1、材料性能学复习总结（王从曾版）第一章1. 熟悉力拉伸曲线和应力应变曲线的测试方法。 (书本 P1)常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延性 ,要求试样的几何相似，l0 A01/2要为一常数其中 A0为试件的初始横截面积。光滑圆柱试件:试件的标距长度 l0比直径 d0要大得多；通常，l0=5d0或 l0=10d0板状试件:试件的标距长度 l0应满足下列关系式：l0=5.65A01/2或11.3A0 1/2 。a.拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。b.拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记
2、录或绘制试件所受的载荷 P 和伸长量 l 之间的关系曲线;工程应力载荷除以试件的原始截面积即得工程应力，=PA0工程应变伸长量除以原始标距长度即得工程应变 ，= ll02. 掌握弹性变形的实质（书本第三页）构成材料的原子或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。3. 掌握弹性变形的性能指标E = 2 (1+n )GE： 正弹性模量（杨氏摸量）n：柏松比G：切弹性模量物理意义：产生100弹性变形所需的应力。工程意义：工程上把弹性模量 E、G 称做材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。4. 熟悉弹性比功、弹性极限、比例极限的物理意义和工程意义弹性比功 We：材料开始塑性变形前单位体积所能吸
3、收的弹性变形功，又称弹性比能或应变比能。比例极限 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，其表达式为弹性极限 是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力，其表达式为sp、 s e 的工程意义：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，应以比例极限作为选择材料的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。5. 熟悉影响弹性模量的主要因素l 键合方式和原子结构共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数；对于金属元素：E = k / r m k， m1特征常数， r 原子半径，r 增加，E 减小 l 晶体结构单晶体材料：各向异性，最密晶向上 E 较大，
4、反之则小。多晶体材料：各晶粒的统计平均值，表现为各向同性，但称为伪各向同性。介于单晶体最大值与最小值之间。非晶态材料：各向同性。l 微观组织 对金属材料来说 E 是一个组织不敏感的力学性能指标，而对高分子和陶瓷 E 对结构和组织敏感。l 温度 T T原子结合力下降， E 。l 加载条件 金属、陶瓷 E 影响不大，对高分子 E 有影响。6. 掌握几种非理想弹性行为的定义、物理意义以及工程上的利弊。l 滞弹性：材料在快速加载或则卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变得性能。l 粘弹性 定义：材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在的力学行为。表现为应变对应力的响应（或反之）不是瞬时完成，
5、而需要通过一个馳豫过程，但卸载后应变逐渐恢复，不留残余变形。表现形式：应力松驰：恒定温度和形变作用下，材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。蠕变：恒定应力作用下，试样应变随时间变化的现象。高分子材料当外力去除后，这部分蠕变可缓慢恢复。l 伪弹性 定义：在一定温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将由应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅度弹性变形的现象。伪弹性变形量60%左右。工程应用：形状记忆合金l 包申格效应：定义：金属材料经预先加载，产生少量塑性变形（1-4%） ，然后再同向加载，弹性极限（屈服极限）增加，反向加载，e 降低的现象。工程上：材料加工工艺时，需注意或考虑包申
6、格效应，输油管 UOE 工艺包申格效应大的材料，内应力较大。包申格效应和材料的疲劳强度也有密切关系。 （书12）7. 掌握塑性变形的机理。 （书本15页）结晶态高分子材料:塑变机制：塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料：塑变机制：在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束。8. 掌握塑性变形指标（屈服强度，延伸率，伸长率）的测定方法。l 载荷增加到一定时 ,突然下降后,载荷不变,试样继续塑变出现一锯齿平台.屈服下限应力为屈服强度 S. 定义：材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力，用 S.表示。有屈服平台的材料：用 sl 作
7、为 S。没有明显屈服的材料：条件屈服强度。工程意义（书本17页）：1）塑性材料设计及选材标准 塑性材料 := s/n n2, 脆性 = b/n n=6 2）冷变形依据l 断后延伸率 材料的延伸率与试样的尺寸有关。k=LK/L0100%LK Lgt+ L N=L0+A0k= LK/ L0= +A0/ L0l 断面收缩率 =（A0-A1）/ A0100%9. 了解影响屈服强度的主要因素屈服变形是位错增殖和运动的结果,凡影响位错运动的内外因都影响屈服强度。内因:结合键 组织 结构 原子本性. 外因: 温度 应变速率 应力状态10. 了解断裂的基本概念、断裂的基本方式材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与
8、扩展两个阶段。微孔形核长大和聚合是韧性断裂的主要过程. 断裂过程中塑性变形起主导作用的断裂形式，断裂机制为剪切断裂。包括切离和微孔聚型断裂。杯锥状断口-韧性材料断裂特征 。三区：中心纤维区 放射区 剪切唇纤维区、放射区、剪切唇是韧性材料断口三要素, 各区大小取决于材料韧性程度、应力条件、温度、加载速度、试样大小;在其它条件一定时,韧性高, 纤维区大;温度低、加载速度大、试样尺寸大,放射区大 ,脆性大.常见脆性断裂机制: 解理(准解理)断裂、沿晶断裂. 宏观断口:光亮、结晶状.解理和晶间断裂有时也有塑性变形,所以解理和沿晶断裂未必是脆性断裂（判断） 。从力学上分，断裂分为正断、切断、混合断口;从
9、工程上来说，分为脆断和韧断。但是正断不一定是脆断，也有明显的塑性变形。切断是韧断，但是反之却不一定成立。 （判断）11. 掌握断裂的机理（书本 28页）TTg 韧性断裂非晶态聚合物断裂过程：银纹的形成、银纹质的断裂、微裂纹的形成、裂纹扩展、断裂。晶态及半晶态高分子材料，断裂过程取决于应力与分子链的相对取向。12. 了解内耗的基本概念内耗：材料由于弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收，就是内耗.加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线 - 弹性滞后环优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来。缺点：精密仪器不希望有滞后现象。第
10、二章1. 掌握应力状态软化系数的概念应力状态软性系数：最大切应力与最大正应力的比值。 （书本38页）2. 熟悉应力状态软性系数在试验设计中的应用（书本 38页）3. 熟悉扭转、弯曲与压缩试验的测试方法l 扭转试验采用圆柱形 (实心或空心)试件, 在扭转试验机上进行。标距为100mm；有时也采用标距为 50mm 的短试件。l 弯曲试验：通常用弯曲试件的最大挠度 fmax 表征材料的变形性能。试验时，在试件跨距的中心测定挠度，绘成 P-fmax 关系曲线，称为弯曲图。l 常用的压缩试件为圆柱体。试件的高度和直径之比 A0d0 应取1.5-2.04. 熟悉扭转、弯曲与压缩试验测试的力学性能指标分析（
11、 40页）l 利用扭转图，确定材料的切变模量 G，扭转比例极限 p, 扭转屈服强度 0.3, 和抗扭强度切变模量 G =/=32Ml0(d04) 扭转比例极限 p p=Mp/W 式中Mp 为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。扭转屈服强度 0.3 0.3 = M0.3 /W 式中 M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。抗扭强度 b=Mb/W 式中 Mb 为试件断裂前的最大扭矩。(1)扭转时应力状态的柔度系数较大，因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火工具钢的塑性。(2)圆柱试件在扭转试验时，整个长度上的塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度基本保持不变，不会出现静拉伸时试件
12、上发生的颈缩现象。因此，可用扭转试验精确地测定高塑性材料的变形抗力和变形能力，而这在单向拉伸或压缩试验时是难以做到的。(3)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切断。4)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布表明，它将对金属表面缺陷显示很大的敏感性因此，可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。(5)扭转试验时，试件受到较大的切应力，因而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形的非同时性的问题，如弹性后效、弹性滞后以及内耗等综上所述，扭转试验可用于测定塑性材料和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学性能指标，并且还有着其它力学性能试验方法所无法比拟的优点。因此，扭转试
13、验在科研和生产检验中得到较广泛地应用。然而，扭转试验的特点和优点在某些情况下也会变为缺点，例如，由于扭转试件中表面切应力大，越往心部切应力越小，当表层发生塑性变形时，心部仍处于弹性状态(见图3-1(c)。因此，很难精确地测定表层开始塑性变形的时刻，故用扭转试验难以精确地测定材料的微量塑性变形抗力。l 弯曲试验 对于脆性材料，可根据弯曲图 (见图3-7(c) ，用下式求得抗弯强度 bb bb=Mb/W 式中 Mb 为试件断裂时的弯矩，W 为截面抗弯系数，可根据弯曲图上的最大载荷 Pb,按下式计算：对三点弯曲试件: Mb=PbL4. 对四点弯曲试件: Mb=PbK2应用：用于测定灰铸铁的抗弯强度，
14、灰铸铁的弯曲试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。用于测定硬质合金的抗弯强度，硬质合金由于硬度高，难以加工成拉伸试件，故常做弯曲试验以评价其性能和质量。陶瓷材料的抗弯强度测定。（a）塑性材料， （b ）中等塑性材料， （c）脆性材料l 压缩试验 根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度 bc，相对压缩 ck 和相对断面扩胀率 ck。抗压强度 bc bc=Pbc/A0 (3-13)相对压缩 ck ck=(h0-hk)/h0100 (3-14)相对断面扩胀率 ck ck=(Ak-A0)/A0100 (3-15)式中 Pbc 为试件压缩断裂时的载荷;h0和 hk 分别
15、为试件的原始高度和断裂时的高度；A0和 Ak 分别为试件的原始截面积和断裂时的截面积。压缩载荷变形曲线,1-塑性材料， 2-脆性材料5. 熟悉缺口对应力状态的影响（书本43页）弹性状态下的应力分布缺口试样的应力集中，根部产生三向应力状态，是材料屈服变形困难，导致材料脆化；塑性状态下的应力分布在有缺口条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了所谓缺口“强化 ”现象缺口使塑性材料得到“ 强化”，这是缺口的第三个效应6. 了解缺口试样的测试方法（概念）静拉伸和偏斜拉伸，缺口弯曲7. 了解硬度测试的物理意义、工程意义目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义，硬度是衡量材料软硬
16、程度的一种力学性能。8. 熟悉几种常用的硬度的测试方法（布氏硬度）l 布氏硬度：施加压力 P,压头直径 D, 压痕深度 h 或直径 d,计算出布氏硬度值，单位为 kgf/mm2 。 公式表明，当压力和压头直径一定时，压痕直径越大，布氏硬度值越低，即变形抗力越小；反之，布氏硬度值越高。布氏硬度的特点和适用范围：压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，不受个别相和微区不均匀性的影响。布氏硬度分散性小，重复性好适合于测定粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度，象灰铸铁和轴承合金等。压痕较大，不宜在实际零件表面、薄壁件、表面硬化层上测定布氏硬度。淬火钢球作压头，测定 HB450的材料的硬度
17、；硬质合金球作压头，测定的硬度可达650HB压头直径选定:试件的厚度应大于压痕深度的10倍。尽可能选用大直径的压头。测试加载压力与试件表面垂直，均匀平稳，无冲击。 要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，压痕的形状必须几何相似，压入角应相等。布氏硬度相同时，要保证压入角相等，则 P/D2应为常数。 l 洛氏硬度试验方法 洛氏硬度是直接测量压痕深度，压痕愈浅表示材料愈硬常用的压头：顶角为1200的金刚石圆锥体，直径为 1.588mm(116英寸)的钢球压头l 维氏硬度测定的原理与方法基本上与布氏硬度的相同，根据单位压痕表面积上所承受的压力来定义硬度值。测定维氏硬
18、度所用的压头为金刚石制成的四方角锥体，两相对面间的夹角为136 ，所加的载荷较小。已知载荷 P，测得压痕两对角线长度后取平均值 d，计算维氏硬度值，单位为 kgf/mm2HV=1.8544P/d2 9. 了解缺口对材料力学性能的影响第三章 材料的冲击韧性及低温脆性1. 熟悉多冲和单冲试验的测试方法、物理意义以及工程工厂意义一次冲击弯曲试验：质量 m 的摆锤，举至高度 H，势能 mgH1；锤释放，将试件冲断。摆锤失去一部分能量，这部分能量就是冲断试件所作的功，称为冲击功，以 Ak 表示。剩余的能量使摆锤扬起高度 H2，故剩余的能量即为 mgH2。Ak=mgH1-mgH2=mg(H1-H2) Ak
19、 的单位为 Kgf.m 或 J。物理意义：用试样缺口处截面 FN(cm2)去除 AKV(AKU)，便得到冲击韧度或冲击值aKV(aKU)，即aKV(aKU)=AKV(AKU)/FNaKV(aKU)是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关，单位为Jcm2多次冲击实验：多次冲击试验在落锤式多次冲击试验机 PC-150上进行，冲击频率为450周次 min 和600周次min 。冲击能量靠冲程调节而变换(0.11.5J) ，可做多冲弯曲、拉伸和压缩试验试验后可绘制出冲击功 AN 曲线，从 AN 多冲曲线不难看出，随冲击功 A 的减少，冲断次数 N 增加。2. 掌握低温脆性的工程意义（62页）3. 了解韧脆转化温度的测试方法以及对其的影响因素通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义 tk。为此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，根据试验结果作出冲击吸收功温度曲线、试样断裂后塑性变形量和温度的关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线等，根据这些曲线求
