材料性能整合.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第一章第二章第三章第四章 材料性能整合.精品文档.第五章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1、拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。低碳钢的应力应变曲线（工程）应力；（工程）应变；比例极限；弹性极限；屈服点；抗拉强度；断裂强度（推导）：真应变；真应力真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力真应变曲线和应力应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显2、 弹性变形弹性变形都是可逆的弹性变形本质：是构成材料的原子或离子或分子

2、自平衡位置产生可逆变形的反映弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，;工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。结构刚度与材料刚度不同；单晶体和多晶体金属的弹性模量，主要取决于金属原子本性和晶体类型。弹性比功又称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。弹性：表征材料弹性变形的能力弹簧使用一段时间，弹簧弓形越来越小，即产生塑性变形。（原因）弹性不足，弹性极限低所造成，可改变钢种，热处理等来提高钢的弹性极限。刚度：表征材料弹性变形的抗力汽车没有满载，弹簧变形达最大。（原因）刚度不够，弹性模数是对成分、组织不敏感的性能，增大尺寸，改进结构。理想弹性变形：单

3、值性、可逆性，瞬时性弹性不完整性：但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。包申格效应；滞弹性；伪弹性；粘弹性。包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，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。度量包申格效应的基本定量指标是包申格应变。指给定应力下，正向加载与反向加载两应力应变曲线之间的应变差。机理：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。金属产生少量塑性变形时，运动位错遇林位错而弯曲受阻，形成位错缠结或胞状组织。如受较大的塑性变形，位错增殖和难于重分布，则不显示包申格效应。消除方法：预先大塑性变形，回复或再结晶温度下退火。

4、滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。原因解释有多种，与金属松弛过程有关。弹性滞后环非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗。区别：循环韧性塑性区；内耗弹性区；循环韧性表示材料的消震能力。3、 塑性变形常见的塑性变形方式：滑移，孪生，晶界的滑动，扩散性蠕变滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面受温度、成分和变形的影响；滑移方向比较稳定孪生：fcc、bcc、hcp都能以孪生产生塑性变形；一般在低温

5、、高速条件下发生； 变形量小，调整滑移面的方向塑性变形的特点：各晶粒变形的不同时性和不均匀性（取向不同；各晶粒力学性能的差异）；各晶粒变形的相互协调性（金属是一个连续的整体，多系滑移；Von Mises 至少5个独立的滑移系）屈服现象：退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比较常见，分为不连续屈服和连续屈服；屈服点：材料在拉伸屈服时对应的应力值，；上屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值，；下屈服点：试样屈服阶段中最小应力，；屈服平台（屈服齿）：屈服伸长对应的水平线段或者曲折线段；吕德斯带：不均匀变形；对于冲压件，不容许出现，防止产生褶皱。影响屈服现象的因素：1.材料变形前可动位错密度

6、很小；2.随塑性变形发生，位错能快速增殖；3.位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。屈服强度：表征材料对微量塑性变形的抗力连续屈服曲线的屈服强度：用规定微量塑性伸长应力表征材料对微量塑性变形的抗力（1）规定非比例伸长应力p：（2）规定残余伸长应力r：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；残余伸长的百分比为0.2%时，记为r0.2（3）规定总伸长应力t：试样标距部分的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。屈服强度是重要的力学性能指标，对工艺性能的影响（屈服强度下降，冷加工和焊接性能提高）影响屈服强度的因素：1、影响位错增殖和运动的因素；

7、2、考虑多晶粒的影响，如晶界、相邻晶粒的约束、化学成分及第二相等因素；3、各种影响位错运动的外界因素；内在因素：金属本性及晶格类型：单晶体的屈服强度由位错运功的阻力决定。这些阻力有晶格阻力、位错间交互作用产生的阻力等。晶格阻力（派纳力）；位错交互作用阻力平行位错间交互作用产生，运动位错与林位错间交互作用产生。晶粒大小和亚结构：晶粒大小的影响是晶界影响的反映；晶粒尺寸，位错障碍，屈服强度（细晶强化）；霍尔配奇公式，位错在基体金属中运动总阻力，d为晶粒平均直径。溶质元素：溶质原子形成间隙或置换固溶体，提高屈服强度（固溶强化）；形成晶格畸变畸变应力场畸变和位错应力场交互作用位错受阻屈服强度增加；间隙

8、效果置换效果。第二相：第二相质点的强化效果与质点本身在屈服变形过程中能否变形有很大关系；粉末冶金法获得弥散强化；固溶处理和沉淀析出获得沉淀强化。外在因素温度：温度升高，屈服强度下降。但是，金属晶体结构不同，其变化趋势不一样。应变速率：应变速率升高屈服强度提高应力状态：切应力分量升高，屈服强度下降，所以扭转比拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度低，三向不等拉伸下的屈服强度为最高。塑性应变与硬化的关系：塑性应变是硬化的原因，而硬化则是塑性应变的结果。应变硬化是位错增殖、运动受阻所致。温度升高，硬化效果降低；固溶合金的硬化效果纯金属；准确全面描述材料的应变硬化行为，要使用真实应力应变曲线。Hol

9、lomon公式：，S为真应力，e为真应变；n硬化指数0.10.5，n=1,完全理想弹性体，n=0，没有硬化能力；K硬化系数硬化指数的测定：试验方法；作图法硬化指数的影响因素：与层错能有关,层错能下降，硬化指数升高；对金属材料的冷热变形也十分敏感；与应变硬化速率并不相等缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。缩颈的判据（失稳临界条件）拉伸失稳或缩颈的判据应为dF=0抗拉强度：韧性金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。=最大拉应力比上原始横截面积塑性是指金属材料断裂前

10、发生不可逆永久（塑性）变形的能力。两个塑性指标：断后伸长率；断后收缩率 ，形成为缩颈；=或tk ,c s ,先屈服再断裂；ttk ,c 105次时，破坏后具有典型的疲劳断口，属于疲劳断裂，即为冲击疲劳。第九章 材料的磁学性能材料磁性的本源:是材料内部电子的循轨和自旋运动。任一封闭电流都具有磁矩。材料磁性分类：抗磁性材料，顺磁性材料，铁磁性材料1、 抗磁性材料 ：使磁场减弱的物质 产生方式：电子循轨运动受外加磁场作用的结果。2、顺磁性材料：使磁场略有增强的物质 产生方式：来源于原子（离子）的固有磁矩。材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性；材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的

11、称为顺磁性。抗磁与顺磁的特点：1.磁化强度与磁场强度之间均呈直线关系，磁化率常数很小。2.当除去外磁场后，仍恢复到未磁化前的状态，即存在磁化可逆性。3、铁磁性材料（最重要）：使磁场强烈增加的物质。 产生方式：来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化。（交换作用能小，两条件满足，有自发磁化倾向，也不具有铁磁性） 产生铁磁性原因：原子内层电子交互作用其积分常数A0，使彼此的自旋磁矩同向排列形成自发磁化；铁、钴、镍因其交换积分常数A具有较大的正值，有较强的自发磁化倾向；还有一些稀土元素虽然也具有自发磁化倾向，但其A值很小，相邻原子间的自旋磁矩同向排列作用很弱，原子振动极易破坏这种同向排列，即它们的居里

12、点很低，所以在常温下为顺磁性。饱和磁感应强度：随外磁场强度H进一步增大，磁感应强度B与磁化强度M增大的趋势逐渐变缓，磁化进行的越来越困难，磁导率减小，并趋向于 ？ ，当磁场强度达到HS 时，磁化强度便达到饱和值，即外磁场强度再继续增大，磁化强度不再变化。磁化强度的饱和值称为饱和磁化强度。用MS表示，与MS相对应的磁感应强度称为宝盒磁感应强度，用BS表示。磁化到饱和磁化状态后当H0时，磁感应强度B并不等于零，而是保留一定大小的数值Br， 铁磁金属的剩磁现象要使B值继续减小，必须加一个反向磁场-H，当H等于一定值Hc时，B=0。Hc为去掉剩磁的临界外磁场，称为矫顽力磁化强度的饱和值称为饱和磁化强度

13、，MS；与其对应的磁感应强度称为饱和磁感应强度，BS。磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料的磁滞回线瘦小，具有高导磁与低HC等特性。硬磁材料的磁滞回线肥大，具有较高的HC，Br和（BH）m等特性。影响铁磁性参数的因素：1.温度：温度升高使铁磁性的饱和磁化强度MS下降，当温度达到居里点时MS将至零，使铁磁材料的铁磁性消失而变为顺磁性，即居里温度。只有顺电铁电相变温度才称为居里点 2.形变和晶粒度 3.形成固溶体和多相合金第十章 材料的电学性能电阻率材料分为导体，半导体和绝缘体。导体的小于10-2m，绝缘体的大于1010m，半导体的介于10-21010m之间。超导电性：在一定的低温条件下材料突

14、然失去电阻的现象。材料正常状态转变为超导状态的温度称为临界温度，用TC表示。超导体的三个重要性能指标：临界转变温度TC，临界磁场HC，临界电流密度JC导电性的测量：双电桥法（最准确，原因：电阻计算公式内无电流无电压）塞贝克效应（热电偶测电流原理）具有热敏特性的半导体可以制成各种热敏温度计，电路温度补偿器，无触点开关等。光敏效应应用于各种自动控制系统，实现照明自动化。压敏电阻可用于过电压吸收，高压稳压，避雷器等。极化的基本形式：位移式极化，松弛极化。位移式极化是一种弹性的，瞬时完成的极化，极化过程不消耗电能。松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间，属于非弹性极化，极化过程需要一定的能量

15、。介质的损耗形式:电导（或漏导）损耗，极化损耗，电离损耗，结构损耗，宏观结构不均匀的介质损耗。影响材料介电损耗的因素（重要）：温度和频率。（需要根据公式说明 书P204）弄懂？第十一章 材料的光学性能直射率n与介质的极化现象有关，一般情况下离子的极化率越大，介电常数愈大，n也越大，R愈大，S愈大。反射系数R与直射率成正比。材料的折射率相差越大，界面反射就越严重。散射系数S，他与散射质点的大小，数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关，相对折射率与其成正比关系。当光线从光密介质(玻璃)进入光疏介质(空气)中时，折射角r大于入射角i 。当i 为某值时，r可达到90，相当于光线平行于表面而传播。

16、对于任一更大的i 值，光线全部向内反射回光密介质内光导纤维：折射率较小的包覆层（光疏介质），折射率较高的芯体（光密介质），两者之间产生全反射现象。第十二章 材料的压电性能和铁电性能压电效应产生的条件：无对称中心的异极晶体。理解公式意义： 正压电效应压力与电力成正比 逆压电效应呈线性关系具有热释电性的晶体必须具有固有极化，其晶体结构的极轴与结晶学的单向（所谓单向就是指晶体中唯一的不能用晶体自身的对称操作来与其他方向重合的方向）重合。热释电电性能表征？P235 P=pT强度与温度成比例 理解含义铁电体的特征：在热释晶体中，有若干种点群的晶体不但在某温度范围内具有自发极化，且自发极化有两个或多个可能

17、的取向，在不超过晶体击穿电场强度的电场作用下，其取向可以随电厂改变，这种特性叫作 。铁电体的共有特性：1.具有电滞回线。2.具有结构相对温度，即居里点。3.具有临界特性。居里温度：温度达到某一温度以上时，由于热运动的结果，偶极子从电场的束缚中解放出来，使自由能G下降，这个临界温度就叫作。当晶体存在两个或多个铁电相时，只有顺电铁电相变温度才称为居里点晶体从一个铁电相到另一个铁电相的转变温度称为相变温度或过渡温度。在压电晶体中，有10种点群的晶体具有唯一单向极轴。电控光闸原理基于电控双折射效应。预计划条件: 极化电场、极化温度和极化时间 选择极化电场的下限是矫顽场强；饱和场强是极化选择的上限，两者都随极化温度的提高而降低随着温度升高，电滞回线变窄.另外，在选择极化电场时，有时会受到击穿的限制，即未达到饱和场强就已经被击穿。击穿场强与配方有关，还受样品中的气孔、裂缝及成分不均匀等因素影响外加电场超过矫顽场强后，极化的建立是突变的，必须保持相当长的时间后才能得到一定程度的极化性能