0緒論工程材料性能及應用簡介材料力學性能材料材料的性能材料的分類研究內容及目的主要參考書10.1材料

經過人類勞動取得的勞動對象。一般把來自采掘工業和農業的勞動對象稱為“原料”，把經過工業加工的原料成為“材料”。材料是人類賴以生存與發展、征服及改造自然的物質基礎,是人類活動不可缺少的東西。材料是社會生產力發展的標志，生產中使用的材料性質反映了人類社會的文明水平。現代國家的實力與水平主要取決于他的能源、材料、信息的發展。什么是材料2材料工程技術人員學習材料科學知識的意義

評價一個設備、部件、零件的優劣或質量：①必需保證使用的基本性能（力學、物理），具有一定的壽命（耐疲勞、磨損、腐蝕）；②便于制造，即可以生產出來；③可接受的成本。

這幾點要求是相互矛盾的，但是應利用各種專業知識，從中找到一個合理的配合，可見其中材料起到相當重要的決定性作用。

在機械產品的設計和維護中，不要單看材料僅僅是圖紙標題欄中諸多內容中的一項，用的得當可以反映設計的先進性，達到價廉物美的效果；否則，可能是一個落后的設計，或者是閉門造車，根本上沒法制造出來，甚至會隱藏禍根，導致使用中釀成事故和災難。3不同服役條件對材料性能的要求不同5力學性能

材料的力學性能是指材料處于特定環境因素(溫度、介質等)時，在外力或能量的作用下表現出來的變形和破壞的特征。材料的性能

通常把作用在材料上的外力或能量稱為載荷或負荷。材料的主要力學性能有：彈性強度塑性硬度沖擊韌性疲勞特性耐磨性6拉伸試驗過程：力學性能外力增加，試樣伸長。得到P－l曲線，換算為－曲線。材料表現為彈性變形、均勻塑性變形、頸縮、斷裂。7強度與塑性屈服強度：σsσ0.2

力學性能塑性：斷裂前可發生永久變形的能力。抗拉強度：σb

材料開始發生塑性變形的最小應力。材料發生斷裂前能承受的最大應力。9硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標，反映材料抵抗局部塑性變形的能力。力學性能莫氏硬度：布氏硬度：

用直徑D鋼球在力P的作用下壓在試樣上，保持一定時間,得到壓痕(直徑d)。實用于較軟塑性材料測量。10硬度力學性能洛氏硬度：

用120°圓錐金剛石壓頭，1470N(150kgf)力壓入材料，以壓入材料表面的深度來度量材料的硬度。用于硬度較高的（淬火）鋼件。

用對面夾角136°四棱錐金剛石壓頭，在力P作用下壓入材料，用壓痕單位面積上承受的力作為材料硬度的度量。力的大小從980N、490N、297N到…0.192N不等。壓痕小用顯微鏡來觀察，用于測量表層或微區。維氏硬度：11斷裂韌度斷裂韌性是材料中存在缺陷時，材料抵抗脆性斷裂的能力。力學性能斷裂韌度指標為KIC，有專門的測定方法。工程應用要求：因為大型構件不可避免存在各種缺陷，在缺陷前端有不同的應力作用，都存在應力集中，其中裂紋受張開應力作用為最危險。Y裂紋形狀系數，a裂紋長度的一半。13疲勞強度

零件在低于屈服應力的交變應力的反復作用下，而發生的斷裂現象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂是損傷積累的過程，包括疲勞裂紋的產生、擴展、瞬間斷裂三個階段。應力大小和循環次數有關。力學性能低周疲勞又稱條件疲勞極限，參照零件工作周期可能作用的次數N下能承受的應力極限值σN。（可以有效發揮材料的作用）高周疲勞對稱應力作用趨于水平線的最大應力為σ-1,作為永久可用的疲勞強度極限。實際大多以107次未斷裂的應力來測定。14耐磨性一個零件相對另一零件有摩擦運動而造成接觸面的尺寸變化、質量損失現象成為磨損。力學性能磨損的后果可能因零件尺寸變化，輕則降低傳動質量，影響部件的使用性能；重則因尺寸變小造成零件斷裂。磨損主要有磨粒磨損(切削)、粘著磨損(分子作用力)；此外接觸疲勞有人歸類為磨損，也有人歸為另一類損傷形式。

測定方法讓兩試樣組成摩擦副，在設定條件(力、潤滑劑)進行一定時間的摩擦運動后，測定試樣的尺寸減小值/質量的損失值/摩擦表面外觀形貌來比較不同材料的耐磨性。15物理性能材料的性能電阻與電導電阻溫度系數熔點導磁率物質由固態轉變為液態的溫度，反映固態下原子間結合力。電阻率為單位長度和單位截面積導體的電阻。單位是M，其倒數稱為電導率S/M西門子/米溫度上升1℃時，電阻率的變化系數，單位℃-1

電子導電的特點是溫度升高，電阻率上升；離子導電是熱激活過程，溫度升高，電阻率下降。超導現象是材料在很低溫度下，電阻突然從某個值降為零的特征。每種材料有自己的轉變溫度，某些化合物的轉變溫度達到100K以上。是鐵合金、化合物(鐵氧體)特有性能。17化學性能

反映材料與各種化學試劑發生化學反應的可能性和反應速度大小的相關參數。材料的性能

工程材料主要考慮其耐腐蝕性，電化學材料有的考察電極電位、儲能密度等。材料由于周圍環境介質侵蝕而造成的損傷和破壞均稱為腐蝕。發生腐蝕的化學過程有化學腐蝕(氧化)、電化學腐蝕和應力腐蝕等不同形式。腐蝕速度與材料、介質、溫度、應力、輻照……因素有關。腐蝕不僅影響零件表明質量，并且可以造成零件早期損壞，防腐設計應考慮材料的選擇和防腐措施相結合。18工藝性能

材料的工藝性能是材料力學、物理、化學性能的綜合表現。主要反映材料生產或零部件加工過程的可能性或難易程度。材料的性能1.材料可生產性：得到材料可能性和制備方法。2.鑄造性：將材料加熱得到熔體，注入較復雜的型腔后冷卻凝固，獲得零件的方法。流動性：充滿型腔能力收縮率：縮孔數量的多少和分布特征偏析傾向：材料成分的均勻性19工藝性能材料的性能5.切削加工性：材料進行切削加工的難易程度。它與材料的種類、成分、硬度、韌性、導熱性等有關。6.熱處理性能：可以實施的熱處理方法和材料在熱處理時性能改變的程度。切削抗力加工表面質量排屑難易程度切削刀具的使用壽命

隨著科技進步的發展，對材料工藝性能的評價標準也在不斷發展和變化。21材料性能總結決定材料性能實質：構成材料原子的類型：材料的成分描述了組成材料的元素種類以及各自占有的比例。材料中原子的排列方式：原子的排列方式除了和元素自身的性質有關以外，還和材料經歷的生產加工過程有密切的關系。研究的意義：性能決定了材料的用途。性能決定了材料和零部件生產方法。性能的變化規律為改變材料性能達到人們需求提供途徑。220.3材料的分類工程材料：主要利用其力學性能制作結構件。建筑材料結構材料工具材料按材料用途（性能）功能材料：主要利用其物理、化學性能或效應制作具有特定功效的器件。半導體材料磁性材料激光材料熱電材料光電材料聲電材料等23材料的分類Periodictableoftheelementswiththoseelementsthatareinherentlymetallicinnatureincolor.25材料的分類（2）高分子材料：有機聚合物。熱塑性塑料：尼龍聚乙烯聚氯乙稀聚丙烯……按材料成分：熱固性塑料：樹脂聚氨酯……彈性材料：天然橡膠合成橡膠Miscellaneousinternalpartsofacontemporaryparkingmeteraremadeofanacetal(縮醛)polymer.Engineeredpolymersaretypicallyinexpensiveandcharacterizedbyeaseofformationandadequatestructuralproperties.(CourtesyoftheDuPontCompany,EngineeringPolymersDivision)26材料的分類按材料成分：29材料的分類按材料成分：（4）復合材料：兩種或兩種以上性質不同的材料組合起來的一種固體材料。Exampleofafiberglasscompositecomposedofmicroscopic-scale(微觀尺度)reinforcingglassfibersinapolymermatrix.300.4本課程學習內容、目的材料力學性能課程主要內容－材料在各種服役條件下的失效現象及微觀機理；－材料力學性能指標的本質、概念、實用意義，以及各種力學性能指標之間的相互聯系；－影響材料力學性能的因素，提高力學性能的方向和途徑；－材料力學性能的測試技術。目的：1）合理使用材料－掌握不同服役條件下力學性能變化規律，有助于正確選擇材料；2）研究開發新材料－明確提高力學性能的方向和途徑，是研發新材料的關鍵；3）改進和開發冷熱加工工藝-提高產品性能、生產效率、降低成本，減輕環境負荷。310.5位錯理論的回顧

0.5.1

位錯理論的基本概念（1）晶體中的缺陷：點、線、面、體缺陷（2）位錯定義：晶體中已滑移部分與未滑移部分在滑移面上的交界線，稱為位錯線。（3）位錯的描述及種類：柏氏矢量；刃位錯、螺位錯、混型位錯。（4）位錯的萌生與增殖：形核；F-R位錯源理論。（5）位錯的運動：滑移、攀移、交滑移、交割與割階（6）位錯運動受阻：塞積群、割階、氣團、面角位錯（7）其他：位錯的應力場、彈性應變能及受力；位錯的分解或合成；典型晶體中的位錯。320.5.2位錯理論的作用（1）材料的理論強度遠遠高于實際強度；（2）材料的屈服----位錯的萌生與增殖；（3）材料的加工硬化----位錯運動受阻；（4）材料的斷裂、蠕變的機理。（5）晶體生長速率的理論值與實際測量值的差異。33參考書1.束德林.工程材料力學性能.機工,