材料性能与测试-第4章材料的磨损性能 1分析

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POM_TPU共混物的力学性能和摩擦磨损性能研究[1]

F ig 1 E ffect o f com patib ilize Z content on notched Izod impact streng th of POM /TPU ( 70 /30) b lend
图 1 为 POM /TPU ( 质量比 70 /30, 树脂总质量为 100份, 下同 ) 共混物缺口冲击强度随增容剂 Z 用量的变化曲线。由图可知, 加入增容剂后合金的冲击强度提高, 当增容剂 Z 的用量为 5份时, 共混体系的缺口冲击强度比在同条件下, 未加入增容剂 Z 的缺口冲击强度提高了 50% 。这是由于增容剂 Z 促进了分散相 TPU 的分散, 使 POM 和 T PU 很好地形成均匀的海 - 岛结构; 能够在 POM 与 TPU 分子之间形成一种类似于互穿网络结构的物理或化学或两者兼而有之的区域, 从而大大提高了冲击强度。但是, 增容剂
# 10#
塑料工业 CH INA PLA ST ICS INDU STRY
第 37卷第 1期 2009年 1月
POM /TPU共混物的力学性能和摩擦磨损性能研究
张辉, 高西萍, 李瑞海
(四川大学高分子科学与工程学院, 四川成都 610065)
摘要: 采用双螺杆挤出熔融共混的方法制备了聚甲醛 ( POM ) 和热塑性聚氨酯弹性体 ( TPU ) /增容剂 Z 共混物。
摩擦磨损性能的改性 POM 复合材料, 近年来, P alan ive lu K 等 [ 6- 7] 采用了热塑性聚氨酯弹性体对 POM 改性。本文以热塑性聚氨酯弹性体 ( T PU ) 与 POM 共混为研究对象, 研究了该共混物的力学性能
以及摩擦磨损性能。
SEM 测试: 形态样品经液氮低温脆断, 断口在常温下经 N, N - 二甲基酰胺刻蚀处理后喷金; 磨损表面直接喷金, 然后进行电子显微镜扫描实验。

薄膜力学性能解析

薄膜和基底晶格常数失配引起的薄膜晶格常数的变化，为晶界松弛距离，为Lg晶体尺寸。
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二、残余应力的测量
1. Stoney公式
在薄膜残余应力的作用下，基底会发生挠曲，这
种变形尽管很微小，但通过激光干涉仪或者表面轮廓
仪，能够测量到挠曲的曲率半径。基底挠曲的程度反
映了薄膜残余应力的大小，Stoney给出了二者之间的
3
分类
脆性薄膜
按
脆性基底
力
学
性
质分
脆性薄膜
类
韧性基底
韧性薄膜脆性基底
韧性薄膜韧性基底
4
4.1 薄膜的弹性性能
一、薄膜的弹性常数
弹性模量是材料最基本的力学性能参之一，由于薄膜的某些本质的不同之处，其弹性模量可能完全不同于同组分的大块材料。
5
三点弯曲
如图所示，加载和挠度的测量均在两支点中心位置，
2
y
2bdy
hs 2
hs 2h f
I f y2bdy
hs 2
(4.3)
实验中测出载荷增量与中心挠度增量的关系曲线（近似线性），求出其斜率，用(4.1)式求出薄板的抗弯刚度，若基体弹性模量已知，则利用(4.2)式可求得薄膜的弹性模量。
7
压痕法
纳米压痕技术可用以测定薄膜的硬度、弹性模量以
及薄膜的蠕变行为等，其理论基础是Sneddon关于轴
详细推导过程见流程图2。
15
表4.1 式(4.21)中对应于hg /R 的系数
16
17
图2 根据p-h 曲线确定应力－应变关系的流程图
4.2 薄膜的残余应力
一、残余应力的来源
通常认为，薄膜中的残余应力分为热应力和内应力两种。

材料性能的测试和分析方法

材料性能的测试和分析方法材料是指人类在生产、生活、科技研发中所使用的原材料，包括金属、合金、非金属、复合材料等。

材料性能是指材料在使用过程中，表现出来的物理、化学、力学等方面的性质和特征，包括强度、硬度、耐腐蚀性、导电性等等。

了解和掌握材料的性能是进行科研和生产的必要前提，而测试和分析材料性能则是了解和掌握材料性能的必要手段。

本文将介绍针对材料性能的测试方法和分析方法。

一、力学性能的测试和分析方法力学性能是指材料所表现出来的强度、韧性、硬度等表面的物理力学特性。

力学性能的测试方法主要有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、硬度试验等。

其中针对不同类型材料，需要选择不同的测试方法和测试设备。

例如钢材的硬度测试必须采用布氏硬度计，而塑料的硬度测试则需要用洛氏硬度计。

而不同的测试方法也会得出不同的测试结果，例如在同样的试验条件下，拉伸试验得出的拉伸强度值和压缩试验得出的屈服强度值是不同的。

力学性能的分析方法主要有断口分析、金相分析和扫描电镜分析等。

断口分析是指通过观察材料在拉伸或压缩试验中断裂的断口形态和特点，来判断材料的性能和失败原因。

金相分析是指将材料进行钢切件制备，并通过光学方法来观察材料断口、晶粒结构和组织性质，从而了解材料的组织结构和性质。

扫描电镜分析则是利用电子束照射材料表面，通过观察反射电子和离子的图像来了解材料的表面形貌和微观结构。

三种分析方法方便快捷地评估和分析材料的性能。

二、热学性能的测试和分析方法热学性能是指材料在加热或冷却过程中所表现的吸热、放热、导热、热膨胀等热学性质。

热学性能的测试方法主要有热膨胀测试、热导测试、热量测试等。

其中热膨胀测试会测量材料在不同温度下的膨胀系数，从而评估材料的热稳定性。

而热导测试则可以测量材料在不同温度下的热导率，从而了解材料的导热性质。

热量测试可测量材料在吸热或放热过程中的温度变化，从而了解材料的热量性质。

热学性能的分析方法主要有热失重分析和热分解分析。

材料性能与测试

重量法
通过测量材料在腐蚀介质中的重量变化来评估其耐腐蚀性能。
深度法
测量材料腐蚀后的深度或厚度变化来评估耐腐蚀性能。
电化学方法
利用电化学原理测量材料的腐蚀电流、电位等参数来评估耐腐蚀性能。
抗氧化性能评估方法
热重分析法
通过测量材料在高温下的重量变化来评估其抗氧化性能。
化学分析法
通过分析材料氧化后的产物来评估其抗氧化性能。
压缩、弯曲和剪切试验方法
压缩试验
压缩试验主要测定材料在轴向压力作用下的力学行为，试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为压缩强度或抗压强度。
弯曲试验
弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，试样在弯曲过程中外层受到拉伸，内层受到压缩，在其横截面上存在着一个既不受拉，又不受压的应力为零的纤维层，称为材料的中性层。
其他化学性能测试技术
01
02
03
04
光谱分析法
利用光谱原理分析材料的化学成分和结构来评估其性能。
质谱分析法
通过质谱仪测量材料的质谱图来评估其化学成分和性能。
核磁共振法
利用核磁共振原理测量材料的分子结构和化学环境来评估其
性能。
X射线衍射法
通过X射线衍射仪测量材料的晶体结构来评估其性能和组成
。
人工智能在材料性能测试中应用
01
数据处理
利用人工智能技术处理大量实验数据，提取有用信息，提高数据处理效率。
智能预测
02
03
优化设计
基于机器学习算法，建立材料性能预测模型，实现对材料性能的快速预测。
利用人工智能技术优化材料设计方案，提高材料性能和使用寿命。

4章磨损

二、磨损的基本特性
磨损系数表示磨损量与工况之间的关系。当载荷与速度为已知，并可求出一定工况下的磨损系数时，就可估算磨损量，以预测摩擦学系统的寿命；也可根据磨损系数来确定磨损类型，因为不同的磨损类型具有不同的磨损系数。 (5)磨损速率(磨损强度)：
I V
I W
t
t
此外，还采用相对耐磨性这一参数，它是标准试样的磨损率与被测试样磨损率之比。
§4-3
磨粒磨损
磨粒磨损是指在摩擦过程中，由于摩擦表面上硬的微凸体或摩擦界面上的硬颗粒而引起物体表面材料损耗的一种磨损，这是最常见的一种磨损现象。据统计，因磨粒磨损而产生的损失约占各类磨损所造成的全部损失的一半。挖掘机、运输机许多零件的磨损都属于磨粒磨损。
一、主要类型
由于物体表面本身硬的微凸体使对偶表面产生的磨粒磨损称为两体磨粒磨损(Two-body abrasive wear)；由于摩擦表面上存在自由硬颗粒而产生的磨粒磨损称为三体磨粒磨损(Three- body abrasive wear)。
(3)刮伤沿滑动方向形成严重的划痕，剪切破坏发生在较软金属的表层。
一、主要类型
按照磨损程度的不同，粘着磨损可以分为以下五类：
(4)胶合表面局部温度相当高，粘着点的面积较大，由于粘着点的剪切强度比形成粘着的任何一方基体金属的剪切强度都要高(如铜与钢对磨)，故在摩擦副的一方或双方的基体金属上产生较深层的破坏。因而，既有较多的软金属转移到硬金属表面上，同时也有部分硬金属转移到软金属表面上。
三、磨损的分类实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在，或磨损状态随工况条件的变化而转化。因此，在分析和处理磨损问题时，必须善于分析并抓住主要的磨损类型，或着眼于主要的磨损过程，才能采取有效的减磨措施。

材料力学性能知到章节答案智慧树2023年西安工业大学

34.在循环应力加载过程中，如果材料出现的应力集中越明显，则应力集中处的贝纹线间距（）。
参考答案:
越宽
35.典型疲劳断口具有3个特征区分别为（）。
参考答案:
疲劳裂纹扩展区
;疲劳源
;瞬断区
36.疲劳条带和贝纹线均属于疲劳断口的微观特征形貌。（）
参考答案:
错
37.同种材料不同应力状态下，表现出的应力～寿命曲线是不同的，相应的疲劳极限也不相同。一般而言，对称弯曲疲劳极限（）对称拉压疲劳极限。
参考答案:
错
26.线弹性断裂力学研究方法之一是应力应变分析方法，与之相对应的是（）判据。
参考答案:
K
27.要测量金属材料的断裂韧性（断裂韧度）KIC，中国国家标准中规定了四种试样，下列中不属于这四种试样的是（）。
参考答案:
标准四点弯曲试样
28.奥氏体钢的KIC比马氏体钢的高。）
参考答案:
对
29.对于过共析钢而言，如果沿晶界析出二次渗碳体的数量逐渐增多，则该材料的KIC（）。
参考答案:
晶粒大小
;金相组织
;加载速度
第四章测试
23.裂纹扩展的基本形式有（）。
参考答案:
滑开型
;张开型
;撕开型
24.某材料的KIC=50MPa·m^-1/2，承受1000MPa的拉应力，假设K=1.2σ(πa)^1/2，该试样的临界裂纹尺寸是（）。
参考答案:
1.1mm
25.应力场强度因子，综合反映了外加应力和裂纹长度、裂纹形状对裂纹尖端应力场强度影响，是材料本身固有的力学性能。（）
参考答案:
错
59.两表面完全分开，形成液体与液体之间的摩擦是流体摩擦。（）
参考答案:

必修实验八材料的摩擦与磨损实验

必修实验八材料的摩擦与磨损实验一、实验目的1) 熟悉往复式摩擦磨损试验机的结构、实验原理和操作方法。

2) 掌握摩擦系数、磨损量的测定方法。

3) 比较不同材料的摩擦磨损性能，并分析其原因。

二、实验原理摩擦磨损是工业生产中普遍存在的现象，凡是具有相对运动的摩擦副间，必然会伴随有摩擦和磨损现象。

影响材料摩擦与磨损的因素很多，如压力、运动速度、工件表面质量、润滑剂及材料性能等。

所以材料的摩擦磨损特性并不是材料固有的，而是摩擦条件与材料性能的综合特性。

摩擦磨损试验机的种类很多，一般由加力装置、摩擦力测量机构及摩擦副相对运动驱动机构等部分组成。

现以往复式摩擦磨损试验机为例，介绍摩擦磨损试验机的结构及测试原理。

摩擦副由上试样和下试样组成；上试样与下试样间的往复运动由电机带动偏心轮的旋转而实现。

往复运动的振幅可通过偏心距进行调节。

摩擦副间的压力通过砝码加载、并由压力传感器进行测量；而摩擦副间的摩擦力通过拉/压传感器进行测量，如图1所示。

将压力、摩擦力和时间信号输入到计算机中，便可得到摩擦力、摩擦系数随时间的变化曲线，如图2。

经过一定时间(或滑动距离)后，下试样（待测试样）表面将产生具有一定深度的磨痕（图3a）。

利用表面轮廓仪，在垂直于往复运动的方向上测量磨痕的微观形貌（图3b），确定磨痕的深度、截面积，从而与往复运动的振幅相乘得到磨损的体积。

也可进一步由磨损体积求出材料的磨损重量，根据磨损量的大小即可判断材料的耐磨性能。

若在相同的时间(或距离)内磨损量愈大，表明材料的耐磨性能愈差。

反之，则表明耐磨性愈好。

图 1 往复式摩擦磨损试验机的原理图01002003004005006000.00.10.20.30.40.50.6摩擦时间 / s 摩擦系数图 2摩擦系数与时间的变化关系（a ）宏观形貌（b ）微观形貌图 3 磨痕的宏微观形貌三、实验材料与样品本实验的上试样选用直径Φ8mm 的ZrO 2球或GCr15钢球，试验载荷为10N ，往复运动振幅为10mm ，频率为1Hz ，测试周期为20分钟。

磨损实验报告

磨损实验报告磨损实验报告摘要：本实验旨在研究不同材料在摩擦条件下的磨损情况，并探讨材料的磨损机理。

通过对不同材料的磨损实验，我们发现了磨损过程中的一些规律，为材料的选用和改进提供了实验依据。

引言：磨损是材料工程中一个重要的问题，它会导致材料的性能下降和寿命缩短。

因此，研究磨损机理对于材料的选用和改进具有重要意义。

本实验选取了几种常见的材料，通过模拟实际工况下的摩擦条件，观察其磨损情况，并分析磨损机理。

实验方法：1. 实验材料的准备：选取了铁、铜、铝和塑料等材料进行实验。

2. 实验装置的搭建：搭建了一个模拟摩擦的实验装置，包括一个转动的轴和一个与之接触的材料样品。

3. 实验过程：将材料样品与转动轴接触，并施加一定的压力和转速，模拟摩擦条件。

记录实验过程中的磨损情况和相关数据。

实验结果与分析：通过实验观察和数据记录，我们得出了以下结论：1. 不同材料的磨损情况存在明显差异。

铁材料在摩擦条件下磨损最为严重，而塑料材料的磨损相对较轻。

2. 磨损过程中，材料表面出现了磨痕和磨粒。

磨痕是由于材料表面的微小凸起与摩擦力的作用产生的，而磨粒是由于磨损过程中材料的剥落和破碎产生的。

3. 磨损过程中，材料的摩擦系数和磨损速率呈正相关关系。

摩擦系数越大，磨损速率也越大。

4. 磨损过程中，材料的硬度和韧性对磨损的影响较大。

硬度较高的材料更容易产生磨痕，而韧性较好的材料更容易产生磨粒。

结论：通过本实验，我们深入了解了不同材料在摩擦条件下的磨损情况，并探讨了磨损机理。

根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 在实际工程中，应根据具体工况选择合适的材料，以减少磨损带来的损失。

2. 在材料的设计和改进中，应注重提高材料的硬度和韧性，以增强其抗磨损能力。

3. 磨损实验是研究材料性能的重要手段之一，可以为材料的选用和改进提供实验依据。

展望：本实验只研究了几种常见材料的磨损情况，未来可以进一步扩大实验样本，研究更多材料的磨损性能。

同时，结合实际工程应用，可以通过改变摩擦条件和磨损环境，探索材料磨损的更多机理和规律，为材料的选用和改进提供更准确的指导。

陶瓷材料的耐磨性能测试方法

陶瓷材料的耐磨性能测试方法陶瓷材料在工业生产和日常生活中有着广泛的应用，而其耐磨性能是评价其优劣的重要指标之一。

本文将介绍几种常用的陶瓷材料耐磨性能测试方法，并对其原理和适用范围进行分析。

一、摩擦磨损测试法摩擦磨损测试法是最常用的陶瓷材料耐磨性能评价方法之一。

其原理是将待测试的陶瓷试样与摩擦体（常为金属或石头）进行相对运动，通过测量试样的磨损量来评估材料的耐磨性。

具体的测试设备主要包括：摩擦试验机、磨损试验台等。

在测试过程中，需要控制好摩擦试样的负荷、速度和摩擦时间等参数，以保证测试的准确性。

根据测试结果可以计算出材料的磨损率、磨损体积、磨损系数等指标，从而评价其耐磨性能的好坏。

这种方法适用于各种陶瓷材料的耐磨性评价，包括陶瓷涂层和复合陶瓷材料。

二、微硬度测试法微硬度测试法是另一种常用的陶瓷材料耐磨性能测试方法。

其原理是通过在陶瓷材料表面施加一定的压力，通过测量压入的模具尖头的硬度来评价材料的耐磨性。

常用的微硬度测试方法有：洛氏硬度测试、维氏硬度测试、斯卡勒硬度测试等。

这些方法在测试过程中需要注意控制好测试负荷和测试时间等参数，以保证测试结果的准确性。

通过微硬度测试可以得到材料的硬度值，硬度较高的材料通常具有较好的耐磨性能。

然而，这种方法更适用于硬度较高的陶瓷材料，对于硬度较低的材料可能会出现测试结果不准确的情况。

三、冲击磨损测试法冲击磨损测试法是一种模拟实际使用过程中材料耐磨性能的测试方法。

其原理是通过在冲击条件下使摩擦双方发生相对运动，并观察测试试样表面的磨损情况来评价材料的耐磨性。

冲击磨损测试常用的设备有：冲击试验机、冲击磨损试验机等。

在测试过程中，需要控制好冲击速度、冲击负荷和冲击次数等参数，以保证测试结果的可靠性。

通过冲击磨损测试可以了解到材料在受到冲击时表面的磨损情况，从而评价其耐磨性能。

这种方法适用于各种陶瓷材料的磨损性能评价，特别适用于仿真实际使用过程中的材料性能。

综上所述，陶瓷材料的耐磨性能测试方法主要包括摩擦磨损测试法、微硬度测试法和冲击磨损测试法。

摩擦学材料研究方法高分子材料摩擦学第4章磨损特征与机理

Km-与材料性质有关的系数；α-常数；f-摩擦系数； β-表面膜相关的系数；σs-受压屈服极限

材料磨损体积与滑动积累距离成正比在达到临界载荷之前，材料磨损体积与载荷成正比材料磨损体积与较软材料的屈服极限或硬度成反比
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4.2.1 粘着磨损
干摩擦下,粘着磨损现象
➣ 磨屑不是只在硬度较低一方的摩擦面生成，硬度较高一方的摩擦面也会产生磨屑； ➣ 磨屑组成是两摩擦面材料的混合物； ➣ 真实接触部位的长度范围是 1 0 -3- 1 0-2m m ，磨屑的长度范围是
粘着磨损
磨粒磨损
疲劳磨损
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4.1 磨损及其分类
➣ 腐蚀磨损(corrosive wear)：摩擦面和气体、液体环境发生化学反应而产生的磨损。 ➣ 侵蚀磨损(erosion wear)：含有硬颗粒的流体相对于固体运动，使固体表面受到冲蚀作用而产生的磨损。 ➣ 微动磨损(fretting wear)：两接触表面作微振幅重复摆动所引起的磨损。微动磨损是一种微动疲劳与微动腐蚀并存的复合式磨损。
卸载时
假设接触部位的压缩应力等于材料的屈服应力σs，且转移粒子是直径为d的半球，
转移粒子和摩擦面单位面积上所相当的粘着能量为WAB，伴随着转移的粘着能量转移粒子从摩擦面上脱落成为磨屑的条件是Ee≧Ea，此时转移粒子的直径
23
4.2.1 粘着磨损
磨屑尺寸磨屑粒子的直径 d≧(6EWAB/υ2σs2)
磨损
侵蚀磨损
由介质的化学作用引起表面腐蚀，而摩擦中的机械作用加速腐蚀过程-腐蚀机械类
微动磨损
腐蚀磨损
械类
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4.1 磨损及其分类
在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后往往诱发其他形式的磨损。磨屑疲劳磨损磨粒磨损腐蚀磨损

单晶硅滑动磨损性能及其相变研究

单晶硅滑动磨损性能及其相变研究磨损性能研究：滑动磨损是指在两个物体相对滑动过程中，由于摩擦而引起的表面材料逐渐剥落、破裂或损伤的现象。

磨损性能的研究对于材料的应用和设计具有重要的意义。

单晶硅作为一种重要的工程材料，其滑动磨损性能一直备受关注。

研究表明，单晶硅具有较高的硬度和强度，能够在一定程度上抵抗磨损。

然而，在滑动磨损过程中，单晶硅表面容易形成磨痕和微裂纹，从而引起材料的进一步破坏。

因此，研究单晶硅的滑动磨损机理和探索改善其磨损性能的方法非常重要。

研究人员发现，单晶硅的滑动磨损主要受到以下因素影响：1. 摩擦力：摩擦力的大小直接影响着磨损情况。

较大的摩擦力会导致单晶硅表面的材料剥落和破坏加剧。

2. 微结构特征：单晶硅的微结构特征对磨损性能有着重要影响。

晶格结构的缺陷和孪生等微观结构缺陷会增加磨损的敏感性。

3. 环境因素：环境中的湿度、温度、压力等因素也会影响单晶硅的磨损性能。

湿润、高温和高压等条件下，磨损加剧。

相变研究：单晶硅在温度和压力的作用下，会发生相变现象。

相变是指材料在一定条件下改变状态的过程。

单晶硅的相变在材料的性能与应用方面具有重要的意义。

研究发现，当单晶硅受到高温或高压的作用时，会发生相变现象。

相变会导致单晶硅的晶格结构发生改变，进而影响材料的强度、硬度和导电性等性能。

相变的研究可以通过实验和模拟方法进行。

实验可以通过提供不同的温度和压力条件，观察单晶硅的相变行为。

而模拟方法可以利用计算机模型，模拟材料在不同条件下的相变过程，从而揭示相变机理。

研究人员希望通过对单晶硅滑动磨损性能和相变的研究，提高单晶硅的材料性能，并拓展其在微电子器件、光学器件等领域的应用。

此外，研究人员还探索了改善单晶硅的滑动磨损性能的方法。

一种常用的方法是通过改变材料表面的涂层来提高硬度和抗磨损性能。

例如，利用化学气相沉积等技术在单晶硅表面覆盖薄膜，可以增加材料的硬度和抗磨损性能。

此外，通过表面处理和改善材料的晶格结构也可以有效改善单晶硅的滑动磨损性能。

材料的性能教学课件

热膨胀系数和热传导系数衡量材料在热环境下的膨胀和传导特性。
透明性和光学性能
磁性和超导性
透明性和光学性能决定材料的透光能力和光学行为，广泛应用于光学器件和视觉应用。
磁性和超导性是材料对磁场和电流的响应能力，对电子学和能源领域具有重要影响。
化学性能
1 耐腐蚀性和耐氧化性
耐腐蚀性和耐氧化性衡量材料对化学侵蚀和氧气的抵抗能力。
硬度和耐磨性
硬度和耐磨性是材料抵御表面破坏和磨损的关键属性。
抗拉强度、屈服强度、断裂强度
这些参数衡量了材料在受力时的抗拉能力和破坏行为。
可塑性和韧性
可塑性和韧性决定了材料在受力时的变形能力和抗断裂能力。
物理性能
导电性和导热性
热膨胀系数和热传导系数
导电性和导热性描述了材料传导电流和热量的能力，对电子和热传输应用至关重要。
力学测试方法用于测量材料的强度、硬
物理测试方法
2
度和韧性等力学性能。
物理测试方法用于测量材料的导电性、
导热性、透明性等物理性能。
3
化学测试方法
化学测试方法用于测量材料的耐腐蚀性、
测试数据分析和应用
4
化学稳定性、溶解性等化学性能。
测试数据分析和应用帮助我们理解材料性能，做出正确的设计和决策。
材料性能分析和设计
材料性能教学的意义和未来发展趋势
材料性能教学有助于学生理解和应用材料技术，促进材料科学的创新和发展。
材料性能的确定和分析方法
通过实验和模拟等方法确定和分析材料的性能特征和潜力。
不同性能指标之间的关系和平衡
不同性能指标之间存在着平衡和权衡பைடு நூலகம்系，在设计中需要综合考虑。

材料的力学性能课件06_缺口试样

缺口试样的静拉伸试验缺口试样偏斜拉伸试验缺口试样的静弯曲试验缺口试样冲击试验缺口试样疲劳试验
缺口敏感性试验
在缺口试样试验中，缺口的几何形状、大小是一个很重要的影响因素。缺口几何参数通常包括缺口深度t、缺口根部曲率半径ρ以及缺口张角ω。
缺口敏感性试验-缺口试样的静拉伸
由于断裂韧度有多种不同的定义方式，包括Kc、Gc、Jc、δc等，加之材
料的特性不同，测试方法也有很多种。其中最重要的就是平面应变断裂
韧度KⅠc的测定，这已在工程实践当中有着重要的应用。
不同于缺口敏感性试验，该类试验重在分析缺口试样局部区域的力学行为，因此对试样尺寸有着严格要求，一定要符合理论计算模型的要求。
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
测定KIC用的试样尺寸必须保证裂纹顶端处
于平面应变及小范围屈服状态
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
三点弯曲试样加载时，裂纹尖端的应力强度因子KI为：
紧凑拉伸试样加载时，裂纹尖端的应力强度因子KI为：
将当前B、W条件下裂纹失稳扩展的临界载荷FQ及试样的裂纹长度a0代人上述KI表达式即可求出KI的条件值，记为KQ。
缺口效应
缺口对材料的力学行为影响可归结为四个方面： ①应力集中； ②双向或三向复杂应力状态； ③应变集中； ④局部应变速率增大。这些统称为缺口效应，其中应力集中是最为重要的一种影响。
缺口效应
缺口效应
应力集中系数
反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数。将应力集中区域内的峰值应力与不考虑应力集中时的基准应力的比值称为理论应力集中系数:
疲劳裂纹扩展试验
当材料中存在裂纹并且外加应力达到某一临界值后，裂纹就会发生失稳扩展。因此含裂纹材料的断裂可根据断裂韧度加以判别。不过在很多情况下，这种足够大的宏观临界裂纹是在载荷作用下由萌生的小裂纹逐渐扩展而成的，这也就是所谓的亚临界裂纹扩展过程。疲劳载荷下的亚临界裂纹扩展尤为重要，这也是导致材料疲劳破坏的主要原因。通过疲劳裂纹扩展试验，得到疲劳裂纹从萌生到亚临界扩展再到最后失稳扩展的全过程，可以测定材料中疲劳裂纹扩展的门槛值，得到疲劳裂纹扩展速率的变化规律，进而估算材料的疲劳寿命。

Fe3Al特性

采用机械合金化结合热压烧结的方法制备了Fe3Al金属间化合物块体材料,对其烧结后的物相、力学性能、微观结构以及干滑动摩擦磨损性能进行了试验研究.结果表明,热压烧结Fe3Al金属间化合物材料以有序度较低的B2结构为主,具有较高的强度和硬度.在不同的载荷和滑动速度下具有不同的摩擦学特性,不同摩擦阶段的磨损机制主要包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落以及氧化磨损等.Fe3Al基金属间化合物原料成本较低，具有低比重、优异的抗氧化、抗硫蚀等特点，可以应用于对强度要求不太高的中高温氧化或硫蚀环境中，如有色冶炼厂和高浓度烟气收尘设备及制酸系统中的烟气净化设备、转化器、热交换设备极板和壳体；汽车尾气管、电厂排气的烟气管道等。

ØFe3Al金属间化合物合金室温塑性改善、综合性能提高机理及应用研究，国家“863” 资助；ØFe3Al基合金的非真空熔炼与成型的应用基础研究，国家“863”及福特（中国）发展基金共同资助；ØB2结构Fe3Al单晶力学行为各向异性，国家自然科学基金资助。

主要创新性研究成果有以下几点：1.首次提出Fe3Al基合金的B2热机械处理工艺，使合金在空气中的室温拉伸延伸率提高到15％以上。

2.通过自行开发的提高合金中高温抗蠕变性能的处理工艺，研制成功Fe-28Al-XCr系金属间化合物材料。

申请两项发明专利并已获得批准（专利号：ZL 93 1 14921.5）(专利号：ZL 93 1 21242.X)。

3.通过Cr, Ti, Mn, Ni, Mo等代位合金元素原子在Fe3Al基金属间化合物合金亚点阵占位的中子衍射研究及交互作用能计算探讨上述各元素对室温塑性的影响。

4.Fe3Al基合金热加工过程中的变形织构研究。

5.在解决了该系列合金采用传统工艺制备大体积材料、并获得薄板的基础上，开展了超塑性行为、可焊性研究，并提出优化的热弯成型及焊接工艺。

申请焊接发明专利一项，已公开（公开号：CN1251329A）。

碳碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

观察 C / C-SiC复合材料在每一次刹车实验中的
图 3 C /C-SiC 复合材料的摩擦试验曲线 1) 转速曲线; 2) 摩擦表面温度曲线; 3) 摩擦系数曲线; 4) 力矩曲线; 5) 压强曲线
F ig. 3 T he curves of fr ic tion param eters o f C /C-S iC disks 1) slid ing ve loc ity; 2) surface tem pera ture; 3) coeffic ient of fr ic tion; 4) fr iction torque; 5) surface pressure
稳定性大小也接近。结合图 1可以得出, C /C-S iC 复合材料的密度和碳含量增大, 摩擦系数和稳定性提高; S iC含量升高, 摩擦系数和摩擦稳定性下降。
图 2 C /C-S iC 复合材料试样摩擦系数及稳定性与密度的关系
F ig. 2 T he fr iction coe fficien t and stab ility o f C /C-S iC d isks w ith in different density
的波动幅度减小; S iC 含量升高则反之。 C /C-S iC复合材料经过多次刹停测试, 摩擦系数对制动次数不敏感, 表现
出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验, 摩擦系数不随表面的起始和最终温度升C /C-S iC 刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察, 发现表面磨损质量在航标允许范围内。
摩擦曲线, 发现所有试样的摩擦系数和力矩曲线成对应关系, 而且曲线都大致可分解为三个阶段, 即前峰、平稳阶段和后翘 ( 如图 3中的曲线 3和 4) 。将 4 组 C /C-S iC 试样的摩擦系数曲线进行对比 ( 图 4) , 可以看出, 从 A组到 D 组曲线, 平均摩擦系数增大, 制动时间缩短 (每条曲线起始点与终点之间的横坐标距离 ) , 曲线 / 前峰 0降低。结合图 1与图 4分析, 碳含量升高和密度增大, 摩擦系数升高, 制动时间缩短, 曲线前峰下降; SiC 含量升高, 则反之。材料表面在相同加工条件下具有近似的粗糙度时, SiC 含量的升高, 会使材料硬度变大, 摩擦系数减小; B, C 和 D 3组试样都经过石墨化处理, 碳含量的升高使材料表面的接触得到适当的软化, 使材料摩擦系数增大。图 4中摩擦系数的大小对比与图 2结果相吻合。

材料性能学——精选推荐

材料性能学材料性能学第⼀章材料单向静拉伸的⼒学性能1.屈服是材料由弹性变形向弹-塑性变形过度的明显标志。

2.低碳钢单向静拉伸曲线特征及形变过程在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形以及不均匀集中塑性变形4个阶段3.真应⼒/应变与⼯程应⼒/应变的换算4.弹性变形的本质：构成材料的原⼦（离⼦）或分⼦⾃平衡位置产⽣可逆位移的反映。

5.弹性模量的影响因素答：键合⽅式和原⼦结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间6.滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。

7.包申格效应：⾦属材料经预先加载产⽣少量塑性变形，⽽后同向加载，规定残余伸长应⼒增加，反向加载，规定残余拉伸应⼒降低的现象。

（包申格效应可以通过热处理来消除。

）8.弹性滞后环：在⾮理想弹性的情况下，由于应⼒和应变不同步，使加载线与卸载线不重合⽽形成⼀封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。

9.内耗：在⾮理想弹性的情况下，由于应⼒和应变不同步，使加载线与卸载线不重合⽽形成⼀封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。

存在弹性滞后环的现象说明加载时材料吸收的变形功⼤于卸载时材料释放的变形功，有⼀部分加载变形功被材料吸收。

这部分在变形过程中被材料吸收的功称为材料的内耗。

10.⽆机⾮⾦属材料的塑性特点论述⼤多数⽆机⾮⾦属材料在常温下不能产⽣塑性形变的原因【答案】⽆机⾮⾦属材料滑移系统少，不易产⽣塑性形变，主要原因有：（1）离⼦键或共价键，具有明显的⽅向性。

（2）同号离⼦相遇，斥⼒极⼤，只有个别滑移系统能满⾜位错运动的⼏何条件和静电作⽤条件。

（3）晶体结构愈复杂，满⾜这种条件就愈困难。

陶瓷材料⼀般呈多晶状态，⽽且还存在⽓孔、微裂纹、玻璃相等。

其晶粒在空间随机分布，不同⽅向的晶粒，其滑移⾯上的剪应⼒差别很⼤。

即使个别晶粒已达到临界剪应⼒⽽发⽣滑移，也会受到周围晶粒的制约，使滑移受到阻碍⽽终⽌，所以多晶材料更不容易产⽣滑移。

材料磨损试验

材料磨损试验
材料磨损是指材料表面因受到外力摩擦或冲击而逐渐失去原有形状和质量的过程。

磨损试验是评价材料抗磨损性能的重要手段，通过对材料的磨损行为进行定量分析，可以为材料的设计、选用和改进提供科学依据。

本文将介绍材料磨损试验的基本原理、常用试验方法以及实验过程中需要注意的问题。

磨损试验的基本原理是通过模拟材料在实际工作条件下受到摩擦或冲击而发生
磨损的过程，来评价材料的耐磨性能。

常用的磨损试验方法包括滑动磨损试验、轮胎磨损试验、砂轮磨损试验等。

这些试验方法可以模拟不同工况下材料的磨损情况，为材料的选择和设计提供参考依据。

在进行磨损试验时，需要注意以下几个问题。

首先，要选择合适的试验条件，
包括载荷、速度、温度等参数，以保证试验结果的可靠性。

其次，要选择合适的试验设备和试验方法，确保试验过程的精确性和可重复性。

最后，要对试验结果进行准确的数据分析，得出科学的结论。

总之，材料磨损试验是评价材料性能的重要手段，通过对材料磨损行为的定量
分析，可以为材料的设计和选用提供科学依据。

在进行磨损试验时，需要注意选择合适的试验条件和方法，确保试验结果的可靠性和准确性。

希望本文对您有所帮助，谢谢阅读。

材料性能学实验报告

材料性能综合实践指导书姓名：谭秀熊学号： 3101602325班级：材料科学1003指导教师：李巍福建工程学院·材料科学教研室2012年12月实验一拉伸及压缩实验一、实验目的1、观察分析低碳钢、铸铁、黄铜、工程塑料拉伸过程及实验现象；2、测定低碳钢拉伸时的弹性模量 E 、屈服极限σS 、强度极限σb 、延伸率δ 、截面收缩率 ψ；用引伸计测定塑性材料的弹性模量；3、观察分析比较不同材料的实验过程及实验现象；4、认识典型塑性材料力学性能特点和断裂特征；5、掌握万能材料实验机的基本操作；二、实验设备及试样1、微机控制电子万能试验机游标卡尺2、低碳钢、铸铁、Q235、45钢拉伸试样（一般为圆形截面），l 0=10d=100mm,将l 0十等分，用画线刻划圆周等分线三、实验原理及方法1、屈服极限σS 及强度极限σb 的测定试样加载时到达屈服阶段时，低碳钢的P 一L 曲线呈锯齿形。

与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。

同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标，一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps 对应的应力作为屈服极限σS 。

因为进入屈服阶段时，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷Ps 。

以试样的初始横截面面积Ao 除Ps ，即得屈服极限。

σS =Ps ／P b屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力。

载荷到达最大值P b 时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力度盘的从动针停留在P b 不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。

以试样的初始横截面面积A 0除P b ，即得强度极限。

σ b =P b ／P b2、延伸率及断面收缩率的测定试样的标距原长为l 0,拉断试样后将两端试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l 1，延伸率为 =（l 1- l 0／l 0）×100%。

材料性能总结

材料性能总结材料⼒学性能第⼀章材料单向静拉伸的⼒学性能1、名词解释弹性⽐功：为应⼒-应变曲线下弹性范围所吸收的变形功的能⼒,⼜称弹性⽐能，应变⽐能。

即弹性⽐功=σe2/2E =σeεe/2 其中σe为材料的弹性极限，它表⽰材料发⽣弹性变形的极限抗⼒包申格效应：指原先经过变形，然后反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。

滞弹性：应变落后于应⼒的现象，这种现象叫滞弹性粘弹性：具有慢性的粘性流变，表现为滞后环，应⼒松弛和蠕变。

上述现象均与温度，时间，密切相关。

内耗：材料在弹性范围加载和卸载时，有⼀部分加载变形功被材料所吸收，这部分功叫做材料的内耗.塑性：指⾦属材料断裂前发⽣塑性变形的能⼒。

脆性断裂：材料断裂前基本上补产⽣明显的宏观塑性变形。

断⼝⼀般与正应⼒垂直，宏观上⽐较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。

韧性断裂：材料断裂前及断裂过程冲产⽣明显宏观塑性变形的断裂过程。

断⼝往往呈暗灰⾊、纤维状。

解理断裂：在正应⼒的作⽤下，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。

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。

河流花样：实际上是许多解理台阶，不是在单⼀的晶⾯上。

流向与裂纹的扩展⽅向⼀致。

韧窝：材料发⽣微孔聚集型断裂时，其断⼝上表现出的特征花样。

2、设条件应⼒为σ，真实应⼒为S，试证明S>σ。

证明：设瞬时截⾯积为A，相应的拉伸⼒为F，于是S=F/A。

同样，当拉伸⼒F有⼀增量dF时，试样在瞬时长度L的基础上变为L+dL，于是应变的微分增量应为de=dL/L，试样⾃L0伸长⾄L 后，总的应变量为e=lnL/ L0 式中e为真应变。

于是e=ln（1+ε）假设材料的拉伸变形是等体积变化过程，于是真应⼒和条件应⼒之间有如下关系：S=σ（1+ε）由此说明真应⼒S⼤于条件应⼒σ3、材料的弹性模数主要取决于什么因素？⾼分⼦材料的弹性模数受什么因素影响最严重？答：材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原⼦间的结合⼒，⽽材料的成分和组织对它的影响不⼤，可以说它是⼀个对组织不敏感的性能指标（对⾦属材料），⽽对⾼分⼦和陶瓷E对结构和组织敏感。

摩擦磨损实验报告概要

摩擦磨损实验实验报告汪骏飞（机自92 学号09011041）一、实验目的1. 摩擦系数和磨损量的测量2. 了解和熟悉表面粗糙度测量仪、电子分析天平、多功能摩擦磨损试验机等实验仪器的基本原理与实验步骤二、实验仪器1. 表面粗糙度测量仪2. 光学显微镜3. 电子分析天平4. 多功能摩擦磨损试验机三、实验内容1. 摩擦系数的读取2. 磨损量的测量3. 磨损前后的表面形貌的显微观察，辨别磨损形式四、实验步骤1. 用丙酮在超声波中清洗钢球和圆盘，然后用脱脂棉球擦拭；最后热风吹干待用2. 将一个清洁钢球安装在球夹具中，并固定于摩擦试验机3. 测试试样的表面粗糙度4. 用双面胶把圆盘固定于摩擦试验机5. 在实验载荷和速度下，开动电动机驱动主轴旋转6. 试验时间达到给定时间时，关掉电动机，卸去载荷取出试样，并清洗试样7. 用光学显微镜测量球上的磨斑直径，显微镜观察圆盘的磨痕宽度和深度，取平均值8. 清理现场9. 撰写实验报告五、实验参数试样：直径9.5mm的钢球；直径30mm，高度5mm的高速工具钢涂层圆盘实验条件：载荷5n或10n；速度0.05m/s；时间：20min；润滑方式：干摩擦实验内容：1. 摩擦系数的读取：（1）静摩擦系数静摩擦系数随着时间慢慢减小，一开始为最大cof=0.004 半径：radius = 8.999mm 速度：velocity = 0 m/s 力： set force = -10 n （2）动摩擦系数的读取：半径：radius = 8.999mm 速度：velocity = 53.05 力：set force = -10n 对12000行数据进行数学计算，发现cof在0.28附近，不妨取cof=0.28 3.磨损量的测算：（1）小钢球磨损直径d=830.27+838.622=834.45um 已知球半径r=9.5mm求线磨损量：h=r? r2?(2=18.36mm 2d磨损体积v=πh2 r?3 =5.02×10?3mm3 h磨损系数：取硅薄膜的维氏硬度为1400hv 由archard磨损公式vh5.02×10?3×1400k===5.85×10?2 由以上数据分析知，钢球与硅薄膜之间的磨损属于严重磨损（2）圆盘圆盘的磨损量图：上图的圆环宽度为0.15176mm，求出磨损体积为0.53132mm 3.磨损前后表面形貌的观察：小钢球： 3 对于圆盘：对两个图像的分析发现，两者均为磨料磨损。