材料性能學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)(王從曾版)l力學(xué)部分

1、材料性能學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)（王從曾版） 第一章1. 熟悉力拉伸曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法。(書本P1)常用的拉伸試件:為了比較不同尺寸試樣所測得的延性,要求試樣的幾何相似，l0A01/2要為一常數(shù)其中A0為試件的初始橫截面積。光滑圓柱試件:試件的標距長度l0比直徑d0要大得多；通常，l0=5d0或l0=10d0板狀試件:試件的標距長度l0應(yīng)滿足下列關(guān)系式：l0=5.65A01/2或11.3A0 1/2 。a.拉伸加載速率較低,俗稱靜拉伸試驗。 嚴格按照國家標準進行拉伸試驗，其結(jié)果方為有效，由不同的實驗室和工作人員測定的拉伸性能數(shù)據(jù)才可以互相比較。b.拉伸試驗機帶有自動記錄或繪圖裝置，記錄或繪制試件所

2、受的載荷P和伸長量l之間的關(guān)系曲線;工程應(yīng)力載荷除以試件的原始截面積即得工程應(yīng)力，=PA0工程應(yīng)變伸長量除以原始標距長度即得工程應(yīng)變，=ll0 2. 掌握彈性變形的實質(zhì)（書本第三頁）構(gòu)成材料的原子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反應(yīng)。3. 掌握彈性變形的性能指標E = 2 (1+n )GE： 正彈性模量（楊氏摸量）n：柏松比G：切彈性模量物理意義：產(chǎn)生100彈性變形所需的應(yīng)力。工程意義：工程上把彈性模量E、G稱做材料的剛度，它表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。4. 熟悉彈性比功、彈性極限、比例極限的物理意義和工程意義 彈性比功 We：材料開始塑性變形前單位體積所能吸收的彈性變形功，又稱彈性比

3、能或應(yīng)變比能。 比例極限 是保證材料的彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力，其表達式為彈性極限 是材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形時的應(yīng)力，其表達式為 sp、s e的工程意義：對于要求服役時其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系嚴格遵守線性關(guān)系的機件，應(yīng)以比例極限作為選擇材料的依據(jù)；對于服役條件不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機件，設(shè)計時應(yīng)按彈性極限來選擇材料。5. 熟悉影響彈性模量的主要因素l 鍵合方式和原子結(jié)構(gòu) 共價鍵、離子鍵和金屬鍵都有較高的彈性模數(shù)；對于金屬元素：E = k / r m k， m1特征常數(shù)， r原子半徑，r 增加，E減小 l 晶體結(jié)構(gòu) 單晶體材料：各向異性，最密晶向上E較大，反之則小。多晶體材料：各晶粒的

4、統(tǒng)計平均值，表現(xiàn)為各向同性，但稱為偽各向同性。介于單晶體最大值與最小值之間。非晶態(tài)材料：各向同性。l 微觀組織 對金屬材料來說E是一個組織不敏感的力學(xué)性能指標，而對高分子和陶瓷E對結(jié)構(gòu)和組織敏感。l 溫度T T原子結(jié)合力下降，E 。l 加載條件 金屬、陶瓷E影響不大，對高分子E有影響。6. 掌握幾種非理想彈性行為的定義、物理意義以及工程上的利弊。l 滯彈性：材料在快速加載或則卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變得性能。l 粘彈性 定義：材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機制同時存在的力學(xué)行為。表現(xiàn)為應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)（或反之）不是瞬時完成，而需要通過一個馳豫過程，但卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)，不留

5、殘余變形。表現(xiàn)形式：應(yīng)力松馳：恒定溫度和形變作用下，材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。蠕變：恒定應(yīng)力作用下，試樣應(yīng)變隨時間變化的現(xiàn)象。高分子材料當(dāng)外力去除后，這部分蠕變可緩慢恢復(fù)。l 偽彈性 定義：在一定溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達到一定水平后，金屬或合金將由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變，伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度彈性變形的現(xiàn)象。偽彈性變形量60%左右。工程應(yīng)用：形狀記憶合金l 包申格效應(yīng)：定義：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載，產(chǎn)生少量塑性變形（1-4%），然后再同向加載，彈性極限（屈服極限）增加，反向加載，e降低的現(xiàn)象。工程上：材料加工工藝時，需注意或考慮包申格效應(yīng)，輸油管UOE工藝包申格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大

6、。包申格效應(yīng)和材料的疲勞強度也有密切關(guān)系。（書12）7. 掌握塑性變形的機理。（書本15頁）結(jié)晶態(tài)高分子材料:塑變機制：塑性變形是由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束的過程；非晶態(tài)高分子材料：塑變機制：在正應(yīng)力作用下形成銀紋或在切應(yīng)力作用下無取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕械睦w維束。8. 掌握塑性變形指標（屈服強度，延伸率，伸長率）的測定方法。l 載荷增加到一定時,突然下降后,載荷不變,試樣繼續(xù)塑變出現(xiàn)一鋸齒平臺.屈服下限應(yīng)力為屈服強度S. 定義：材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的能力，用S.表示。有屈服平臺的材料：用sl作為S。沒有明顯屈服的材料：條件屈服強度。工程意義（書本17頁）：1）塑性

7、材料設(shè)計及選材標準 塑性材料:= s/n n2, 脆性 = b/n n=6 2）冷變形依據(jù)l 斷后延伸率 材料的延伸率與試樣的尺寸有關(guān)。k=LK/L0100% LK Lgt+ L N=L0+A0k= LK/ L0= +A0/ L0l 斷面收縮率 =（A0-A1）/ A0100%9. 了解影響屈服強度的主要因素屈服變形是位錯增殖和運動的結(jié)果,凡影響位錯運動的內(nèi)外因都影響屈服強度。內(nèi)因:結(jié)合鍵 組織 結(jié)構(gòu) 原子本性. 外因:溫度 應(yīng)變速率 應(yīng)力狀態(tài)10. 了解斷裂的基本概念、斷裂的基本方式材料的斷裂過程大都包括裂紋的形成與擴展兩個階段。微孔形核長大和聚合是韌性斷裂的主要過程. 斷裂過程中塑性變形起

8、主導(dǎo)作用的斷裂形式，斷裂機制為剪切斷裂。包括切離和微孔聚型斷裂。杯錐狀斷口-韌性材料斷裂特征 。三區(qū)：中心纖維區(qū) 放射區(qū) 剪切唇纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇是韌性材料斷口三要素, 各區(qū)大小取決于材料韌性程度、應(yīng)力條件、溫度、加載速度、試樣大小;在其它條件一定時,韌性高, 纖維區(qū)大;溫度低、加載速度大、試樣尺寸大,放射區(qū)大,脆性大.常見脆性斷裂機制: 解理(準解理)斷裂、沿晶斷裂. 宏觀斷口:光亮、結(jié)晶狀.解理和晶間斷裂有時也有塑性變形,所以解理和沿晶斷裂未必是脆性斷裂（判斷）。從力學(xué)上分，斷裂分為正斷、切斷、混合斷口;從工程上來說，分為脆斷和韌斷。但是正斷不一定是脆斷，也有明顯的塑性變形。切斷是韌斷

9、，但是反之卻不一定成立。（判斷）11. 掌握斷裂的機理（書本28頁）TTg 韌性斷裂 非晶態(tài)聚合物斷裂過程：銀紋的形成、銀紋質(zhì)的斷裂、微裂紋的形成、裂紋擴展、斷裂。 晶態(tài)及半晶態(tài)高分子材料，斷裂過程取決于應(yīng)力與分子鏈的相對取向。12. 了解內(nèi)耗的基本概念內(nèi)耗：材料由于彈性滯后使加載時材料吸收的彈性變形能大于卸載時所釋放的彈性變形能，即部分能量被材料吸收，就是內(nèi)耗.加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線不重合形成一封閉回線 - 彈性滯后環(huán)優(yōu)點：滯后環(huán)面積，它可以減少振動，使振動幅度很快衰減下來。缺點：精密儀器不希望有滯后現(xiàn)象。第二章1. 掌握應(yīng)力狀態(tài)軟化系數(shù)的概念應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比

10、值。（書本38頁）2. 熟悉應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)在試驗設(shè)計中的應(yīng)用（書本38頁）3. 熟悉扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮試驗的測試方法l 扭轉(zhuǎn)試驗采用圓柱形(實心或空心)試件, 在扭轉(zhuǎn)試驗機上進行。標距為100mm；有時也采用標距為50mm的短試件。l 彎曲試驗：通常用彎曲試件的最大撓度fmax表征材料的變形性能。試驗時，在試件跨距的中心測定撓度，繪成P-fmax關(guān)系曲線，稱為彎曲圖。l 常用的壓縮試件為圓柱體。試件的高度和直徑之比A0d0應(yīng)取1.5-2.04. 熟悉扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮試驗測試的力學(xué)性能指標分析（40頁）l 利用扭轉(zhuǎn)圖，確定材料的切變模量G，扭轉(zhuǎn)比例極限p, 扭轉(zhuǎn)屈服強度0.3, 和抗扭強度切變模

11、量 G =/=32Ml0(d04) 扭轉(zhuǎn)比例極限p p=Mp/W 式中Mp為扭轉(zhuǎn)曲線開始偏離直線時的扭矩。扭轉(zhuǎn)屈服強度0.3 0.3 = M0.3 /W 式中M0.3為殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時的扭矩?？古姸萣=Mb/W 式中Mb為試件斷裂前的最大扭矩。(1)扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)較大，因而可用于測定那些在拉伸時表現(xiàn)為脆性的材料，如淬火低溫回火工具鋼的塑性。(2)圓柱試件在扭轉(zhuǎn)試驗時，整個長度上的塑性變形始終是均勻的，其截面及標距長度基本保持不變，不會出現(xiàn)靜拉伸時試件上發(fā)生的頸縮現(xiàn)象。因此，可用扭轉(zhuǎn)試驗精確地測定高塑性材料的變形抗力和變形能力，而這在單向拉伸或壓縮試驗時是難以做到的。(3)

12、扭轉(zhuǎn)試驗可以明確地區(qū)分材料的斷裂方式，正斷或切斷。4)扭轉(zhuǎn)試驗時，試件截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布表明，它將對金屬表面缺陷顯示很大的敏感性因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗研究或檢驗工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強化工藝的效果。(5)扭轉(zhuǎn)試驗時，試件受到較大的切應(yīng)力，因而還被廣泛地應(yīng)用于研究有關(guān)初始塑性變形的非同時性的問題，如彈性后效、彈性滯后以及內(nèi)耗等綜上所述，扭轉(zhuǎn)試驗可用于測定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標，并且還有著其它力學(xué)性能試驗方法所無法比擬的優(yōu)點。因此，扭轉(zhuǎn)試驗在科研和生產(chǎn)檢驗中得到較廣泛地應(yīng)用。 然而，扭轉(zhuǎn)試驗的特點和優(yōu)點在某些情況下也會變?yōu)槿秉c，例如，由于扭轉(zhuǎn)試件中表面切應(yīng)力大

13、，越往心部切應(yīng)力越小，當(dāng)表層發(fā)生塑性變形時，心部仍處于彈性狀態(tài)(見圖3-1(c)。因此，很難精確地測定表層開始塑性變形的時刻，故用扭轉(zhuǎn)試驗難以精確地測定材料的微量塑性變形抗力。l 彎曲試驗 對于脆性材料，可根據(jù)彎曲圖(見圖3-7(c)，用下式求得抗彎強度bb bb=Mb/W 式中Mb為試件斷裂時的彎矩，W為截面抗彎系數(shù)，可根據(jù)彎曲圖上的最大載荷Pb,按下式計算：對三點彎曲試件: Mb=PbL4. 對四點彎曲試件: Mb=PbK2應(yīng)用：用于測定灰鑄鐵的抗彎強度，灰鑄鐵的彎曲試件一般采用鑄態(tài)毛坯圓柱試件。用于測定硬質(zhì)合金的抗彎強度，硬質(zhì)合金由于硬度高，難以加工成拉伸試件，故常做彎曲試驗以評價其性能

14、和質(zhì)量。陶瓷材料的抗彎強度測定。 （a）塑性材料，（b）中等塑性材料，（c）脆性材料 l 壓縮試驗 根據(jù)壓縮曲線，可以求出壓縮強度和塑性指標。對于低塑性和脆性材料，一般只測抗壓強度bc，相對壓縮ck和相對斷面擴脹率ck。 抗壓強度bc bc=Pbc/A0 (3-13)相對壓縮ck ck=(h0-hk)/h0100 (3-14)相對斷面擴脹率ck ck=(Ak-A0)/A0100 (3-15)式中Pbc為試件壓縮斷裂時的載荷;h0和hk分別為試件的原始高度和斷裂時的高度；A0和Ak分別為試件的原始截面積和斷裂時的截面積。壓縮載荷變形曲線,1-塑性材料，2-脆性材料 5. 熟悉缺口對應(yīng)力狀態(tài)的影響

15、（書本43頁）彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布缺口試樣的應(yīng)力集中，根部產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)，是材料屈服變形困難，導(dǎo)致材料脆化；塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布在有缺口條件下，由于出現(xiàn)了三向應(yīng)力，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時要高，即產(chǎn)生了所謂缺口“強化”現(xiàn)象缺口使塑性材料得到“強化”，這是缺口的第三個效應(yīng)6. 了解缺口試樣的測試方法（概念）靜拉伸和偏斜拉伸，缺口彎曲7. 了解硬度測試的物理意義、工程意義目前還沒有統(tǒng)一而確切的關(guān)于硬度的物理定義，硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能。8. 熟悉幾種常用的硬度的測試方法（布氏硬度）l 布氏硬度：施加壓力P,壓頭直徑D, 壓痕深度h或直徑d,計算出布氏硬度值，單位為kgf/mm2

16、。 公式表明，當(dāng)壓力和壓頭直徑一定時，壓痕直徑越大，布氏硬度值越低，即變形抗力越??；反之，布氏硬度值越高。布氏硬度的特點和適用范圍：壓痕面積大，能反映出較大范圍內(nèi)材料各組成相的綜合平均性能，不受個別相和微區(qū)不均勻性的影響。布氏硬度分散性小，重復(fù)性好適合于測定粗大晶粒或粗大組成相的材料的硬度，象灰鑄鐵和軸承合金等。壓痕較大，不宜在實際零件表面、薄壁件、表面硬化層上測定布氏硬度。淬火鋼球作壓頭，測定HB450的材料的硬度；硬質(zhì)合金球作壓頭，測定的硬度可達650HB壓頭直徑選定: 試件的厚度應(yīng)大于壓痕深度的10倍。盡可能選用大直徑的壓頭。 測試加載壓力與試件表面垂直，均勻平穩(wěn)，無沖擊。 要在同一材料

17、上測得相同的布氏硬度，或在不同的材料上測得的硬度可以相互比較，壓痕的形狀必須幾何相似，壓入角應(yīng)相等。布氏硬度相同時，要保證壓入角相等，則P/D2應(yīng)為常數(shù)。 l 洛氏硬度試驗方法 洛氏硬度是直接測量壓痕深度，壓痕愈淺表示材料愈硬常用的壓頭：頂角為1200的金剛石圓錐體，直徑為1.588mm(116英寸)的鋼球壓頭l 維氏硬度測定的原理與方法基本上與布氏硬度的相同，根據(jù)單位壓痕表面積上所承受的壓力來定義硬度值。測定維氏硬度所用的壓頭為金剛石制成的四方角錐體，兩相對面間的夾角為136，所加的載荷較小。已知載荷P，測得壓痕兩對角線長度后取平均值d，計算維氏硬度值，單位為kgf/mm2 HV=1.854

18、4P/d2 9. 了解缺口對材料力學(xué)性能的影響第三章 材料的沖擊韌性及低溫脆性1. 熟悉多沖和單沖試驗的測試方法、物理意義以及工程工廠意義一次沖擊彎曲試驗：質(zhì)量m的擺錘，舉至高度H，勢能mgH1；錘釋放，將試件沖斷。擺錘失去一部分能量，這部分能量就是沖斷試件所作的功，稱為沖擊功，以Ak表示。剩余的能量使擺錘揚起高度H2，故剩余的能量即為mgH2。Ak=mgH1-mgH2=mg(H1-H2) Ak的單位為Kgf.m或J。物理意義：用試樣缺口處截面FN(cm2)去除AKV(AKU)，便得到?jīng)_擊韌度或沖擊值aKV(aKU)，即 aKV(aKU)=AKV(AKU)/FN aKV(aKU)是一個綜合性的

19、力學(xué)性能指標，與材料的強度和塑性有關(guān)，單位為Jcm2多次沖擊實驗：多次沖擊試驗在落錘式多次沖擊試驗機PC-150上進行，沖擊頻率為450周次min和600周次min。沖擊能量靠沖程調(diào)節(jié)而變換(0.11.5J)，可做多沖彎曲、拉伸和壓縮試驗試驗后可繪制出沖擊功AN曲線，從AN多沖曲線不難看出，隨沖擊功A的減少，沖斷次數(shù)N增加。2. 掌握低溫脆性的工程意義（62頁） 3. 了解韌脆轉(zhuǎn)化溫度的測試方法以及對其的影響因素通常只是根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化定義tk。為此，需要在不同溫度下進行沖擊彎曲試驗，根據(jù)試驗結(jié)果作出沖擊吸收功溫度曲線、試樣斷裂后塑性變形量和溫度的關(guān)系曲線、斷口形貌中各

20、區(qū)所占面積和溫度的關(guān)系曲線等，根據(jù)這些曲線求tk。4. 系列沖擊實驗與材料韌性的關(guān)系5. 韌脆轉(zhuǎn)化溫度tk的評定方法按能量法定義tk的方法 ：(1)當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度而變化，形成一平臺，該能量稱為“低階能”。以低階能開始上升的溫度定義tk，并記為NDT(nil ductility temperature)，稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度， (2)高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一個上平臺，稱為“高階能”。以高階能對應(yīng)的溫度為tk,記為 transition plastic)。高于FTP的斷裂，將得到100的纖維狀斷口。(3)以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義，

21、并記為FTE(fracture transition elastic)。(4)以Akv15 呎磅(20.3Nm)對應(yīng)的溫度定義，并記為V15TT。這個規(guī)定是根據(jù)大量實踐經(jīng)驗總結(jié)出來的。實踐表明，低碳鋼船用鋼板服役時若沖擊韌性大干15呎磅或在V15TT以上工作就不致于發(fā)生脆性斷裂。(5)溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50時的溫度為tk，并記為50FATT（fracture appearance transition temperature)或 FATT50、t50。6. 影響材料低溫脆性的因素的分析影響材料低溫脆性的因素：1晶體結(jié)構(gòu)的

22、影響：體心立法金屬及其合金存在低溫脆性，而面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。2化學(xué)成分的影響：間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 加入置換型溶質(zhì)元素（Ni、Mn例外），一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但是效果不明顯。雜質(zhì)元素S、P、Pb等使鋼的韌性下降。3.顯微組織的影響（1） 細化晶粒提高韌性（2） 金相組織有影響 4.溫度的影響主要是“藍脆”的影響5.加載速率的影響，提高加載速率如同降低溫度，使材料脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。加載速率對鋼脆性的影響與鋼的強度有。6試樣形狀和尺寸的影響，缺口曲率半徑越小，tk，因此，V型缺口試樣的tk高于U型試樣的tk。當(dāng)不改變?nèi)?/p>

23、口尺寸而只增加試樣寬度(或厚度)時，tk升高若試樣各部分尺寸按比例增加時，tk也升高這是由于試樣尺寸增加時應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率增大，故脆性增大。第四章 材料的斷裂韌性1. 了解材料裂紋的基本方式(a)張開型(型);(b)滑開型(型); (c)撕開型()型2. 熟悉線彈性條件下的I型裂紋大板的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)拉應(yīng)力垂直作用于裂紋面，裂紋沿作用方向張開，沿裂紋面擴展。3. 掌握KIC的基本概念、物理意義當(dāng)應(yīng)力和裂紋尺寸a單獨或同時增大時，KI和裂紋尖端的各應(yīng)力分量也隨之增大。當(dāng)應(yīng)力或裂紋尺寸a增大到臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)，應(yīng)力達到材料的斷裂韌性，裂紋便失穩(wěn)擴展而導(dǎo)致材料的斷裂，這

24、時KI也達到了一個臨界值，這個臨界KI記為KIC或KC,稱為斷裂韌性(概念)，單位為Mpam1/2或KNm-3/2，物理意義，其是一個表示材料抵抗斷裂的能力。 (KC為平面應(yīng)力斷裂韌度,KIC為平面應(yīng)變斷裂韌度.同一種材料KCKICKIC：表示材料抵抗斷裂的能力，材料在平面應(yīng)變狀態(tài)下抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。4. 了解彈塑性條件下的斷裂韌性（基本概念） 5. 掌握影響材料斷裂韌度的因素斷裂韌度作為評價材料抵抗斷裂能力的力學(xué)性能指標，它取決于材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，同時也受到溫度、應(yīng)變速率等外部因素的影響。一、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)對斷裂韌度的影響（1）化學(xué)成分的影響，對于金屬材料，a細化

25、晶粒的合金元素：因提高強度和塑性，可使斷裂韌度提高； b強烈固溶強化的合金元素：因大大降低塑性而使斷裂韌度降低，并且隨合金元素的濃度的提高，降低的作用更加明顯；c形成金屬間化合物并呈第二相析出的合金元素：因降低塑性有利于裂紋擴展而使斷裂韌度降低。對于陶瓷材料，提高材料強度的組元，都將提高斷裂韌度。對于高分子材料，增強結(jié)合鍵的元素都將提高斷裂韌度。（2）基體相結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸的影響，一般而言，基體相晶體結(jié)構(gòu)易于發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生韌性斷裂，材料的斷裂韌度就高。對于陶瓷材料，可以通過改變晶體類型，調(diào)整斷裂韌度的高低。細化晶粒既可以提高強度，又可以提高塑性，那么斷裂韌度也可以得到提高。3夾雜和第二相的影

26、響，對于金屬材料，非金屬夾雜物的 第二相的存在對斷裂韌度的影響可以歸納為： A.非金屬夾雜物往往使斷裂韌度降低；（AB原因）B.脆性第二相隨著體積分數(shù)的增加，使得斷裂韌度降低；C.韌性第二相當(dāng)其形態(tài)和數(shù)量適當(dāng)時，可以提高材料的斷裂韌度。對于陶瓷材料和復(fù)合材料，目前常利用適當(dāng)?shù)牡诙嗵岣咂鋽嗔秧g度，第二相可以是添加的，也可以是在成型時自蔓延生成的如在SiC、SiN陶瓷中添加碳纖維，或加入非晶碳，燒結(jié)時自蔓延生成碳晶須，可以使斷裂韌度提高。4顯微組織的影響，相同強度條件下，斷裂韌度的大小:）在低碳鋼中，回火馬氏體貝氏體）在高碳鋼中，上貝氏體回火馬氏體下貝氏體。二、特殊改性處理對斷裂韌度的影響（1）

27、亞溫淬火，獲得不同形態(tài)和數(shù)量的未溶鐵索體+馬氏體的復(fù)相組織，由于晶粒的細化、相界面積的增加、單位面積雜質(zhì)濃度的降低、鐵素體對裂紋尖端應(yīng)力集中的松弛作用、裂紋沿相界面擴展途徑的延長等，使得強度和韌性得到提高。（2）超高溫淬火，對于中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，采用超高溫淬火，雖然奧氏體晶粒顯著粗化，塑性和沖擊吸收功降低，但斷裂韌度提高6形變熱處理，高溫形變熱處理由于動態(tài)再結(jié)晶，可以細化奧氏體晶粒，因而細化了淬火后的馬氏體，使強度和韌性都提高。低溫形變熱處理除了細化奧氏體晶粒外，還可增加位錯密度，促進合金碳化物彌散沉淀，降低奧氏體含碳量和增加細小板條馬氏體的數(shù)量，因而提高強度和韌性。 對于大多數(shù)材料，溫度的降低

28、通常會降低斷裂韌度。三、外界因素對斷裂韌度的影響 應(yīng)變速率對斷裂韌度的影響類似于溫度。增加應(yīng)變速率相當(dāng)于降低溫度，也可使KIC下降。6. 熟悉斷裂韌度在工程中的基本應(yīng)用斷裂韌度在工程中的應(yīng)用可以概括為三方面：第一就是設(shè)計:包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇，可以根據(jù)材料的斷裂韌度，計算結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力，針對要求的承載量，設(shè)計結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸；可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載要求、可能出現(xiàn)的裂紋類型，計算可能的最大應(yīng)力強度因子，依據(jù)材料的斷裂韌性進行選材；第二就是校核 ，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的承載能力、材料的斷裂韌度，計算材料的臨界裂紋尺寸，與時測的裂紋尺寸相比較。校核結(jié)構(gòu)的安全性，判斷材料的脆斷趨向；第三就是材料開發(fā) ，可以

29、根據(jù)對斷裂韌度的影響因素，有針對性地設(shè)計材料的組織結(jié)構(gòu)，開發(fā)新材料。第五章 材料的疲勞性能1、 了解疲勞破壞的一般規(guī)律（87頁）2、 掌握疲勞破壞的機理（高分子）（1）易產(chǎn)生銀紋的非晶態(tài)聚合物的疲勞破壞過程主要決定于外加名義應(yīng)力：A：高循環(huán)應(yīng)力時，應(yīng)力很快便達到或超過材料銀紋的引發(fā)應(yīng)力，產(chǎn)生銀紋，并隨之轉(zhuǎn)變成裂紋，擴展后導(dǎo)致材料疲勞破壞； B：中應(yīng)力循環(huán)時也會引發(fā)銀紋，并轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y，裂紋擴展速度比高應(yīng)力區(qū)低，但機理、過程相同； C：低應(yīng)力循環(huán)時因難以引發(fā)銀紋，由材料微損傷累積及微觀結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生微孔洞及微裂紋，并導(dǎo)致宏觀破壞。（2）對于因低應(yīng)力或本身不易產(chǎn)生銀紋的結(jié)晶態(tài)聚合物，其疲勞過程可出現(xiàn)以

30、下現(xiàn)象：1) 整個過程，疲勞應(yīng)變軟化而不出現(xiàn)硬化；2) 分子鏈間剪切滑移，分子鏈斷裂，結(jié)晶損傷及晶體精細結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；3) 產(chǎn)生顯微孔洞(micryoid)，微孔洞聚合成微裂紋，并擴展成宏觀裂紋；4) 斷口呈裂紋擴展形成的肋狀形態(tài)，材料呈被拉拔出的叢生簇狀結(jié)構(gòu)，每肋條間次級裂紋源顯示出細砂結(jié)構(gòu)。熱疲勞是聚合物疲勞失效的主要原因。但有時也可修補高分子的微結(jié)構(gòu)損傷。（3）聚合物疲勞斷口上可有兩種特征的條紋：疲勞輝紋（fitigue striation)和疲勞斑紋（marking)。A:前者是每周期變動應(yīng)力作用時引起的裂紋擴展，間距為10um左右；后者是不連續(xù)的、跳躍式的變動應(yīng)力引起的裂紋擴展，間距

31、為50um左右。B:較低分子量和低應(yīng)力強度因子有利于疲勞斑紋的產(chǎn)生； C:高分子量在所有的應(yīng)力強度因子條件下皆可形成疲勞輝紋。3、 熟悉疲勞抗力指標的意義以及測試方法（97頁）疲勞抗力指標: 1)疲勞強度2)過載持久值3)疲勞缺口敏感度4)疲勞裂紋擴展速度 測定疲勞曲線的方法是，按標準(GB4337-84)的規(guī)定先準備若干個尺寸相同的試樣，從0.67b到0.4b，選擇幾個不同的最大循環(huán)應(yīng)力1，2，n，分別對每個試樣進行循環(huán)加載試驗，測定它們從加載開始到試樣斷裂所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)N1，N2，Nn，然后在直角坐標圖上將這些數(shù)據(jù)繪制成 -N曲線，或 maxlgN曲線。4、 掌握影響材料及機件疲勞強度

32、的因素一、工作條件的影響 ，1.載荷條件，(1) 應(yīng)力狀態(tài)和平均應(yīng)力，應(yīng)力比的影響在第三節(jié)中敘述。 (2) 在過載損傷區(qū)內(nèi)的過載將降低材料的疲勞強度或壽命。 (3)次載鍛煉：低于疲勞極限的應(yīng)力稱為次載。材料特別是金屬在低于疲勞強度的應(yīng)力先運轉(zhuǎn)一定周次，即經(jīng)過次載鍛煉，可以提高材料的疲勞強度，4)間歇效應(yīng)：實驗表明，對應(yīng)變時效材料，在循環(huán)加載的運行中，若間歇空載一段時間或間隙時，適當(dāng)加溫，可提高疲勞強度，并延長疲勞壽命。 (5)載荷頻率：在一定的頻率范圍(1701000Hz)內(nèi)，材料的疲勞強度隨加載頻率的增加而提高在常用的頻率間(50170Hz)，材料的疲勞強度基本不受頻率變化影響；低于1Hz的

33、加載，疲勞強度有所降低。2溫度，隨溫度，疲勞強度；溫度，疲勞強度。但在某些溫度范圍因時效、熱脆等現(xiàn)象，疲勞強度會出現(xiàn)峰值或谷值。高溫時，材料的疲勞曲線沒有水平段，疲勞強度只能按規(guī)定的循環(huán)周次確定。3腐蝕介質(zhì)，腐蝕性介質(zhì)因使材料表面腐蝕產(chǎn)生蝕坑，而降低材料的疲勞強度導(dǎo)致腐蝕疲勞。即不存在無限壽命疲勞極限，只有條件疲勞極限。二、表面狀態(tài)及尺寸因素的影響，1應(yīng)力集中，應(yīng)力集中：機件表面的缺口應(yīng)力集中，往往是引起疲勞破壞的主要原因。2.表面狀態(tài) ，（1）表面粗糙度: A:粗糙度愈低，材料的疲勞極限愈高； B:粗糙度愈高，疲勞極限愈低; C:材料強度愈高，表面粗糙度對疲勞極限的影響愈顯著; D:表面加工

34、方法不同，所得到的粗糙度不同。 （2）抗拉強度:愈高的材料，加工方法對其疲勞極限的影響愈大。因此，用高強度材料制造受循環(huán)載荷作用的機件時，其表面必須經(jīng)過更加仔細的加工，不允許有刀痕、擦傷或者大的缺陷，否則會使疲勞極限顯著降低。3尺寸因素，機件尺寸對疲勞強度也有較大的影響，在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下其影響更大。一般來說，隨著機件尺寸，其疲勞強度，這種現(xiàn)象稱為疲勞強度尺寸效應(yīng)。缺口試樣比光滑試樣的尺寸效應(yīng)更明顯。 三表面強化及殘余應(yīng)力的影響，提高機件表面塑變抗力(硬度和強度)，降低表面的有效拉應(yīng)力，即可抑制材料表面疲勞裂紋的萌生和擴展，有效地提高承受彎曲與扭轉(zhuǎn)循環(huán)載荷下材料的疲勞強度，表面強化處理具有

35、雙重作用：提高表層強度；提供表層殘余壓應(yīng)力，抵消一部分表層拉應(yīng)力。表面強化的方法通常有表面噴丸和滾壓，表面淬火及表面化學(xué)熱處理等。四、材料成分及組織的影響，1. 合金成分，合金成分對鋼的疲勞強度的影響有峰值區(qū)。2非金屬夾雜物及冶金缺陷，脆性夾雜物如A12O3、硅酸鹽(球狀)等在鋼中易萌生疲勞裂紋，而降低材料的疲勞強度。3顯微組織 5、 了解熱疲勞的基本概念隨堂練習(xí)題11. 典型疲勞斷口具有3個特征區(qū) 疲勞源 、 疲勞裂紋擴展區(qū) 、 瞬斷區(qū) 。2. 疲勞區(qū)的每組貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線，凹側(cè)指向 疲勞源 ，凸側(cè)指向 裂紋擴展區(qū) 方向。3. 脆性材料的疲勞斷口呈 結(jié)晶狀 ；韌性材料斷

36、口在心部平面應(yīng)變區(qū)呈 放射狀 或 人字狀 ，邊緣區(qū)則有 剪切唇區(qū) 。4. 陶瓷材料常溫時裂紋尖端存在循環(huán)應(yīng)力的疲勞效應(yīng)。（錯）原因：根本不存在5. 金屬材料的損傷累積及疲勞機理對陶瓷材料適用。（錯）原因：不適用6. 陶瓷材料擴展的壽命過程遠比金屬材料要短。（對）7. 陶瓷材料斷口上易觀測到疲勞貝紋和疲勞條帶（錯）。不易8. 陶瓷材料循環(huán)疲勞斷口與快速斷裂斷口形貌之間差異十分微小，均呈現(xiàn)韌性斷口特征。（）9.疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特征，貝紋線 是疲勞斷口的宏觀特征。10.疲勞條帶(疲勞輝紋)定義：是略呈彎曲并相互平行的溝槽狀花樣，與裂紋擴展方向垂直，是裂紋擴展時留下的微觀痕跡，是疲勞斷口最典型

37、的微觀特征。11.裂紋擴展的兩個階段，第階段是沿著最大 切應(yīng)力 方向向內(nèi)擴展;第階段沿垂直 拉應(yīng)力 方向擴展形成 主裂紋 ，直到最后形成 剪切唇區(qū) 。12.機械疲勞是聚合物疲勞失效的主要原因。（錯）熱疲勞才是主要原因13.聚合物疲勞斷口上可有兩種特征的條紋： 疲勞輝紋 和 疲勞斑紋 。14.較低分子量在所有的應(yīng)力強度因子條件下皆可形成疲勞輝紋。（錯）因該是在較高分子量下15.復(fù)合材料的疲勞不能沿用金屬材料的判斷準則,常以材料彈性模量下降的百分數(shù)和共振頻率變化作為破壞依據(jù)。對16.復(fù)合材料弱界面和強纖維情況下，裂紋沿纖維旁側(cè)以非平面應(yīng)變模式增長。對17.當(dāng)復(fù)合材料界面很強時，裂尖的高應(yīng)力集中作用

38、于纖維上，脆纖維會突然破壞。對18.復(fù)合材料的疲勞性能對壓縮應(yīng)變特別敏感。對隨堂練習(xí)題21.疲勞曲線上的水平線代表有限壽命區(qū)邊界；斜線段代表無限壽命區(qū)邊界。（錯誤）正確的是，疲勞曲線上的水平線代表無限壽命區(qū)邊界；斜線段代表有限壽命區(qū)邊界2. .疲勞強度定義為在指定 疲勞壽命 下，材料能承受的 上限循環(huán)應(yīng)力 。3同種材料的疲勞強度：-1P-1-1（錯誤）正確的是：-1-1P-14.材料的抗拉強度越大，其疲勞強度也越大。（正確）5.過載持久值中材料在高于 疲勞強度 的一定應(yīng)力下工作，發(fā)生疲勞斷裂的 應(yīng)力循環(huán)周次 。6. 曲線傾斜得愈陡直，持久值就愈高，材料對過載的抗力愈高。（正確）材料的過載損傷界

39、越陡直，損傷區(qū)愈窄，則其抵抗疲勞過載能力就愈強。7. qf趨近零，表明材料對缺口十分敏感；qf1，表明材料對缺口完全不敏感。（錯誤）正確的是：當(dāng)Kf1時，qf趨近零，表明材料對缺口完全不敏感；當(dāng)Kf=Kt時，qf1，表明材料對缺口十分敏感。隨堂練習(xí)題三1）次載鍛煉可以提高材料的疲勞強度。（對 ）2）低于1Hz的加載，材料的疲勞強度基本不受頻率變化影響。（錯）低于1Hz的加載，疲勞強度有所降低3）溫度，疲勞強度。（對）4）腐蝕疲勞存在無限壽命疲勞極限，因而腐蝕疲勞曲線無水平段。（錯）5）材料強度愈高，表面粗糙度對疲勞極限的影響愈顯著。（）6）粗糙度愈低，材料的疲勞極限愈低；（）7）隨著機件尺寸，

40、其疲勞強度，這種現(xiàn)象稱為 疲勞強度尺寸效應(yīng) 。8）（-1）d 為直徑為d的機件的疲勞強度小試樣的疲勞強度。9）表面強化處理具有雙重作用： 提高表層強度和 提供表層殘余壓應(yīng)力，抵消一部分表層拉應(yīng)力。10）結(jié)構(gòu)鋼中 碳是影響疲勞強度的重要因素，它既可間隙固溶強化基體，又可形成彌散碳化物進行彌散強化，提高材料形變抗力和疲勞強度。11）關(guān)于高周疲勞的疲勞強度下列敘述中正確的是：CA 回火馬氏體回火索氏體回火屈氏體B 晶狀碳化物的調(diào)質(zhì)組織片狀碳化物正火組織C 相同硬度條件下：等溫淬火淬火回火D 淬火組織中若存在未溶鐵素體和未轉(zhuǎn)變殘余奧氏體或馬氏體組織，則因它們易引發(fā)疲勞裂紋，而使材料疲勞強度降低。12）

41、由周期變化的熱應(yīng)力或熱應(yīng)變引起的材料破壞稱為熱疲勞。13）材料經(jīng)受溫度瞬變而不被破壞的能力稱為材料的 熱抗震性。14）材料熱震破壞的動力是 熱應(yīng)力 和 應(yīng)力場強度因子。15）非致密高強陶瓷材料則易在熱震作用下發(fā)生炸裂。(錯誤)不是非致密高強陶瓷材料 第六章 材料的磨損性能1、 掌握磨損的基本概念2、 了解磨損的基本類型；可分4類：粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損及麻點疲勞磨損(接觸疲勞)等。3、 熟悉磨損的基本過程；粘著磨損：（1）概念：粘著磨損又稱咬合磨損，是因兩種材料表面某些接觸點局部壓應(yīng)力超過該處材料屈服強度發(fā)生粘合并拽開而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。 （2）發(fā)生的條件：摩擦副相對滑動速度??；接

42、觸面氧化膜脆弱；潤滑條件差；接觸應(yīng)力大的滑動摩擦。（3）磨損表面特征：機件表面有大小不等的結(jié)疤。（4）粘著磨損過程：是粘著點不斷形成又不斷被破壞并脫落的過程。 粘著（低溫冷焊，而高溫直接焊接）剪切脫落再粘著不斷破壞并脫落的過程。磨粒磨損：磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損，是摩擦副的一方表面存在堅硬的細微凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子(從外界進入或從表面剝落)時產(chǎn)生的磨損。前者稱兩體磨粒磨損，如銼削過程；后者稱三體磨粒磨損，如拋光過程。磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽.。接觸疲勞概念: 兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長期作用使材料表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)

43、小片或小塊狀材料剝落，而使材料磨損的現(xiàn)象，故又稱表面疲勞磨損或麻點磨損，是齒輪、滾動軸承等工件常見的磨損失效形式。接觸疲勞的宏觀形態(tài)特征是：接觸表面出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑(麻坑)，有的凹坑較深，底部有疲勞裂紋擴展線的痕跡。影響材料接觸疲勞的因素除了加載條件外，主要是材料因素，如材料成分和組織狀態(tài)，表面硬度與心部硬度或摩擦副硬度匹配、硬化層深度、表面狀態(tài)等。4、 掌握耐磨性及其測量方法；耐磨性是指材料抵抗磨損的性能，迄今還沒有一個明確的統(tǒng)一指標，通常用磨損量表示。磨損量愈小，耐磨性愈高。磨損量的測量有稱重法和尺寸法兩種：稱重法是用精密分析天平稱量試樣試驗前后的質(zhì)量變化確定磨損量。尺寸法是根據(jù)表面法向尺寸在試驗前后的變化確定磨損量。有時還測量比磨損量：單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量。5、 材料磨損性能評測指標常用磨損量的倒數(shù)或用相對耐磨性()表征材料的耐磨性亦稱磨損系數(shù)。 6、 提高材料耐磨性的途徑磨損是造成材料損耗的主要原因，也是機件3種主要失效形式(磨損、腐蝕、斷裂)之一 。提高摩擦副表面的強度(或硬度)及韌性，可望提高耐磨性。一、減輕粘著磨損的主要措施1）