工程材料的分類及性能

1、工程材料的分類及性能字體：塵史為|逃L發(fā)表?。?2006-11-09 15:38作者:xlktiancai來源：中國機械資訊網(wǎng)材料的分類材料的種類繁多，用途廣泛。工程方面使用的材料有機械工程材料、 土建工 程材料、電工材料、電子材料等。在工程材料領(lǐng)域中，用丁機械結(jié)構(gòu)和機械零件 并且主要要求機械性能的工程材料，乂可分為以下四大類：金屆材料具有許多優(yōu)良的使用性能（如機械性能、物理性能、化學(xué)性能等）和加 工工藝性能（如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、機械加工性能等）。 特別可貴的是，金屆材料可通過不同成分配制，不同工藝方法來改變其內(nèi)部組織 結(jié)構(gòu)，從而改善性能。加之其礦藏豐富，因而在機械制造

2、業(yè)中，金屆材料仍然是 應(yīng)用最廣泛、用量最多的材料。在機械設(shè)備中約占所用材料的白分之九十以上，其中乂以鋼鐵材料占絕大多數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非金屆材料也得到迅速的發(fā)展。非金屆材料除在某些 機械性能上尚不如金屆外，它具有金屆所不具備的許多性能和特點，如耐腐蝕、 絕緣、消聲、質(zhì)輕、加工成型容易、生產(chǎn)率高、成本低等。所以在工業(yè)中的應(yīng)用 日益廣泛。作為高分子材料的主體一一工程塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚酰胺、ABSS料、環(huán)氧塑料等）已逐漸替代一些金屆零件，應(yīng)用丁機械工 業(yè)領(lǐng)域中。古老的陶瓷材料也突破了傳統(tǒng)的應(yīng)用范圍， 成為高溫結(jié)構(gòu)材料和功能 材料的重要組成部分。金屆材料和非金屆材料在性能上

3、各有其優(yōu)缺點。近年來，金屆基復(fù)合材料、 樹脂基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的出現(xiàn)，為集中各類材料的優(yōu)異性能丁一體開 辟了新的途徑，在機械工程中的應(yīng)用將日益廣泛。f金屬基復(fù)合材料高分子基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料我也來說兩句 查看全部回復(fù)最新回復(fù) xlktiancai （2006-11-09 15:39:31）材料的性能一、力學(xué)性能材料受力后就會產(chǎn)生變形，材料力學(xué)性能是指材料在受力時的行為。描述材料變形行為的指標是應(yīng)力 ，和應(yīng)變 , V 是單位面積上的作用力，8是單位長度的變形。描述材料力學(xué)性能的 主要指標是強度、延性和韌性。其中，強度是使材料破壞的應(yīng)力大小的度 量；延性是材料在破壞前永久應(yīng)變的數(shù)值；

4、而韌性卻是材料在破壞時所吸 收的能量的數(shù)值。設(shè)計師們對這些力學(xué)性能制訂了各種各樣的規(guī)范。例 如，對一種鋼管，人們要求它有較高的強度，但也希望它有較高的延性， 以增加韌性，由丁在強度和延性二者之間往往是矛盾的，工程師們要做出最佳設(shè)計常常需要在二者中權(quán)衡比較。 同時，還有各種各樣的方法確定材 料的強度和延性。當鋼棒彎曲時就算破壞，還是必須發(fā)生斷裂才算破壞？ 答案當然取決丁工程設(shè)計的需要。但是這種差別表明至少應(yīng)有兩種強度判 據(jù)：一種是開始屈服，另一種是材料所能承受的最大載荷， 這說明僅僅描 述材料強度的指標至少就有兩個以上。 一般來說，描述材料力學(xué)性能的指 標有以下幾項：1.彈性和剛度圖1-6是材料

5、的應(yīng)力一應(yīng)變圖（1一 圖）。（a）無塑性變形的脆性材料（例如鑄鐵）;（b）有明顯屈服 點的延性材料（例如低碳鋼）；（c）沒有明顯屈服點的延性材料（例如 純鋁）。在圖中的 V 一曲線上，OA段為彈性階段，在此階段，如卸去 載荷，試樣伸長量消失，試樣恢復(fù)原狀。材料的這種不產(chǎn)生永久殘余變形 的能力稱為彈性。A點對應(yīng)的應(yīng)力值稱為彈性極限，記為e。材料在彈 性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值E= / & （MN/m2稱為彈性模量。機械工程材料鑄鐵碳鋼合金鋼鋁臺金銅臺金其它有色金屬f塑料有機高分子材襯檬膠含成纖維祐統(tǒng)陶瓷恃種陶瓷黑色金凰金屬材料有色金無機非金屬材#復(fù)合材料E標志著材料抵抗彈性變形的

6、能力，用以表示材料的剛度。E值主要取決丁各種材料的本性，一些處理方法（如熱處理、冷熱加工、合金化等）對 它影響很小。零件提高剛度的方法是增加橫截面積或改變截面形狀。金屆 的E值隨溫度的升高而逐漸降低。2 .強度在外力作用下，材料抵抗變形 和破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力的作用方式，有多種強度指標，如抗拉 強度、抗彎強度、抗剪強度等。當材料承受拉力時，強度性能指標主要是 屈服強度和抗拉強度。（1）屈服強度V s在圖1-6 （b）上，當曲線超過A點后，若卸去外加載荷，則試樣會留下不能恢復(fù)的殘余變形，這種不能 隨載荷去除而消失的殘余變形稱為塑性變形。 當曲線達到A點時，曲線出 現(xiàn)水平線段，表示外加載荷

7、雖然沒有增加，但試樣的變形量仍自動增大， 這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服時的應(yīng)力值稱為屈服強度，記為V S。有的塑性材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生，如圖1-6 （c）所示。對丁這種情況，用 試樣標距長度產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力值作為該材料的屈服強度，以V 0.2表示。機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強 度是大多數(shù)機械零件設(shè)計時選材的主要依據(jù)也是評定金屆材料承載能力 的重要機械性能指標。材料的屈服強度越高，允許的工作應(yīng)力越高，零件 所需的截面尺寸和自身重量就可以較小。（2）抗拉強度b材料發(fā)生屈 服后，其應(yīng)力與應(yīng)變的變化如圖1-1所示， 到最高點應(yīng)力達最大值b。在這以后， 試樣產(chǎn)生“縮頸

8、”，迅速伸長，應(yīng)力明顯下降，最后斷裂。最 大應(yīng)力值Vb稱為抗拉強度或強度極限。它也是零件設(shè)計和評定材料時的 重要強度指標。V b測量方便，如果單從保證零件不產(chǎn)生斷裂的安全角度 考慮，可用作為設(shè)計依據(jù)，但所取的安全系數(shù)應(yīng)該大一些。屈服強度與抗 拉強度的比值S/ b稱為屈強比。屈強比小，工程構(gòu)件的可靠性高，說 明即使外載或某些意外因素使金屆變形， 也不至丁立即斷裂。但屈強比過 小，則材料強度的有效利用率太低。3 .塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永 久殘余變形而不被斷裂的能力，稱為塑性。塑性指標也主要是通過拉伸實 驗測得的（圖1-6）。工程上常用延伸率和斷面收縮率作為材料的塑性指 標。（1）延伸率a試樣

9、在拉斷后的相對伸長量稱為延伸率，用符號a表示，即式中：L0試樣原始標距長度；L1試樣拉斷后的標距長度。（2）斷面收縮率小試樣被拉斷后橫截面積的相對收縮量稱為斷面收縮率，用符號小表示，即式中：F0試樣原始的橫截面積；F1試樣拉斷處的橫截 面積。延伸率和斷面收縮率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性對材料 進行冷塑性變形有重要意義。此外，工件的偶然過載，可因塑性變形而防 止突然斷裂；工件的應(yīng)力集中處，也可因塑性變形使應(yīng)力松弛，從而使工 件不至丁過早斷裂。這就是大多數(shù)機械零件除要求一定強度指標外，還要 求一定塑性指標的道理。材料的a和小值越大，塑性越好。兩者相比， 用n表示塑性更接近材料的真實應(yīng)變。

10、第三節(jié)材料的性能一、力學(xué)性 能材料受力后就會產(chǎn)生變形，材料力學(xué)性能是指材料在受力時的行為。描述材料變形行為的指標是應(yīng)力 和應(yīng)變 ,是單位面積上的作 用力，8是單位長度的變形。描述材料力學(xué)性能的主要指標是強度、延 性和韌性。其中，強度是使材料破壞的應(yīng)力大小的度量； 延性是材料在破 壞前永久應(yīng)變的數(shù)值；而韌性卻是材料在破壞時所吸收的能量的數(shù)值。重慶大學(xué)精品課程-工程材料 圖1-5材料力學(xué)性能的指標圖設(shè)計師們對這些力學(xué)性能制訂了各種各樣的規(guī)范。 例如，對一種鋼管，人們要求它有較高的強度，但也希望它有較高的延性，以增加韌性，由丁在強度和 延性二者之間往往是矛盾的，工程師們要做出最佳設(shè)計常常需要在二者中

11、 權(quán)衡比較。同時，還有各種各樣的方法確定材料的強度和延性。當鋼棒彎曲時就算破壞，還是必須發(fā)生斷裂才算破壞？答案當然取決丁工程設(shè)計的 需要。但是這種差別表明至少應(yīng)有兩種強度判據(jù)：一種是開始屈服，另一 種是材料所能承受的最大載荷，這說明僅僅描述材料強度的指標至少就有 兩個以上。一般來說，描述材料力學(xué)性能的指標有以下幾項：1 .彈性和剛度 重慶大學(xué)精品課程一工程材料 圖1-6應(yīng)力-應(yīng)變圖圖1-6是材料的應(yīng)力一應(yīng)變圖（ 圖）。（a）無塑性變形的脆性材料（例 如鑄鐵）；（b）有明顯屈服點的延性材料（例如低碳鋼）；（c）沒有 明顯屈服點的延性材料（例如純鋁）。在圖中的 V 一曲線上，OA段為 彈性階段，在

12、此階段，如卸去載荷，試樣伸長量消失，試樣恢復(fù)原狀。材 料的這種不產(chǎn)生永久殘余變形的能力稱為彈性。A點對應(yīng)的應(yīng)力值稱為彈 性極限，記為V e。材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值 E=/E（MN/m2稱為彈性模量。E標志著材料抵抗彈性變形的能力，用以表示 材料的剛度。E值主要取決丁各種材料的本性，一些處理方法（如熱處理、 冷熱加工、合金化等）對它影響很小。零件提高剛度的方法是增加橫截面 積或改變截面形狀。金屆的E值隨溫度的升高而逐漸降低。2 .強度在外 力作用下，材料抵抗變形和破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力的作用方式， 有多種強度指標，如抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等。當材料承受拉力 時，強

13、度性能指標主要是屈服強度和抗拉強度。（1）屈服強度V s在圖1-6 （b）上，當曲線超過A點后，若卸去外加載荷，則試樣會留下不能恢 復(fù)的殘余變形，這種不能隨載荷去除而消失的殘余變形稱為塑性變形。當 曲線達到A點時，曲線出現(xiàn)水平線段，表示外加載荷雖然沒有增加，但試 樣的變形量仍自動增大，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服時的應(yīng)力值稱為屈服強 度，記為V S。有的塑性材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生，如圖1-6 （c）所 示。對丁這種情況，用試樣標距長度產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力值作為 該材料的屈服強度，以V0.2表示。機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生 塑性變形，所以屈服強度是大多數(shù)機械零件設(shè)計時選材的主要依據(jù)也

14、是評 定金屆材料承載能力的重要機械性能指標。材料的屈服強度越高，允許的 工作應(yīng)力越高，零件所需的截面尺寸和自身重量就可以較小。（2）抗拉強度Vb材料發(fā)生屈服后，其應(yīng)力與應(yīng)變的變化如圖1-1所示，到最高 點應(yīng)力達最大值Vb。在這以后，試樣產(chǎn)生“縮頸”，迅速伸長，應(yīng)力明 顯下降，最后斷裂。最大應(yīng)力值Vb稱為抗拉強度或強度極限。它也是零 件設(shè)計和評定材料時的重要強度指標。V b測量方便，如果單從保證零件 不產(chǎn)生斷裂的安全角度考慮，可用作為設(shè)計依據(jù)，但所取的安全系數(shù)應(yīng)該 大一些。屈服強度與抗拉強度的比值V S/ b稱為屈強比。屈強比小，工 程構(gòu)件的可靠性高，說明即使外載或某些意外因素使金屆變形， 也不

15、至丁 立即斷裂。但屈強比過小，則材料強度的有效利用率太低。3.塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久殘余變形而不被斷裂的能力， 稱為塑性。塑性指 標也主要是通過拉伸實驗測得的（圖1-6）。工程上常用延伸率和斷面收 縮率作為材料的塑性指標。（1）延伸率a試樣在拉斷后的相對伸長量 稱為延伸率，用符號a表示，即b式中：L0試樣原始標距長度；L1試 樣拉斷后的標距長度。（2）斷面收縮率小試樣被拉斷后橫截面積的相對收縮量稱為斷面收縮率，用符號小表示，即式中：F0試樣原始的橫 截面積；F1試樣拉斷處的橫截面積。延伸率和斷面收縮率的值越大，表 示材料的塑性越好。塑性對材料進行冷塑性變形有重要意義。此外，工件 的偶然

16、過載，可因塑性變形而防止突然斷裂；工件的應(yīng)力集中處，也可因 塑性變形使應(yīng)力松弛，從而使工件不至丁過早斷裂。這就是大多數(shù)機械零 件除要求一定強度指標外，還要求一定塑性指標的道理。材料的a和小值越大，塑性越好。兩者相比，用n表示塑性更接近材料的真實應(yīng)變。重慶大學(xué)精品課程-工程材料 圖1-7應(yīng)力-應(yīng)變圖3 xlOO%11.3.1.gifF.-F.W二婦00%1-6.gif1-5.gif xlktiancai (2006-11-09 15:41:29)4.硬度硬度是材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃裂的能力。通常材料的強度 越高，硬度也越高。硬度測試應(yīng)用得最廣的是壓入法，即在一定載荷作用 下，用比工件

17、更硬的壓頭緩慢壓入被測工件表面， 使材料局部塑性變形而 形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積大小或壓痕深度來確定硬度值。從這個意義 來說，硬度反映材料表面抵抗其它物體壓入的能力。 工程上常用的硬度指 標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。(1)布氏硬度HB布氏硬度是用一定載荷P,將直徑為D的球體(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球)， 壓入被測材料的表面，保持一定時間后卸去載荷，根據(jù)壓痕面積F確定硬 度大小。其單位面積所受載荷稱為布氏硬度。由丁布氏硬度所用的測試壓頭材料較軟， 所以不能測試太硬的材料。當測 試壓頭為淬火鋼球時，只能測試硬度小丁450HB的材料；當測試壓頭為硬 質(zhì)合金時，可測試硬度小丁650HB的材料。對

18、金屆來講，鋼球壓頭只適用 丁測定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屆的硬度。材料的b與HB之間，有以下近似經(jīng)驗關(guān)系：對丁低碳鋼：(b0.36HB;對丁高碳鋼：tb0.34HB;對丁灰鑄鐵：V b0.10HB。(2)洛氏硬度HR洛氏硬度是將標準壓頭用規(guī)定壓力壓入被測材料表面，根據(jù)壓痕深度來確定硬度值。根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負荷不同乂可分為HRA HRBHRCH種。HRA用于測量硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層；HRE用于測量有色金屆和退火、正火鋼等；HROS用于測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度操作簡便、迅速，應(yīng)用范圍廣，壓痕小，硬度值可直接從表盤上 讀出，所以得到更為廣泛的應(yīng)用。（3）維氏硬度HV維

19、氏硬度的實驗原理與布氏硬度相同，不同點是壓頭為金剛石四方角錐體，所加負荷較?。?120kgf）。它所測定的硬度值比布氏、洛氏精確， 壓入深度淺，適于測定經(jīng)表面處理零件的表面層的硬度，改變負荷可測定 從極軟到極硬的各種材料的硬度，但測定過程比較麻煩。5.疲勞強度以上幾項性能指標， 都是材料在靜載荷作用下的性能指標。 而許多零件和 制品，經(jīng)常受到大小及方向變化的交變載荷， 在這種載荷反復(fù)作用下，材 料常在遠低于其屈服強度的應(yīng)力下即發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為“疲勞”。材料在規(guī)定次數(shù)（一般鋼鐵材料取107次，有色金屆及其合金取108次） 的交變載荷作用下，而不至引起斷裂的最大應(yīng)力稱為“疲勞極限”。光滑 試

20、樣的彎曲疲勞極限用1 -1表示。一般鋼鐵的1 -1值約為其1 b的一 半，非金屆材料的疲勞極限一般遠低于金屆。疲勞斷裂的原因一般認為是由于材料表面與內(nèi)部的缺陷（夾雜、劃痕、尖角等），造成局部應(yīng)力集中，形成微裂紋。這種微裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的 增加而逐漸擴展，使零件的有效承載面積逐漸減小，以至于最后承受不起 所加載荷而突然斷裂。通過合理選材， 改善材料的結(jié)構(gòu)形狀， 避免應(yīng)力集中， 減小材料和零件的 缺陷，提高零件表面光潔度，對表面進行強化等，可以提高材料的疲勞抗 力。6.韌性材料的韌性是斷裂時所需能量的度量。描述材料韌性的指標通常有兩種：（1）沖擊韌性aK沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊力的作

21、用而不被破壞的能力。 通 常用沖擊韌性指標aK來度量。aK是試件在一次沖擊實驗時， 單位橫截面 積（m2上所消耗的沖擊功（MJ ,其單位為MJ/m2 aK值越大，表示材 料的沖擊韌性越好。標準沖擊試樣有兩種，一種是常用的梅氏試樣（試樣缺口為U型）；另一種是夏氏試樣（試樣缺口為V型）。同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其梅氏試樣的aK值顯著大于夏氏試樣的aK值， 所以兩種試樣的aK值不 能互相比較。夏氏試樣必須注明aK（夏）。實際工作中承受沖擊載荷的機械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數(shù)是因小能量多次沖擊使損傷積累，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生和擴展的結(jié)果。所以需采用小能量多沖擊作為衡量這些零件承受沖

22、擊抗力的指標。實踐證明，在小能量多次沖擊下，沖擊抗力主要取決于材料的強度和塑性。（2）斷裂韌性K1在實際生產(chǎn)中，有的大型傳動零件、高壓容器、船舶、橋梁等，常在其工作應(yīng)力遠低于VS的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷。通過大量研究認為， 這種破壞與制件本身存在裂紋和裂紋擴展有關(guān)。 實際使用的材料，不可避 免地存在一定的冶金和加工缺陷，如氣孔、夾雜物、機械缺陷等，它們破 壞了材料的連續(xù)性，實際上成為材料內(nèi)部的微裂紋。 在服役過程中，裂紋 擴展的結(jié)果，造成零件在較低應(yīng)力狀態(tài)下，即低于材料的屈服強度，而材 料本身的塑性和沖擊韌性乂不低于傳統(tǒng)的經(jīng)驗值的情況下，發(fā)生低應(yīng)力脆 斷。材料中存在的微裂紋，在外加應(yīng)力的作

23、用下，裂紋尖端處存在有較大的應(yīng) 力集中和應(yīng)力場。斷裂力學(xué)分析指出，這一應(yīng)力場的強弱程度可用應(yīng)力強 度因子K1來描述。K1值的大小與裂紋尺寸（2a）和外加應(yīng)力（）有如 下關(guān)系：（MN/m3/2式中：Y與裂紋形狀、加載方式及試樣幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)；1外加應(yīng)力；a裂紋的半長。由上式可見，隨應(yīng)力的增大，K1也隨之增大，當K1增大到一定值時，就 可使裂紋前端某一區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力大到足以使裂紋失去穩(wěn)定而迅速擴展，發(fā)生脆斷。這個K1的臨界值稱為臨界應(yīng)力強度因子或斷裂韌性，用K1C表示。它反映了材料抵抗裂紋擴展和抗脆斷的能力。材料的斷裂韌性K1C與裂紋的形狀、大小無關(guān)，也和外加應(yīng)力無關(guān)，只決 定于材料本身的特性

24、（成分、熱處理條件、加工工藝等），是一個反映材 料性能的常數(shù)。二、物理性能1.相對密度密度p是指單位體積材料的質(zhì)量，它是描述材料性能的重要指標。不同 材料的相對密度不同，如鋼為7.8左右；陶瓷的相對密度為2.22.5;各種塑料的相對密度更小。材料的相對密度直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量， 對于 陶瓷材料來說，相對密度更是決定其性能的關(guān)鍵指標之一?？估瓘姸扰c相對密度之比稱為比強度； 彈性模量與相對密度之比稱為比彈 性模量。這兩者也是考慮某些零件材料性能的重要指標，如飛機和宇宙飛 船上使用的結(jié)構(gòu)材料，對比強度的要求特別高。2.熔點熔點是指材料的熔化溫度。通常，材料的熔點越高，高溫性能就越好。陶 瓷熔點一般都

25、顯著高于金屆及合金的熔點，所以陶瓷材料的高溫性能普遍 比金屆材料好。由于玻璃不是晶體，所以沒有固定熔點，而高分子材料一 般也不是完全晶體，所以也沒有固定熔點。3.熱容量在沒有體積變化時，熱容量C是溫度變化1C時材料熱量的變化。材料中各種不同的相變熱是重要的，最典型的相變熱是熔解熱和蒸發(fā)熱，它們分別是材料熔化和氣化所需要的熱量。 相變時材料內(nèi)部的原子或分子 結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這使材料中的熱容量也發(fā)生變化，所以科學(xué)家們經(jīng)常利 用測定材料熱容量的變化來分析相變過程。4.熱膨脹性材料的熱膨脹性通常用線膨脹系數(shù)a L來表示。它表示每變化1C時引起 的材料相對膨脹量的大小。對于精密儀器或機器的零件，熱膨脹系

26、數(shù)是一 個非常重要的性能指標;在有兩種以上材料組合成的零件中， 常因材料的 熱膨脹系數(shù)相差過大而導(dǎo)致零件的變形或破壞。一般來說，陶瓷的熱膨脹系數(shù)最低，金屆次之，高分子材料最高。5.導(dǎo)熱性熱量會通過固體發(fā)生傳遞，材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)入來表示，其單位為W/ （m K）。材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材料的導(dǎo)熱性太 差，則零件在加熱或冷卻時，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨脹不同，就會 產(chǎn)生變形或斷裂。一般導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）常用來制造熱交換 器等傳熱設(shè)備的零部件。通常，金屆及合金的導(dǎo)熱性遠高于非金屆材料。6.磁性材料在磁場中的性能叫做磁性。磁性材料乂分為軟磁性材料和硬磁性材

27、料 兩種。軟磁性材料（如電工用純鐵、硅鋼片等）容易被磁化，導(dǎo)磁性能良 好，但外加磁場去掉后，磁性基本消失。硬磁性材料（如淬火的鉆鋼、稀 土鉆等）在去磁后仍然能保持磁場，磁性也不易消失。許多金屆材料如鐵、 銳、鉆等均具有較高的磁性，而另一些金屆材料如銅、鋁、鉛等則是無磁 性的。非金屆材料一般無磁性。磁性不僅與材料自身的性質(zhì)有關(guān)，而且與材料的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。比如鐵，在處于鐵素體狀態(tài)時具有較高磁性，而在奧氏體狀態(tài)則是無磁性的。7.導(dǎo)電性一般用電阻率來表示材料的導(dǎo)電性能，電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好。電阻率的單位用Q - m表示。金屆及其合金一般具有良好的導(dǎo)電性， 而高分子材料和陶瓷材料一般都是 絕緣體

28、，但是有些高分子復(fù)合材料卻具有良好的導(dǎo)電性， 某些特殊成分的 陶瓷材料則是具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體。通常金屆的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屆材料則與此相反。8.介電常數(shù)雖然絕緣體不能導(dǎo)電，但它們對電場并不是毫無反應(yīng)的。 表示絕緣材料電 性能的物理量稱為介電常數(shù),單位是F/m,真空介電常數(shù)0=8.85 X 10 12 F/m。絕緣材料的介電常數(shù)與真空介電常數(shù) 0之比，稱為該材料的相對介 電常數(shù)：三、化學(xué)性能1.耐腐蝕性耐腐蝕性是指材料抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，材料的耐蝕性常用每年腐蝕深度（滲蝕度）Ka （mm年）一般非金屆材料的耐腐蝕性比金屆材料高得多。對金屆材料而言，其腐蝕形式主要有兩種，一種是化

29、學(xué)腐蝕，另一種是電 化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屆直接與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用， 例如鋼的氧 化反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕是金屆在酸、堿、鹽等電介質(zhì)溶液中由于原電池的作用而引起的腐蝕。提高材料的耐腐蝕性的方法很多，如均勻化處理、表面處理等都可以提高 材料的耐腐蝕性。2.局溫抗氧化性對于象發(fā)動機這樣在高溫下工作的設(shè)備而言， 除了要在高溫下保持基本力 學(xué)性能外，還要具備抗氧化性能。所謂高溫抗氧化性通常是指材料在迅速 氧化后，能在表面形成一層連續(xù)而致密并與母體結(jié)合牢靠的膜，從而阻止進一步氧化的特性。3.抗老化性能塑料在長期貯存和使用過程中，由于受到氧、光、熱等因素的綜合作用， 分子鏈逐漸產(chǎn)生交聯(lián)與裂解， 性能逐漸惡

30、化， 直至喪失使用價值的現(xiàn)象，稱為老化。有的塑料老化后變硬、變脆、開裂，這是大分子鏈之間產(chǎn)生交 聯(lián)的結(jié)果；有的塑料老化后變軟、變粘，這是大分子鏈斷開，產(chǎn)生“裂解” 的結(jié)果。高分子材料抵抗老化的能力稱為抗老化性能。通過改變高聚物的結(jié)構(gòu)， 添加防老化劑和表面處理等方法可以提高高分子 材料的抗老化性能。4.降解性隨著高分子技術(shù)的發(fā)展，一次性使用的塑料制品越來越多，但由于這些一 次性塑料常?？梢詭资瓴环纸?，在給人們帶來了方便的同時也給環(huán)境造 成了極大的污染。所謂降解性就是指塑料在自然環(huán)境下能否迅速分解的能 力。最常見的降解方式是碳化。碳化時，聚合物中的側(cè)基或氫原子被熱擾動完 全扯開，只剩下主鏈的碳原

31、子?，F(xiàn)在也常常利用聚合物纖維通過碳化來生 成復(fù)合材料用的石墨纖維。四、工藝性能材料工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成 本。所以，選材時必須充分考慮工藝性能。1.鑄造性鑄造性是指澆注鑄件時，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能 力。對金屆材料而言，鑄造性主要包括流動性、收縮率、偏析傾向等指標。流 動性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。對某些工程塑料而言，在其成型工藝方法中，也要求有較好的流動性和小 的收縮率。2.可鍛性可鍛性是指材料是否易于進行壓力加工的性能。 可鍛性好壞主要以材料的 塑性和變形抗力來衡量。一般來說，鋼的可鍛性較好，而鑄鐵不能進行任 何壓

32、力加工。熱塑性塑料可經(jīng)過擠壓和壓塑成型。3.可焊性可焊性是指材料是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能， 一般用焊 接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來衡量。 低碳鋼具有優(yōu)良的可焊性，而鑄鐵和鋁 合金的可焊性就很差。某些工程塑料也有良好的可焊性，但與金屆的焊接 機制及工藝方法并不相同。4.切削加工性切削加工性是指材料是否易丁切削加工的性能。它與材料種類、成分、硬 度、韌性、 導(dǎo)熱性及內(nèi)部組織狀態(tài)等許多因素有關(guān)。 有利切削的硬度為HB16卜230,切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨損小，加工表面光 潔。金屆和塑料相比，切削工藝有不同的要求。 xlktiancai （2006-11-09 15:45:02

33、）工程材料的分類及性能（4）材料的變形 各種材料的變形特性可以有很 大的不同，一般地說，金屆材料有良好的塑性變形能力，具有較高的強度， 因此被制備加工成各種形狀的產(chǎn)品零件；高分子材料在玻璃化溫度Tg以下是脆性的，在Tg以上可以加工成形，但其強度很低；而陶瓷材料則很 脆，很難加工成形，雖然陶瓷材料有很高的強度、耐磨性能和抗腐蝕性能，但陶瓷材料的脆性是阻礙其應(yīng)用的主要原因。 各種材料在力學(xué)性能上的差 別主要取決丁結(jié)合鍵和晶體或非晶體結(jié)構(gòu)。 本章主要討論各種材料的變形 特性和行為。第一節(jié) 金屆的塑性變形與再結(jié)晶 一、金屆的塑性變形與 強化1.單晶體金屆的塑性變形 工業(yè)上使用的金屆材料大多數(shù)是多晶體，

34、 它們的塑性變形過程比較復(fù)雜，為了說明塑性變形的基本規(guī)律，有必要先 了解單晶體的塑性變形。將一個表面經(jīng)過拋光的純鋅單晶體進行拉伸試 驗，在試樣的表面上出現(xiàn)了許多互相平行的傾斜線條的痕跡，稱為滑移帶， 如圖5-1所示。重慶大學(xué)精品課程工程材料 圖5-1鋅單晶體拉伸試 驗示意圖（a）變形前試樣（b）變形后試樣金屆塑性變形最基本的方式 是滑移。所謂滑移，是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對丁另一部 分發(fā)生相對滑動位移的現(xiàn)象。 滑移變形具有以下特點：（1）滑移在切應(yīng) 力作用下產(chǎn)生（2）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生（3）滑移時兩 部分晶體的相對位移是原子間距的整數(shù)倍晶體滑移后，在其表面上出現(xiàn)滑移

35、痕跡，通常稱為滑移帶，如圖5-2所示。在電子顯微鏡下觀察還會發(fā) 現(xiàn)，任何一條滑移帶實際上都是由若干條滑移線組成的。重慶大學(xué)精品課程一工程材料 圖5-2滑移帶和滑移系的示意圖（4）滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動2滑移的機理大量的理論和試驗研究的結(jié)果證明，滑移 是通過位錯在滑移面上的運動來實現(xiàn)的。重慶大學(xué)精品課程-工程材料圖5-3晶體中通過位錯運動而造成滑移的示意圖在圖5-3中圖示了一刃型位錯在切應(yīng)力7的作用下在滑移面上的運動過程，即通過一根位錯線 從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運動造成一個原子間距滑移的過程。從圖5-3可以看出，當一條位錯線掃過滑移面到達金屆表面時， 便產(chǎn)生一個原子問 距的滑移量，同一滑移

36、面上，若有大量位錯移出，則會在金屆表面形成一 條滑移線。重慶大學(xué)精品課程-工程材料 平面位錯運動 重慶大學(xué)精品 課程-工程材料3D位錯運動3.多晶體金屆的塑性變形 多晶體金屆的 塑性變形與單晶體比較并無本質(zhì)上的區(qū)別，即每個晶粒的塑性變形仍然以 滑移等方式進行。但由丁晶界的存在和每個晶粒中晶格位向不同，故多晶體的塑性變形要比單晶體復(fù)雜得多。4.合金的塑性變形與強化合金中由于含有合金元素而使其晶格發(fā)生了畸變，因而也使它的性能發(fā)生顯著變 化。根據(jù)合金的組織可將其分為單相固溶體和多相混合物兩大類。在這兩種不同情況下，合金元素對塑性變形的影響也不相同。二、塑性變形對組織和性能的影響1.塑性變形對金屆顯微

37、組織的影響 當變形量很大時， 晶粒將被拉長成纖維狀，晶界變得模糊不活。此時，金屆的性能將會有明 顯的各向異性，如縱向的性能明顯優(yōu)于橫向。塑性變形也會使晶粒內(nèi)部的 業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使晶粒破碎成業(yè)晶粒。2.形變織構(gòu)的產(chǎn)生 當出現(xiàn)織構(gòu)以后，多晶體金屆就表現(xiàn)出一定程度的各向異性， 這對材料的性能和加 工工藝有很大的影響。3.塑性變形對金屆性能的影響 在塑性變形的過 程中，隨著金屆內(nèi)部組織的變化，金屆的性能也將產(chǎn)生變化。隨著變形程 度的增加，金屆的強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象稱為“加 工硬化”或“形變強化”。4.殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi) 應(yīng)力乂叫宏觀內(nèi)應(yīng)力，是由于金屆表層與心部變形不一致造成的， 所以存 在于表層與心部之間；第二類內(nèi)應(yīng)力乂叫微觀內(nèi)應(yīng)力，是由于晶粒之間變 形不均勻造成的，所以存在于晶粒與晶粒之間；第三類內(nèi)應(yīng)力乂叫點陣畸 變，是由于晶體缺陷增加引起點陣畸變增大而造成的內(nèi)應(yīng)力，所以存在于晶體缺陷中。 重慶大學(xué)精品課程-工程材料 晶粒拉長 三、變形金屆在 加熱過程中組織和性能的變化 金屆材料在冷變形加工