浙大材料力学15-材料力学性能
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》PPT课件
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
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消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
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金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
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第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
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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。
【浙江大学 材料性能】14-材料力学性能130102
Materialas and Design 闭孔材料 高分子颗粒 金属包覆 烧结
美国加州大学休斯研究实验室 有限公司和加州理工学院开发 密度仅0.9mg/cm3，比泡沫 塑料轻100倍。
第九章 先进材料的力学性能
四、块状非晶合金的力学性能
材料
抗拉强 弹性模 度/MPa 量/GPa
1089
软、硬两种原子区域组成的微结构，2%的塑性
第九章 先进材料的力学性能
五、纳米材料的力学性能
纳米金属材料
1.8
纳米Cu的超塑性
制备
急冷：106K/s，100mm薄带 合金化：Pd基、Ni基、Fe基
1 K/S，100mm圆柱
特性
弹性应变量可达2.2% 一般金属＜0.2%
高温下玻璃态（高塑性）
Pd80Si20
1330
67
Pd77Cu6Si17
1530
96
Pd64Ni16P20
1560
93
Pd16Ni64P20
1760
非晶塑性未表达出来，是实验条件所致
Physical Review B (2007,75,134201) Applied Physics Letters (2007,90,191909)
冲压试验方法---提高切应力分量 发现明显的剪切变形带，有稳定的剪切变形能力
马氏体相变=塑性？
A. L. Greer, K. L. Rutherford, and I. M. Hutchings, Wear resistance of amorphous alloys and related materials, International Materials Reviews, 47(2002)87-112
《材料的力学性能》课件
# 材料的力学性能 材料力学性能的概念以及其重要性。
简介
材料力学性能是指材料在受力或变形时所表现出的力学行为。具体包括弹性模量、硬度、抗拉强度和延伸率、 疲劳性能以及韧性等多个方面。
弹性模量
弹性模量是衡量材料在受力后恢复原状的能力。它的测量方法有多种，如张拉试验、压缩试验等。弹性模量的 应用广泛，可以用于材料的设计和优化。
硬度
硬度是材料抵抗外界物体对其表面产生塑性变形的能力。硬度的测量方法有 多种，如洛氏硬度、布氏硬度等。不同硬度对应不同材料类型，可以用于材 料的鉴定。
抗拉强度和延伸率
抗拉强度是材料抵抗外界拉伸力量的能力，延伸率表示材料在被拉伸后能够 变长的程度。抗拉强度和延伸率的测量方法有多种，广泛应用于材料的性能 评估和周期性荷载作用时的抗性能。疲劳性能的测量方法有多种，影响因素包括材料的 应力集中、引入缺陷等。预测和评估疲劳寿命对材料的可靠性设计至关重要。
韧性
韧性是材料在受力时能够吸收大量能量而不断变形的能力。韧性的测量方法 有多种，如冲击试验等。韧性的应用广泛，特别适用于需要抵抗冲击的工程 材料。
总结
材料力学性能是衡量材料质量和可靠性的重要指标。通过评估材料的弹性、 硬度、抗拉强度和延伸率、疲劳性能以及韧性等性能指标，可以为材料的选 择、设计和优化提供指导。展望未来，材料力学性能的发展趋势包括多功能 材料的设计和制备，以及对环境和能源的可持续性要求。
材料的力学性能
材料的力学性能
1.刚度---材料抵抗弹性变形的能力
2.强度---材料对塑性变形的抗力
1）屈服强度σs ，材料抵抗塑性变形的能力。
2）抗拉强度σb ，材料抵抗断裂的能力。
3）条件屈服强度σ0.2，有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。
4）屈强比σs/σb，钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。
3.塑性---材料塑性变形的能力
1）延伸率δ，试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数。
2）断面收缩率ψ，试样拉断时颈缩部位的截面积与原始截面积之差，与原始截面积之比的百分数。
4.硬度---材料表面上，局部体积内对塑性变形的抗力
1）布氏硬度 HB，测量有色金属、铸铁等软材料。
2）洛氏硬度 HRC，测量淬火钢等硬材料（当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量）。
3）维氏硬度 HV，测量硬质合金等高硬度材料。
6.疲劳强度 -1 ---材料承受N次应力循环而不断裂的最大应力
疲劳机理：应力集中、表面状态、内部缺陷等导致显微裂纹>裂纹扩张>零件有效截面减小>
断裂。
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的表现，它是材料工程中最基本也是最重要的性能。
其特征可以通过材料的塑性、弹性、韧性、疲劳强度等描述。
一、塑性塑性是指材料在外力作用下，由于内部构造结构的变形而产生的变形能力。
材料受到足够大的外力时，会发生变形，并能保持变形状态。
当外力消失时，材料也可以恢复原来的形状。
塑性可以用弹性模量来衡量，单位为常用的GPa（千兆帕）或Mpa（兆帕）。
二、弹性弹性是指材料在外力作用下，由于内部构造结构的恢复能力而产生的恢复能力。
材料受到外力时，会发生变形，但当外力消失时，材料可以完全恢复原始形状。
弹性可以用弹性模量来衡量，单位为常用的GPa（千兆帕）或Mpa（兆帕）。
三、韧性韧性是指材料在受力作用下，由于内部构造结构的自我修复能力而产生的恢复能力。
当材料受到外力时，会发生变形，但当外力消失时，材料可以恢复部分原始形状。
韧性可以用韧性模量来衡量，单位为常用的GPa （千兆帕）或Mpa（兆帕）。
四、疲劳强度疲劳强度是指材料在受力作用下，由于内部构造结构的疲劳破坏而产生的抗疲劳能力。
当材料受到外力时，会逐渐发生疲劳破坏，最终导致破坏。
疲劳强度可以用抗疲劳模量来衡量，单位为常用的GPa（千兆帕）或Mpa（兆帕）。
五、吸能量吸能量是指材料在受力作用下，由于内部构造结构的吸收能力而产生的吸收能力。
当材料受到外力时，会吸收一定的能量，这就是材料的吸能量。
吸能量可以用吸能量模量来衡量，单位为J/m3。
材料力学性能是材料性能的基础，它可以直接反映出材料的物理性质，并且可以用来衡量材料的强度、硬度等性能。
正确理解材料力学性能，可以为材料工程应用提供重要参考。
浙大机械考研试题及答案
浙大机械考研试题及答案模拟试题：浙江大学机械工程专业考研真题一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于材料力学性质的描述，哪一项是不正确的？A. 弹性是指材料在外力作用下发生形变，去除外力后能完全恢复原状的性质B. 塑性是指材料在外力作用下发生永久性形变的性质C. 硬度是指材料抵抗外物体压入其表面的能力D. 韧性是指材料在断裂前能吸收的能量2. 在机械设计中，通常采用哪种方法来提高零件的疲劳强度？A. 增加材料的硬度B. 减少零件的表面粗糙度C. 增加零件的工作温度D. 增加零件的尺寸3. 下列关于热力学第一定律的表述，哪一项是正确的？A. 能量守恒定律B. 能量可以被创造或消灭C. 能量的转换具有方向性D. 能量转换过程中总量会减少4. 在液压系统中，帕斯卡定律描述的是：A. 液体的静压力与其深度成正比B. 液体的流速与管道直径成反比C. 液体中任意一点的压力与该点到液面的距离成正比D. 液体中任意一点的压力与该点到液面的距离成反比5. 机械振动中，阻尼对振动的影响是：A. 增加振动的频率B. 减少振动的幅度C. 改变振动的周期D. 使振动的频率和幅度同时增加6. 下列关于齿轮传动的描述，哪一项是正确的？A. 齿轮传动的效率与齿轮的齿形无关B. 齿轮传动的效率与润滑条件无关C. 齿轮传动的效率与齿轮的材质无关D. 齿轮传动的效率与齿轮的制造精度有关7. 在铸造工艺中，哪种方法可以减少铸件的内应力？A. 增加浇注温度B. 减少冷却速度C. 增加铸件壁厚D. 减少铸型材料的强度8. 下列关于轴承的描述，哪一项是不正确的？A. 滑动轴承主要依靠滑动摩擦来工作B. 滚动轴承主要依靠滚动摩擦来工作C. 轴承的寿命与轴承的负载无关D. 轴承的润滑可以减少摩擦和磨损9. 在机械加工中，刀具材料的基本要求包括：A. 高硬度和高耐磨性B. 高韧性和高冲击负荷C. 高耐热性和低热硬度D. 高导热性和低热膨胀系数10. 下列关于机械系统的描述，哪一项是正确的？A. 机械系统的动态特性只与系统的结构有关B. 机械系统的动态特性只与系统的负载有关C. 机械系统的动态特性与系统的结构和负载都有关D. 机械系统的动态特性与系统的材料无关答案：1. B2. B3. A4. A5. B6. D7. B8. C9. A10. C二、简答题（每题10分，共30分）11. 简述机械加工过程中的切削三要素及其对加工过程的影响。
浙江大学材料力学性能复试课件16 材料力学性能复习
第三章：塑性变形
• 晶体塑性变形机理：位错运动 • 塑性变形难易：与位错运动的难易有关 • 滑移与孪生 • 高分子及非晶材料的塑性变形机理 • 金属材料的强化 • 机理：阻止位错运动、无位错 • 方法：固溶、相变、弥散、加工硬化、细晶、无缺陷 • 实例：??? • 材料的超塑性 • 现象： • 机理：？ • 与位错运动不同的变形机理 • 纳米材料的超塑性？
Cu-Al合金变形行为的 原位透射电镜研究
指导教师：孟 亮 教授 刘嘉斌 讲师
报 告 人：陈陈旭 3090103046 材料0903班
研究现状
Cu-Al合金
0.2～ 2wt.%
4～6wt.%
符合 hall-petch
关系
额外硬化 [7]
孪 晶
图一 不同Al含量的Cu-Al合金 准静态压缩应力－应变曲线[7]
材料的其他力学性能试验
• 弯曲 • 压缩 • 扭转 • 不同试验方法的特点及选择---为什么？ • 塑性材料 • 脆性材料 • 扭转试验
第四章：材料的硬度
• 何谓材料的硬度？ • 定性 • 半定量 • 定量：压入法、回跳法 • 布氏、洛氏、维氏、努氏、肖氏、里氏 • HB、HRC、HRA、HRB、HV、HK、HS、HL • 硬度检测方法的选择 • 不同材料：陶瓷、珠宝 • 不同硬度：软、硬 • 不同形状尺寸：大件、小件 • 不同部位：表面层、微观组织 • 不同环境：现场检测
性 • 原因？ • 纳米材料的力学性能 • 有哪些特殊的力学现象？ • 超塑性、反Hall-Petch关系
• 高温力学性能 • 蠕变现象：与时间有关 • 蠕变变形机速率、蠕变伸长率） • 持久强度 • 抗蠕变方法？ • 应力腐蚀开裂与氢脆 • 现象：特定材料与特定的腐蚀环境 • 断口特征： • 机理： • 氢脆
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。
材料力学性能重点总结
材料力学性能重点总结1.强度：强度是材料抵抗外部载荷引起的破坏的程度，通常使用屈服强度、抗拉强度和抗压强度来评价。
强度越高，材料越能承受外部载荷。
2.韧性：韧性是材料在受力时发生塑性变形以及能够吸收能量的能力。
材料具有较高的韧性时，能够在受到巨大应力时仍然保持不破裂。
3.硬度：硬度是材料抵抗表面破坏的能力，也可以理解为材料的抗刮伤能力。
硬度可以衡量材料的耐磨性和耐磨损能力。
4.弹性模量：弹性模量是材料在受力后恢复原状的能力，可以评估材料在受力后的变形程度。
弹性模量越大，材料的刚性越高。
5.延展性：延展性是材料在受力时能够发生塑性变形而不破坏的能力。
延展性高的材料可以更好地适应复杂应力和形状变化。
6.断裂韧性：断裂韧性是材料在受到外部载荷时能够抵抗破坏的能力。
它是强度和韧性的综合指标，可评估材料在极限条件下的断裂性能。
7.蠕变性：蠕变性是材料在长期受力情况下发生的塑性变形。
材料的蠕变性能评估了其在高温和持续应力下的稳定性。
8.疲劳性：疲劳性是材料在受到反复应力循环后发生破坏的能力。
疲劳性能评估了材料在长期使用过程中的可靠性和耐久度。
9.冲击韧性：冲击韧性是材料在受到突然冲击加载时抵抗破坏的能力。
它可以评估材料在极端工作条件下的抗冲击性能。
10.耐腐蚀性：耐腐蚀性是材料抵抗环境介质侵蚀和化学反应的能力。
材料的耐腐蚀性能评估了其在特定环境中的稳定性和使用寿命。
以上是材料力学性能的重点总结，它们通常都与材料的微观结构、成分、加工工艺和使用条件有关。
通过评估和选择材料的力学性能，可以确保材料在各种应用中具有足够的强度、韧性和稳定性。
材料力学性能 (2)
材料力学性能
材料力学性能是指材料在受力作用下的力学性能，包括以下几个方面：
1. 强度：材料的强度是指其抵抗外部力量破坏的能力。
常用的强度指标有抗拉强度、抗压强度、抗剪切强度等。
2. 韧性：材料的韧性是指其能够吸收外部作用力而发生塑性变形的能力。
韧性高的材料具有较大的塑性变形能力，可以在受到强力作用时不容易断裂。
3. 脆性：脆性是指材料在受力作用下发生断裂的倾向。
脆性材料在受到一定力量作用时容易发生断裂。
4. 硬度：材料的硬度是指其抵抗局部变形的能力。
硬度高的材料表面不容易发生划痕或凹陷。
5. 可塑性：可塑性是指材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
材料的可塑性越高，其变形能力越大。
6. 弹性：弹性是指材料在受力作用下发生弹性变形的能力。
弹性材料在受力后能够恢复原状。
以上是材料力学性能的一些常见指标，不同材料具有不同
的力学性能特点。
材料的力学性能是衡量其适用性和使用
寿命的关键因素。
浙大材料科学与工程15级培养方案
09192090 材料结晶化学
2.0 2.0-0.0 三 冬
09192110 晶体生长基础
(1)必修课程
浙41 学分
江 1)专业基础预修课程
19 学分
课程号
课程名称
061B0370 大学化学实验（G）
大
061B0450 无机及分析化学 061B0030 概率论
学
学分 周学时 年级 学期 2.0 0.0-4.0 一 春夏 4.0 4.0-0.0 一 春夏 1.5 1.5-0.0 二 秋
浙
09120780 特种粉体与器件 09192280 光电材料与器件 09192310 新型建筑材料 09192340 复合材料
University
2.0 2.0-0.0 二 春 3.0 3.0-0.0 二 春夏 3.0 3.0-0.0 二 春夏 2.0 2.0-0.0 二 夏 2.0 2.0-0.0 三 春 2.0 2.0-0.0 三 春 2.0 2.0-0.0 三 春 2.0 2.0-0.0 三 春 2.0 2.0-0.0 三 夏 2.0 2.0-0.0 三 夏 2.0 2.0-0.0 三 夏 2.0 2.0-0.0 三 夏
学分 周学时 年级 学期 2.0 2.0-0.0 三 春
浙
09192290 09192320
江
09192330 09193480
大 63120020
学63120070 63120120
功能陶瓷材料与器件 储氢材料 磁性材料 新型功能玻璃 太阳电池材料 半导体发光材料与器件 热电材料
材料力学性能重点总结
材料力学性能重点总结1.强度：材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
常用于评估材料抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
强度与材料内部结构关系紧密，常用措施是通过原子间结合力和晶粒结构的稳定性提高强度。
2.韧性：材料的韧性是指承受冲击负载时材料能够发生塑性变形而不发生断裂的能力。
韧性与材料断裂韧度有关，断裂韧度越高，材料的韧性越好。
韧性的提高可以通过增加材料的塑性变形能力来实现，例如降低材料的晶界和相界的应力集中。
3.硬度：材料的硬度是指材料抵抗外部划痕或压痕的能力。
硬度可以用于评价材料的耐磨性和抗划伤性能。
通常，硬度较高的材料具有较好的耐磨性和较高的抗划伤能力。
硬度可以通过提高材料的晶粒尺寸和强化材料的位错密度来改善。
4.塑性：材料的塑性是指材料在受力后能够发生可逆性的非弹性形变的能力。
塑性变形是材料在受力过程中重要的变形方式，可以提高材料的韧性和变形能力。
材料的塑性与材料的熔点、晶粒尺寸和晶粒形态等因素有关。
5.疲劳寿命：材料的疲劳寿命是指材料在循环加载下能够承受的应力循环次数。
疲劳寿命是材料设计和选择的重要指标，特别是在机械和航空领域中。
疲劳寿命与材料中的微观缺陷、动态应力等因素密切相关。
6.脆性：材料的脆性是指材料在受力时容易发生断裂的性质。
脆性材料在受力作用下会发生紧急的破坏，通常不会发生明显的可逆塑性变形。
与韧性材料相比，脆性材料更容易发生断裂。
材料的脆性取决于材料中的缺陷结构和应力分布。
总的来说，材料力学性能是评价材料质量的重要指标。
强度、韧性、硬度、塑性、疲劳寿命和脆性是材料力学性能的关键指标。
合理设计和选择材料可以改善材料力学性能，提高材料的耐久性和可靠性。
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复习
三、多孔材料的力学性能
多孔材料结构特点？ 有什么用处？ 力学性能的特点？
四、非晶合金的力学性能
结构特点? 高硬、高强度，机理？ 有塑性吗？机理？
五、纳米料的力学性能
纳米金属的超塑性 反霍尔-佩奇关系？ 陶瓷纳米复合增韧
六、生物材料的力学性能
概述 “天然生物材料”和”生物医用材料”
Sylvain Deville, Eduardo Saiz, Ravi K. Nalla,† Antoni P. Tomsia SCIENCE, VOL 311 27 JANUARY 2006
Fig. 1. Processing principles and materials
While the ceramic slurry is freezing, the growing ice crystals expel the ceramic particles, creating a lamellar microstructure oriented in a direction parallel to the movement of the freezing front (A). Dense composites are obtained by infiltrating the porous lamellar ceramic with a second phase (e.g., a polymer or a liquid metal).
密度 g/cm3
/ 2.6 2.4 1.7
/ / 0.98
弹性模量 GPa 5.52 100 80~90 140 14 110 1.94②
压缩强度 MPa / 1000
250~370 800 / / 14.2
抗弯强度 MPa 38① 220
220~360 800 200 1600 22①
最小延伸率 % 0.7 ＜1 / ＞4 / 1.3 150
其他力学性能
耐久性（寿命。疲劳、磨损）
人造导管：人体血管内工作3天以上 金属骨钉：6个月以上 心脏瓣膜：每分钟弹跳约60次，寿命不低于10年 髋关节：10年以上
新材料及其力学性能？
人造肌肉、血管等？强度？延伸率？ 超高分子量聚乙烯髋臼杯 形状记忆合金及其力学性能特点？ 钴基合金的耐磨性？ 医用镁合金的力学性能---能达到要求吗？
表 皮质骨的力学性能
性能指标
拉伸强度/MPa 压缩强度/MPa 弯曲强度/MPa 弹性模量/GPa 剪切模量/GPa KIC/MPa·m1/2
加载方向与骨干
平行
垂直
124~174
49~51
170~193
133
160
17.0~18.9
11.5
3.3
2~12
表 牙齿的力学性能
抗压强度/MPa 硬度Hv
牙本质 300 70
为什么有如此性能？
什么样的结构？ 为什么这种结构具有特殊的力学性能？ 如何获得这种结构？养蜘蛛？人工制备？
半结晶超分子结构
其他文献？ 捕获丝的超分子结构
2003 Nature
贝壳的力学性能
结构
“叠层砖墙式复合”结构
200nm
超薄CaCO3(95%)+纳米厚度的有机物 +5nm
性能
硬度为CaCO3的2倍；韧性为其1000倍
延伸率 % 40 12 10 30 9 15 8
生物医用陶瓷材料
材料：Al2O3、ZrO2，羟基磷灰石等 优点：生物相容性较好 缺点：脆，因此常用在表面 骨骼系统的修复和替换
表 几种生物医用陶瓷材料的力学性能
Al2O3高纯态 低温各向同性态
C 玻璃态
超低温各向同性态
ZrO2热等静压烧结态
天然生物材料：牙、骨、贝壳、珍珠、蚕丝、蜘蛛丝 生物医用材料：假牙、人工髋关节、人工心脏
(a)齿科植入材料 (b)人工髋关节
(c)心脏瓣膜
天然生物材料的力学性能
蜘蛛丝
放射状骨架丝(纵丝)；牵引丝(逃命) 反时针织造圆形螺旋丝（横丝） 上有粘珠：4%粘性物质+80%水 捕获飞虫
养只蜘蛛保护地球
密度 g/cm3 3.93 1.6~2.2 1.4~1.6 1.5~2.2
6.1
弹性模量 GPa 380 18~28 24~31 14~21 200
硬度 Hv 2300 150~250 150~250 150~250 1300
压缩强度 MPa 550
280~560 70~210 350~700
1200
机理
片层间相互滑移 → 断裂前能经受较大的塑性变形 裂纹沿层片间的有机层扩展 → 阻止裂纹的穿透扩展 开裂，片层之间摩擦力(拔出) → 消耗裂纹扩展能量
1.0μ
1.0μ
珍珠层裂纹扩展过程的原位观察
如何制备？
Freezing as a Path to Build Complex Composites
Natural nacre has a brick-mortar-bridges microstructure: B, C, D. E, F: the alumina–Al-Si composite
水的凝固---相变
《水知道答案》
田园交响曲 离别曲
Fig. 3. Mechanical response of natural and synthetic IT composites.
←10亿经费
NASA科学家→巨大的太空蜘蛛
蜘蛛丝的力学性能
韧性是钢筋的6倍，断裂强度800MPa 弹性是尼龙的2倍，拉伸10倍不断裂， 支撑4千倍体重 铅笔粗蜘蛛丝可拦截飞行的波音747客机 优异的能量吸收 如何得知？
蜘蛛侠
蜘蛛丝的力学性能
断裂强度800-1400MPa 优异的能量吸收
类型
晶体
棱柱 方解石
珍珠层 文石 交叉叠层 文石
簇叶 方解石 均匀分布 文石
蛋白质基体 (wt%)
1%~4%
1%~4% 0.01%~4% 0.1%~0.3%
/
强度 / MPa 拉伸 压缩 弯曲 60 250 140
130 380 220 40 250 100 30 150 100 30 250 80
硬度 MPa
162
168 250 110
/
机理？
0.5mm厚
500μm=5×105nm 200nm宽，厚度方向有2500块砖 位移5nm，总位移12500nm=12.5μm 变形量：12.5/500=2.5%
1cm长
10mm=1×104 μm 砖长2μm，砖数量：10000/2=5000块 位移5nm，总位移=25μm 变形量：25/10000=2.5%
牙釉质 330 ＞300
生物医用金属材料
不锈钢、钴基和钛基合金 高的机械强度和抗疲劳性能
表 几种生物医用金属材料的力学性能
不锈 钢
钴基 合金
钛基 合金
F55退火态 F55冷加工 铸CoCrMo退火态 锻CoCrMo退火态 锻CoCrMo冷加工 Ti退火态 Ti6Al4V退火态
密度 g/cm3
抗拉强度 MPa 4500 / / / /
生物医用复合材料（高分子材料）
前述材料的复合，生物、力学等性能的优化 人和动物体中绝大多数是复合材料
表 几种生物医用复合材料的力学性能
聚甲基丙烯酸甲酯 C60SiC C60SiC (5%孔隙率) 碳纤维增强碳 环氧树脂12.5碳 连续碳纤维增强聚砜 超高分子聚乙烯
The three-points bending load-displacement data for IT HAP-epoxy composites (A) was qualitatively very similar to that of nacre (C) SEM of the IT composites (B) and nacre (C) reveal similar features on the fracture surface. Extensive crack deflection at the organic-inorganic interface results in tortuous crack paths and contributes to the toughening in both cases (D). The role of the interfacial chemistry in the bonding between layers and the final mechanical properties of the material is illustrated in the data (E) for alumina–Al-Si composites (45/55 vol %); the addition of 0.5 wt % titanium to the aluminum alloy significantly increases the strength and toughness of the materials.
“自我锋利”的刀具？
医用材料的力学性能
各种医用材料
Ti6Al4V
骨骼 心血管系统 器官
应用 人工关节 金属骨固定板 牙齿修复 血管 心脏瓣膜 导管 人工心脏 人工皮肤
材料种类 钛铝钒合金，不锈钢，聚乙烯 不锈钢，钴铬合金 钛，氧化铝，磷酸钙 特氟隆，涤纶，聚氨酯 不锈钢，碳材料，钛合金 硅胶，特氟隆，聚氨酯 聚氨酯 硅胶-胶原复合物
Yi LIU, Zhengzhong Shao and F. Vollrath Relationships between supercontraction and mechanical properties of spider silk nature materials, VOL 4 2005