1、材料力學(xué)性能浙江大學(xué) 金屬材料研究所凌國(guó)平(，曹226室)他是誰？2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者以色列科學(xué)家達(dá)尼埃爾謝赫特曼“1982年發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體”1984年發(fā)表論文，Al4Mn急冷合金物質(zhì)內(nèi)部的原子排列有序但非周期性排列不重復(fù)的規(guī)則圖案從根本上改變了看待固體物理的方式o原子排列不具周期性，準(zhǔn)晶體原子排列不具周期性，準(zhǔn)晶體材料硬度很高，同時(shí)具有一定材料硬度很高，同時(shí)具有一定彈性，不易損傷。彈性，不易損傷。o可用于制造眼外科手術(shù)微細(xì)針可用于制造眼外科手術(shù)微細(xì)針頭、刀刃等硬度較高的工具。頭、刀刃等硬度較高的工具。o不沾且導(dǎo)熱性較差，其應(yīng)用包不沾且導(dǎo)熱性較差，其應(yīng)用包括制造不粘鍋具、發(fā)動(dòng)機(jī)等。括制造不

2、粘鍋具、發(fā)動(dòng)機(jī)等。 First discovery of Quasiperiodic symmetry-April 8th 1982美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所技術(shù)研究所8484年年1111月，月，物理評(píng)論通訊物理評(píng)論通訊8484年郭可信發(fā)表年郭可信發(fā)表TiTi基準(zhǔn)晶論文基準(zhǔn)晶論文自然界中也有準(zhǔn)自然界中也有準(zhǔn)晶材料晶材料-俄羅斯俄羅斯一條河流內(nèi)的礦一條河流內(nèi)的礦物樣本物樣本瑞士一企業(yè)在鋼瑞士一企業(yè)在鋼鐵中發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶，鐵中發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶，在鋼鐵中起強(qiáng)化在鋼鐵中起強(qiáng)化作用作用這二個(gè)人是誰？2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授 “石墨烯材料性能”透明膠帶技

3、術(shù): 10層 單層碳原子，蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)最薄、最堅(jiān)硬、載流子高遷移率o如何知道堅(jiān)硬？o測(cè)的是什么？o如何測(cè)量？o為什么堅(jiān)硬？這三個(gè)人得了什么？美國(guó)加州和麻省理工大學(xué)的教師o 因何而得？o “漸近自由” 夸克之間越接近，作用力越弱；弱到自由 o距離越遠(yuǎn)，作用力越大 所以夸克被束縛在一起 構(gòu)成原子核o他們回答的是：n什么力量在自然界中發(fā)揮作用？n它們是如何發(fā)揮作用的？o內(nèi)部有一種力在作用 把微觀物質(zhì)聯(lián)在一起 成為材料o外界有一種力作用于材料，會(huì)發(fā)生什么事情？外界有一種力作用于材料，會(huì)發(fā)生什么事情？2004年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主材料的力學(xué)性能材料在外力的作用下表現(xiàn)出來的性能這是什么？牙齒的力學(xué)性能牙本質(zhì)

4、牙釉質(zhì)抗壓強(qiáng)度/MPa300330剛度/GPa127484硬度/Hv70300假牙！如何讓假牙具有這些性能？如何檢測(cè)這些性能？用什么材料代替真牙？材料力學(xué)性能o 材料在力的作用下表現(xiàn)出來的性能o 有哪些材料？有哪些材料？ 金屬 陶瓷 玻璃 高分子（塑料，橡膠，布） 自然材料（木材、巖石）有哪些特點(diǎn)？它們有哪些的特點(diǎn)？o 陶瓷：耐高溫、高硬度o 光盤：信息記錄、耐磨o 玻璃：透明、脆o 金屬：導(dǎo)電、易成型、綜合性能好o 高分子：耐腐蝕o o 具有各種特點(diǎn)，可滿足需求o 這些特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)材料的各種性能材料力學(xué)性能o有哪些具體的性能？ 材料有哪些性能？ 物理 光、熱、電、磁 -功能材料 化學(xué) 反應(yīng)（傳

5、感器、耐腐蝕） 力學(xué) 強(qiáng)度、硬度、韌性-結(jié)構(gòu)材料o 為什么會(huì)有這些性能？n成分、”組織結(jié)構(gòu)”不同n成分o 離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵n組織結(jié)構(gòu)o 固體結(jié)構(gòu)：晶體、非晶、準(zhǔn)晶o 晶體結(jié)構(gòu)：體心、面心、密排六方、層狀o 組織結(jié)構(gòu)：馬氏體、珠光體、奧氏體o 納米結(jié)構(gòu)： 不同成分為何會(huì)構(gòu)成這些不同的鍵？晶體結(jié)構(gòu)與性能（碳）o金剛石結(jié)構(gòu)-硬、光學(xué)性質(zhì)o石墨結(jié)構(gòu)-軟，潤(rùn)滑o富勒烯-催化？化學(xué)性能o納米碳管-高強(qiáng)度oGraphene-高強(qiáng)及電性能高分子的液晶結(jié)構(gòu)-分子團(tuán)為單元o 不同的組織n鐵素體-bcc，軟n馬氏體-bcc，硬n珠光體-鐵素體+碳化物o 不同的幾何結(jié)構(gòu)n碳纖維n納米結(jié)構(gòu)o 納米碳管-無紡布制紙

6、！o 貝殼的納米結(jié)構(gòu)-韌性o 具備各種性能o 這些結(jié)構(gòu)具有怎么的性能？o 這些性能是什么？o 如何檢測(cè)出這些性能？o 為什么具有這些性能？o 如何得到這些性能？o 如何得到這些結(jié)構(gòu)？o 為什么能得到這些結(jié)構(gòu)？材料科學(xué)與工程的四個(gè)基本要素經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可持續(xù)發(fā)展變形和斷裂 力：拉、壓、扭、彎、交變性能：彈性、塑性、韌性、硬度、疲勞、磨損 材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能回答：o 有哪些力學(xué)性能？ 基本概念o 含義是什么？如何測(cè)定？ 基本理論o 力學(xué)性能與什么因素有關(guān)？o 什么情況下需要什么性能？ 實(shí)用意義o 如何獲得所需要的性能？研究方向 例：脆。含義是什么？脆性大小？為什么會(huì)脆？如何不脆？與其他課程

7、的關(guān)系o 與材料力學(xué)的關(guān)系n 材料力學(xué)分析力的分布n 給出對(duì)材料的力學(xué)性能要求n 鋼結(jié)構(gòu)受力分析材料需要抗多少拉力？ 例：鐵要硬度高淬火。馬氏體組織碳過飽和于鐵素體中。材料相變理論金屬與合金金屬玻璃結(jié)構(gòu)陶瓷o 與后續(xù)課程關(guān)系n 成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系n 材料的制備、組織結(jié)構(gòu)控制第一章 材料拉伸性能o 材料在拉力作用下表現(xiàn)出來的性能o 拉力下材料會(huì)怎么樣？n 陶瓷？n 高分子？n 橡皮？n 金屬？o橡皮筋：拉變形，力撤去恢復(fù)n彈性o陶瓷：很難拉。拉動(dòng)則斷n脆性o金屬：變形，無法恢復(fù)n塑性斷 為什么會(huì)恢復(fù)？為什么無法恢復(fù)？ 為什么會(huì)斷？斷的方式？拉伸性能是最基本的力學(xué)性能測(cè)定方法o 試樣（圓柱和板） o 設(shè)備：多功能材料試驗(yàn)機(jī)國(guó)標(biāo)GB/T228-2010 l05d0o 試驗(yàn)方法n 一定的速度拉伸n 記錄伸長(zhǎng)量l與拉力Pn 應(yīng)變： =l/l0 n 應(yīng)力： =P/A0 o 試驗(yàn)結(jié)果n 拉伸曲線 陶瓷 銅合金 高錳鋼 鋼絲 純銅 晶態(tài)高分子脆性材料：斷裂前無塑性變形塑性材料：斷裂前有塑性變形何謂塑性變形？ 外力作用變形，力撤去后無法恢復(fù)原狀，永久變形 o各種拉伸曲線低碳鋼的拉伸曲線OE：彈性段過E：塑性變形A點(diǎn)：上屈服點(diǎn)C點(diǎn)：下屈服點(diǎn)CD：屈服DB：形變強(qiáng)化B點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度，頸縮K點(diǎn)：斷裂。斷裂強(qiáng)