大连理工大学精品课程-材料力学性能-第二章-硬度
大连理工材料科学基础精华版第一章
净能 EN
EN FN dr FAdr FR dr EA ER
r
r
r
平衡距离r0 Equilibrium distance； 当 FA+ FR = 0 时的原子间距 当r = r0 时， E0称为结合能（Bonding energy），将2个原子无限分离 所需能量。平衡距离下的作用能 通常r0 0.3nm (3Å)
活泼的金属元素(IA，IIA和IIIA主族金属元素和低价态的过渡金属元素)和 活泼的非金属元素 (VIA，VIIA和N元素)之间。
电负性相差大的原子相互靠近时，成为正负离子，通过库仑静电引力形成。
Cl- Na+
例如：NaCl, MgO
电子转移
A 吸引能：E A r B 排斥能： E R n (n~8) r
Pauling electronegativtiy
1.2 原子的结合方式
原子键合的本质
从作用力角度： 吸引力 attractive force FA
排斥力 repulsive force FR
合力 net force FN FN = FA + FR
FN = 0 平衡位置r0
从能量角度： 吸引能（Attractive energy）EA 排斥能（Repulsive energy）ER 净能 （Net potential energy）EN
物质结构
第一章 原子结构
1. 任何物质由原子组成
结合方式 物质的性能 排列方式
2. 物质的聚集状态：
气态gas、液态liquid和固态solid
3. 工程材料通常是固态物质，是由各种元素通过 原子、离子或分子结合而成
原子、离子、分子之间的结合力称为结合键bond。 它们的具体组合状态称为结构structure。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(3)
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
假设一完整晶体受拉应力
F
作用后，原子间结合力与
引力
m
原子间位移的关系曲线如
a0
图 1-69 所 示 。 曲 线 最 大 值
2
原子位移x
斥力
m代表了晶体在弹性状态
下的最大结合力——理论
图1-69 原子间作用力与 原子位移曲线
断裂强度。作为近似，该曲线用正弦曲线表示：
由和式可得：m E ········· 2 a0 ···
另一方面，晶体脆性断裂时产生两个新的表面。
设单位面积的表面能为s，形成单位裂纹表面外力所 4 作的功U0应为-x曲线下所包围的面积：
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
U 0
2
m sin
2xdx
m
·········
材料的s实际上由表面能和塑性变形功组成，称为有效
表面能。塑性变形功与材料的有效滑移数目及裂纹尖端附近 可动位错数目有关。如bcc金属的有效滑移系数目多，但位 错受杂质原子的钉扎，可动位错数目少，易于脆性断裂。而
20 fcc金属的有效滑移系数目和可动位错数目都比较多，
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
适用于塑性变形 诱发的裂纹
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
三、断裂理论的意义
前已述及，公式 c 2Gs 是金属材料屈服时产
ky d
生解理断裂的判据。那么，应该有
1
c s i kyd 2
1
(id 2 ky)ky 2Gs
1
考虑应力状态的影响，上式可写成 (id 2 ky)ky 2Gsq
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
金属材料与热处理(金属材料的力学性能)PPT课件
.
14
机械零件常见的失效形式
➢ 断裂 ➢ 过大残余变形 ➢ 表面损伤失效 ➢ 材质变化失效 ➢ 破坏正常工作条件而引起的失效
.
15
机械零件常见的损坏形式
第二章 金属材料的性能
金属材料的性能
力
物
化
化
学
理
学
学
性
性
性
性
能
能
能
能
.
1
力学性能
➢ 力学性能 指金属在力的作用 下所显示出的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力-应变关系的 性能，如弹性、强度、硬度、塑 性、韧性等
.
2
➢硬度
引言：
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
➢ 静载荷：大小不变或变化过程缓慢；
➢ 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于 零件；
➢ 交变载荷：大小、方向或大小和方向随时 间发生周期性变化。
.
26
载荷的作用形式
➢ 拉伸载荷 ➢ 压缩载荷 ➢ 弯曲载荷 ➢ 剪切载荷 ➢ 扭转载荷
.
27
拉伸载荷
.
28
压缩载荷
.
29
弯曲载荷
弯曲载荷
.
30
➢ 剪切载荷
活塞销的挤压成形
.
22
塑性变形的应用
➢ 冷拔：用外力作用于被拉金属 的前端，将金属坯料从小于坯 料断面的模孔中拉出，使其断 面减小而长度增加的方法。冷 拔的产品较之于热成型有：尺 寸精度高和表面光洁度好的优 点。
2015年材料力学性能思考题大连理工大学讲解
一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。
2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。
3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机理分为和；按作用力的性质可分为和。
4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的现象，滞弹性应变量与材料、有关。
5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力；反向加载，规定残余伸长应力的现象。
消除包申格效应的方法有和。
6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。
7.过载损伤界越，过载损伤区越，说明材料的抗过载能力越强。
8. 依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为、、三类。
9．解理断口的基本微观特征为、和。
10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由、和三个区域组成。
11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、和。
12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。
一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。
14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为、和。
15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样，所测得的冲击吸收功分别用、标记。
16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有、和。
17. 机件的失效形式主要有、、三种。
18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。
19.内耗又称为，可用面积度量。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)
建立符合塑性变形临界条件（屈服）的函数表达
式r=f()，该式对应的图形即代表塑性区边界形状，
其边界值即为塑性区尺寸。
由材料力学可知，通过一点的主应力1、2、 3和x、y、z方向上各应力分量的关系为：
7
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1 x y
2
x
2
y
2
2 xy
1 K cos 1 sin
展。我们将x方向(＝0)的塑
性区尺寸r0定义为塑性区宽 度。
10
图4-2 裂纹尖端附近塑性区 的形状和尺寸
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
r0
1
2
K
ys
2
KI—应力场强度因子
ys—有效屈服应力
s—单向拉伸时的屈服强度 —泊松比
r0
1
2
K
s
2
（平面应力）
r0
(1 2 2
)2
、有效裂纹及KI的修正 由于裂纹尖端塑性区的存在，会降
低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增
加，因而会影响应力场及KI的计算，所 以要对KI进行修正。最简单和实用的方 法是在计算KI时采用虚拟等效裂纹代替 实际裂纹。
20
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
如图4-5所示，裂纹a前方
区域未屈服前，y的分布曲线
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
KI≥KI(KIC)是一个很有用的关系式，它将 材料的断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸 的关系定量地联系起来了。应用这个关系式可 解决有关裂纹体的断裂问题：如可以估算裂纹
体的最大承载能力、允许裂纹尺寸a及材料断
大连理工考研专业课《816材料力学》大纲
第1章材料力学的基本概念 2、轴向拉伸及压缩 3、剪切 4、扭转 5、弯曲内力6、弯曲应力 7、弯曲变形 8、应力状态理论和强度理论 9、组合变形 10、压杆稳定11、能量法 1 2、静不定系统 13动栽荷 14、疲劳《材料力学》教学大纲（4.5 学分，72 学时。
课堂教学64学时，实验教学8学时）适用专业：过程装备与控制工程（必修）材料力学是过程装备与控制工程专业（即专业目录修订前的化工设备与机械专业）的一门重要技术基础课。
它是机械设计、过程机械、成套装备优化设计、压力容器安全评估、典型过程设备设计等各门后续专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握材料力学的基本概念、基本知识；训练学生对基本变形问题进行力学建模和基本计算的能力；使学生熟悉材料力学分析问题的思路和方法；培养学生自觉运用力学观点看待工程和日常生活中实际事物的意识。
目的在于为学习本专业相关后继课程打好力学基础。
二、课程内容、基本要求与学时分配1．引言。
材料力学基本概念、教学任务、研究方法以及背景知识介绍。
（2学时）2．轴向拉伸和压缩。
熟练掌握轴向拉伸与压缩的内力计算，截面法，轴力，轴力图。
轴向拉伸（压缩）时横截面及斜截面上的应力。
拉（压）杆的变形计算，胡克定律，叠加原理，杆系结点的位移计算。
了解拉压杆的应变能及应变能密度的概念，材料在拉伸和压缩时的力学性质，掌握拉（压）杆的强度条件。
（6学时）3．剪切。
熟练掌握剪切胡克定律，学会画剪力图。
掌握用剪切强度和挤压强度条件进行简单设计和实用计算。
（3学时）4. 扭转。
熟练掌握薄壁圆筒的扭转，外力偶矩，扭矩，扭矩图，等直圆杆扭转时横截面上的应力，切应力互等定理，等直圆杆扭转时的变形计算，了解斜截面上的应力及应变能计算，掌握强度条件和刚度条件的建立。
（4学时）5．弯曲内力。
熟练掌握平面弯曲的概念，指定截面的剪力和弯矩计算，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图，剪力-弯矩与分布荷载之间的微分关系，叠加法做弯矩图。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)
解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
27
图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展，
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展，断裂路径不再 与晶粒位向有关，主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理，故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时，因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度，使两侧解理裂
纹存在位向差，故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核，裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增，形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能；
a0——原子面间距； E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为： (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得： f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力；
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 （二）、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成，并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段：塑性变形形成裂 纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”，这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第五章-影响疲劳强度的因素
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
影 响 因 素
3
工作条件
载荷条件 载荷频率 环境温度 环境介质
表面状态及 尺寸因素
尺寸效应 表面粗糙度 缺口效应
应 应 过次平
力 力 载载均
状 比 情情应
态
况况力
表面处理 材料因素
表面喷丸及滚压
表面热处理
表面涂层 化学成分 组织结构 各向异性 内部缺陷
26
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
喷丸只对承受弯曲、扭转疲劳的机件有用， 对拉压疲劳机件虽可阻止裂纹在表面萌生， 但却助长了裂纹在次表面的萌生，不仅不 利于提高疲劳强度，甚至有害。
滚压和喷丸类似，不过其压应力层深度较 大，适用于大工件，表面粗糙度低时强化 效果更好，但要求工件形状相对简单。提 高疲劳寿命的程度比喷丸要高1倍以上。
第五章 金属的疲劳
试验表明，加载应力低于并接近疲劳极限时，间歇提高疲 劳寿命比较明显，而间歇过载加载对疲劳寿命不但无益，甚至有害。 因为次载时有疲劳强化，间歇有应变时效强化，故能提高疲劳寿命。 而过载造成损伤累积有疲劳弱化，间歇没有效果。次载间歇有一个 最佳的间歇时间，与加载应力的大小有关，应力高，最佳间歇期短， 应力低，最佳间歇期长。间歇间隔周次也有一个最佳值，只有用合 适的间歇时间和最佳的间隔周次进行间歇加载，才会有效提高疲劳 强度和寿命。
27
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
表面热处理及表面化学热处理：
整体加热(低淬透性钢、薄壳件)
利 表面淬火 火焰加热
用组织
相变获得表
感应加热
面强化，可使机
件获得表硬心韧的 表面化学热处理
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第七章-金属的磨损(3)
V-冲蚀磨损体积 M-冲蚀粒子的总质量 v0-粒子入射初速度
18
s-材料屈服强度 -冲击角 0-临界冲击角，0=18.43º
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
由、式可知，冲击角对冲蚀磨损量有 重要影响：18.43º时，冲蚀磨损体积随冲击 角增加明显增加；＞18.43º时，冲蚀磨损体积
10
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
微动疲劳中，通常以疲劳强度下降比
frett 1
或疲劳强
1
度下降系数D
(
) frett
1
1
来表示微动损伤的影响。上式中的
1
通常是指寿命为107循环周次的疲劳强度，不一定是真正的
疲劳极限，因为在微动损伤后，即使原先有疲劳极限的材
料，此时也可能不再有疲劳极限了。表7-2示出了材料-1和
随冲击角增加逐渐降低。 实际上，塑性材料表面冲蚀坑是在短程微
切削和塑性变形作用下形成的，在粒子反复冲 击及材料反复塑性变形情况下形成磨屑致使材 料流失。 19
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
脆性材料如陶瓷、玻璃等，其冲蚀磨损是 裂纹形成与快速扩展的过程。当用锐角粒子冲 击脆性材料表面时，人们发现产生两种形状的 裂纹：一种是垂直于表面的初生径向裂纹，另 一种是平行于表面的横向裂纹。在粒子冲击下， 径向裂纹形成及其扩展降低了材料强度，横向 裂纹形成并扩展到表面致使材料脱落变为磨屑 而流失，如图7-14所示。 20
Finnie认为，塑性材料如铝、低碳钢等，表面
受粒子冲击形成冲蚀坑并导致材料流失是由于短程
切削作用所致。他在几个假定的条件下给出下列估
算冲蚀磨损量的公式：
2015年材料力学性能思考题大连理工大学
一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。
2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。
3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机理分为和；按作用力的性质可分为和。
4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的现象，滞弹性应变量与材料、有关。
5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力；反向加载，规定残余伸长应力的现象。
消除包申格效应的方法有和。
6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。
7.过载损伤界越，过载损伤区越，说明材料的抗过载能力越强。
8. 依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为、、三类。
9．解理断口的基本微观特征为、和。
10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由、和三个区域组成。
11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、和。
12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。
一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。
14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为、和。
15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样，所测得的冲击吸收功分别用、标记。
16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有、和。
17. 机件的失效形式主要有、、三种。
18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。
19.内耗又称为，可用面积度量。
大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。
4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
大连理工大学复试真题13-15
2015复试真题2013年复试笔试题一.根据材料判断用哪种硬度测量7x1 一共7个，全是工程材料力学性能第二章最后一题上的二.填空24个空，每3个一分，全是工程材料力学性能上的第一章和第五章的，比如疲劳端口的3个特征疲劳曲线疲劳裂纹萌生的3个方式还有好多是第一章的，总之比较简单，看的细就可以三.解释下列名词的内涵和含义5个10分弹性变形内耗低温脆性包申格效应比弹性功四全部是大题1超塑性的宏观特征4分2T型铸件受力分析53枝晶缩颈现象及解释和影响44合金钢的四大强化方法给了一个钢40铬让你分析55过共析钢在A1到Acm淬火和在Acm以上淬火分析哪个淬火后马氏体多含碳量多，为什么，哪种淬火方法好，为什么96一个钢淬火后没回火再奥氏体化后出现裂纹为什么，奥氏体化该有什么要求87.45号钢和一个渗碳钢20铬锰钛在930加热后直接淬火然后190回火，分析2钢的外边和内部成分58画出高速钢热处理图并解释每个阶段59给一个相图，求界面含量，用近平衡公式计算画出之后的组织如何处理凝固后的缺陷等问710给了一个图，塑性和温度的，3个波峰和3个波谷分析为什么塑性这么变化（过冷杂质析出相变影响晶界融化）6在《材料成型原理》320页11给了一个钢说明合金钢比普通钢有什么优点，试分析412贝氏体和粒状珠光体的特征和性能如何将粒状珠光体变成片状813形成优良性能铸铁的方法2012年复试笔试真题二.一、填空题（往年都没有填空题，今年新加，大家注意啦，我只说考点，大家自己看书吧。
）总共30个空，一个0.5分。
1.测材料的磨损的方法以及比磨损量，相对磨损系数的倒数是什么。
2.格波分为哪两种。
3.提高材料比弹性功的方法。
4.软磁材料的特性。
5.断裂按不同的分类方法都可分为哪几种。
6.本征磁矩。
7.比定压热容和比定容热容。
8.热膨胀系数与热导率的关系二、简答题。
（一个两分，共10分。
）1.磁各向异性。
2.热导率3.材料的热学性能都有那些？4.导电理论都有那些？5.静磁能三、论述题（总共15个，75分）1.布氏硬度和洛氏硬度有何不同？给了一个布氏硬度的符号说明其含义。
1-《材料物理性能》-第一章-概论
30
1.2 材料物理性能的本构关系及学习意义
◼ 物理学—凝聚态物理学—材料物理—材料(物理)性能：
材料性能的本质：
外界因素(作用物理量)作用于某一物体，如：应力、温度、电 场、磁场、辐照、化学介质等，引起原子、分子或离子及电子的微 观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈 一定的关系，其中与材料本质有关的一种常数——材料的性能。
7
知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照人为加工程度区分：
✓天然材料：自然界原来就有未经 加工或基本不加工可直接使用
• 如棉花、沙子、石材、蚕丝、 煤矿、石油、铁矿、羊毛
✓合成材料：人为把不同物质经化 学方法或聚合作用加工而成
• 如塑料、合成纤维和合成橡胶
材料
天
合
然
成
材
材
料
料
知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照物理化学属性区分：
课程简介
材料的物理性能
力学
电学 (介电)
热学
光学
功能转换
磁学
声学 核物理 。。。
15
课程简介
◼ 主要内容：
A. 材料物理性能(热学、电学、介电、光学、磁学等)的基本概 念、宏观规律及参数；
B. 材料物理性能和材料的组成、制备工艺、材料结构之间的关 系；
C. 材料物理性能的微观机理。
◼ 学习目标：
➢研究方法: 观测，实验，理论, 计算。
◼ 分类：
➢古典力学、电动力学、统计力学； ➢量子力学：研究微观粒子运动及相互作用的规律。
大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。
4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
大连理工大学829材料力学考点梳理
大连理工大学829材料力学考点梳理 计算题部分正文中标定的习题集即为《材料力学习题及精解》中的题目，教材即为《材料力学》孙训方第五版的题目。
重要程度 ★★★★★ 几乎每年必考，相当重要，必须掌握重要程度 ★★★★ 会不定时地考，两三年就会考一次，考察概率很大，必须掌握 重要程度 ★★★ 较少出现但考过，有时间了可以掌握 难度 ★★★★★ 公式非常难记或者思路难以理解难度 ★★★★ 解题思路需要绕个弯，但没有非常地难以理解 难度 ★★★ 材料力学基础知识难度 不确定 难度可大可小，在★★★到★★★★★之间浮动建议：四星及以上考点必须掌握，三星考点视难度掌握，时间紧张可以有选择地放弃。
材料力学（Ⅰ） 第二章 轴向拉伸和压缩考点 1 已知拉压（包含受均布力的情况）求应力、伸长量、端点位移、横向改变量等情况重要程度 ★★★★★ 难度 ★★★该部分题目相对简单，基本思路为：先根据受力作出轴力图（轴力图注意标正负号，拉为正，压为负），再由轴力图和公式AF N=σ得出各部分应力，由公式EA l F l N =∆得出各部分伸长量（遇到均布力还需积分），伸长量的叠加即为端点位移，横向改变量则由泊松比算应变Evσε−=′，注意不要丢了负号。
习题集p9 2-2考点2 静定结构求点的位移和杆的应力（求应力时可能校核强度）重要程度 ★★★★ 难度 ★★★该部分题目也相对简单，但没有上一个考点考得多，而且即便考，一般不会单独出现，会与刚度、稳定性等内容相结合来考察。
解决这类题目，先根据节点受力平衡，计算出各杆轴力，再由公式AF N=σ求出应力，从而校核强度，由公式EA l F l N =∆求出伸长量，从而根据变形协调条件求出节点位移。
习题集p11 2-6第三章 扭转考点1 扭矩与剪应力、扭转角的关系（包括空心和实心情况）重要程度 ★★★★★ 难度 ★★★该部分题目相对简单，可能给出一组功率，先根据式nPM e 9550=，将功率转化为扭矩，注意单位为N·m （不是kN·m ），作出扭矩图（注意标正负号，右手定则），然后根据式p W T =maxτ、163d W p π=、)1(1643απ−=D W p 求出切应力（注意空心的情况，是4次方而非3次方），根据pGI Tl=ϕ，求出转角，注意正负。
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0.102F 0.204F sin 68
F
HV
A
d2
0.1891d 2
维氏硬度常用试验力范围在5kgf～100kgf。也
可选择0.01kgf～0.1kgf用以测定薄膜的硬度，亦即
19 显微维氏硬度。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
维氏硬度表示方法：硬度值－符号HV－试验力－试 验力保持时间(10~15s不标注)。如640HV30表示在试验力 为30kgf下保持10~15s测得的维氏硬度值为640。
布氏硬度试验的缺
点是对不同的材料需更
布 氏
硬
换不同直径的压头和改
度
试
变试验力，测量压痕直
验 机
径也比较麻烦，用于自
动检测时受到限制，并
且压痕直径较大时也不
9 宜在成品上试验。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
布氏硬度表示方法： 600HBW1/30/20?
按顺序：硬度值－符号HBW－压头直径 －试验力－试验力保持时间(10~15s不标 注)，其中后三项之间用/隔开。如 350HBW5/750 表 示 ： 用 直 径 5mm 的 硬 质 合金球在750kgf作用下保持10~15s测得的 硬度值为350。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
金刚石圆锥压头k=0.2mm； 洛
氏
淬火钢球或硬质合金球压头 硬
度
k=0.26mm。
试
验
实际使用的洛氏硬度计， 机
其测量压痕深度的百分表表
盘上的刻度已按上式换算为
相应的硬度值，可直接读出。
14
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
材料力学性能
Mechanical properties of materials
第二章：硬度
材料科学与工程学院
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 第六节 硬度 一、金属硬度的意义及硬度试验的特点 硬度是表示材料软硬程度的一种性能，其物理 意义随试验方法的不同而不同，它不是金属独立的 力学性能。
金，
淬火钢，高硬度 1471 20~70 铸件，珠光体可
锻铸铁
注：B标尺洛氏硬度有两种材料的球压头，在硬度符号后面要加以 明示：S-钢球，W-硬质合金球。
洛氏硬度的表示方法是：硬度值－符号HR－标尺字母。
16 如60HRC表示用标尺C测定的洛氏硬度值为60。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
1、努氏硬度试验：是一种显微硬度方法。它与显微
维氏硬度有所不同：一是压头形状不同，其四棱锥
金刚石压头的两个对面角分别为130º和172º30，因
此得到两个长度不同的对角线。二是其硬度值不是
试验力除以压痕表面积，而是除以压痕投影面积。
具体数值按下式计算：
HK
0.102
14.23
F(N)
l 2 (m)
21
维氏硬度的优点是不存在试验力F与压头直径D之间 所规定条件的约束，也不存在不同标尺的硬度值之间无 法统一的弊端。维氏硬度试验时不仅试验力可以任意选 取，而且压痕尺寸测量精度较高，硬度值较为准确。但 由于需要通过测量压痕对角线长度后才能计算或查表， 工作效率比洛氏硬度试验低。
20
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 五、其它硬度试验方法
17
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
四、维氏硬度试验
F
维氏硬度试验原理与
布氏硬度相同，也是根据
压痕单位面积所承受的试
验力计算硬度值。所不同
的是维氏硬度试验的压头
是两相对面夹角＝136º的
金刚石四棱锥体。 18
图2-24 维氏硬度试验原理图
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 压头在试验力F(N)作用下将试样表面压出一个 四方锥形的压痕，经一定保持时间后卸除试验力， 测量压痕对角线的平均长度d=(d1+d2)/2，计算压痕 表面积A(mm2)。维氏硬度HV用下式计算：
洛氏硬度试验的优点是操作简便快捷，可 直接读出硬度值，压痕较小，可在工件上进行 试验。采样不同标尺可测定各种不同金属或厚 薄不一的试样的硬度，因而在实际中得到了广 泛的应用。其缺点是由于压痕较小，代表性差。 若材料中有偏析及组织不均匀，测量值的重复 性差。此外，用不同标尺所测的值相互之间没 有联系，不能直接比较。
布氏硬度试验用的压头直径D有10mm， 5mm，2.5mm，1mm四种，主要根据试样厚 度选择，应使压痕深度h小于试样厚度的1/8， 若试样足够厚时应尽量选用10mm的压头， 保证其硬度值能反映在较大范围内各组成 相的平均性能。载荷保持时间为10～15s。
7
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
弹性回跳法
压入法
划痕法 2
肖氏硬度 莫氏硬度
布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
硬度试验一般仅在金属表面局部体积内 产生很小的压痕，因而很多机件可在成品上 试验而无需加工专门试样。硬度试验由于设 备简单，操作方便，同时又能敏感地反映出 材料的化学成分和组织结构的差异，因而被 广泛用于检查金属材料的性能、热加工工艺 的质量或研究金属组织结构的变化。
标尺
硬度 符号
压头类型
初始试验 主试验 总试验 测量硬 力F0/N 力F1/N 力F/N 度范围
应用
A HRA 金刚石圆锥
490.3
588.4
20~88
硬质合金，硬化 薄钢板
B HRB 1.588mm球 98.07 C HRC 金刚石圆锥
882.6 1373
低碳钢，铁素体 980.7 20~100 可锻铸铁，铜合
F2
D1
样，要测得相同的HBW值，
F1
在选配压头球直径D及试验力
F时，应保证得到几何相似的
压痕，即压痕的压入角保持
不变，如图所示。应使：
F1 D12
F2 D22
Fn Dn 2
常数
d1 d2
图2-22 压痕相似原理
6 同时，控制d=(0.24~0.6)D以保证得到有效硬度值。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
优点：由于压头直径较大，压痕面积也较 大，测得的硬度值能反映金属材料在较大 范围内各组成相的平均性能，不受个别组 成相及微小不均匀性的影响，因此，布氏 硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合 金等具有粗大晶粒或组成相的材料。压痕 大的另一个优点是数据稳定，重复性强。
8
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
努氏硬度试验由于压痕细长，而且 只测量长对角线，精确度较高，可测 量薄膜、渗碳层等硬度。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 2、肖氏硬度试验和里氏硬度试验 肖氏硬度试验是一种动载荷试验法，其原理是 将一定质量的带金刚石圆头或钢球的重锤从一定高 度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征 硬度值的大小，也称回跳硬度，用符号HS表示。 里氏硬度试验也是动载荷试验，它是用规定质 量的碳化钨球冲头在弹力作用下以一定速度冲击试 样表面，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值，用 22 符号HL表示。
10
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 三、洛氏硬度试验 洛氏硬度试验以压痕深度表示材料的硬度值。 常用压头有两种：圆锥角120º的金刚石圆锥体和一定 直径的小淬火钢球或硬质合金球。 为保证压头与试样表面接触良好，试验时先加 初始试验力F0，在试样表面得一压痕，深度为h0，此 时测量压痕深度的指针在表盘上的指示为零。然后 加上主试验力F1，压头压入深度为h1，表盘上指针以 逆时针方向转动到相应刻度位置。 11
3
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 二、布氏硬度试验 布氏硬度试验是用一定直径D(mm)的硬
质合金球作为压头，施加一定的试验力F(N)
将其压入试样表面，经规定时间t(s)后卸除
试验力，试样表面将留下残留压痕，测量压
痕的平均直径d(mm)，求得压痕球形面积
A(mm2)，其布氏硬度值：
HBW 0.102F
0.204F
4
A D(D D2 d 2 )
h
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 F D
试样 d
图2-21 布氏硬度试验原理图
5
2020年7月28日 第二章 其他静载荷的试样，或对软硬不同的试
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
75
25
0
75
25
0
75
25
50
50
50
F1 F0 试样
F1 F0 试样
F1 F0 试样
h0 h1 h
加初始载荷F0
加主载荷F1
卸除主载荷
12
图2-23 洛氏硬度试验过程示意图
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二 试样在F1作用下产生的总变形h1中包括弹性变形 和塑性变形。将F1卸除后，总变形中的弹性变形恢 复，压头再回升一段距离，这时试样表面残留的塑 性变形深度h即为压痕深度，而指针顺时针方向转动 停止时所指的数值就是洛氏硬度值。h越大，硬度值 越低。为了照顾习惯上数值越大硬度越高的概念， 一般用常数k减去h来计算硬度值，并规定每0.002mm 为一个洛氏硬度单位，其计算式为： HR k h 0.002 13
为了能在一台硬度计上测定不同软、 硬或厚、薄试样的硬度，可采样不同的压 头和试验力组合成几种不同的洛氏硬度标 尺。用不同标尺测定的洛氏硬度符号在 HR后面加上标尺字母表示，共11种，分 别以A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、 K表示，常用的有HRA、HRB和HRC。