第八章 材料在化学环境中的力学性能..
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等。
这些性能参数对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
在工程实践中，我们需要对材料的力学性能进行全面的了解和评估，以确保材料能够满足工程要求并具有良好的可靠性和安全性。
首先，强度是材料力学性能的重要指标之一。
材料的强度表现了其抵抗外部载荷的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等参数来描述。
强度高的材料在承受外部载荷时不易发生变形和破坏，因此在工程结构和设备中得到广泛应用。
此外，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标，它反映了材料在受到冲击或挤压时的变形和吸能能力。
韧性高的材料能够在受到冲击载荷时发生一定程度的塑性变形而不破坏，因此在制造高应力、高载荷的零部件和结构中具有重要意义。
此外，材料的硬度也是其力学性能的重要指标之一。
硬度反映了材料抵抗划痕和穿刺的能力，通常通过洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度等参数来描述。
硬度高的材料具有较高的耐磨性和耐划痕性，适用于制造刀具、轴承、齿轮等零部件。
此外，材料的塑性也是其力学性能的重要指标之一。
塑性反映了材料在受到外部载荷作用下发生变形的能力，通常通过延伸率、收缩率、冷弯性等参数来描述。
塑性好的材料能够在受到外部载荷时发生较大的变形而不破坏，适用于制造成形性零部件和结构。
总之，材料力学性能是材料工程中的重要内容，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
在工程实践中，我们需要全面了解和评估材料的强度、韧性、硬度、塑性等性能参数，以确保材料能够满足工程要求并具有良好的可靠性和安全性。
希望本文能够对材料力学性能的研究和应用提供一定的参考和帮助。
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括材料的强度、韧性、硬度、塑性等。
这些性能直接影响着材料在工程领域的应用，因此对材料力学性能的研究和评价显得尤为重要。
首先，强度是材料力学性能中的重要指标之一。
材料的强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等来表示。
不同材料的强度差异很大，例如金属材料的强度通常较高，而塑料和橡胶等材料的强度相对较低。
材料的强度直接影响着材料在工程中的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是衡量材料抵抗断裂的能力。
韧性高的材料在受到外力作用时能够延展变形而不易断裂，这对于一些需要承受冲击或振动载荷的工程结构来说尤为重要。
例如，航空航天领域对材料的韧性要求较高，以确保飞行器在受到外部冲击时能够保持结构完整。
此外，硬度是材料力学性能中的重要参数之一。
材料的硬度是指材料抵抗划痕和压痕的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等来表示。
硬度高的材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，适用于一些对材料表面要求较高的工程领域，例如汽车制造、船舶建造等。
最后，塑性是材料力学性能中的重要特性之一。
材料的塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形而不断裂，这对于一些需要进行成形加工的工程材料来说尤为重要。
例如，金属材料的塑性使其能够通过锻造、轧制等工艺进行成形，从而制备出各种复杂的零部件。
综上所述，材料力学性能是材料工程领域中的重要研究内容，不同的材料力学性能对材料的应用具有重要的影响。
因此，对材料力学性能的研究和评价具有重要的意义，可以为工程领域的材料选择和设计提供重要的参考依据。
化学领域中的材料性能测试方法
化学领域中的材料性能测试方法材料性能测试是化学领域中至关重要的一项工作。
它对于研发和制造各种化学材料，如金属、塑料、橡胶、高分子材料等，具有重要的指导作用。
通过材料性能测试，可以评估材料的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能等，为材料的研发和应用提供科学依据。
1. 力学性能测试方法力学性能是材料工程中最常见的性能之一，主要包括材料的强度、韧性、硬度等指标。
常用的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
拉伸试验是一种常见的力学性能测试方法，通过对试样施加正向力来测定材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率等。
压缩试验用于测定材料的抗压强度和变形特性，常用于金属和陶瓷材料的测试。
弯曲试验则用于测定材料的弯曲强度和弯曲模量。
2. 热学性能测试方法热学性能测试涉及材料的导热性、热膨胀性等性能指标。
导热性测试是一种常用的热学性能测试方法，主要用于测定材料的导热系数。
常见的导热性测试方法有热传导仪法和热释电法等。
热膨胀性测试用于测定材料的线膨胀系数和体膨胀系数，常见的测试方法有膨胀仪法和激光干涉法等。
3. 电学性能测试方法电学性能测试是研究材料的电导率、介电常数等电学性质的方法。
电导率测试是电学性能测试中的重要方法之一，用于测定材料的电导率和电阻率。
常用的电导率测试方法有四探针法、电导率仪器法等。
介电常数测试用于测定材料在电场作用下的电导率和介电耗散因子，常见的测试方法有介电分析法和介电谐振法等。
4. 光学性能测试方法光学性能测试主要用于研究材料的光学特性，如折射率、透射率、反射率等。
透射率测试是光学性能测试中的一种常用方法，用于测定材料对光的透明程度。
反射率测试用于测定材料对光的反射能力，常见的测试方法有透射—反射法和半球积分法等。
折射率测试用于测定材料在光场中的折射性能，常用的测试方法有折射光栅法和竖直玻璃分杯法等。
总结而言，化学领域中的材料性能测试方法涵盖了力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等多个方面。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
[理学]第八章 大分子的热运动力学状态及转变
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5
8.1.3 分子运动的温度依赖性
温度升高，使分子的内能增加
运动单元做某一模式的运动需要一定的能量, 当温度升高到 运动单元的能量足以克服的能垒时,这一模式的运动被激发。
温度升高，使聚合物的体积增加
分子运动需要一定的空间, 当温度升高到使自由空间达到某 种运动模式所需要的尺寸后, 这一运动就可方便地进行。
聚合物在不同外力条件下所处的力学状态不同，表现出的力学 性能也不同。
10
8.2.1 非晶态聚合物的温度-形变曲线
若对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，观察试
样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该
聚合物试样的温度--形变曲线（或称热--机械曲线）。
温度形变法 Strain %
Tg Temperature C
高结晶度（>40%) 聚合物
Tg
温度
Tm
23
结晶度对结晶聚合物平台高度的影响 晶态聚合物：平台宽度由结晶度控制 结晶平台一直延续到聚合物熔点
分子量对平台宽度的影响 分子量越大，平台越长 线性聚合物，平台宽度由分子量控制
交联聚合物 橡胶弹性增加，蠕变被抑制。无粘性流动区
24
结晶聚合物的模量-温度曲线
14
模量-温度曲线
10
I
9
8 log G, Pa 7 6 5 4 3
IV II III
Tg
Temperature
15
（2）玻璃-橡胶转变区 the glass-rubber transition region
温度升高，链段的运动开始解冻，τ缩短到与观 察时间同数量级时就可观察到链段的运动。 比容、比热、折光指数、膨胀系数都会发生突变 或者是不连续的变化。 Tg为模量下降速度最大处（E下降近1000倍） 10－50个主链原子（链段） 远程、协同分子运 动
第八章 大分子的热运动、力学状态及其转变
程.
• 高聚物的 不是一单一数值，运动单元越大，运 高聚物的τ 不是一单一数值，运动单元越大， 动所需时间越长， 运动单元越小， 动所需时间越长，则τ 大，运动单元越小，则τ 小， 所以高聚物的τ 严格地讲是一个分布，称为“ 所以高聚物的 严格地讲是一个分布，称为“松 弛时间谱” 弛时间谱” • 当观察时间的标度与聚合物中某种运动单元 例如链段） 值相当时， （例如链段）的τ 值相当时，我们才能观察到这 种运动单元的松弛过程， 种运动单元的松弛过程，但仍然观察不到其它运 动单元的松弛过程。 动单元的松弛过程。
例1： ： • 古代欧洲教堂的玻璃几个世纪后呈下厚上薄（重力 古代欧洲教堂的玻璃几个世纪后呈下厚上薄（ 作用） 作用） • 塑料雨衣长期悬挂，会在悬挂方向出现蠕变（重力 塑料雨衣长期悬挂，会在悬挂方向出现蠕变（ 作用）， 作用）， 这些是塑料（固体）呈现液体的力学行为。 这些是塑料（固体）呈现液体的力学行为。 例2： ： • 在倾倒高聚物熔体时，若用一根棍子快速敲打流 在倾倒高聚物熔体时， 则熔体液流也会脆性碎掉。 体，则熔体液流也会脆性碎掉。 这是高聚物熔体呈现固体力学行为的例子。 这是高聚物熔体呈现固体力学行为的例子。
化学组成: 碳链、杂链、元素、无机 化学组成: 碳链、杂链、元素、 结构单元键接方式: 结构单元键接方式:头-头、头-尾 高分子的构造:线形、支化、 近程结构 高分子的构造:线形、支化、交联 共聚物的组成与结构:无规、交替、嵌段、 共聚物的组成与结构:无规、交替、嵌段、接枝 高分子链的构型:几何异构、 高分子链的构型:几何异构、光学异构 高分子的大小：分子量、均方末端距、 高分子的大小：分子量、均方末端距、均方半径 远程结构 高分子的形态：构象、 高分子的形态：构象、柔顺性 晶态结构 非晶态 取向态 液晶态 多组分聚合物体系
第八章聚合物的力学性能
3）聚合物的屈服应力对应变速率有依赖性，随应 变速率增加屈服应力增加；
4）聚合物的屈服应力随温度的增加而降低，到达 玻璃化温度时屈服应力降低为零； 5）聚合物可以产生两种形式屈服：银纹屈服和剪 切屈服；
一、银纹屈服——Craze 聚合物受到张应力作用后，
由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形，在材料表 面或内部垂直于应力方向上形成的长100、宽10、厚为微米 左右的微细凹槽或裂纹的现象。
可以向真应力—应 变曲线作出两条切 线，说明试样受力 会屈服并稳定发展， 直至所有试样都细 颈化。
§8-3 聚合物的屈服
1）聚合物材料的屈服应变比一般材料的屈服应变 大的多。金属材料的屈服应变一般为0.01或更小， 而高分子材料的屈服应变可达0.1~0.2左右；
2）许多聚合物屈服后随应变增加应力反而有一定 的下降——应变软化现象；
σ
在高拉伸速度下 σY >σB，导致试样在未发生屈 服就断裂。因此只有在较慢的拉伸速度下，玻璃态 聚合物的强迫高弹形变才可以发生。
3）分子结构 分子链柔性好的聚合物不容易在玻璃态下发生 强迫高弹形变，而刚性链聚合物却相对容易发生强 迫高弹形变。 1）柔性链聚合物形成玻璃态时分子链堆砌非常紧 密，链段活动空间很小，在玻璃态下链段运动非 常困难，需要很大外力才能使链段发生运动。所 以柔性链聚合物在玻璃态下难以发生强迫高弹形 变———Tb较高。 2）刚性链聚合物冷却成玻璃态时分子链之间堆砌 的比较松散，链段活动余地很大，施加不太大的 外力作用链段的运动就可以发生，容易出现强迫 高弹形变——Tb较低。
三、聚合物应力— 应变曲线的类型
五种应力-应变曲线的特征
类型
硬而脆 硬而强 强而韧 软而韧 软而弱
模量
材料的力学性能
材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下的力学行为和性能表现。
力学性能是材料工程中非常重要的一个指标，它直接关系到材料的使用寿命、安全性和可靠性。
材料的力学性能主要包括强度、韧性、硬度、塑性、蠕变等指标。
首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗断裂的能力，抗压强度是材料在受压状态下抵抗破坏的能力，抗弯强度是材料在受弯曲状态下抵抗破坏的能力。
强度指标直接反映了材料的抗破坏能力，是衡量材料力学性能的重要参数。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性是指材料在受外力作用下能够吸收大量的变形能量而不断裂的能力。
韧性好的材料具有良好的抗冲击性能和抗疲劳性能，能够在外力作用下保持良好的形状和结构完整性。
再次，硬度是材料抵抗划痕和穿刺的能力。
硬度是材料抵抗外界硬物划破或穿透的能力，是材料抵抗局部破坏的重要指标。
硬度高的材料通常具有较好的耐磨性和耐磨损性能，能够在恶劣环境下保持较长时间的使用寿命。
此外，塑性是材料在受力作用下发生形变的能力。
塑性好的材料能够在外力作用下产生较大的变形，具有良好的加工性能和成形性能。
材料的塑性直接影响到材料的加工工艺和成型工艺，是材料加工和成形的重要指标。
最后，蠕变是材料在长期受力作用下发生变形和破坏的现象。
蠕变是材料在高温、高压、长期受力作用下产生的一种渐进性变形和破坏，是材料在高温高应力环境下的重要性能指标。
综上所述，材料的力学性能是衡量材料质量和可靠性的重要指标，强度、韧性、硬度、塑性和蠕变是材料力学性能的重要方面。
在材料设计、选材和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，选择合适的材料以满足工程需求。
同时，通过合理的材料处理和改性，可以改善材料的力学性能，提高材料的使用寿命和安全可靠性。
材料科学中的材料力学性能
材料科学中的材料力学性能材料科学是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的学科，而材料力学性能则是其中一个重要的研究方向。
材料力学性能是指材料在外部力作用下的变形和破坏行为，它直接关系到材料的使用寿命和安全性。
本文将从材料力学性能的定义、影响因素和测试方法等方面进行探讨。
首先，我们来定义材料力学性能。
材料力学性能包括强度、韧性、硬度和耐磨性等指标。
强度是指材料在外部力作用下抵抗破坏的能力，常用的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
韧性是指材料在外部力作用下发生塑性变形的能力，它与材料的延展性和断裂韧性有关。
硬度是指材料抵抗外界硬物压入的能力，它反映了材料的抗划伤和耐磨性。
耐磨性是指材料在摩擦、磨损和磨料冲击等作用下的抗磨损性能。
其次，材料力学性能受到多种因素的影响。
首先是材料的组织结构。
材料的晶体结构、晶界、晶粒大小和相变等因素都会对材料的力学性能产生影响。
例如，晶粒尺寸越小，材料的强度和硬度就越高，而晶界的存在会对材料的韧性产生影响。
其次是材料的化学成分。
不同的化学成分会导致材料的力学性能差异，例如含碳量高的钢材具有较高的硬度和强度，而含硫量高的钢材则易于产生脆性断裂。
此外，材料的热处理和加工工艺也会对其力学性能产生重要影响。
然后，我们来讨论材料力学性能的测试方法。
常用的测试方法包括拉伸试验、冲击试验、硬度测试和磨损试验等。
拉伸试验是一种常用的测试方法，通过施加拉力来测量材料的强度和韧性。
冲击试验则是通过施加冲击力来评估材料的抗冲击性能。
硬度测试用于评估材料的抗划伤和耐磨性能，常用的硬度测试方法包括洛氏硬度和布氏硬度。
磨损试验则是通过模拟实际使用条件下的磨损过程来评估材料的耐磨性能。
最后，我们来探讨材料力学性能在实际应用中的意义。
材料力学性能的好坏直接关系到材料的使用寿命和安全性。
例如，在航空航天领域，需要使用具有高强度和韧性的材料来保证飞机和航天器的安全性能。
在汽车制造领域，需要使用具有高硬度和耐磨性的材料来提高汽车的使用寿命。
材料的力学性能
第一章 材料单向拉伸力学性能
1.引言 2．拉伸试验 3．脆性材料的拉伸曲线与拉伸性能 4. 引言 5．弹性变形 6．弹性极限与弹性比功 7． 弹性不完善性 8．脆性断裂 9．理论断裂强度和脆断强度理论 10．延性断裂
第二章 材料在其他静载下的力学 性能以及硬度
• 1．引言 2．扭转试验 3．弯曲试验 4．压缩试验 5．剪切试验 6．布氏硬度 7．洛氏硬度 8．维氏硬度 9．显微硬度
第七章 金属在高温下的力学行为
• 1 引言 2 金属的高温拉伸性能 3 蠕变极限与持久强度 4 蠕变过程中合金组织的变化及变形和断裂 机制 5 应力松弛 6 金属在高温下的疲劳行为
第八章 应力腐蚀与氢脆
• 1 引言 2 应力腐蚀断裂 3 氢脆 4 腐蚀疲劳
• 第九章 高分子材料的力学行为
1 引言 2 线性非晶态高分子材料的力学行为 3 结晶高分子材料的力学行为 4 高分子材料的粘弹性 5 高分子材料的强度 6 高分子材料的的断裂韧性 7 高分子材料的的疲劳A(2学时)10
1.2 金属材料的弹性变形
• 弹性的定义：是指材料在外力作用下保持 固有形状和尺寸的能力，在外力去除后恢 复固有形状和尺寸的能力。弹性模量E、剪 切模量G、比例极限和弹性极限等。
1.2.1 广义虎克定律
已知在单向应力状态下应力和应变的关系为：
一般应力状态下各向同性材料的广义虎克定 律为：
•
其中：
第三章 材料的冲击韧性与低温脆 性
• 1．前言 2．切口冲击韧性 3．低温脆性 4．脆性—韧性转变
第四章 断裂韧性
• 1 引言 2 裂纹的应力分析 3 裂纹扩展力或裂纹扩展的能量释放率 4 平面应变断裂韧性 5 裂纹尖端塑性区* 6 平面应变断裂韧性KIC的测定 7 断裂韧性的工程应用
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第八章-应力腐蚀
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械 性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所 造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按 特有机理产生的断裂，其断裂抗力比单个因素分别 作用后再迭加起来的要低得多。所以发生应力腐蚀 时，应力可以是很低的，介质的腐蚀性也可以是很 弱的，也正因如此，应力腐蚀经常受到忽视，导致 “意外”事故不断发生，经常造成灾难性的后果。 4
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀显微裂纹有分 叉现象，呈枯树枝状，如图 8-2所示。表明在应力腐蚀 时，有一主裂纹扩展较快， 其它分支裂纹扩展较慢。根 据这一特征可以将应力腐蚀 与腐蚀疲劳、晶间腐蚀及其 它形式的断裂区分开来。 12
图8-2 应力腐蚀裂纹的分叉现象
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
2.应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂。 3.纯金属一般不发生应力腐蚀。只有在特定的合金 成分与特定的介质组合时才会造成应力腐蚀。 4.应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10－9～10－6m/s， 是比较缓慢的，达到某一临界尺寸时产生失稳扩展 导致断裂。 5.应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的 扩展常垂直于拉力轴。 10
渡区，当KI≥KIC时，裂纹失稳扩展断裂。
第II阶段越长，材料抗应力腐蚀性能越好。如果能测出此阶段da/dt及结
25束时的KI值，就可估算出机件在应力腐蚀条件下的剩余寿命。
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
六、防止应力腐蚀的措施
从产生应力腐蚀的条件来看，防止应力腐蚀的措 施，主要是合理选择金属材料，减少或消除机件中的 残余应力及改变化学介质条件。此外，也可以采用电 化学方法进行保护。 1.合理选择金属材料：针对机件所受的应力和接触的 化学介质，一个基本原则是选用耐应力腐蚀的金属材 料。例如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高，那么接触氨 气氛的机件就应避免使用铜合金。
第八章聚合物的力学性能
橡胶拉伸－回缩和拉伸－压缩循环应力－应变曲线
表征滞后现象参数：储存模量、损耗模量(或复数模 量)损耗角正切
四、粘弹性力学模型
理想模型：理想弹簧和理想粘壶 理想弹簧：代表符合虎 克定律的理想固体
E / D
应力松弛过程总形变恒定，有：
d 1 d 0 dt E dt
d E dt
(t) 0et /
t = 0－τ，有： 0 / e 0.370
2、伏伊特模型
结构：由一个理想弹黄与一 σ1
E
ησ2
个理想粘壶并联而成，如图
1 2
定义：高分子材料在交变应力作用下，形变落后于应力 的现象
橡胶轮胎应力和应变随时间的变化曲线，如图 滞后现象，如图
原因：高分子材料也是一个松弛过程
影响因素： 1.) 化学结构； 2.) 外力作用频率、温度等
对聚合物性能的影响：
1.) 如果使用的聚合物发生了滞后现象，则在每一个循 环中都要消耗功－力学损耗；这种消耗功转变成热 能释放出来，会导致聚合物本身的温度升高，从而 影响材料的使用寿命；
晶态聚合物的拉伸： 晶态聚合物典型的应力-应变曲线，如图
未经拉伸的晶态聚合物中，其微晶排列是杂乱的， 拉伸使得晶轴与外力方向不同的微晶熔化，分子链沿 外力方向取向再重排结晶，使得取向在熔点以下不能 复原，使得产生的形变也不能复原，但加热到熔点附 近形变能复原，因此晶态聚合物的大形变本质上也属 高弹性
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材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出来的性能，包括强度、刚度、韧性等指标。
材料力学性能的好坏直接影响到材料在工程应用中的可靠性和安全性。
本文将介绍材料力学性能的相关概念和测试方法，并分析其对材料应用的影响。
一、强度强度是指材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
抗拉强度是指材料在拉伸力作用下，抗拉破坏的能力。
抗压强度是指材料在受压力作用下，抗压破坏的能力。
抗弯强度是指材料在受弯力作用下，抗弯曲破坏的能力。
强度的测试方法主要包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
材料的强度往往与其成分、结构和加工工艺有关。
例如，金属材料中添加合适的合金元素，可以提高其强度；陶瓷材料中控制晶粒尺寸和界面结合情况，可以提高其抗压强度；纤维增强复合材料中，纤维的分布和取向对抗弯强度有重要影响。
在工程设计中，需要根据具体应用情况选择合适的材料强度指标，并保证其符合设计要求，以确保结构的稳定性和安全性。
二、刚度刚度是指材料抵抗形变的能力，也可以理解为材料对外力作用下的变形程度。
常见的刚度指标包括弹性模量、切变模量等。
弹性模量是指材料在弹性变形范围内，单位应力下的应变，反映了材料的抗弹性变形能力。
刚度的测试方法主要包括拉伸试验、扭转试验等。
材料的刚度与其物理性质和结构密切相关。
高弹性模量的材料具有较高的刚度，其在受力下变形较小；而低弹性模量的材料具有较低的刚度，其在受力下变形较大。
在工程设计中，需要根据结构的刚度要求选择合适的材料，以确保结构的稳定性和正常运行。
三、韧性韧性是指材料抵抗断裂的能力，反映了材料在受力下的变形能力和吸能能力。
常见的韧性指标包括断裂韧性、冲击韧性等。
断裂韧性是指材料在断裂前所能吸收的能量。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷下，能够抵抗破坏的能力。
韧性的测试方法主要包括冲击试验、拉伸试验等。
材料的韧性与其断裂机制和微观结构有关。
例如，金属材料中的晶界和位错可以有效地阻止裂纹扩展，提高韧性；聚合物材料中的交联结构和链段运动可以吸收能量，提高韧性。
材料的力学性能
材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
这些性能对于材料的工程应用具有重要意义，影响着材料的可靠性和安全性。
下面将从几个方面对材料的力学性能进行介绍。
首先，弹性模量是衡量材料刚度的重要指标。
弹性模量越大，材料的刚度越高，它能够反映材料在受力时的变形能力。
一般来说，金属材料的弹性模量较高，而塑料和橡胶等弹性体的弹性模量较低。
弹性模量的大小直接影响着材料的应力应变关系，对于材料的设计和选用具有重要的指导意义。
其次，屈服强度是材料在受力过程中发生塑性变形的临界点。
当材料受到外力作用时，首先会出现线性弹性变形，当达到一定应力值时，材料会发生塑性变形，这个应力值就是屈服强度。
屈服强度的大小决定了材料的抗塑性变形能力，也是衡量材料抗拉伸、抗压性能的重要参数。
另外，断裂强度是材料在受力过程中发生断裂的临界点。
当材料受到外力作用时，当应力达到一定值时，材料会发生断裂。
断裂强度是衡量材料抗断裂能力的重要参数，也是材料设计和选用的重要参考。
除了以上几个重要的力学性能参数外，材料的硬度、韧性、疲劳性能等也是影响材料力学性能的重要因素。
硬度是材料抵抗划痕和压痕的能力，韧性是材料抗冲击和断裂的能力，疲劳性能是材料在交变应力作用下的抗疲劳能力。
这些性能参数综合影响着材料在不同工程应用中的使用性能。
总的来说，材料的力学性能直接关系着材料的可靠性和安全性，对于材料的设计、选用和应用具有重要的指导意义。
因此，我们在工程实践中需要充分了解材料的力学性能参数，合理选择材料，确保工程的安全可靠。
同时，也需要不断开展材料力学性能的研究，提高材料的性能，推动工程材料的发展和应用。
工程学中的材料性能分析方法
工程学中的材料性能分析方法引言：在工程学领域中，材料的性能分析是一个非常重要的研究方向。
材料的性能直接影响到工程设计的合理性和可持续发展的前景。
因此，开发一种准确可靠的材料性能分析方法对于改进工程设计和优化材料选择至关重要。
本文将介绍几种常用的工程学中的材料性能分析方法，包括力学性能分析、热学性能分析和化学性能分析。
一、力学性能分析方法力学性能是材料的重要特性之一，涉及到材料的强度、刚度和塑性等方面。
以下是几种常用的力学性能分析方法：1. 拉伸试验拉伸试验是一种常见的力学性能测试方法，用于确定材料的强度、延展性和断裂特性。
在拉伸试验中，材料样本会受到外力拉伸，测量材料的应力-应变曲线，并通过应变的变化来判断材料的性能。
2. 压缩试验压缩试验类似于拉伸试验，但是材料样本会受到压缩力而不是拉伸力。
通过测量材料在压缩加载下的应力-应变曲线，可以评估材料的压缩强度和压缩刚度。
3. 硬度测试硬度测试是评估材料抵抗局部刚度的能力的一种方法。
常见的硬度测试方法包括布氏硬度测试、维氏硬度测试和洛氏硬度测试。
硬度测试可以提供对材料抗剪切和抗压性能的评估。
二、热学性能分析方法热学性能是指材料在热力学条件下的特性，包括导热性、热膨胀性和燃烧性能等。
以下是几种常用的热学性能分析方法：1. 热导率测量热导率是材料导热性能的度量，用于评估材料的导热能力。
测量热导率的方法包括热板法、热线法和热流法等。
2. 热膨胀系数测试热膨胀系数是材料在温度变化下的膨胀程度的度量。
通过测量材料在不同温度下的尺寸变化，可以计算出材料的热膨胀系数。
3. 燃烧性能测试燃烧性能是指材料在燃烧条件下的燃烧特性。
通过测量材料的燃烧速率、火焰传播速度和烟雾产生等指标，可以评估材料的燃烧性能。
三、化学性能分析方法化学性能是指材料在不同化学环境下的性质和反应能力。
以下是几种常用的化学性能分析方法：1. 腐蚀测试腐蚀测试是评估材料在不同腐蚀介质中的耐蚀性能的一种方法。
聚合物的力学性能ppt课件
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第八章 聚合物的力学性能
2.银纹与裂缝的区别：裂缝是空的，内部无聚合物；而裂纹内
部并不是完全空的，含有40％左右的聚合物仍然具有强度和
粘弹现象－称为银纹质－联系起两银纹面的树状或者片状高度
取向聚合物。银纹处的密度低，折光指数低，故在界面上出现
全反射现象。
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第八章 聚合物的力学性能
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第八章 聚合物的力学性能
8.6影响聚合物实际强度的因素
凡是有利于提高材料的弹性模量、有利于增加断裂过程的表面
功和增加分子稳定性的因素，都使材料的强度提高；凡是使材
料形成弱点而增加应力分布的不均匀性的因素，都使材料的强
度下降。
影响聚合物材料强度因素有内因和外因两个因素。
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第八章 聚合物的力学性能
原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，断裂时主价键比
塑性形变
Strain hardening
应变硬化
B
y
图2 非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线
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聚合物的力学性能
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聚合物的力学性能
从分子运动解释非结晶聚合物应力－应变曲线
（Molecular motion during tensile test 拉伸过程中高分子链的运动）
I Elastic deformation
这是时-温等效原理在高分子力学行为中的体现。
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第八章 聚合物的力学性能
8.4.2 断裂的裂缝理论
实验证明目前的工艺水平不能保证材料的表面和结构中不存在
裂缝和缺陷基于此断裂理论认为：这些裂缝和缺陷会使应力集
中于裂缝的尖端处，而远远高于试样所受的平均应力，当它达
材料力学性能与应用总结
材料力学性能与应用总结材料力学性能是材料在各种外力作用下表现出的行为和特性，它对于材料的选择、设计和应用具有至关重要的意义。
深入了解材料的力学性能，可以帮助我们在工程和科学领域中更加合理、有效地使用材料，避免材料失效和事故的发生。
一、材料的力学性能概述材料的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳性能等。
强度是材料抵抗外力破坏的能力，通常用屈服强度和抗拉强度来表示。
屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的应力，而抗拉强度则是材料在拉伸过程中所能承受的最大应力。
例如，钢材的屈服强度和抗拉强度较高，使其在建筑结构和机械制造中得到广泛应用。
硬度反映了材料抵抗局部塑性变形的能力，常用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
硬度高的材料如硬质合金，常用于刀具制造。
塑性是材料在断裂前发生不可逆变形的能力，通常用伸长率和断面收缩率来衡量。
具有良好塑性的材料，如铜和铝，易于通过塑性加工制成各种形状的零件。
韧性表示材料吸收能量和抵抗断裂的能力。
冲击韧性通过冲击试验测定，断裂韧性则用于评估材料中存在裂纹时的抗断裂能力。
像一些高强度钢，虽然强度高，但韧性相对较差，在低温环境下容易发生脆性断裂。
疲劳性能是材料在循环载荷作用下的抵抗能力。
许多机械零件，如轴、齿轮等，在工作过程中承受着反复的载荷，容易发生疲劳失效。
二、不同材料的力学性能特点金属材料，如钢铁、铝合金等，具有较高的强度和良好的塑性。
钢铁的强度可以通过热处理和合金化等方法进行调整，以满足不同的工程需求。
铝合金则具有较轻的重量和较好的耐腐蚀性。
高分子材料，如塑料和橡胶，具有良好的弹性和绝缘性。
塑料可以根据需要制成各种形状复杂的零件，但一般强度和耐热性不如金属材料。
橡胶具有高弹性，常用于制造密封件和减震部件。
陶瓷材料具有高硬度、耐高温和耐磨损等优点，但脆性较大，韧性较差。
然而，随着技术的发展，一些新型陶瓷材料，如增韧陶瓷，在一定程度上改善了其韧性。
复合材料结合了不同材料的优点，具有优异的综合性能。
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腐蚀疲劳和应力疲劳相比，主要有以下不同点：
应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的，而腐蚀
疲劳却没有这个限制，它在任何介质中均会出现。
对应力腐蚀来说，有一临界应力强度因子KISCC ，这是材料
固有的性能，当外加应力强度因子KI<KISCC，材料不会发生 应力腐蚀裂纹扩展。但对腐蚀疲劳，即使KI<KISCC ，疲劳 裂纹仍旧会扩展。
应力腐蚀破坏时，只有一两个主裂纹，主裂纹上有分支小
裂纹，而腐蚀疲劳裂纹源有多处，裂纹没有分支。
在一定的介质中，应力腐蚀裂纹尖端的溶液酸度是较高的，
总是高于整体环境的平均值。
本章完
（二）应力腐蚀裂纹扩展速率
当裂纹前端的KI> KISCC时，裂纹就会随时间而长 大。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展 速率，用da/dt表示，实验证明，da/dt和裂纹前端的 应力场强度因子有关。即
da f K 1 dt
(p167)
在lg(da/dt)- K1的坐标上，其关系如图 ，曲线一般可分成三段。
合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质
合金 腐蚀介质
碳钢
奥氏体不锈 钢 马氏体不锈 钢
荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S 水溶液，海水，海洋大气与工业大气 氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水， 潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液， 严重污染的工业大气
氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物
（三）环境氢脆的特征
在氢气氛作用下，材料发生延滞断裂的时间与应力场 强度因子KI之间的关系如下图所示。随KI值降低，断 裂时间延长；当K1降低到某一临界值Kth时，材料便不 会产生断裂，临界值Kth就叫门槛值。
二
氢脆机理
（一）氢压模型 在裂纹或缺口尖端的三向应力区内，形 成了很多微孔核心，氢原子在应力作用下向这些
三
应力腐蚀开裂和氢脆的关系
应力腐蚀和氢脆的关系十分密切，除内部氢脆（白 点）外，通常应力腐蚀总是伴有氢脆，它们总是共同 存在的。一般很难严格地区分到底是应力腐蚀，还是 氢脆造成的断裂。
四
腐蚀疲劳
腐蚀疲劳特点 材料或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下 造成的失效叫做腐蚀疲劳。 腐蚀疲劳和应力疲劳相比，主要有以下不同点：
二
断裂力学在应力腐蚀中的应用
应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂。 用裂纹扩展速率da/dt来描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展 。
（一）KISCC的概念
当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发 生断裂（即材料有无限寿命），此时的K1就叫做应力腐 蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。
第九章 环境介质作用 下的金属力学性能
在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料 屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。 这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。 外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介 质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。 由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂； 而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静 载延迟断裂，或称静疲劳； 如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。
一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右,裂纹扩 展仅占10%左右。
应力腐蚀断裂可以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。
取决于合金成分及腐蚀介质.
应力腐蚀的断口，其宏观形貌属于脆性 断裂，有时带有少量塑性撕裂痕迹。裂纹源可 能有几个，但往往是位于垂直主应力面上的那 个裂纹源才引起断裂。 其裂纹源及亚稳扩展区常呈黑色或灰黑 色，失稳扩展区的断口常有放射花样或人字 纹, 光亮色。
氢脆可分成两大类： 第一类为内部氢脆，它是由于金属材料在冶炼、锻造、 焊接或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的； 第二类氢脆称为环境氢脆，它是在应力和氢气氛或其它 含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢的 压力容器中出现的高压氢脆。
（二）氢脆断口特征 内部氢脆断口往往出现“白点”。 白点又有两种类型： 一种是在钢件中观察到纵向发裂，在其断口上则 呈现白点。这类白点多呈圆形或椭圆形，而且轮廓分 明，表面光亮呈银白色，所以又叫做“雪斑”或发裂 白点，这种白点实际上就是一种内部微细裂纹。 一种白点呈鱼眼型，它往往是某些以材料内部的 宏观缺陷如气孔、夹渣等为核心的银白色斑点，其形 状多数为圆形或椭圆形。
当裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC 时，材料就可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏，其开裂判据 为： K Iscc K1 K Iscc 或 Y a
式中 KI 裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米3/2；
KISCC应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米3/2； σ 断裂抗力，公斤力/毫米3/2 α 裂纹的半长度，毫米 Y 裂纹形状系数。
第Ⅰ阶段，当: KI>KIscc时，裂纹经过一段孕育期后突然 加速扩展， da/dt与KI的关系曲线几乎与纵坐标轴平行 。 第Ⅱ阶段，曲线出现水平段， da/dt与KI几乎无关，因 为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过程 控制。 第Ⅲ阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， da/dt又明显地 依赖KI， da/dt 随KI而增加而增大，这是材料走向快速 扩展的过渡区，当KI达到K1c时，便发生失稳扩展，材料 断裂。
三
应力腐蚀断裂机理
保护膜破坏机理
滑移——膜破— —阳极溶解—— 再钝化
四
预防机件应力腐蚀断裂的措施
（一）降低应力 （二）改变介质条件 （三）选用合适的合金材料 （四）采用电化学保护
第二节
氢 脆
金属材料由于受到含氢气氛的作用而 引起的断裂，统称为氢脆断裂或氢致开裂。
一 氢脆的类型及特征
（一）内部氢脆与环境氢脆
航空用高强 度钢 铜合金 铝合金
海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸
水蒸汽，湿H2S，氨溶液
湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气， 海洋大气
3．应力腐蚀的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/s，象疲 劳。 亚临界扩展-------临界尺寸------突然断裂
（二）应力腐蚀断口特征
应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和裂纹扩展这两个过 程.
核心扩散，并且结合成氢分子，由于微孔核心很
小，只要有很少的氢气应可产生相当大的压力。 这种内压力大到足以通过塑性变形或解理断裂使 裂纹长大或使微孔长大、连接，最后引起材料过 早断裂。
（二）减聚力氢脆模型
减聚力氢脆模型又称晶格脆化模型，是 由Troiano首先提出的，其要点是高浓度的固溶 氢，可以降低晶界上或相界上金属晶体的原子 间结合力。而局部地区的张应力，又通过间隙 原子间的化学势及应力状态间的热力学平衡关 系促使氢原子富集。这种富集区可能是低塑性 材料内部的裂纹尖端处，或是位错塞积处，滑 移带交叉处和塑性形不协调处。
Hale Waihona Puke 第一节应力腐蚀断裂
一 .应力腐蚀现象及其特征 (一) 应力腐蚀现象 Stress Corrosion Cracking
由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低 应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字 头SCC表示）。
应力腐蚀断裂的特定的条件： 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀 开裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在腐蚀介质， 这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应 力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速 度很慢。 应力腐蚀的介质-----特定。如： 黄铜----------氨气氛 不锈钢 -------- 氯离子的腐蚀介 质