工程材料性能及应讲义用简介绪论36P

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工程材料性能及应用简介绪论36P
0.1 材料
什么是材料
经过人类劳动取得的劳动对象。一般把来自采掘 工业和农业的劳动对象称为“原料”，把经过工业加 工的原料成为“材料”。
1. 材料是人类赖以生存与发展、征服及改造自然的物质基 础,是人类活动不可缺少的东西。
2. 材料是社会生产力发展的标志，生产中使用的材料性质 反映了人类社会的文明水平。
保持一定时间,得到压
痕(直径d)。实用于较
软塑性材料测量。
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力学性能 硬度
洛氏硬度：
用120°圆锥金刚石压头，1470N (150kgf)力压入材料，以压入材料表面的深度来 度量材料的硬度。用于硬度较高的（淬火）钢件。
维氏硬度：
用对面夹角136°四棱锥金刚石压头，在力P作 用下压入材料，用压痕单位面积上承受的力作为 材料硬度的度量。力的大小从980N、490N、297N 到…0.192N不等。压痕小用显微镜来观察，用于 测量表层或微区。
mm/(℃ ·mm)或℃-1
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材料的性能 物理性能
熔点 物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间结合力。
电阻与电导 电阻率为单位长度和单位截面积导体的电阻。单位是
•M，其倒数称为电导率 S/M
西门子/米
电阻温度系数 温度上升1℃时，电阻率 的变化系数，单位℃-1
电子导电的特点是温度升高，电阻率上升；离子导电是热激活 过程，温度升高，电阻率下降。
因为 大型构件不可避免存在各种缺陷，在缺陷前端有不同的应力
作用，都存在应力集中，其中裂纹受张开应力作用为最危险。
断裂韧度指标为KIC，有专门的测定方法。工程应用 要求：
Y裂纹形状系数，a裂纹长度的一半。
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力学性能 疲劳强度
零件在低于屈服应力的交变应力的反复作用下，而发生的断裂现象称 为疲劳断裂。疲劳断裂是损伤积累的过程，包括疲劳裂纹的产生、扩展、 瞬间断裂三个阶段。应力大小和循环次数有关。
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力学性能 冲击韧性
冲击韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。常用一次弯
曲冲击韧性试验ak值来表示。以带缺口标准试样快速冲断时，单位横截 面积吸收的功来衡量。冲击韧性是材料强度和塑性综合作用的结果。
试样尺寸
试验方法
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力学性能 断裂韧度
断裂韧性是材料中存在缺陷时，材料抵抗脆性断裂的 能力。
磨损的后果可能因零件尺寸变化，轻则降低传 动质量，影ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部件的使用性能；重则因尺寸变小造 成零件断裂。
磨损主要有磨粒磨损(切削)、粘着磨损(分子作用力)； 此外接触疲劳有人归类为磨损，也有人归为另一类损伤形式。
测定方法让两试样组成摩擦副，在设定条件(力、 润滑剂)进行一定时间的摩擦运动后，测定试样的尺 寸减小值/质量的损失值/摩擦表面外观形貌来比较 不同材料的耐磨性。
题栏中诸多内容中的一项，用的得当可以反映设计的先进性， 达到价廉物美的效果；否则，可能是一个落后的设计，或者是 闭门造车，根本上没法制造出来，甚至会隐藏祸根，导致使用 中酿成事故和灾难。
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0.2 材料的性能
材料的性能是指材料的性质和功能。 性质是本身所具有的特质或本性； 功能是人们对材料的某种期待与要求中可以承担功 效，以及承担该功效下的表现或能力。
弹性模量与刚度：
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力学性能
强度与塑性
屈服强度：σs σ0.2
材料开始发生塑性变形的 最小应力。
抗拉强度：σb
材料发生断裂前能承受的 最大应力。
塑性：断裂前可发生永久变形
的能力。
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力学性能 硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映材料抵抗局部
塑性变形的能力。
莫氏硬度：
布氏硬度：
用直径D钢球在力 P的作用下压在试样上，
超导现象是材料在很低温度下，电阻突然从某个值降为零的特 征。每种材料有自己的转变温度，某些化合物的转变温度达到100K 以上。
导磁率 是铁合金、化合物(铁氧体)特有性能。
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材料的性能 化学性能
反映材料与各种化学试剂发生化学反应的可能 性和反应速度大小的相关参数。
工程材料主要考虑其耐腐蚀性，电化学材料有的 考察电极电位、储能密度等。
• 弹性 • 强度 • 塑性 • 硬度
• 冲击韧性 • 疲劳特性 • 耐磨性
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力学性能 拉伸试验
过程： 外力增加，试样伸长。得到P－l曲线，换算为－曲
线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断 裂。
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力学性能
弹性与刚度
弹性变形：
在OA’段为直线，即应力与 应变成正比，变化规律服从虎克 定律。并且在外力卸载后试样恢 复到原始长度。可以达到的最大 应力成为弹性极限(或比例极限)。
主要有 （1）力学性能 （2）物理性能 （3）化学性能 （4）工艺性能。
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不同服役条件对材料性能的要求不同
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材料的性能 力学性能
材料的力学性能是指材料处于特定环境因素
(温度、介质等)时，在外力或能量的作用下表现出
来的变形和破坏的特征。
通常把作用在材料上的外力或能量称为载荷或负荷。材料的主要力 学性能有：
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材料的性能 物理性能
材料的物理性能是指材料本身的具有各种物理量(热、电、 光、磁等)以及环境变化时它们的变化程度。
密度与比容 单位体积物质的质量 Kg/m3
单位质量的物质所占的体积 m3/Kg
导热率 物体内温度梯度为1℃/m时，在单位时间、单位
面积内传递的热量 W/(m·K)
热膨胀系数α 温度上升1℃时，单位长度的伸长量
3. 现代国家的实力与水平主要取决于他的能源、材料、信 息的发展。
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材料 工程技术人员学习材料科学知识的意义
评价一个设备、部件、零件的优劣或质量：①必需 保证使用的基本性能（力学、物理），具有一定的寿命 （耐 疲劳、磨损、腐蚀）；②便于制造，即可以生产出来； ③可接受的成本。
这几点要求是相互矛盾的，但是应利用各种专业知 识，从中找到一个合理的配合，可见其中材料起到相当 重要在的机决械定产品性的作设用计。和维护中，不要单看材料仅仅是图纸标
高周疲劳对称应力作用趋于水平
线的最大应力为σ-1 ,作为永久可 用的疲劳强度极限。实际大多以 107次未断裂的应力来测定。
低周疲劳又称条件疲劳极限，参
照零件工作周期可能作用的次数N 下能承受的应力极限值σN。（可 以有效发挥材料的作用）
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力学性能 耐磨性
一个零件相对另一零件有摩擦运动而造成接触面 的尺寸变化、质量损失现象成为磨损。