第一章 材料性能
材料物理性能2第一章第五节断裂
蛇形滑移花样
涟波花样
材料物理性能---断裂
微孔聚集性断裂示意图
微孔形核
第二相破裂或与基体界 面脱离，在材料塑性变 形到一定程度时产生的
大量位错进入微孔， 使微孔逐渐长大
长大 聚合直至断裂
微孔间的集体横截面不断 减小，发生微缩颈断裂， 使微孔连接，在该区有发 生新的微孔，长大、连接
形成宏观上呈纤维状，微观上为韧窝的端口
材料物理性能---断裂
准解理面
准解理裂纹形成机理示意图
准解理断面典型形貌
准解理断裂是介于解理断裂和韧窝断裂之间的一种过渡断 裂形式。 准解理的形成过程:首先在不同部位(如回火钢的第二相粒子
处),同时产生许多解理裂纹核,然后按解理方式扩展成解理小
刻面,最后以塑性方式撕裂,与相邻的解理小刻面相连,形成撕 裂棱。
• 定义：剪切断裂是材料在切应力作用下沿 滑移面滑移分离而造成的断裂。
• 某些纯金属尤其是单晶体金属可产生纯剪
切断裂。
断口呈锋利的楔形。
材料物理性能---断裂
滑移分离断口形貌
滑移分离的基本特征是:断面呈45°角倾斜;断口附近有明 显的塑性变形;滑移分离是在平面应力状态下进行的。 滑移分离的主要微观特征是滑移线或滑移带、蛇形花样、 涟波花样和延伸区 。
材料物理性能---断裂
（3） 准解理断裂
• 在许多淬火回火钢中，有弥散细小的碳化物质点，它们影 响裂纹形成与扩展。当裂纹在晶粒内扩展时．难于严格地 沿一定晶体学平面扩展。断裂路径不再与晶粒位向有关， 而主要与细小碳化物质点有关。微观形态特征，似解理河 流但又非真正解理，故称准解理。 • 准解理与解理的共同点：都是穿晶断裂；有小解理刻面； 有台阶或撕裂棱及河流花样。 • 不同点：准解理小刻面不是晶体学解理面。解理裂纹常源 于晶界，而准解理裂纹则常源于晶内硬质点，形成从晶内 某点发源的放射状河流花样。
材料性能学名词解释
一、名词解释第一章力学1.真实应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε = ，为真实应变。
2.名义应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε=L –L /L =△L/L , ε为名义应变。
3.弹性模量材料在阶段，其和应变成线性关系（即符合），其称为弹性模量。
对各向同性体为一常数。
是原子间结合强度的一个标志。
4.弹性柔顺系数弹性体在单位应力下所发生的应变，是弹性体柔性的千种量度。
S =-μ/E ,其下标十位数为应变方向，个位数为所受应力的方向。
5.材料的蠕变对粘弹性体施加恒定应力σ时，其应变随时间而增加。
6.材料的弛豫对粘弹性体施加恒定应变ε时，则应力将随时间而减小。
7.位错增殖系数 n个位错通过试样边界时引起位错增殖，使通过边界的位错数增加到nc个，c即为位错增殖系数。
8.滞弹性一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性。
9.粘弹性无机固体和金属的与时间有关的弹性，即弹性形变的产生与消除需要有限时间。
10.粘性系数(粘度) 单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。
单位Pa·S. 是流体抵抗流动的量度。
11.脆性断裂构件未经明显的变形而发生的断裂。
断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。
在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足够大超过材料的临界拉应力值时，会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。
与此同时，外力引起的平均剪应力尚小于临界值，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。
12.裂纹亚临界生长裂纹在使用应力下，随时间的推移而缓慢扩展。
其结果是裂纹尺寸逐渐加大，一旦达到临界尺寸就会失稳扩展而破坏。
13.材料的理论结合强度根据Orowan提出的原子间约束力随原子间的距离x的变化曲线（正弦曲线），得到σ=σ×sin2πx/λ，σ为理论结合强度。
单位面积的原子平面分开所作的功应等于产生两个单位面积的新表面所需的表面能，材料才能断裂，根据公式得出σ = Eγ/a 。
第一章工程材料的分类及性能
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
2.强度
σ s：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σ b：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σ k：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。
σ p、 σ e、 σ s、 σ b、 σ k的单位：Mpa （与应力的相同）
Байду номын сангаас
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
AkG (H 1H2)
•冲击韧性：
ak
Ak S
韧脆转变温度TK：
三、材料的化学性能
耐腐蚀性； 高温抗氧化性； 抗老化性能； 降解性。
新版材料性能学重点(完整版)-新版.pdf
7、 努氏硬度适用于测定表面渗层、镀层及淬硬层的硬度，渗层截面上的硬度分布
8、 维氏硬度
维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似， 是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬
度值。维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角 α 为 136°的金刚石四棱锥体。在载荷 F 作
用下，试样表面被压出一个四方锥形压痕，测量压痕的对角线长度，计算压痕表面积
10、 包申格效应 ：材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于
4％），而后同向
加载，规定残余伸长应力，反向加载，规定残余伸长应力降低的象。
原因：预塑性变形，位错增殖、运动、缠结；
同相加载，位错运动受阻，残余伸长应
力增加；反向加载，位错被迫作反向运动，运动容易残余伸长应力降低。
可以通过热处理加以消除。 对材料进行较大的塑性变形或对微量塑变形的材料进行再结
时突然下降， 随后， 在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续伸长变形，
这种现象称
为材料在拉伸实验时的屈服现象
14、 屈服强度 材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量的塑性变形的能 力，这一应力值称为材料的屈服强度（屈服点）
15、 影响金属材料屈服强度的因素 (1) 晶体结构 (2) 晶界与亚结构 (3) 溶质元素 (4) 第二相 (5) 温度 (6) 应变速率与应力状态
比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比
刚度
3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③
化学成分
（间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不
大）
4、 比例极限和弹性极限
比例极限 σ p 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－
材料性能学名词解释
一、名词解释第一章力学1.真实应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε= ，为真实应变。
2.名义应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε=L –L /L =△L/L ,ε为名义应变。
3.弹性模量材料在弹性变形阶段，其应力和应变成线性关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
对各向同性体为一常数。
是原子间结合强度的一个标志。
4.弹性柔顺系数弹性体在单位应力下所发生的应变，是弹性体柔性的千种量度。
S =-μ/E ,其下标十位数为应变方向，个位数为所受应力的方向。
5.材料的蠕变对粘弹性体施加恒定应力σ时，其应变随时间而增加。
6.材料的弛豫对粘弹性体施加恒定应变ε时，则应力将随时间而减小。
7.位错增殖系数n个位错通过试样边界时引起位错增殖，使通过边界的位错数增加到nc个，c即为位错增殖系数。
8.滞弹性一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性。
9.粘弹性无机固体和金属的与时间有关的弹性，即弹性形变的产生与消除需要有限时间。
10.粘性系数(粘度) 单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。
单位Pa·S. 是流体抵抗流动的量度。
11.脆性断裂构件未经明显的变形而发生的断裂。
断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。
在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足够大超过材料的临界拉应力值时，会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。
与此同时，外力引起的平均剪应力尚小于临界值，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。
12.裂纹亚临界生长裂纹在使用应力下，随时间的推移而缓慢扩展。
其结果是裂纹尺寸逐渐加大，一旦达到临界尺寸就会失稳扩展而破坏。
13.材料的理论结合强度根据Orowan提出的原子间约束力随原子间的距离x的变化曲线（正弦曲线），得到σ=σ×sin2πx/λ，σ为理论结合强度。
单位面积的原子平面分开所作的功应等于产生两个单位面积的新表面所需的表面能，材料才能断裂，根据公式得出σ= Eγ/a 。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
Ch1材料的性能及应用意义
4. 硬度与工艺性能之间有联系，可作为评定材料工艺性能的参考。
5. 硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和 控制冷热加工质量。
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
硬度测试方法：
HBS — 淬火钢球 （<450HB) （新国标中HBS已取消） HBW— 硬质合金球（<650HB)
1）误差小，重复性好。 2）压痕面积大，不适合成品检验。 3）与强度σb之间存在近似的换算：
σb 0.36HB
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
第一章 材料的性能及应用意义
引言 §1.1 材料性能依据 §1.2 材料的使用性能 §1.3 材料的工艺性能
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引言 材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。
1. 所谓有用 — 使用性能
2. 所谓制造—工艺性能 （原材料变成产品）
力学性能 物理性能
化学性能
铸造性能（热加工） 焊接性能（热加工） 热处理性能（热加工）
2.陶瓷材料、 高分子材料、 复合材料的弹性模量对其成分和组织结构是敏感的， 可以通过不同的方法使其改变。
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（三）弹性——在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。
滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不 立即恢复。
材料性能学名词解释
材料性能学名词解释第⼀章（单向静载下⼒学性能）弹性变形：材料受载后产⽣变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产⽣永久性位移，并不引起材料破裂的现象弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应⼒。
弹性⽐功：弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。
包申格效应：材料预先加载产⽣少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应⼒（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应⼒降低的现象。
弹性模量：⼯程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗⼒。
实质是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功⼤于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。
超塑性：在⼀定条件下，呈现⾮常⼤的伸长率（约1000%）⽽不发⽣缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断⼝。
第⼆章（其他静载下⼒学性能）应⼒状态软性系数：不同加载条件下材料中最⼤切应⼒与正应⼒的⽐值。
剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的⽐值。
缺⼝敏感度：常⽤试样的抗拉强度与缺⼝试样的抗拉强度的⽐值。
NSR硬度：表征材料软硬程度的⼀种性能。
⼀般认为⼀定体积内材料表⾯抵抗变形或破裂的能⼒。
抗弯强度:指材料抵抗弯曲不断裂的能⼒，主要⽤于考察陶瓷等脆性材料的强度。
第三章（冲击韧性低温脆性）冲击韧度：⼀次冲断时，冲击功与缺⼝处截⾯积的⽐值。
冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。
低温脆性：当试验温度低于某⼀温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。
韧脆转变温度：材料在某⼀温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。
该温度即韧脆转变温度。
迟屈服：⽤⾼于材料屈服极限的载荷以⾼加载速度作⽤于体⼼⽴⽅结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应⼒下保持⼀段时间后才屈服的现象。