1、第一章是關(guān)于材料的性能和應(yīng)用意義，第一章是關(guān)于材料的使用性能，第一節(jié)是關(guān)于機械性能，第二節(jié)是關(guān)于物理性能，第三節(jié)是關(guān)于化學(xué)性能。使用性能：金屬材料在使用條件下的性能；包括機械性能、物理和化學(xué)性能、工藝性能：制造過程中適于加工的材料的性能；例如鑄造性能、鍛造性能等。機械性能，又稱機械性能，是指材料在載荷(外力)作用下的行為，包括強度、塑性、剛度、彈性、硬度、韌性、疲勞性能和耐磨性。廣義的強度是指材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。如果斷裂被認為是變形的極限，那么強度被簡單地稱為抗變形能力。強度可根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)通過拉伸試驗獲得。(1)分類：根據(jù)載荷的不同，可分為抗拉強度b、抗壓強度bc、抗彎強

2、度bb、抗剪強度b、抗扭強度t、圓形拉伸試樣(拉伸斷裂前后)(a)拉伸前后(b)、(2)拉伸試驗后，(1)強度：工程應(yīng)力-應(yīng)變圖(圖)，材料E標(biāo)志著材料抵抗彈性變形的能力，用來表示材料的剛度。(3) B通過拉伸試驗測量，應(yīng)力：=P/A0(兆帕)應(yīng)變：=l/l0=(l-l0)/l0*100%變形階段：彈性變形階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段和斷裂。強度指標(biāo)：e彈性極限：材料保持彈性變形而不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力，是彈性零件的設(shè)計依據(jù)。屈服極限(屈服強度):表示金屬開始發(fā)生明顯塑性變形的阻力，無明顯屈服的材料表示為0.2；b強度極限(抗拉強度):表示金屬受拉時能承受的最大應(yīng)力。金屬材料的強度與其

3、化學(xué)成分、工藝過程和熱處理工藝有關(guān)。2.剛度(剛性)，1。概念：材料抵抗彈性變形的能力。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的彈性變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變比是材料剛度，即材料的彈性模量，在數(shù)值上等于直線的斜率。強度確保材料不會經(jīng)歷過度的塑性變形或甚至斷裂，剛度確保材料不會經(jīng)歷過度的彈性變形。2.影響因素(1)金屬材料：電子取決于基體金屬的性質(zhì)，很難通過合金化、熱處理、冷熱加工等來改變。e是一個結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。在室溫下，無論鋼材料(鐵基合金)的成分和結(jié)構(gòu)如何變化，E都在(2021.4)104兆帕的范圍內(nèi)。(2)陶瓷材料、聚合物材料和復(fù)合材料的彈性模量對它們的組成和結(jié)構(gòu)敏感，可以通過不同的方法改變。2.剛度(剛性)，3。

4、彈性。材料彈性是描述材料在外力作用下彈性行為的綜合性能指標(biāo)。彈性性能指標(biāo)如下：1 .最大彈性應(yīng)變E:材料在外力作用下的最大恢復(fù)應(yīng)變，即彈性變形能力。對應(yīng)于彈性極限E的彈性應(yīng)變e=e/E，表明彈性極限高、彈性模量低的材料具有較好的彈性。彈性功：材料吸收變形功而不產(chǎn)生永久變形的能力，即在彈性變形過程中吸收的最大彈性功。它可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線中彈性部分所包圍的面積來表示，即彈性比功=ee/2=e2/(2E)。增加彈性極限或降低彈性模量E，彈性的比功值越高，材料的彈性越好。彈性(彈性滯后):加載時應(yīng)變不會立即達到平衡值，卸載時變形不會立即恢復(fù)。應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為滯彈性或彈性滯后。它可以用應(yīng)力-應(yīng)

5、變曲線上的彈性磁滯回線的面積來表示。3.彈性，4。塑性，即材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力，即不可逆的能力(2)橫截面收縮率：拉伸試樣后頸部橫截面面積最大減少量與原始橫截面面積的百分比。金屬材料的伸長率和面積收縮越大，材料的塑性越好。硬度：反映材料硬度的性能指標(biāo)，它表示抵抗變形的能力，特別是抵抗塑性變形、壓痕或擦傷的能力，是表征材料性能的綜合參數(shù)。硬度可以表示如下：布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度和顯微硬度，銼刀硬度，1。布氏硬度，原理：用相應(yīng)的測試力f將一定直徑d的鋼球或硬質(zhì)合金球(壓頭)壓入試樣表面，在卸載一段規(guī)定的保持時間后，測量試樣表面的壓痕直徑d，計算壓痕球冠表面積，得到平均

6、應(yīng)力值，即布氏硬度值，即使用球形壓痕。HB表示法：200HBS10/1000/30表示直徑為10毫米的鋼球，在9800牛頓(1000千克力)的載荷下保持30秒時測得的布氏硬度為200。適用材料：鋼、鑄鐵、有色金屬等。在各種退火狀態(tài)下，也用于機械零件淬火和回火處理后。優(yōu)缺點：操作復(fù)雜，需要查表，不常用。洛氏使用程度，原理：使用一定規(guī)格的壓頭，在一定的測試力下將其壓入樣品表面，然后測量壓痕深度，計算并表示其硬度值，符號為HR越大，硬度越低。有三個代表：人權(quán)行動、HRB和人權(quán)理事會。適用材料：鋼鐵原料、有色金屬、淬火工件、硬質(zhì)合金等。優(yōu)點：操作快捷簡單，壓痕小，不損傷工件表面，應(yīng)用廣泛。3。其他硬度

7、，(1)維氏硬度：薄工件或薄表面硬化層的顯微硬度：材料顯微硬度的測試(單顆粒、夾雜物、某些成分相)；HV(2)莫氏硬度：是一種刻劃硬度，用于測試陶瓷和礦物的硬度。這種硬度的等級是選擇10種不同的礦物，并將莫氏硬度從軟到硬分為10個等級，如金剛石對應(yīng)的莫氏硬度為10個等級；HM(3)銼刀硬度：適用于測量大型零件。各種硬度之間有一個粗略的經(jīng)驗換算關(guān)系。韌性是材料在塑性變形和斷裂前吸收變形能的能力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。韌性和脆性。材料的斷裂類型有韌性斷裂和脆性斷裂。低韌性材料容易發(fā)生脆性斷裂，如壓力容器和大型鍋爐的爆炸、船舶的脆性斷裂和沉沒等。評價材料韌性的指標(biāo)是沖擊韌性和斷裂韌性。1.概念

8、：指材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。沖擊韌性用于評估材料在沖擊載荷下的脆化趨勢和程度(大多數(shù)情況下是缺口的綜合作用)。由標(biāo)準(zhǔn)樣品的沖擊吸收能量以斷裂表面積表示，其中：k為沖擊韌性，j/cm2；Ak是沖擊吸收功，j；A0是樣品缺口處的面積，cm2。2.應(yīng)用意義：(1)它反映了材料的冶金質(zhì)量和各種熱加工工藝的質(zhì)量；(2)反映材料被一次或幾次高能沖擊損壞的能力，并評估材料在這種工作條件下對間隙的敏感性；(3)評價材料的冷脆性。(1)沖擊韌性；(3)局限性：僅用于評價中低強度鋼的韌性，僅反映材料在大能量沖擊載荷下抵抗變形和斷裂的能力。(2)斷裂韌性，1。概念：表征材料抵抗裂紋不穩(wěn)定性和擴

9、展的能力。本文引入了應(yīng)力場強度因子KI，Y形件裂紋的幾何因子是裂紋長度的名義工作應(yīng)力。KI值越大，裂紋尖端的應(yīng)力場越強，大于某一臨界值：當(dāng)使用KIKIC時，零件中的裂紋將發(fā)生快速失穩(wěn)和擴展，導(dǎo)致地應(yīng)力作用下的脆性斷裂；當(dāng)使用KIKIC時，零件在設(shè)計壽命內(nèi)是安全可靠的。KIC被稱為可以解決以下問題：1 .根據(jù)零件的實際名義工作應(yīng)力和裂紋長度a，確定KIC為正確選材提供依據(jù)；2.根據(jù)所用材料的斷裂韌性KIC和被檢零件的內(nèi)部尺寸，確定臨界斷裂應(yīng)力c，為零件最大承載能力的設(shè)計提供依據(jù)；根據(jù)已知材料的斷裂韌性和實際工作應(yīng)力，估算出臨界裂紋長度ac，為零件裂紋檢測提供依據(jù)。7.疲勞性能(1)交變載荷：大小

10、和方向隨時間周期性變化，也稱為循環(huán)載荷。(3)特征：1)斷裂應(yīng)力遠低于材料在靜載荷下的抗拉強度，甚至低于屈服強度；2)當(dāng)韌性材料或脆性材料斷裂時，沒有明顯的塑性變形，這是一種沒有警告的突然脆性斷裂，非常危險。(2)疲勞斷裂：在交變載荷下，雖然零件上的應(yīng)力低于材料的屈服點，但長時間工作后會開裂或突然完全斷裂。1.疲勞的基本概念：2。疲勞的基本過程包括三個階段：(2)裂紋擴展：裂紋形成后，在交變應(yīng)力的作用下繼續(xù)生長，出現(xiàn)裂紋擴展區(qū)；(3)最終斷裂：隨著疲勞裂紋的不斷擴展，零件的有效承載面積逐漸減小，應(yīng)力或裂紋應(yīng)力場強度因子不斷增大。當(dāng)達到臨界值時，就會發(fā)生斷裂。(1)裂紋萌生：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計中材料本

11、身或鍵槽、油孔存在缺陷，導(dǎo)致零件受力時局部區(qū)域應(yīng)力集中，容易引發(fā)裂紋。3.疲勞抗力指數(shù)、疲勞極限：當(dāng)應(yīng)力低于一定值時，試樣可以承受無限循環(huán)而不損傷。這個應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(也稱為疲勞強度)。對于黑色金屬；一般規(guī)定無斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞極限；有色金屬和不銹鋼取108。疲勞極限的影響因素：材料本質(zhì)、零件表面強化處理、零件表面狀況、載荷類型、工作溫度和腐蝕介質(zhì)等。耐磨性、磨損：兩個零件的表面材料因摩擦而逐漸損壞的現(xiàn)象(表現(xiàn)為表面尺寸變化和材料損失)稱為磨損。主要有粘著磨損、磨料磨損和接觸疲勞磨損。(1)粘著磨損：摩擦副接觸表面局部出現(xiàn)金屬粘著，這些粘著點的強度往往大于金屬本身的強度。在隨后的

12、相對運動中，損傷將發(fā)生在強度較低的地方，并且存在一種磨損形式，即金屬磨損碎屑從零件表面被拉下或零件表面被刮傷。(2)磨粒磨損：在滑動摩擦過程中，零件表面的摩擦區(qū)域存在硬磨粒，導(dǎo)致磨損表面局部塑性變形、磨粒嵌入和磨粒切割，導(dǎo)致材料磨損表面逐漸磨損。1.磨損的主要類型和機理：2。提高材料耐磨性的途徑，1)提高材料硬度，增強零件抗變形和抗斷裂能力；2)改善兩個接觸面的接觸狀態(tài)，減少摩擦。第2節(jié)物理屬性，1。密度：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為物質(zhì)的密度；其中密度為物質(zhì)的密度(kg/m3)；m是物質(zhì)的質(zhì)量(千克)；v是物質(zhì)的體積(m3)。密度小于5103千克/立方米的金屬稱為輕金屬，如鋁、鎂、鈦及其合金。密度

13、大于5103千克/立方米的金屬稱為重金屬，如鐵、鉛和鎢。2.熱屬性1。熔點：物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度稱為熔點。熔點高的金屬稱為難熔金屬，如鎢、鉬、釩等。可用于制造耐高溫零件，如火箭、導(dǎo)彈、燃氣輪機和噴氣式飛機。熔點低的金屬稱為易熔金屬，如錫、鉛等?？捎糜谥圃毂ｋU絲和消防安全閥零件等。熱容量：溫度每升高1K所需的能量，記錄為c。單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量稱為比熱容。聚合物材料ha其中l(wèi)是線性膨脹系數(shù)(1/K或1/)；L1是膨脹前的長度(m)；L2是膨脹后的長度(m)；t是溫度變化(k或)。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)通常用導(dǎo)熱系數(shù)來衡量。導(dǎo)熱系數(shù)的符號是W/(mK)。熱導(dǎo)率越大，熱導(dǎo)率越好。銀是金屬中導(dǎo)熱性最好的

14、，其次是銅和鋁。電學(xué)性質(zhì)，電阻率：測量材料的電導(dǎo)率(可以用電導(dǎo)率來表示)；固體材料通常根據(jù)其導(dǎo)電性分為四類：超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。電阻溫度系數(shù)：材料的電導(dǎo)率隨溫度而變化。介電性能：能夠分離帶電導(dǎo)體并能長時間承受電場的絕緣材料稱為介電材料。表征介電性能的參數(shù)包括介電常數(shù)、介電強度、介電損耗等。磁性：鐵磁性材料在外部磁場中可以被強烈磁化，例如鐵和鈷等順磁性材料；諸如錳和鉻的反磁性材料只能在外部磁場中被弱磁化；它們可以抵抗或削弱外部磁場對材料的磁化，例如銅和鋅。材料在電磁場作用下的行為稱為磁性。表征磁性的主要性能指標(biāo)有：磁導(dǎo)率：指在單位磁場強度的外磁場作用下，材料內(nèi)部的磁通密度。飽和磁化強度

15、Ms和矯頑磁力Hc:鐵磁材料能達到的最大磁化強度稱為飽和磁化強度，值越大，鐵磁越強；經(jīng)過飽和磁化后，鐵磁材料在去除外部磁場后仍能保持一定程度的磁化，這種現(xiàn)象稱為剩磁現(xiàn)象。為了使剩磁為零(退磁)，需要添加一個反向磁場，稱為矯頑力。在第三節(jié)“化學(xué)性質(zhì)”中，當(dāng)材料在生產(chǎn)、加工和使用時，會與環(huán)境發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致性能退化或功能喪失，其中腐蝕最為嚴重?；瘜W(xué)腐蝕：指材料與周圍介質(zhì)直接反應(yīng)，但在反應(yīng)過程中不產(chǎn)生電流的腐蝕過程，如金屬在干燥氣體和非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，以及陶瓷材料在某些介質(zhì)中的腐蝕。鋼鐵材料易受化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕：指材料和電解質(zhì)之間的電化學(xué)反應(yīng)，伴隨著電流的腐蝕過程。金屬材料的電化學(xué)腐蝕非常普遍。提高零件耐腐蝕性的主要措施，第3節(jié)化學(xué)性質(zhì)，1。提高零件耐化學(xué)腐蝕性的措施(1)選擇抗氧化材料，如耐熱鋼、耐熱鑄鐵、耐熱合金、陶瓷等。(2)表面處理，如表面電鍍和表面涂層。2.提高抗電化學(xué)腐蝕能力的措施：(1)選擇耐腐蝕材料，如不銹鋼、銅合金、陶瓷和高分子材料；(2)表面處理，如涂層、陶瓷熱噴涂、塑料噴涂和涂層等。(3)電化學(xué)保護，如犧牲陽極保護；(4)添加緩蝕劑會降低電