【讲义】材料力学性能测试

第一篇：【讲义】材料力学性能测试

材料力学性能测试

【实验目的】

1.了解布氏，维氏硬度计的构造原理；

2.掌握布氏，维氏硬度的实验原理，测定方法及应用范围； 3.掌握布氏硬度值表格的查找。【实验原理】

1、布氏硬度试验

在直径为 D（mm）的淬火钢球上施加规定的载荷 P（公斤力），压入试样表面如图1，保持一定时间后，卸除载荷。用压痕表面积 F 除所承受的平均压力 P，所得之商（公斤/毫米2）表示布氏硬度值，符号为HB，计算公式是：

HBPP2P=

22FπDhπD(DDd)

图1 布氏硬度实验原理图

*布氏硬度广泛用于各种退火状态下的钢材，铸铁，有色金属的试验，也用于调质处理及硬度小于HB450的机器零件的硬度试验。

2、维氏硬度实验

维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136º的金刚石正四棱锥体压头，在一定载荷P（公斤力）作用下压入试样表面如图2。

图2 维氏硬度实验原理图

在一般情况下，建议选用30公斤力的载荷。载荷保持时间对黑色金属为10～15秒，对有色金属为30±2秒。

*维氏硬度广泛应用在测定金属薄镀层或化学热处理后表面层的硬度，以及较小工件的硬度试验。

3、显微硬度试验

显微硬度试验原理与维氏硬度完全相同，不过所加载荷更低一些，一般小于200克力。所得压痕对角线长度也只有几微米至几十微米。

*显微硬度试验可用于：测定表面光洁度▽9以上的细小或片状零件的硬度，零件表面薄层硬度及脆性材料硬度；测定金相组织中某个相或组织硬度。

【实验仪器】

HVS-5型数显小负荷维氏硬度计，HB-3000B型布氏硬度计，读数显微镜，各种标准硬度块。不同成分及热处理条件下的钢（40#）和铝材。【实验内容】

1.熟悉各种硬度计的构造原理，操作方法及注意事项。2.测定硬度前用标准硬度块校验硬度计的示值误差。

3.试样在进行硬度测试前，现需要查询相关资料来大致确定硬度值，以便选择合适的硬度测试仪器，避免不必要的仪器损坏。

4.对待测样品进行处理。截取待测样品，注意长短。并对待测样品进行抛光处理。5.选择正确的仪器进行硬度测试，针对不用的试样选择相应的钢球直径和负荷。按操作规则正确操作，并且学会查硬度值表格。

6.多次测量并记录数值，待试验后进行数据处理。【数据处理】

1.相对标准件的硬度值进行示值得误差分析和计算。2.对已记录的硬度值，进行求平均值的计算，及误差的修正。3.对测得的硬度值结果进行合理的分析 【注意事项】

布氏硬度试验时注意事项：

1.试验时应根据材料的预期硬度值，并考虑试样的厚度，按国家标准GB231-63中的试验规范来选择钢球直径D,载荷P和加载时t，测得压痕直径d后按上式计算或查表。压痕直径d必须在0.25D～0.6D范围内，否则试验无效，应另选规范再行试验。

2.试验时为防止压痕周围因塑性变形产生形变硬化而影响实验结果，一般规定压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的2.5倍，相邻两压痕中心的距离应不小于压痕直径的4倍。对硬度低的材料此距离还应增大。

3.为使压痕清晰以保证测量精确，试样表面应尽可能光洁。

4.试样表面的压痕直径用读数显微镜测量，应从相互垂直的方向各测一次，取其算数平均值。其测量精确度：当用直径为10毫米或5毫米的钢球试验时为0.02毫米，当用直径为2.5毫米钢球时应达到0.01毫米。维氏硬度试验时注意事项：

1.测定维氏硬度的试样其表面应精心制备，光洁度不低于▽9。2.在制备过程中应防止因过热或加工硬化而改变金属的硬度值。

3.试验时，压痕中心与试样边缘的距离或两压痕中心的距离，对黑色金属应不小于压痕平均对角线的2.5倍，对有色金属应不小于5倍。

4.试验时每个试样至少测定三点硬度取其算术平均值。压痕的对角线长度以两对角线长度的平均值计算。其测量精度为：当压痕对角线长≦0.2毫米时，允许测量误差为±0.001毫米，当压痕对角线长﹥0.2毫米时，允许测量误差为±0.5％。如果压痕形状不规则，必须重作试验。测出压痕平均对角线长度后，将其代入公式或查表求出HV值。HV值应附以相应的下标，注明试验载荷值 【思考题】

1.布氏硬度计、维氏硬度计的分别适合测试哪些材料的硬度值？40#钢适合用哪种硬度计测量硬度值？

2.布氏硬度计、维氏硬度计使用时有哪些注意事项？

第二篇：聚合物材料的动态力学性能测试

DMA 测量形状记忆高聚物性能原理及应用

聚合物材料的动态力学性能测试

在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量(E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。实验原理

高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。

如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力90o，如图2-61(a)所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗。图2-61(b)是典型的黏弹性材料对正弦应力的响应。正弦应变落后一个相位角。应力和应变可以用复数形式表示如下。σ*=σ0exp(iωt)γ*=γ0 exp[i(ωt-δ)]

式中，σ0和γ0为应力和应变的振幅；ω是角频率；i是虚数。用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料的复数模量。模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力的性质。为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个90o的相位角，如图2-61(c)所示。对于复数切变模量

E*=E′+iE″

(2－60)式中

E′=∣E*∣cosδ E″=∣E*∣sinδ

显然，与应力同位相的切变模量给出样品在最大形变时弹性贮存模量，而有相位差的切变模量代表在形变过程中消耗的能量。在一个完整周期应力作用内，所消耗的能量△W与所贮存能量W之比，即为黏弹性物体的特征量，叫做内耗。它与复数模量的直接关系为

＝2π ＝2πtanδ

(2－61)这里tanδ称为损耗角正切。

聚合物的转变和松弛与分子运动有关。由于聚合物分子是一个长链的分子，它的运动有很多形式，包括侧基的转动和振动、短链段的运动、长链段的运动以及整条分子链的位移各种形式的运动都是在热能量激发下发生的。它既受大分子内链段(原子团)之间的内聚力的牵制，又受分子链间的内聚力的牵制。这些内聚力都限制聚合物的最低能位置。分子实际上不发生运动，然而随温度升高，不同结构单元开始热振动，并不断外加振动的动能接近或超过结构单元内旋转位垒的热能值时，该结构单元就发生运动，如移动等，大分子链的各种形式的运动都有各自特定的频率。这种特定的频率是由温度运动的结构单元的惯量矩所决定的。而各种形式的分子运动的开始发生便引起聚合物物理性质发生变化而导致转变或松弛，体现在动态力学曲线上的就是聚合物的多重转变(如图2-62所示)。线形无定形高聚物中，按温度从低到高的顺序排列，有5种可能经常出现的转变。δ转变侧基绕着与大分子链垂直的轴运动。

γ转变主链上2～4个碳原子的短链运动——沙兹基(Schatzki)曲轴效应(如图2-63)。

β转变主链旁较大侧基的内旋转运动或主链上杂原子的运动。α转变由50～100个主链碳原子的长链段的运动。

TⅡ转变液-液转变，是高分子量的聚合物从一种液态转变为另一种液态，两种液态都是高分子整链运动.在半结晶高聚物中，除了上述5种转变外，还有一些与结晶有关的转变，主要有以下转变。

Tm转变：结晶熔融(一级相变)。Tcc转变：晶型转变(一级相变)，是一种晶型转变为另一种晶型。Tac转变：结晶预溶。

通常使用动态力学仪器来测量材料形变对振动力的响应、动态模量和力学损耗。其基本原理是对材料施加周期性的力并测定其对力的各种响应，如形变、振幅、谐振波、波的传播速度、滞后角等，从而计算出动态模量、损耗模量、阻尼或内耗等参数，分析这些参数变化

与材料的结构(物理的和化学的)的关系。动态模量E′、损耗模量E″、力学损耗tanδ＝E″/ E′是动态力学分析中最基本的参数。实验设备和材料(1)仪器

DMA Q800是由美国TA INSTRUMENTS公司生产的新一代动态力学分析仪(见图2-64)。它采用非接触式线性驱动马达代替传统的步进马达直接对样品施加应力，以空气轴承取代传统的机械轴承以减少轴承在运行过程中的摩擦力，并通过光学读数器来控制轴承位移，精确度达1nm；配置多种先进夹具(如三点弯曲、单悬臂、双悬臂、夹心剪切、压缩、拉伸等夹具)，可进行多样的操作模式，如共振、应力松弛、蠕变、固定频率温度扫描(频率范围为0.01～210Hz，温度范围为-180～600℃)、同时多个频率对温度扫描、自动张量补偿功能、TMA等，通过随机专业软件的分析可获得高解析度的聚合物动态力学性能方面的数据。(测量精度：负荷0.0001N，形变1nm，Tanδ0.0001，模量1％)。本实验使用单悬臂夹具进行试验(2)试样

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)长方形样条。试样尺寸要求：长a=35～40mm；宽b≤15mm；厚b≤5mm。准确测量样品的宽度、长度和厚度，各取平均值记录数据。4.实验步骤

(1)仪器校正(包括电子校正、力学校正、动态校正和位标校正，通常只作位标校正)将夹具(包括运动部分和固定部分)全部卸下，关上炉体，进行位标校正(position calibration)，校正完成后炉体会自动打开。

(2)夹具的安装、校正(夹具质量校正、柔量校正)，按软件菜单提示进行。(3)样品的安装

1)放松两个固定钳的中央锁螺，按“FLOAT”键让夹具运动部分自由。2)用扳手起可动钳，将试样插入跨在固定钳上，并调正；上紧固定部位和运动部位的

中央锁螺的螺丝钉。

3)按“LOCK”键以固定样品的位置。

4)取出标准附件木盒内的扭力扳手，装上六角头，垂直插进中央锁螺的凹口内，以顺时针用力锁紧。对热塑性材料建议扭力值0.6～0.9N.m。(4)实验程序

1)打开主机“POWER’’键，打开主机“HEATER”键。

2)打开GCA的电源(如果实验温度低于室温的话)，通过自检，“Ready”灯亮。

3)打开控制电脑，载进“Thermal Solution”，取得与DMA Q800的连线。

4)指定测试模式(DMA、TMA等5项中1项)和夹具。

5)打开DMA控制软件的“即时讯号”(real time signal)视窗，确认最下面的。“Frame Temperature”与“Air Pressure”都已“OK”，若有接GCA则需显示“GCA Liquid Level：XX％full”。

6)按“Furnace”键打开炉体，检视是否需安装或换装夹具。若是，请依标准程序完成夹具的安装。若有新换夹具。则重新设定夹具的种类，并逐项完成夹具校正(MASS/ZERO/COMPLIANCE)。若沿用原有夹具，按“FLOAT”键，依要领检视驱动轴漂动状况，以确定处于正常。

7)正确的安装好样品试样，确定位置正中没有歪斜。对于会有污染、流动、反应、黏结等顾忌的样品，需事先做好防护措施。有些样可能需要一些辅助工具，才能有效地安装在夹具上。

8)编辑测试方法，并存档。

9)编辑频率表(多频扫描时)或振幅表(多变形量扫描时)，并存档。

10)打开“Experimental Parameters”视窗，输入样品名称、试样尺寸、操作者姓名及一些必要的注解。指定空气轴承的气体源及存档的路径与文件名，然后载入实验方法与频率表或振幅表。

11)打开“Instrument Parameters”视窗，逐项设定好各个参数。如数据取点间距、振幅、静荷力、Auto-strain、起始位移归零设定等。

12)按下主机面板上面的“MEASURE”键，打开即时讯号视窗，观察各项讯号的变化是否够稳定(特别是振幅)，必要时调整仪器参数的设定值(如静荷力与Auto-Strain)，以使其达到稳定。

13)确定好开始(Pre-view)后便可以按“Furnace”键关闭炉体，再按“START”键，开始正式进行实验。

14)只要在连线(ON-LINE)状态下，DMA Q800所产生的数据会自动的、一次次的转存到电脑的硬盘中，实验结束后，完整的档案便存到硬盘罩。

15)假定不中途主动停止实验．刚会依据原先载入的实验方法完成整个实验，假如觉得实验不需要再进行的话。可以按“STOP”键停止(数据有存档)或按“SCROL-STOP”或“REJECT”键停止(数据不存档)。

16)实验结束后，炉体与夹具会依据设定之“END Conditions”回复其状态，若有设定“GCA AUTO Fill”，则之后会继续进行液氮自动充填作业。

17)将试样取出，若有污染则需予以清除。

18)关机。步骤如下。按“STOP”键，以便贮存Position校正值。等待5s后，使驱动轴真正停止。关掉”HEATER”键。关掉“POWER”键，此时自然与电脑离线。关掉其他周边设备，如ACA、GCA、Compressor等。进行排水(Compressor气压桶、空气滤清调压器、GCA)。应用

高聚物的耐热性主要是指聚合物受热下的变形，高聚物的耐热性主要指玻璃化温度、软化温度等。有机玻璃在玻璃态下使用，而超过这个温度将变为高弹态或黏流态，此时即使受到较小的力也会产生较大的形变而不能保持其外形尺寸。玻璃化转变温度是在恒定的较小负荷下测得的温度形变曲线上发生玻璃化转变较窄温度范围的中间值。在实际使用中，高聚物总是处于受力的情况下，因此不是以静态的玻璃化温度作为耐热温度，而是测量高聚物在一定外力下达到一定形变值时的温度作为耐热温度，常用的有马丁耐热温度、维卡软化温度及热变形温度。玻璃化转变温度是聚合物材料的一种普遍现象，它是一种聚合物材料使用的上限温度，因此玻璃化转变温度是聚合物的一个非常重要的性能指标。玻璃化转变的实质是链段运动随温度的降低被冻结或随温度的升高被激发的结果。在玻璃化转变前后分子的运动模式有很大的差异。因此，当聚合物发生玻璃化转变时，其物理和力学性能必然有急剧的变化。除形变和模量外，聚合物的比热容、比容积、热膨胀系数、折射率和介电常数等都表现出突变或不连续的变化。因此，根据这些性质上的变化，可以对聚合物的玻璃化转变进行实验测量。常用的测定聚合物玻璃化转变的方法有静态热机械法 TMA（如膨胀计法、温度形变曲线法等）、动态力学测量法DMA（如扭辫法和扭摆法等）、热力学方法（如示差扫描法 DSC或差热分析法DTA）等。

玻璃化转变是高分子材料玻璃态与高弹态之间的转变过程,它直接与纤维的纺织加工和使用性能有关。在化纤制造以及织物的染整过程中,许多加工条件都要根据纤维的玻璃化温度来决定。合成纤维(如涤纶、锦纶等)的该转变点已有大量研究,而检测天然纤维及再生纤维的玻璃化转变却还缺乏可靠的方法。因此,极少有文献从玻璃化转变的角度论述天然纤维染整加工的有关原理,相关的讨论分析也都只停留在宏观定性层面,这使得有关天然纤维加工原理的研究分析受到相当大的限制。

动态力学分析(Dynamic Mechanical Analysis,简称DMA)通常是在程序控制温度下,测量物质在振动负荷下的动态模量或力学损耗与温度的关系,从而确定材料的粘弹性。因为高聚物的玻璃化转变和交联等结构变化都与分子运动状态的变化密切相关,而分子运动的变化又能灵敏地反映在动态力学性能上,因而动态力学分析是研究高聚物结构——分子运动——性能的一种有效手段。动态力学分析已广泛应用于复合材料、橡胶和树脂等领域里,而其在天然纺织纤维里的应用还鲜少见到。因此利用动态力学分析对天然纤维的玻璃化转变点进行检测,探索研究该转变与材料加工原理的关系具有重要意义。

毛纤维通过干态下DMA温度扫描,虽然可以获得形似玻璃化转变的损耗因子突变,但由于测得的损耗因子峰值非常接近纤维的熔融断裂点,因此难以判断其真实性；而储存模量的转折温度点较低,在214℃左右,也许能作为玻璃化转变温度用于分析羊毛性能变化,但还有待进一步试验证实。在试验温度范围内,粘胶长丝和棉线干态下的DMA温度扫描均没有检测到玻璃化转变点。羊毛纤维和粘胶长丝通过湿态下DMA温度扫描,不同湿度下没有显现出明显确定的玻璃化转变点,而棉线在高湿度下产生了玻璃化转变点,在低湿度时没有出现,说明足够量的水分才可能影响其玻璃化转变。通过DMA等温湿度扫描,首次发现羊毛纤维和粘胶长丝都存在个以湿度为变量的玻璃化转变点。当温度为35℃时(接近人体体温),这个玻璃化转变出现的相对湿度分别为84.94%和86.56%。该转变点的相对湿度值随温度的升高而降低。这对于通过粘弹性能变化,研究纤维湿处理加工机理和应用效果可能具有一定的理论意义。

试验结果表明：通过湿度谱可以检测到常规染色后染料对纤维性能有微小影响；交联处理可以很大程度上改变纤维的力学性能,但是对玻璃化转变点的影响并不十分显著。染料分子的进入使粘胶长丝发生玻璃化转变时的相对损耗tanδ峰减小,转变湿度略有增加,可能是因为染料分子的疏水部分在纤维内部阻碍了部分纤维链段吸附水分；而交联粘胶长丝的相对损耗tanδ峰值高于未交联粘胶长丝,表明在玻璃化转变时交联粘胶分子运动消耗的能量较高,应该是分子间发生了交联,对分子链运动产生了一定的限制作用。染色对棉线温／湿度谱的力学性能转变点基本没有影响,但交联处理使棉线储能模量值相对减小,损耗因子值相对增大,可能是由分子交联限制分子链基团和链段运动造成的,这些发现对染整加工中的应用意义仍有待进一步研究。

第三篇：材料力学性能测试与评价技术进展

材料力学性能测试与评价技术进展

【摘要】对材料进行力学性能测试和评价主要是为了货值和了解材料的主要成分、组织结构和性能，以及三者之间内在的联系。材料力学性能的测试作为测试项目中最重要的内容，与当前的测试技术和评价技术水平有很大关系。文中简单介绍了材料测试和评价的概念，并对其存在的作用做了说明，深入研究了材料力学测试与评价技术当前发展水平，希望对该项技术的进步起到一些推动作用。

【关键词】材料力学；测试技术；评价技术 0.引言

对材料展开力学测试和评价是获得材料性能的主要途径，在实际的工作中往往通过计算机对需要测试的材料进行模拟和建立相关的数据库，但是在测试和评价的过程中经常遇到技术和实验都无法解决的问题，使得材料性能的测试工作难以顺利的进行，因此开展材料力学性能测试和评价技术的研究就显得尤为重要。1.材料测试与评价技术的概述

现代材料性能测试和评价的基本内容包含了对性能、主要成分以及显微关系的分析，在材料测试工作中，技术人员通过科学的手段对材料的个性性能进行测试和评价，确定其结构形式，为确定该材料的用途提供可靠的依据。对材料性能的测试和分析，需要通过宏观角度理解和微观角度观察，分析两者之间的内在关系作出准确评价，这也是对材料成分的全面阐释。材料力学的测试与评价共组是连接材料设计与制造工艺的直接桥梁，同样对开发新的产品又有很大的推动作用[1]。

2.材料力学性能测试与评价技术的作用

现代工业和制造业取得的成果在很大程度上得益于材料科学的整体性进步，它推动了近代工艺的发展，促进了现代各行各业的进步，而这一系列的成果丰富了材料力学测试和评价技术的创新理论，从当前的实际生产中可以发现，材料性能测试和评价的创新陈国往往在先进的科学技术和先进的生产设备中有所体现，并未材料性能评价工作的准确可靠、安全经济提供了可能。

3.材料力学测试和评价技术的发展

材料力学的性能基本含义是在一定的条件下，将其中的某一个条件加以改变，材料发生变化之后产生的效应。一般情况下，测试材料力学的性能需要建立力和位移的线性函数来体现其中的关系，如果建立的函数为线性关系，则函数的线性常数为材料的力学性能，如果建立的函数关系未呈现出线性关系，则材料的力学性能应该应高阶常数来表示[2]。从材料力学性能测试和评价技术的发展历程来看，人们对材料力学的认识从简单到复杂，从宏观到微观，在这个不断加深认识的过程中，材料力学的评价技术也不断的提高和完善，例如：计算机技术、微电子技术以及控制技术等。3.1 静态力学性能测试

材料的静态力学性能测试最早出现在17世纪，当时的技术人员对材料力学的认识仅仅局限在静态强度概念上，对力学性能的评价也只有抗拉强度，但是无论何时，只有材料的静强度达到设计要求时，才能考虑材料的其他工艺性。3.2 动态力学性能测试技术

第一、应力疲劳试验技术。应力疲劳试验技术是为了准确获知材料用在实际生活中的抗疲劳程度，进而得出准确的数据。应力疲劳最初源于海上运动，在现代学科中应力疲劳试验技术成为材料力学试验的重点内容。

第二、低周疲劳试验技术。随着工业技术的不断发展，材料逐渐被用于高速、高温以及高压环境当中。材料的有限寿命设计多数被用于战争时期，主要是为了提高武器装备的整体性能和质量，增加作战能力，因此将材料的静强度转变为装备的有限寿命，这也从另一个角度说明了材料的疲劳试验对材料的应用安全有着重要的影响。在实际的应用中由于设备应力最集中部位的材料处于一种塑性状态，并且保持着低循环高应力的规律，如果这种情况出现在很早之前，那么工程设计就会因为缺乏实际数据，结构和寿命往往难以达到设计的要求。在航空零部件的设计中，为了减轻材料的重量常常采用有限寿命设计，是材料进入塑性变形状态，通过分析航空事故发现，多数是因为零部件的疲劳破坏太大是其出现低周疲劳破坏，因此对材料开展低周疲劳试验对具有重要的现实意义。3.3 断裂力学测试技术

从材料的实际应用中可以发现无论何种工程构件，都有可能出现与裂纹类似的缺陷，有的是材料固有的特性，有的则是在加工过程中造成的，这些缺陷的存在会大大降低材料的承载力，因此对材料力学性能开展断裂力学测试可以准确获知材料的断裂性质，为制定防范措施提供依据[3]。

4.材料力学性能测试和评价技术的展望

工程设备的大多数零部件都是处在较为复杂的工作环境中，并且结合当前工业发展的趋势分析，未来工程设备对材料力学的性能要求更高。随着计算机技术和控制技术的应用和发展，使得材料力学性能在极其恶劣环境中的测试成为现实，这种模拟性的试验可以融入高温、低温、高速、高压及腐蚀等环境，这些测试技术的成功应用为准确评价材料力学性能提供坚实基础，同时也为设计人员提供了可靠的数据，对提高设备的整体性能有着极为重要的作用。5.结束语

工业技术的发展和材料科学的进步，为材料力学性能测试和评价技术的革新提供了可能，随着新测试技术和方法的出现，将现代材料测试水平推到了全新的高度，从科学技术的微型化发展趋势来看，现代材料的测试设备也向着小型化、模块化和智能化发展。虽然利用计算机建立相关的数据库可以直接得出材料的性能特征，但是材料力学性能测试是获得可靠数据的唯一途径，因此在未来的发展中，材料力学性能测试技术依然有着重要的地位。【参考文献】

[1]孙虹,孙叶楠,徐红阳.材料力学性能测试与评价技术进展[J].黑龙江科技息,2012,35:22.[2]陈文哲.材料力学性能测试技术的进展与趋势[J].理化检验，2010,02:102-109.[3]张段芹,刘建秀,褚金奎.低维纳米材料的力学性能测试技术研究进展[J].微纳电子技术,2014,07:451-457.

第四篇：材料力学性能总结

材料力学性能

第一章

二节．弹变

1,。弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。

2.弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力

3.弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。4.比例极限σp：应力与应变成直线关系的最大应力。

5.弹性极限σe：由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。

6.弹性比功: 表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。

7.力学性能指标：反映材料某些力学行为发生能力或抗力的大小。

8.弹性变形特点：应力与应变成比例，产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状

9.滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。

10.循环韧性：指在塑性区加载时材料吸收不可逆变形功的能力。

11.循环韧性应用：减振、消振元件。12.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。

13.包申格应变：指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力－应变曲线之间的应变差。14.消除包申格效应：预先进行较大的塑性变形。在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火。三节：塑性

1.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力.2.影响材料屈服强度的因素：㈠ 内在因素.1.金属本性及晶格类型.主滑移面位错密度大，屈服强度大。2.晶粒大小和亚结构.晶界对位错运动具有阻碍作用。晶粒小可以产生细晶强化。都会使强度增加。3.溶质原子: 溶质元素溶入金属晶格形成固溶体,产生固溶强化。4，第二相.a.不可变形的第二相绕过机制.留下一个位错环对后续位错产生斥力, b.可以变形的第二相切过机制.由于，质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新界面需要做功，使强度增加。二）外在因素：1.温度温度越高原子间作用越小位错运动阻力越低2.应变速率。应变速率越高强度越高。3.应力状态.切应力分量越大强度越低

3.细晶强化：晶界是位错运动的阻碍，晶粒小相界多。减少晶粒尺寸会减少晶粒内部位错塞积的数量，减少位错塞积群的长度，降低塞积点处的应力，相邻晶粒中位错源开动所需的外加切应力提高，屈服强度增加。

4.固溶强化：在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金，将显著提高屈服强度，此即为固溶强化。溶质原子与基体原子尺寸差别越大，引起的弹性畸变越大，溶质原子浓度越高，引起的弹性畸变越大，对位错的阻碍作用越强，固溶强化作用越大。

5.影响粒状第二相强化效果的因素：当粒子体积分数f一定时,粒子尺寸r越小、位错运动障碍越多，位错的自由行程越小，强比效果越显著。当粒子尺寸一定时，体积分数f越大，强化效果亦越好。网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加.片状＞球状

6.珠光体对第二相的影响：1）片状珠光体，位错的移动被限制在渗碳体片层之间。所以渗碳体片层间距越小，珠光体越细，其强度越高。2）粒状珠光体，位错钱与第二相球状粒子交会的机会减少，即位错运动受阻的机会减少，故强度降低，塑性提高。3）渗碳体以连续网状分布于铁素体晶界上时，使晶粒的变形受阻于相界，导致很大的应力集中，因此强度反而下降，塑性明显降低。

7.应变硬化：应变硬化是位错增殖、运动受阻所致

8.n表示材料的应变强化能力或对进一步塑性变形的抗力。

9.影响n的因素：1)层错能：层错能低,则交滑移难，加工硬化指数高。2)冷热变形 退火态n大，冷加工n小3)强度，强度高n低。10塑性的指标：①延伸率：试样拉断时所测得的条件延伸率主要反映了材料均匀变形的能力。② 断面收缩率：断面收缩率主要反映了材料局部变形的能力 11.韧性：韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。四节：金属的断裂

1.裂纹的基本形成过程：裂纹形成和扩展。2.段裂类型：1）根据断裂前金属是否有明显的塑性变形分：脆性断裂ψ<5%

韧性断裂ψ>5% 2）从微观上按照裂纹的走向分：穿晶断裂 沿晶断裂

3.磨损，腐蚀，断裂是机件的三种失效形式。4.韧性断裂宏观断口：断口粗糙、呈纤维状，灰暗色。1）中、低强度钢光滑圆柱试样拉伸断口呈杯锥状。

5.宏观断口三要素：1）纤维区2)放射区3)剪切唇

6.塑性变形量越大则放射线越粗。温度降低或材料强度增加，由于塑性降低放射线由粗变细乃至消失。

7.影响断口三要素的因素：材料脆性越大，放射区越大，纤维区越小，剪切唇越小。材料尺寸越大，放射区越大，纤维区基本不变。8.脆性断裂宏观断口：脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。

9.沿晶断裂：当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性

产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口 10.微孔聚集型断裂断口微观特征:韧窝。11.微孔聚集型断裂的过程：塑变过程中，位错运动遇到第二相颗粒形成位错环。切应力作用下位错环堆积.位错环移向界面，界面沿滑移面分离形成微孔。位错源重新开动，释放出新位错，不断进入微孔，使微孔长大。在外力的作用下产生缩颈（内缩颈）而断裂（纤维区），使微孔聚合，形成裂纹；裂纹尖端应力集中，产生极窄的与径向大致呈45度的剪切变形带，新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，与裂纹连接时，裂纹扩展。（大概说出）

12.解理断裂：指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。

13.解理面：由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。

14.解理断裂过程分为三个阶段：a)塑性变形形成裂纹b)裂纹在同一晶粒内初期长大c)裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展

15.解理断裂的微观断口特征：1)解理台阶及河流状花样。2)舌状花样 16.准解理断裂：穿晶断裂；有小解理刻面； 有台阶或撕裂棱及河流花样。

第二章

一节：材料的软性系数

1.α值越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越“软”，越易于产生塑性变形和韧性断裂。α值越小，最大正应力分量越大，应力状态越“硬”，越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。

2.对于塑性较好的金属材料，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸的加载方法，以考查其脆性倾向。二节：压缩

1.力学性能指标 规定非比例压缩应力σpc。抗压强度σbc。相对压缩率δck 和相对断面扩胀率ψck 2.压缩试验的特点：1）单向压缩试验的应力状态系数α＝2，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定。2）因此塑性材料很少进行压缩试验。3）脆性材料的压缩强度一般高于其抗拉强度。三节：弯曲 1.性能指标：可测定脆性或低塑性材料的主要力学性能指标有：规定非比例弯曲应力σpb。抗弯强度σbb。弯曲模量Eb 2.弯曲试验的特点：1）试样形状简单、操作方便，不存在拉伸试验时的试样偏斜对试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。2）弯曲试样一侧受拉，一侧受压，表面应力最大，故可较灵敏地反映材料的表面缺陷。3）对于脆性难加工的材料，可用弯曲代替拉伸 四节：扭转

1.力学性能指标：切变模量G。扭转比例极限τp和扭转屈服强度τs。抗扭强度

2.扭转特点：1）测定那些在拉伸时呈现脆性或低塑性材料的强度和塑性。2）能较敏感地反映出材料表面缺陷及表 面硬化层的性能。3）试样长度上的塑性变形是均匀的，不会出颈缩现象。4）扭转时最大正应力与最大切应力在数值上大体相等。

五节：缺口试样静载荷试验

1.缺口效应 效应1：缺口引起应力集中，改

变了缺口前方应力状态。由单向应力状态变为两向或三向应力状态。缺口效应2:缺口使塑性材料产生缺口附加强化，使强度增加，塑性降低。六节：硬度

1.布氏硬度 优点：压痕面积大，不受个别

相及微小不均匀性影响，反映平均性能，重现度大。缺点：不同材料变D、F，测d不能直接读数。压痕较大，不宜在零件表面上测定硬度，也不能测定薄壁件或表面硬化层硬度。

2.洛氏硬度：压痕深度来表示材料的硬度。3.洛氏硬度 优点：适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题;硬度值可直接读出;对试件表面造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验;因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。缺点：不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较;由于压痕小，所以洛氏硬度对材料组织的不均匀性很敏感

4.维氏硬度：测量压痕两对角线的长度后取

平均值d。

第三章 金属在冲击载荷下的力学性能 三节：低温脆性

1.冲击韧性：是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

2.材料的冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降低到某一温度范围时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。这种现象称为“冷脆”。3.低温脆性的本质：低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果。

4.影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：1.材料因素：a）晶体结构的影响。低、中强度的bcc金属及其合金有冷脆现象。高强度的bcc金属，冷脆转变不明显。fcc金属一般情况下可认为无冷脆现象。2）化学成分： a)加入能形成间隙固溶体的元素，使冲击韧性减小，冷脆转变温度提高 b)α-Fe中加入能形成置换固溶体的元素。c)杂质元素S、P、Pb、Sn、As等，会降低钢的韧性。3）晶粒尺寸：细化晶粒能使材料的韧性增加，韧脆转变温度降低。4)金相组织：强度相同时S>B>P片>P球。2.外在因素：1）缺口越尖锐，三向应力状态越严重脆性转变温度的升高。2）尺寸因素 试样尺寸增大，材料的韧性下降，断口中纤维区减少，脆性转变温度升高。3）加载速度 外加冲击速度增加，使缺口处塑性变形的应变率提高，促进材料的脆化。

5.Si、Cr等降低层错能，促进位错扩展，形成孪晶、交滑移困难。在α-Fe中加入Ni和Mn，能显著地降低冷脆转变温度并提高韧断区的冲击值。

第四章 金属的断裂韧度 1.裂纹扩展的基本形式：1）张开型裂纹2）滑开型裂纹3）撕开型裂纹

2.在x轴上裂纹尖端的切应力分量为零，拉应力分量最大，裂纹最易沿x轴方向扩展。3.应力场强度因子KⅠ表示裂纹尖端应力场的强弱

4.这个临界或失稳状态的KI值就记作KIC或KC称为断裂韧度。表征材料对宏观裂纹失稳扩展的抗力。

5.GIC，也称为断裂韧度或平面断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量

6.影响断裂韧性KIC的因素：

一、内因 ：1）晶粒尺寸 晶粒愈细，KIC 也愈高。2）合金化 固溶使得KIC 降低。弥散分布的第二相数量越多，其间距越小，KIC 越低;第二相沿晶界网状分布，晶界损伤，KIC 降低；

球状第二相的KIC ＞片状 3）夹杂 夹杂物偏析于晶界，晶界弱化，增大沿晶断裂的倾向性； 在晶内分布的夹杂物 起缺陷源的作用，都使材料 的KIC 值下降。4）显微组织（1）M组织 板条M，KIC高。针状M，KIC低 混合M介于二者之间

（2）回火组织：回火马氏体KIC 低。回火索氏体KIC高。回火屈氏体介于二者之间。（3）贝氏体组织

上贝氏体低下贝氏体高。（4）残余奥氏体提高KIC„„„„„„.（貌似不能考太复杂了，想看自己看书吧）

第五章 金属的疲劳

一节：金属疲劳现象及特点

1.疲劳：由于承受变动载荷而导致裂纹萌生和扩展以至断裂失效的全过程称为疲劳。

2.高周疲劳特点：断裂寿命较长，Nf>105周次，断裂应力水平较低，σ<σs，也称低应力疲劳

3.低周疲劳特点：断裂寿命较短，Nf=（104-105）周次断裂应力水平较高，σ≥σs，往往有塑性应变出现，也称高应力疲劳或应变疲劳。

4.疲劳断裂有如下的特点：1）低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。2）是脆性断裂。3）对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)，尤其是表面缺陷十分敏感。4）疲劳分裂纹萌生和扩展两个阶段。可见疲劳源＋疲劳区＋瞬间断裂区。5.疲劳源：裂纹萌生的地方，常处于机件的表面或缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷处，或机件截面尺寸不连续的区域（有应力集中）。材料内部存在严重冶金缺陷也会在材料内部产生疲劳源。形貌特点：光亮度大，扩展速小，断面不断摩擦挤压，且有加工硬化发生。机理：裂纹扩展速率低，N大，不断挤压摩擦

6.疲劳区：裂纹亚稳扩展所形成的。特征：比较光滑并分布有贝纹线（海滩花样），有时还有裂纹扩展台阶。

7.贝纹线：平行弧线，间距不同；在裂纹源附近，线条细密、扩展较慢；在远离裂纹处，线条稀疏、扩展较快。

8.瞬时断裂区：裂纹失稳扩展形成的。特征：

表面粗糙；脆性材料为结晶状，塑性材料为纤维区。瞬断区位置一般应在疲劳源的对侧。9.裂纹源区的光亮度越大、相邻疲劳区越大、贝纹线越多，疲劳源越先产生，反之，疲劳源越往后产生。二节：高周疲劳

1.循环应力特性主要包括平均应力 σm，应力幅σa和应力比r以及加载方式（应力状态）。2.循环应力特性对S-N曲线的影响：1)平均应力的影响: a)σmax相同随平均应力的增高，循环不对称程度加大，交变应力幅占循环 应力的分数越来越小，造成的损伤也越来越小，使曲线向上移动，疲劳抗力增加。b）σa相同随着平均应力升高，不对

称程度越来越严重，作用在等体积材料中的应力水平越来越高，疲劳损伤加剧，S-N曲线向下移动。疲劳抗力降低。

3.缺口越尖锐，疲劳极限下降越多。4.疲劳裂纹扩展的规律: 应力水平越高，扩展越快；裂纹尺寸越大，扩展越快。

5.疲劳裂纹扩展可分为三个区域: I区为近门槛区, 断口：解理花样，由断裂小面组成。II区为中部区或稳态扩展区.断口：疲劳条纹 III区为裂纹快速扩展区，断口: 静载断裂机制。

6.疲劳裂纹扩展的影响因素: 1)平均应力, 压缩载荷下，裂纹是闭合的，对裂纹扩展无贡献。平均拉应力（应力比r）升高，疲劳抗力降低 2）过载峰及裂纹塑性区的影响 偶然过载进入过载损伤区内，将使材料受到损伤并降低疲劳寿命，但是如果过载适当，反而是有益的。3）材料的组织和性能 晶粒越大，△Kth 越大、裂纹开始扩展困难，但会使裂纹扩展速度增大。

7.引入残余压应力降低平均应力如表面喷丸、滚压、淬火处理等，可以提高材料的疲劳抗力。8.疲劳裂纹萌生过程及机理: 1)滑移带开裂产生裂纹

提高材料的滑移抗力，可阻止裂纹的萌生，增强 材料的疲劳抗力。2）相界面开裂产生裂纹

第二相、夹杂物应“少、圆、小、匀”，以提高疲劳抗力。3）晶界、亚晶界开裂产生裂纹。强化、净化、细化晶界，可提高材料的疲劳抗力。4）材料内部的缺陷如气孔、夹杂、分层、各向异性、相变或晶粒不均匀等，都会因局部的应力集中而引发裂纹。9.疲劳裂纹扩展及断口微观特征：第一阶段：从表面个别侵入沟（或挤出脊）先形成微裂纹，然后裂纹主要沿主滑移系方向，以纯剪切方式沿45°向内扩展。断口上无明显的特征，只有一些擦伤的痕迹。在一些强化材料中,有时存在周期性解理或者准解理花样第二阶段：裂纹⊥拉应力。第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（条纹、辉纹）。

10.影响疲劳强度的主要因素：

一、加载规范及环境的影响 1.载荷频率 2.次载锻炼 3.间歇 4.温度 温度升高，疲劳极限下降 5.介质：腐蚀介质表面蚀坑，疲劳极限下降

二、表面状态与尺寸因素：1.表面状态：缺口：因应力集中会降低材料的疲劳强度。越粗糙，材料的疲劳强度越低 表面强度越高，疲劳强度越高。2.尺寸效应 尺寸增加，疲劳强度降低。

三、表面强化及残余应力的影响 1.表面喷丸及滚压 2.表面热处理及化学热处理 提高疲劳强度； 3.残余应力，残余压应力提高疲劳强度；残余拉应力降低疲劳强度。

四、材料成分及组织 含碳形成抗力增加 合金元素

提高淬透性，改善韧性 2.显微组织 生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂或氢致断裂，简称氢脆。2．氢脆类型及特征：1.氢气压力引起的开裂（白点）。条件：当钢中含有过量的氢时，随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。如果过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成H2分子。微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色，所以称为白点。

3.氢蚀产生的条件及原因，高温高压下，氢与钢中的固溶体或渗碳体反应产生甲烷可以在钢细化晶粒，可以提高材料强韧性，疲劳极限提高。2)组织 正火组织：片状K，疲劳极限低 淬火回火组织：

织HRC：硬度相同1，韧M性＞淬TS等温淬火组火回火组织 3.夹杂物及冶金缺陷：作为裂纹核心，降低疲劳极限。（内容太多了不一定考）

第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂 一节：应力腐蚀 1.应力腐蚀现象：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。

2.产生条件：应力、环境（介质）和材料三者共存是产生应力腐蚀的必要条件。应力为拉应力而且很低。特定材料只有在特定的介质中产生应力腐蚀。纯金属一般无应力腐蚀现象。合金一般都具有应力腐蚀，而且有一定敏感成分。

3.典型材料的应力腐蚀：1)不锈钢在氯化物溶液中的应力腐蚀（氯脆）。低碳钢在热碱溶液中的应力腐蚀。3)铜合金在含氨水溶液中的应力腐蚀（氨脆）

4.应力腐蚀的特征：1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力2)应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂3)对每一种金属或合金，只有在特定的介质中才会发生4）应力腐蚀远大于腐蚀速度、但远小于单纯力学的 断裂速度。5)裂纹的传播途径常垂直于拉力的方向；6)应力腐蚀破坏的断口，宏观特征与疲劳断口相似，也有亚稳扩展区和最后瞬断区。7)应力腐蚀的主裂纹扩展时，常有分枝。微观裂纹分叉，呈枯树枝状，表面可见“泥状花样”腐蚀产物及腐蚀坑8)应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是沿晶断裂，甚至是兼有这两种形式的混合断裂。

5.断裂时间tf随着外加拉伸应力的降低而增加。当外加应力低于某一定值时，应力腐蚀断裂时间tf趋于无限长，此应力称为不发生应力腐蚀的临界应力σscc 6.防止应力腐蚀的措施：1）降低或消除应力：a)避免或减少局部应力集中；b)进行消除应力处理；c)采用喷丸或其它表面处理方法 2）控制环境： a)避免在敏感介质中使用 b)加入缓蚀剂

c)保护涂层

d)电化学保护 3）改善材质： a)正确选材：b)开发耐应力腐蚀新材料 c)改变组织和减少杂质 二节：氢脆 1．由于氢与应力的共同作用而导致金属材料产中形成高压,使基体金属晶界结合力减弱,导致钢材的塑性大幅度降低，这种现象称为氢蚀。特点：a,氢蚀脆化裂纹常沿晶界发展，断口颜色呈氧化色，呈颗粒状，晶界明显加宽，呈沿晶断裂。b, 氢蚀过程存在孕育期，并且温度越高，孕育期越短。（c）钢发生氢蚀的温度为300~500℃，低于200℃时不发生氢蚀。

5.氢化物致脆: 对于IVB或VB族金属(如纯

钛、α-钛合金、镍、钒、锆、铌及其合金)，由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，使材料的塑性、韧性降 低，产生脆化。

6.第一类氢脆：当熔融金属冷凝时，由于溶

解度的降低，氢自固溶体中析出，并与基体金属化合生成了氢化物。这种由于预先存在氢化物所引起的脆性属于第一类氢脆。第二类氢脆：合金中原有的氢含量较低，不足以形成氢化物；但当受到应力作用时，氢将向拉应力区或裂纹前沿聚集、一旦达到足够浓度，过饱和 氢将从固溶体中析出并形成氢化物。由于应力感生 氢化物所引起的脆化，属于第二类氢脆。7.氢化物制脆特点：A,氢脆敏感性，随温度

降低及试样缺口的尖锐程度增加而增加。B, 断口上常可以发现氢化物。C, 氢化物的形状和分布对脆性有明显的影响。8.氢致延滞断裂: 高强钢或钛合金含有适量的固溶状态的氢，在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段时间孕育后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂.9.氢致延滞断裂特点：a,只在一定温度范围

内出现b, 提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低。C, 可显著降低金属材料的断后伸长率d, 高强度钢的氢致延滞断裂还具有可逆性。

10.氢致滞后断裂过程: a)孕育阶段: b）裂

纹形核：c)裂纹扩展：d）扩展直至断裂 11.防止氢脆的措施：1.环境因素：设法切断

氢进入金属的途径，如采用表面涂层，使机件表面与环境介质中的氢隔离。2.力学因素：在机件设计和加工过程中，应排除各种产生残余拉应力的因素，相反，采用表面处理使表面获得残余压应力层，对防止氢致延滞断裂有良好的作用。3.材质因素：含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感性较低。钢的强度越高，对氢脆越敏感。因此，对在含氢介质中工作的高强度钢的强度应有所限制。第七章金属磨损和接触疲劳

一节：磨损的基本概念

1.磨损：机件表面相接触并作相对运动时，由于摩擦使摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，造成表面损伤的现象。二节：磨损模型 1．粘着磨损：粘着磨损是接触表面相互运动时，因固相焊合作用使材料从一个表面脱落或转移到另一表面而形成的磨损，又称咬合磨损。2．产生的条件：滑动摩擦，相对滑动速度较小。缺乏润滑油，表面没有氧化膜。单位法向载荷很大

3.分类：按工作温度分：低温粘着磨损，高温粘着磨损。按粘结点的强度和磨损程度分：a）涂抹 软材料表面出现微小的凹坑，硬材料表面形成微小凸起，使摩擦面变得粗糙。b）划伤，擦伤软材料的表面形成细而浅的划痕c）刮伤 较深的划痕d）胶合 在摩擦力和摩擦热的作用下，摩擦表面出现较深的划痕和凹坑的磨损。

e）咬死

外力克服不了结点界面上的结合力。

4．材料的粘着磨损量与所加法向载荷、摩擦距离成正比；与材料的硬度或强度成反比，而与接触面积大 小无关。

5.粘着磨损的影响因素;内因:（1）点阵结构：体心立方和面心立方结构的金属发生粘着磨损的倾向高于密排六方结构。（2）材料的互溶性, 越大，粘着倾向越大。（3）组织结构：单晶体的粘着性大于多晶体；单相金属的粘着性大于多相合金；固溶体比化合物粘着倾 向大。材料的晶粒尺寸越小，粘着磨损量越小。4）塑性材料比脆性材料易于粘着；金属/金属组成的摩擦副比金属/非金属的摩擦副易于粘着。外因：（1）在摩擦速度一定时，粘着磨损量随接触压力的增大而增加。（2）在接触压力一定的情况下，粘着磨损量随滑动速度的增加而增加，但达到某一极大值后，又随滑动 速度的增加而减小。（3）降低表面粗糙度，将增加抗粘着磨损能力。（4）提高温度和滑动速度，粘着磨损量增加。5）良好的润滑状态能显著降低粘着磨损。

6.减轻粘着磨损的主要措施：(1)合理选择摩擦副材料。尽量选择互溶性少，粘着倾向小的材料配对(2)避免或阻止两摩擦副间直接接触。改善表面润滑条件。(3)控制摩擦滑动速度和接触压应力，可使粘着磨损大为减轻。（4）使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量，可采用表面渗硫、渗磷、渗氮等表面处理工艺。使磨损发生在较软方材料表层，可采用渗碳、渗氮共渗、碳氮硼三元共渗等工艺以提高另一方的硬度。

7.磨粒磨损 ：摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面向存在硬质粒子时产生的磨损。

8.分类：1)按接触条件或磨损表面数量分：（1）两体磨粒磨损（2）三体磨粒磨损 2）按磨料所受应力大小：（1）低应力划伤式磨粒磨损（2）高应力碾碎式磨粒磨损

（3）凿削式磨粒磨损 3）按材料的相对硬度分：软磨粒磨损 硬磨粒磨损

4）按工作环境分：普通型磨粒磨损

腐蚀磨粒磨损 高温磨粒磨损

9.磨粒磨损的过程与机理：磨粒对摩擦表面产生的微切削作用、塑性变形、疲劳破坏或脆性断裂产生的，或是它们综合作用的结果。10.特征：摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽

11.磨粒磨损的影响因素：1）材料性能a.硬度：一般情况下，材料硬度越高，其抗磨粒磨损能力也越高。2)断裂韧性 3)显微组织：(1)钢： M耐磨性好, F因硬度太低，耐磨性最差。(2)H相同,下贝氏体耐磨性高于回火马氏体。(3)钢中碳化物：在软基体中碳化物数量增加，弥散度增加，耐磨性也提高；在硬基体上分布碳化物反而损害材料的耐磨性。4)晶粒尺寸：细化晶粒，提高耐磨性。5)磨粒性能(1)磨粒的硬度

(2)磨粒尺寸(3)磨粒形状 尖锐磨粒造成的磨损量多

四节：金属接触疲劳

1.分类：麻点剥落(点蚀)浅层剥落 深层剥落(表面压碎): 2.接触应力：两物体相互接触时在局部表面产生的压应力称为接触应力，也叫赫兹应力 3.疲劳磨损：在交变剪应力的影响下，裂纹容易在最大剪应力处成核，并扩展到表面而产生剥落，在零件表面形成 针状或豆状凹坑，造成疲劳磨损。

4.分类：(1)线接触应力(2)点接触应力 5.疲劳磨损机理：（1）麻点磨损：表面接触应力较小，摩擦力较大、或表面质量较差（如表面有脱碳、烧伤、淬火不足、夹杂物等）时，易产生麻点剥落。2）浅层剥落：裂纹常出现在非金属夹杂物附近，裂纹开始沿非金属夹杂物平行于表面扩展。3）深层剥落（压碎性剥落）：该处切应力虽不是最大，但因过渡区是弱区，切应力可能高于材料材料强度而在该处产生裂纹

6．影响接触疲劳寿命的因素：1）非金属夹杂物.a.M的含碳量。b.M和残余奥氏体的级别c.未溶碳化物的大小3）表面硬度与心部硬度a.表面硬度b.心部硬度 4）表面硬化层深度

第八章金属高温力学性能

一节：蠕变现象

1.金属材料随着温度的升高，强度逐渐降

低，断裂方式由穿晶断裂逐渐向沿晶断裂过渡。

2.蠕变:材料在长时间的恒温、恒应力作用

下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变

3.蠕变变形机理 ：主要有位错滑移、攀移、原子扩散和晶界滑动，对于高分子材料还有分子链段沿外力的舒展。

4.位错滑移、攀移蠕变机理：(a)由于原子

或空位的热激活运动，使得刃型位错得以

5.7.8.9.10.11.攀移，攀移后的位错或者在新的滑移面上得以滑移(b)异号位错反应得以消失(c)形成亚晶界(d)被大角晶界所吸收这样被塞集的位错数量减少，对位错源的反作用力减小，位错源就可以重新开动，位错得以增殖和运动，产生蠕变变形。6.蠕变断裂机理 ：蠕变断裂主要是沿晶断裂。在裂纹成核和扩展过程中，晶界滑动引起的应力集中与空位的扩散起着重要作用。由于应力和温度的不同，裂纹成核有两种类型。1)裂纹成核于三晶粒交会处 在高应力和低温下，持续的恒载持导致位于最大切应力方向的晶界滑动，这种滑动成、长大和连接的方式发生的，断口的典型特征是韧窝。3)在较低应力和较高温度下，通过在晶界空位聚集形成空洞和空洞长大的方式发生晶界蠕变断裂 4)高温高应力下，在强烈变形部位将迅速发生回复再结晶，晶界能够通过扩散发生迁移，即使在晶界上形成空洞，空洞也难以继续长大。

金属材料蠕变断裂断口特征：宏观特征为：一是使断裂机件表面出现龟裂现象；另一个特征是由于高温氧化，断口表面往往被一层氧化膜所覆盖。微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。

蠕变极限的意义表示材料在高温下受到载荷长时间作用时，对于蠕变变形的抗力。

影响蠕变性能的主要因素：1,化学成分 a,在金属基体中加入铬、相、钨、铝等合金元素, 除产生固溶强化作用外，还因为合金元素使层错能降低，易形成扩展位错，且溶质原子与溶剂原于的结合力较强，增大了扩散激活能，从而提高了蠕变极限 b,稀土等增加晶界激活能的元素。2.组织结构 对于金属材料，采用不同的热处理工艺，可以改变组织结构，从而改变热激活运动的难易程度.3.晶粒度 对于金属材料，当使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提高钢的蠕变极限和持久强度，但是，晶粒太大会降低钢的高温塑性和韧性。

降低蠕变速度必须控制位错攀移的速度；必须抑制晶界的滑动。必然在三晶粒交界处形成应力集中。2)裂纹成核分散于晶界上 在较低应力和较高温度下，蠕变裂纹常分散在晶界各处，特别易产生在垂直于拉应力方向的晶界上

影响蠕变断裂的因素：1)在高应力高应变速率下，温度低时，金属材料通常发生滑移引起的解理断裂或晶间断裂，这属于一种脆性断裂方式。2)在高应力高应变速率下，温度高于韧脆转变温度时，断裂方式从脆性解理和晶间断裂转变为韧性穿晶断裂。它是通过在第二相界面上空洞生

第五篇：材料力学性能总结

材料力学性能 第一章

二节．弹变

1,。弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。

2.弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力

3.弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。4.比例极限σp：应力与应变成直线关系的最大应力。5.弹性极限σe：由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。

6.弹性比功: 表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。7.力学性能指标：反映材料某些力学行为发生能力或抗力的大小。

8.弹性变形特点：应力与应变成比例，产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状

9.滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。

10.循环韧性：指在塑性区加载时材料吸收不可逆变形功的能力。11.循环韧性应用：减振、消振元件。

12.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。

13.包申格应变：指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力－应变曲线之间的应变差。

14.消除包申格效应：预先进行较大的塑性变形。在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火。三节：塑性

1.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力.2.影响材料屈服强度的因素：㈠ 内在因素.1.金属本性及晶格类型.主滑移面位错密度大，屈服强度大。2.晶粒大小和亚结构.晶界对位错运动具有阻碍作用。晶

粒小可以产生细晶强化。都会使强度增加。3.溶质原子:溶质元素溶入金属晶格形成固溶体,产生固溶强化。4，第二相.a.不可变形的第二相绕过机制.留下一个位错环对后续位错产生斥力,b.可以变形的第二相切过机制.由于，质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新界面需要做功，使强度增加。二）外在因素：1.温度温度越高原子间作用越小位错运动阻力越低2.应变速率。应变速率越高强度越高。3.应力状态.切应力分量越大强度越低

3.细晶强化：晶界是位错运动的阻碍，晶粒小相界多。减少晶粒尺寸会减少晶粒内部位错塞积的数量，减少位错塞积群的长度，降低塞积点处的应力，相邻晶粒中位错源开动所需的外加切应力提高，屈服强度增加。

4.固溶强化：在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金，将显著提高屈服强度，此即为固溶强化。溶质原子与基体原子尺寸差别越大，引起的弹性畸变越大，溶质原子浓度越高，引起的弹性畸变越大，对位错的阻碍作用越强，固溶强化作用越大。5.影响粒状第二相强化效果的因素：当粒子体积分数f一定时,粒子尺寸r越小、位错运动障碍越多，位错的自由行程越小，强比效果越显著。当粒子尺寸一定时，体积 分数f越大，强化效果亦越好。网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加.片状＞球状

6.珠光体对第二相的影响：1）片状珠光体，位错的移动被限制在渗碳体片层之间。所以渗碳体片层间距越小，珠光体越细，其强度越高。2）粒状珠光体，位错钱与第二相球状粒子交会的机会减少，即位错运动受阻的机会减少，故强度降低，塑性提高。3）渗碳体以连续网状分布于铁素体晶界上时，使晶粒的变形受阻于相界，导致很大的应力集中，因此强度反而下降，塑性明显降低。

7.应变硬化：应变硬化是位错增殖、运动受阻所致

8.n表示材料的应变强化能力或对进一步塑性变形的抗力。

9.影响n的因素：1)层错能：层错能低,则交滑移难，加工硬化指数高。2)冷热变形 退火态n大，冷加工n小3)强度，强度高n低。

10塑性的指标：①延伸率：试样拉断时所测得的条件延伸率主要反映了材料均匀变形的能力。② 断面收缩率：断面收缩率主要反映了材料局部变形的能力

11.韧性：韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。四节：金属的断裂

1.裂纹的基本形成过程：裂纹形成和扩展。

2.段裂类型：1）根据断裂前金属是否有明显的塑性变形分：脆性断裂ψ<5% 韧性断裂ψ>5% 2）从微观上按照裂纹的走向分：穿晶断裂

沿晶断裂

3.磨损，腐蚀，断裂是机件的三种失效形式。

4.韧性断裂宏观断口：断口粗糙、呈纤维状，灰暗色。1）中、低强度钢光滑圆柱试样拉伸断口呈杯锥状。

5.宏观断口三要素：1）纤维区2)放射区3)剪切唇

6.塑性变形量越大则放射线越粗。温度降低或材料强度增加，由于塑性降低放射线由粗变细乃至消失。

7.影响断口三要素的因素：材料脆性越大，放射区越大，纤维区越小，剪切唇越小。材料尺寸越大，放射区越大，纤维区基本不变。

8.脆性断裂宏观断口：脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。

9.沿晶断裂：当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性

产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口

10.微孔聚集型断裂断口微观特征:韧窝。

11.微孔聚集型断裂的过程：塑变过程中，位错运动遇到第二相颗粒形成位错环。切应力作用下位错环堆积.位错环移向界面，界面沿滑移面分离形成微孔。位错源重新开动，释放出新位错，不断进入微孔，使微孔长大。在外力的作用下产生缩颈（内缩颈）而断裂（纤维区），使微孔聚合，形成裂纹；裂纹尖端应力集中，产生极窄的与径向大致呈45度的剪切变形带，新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，与裂纹连接时，裂纹扩展。（大概说出）12.解理断裂：指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。

13.解理面：由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。

14.解理断裂过程分为三个阶段：a)塑性变形形成裂纹b)裂纹在同一晶粒内初期长大c)裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展

15.解理断裂的微观断口特征：1)解理台阶及河流状花样。2)舌状花样

16.准解理断裂：穿晶断裂；有小解理刻面； 有台阶或撕裂棱及河流花样。

第二章

一节：材料的软性系数

1.α值越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越“软”，越易于产生塑性变形和韧性断裂。α值越小，最大正应力分量越大，应力状态越“硬”，越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。单向压缩试验的应力状态系数α＝2 2.二节：压缩

1.力学性能指标 规定非比例压缩应力σpc。抗压强度σbc。相对压缩率δck 和相对断面扩胀率ψck.抗弯强度σbb。弯曲模量Eb 切变模量G 扭转比例极

限τp和扭转屈服强度τs 抗扭强度 五节：缺口试样静载荷试验

1.缺口效应 效应1：缺口引起应力集中，改变了缺口前方应力状态。由单向应力状态变为两向或三向应力状态。缺口效应2:缺口使塑性材料产生缺口附加强化，使强度增加，塑性降低。六节：硬度

1.压头材质：淬火钢球

HBS≤450

硬质合金球 HBW 450~650 2.试样厚度：为h的10倍，d=0.25~0.6D在试件厚度足够时，应尽可能选用10 mm直径的压头。洛氏硬度：压痕深度来表示材料的硬度。直径为1/16’(1.5875mm)~ ½’(12.70mm)的钢球

从材料角度看，淬火后经不同温度回火的钢材、各种工模具钢及渗层厚度大于0.5mm的渗碳层等较硬的材料，常采用洛氏硬度C标尺法； 如应HRC在20 ~ 67之间；若材料硬度小于HRC20，则应选用B标尺；若大于HRC67，则应选用A标尺.看课后第八题

维氏硬度：测量压痕两对角线的长度后取平均值d。

第三章

金属在冲击载荷下的力学性能

三节：低温脆性

1.冲击韧性：是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

低温脆性：在试验温度低于某一温度事，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。

3.低温脆性的本质：低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果。

4.影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：1.材料因素：a）晶体结构的影响。低、中强度的bcc金属及其合金有冷脆现象。高强度的bcc金属，冷脆转变不明显。fcc金属一般情况下可认为无冷脆现象。

2）化学成分： a)加入能形成间隙固溶体的元素，使冲击韧性减小，冷脆转变温度提高

b)α-Fe中加入能形成置换固溶体的元素。c)杂质元素S、P、Pb、Sn、As等，会降低钢的韧性。3）晶粒尺寸：细化晶粒能使材料的韧性增加，韧脆转变温度降低。4)金相组织：强度相同时S>B>P片>P球。2.外在因素：1）缺口越尖锐，三向应力状态越严重脆性转变温度的升高。2）尺寸因素

试样尺寸增大，材料的韧性下降，断口中纤维区减少，脆性转变温度升高。3）加载速度

外加冲击速度增加，使缺口处塑性变形的应变率提高，促进材料的脆化。5.Si、Cr等降低层错能，促进位错扩展，形成孪晶、交滑移困难。在α-Fe中加入Ni和Mn，能显著地降低冷脆转变温度并提高韧断区的冲击值。（重点看合金的影响）

第四章

金属的断裂韧度

1.裂纹扩展的基本形式：1）张开型裂纹2）滑开型裂纹3）撕开型裂纹 2.应力场强度因子KⅠ表示裂纹尖端应力场的强弱

3.这个临界或失稳状态的KI值就记作KIC或KC称为断裂韧度。表征材料对宏观裂纹失稳扩展的抗力。4.影响断裂韧性KIC的因素：

一、内因 ：1）晶粒尺寸

晶粒愈细，KIC 也愈高。2）合金化

固溶使得KIC 降低。弥散分布的第二相数量越多，其间距越小，KIC 越低;第二相沿晶界网状分布，晶界损伤，KIC 降低；

球状第二相的KIC ＞片状

3）夹杂

在晶内分布的夹杂物 起缺陷源的作用，都使材料 的KIC 值下降。

4）显微组织

塑性高，松弛应力、裂纹扩展阻力大，可以提高KIC

二、特殊热处理对断裂韧度的影响：1）形变热处理2）亚温淬火3）超高温淬火 都使其提高

三、外因：1）板厚

随板材厚度或构件截面尺寸的增加而减小，最终趋于一个稳定的最低值2）温度

金属材料断裂韧性随着温度的降低，低于此温度范围，断裂韧度保持在一个稳定的水平（下平台）3）应变速率

应变速率每提高一个数量级，断裂韧性将降低10%。很大时，绝热温度升高，断裂韧性反而提高。

第五章 金属的疲劳

一节：金属疲劳现象及特点

1.疲劳：由于承受变动载荷而导致裂纹萌生和扩展以至断裂失效的全过程称为疲劳。2.疲劳类别：按载荷类型分：弯曲、扭转、拉压、复合疲劳等。按环境和接触情况分:大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、接触疲劳、冲击疲劳等。

4.疲劳断裂有如下的特点：1）低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。2）是脆性断裂。3）对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)，尤其是表面缺陷十分敏感。4）疲劳分裂纹萌生和扩展两个阶段。可见疲劳源＋疲劳区＋瞬间断裂区。

5.疲劳源：形貌特点：光亮度大 6.疲劳区：特征：比较光滑并分布有贝纹线（海滩花样），有时还有裂纹扩展台阶。8.瞬时断裂区：特征：表面粗糙；脆性材料为结晶状，塑性材料为纤维状。瞬断区位置一般应在疲劳源的对侧。

裂纹萌生的地方，常处于机件的表面或缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷处，或机件截面尺寸不连续的区域（有应力集中）。当材料内部存在严重冶金缺陷（夹杂、缩孔、偏析、白点）时，因局部强度的降低，也会在材料内部产生疲劳源。二节：高周疲劳 5.按应力大小和寿命分:

高周疲劳

低周疲劳

疲劳裂纹扩展可分为三个区域: I区为近门槛区, 断口：解理花样，由断裂小面组成。II区为中部区或稳态扩展区.断口：疲劳条纹 III区为裂纹快速扩展区，断口: 静载断裂机制。

疲劳裂纹扩展的门槛值，记为△Kth，表示阻止裂纹开始扩展的能力

过载损伤：金属机件偶然过载，在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小。

适当的过载可以提高疲劳强度。

过载持久值：表征材料抵抗过载的能力。

8.疲劳裂纹萌生过程及机理: 1)滑移带开裂产生裂纹

提高材料的滑移抗力，可 7.引入残余压应力降低平均应力如表面喷丸、滚压、淬火处理等，可以提高材料的疲劳抗力。

阻止裂纹的萌生，增强 材料的疲劳抗力。2）相界面开裂产生裂纹

第二相、夹杂物应“少、圆、小、匀”，以提高疲劳抗力。3）晶界、亚晶界开裂产生裂纹。强化、净化、细化晶界，可提高材料的疲劳抗力。4）材料内部的缺陷如气孔、夹杂、分层、各向异性、相变或晶粒不均匀等，都会因局部的应力集中而引发裂纹。

9.疲劳裂纹扩展及断口微观特征：第一阶段：从表面个别侵入沟（或挤出脊）先形成微裂纹，然后裂纹主要沿主滑移系方向，以纯剪切方式沿45°向内扩展。断口上无明显的特征，只有一些擦伤的痕迹。在一些强化材料中,有时存在周期性解理或者准解理花样第二阶段：裂纹⊥拉应力。第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（条纹、辉纹）。

疲劳缺口敏感因子（度）：qf 值随材料强度的升高而增大，qf值能反映在疲劳过程中材料发生应力重新分布，降低应力集中的能力。

10.影响疲劳强度的主要因素：

一、加载规范及环境的影响 1.载荷频率

2.次载锻炼

3.间歇

4.温度

温度升高，疲劳极限下降

5.介质：腐蚀介质表面蚀坑，疲劳极限下降

二、表面状态与尺寸因素：1.表面状态：缺口：因应力集中会降低材料的疲劳强度。越粗糙，材料的疲劳强度越低

表面强度越高，疲劳强度越高。

2.尺寸效应

尺寸增加，疲劳强度降低。

三、表面强化及残余应力的影响 1.表面喷丸及滚压

2.表面热处理及化学热处理

提高疲劳强度； 3.残余应力，残余压应力提高疲劳强度；残余拉应力降低疲劳强度。

四、材料成分及组织

含碳形成抗力增加

合金元素

提高淬透性，改善韧性

2.显微组织

细化晶粒，可以提高材料强韧性，疲劳极限提高。2)组织

正火组织：片状K，疲劳极限低

淬火回火组织：

HRC MTS等温淬火组织：硬度相同，韧性＞淬火回火组织

3.夹杂物及冶金缺陷：作为裂纹核心，降低疲劳极限

。1选择机件材料和决定工艺时，要区分机件的服役条件是哪一类疲劳，如属高周疲劳，应主要考虑材料强度，如属低周疲劳，则应在保持一定强度基础上尽量选用塑性好的材料。

第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂

一节：应力腐蚀

1.应力腐蚀现象：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。

2.产生条件：应力、环境（介质）和材料三者共存是产生应力腐蚀的必要条件。应力为拉应力而且很低。特定材料只有在特定的介质中产生应力腐蚀。纯金属一般无应力腐蚀现象。合金一般都具有应力腐蚀，而且有一定敏感成分。

4.应力腐蚀的特征：1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力2)应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂3)对每一种金属或合金，只有在特定的介质中才会发生4）应力腐蚀远大于腐蚀速度、但远小于单纯力学的 断裂速度。5)裂纹的传播途径常垂直于拉力的方向；6)应力腐蚀破坏的断口，宏观特征与疲劳断口相似，也有亚稳扩展区和最后瞬断区。7)应力腐蚀的主裂纹扩展时，常有分枝。微观裂纹分叉，呈枯树枝状，表面可见“泥状花样”腐蚀产物及腐蚀坑8)应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是沿晶断裂，甚至是兼有这两种形式的混 合断裂。

6.防止应力腐蚀的措施：1）降低或消除应力：a)避免或减少局部应力集中；b)进行消除应力处理；c)采用喷丸或其它表面处理方法

2）控制环境：

a)避免在敏感介质中使用

b)加入缓蚀剂

c)保护涂层

d)电化学保护

3）改善材质：

a)正确选材：b)开发耐应力腐蚀新材料

c)改变组织和减少杂质 二节：氢脆

1．由于氢与应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂或氢致断裂，简称氢脆。

2．氢脆类型1.白点2.氢蚀3.氢化物致脆4.氢致延滞断裂

3.防止氢脆的措施：1.环境因素：设法切断氢进入金属的途径，如采用表面涂层，使机件表面与环境介质中的氢隔离。2.力学因素：在机件设计和加工过程中，应排除各种产生残余拉应力的因素，相反，采用表面处理使表面获得残余压应力层，对防止氢致延滞断裂有良好的作用。3.材质因素：含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感性较低。钢的强度越高，对氢脆越敏感。因此，对在含氢介质中工作的高强度钢的强度应有所限制。

第七章金属磨损和接触疲劳

一节：磨损的基本概念 二节：磨损模型

1．粘着磨损：粘着磨损是接触表面相互运动时，因固相焊合作用使材料从一个表面脱落或转移到另一表面而形成的磨损，又称咬合磨损。

2．产生的条件：滑动摩擦，相对滑动速度较小。缺乏润滑油，表面没有氧化膜。单位法向载荷很大

3.产生过程：表面局部凸起，载荷很小时，接触面局部应力很大，接触点发生塑性变形，若表面洁净，原子彼此接触很近，产生粘着（冷焊），相对运动产生剪切力，导致粘着点断裂，发生材料转移或磨屑，粘着、剪切、再粘着的交替过程就形成了粘着磨损。

6.减轻粘着磨损的主要措施：(1)合理选择摩擦副材料。尽量选择互溶性少，粘着倾向小的材料配对(2)避免或阻止两摩擦副间直接接触。改善表面润滑条件。(3)控制摩擦滑动速度和接触压应力，可使粘着磨损大为减轻。（4）使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量，可采用表面渗硫、渗磷、渗氮等表面处理工艺。使磨损发生在较软方材料表层，可采用渗碳、渗氮共渗、碳氮硼三元共渗等工艺以提高另一方的硬度。

9.磨粒磨损的过程与机理：磨粒对摩擦表面产生的微切削作用、塑性变形、疲劳破坏或脆性断裂产生的，或是它们综合作用的结果。10.特征：摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽

脆性断裂主要机理的磨粒磨损应增加材料韧性对耐磨性有益。(3)根据机件服役条7.磨粒磨损 ：摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面向存在硬质粒子时产生的磨损。

11.减轻磨粒磨损的主要措施：(1)对于以切削作用为主要机理的磨粒磨损应增加材料硬度，这是提高耐磨性最有效的措施。2）对于以塑性变形、塑性变形后疲劳破坏、件，合理选择耐磨材料：(4)采用渗碳、碳氮共渗等化学热处理，提高表面硬度，也能有效提高磨粒磨损耐磨性。(5)就合金钢而言，控制和改变碳化物数量、分布、形态对提高抗磨粒磨损能力起着决定性影响。(6)钢中适量残余奥氏体组织能增加基体韧性。(7)经常注意机件防尘和清洗 四节：金属接触疲劳

1.分类：麻点剥落(点蚀)浅层剥落

深层剥落(表面压碎):

2.接触应力：两物体相互接触时在局部表面产生的压应力称为接触应力，也叫赫兹应力

3.疲劳磨损：在交变剪应力的影响下，裂纹容易在最大剪应力处成核，并扩展到表面而产生剥落，在零件表面形成 针状或豆状凹坑，造成疲劳磨损。4.分类：(1)线接触应力

(2)点接触应力

5.疲劳磨损机理：（1）麻点磨损：表面接触应力较小，摩擦力较大、或表面质量较差（如表面有脱碳、烧伤、淬火不足、夹杂物等）时，易产生麻点剥落。2）浅层剥落：

t裂纹常出现在非金属夹杂物附近，裂纹开始沿非金属夹杂物平行于表面扩展。3）深层剥落（压碎性剥落）：该处切应力虽不是最大，但因过渡区是弱区，切应力可能高于材料材料强度而在该处产生裂纹

6．影响接触疲劳寿命的因素：1）非金属夹杂物.a.M的含碳量。b.M和残余奥氏体的级别c.未溶碳化物的大小3）表面硬度与心部硬度a.表面硬度b.心部硬度 4）表面硬化层深度

第八章金属高温力学性能

一节：蠕变现象

1.蠕变:材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变 2.蠕变变形机理 ：主要有位错滑移、攀移、原子扩散和晶界滑动，对于高分子材料还有分子链段沿外力的舒展。3.蠕变断裂机理 ：蠕变断裂主要是沿晶断裂。在裂纹成核和扩展过程中，晶界滑动引起的应力集中与空位的扩散起着重要作用。由于应力和温度的不同，裂纹成核有两种类型。1)裂纹成核于三晶粒交会处

在高应力和低温下，持续的恒载持导致位于最大切应力方向的晶界滑动，这种滑动必然在三晶粒交界处形成应力集中。2)裂纹成核分散于晶界上

在较低应力和较高温度下，蠕变裂纹常分散在晶界各处，特别易产生在垂直于拉应力方向的晶界上

4.金属材料蠕变断裂断口特征：宏观特征为：一是使断裂机件表面出现龟裂现象；另一个特征是由于高温氧化，断口表面往往被一层氧化膜所覆盖。微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。

5.蠕变极限的意义表示材料在高温下受到载荷长时间作用时，对于蠕变变形的抗力。

6.持久强度是材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力，记作 t7.8.提高蠕变的措施1,化学成分

在金属基体中加入铬、相、钨、铝等合金元素。加入稀土元素稀土增加晶界激活能的元素。

9.2.组织结构

珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺

奥氏体耐热钢采用固溶时效处理

采用形变热处理改变晶界的形状

.晶粒度

对于金属材料，当使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提高钢的蠕变极限和持久强度，但是，晶粒太大会降低钢的高温塑性和韧性。

10.降低蠕变速度必须控制位错攀移的速度；必须抑制晶界的滑动。