浙大材料力学性能-15-材料力学性能130107
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性能，主要包括强度、韧性、硬度、塑性等指标。
这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
下面将分别对材料的强度、韧性、硬度和塑性进行介绍。
首先，强度是材料抵抗破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等
指标来表示。
强度高的材料具有较好的抗破坏能力，适用于承受大外力的场合。
例如，建筑结构中常使用高强度钢材，以保证结构的安全稳定。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力，也可以理解为材料的延展性。
韧性高的材
料在受到外力作用时能够延展变形而不断裂，具有较好的抗震抗冲击能力。
例如，汽车碰撞安全设计中常使用高韧性的材料，以保护乘车人员的安全。
再次，硬度是材料抵抗划伤和压痕的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标
来表示。
硬度高的材料具有较好的耐磨损性能，适用于制造耐磨损零部件。
例如，机械设备中常使用高硬度的合金材料来制造齿轮、轴承等零部件。
最后，塑性是材料在受力作用下发生塑性变形的能力，通常用延伸率、收缩率
等指标来表示。
具有良好塑性的材料能够在加工过程中较容易地进行成型和加工，适用于复杂零部件的制造。
例如，塑料制品的生产常使用具有良好塑性的材料，以满足复杂形状的加工需求。
综上所述，材料的力学性能是材料工程领域中的重要指标，对于材料的选择、
设计和应用具有重要意义。
强度、韧性、硬度和塑性是衡量材料力学性能的重要指标，不同的应用场合需要选择具有不同力学性能的材料，以满足工程需求。
因此，深入了解和掌握材料的力学性能，对于材料工程师和设计师来说是非常重要的。
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
2015年材料力学性能课件-第6章
• 腐蚀的延伸率指标：指材料腐蚀前后延 伸率的变化。
• Kδ=[(δ-δ’)/ δ] ×100%(腐蚀时间t后) • （2）局部腐蚀耐蚀性评定
• 局部腐蚀的种类和测试方法很多，评 定标准也不尽相同，所以应根据局部腐 蚀的类型选择表示腐蚀程度的指标，按 其使用条件与要求选用评定标准。
• 第二节 金属材料的应力腐蚀断裂
• （3）局部一旦遭到破坏；常常造成突发事件； • （4）金属材料的表面状态对金属的腐蚀过程的进行
有显著的影响。
• 第一节 材料腐蚀的基本概念
• 一.腐蚀的基本概念
• 腐蚀：物质的表面因发生化学或电化学反 应而受到破坏的现象。
• 材料的腐蚀是一种自发进行的过程，是物 质由高能态向低能态的转变形式。
3、改善化学介质
• 一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂 的有害化学离子；另一方面可在化学介质 中添加缓蚀剂。
（2）化学介质：只有在特定的化学介质中，某 种金属材料才能产生应力腐蚀。
（3）金属材料：一般纯金属不会产生应力腐蚀， 所有合金对应力腐蚀均有不同程度的敏感性。 在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏 感的合金成分（如镁铝合金）。
表6－1 常用金属材料发生应力腐蚀的敏感介质
金属 材料
化学介质
金属 材料
• 记录各种KI初作用下的断 裂时间tf，以KI初与lgtf为坐 标作图，曲线水平部分所 对应KI初的即为KISCC。
图6-9悬臂梁弯曲试验装置简图 1.砝码，2.溶液槽，3.试样
3.应力腐蚀裂纹扩展速率
• 单位时间内应力腐蚀 裂纹的扩展量称应力腐蚀 裂纹扩展速率即da/dt， 实验证明：
•
da/dt = f(KI)
表面为泥状花样，被一层腐 蚀产物覆盖，有泥状裂纹
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。
浙大材料的性能复习资料汇总资料
第五章材料的变形5.1材料的拉伸试验1）屈服平台或不连续塑性变形对应的应力称为屈服强度。
2）形变强化段试样所能承受的最大应力称为抗拉强度。
3）试样中某处突然变小，发生所谓的“颈缩”现象。
4）脆性是指材料在断裂前不产生塑性变形的性质。
5）塑性表示材料在断裂前发生永久变形的性质。
6）材料的强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力。
7）材料的塑性大小表示材料断裂前发生塑性变形的能力（可用伸长率和断面收缩率表示）。
材料脆性的大小可用材料的弹性模量和脆性断裂强度表示。
8）材料的韧性指断裂前单位体积材料所吸收的变形能和断裂能，即外力所做的功。
包括三部分能量：弹性变形能、塑性变形能、断裂变形能。
玻璃态9）高分子高弹态粘流态高分子拉伸曲线：<< Tg——>应力与应变成正比直至断裂。
[Tb （脆化温度），Tg（玻璃化温度）]——>出现屈服点后应力下降。
略低Tg，应变增加，直至断裂> T,无屈服点，应变很大。
g5.2材料的其他力学试验1）弯曲试验三点弯曲试验时：试样总在最大弯矩附近处断裂。
四点弯曲试验时：在两加载点间，试样受到等弯矩的作用，试样通常在该长度内的组织缺陷处发生断裂，因此能较好地反映材料的性质，结果较准确。
指标：挠度、抗弯强度。
陶瓷材料拉伸试验困难，通常采用弯曲试验，用抗弯强度表征力学性能弯曲试验不能测试高塑性材料，可测脆性材料、陶瓷、灰铸铁及硬质合金。
2）压缩试验常用于测定脆性材料。
塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。
指标：抗压强度、相对压缩率、相对断面扩张率。
试样高径比越大，抗压强度越低。
端面需光滑平整，相互平行，减小摩擦。
3）扭转试验○1可用于测定在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火钢的塑性。
○2扭转曲线不出现拉伸时的颈缩现象，因此可用此测定高塑性材料的变形抗力和变形能力。
○3可明确区分材料的断裂方式，正断或切断：对于塑性材料，断口与试样轴线垂直，断口平整并有回旋状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断。
材料牌号15国家力学性能指标
材料牌号15国家力学性能指标
金属材料是我们日常生活中比较常见的一类东西，也是建筑物保持完整的关键
材料。
由于金属材料的特性的多样性，使得人们在挑选的时候会非常的头疼，最重要的就是性能指标的考量。
今天，小编给大家介绍15种金属材料的国家力学性能
指标，希望为大家在选择材料的时候提供参考和指导：
首先介绍Q235、Q255和Q275，它们都属于碳素钢系列常用金属材料，它们的
抗拉强度均大于255MPa，抗压强度均大于225MPa，弹性模量分别为200GPa、
186GPa和188GPa。
其次介绍20CrMo、30CrMo、35CrMo和45CrMo，它们都是合金碳素钢的材料，
它们的抗拉强度大于575MPa，抗压强度分别为480MPa、621MPa、690MPa和755MPa，弹性模量分别为190GPa、207GPa、212GPa和220GPa。
接下来介绍一种钢铁材料C45，它的抗拉强度大于600MPa，抗压强度大于
515MPa，弹性模量为210GPa。
最后，介绍一种不锈钢材料AISI304，它的抗拉强度大于615MPa，抗压强度大
于370MPa，弹性模量为198GPa。
以上只是少数各种金属材料的国家力学性能指标，希望对大家选择金属材料有
所帮助，以及建造根基更加稳固的建筑物或者工业进行有效的保护。
毕竟，有料才能凝聚出最完美的结果！。
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抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
屈服强度是指材料在受力后开始出现塑性变形的应力值；抗拉强度是指材料在拉伸状态下的最大应力值；抗压强度是指材料在受到压缩力时的最大应力值。
强度高的材料具有较高的抵抗破坏能力，适用于需要承受大力的场合。
2.韧性：韧性是材料在受力过程中能够吸收能量并发生大变形的能力。
具有良好韧性的材料能够抵抗冲击或拉伸等动力载荷的作用，不易发生断裂或失效。
韧性材料通常具有较高的延展性和断裂韧性。
3.硬度：硬度是材料抵抗刮擦或压痕的能力。
硬度高的材料具有较强的抗刮擦能力和耐磨损性能。
常用的硬度测试方法有洛氏硬度和布氏硬度等。
4.延展性：延展性是指材料在受力时的塑性变形程度。
延展性高的材料能够在受力后产生大的形变而不发生断裂。
材料的延展性通常与其抗拉强度、韧性和冷加工性能有关。
5.抗疲劳性：抗疲劳性是指材料在重复应力作用下不发生疲劳断裂的能力。
材料的抗疲劳性能决定了其在长期运行过程中的耐久性，具有抗疲劳性的材料能够在长期受力下保持稳定性能。
6.温度效应：材料在高温或低温环境下的性能表现。
高温下，材料可能会发生软化或氧化等变化，降低其强度和韧性；而低温下，材料可能变脆，容易发生断裂。
温度效应的了解对于材料的设计和应用非常重要。
除了上述重点性能指标外，材料力学性能还与其他因素有关，如材料的组织结构、制备工艺、应力条件等。
因此，在材料性能的研究和应用过程中，需要综合考虑多因素的影响。
综上所述，材料力学性能的研究对于材料的设计、选择和应用具有重要意义。
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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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
←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
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？
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
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、纳米材料的力学性能
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”
生物医用材料的使用环境特点 与活组织作用 生物相容性
生物医用材料特殊要求 可吸收 可降解
生物医用材料的力学性能 断裂（折断、疲劳） 磨损 应力腐蚀开裂？
左脚应力性开裂
生物材料的力学性能
力学性能检测 结构分析
骨的分析
承重 骨干轴向强度高
牙的分析
20MPa，3000次/天 牙釉质：高硬度 牙本质：韧性
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-
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
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
The three-points bending load-displacement data for IT HAP-posites
(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.
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 NhomakorabeaNature
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
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
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
硬度 MPa
162
168 250 110
/
机理？
***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%
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
Yi LIU, Zhengzhong Shao and F. Vollrath Relationships between supercontraction and mechanical properties of spider silk nature materials, VOL 4 2005
微观结构！
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
7.9 7.9 7.8 9.15 9.15 4.5 4.4
弹性模量 GPa 200 200 200 230 230 127 127
硬度 Hv 183 320 300 240 450 260 330
压缩强度 MPa 170 690 455 390 1000 443 830
抗拉强度 MPa 465 850 665 880 1500 563 900
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
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.
如何制备出更好的？
可开展更多研究 砖的大小、厚度如何控制？ 粘结剂如何填充进去？ 力学性能的定量表达式？ 砖的形状
海胆牙齿不钝之谜
*** 《美国化学学会杂志》 美国威斯康星－麦迪逊大学 负责人普帕·吉尔伯特教授 海胆咀嚼石头建窝，牙齿不钝 牙齿结构：方解石+纳米粘结剂 牙齿变钝，有机材料脱落 露出新的锋利方解石层 “自我锋利”的刀具？
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). posites are obtained by infiltrating the porous lamellar ceramic with a second phase (e.g., a polymer or a liquid metal).