质、高强度、耐高温和抗腐蚀 等特性。
详细描述
在航空航天领域中，材料性能的应用至关重要。例如，飞机和火箭需要使用轻质 和高强度的材料，以减少重量和提高飞行效率。同时，材料还需要具备耐高温和 抗腐蚀的特性，以确保在极端环境下能够正常工作。
材料性能的重要性
保障安全
材料性能的优劣直接关系到工程 结构的安全性，如强度、韧性等 性能指标对避免结构失效具有重 要意义。
提高效率
材料性能的提升有助于提高设备 的运行效率，如轻质高强材料的 应用可减小设备重量，提高机动 性。
促进产业发展
材料性能的研究与开发是推动相 关产业发展的重要驱动力，如新 材料的发展对航空航天、新能源 等领域具有显著影响。
智能化材料
智能感知材料
能够感知外部刺激并作出响应的材料，如压电材料、磁致 伸缩材料等，可用于制造传感器和执行器。
智能驱动材料
具有自适应和自修复功能的材料，能够在外部刺激下改变 形状、尺寸和性质，如形状记忆合金、液晶弹性体等，可 用于制造智能机器人和智能结构。
智能信息材料
能够实现信息存储、处理和传输的材料，如非线性光学晶 体、光子晶体等，可用于制造光电子器件和光子计算机。
材料的基本性能
力学性能
01
描述材料在力作用下所表现出的 性能。
02
包括弹性、塑性、强度、韧性等 ，这些性能决定了材料在受力情 况下的行为，如抵抗拉伸、压缩 、弯曲和剪切的能力。
材料性能解析课件
如塑料、橡胶等，不易降解，长期存 在环境中，对环境造成危害。
生物降解性好的材料
如天然纤维、纸制品等，对环境友好 ，可自然降解，减少环境污染。
热稳定性
01
02
03
热稳定性
指材料在受热时保持其物 理和化学性质稳定的能力 。
热稳定性好的材料
如耐热玻璃、陶瓷等，能 在高温下保持稳定，不易 变形或分解。
热稳定性差的材料
如塑料、橡胶等，在高温 下易变形或分解，影响其 使用寿命和安全性。
辐射稳定性
辐射稳定性
指材料在受到辐射时保持其物理和化学性质稳定的能力。
辐射稳定性好的材料
如核级不锈钢、防辐射混凝土等，能在强辐射环境下保持稳定，不 易被辐射损伤。
辐射稳定性差的材料
如普通塑料、橡胶等，在强辐射环境下易被辐射损伤，导致其性能 下降或分解。
化学稳定性
化学稳定性是指材料在各种化学 环境下保持其性能和稳定性的能 力。
化学稳定性对于材料在各种化学 工业和实验室环境中的应用具有 重要意义。
某些材料在特定化学环境下会发 生化学反应，导致性能下降或变 质。
提高化学稳定性的方法包括选择 适当的材料和表面处理。
生物相容性
01
生物相容性是指材料与 生物体接触时不会引起 不良反应的能力。
材料在循环应力作用下发生断裂的现象 。
VS
断裂
材料在பைடு நூலகம்力作用下发生突然断裂的现象。
Part
04
材料的化学性能
耐腐蚀性
耐腐蚀性是指材料抵抗各种化学 腐蚀的能力。
耐腐蚀性对于材料的长期使用和 保存具有重要意义，特别是在海 洋工程、化工等领域。
金属材料通常通过在其表面形成 保护膜来提高耐腐蚀性，如通过 电镀或涂覆防腐涂料。
《材料性能学,》PPT课件
31
过载循环周次离疲劳曲线 越近，对疲劳强度或寿命 的损伤越大；应力越高， 开始发生过载损伤的循环 周次就越少。
界线越陡，区域越窄，材 料抵抗疲劳过载的能力就 越强。
宁可选用σ-1低一些，也 要选过载区窄的材料。
2022/2/15
河海大学机电工程学院
32
四、疲劳缺口敏感性
静载时，应力集中使局部应力超过材料的屈服强 度产生塑性变形。只要材料有足够的塑性，缺口 造成的应力集中作用就不明显；只要塑性变形不 太大，就不会产生多大的影响。
一般qf随着材料强度的增加 而增大：
结构钢：qf=0.6~0.8 球铁： qf=0.15~0.25 灰铸铁：qf=0~0.05
2022/2/15
河海大学机电工程学院
36
五、疲劳裂纹扩展速率及门槛值
在一定应力比r和应力幅 △σ条件下，试样经N次 循环后，测裂纹长度a。 作出a—N的关系曲线。
当裂纹长大到临界ac时 ，裂纹失稳扩展，试样 断裂。
➢应力状态：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳； ➢应力高低和断裂寿命：
高周疲劳（低应力疲劳，N>105，σ<σs）； 低周疲劳（高应力疲劳、应变疲劳， N= 102 ~105 ， σ>=σs ）
2022/2/15
河海大学机电工程学院
10
疲劳断口的宏观特征
三个特征区：
➢ 疲劳源
光亮
疲劳裂纹萌生的策源地，多在表面 来源：缺口、裂纹；冶金缺陷；数目：应力大小
机件在疲劳失效前的工作时间（次数）。
主要影响因素：循环应力
2022/2/15
河海大学机电工程学院
9
疲劳破坏的特点
与静载、一次性冲击加载比较：
材料的性能ppt课件
28
.
作业题 见公共邮箱：
29
.
The End
30
.
1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
痕布
淬火钢球：用以测定硬度
氏 硬
<450的金属材料，硬度值用HBS表
度
示；
压
硬质合金球：用以测定硬
度在450～650之间的材料，其硬度
值用HBW表示；
➢如：120HBS表示用淬火钢球测得的布氏硬度值为
120；
➢优缺点：较高的测量精度，反映材料的平均性能，
与11 σ0.2.有存在一定的经验关系；不能测定高硬度材料。
比例弹性变形
Байду номын сангаас
抗拉强度： σb=Fb/Ao
试样在断裂前所能
承受的最大应力
o 5
.
ε 应变：单位长度的伸长量，ε=Δl/l0
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
弹性模量E：材料在弹性范围 σ
内，应力与应变的比值，E=σ/ε，E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用
σ0.2
b
以表示材料的刚度； a
名义屈服强度σ0.2 ：
8
.
1.1 力学性能——硬度
种 布氏硬度HB，Brinell hardness 类 洛氏硬度HR，Rockwell hardness
维氏硬度HV，Vickers hardness
9
.
1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
10
.
布氏硬度值是外力除以压痕球冠表 面积；
在实际操作中，不需计算，用刻度 放大镜测出压坑直径d，然后查表。
流动性、收缩性、 偏析。
22
.
1.3 工艺性能——锻造性能
材料的性能PPT课件
切削参数
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
材料性能学PPT课件
第二章
1.非理想弹性变形（概念）
滞弹性、伪弹性、内耗
2.塑性变形
塑性变形——加工硬化/形变硬化/应变硬化 实际应用意义所在Βιβλιοθήκη 第三章1.断裂类型
解理断裂、微孔聚集断裂各自微观断口特征
解理断裂:解理台阶，河流花样，舌状花样
微孔聚集断裂 断口上分布大量“韧窝”
韧窝形状受一些因素的影响
韧窝形状：视应力状态不同而异 有三类：等轴韧窝、拉长韧窝和撕裂韧窝。 1）等轴状韧窝： 微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相
材料性能学
复习
第一章
1.拉伸曲线
要求会画各种材料的拉伸曲线，会在曲线上标出 力学性能指标
典型的塑性材料
低中碳退火态材料 40,45,20等
几乎无塑性 铸铁
多数材料介于这两者之间
2.各种性能指标的意义及表示方法
弹性、塑性、
3.其他载荷下的力学性能
应力状态软性系数、压缩曲线、扭转曲线
4.硬度
HB、HR、HV用途，课后题19
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
2.什么是韧脆转变现象
3.断裂韧度
KI、KIC意义以及表达式 断裂韧度工程应用
1.变动应力
第四章
2.S-N曲线绘制及疲劳极限
3.疲劳缺口敏感度
第五章
材料性能学概要PPT课件
2019/11/25
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根据电子碰撞及自由程的概念，得到：
= ne2 L
2m v
式中，L为自由程，v为电子迁移运动速度，m为电 子质量，e为电子电荷，n为电子数量。
公式表明：金属的导电性取决于自由电子的数 量、平均自由程和平均运动速度。
单位体积金属中的自由电子数目越多，导电性越 好。
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电导率是用于描述物质中电荷流动难易程度的 参数，是物质传送电流的能力。
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材料导电性的划分
越小，越大，材料的导电性能就越好。
一般根据电阻率ρ的大小，把材料分为如下三类： 导体：ρ＜10－2Ω·m，金属与合金。 半导体：10－2Ω·m＜ρ＜1010Ω·m，元素周期表 中ⅣA族中的硅、锗、锡及它们的某些化合物，以及 少量的陶瓷和高分子聚合物。 绝缘体：ρ＞1010Ω·m，绝大多数陶瓷、玻璃和高 分子聚合物。
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无机材料中，载流子具有两类：一类是离子(包括 正离子、负离子和空位)；另一类是电子。由于无机 非金属材料多是离子键和共价键结合，没有自由电 子，占主导地位的是离子，故导电机制为离子电导， 其特性为电解效应。
特殊的载流子。如：超导体中载流子为因某种相 互作用而结成的双电子对(库柏对)。
第三个阶段就是能带理论。能带理论是在量子自由电 子学说基础上建立起来的，经过70多年的发展，成为解 决导电问题的较好的近似理论，是半导体材料和器件发 展的理论基础，在金属领域中可以半定量地解决问题。
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经典电子理论
金属中的离子与自由电子示意图
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在金属晶体中，原子 失去价电子成为正离子， 正离子构成了晶体点阵， 价电子成为公有化的自 由电子，或称电子气。
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• 加载速率
韧性 蓝脆(钢)：
• 试样形状和尺寸
静拉伸时，230~370℃； 在冲击载荷下，525~550℃
提高加载速率如同降低温度；
中、低强度钢的韧脆转变温度比高强钢更明显。
缺口曲率半径小；试样宽度/厚度大tK
常用的几种硬度计
HBE-3000A型布氏硬度计 HR-150DT型洛氏硬度计
适用范围 450~650
<450
载荷F与钢球直径D
• 问题的引出
• F、D不同，但HB相同的条件：
压入角相同；
F/D2为常数。
布氏硬度试验的优点——压痕大
• 能反映材料在较大区域内各组成相的平均性能 • 试验数据稳定、重复性高。
布氏硬度试验的缺点
• 不宜在成品上直接检验
• 对硬度差异较大的材料，需要更换F、D
维氏硬度
• 引出： 使软硬不同的各种材料有连续一致的硬度指标 • 测试原理——类似布氏硬度 载•荷表为k示gf方：法：数字+HV+数字/数字
560HV30/30
载荷为N：
显微维氏硬度
• 与维氏硬度的区别
负荷与压痕对角线的计量单位
gf/kgf；mm/μm
对测试表面的要求
维氏硬度的优点
• 对角线长度计量，精确可靠 • 四棱锥体的压头，压入角不随载荷而变化 • 没有不同标尺下的测量值不能比较的问题 • 比洛氏硬度所测量的厚度更薄
截面积
• 工程意义（αk，Ak）
关键在缺口
• 一次冲击弯曲试验的用途：
反映冶金和热加工的质量 测定材料韧脆性转变温度
σs大致相同的材料，可根据Ak判断大能量冲击下
缺口敏感性
冲击韧性（多次冲击）
• 表示方法：A, N • 多次冲击的一些规律: （强度+塑性）
冲击能量高时，多冲抗力取决于塑性； 冲击能量低时，多冲抗力取决于强度。
压缩及其性能指标
• 针对脆性材料
• 试样的高度h0和直径d0之比不大于2，最好
为1~2
• 为了试验结果可以相互比较， h0/d0必须一
样 • 试样端部的摩擦力需要尽量避免
• 抗压强度 • 相对压缩率
硬度
• 硬度试验的意义、特点 • 硬度试验方法
硬度值的物理意义 材料表面不大体积内抵抗变形或者破裂的能力 压入法 材料表面抵抗另一物体局部压入时所引起的塑性变形
硬度试验的分类 刻划法 材料表面对局部切断破坏的抗力
布氏硬度
• 测量原理 测面积 • 表示方法
数字+硬度符号+数字/数字/数字
硬度值 球径 载荷 时间
280 HBS10/3000/30
50 HBW5/750
布氏硬度
压力保持时间为 HB 10~15s可不标注
符号 HBW HBS
压头 硬质合金 淬火钢
• 压痕直径测量麻烦
洛氏硬度
• 测量原理 测深度
洛氏硬度的优点——压痕小
• 操作简便迅速 • 可对工件直接测量 • 采用不同标尺可测量软硬、厚薄不一的试样
洛氏硬度的缺点——压痕小
• 代表性差、重复性差、数据分散度高 • 采用不同标尺可测量软硬、厚薄不一的试样
但不同标尺下测得的硬度磅）对应的温度定义
取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度；
• tk工程意义 安全性指标从韧性角度选材的重要依据
影响材料低温脆性的因素
• 晶体结构 • 化学成分 • 显微组织 • 温度 • 加载速率 • 试样形状和尺寸
间隙溶质元素 提高tk
杂质元素
晶粒大小： 金相组织
常用的几种硬度计
维氏硬度的缺点
• 压痕面积小的缺点——代表性差
材料的冲击韧性
• 一次冲击弯曲试验
冲击吸收功Ak
试样变形和断裂所吸收的功
夏比U型缺口
夏比V型缺口
早先的冲击试验
• 多次冲击试验
多次冲击载荷
冲击次数N <500~1000
105
破坏特征 类似一次冲击 具有典型的疲劳断口特征
冲击韧性（一次冲击）
• 冲击韧度，冲击值
不同冲击能量要求不同的强度和塑性配合
高强度、超高强度钢的塑性与冲击韧性对 提高冲击疲劳抗力有较大的作用； 中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲 击疲劳抗力作用不大
冲击脆化效应 σ
不均匀塑性变形
• 应变速率对塑性变形、断裂有显著影响
位错宽度小、
冲 位错运动速率增加
位错能量大、
击
晶格阻力大；
载
荷
增加了位错密度和滑移系数目
在大于σs的高速载荷下，材料 不立即产生屈服，而需经过一 段孕育期才开始塑性变形。 这段时间有利于裂纹的扩展。
韧脆转变温度及其评价方法
• 按能量法定义tk
低于某一温度，材料吸收的冲击 功基本不随温度而变化；低阶能 高于某一温度，材料吸收的冲击 功基本不随温度而变化；高阶能
以低阶能和高阶能平均值所对应的温度定义；
位错运动平均自由程减小, 点缺陷浓度增加
低温脆性
• 系列冲击实验
不同温度下的冲击实验，即
冲击韧性与温度的关系曲线，Ak－t或 αk－t曲线。 • 系列冲击实验的工程意义
评定材料使用中力图避免出现的各种脆性。
低温脆性
韧脆转变温度/冷脆转变温度
• 当试验温度低于某一温度tk时，材料由韧性状
态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，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。
细化晶粒 降低tk
晶界是裂纹扩展的阻力；
降低应力集中；
减小杂质偏聚。
影响材料低温脆性的因素
晶粒大小 金相组织：
低强度水平：回火索氏体，回
• 晶体结构 • 化学成分
火贝氏体，片状珠光体 高强度水平：下贝氏体，淬火 马氏体并回火
• 显微组织 • 温度
马氏体、贝氏体的混合组织比 单一组织的韧性好 马氏体中残余奥氏体也可提高
• 分类：
材料在很宽的温度范围内都是脆性；淬火态高碳马氏体 材料在很低的温度下仍具有较高的塑性；fcc金属 材料在一定温度区间产生低温脆性。
体心立方和某些密排六方
产生低温脆性的原因
• 屈服强度σs和断裂强度σc随温度的变化 • 位错在晶体中运动的阻力σi随温度的变化 • 迟屈服现象 （bcc）
材料性能学
压缩
• 试样要求：
(1)高度h与直径d之比不大于2，最好为1~2 (2) h/d相同的试样，试验结果才可以比较 (3)尽量减少试样端部摩擦力对试验结果的影 响
• 性能指标：
抗压强度σbc，相对压缩率εc
• 应用：脆性材料； • 特征：沿与轴线成45°角的切断特征
非晶合金的断口
• 剪切断口 • 压缩断口