第一篇：材料性能學(xué)教學(xué)大綱

《材料性能學(xué)》課程教學(xué)大綱

一、課程基本信息 課程編碼： 課程類別：必修課 適用專業(yè)：材料化學(xué)

總 學(xué) 時(shí)：48 學(xué) 分：3 課程簡介：本課程是材料化學(xué)專業(yè)主干課程之一，屬專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程主要內(nèi)容為材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的內(nèi)容為主。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得關(guān)于材料物理性能包括材料力學(xué)性能（受力形變、斷裂與強(qiáng)度）、熱學(xué)、光學(xué)、導(dǎo)電、磁學(xué)等性能及其發(fā)展和應(yīng)用，重點(diǎn)掌握各種重要性能的原理及微觀機(jī)制，性能的測定方法以及控制和改善性能的措施，各種材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，各性能之間的相互制約與變化規(guī)律。

授課教材：《材料物理性能》，吳其勝、蔡安蘭、楊亞群，華東理工大學(xué)出版社，2006，10。

2、參考書目: 1.《材料性能學(xué)》，北京工業(yè)大學(xué)出版社，王從曾，2007.1 2.《材料的物理性能》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，邱成軍等，2009.1

二、課程教育目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)材料的各種物理性能，使學(xué)生掌握以下內(nèi)容：各種材料性能的各類本征參數(shù)的物理意義和單位以及這些參數(shù)在解決實(shí)際問題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造之間的關(guān)系；掌握這些性能參數(shù)的物質(zhì)規(guī)律，從而為判斷材料優(yōu)劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、探索新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)；為全面掌握材料的結(jié)構(gòu)，對材料的原料和工藝也應(yīng)有所認(rèn)識，以取得分析性能的正確依據(jù)。

三、教學(xué)內(nèi)容與要求 第一章：材料的力學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：應(yīng)力、應(yīng)變、彈性變形行為、Griffith微裂紋理論，應(yīng)力場強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性，提高無機(jī)材料強(qiáng)度改進(jìn)材料韌性的途徑。難點(diǎn)：位錯運(yùn)動理論、應(yīng)力場強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性。教學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

1.1 應(yīng)力及應(yīng)變：應(yīng)力、應(yīng)變；

1.2 彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無機(jī)材料的彈性模量、復(fù)相的彈性模量、彈性形變的機(jī)理；

1.3 材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯運(yùn)動理論；

1.4 滯彈性和內(nèi)耗：粘彈性和滯彈性、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛、松弛時(shí)間、無弛豫模量與弛豫模量、模量虧損、材料的內(nèi)耗；

1.5 材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機(jī)理、影響蠕變的因素；

1.6 材料的斷裂強(qiáng)度：理論斷裂強(qiáng)度、Inglis 理論、Griffith微裂紋理論、、Orowan理論；

1.7 材料的斷裂韌性：裂紋擴(kuò)展方式、裂紋尖端應(yīng)力場分析、幾何形狀因子、斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展的動力與阻力；

1.8 裂紋的起源與擴(kuò)展：裂紋的起源、裂紋的快速擴(kuò)展、影響裂紋擴(kuò)展的因素、材料的疲勞、應(yīng)力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應(yīng)力空腔作用、亞臨界裂紋生長速率與應(yīng)力場強(qiáng)度因子的關(guān)系、根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測材料壽命、蠕變斷裂； 1.10 顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；

1.11 提高材料強(qiáng)度及改善脆性的途徑：金屬材料的強(qiáng)化、陶瓷材料的強(qiáng)化； 1.12 復(fù)合材料：復(fù)合材料的分類、連續(xù)纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)度、短纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測量。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學(xué)性能的理論描述、產(chǎn)生的原因、影響因素。掌握斷裂的現(xiàn)象和產(chǎn)生、斷裂力學(xué)的原理出發(fā)，通過理論結(jié)合強(qiáng)度、應(yīng)力場的分析，斷裂的判據(jù)，應(yīng)力場強(qiáng)度因子、平面應(yīng)變斷裂韌性、延性斷裂、脆性斷裂、沿晶斷裂、靜態(tài)疲勞的概念，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。了解斷裂的現(xiàn)象，弄清產(chǎn)生斷裂的原理（斷裂理論），通過應(yīng)力場的分析。要求掌握斷裂的判據(jù)，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。

第二章：材料的熱學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)：材料的熱膨脹，材料的熱穩(wěn)定性。難點(diǎn)：材料的熱傳導(dǎo)，材料的熱穩(wěn)定性。教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

2.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)；

2.2 材料的熱容：晶體固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論，晶體固體熱容的量子理論回顧，無機(jī)材料的熱容；

2.3 材料的熱膨脹：熱膨脹系數(shù)、熱膨脹機(jī)理、熱膨脹和其他性能的關(guān)系、多晶體和復(fù)合材料的熱膨脹；

2.4 材料的熱傳導(dǎo)：固體材料熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律，固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理、影響熱傳導(dǎo)的因素、某些無機(jī)材料的熱傳導(dǎo)；

2.5 材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性的表示方法、熱應(yīng)力、抗熱沖擊斷裂性能，抗熱沖擊損傷性、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握材料熱容的各種理論及其比較，熱膨脹的定義及其基本機(jī)理，熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律和微觀機(jī)理，熱穩(wěn)定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應(yīng)力斷裂抵抗因子。總結(jié)出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。第三章 材料的光學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：光的反射和折射、材料對光的吸收和色散、光的散射 難點(diǎn)：光的散射、電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng) 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

3.1 光傳播的基本性質(zhì)：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過固體現(xiàn)象；

3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影響因素、晶體的雙折射、材料的反射系數(shù)及其影響因素；

3.3 材料對光的吸收和色散：吸收系數(shù)與吸收率、光的吸收與波長的關(guān)系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般規(guī)律、彈性散射、非彈性散射；

3.5 材料的不透明性與半透明性：材料的不透明性、材料的乳濁、半透明性、透明材料的顏色、材料的著色； 3.6 電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)：電光效應(yīng)及電光晶體、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)；

3.7光的傳輸與光纖材料：光纖發(fā)展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應(yīng)用；

3.8 特種光學(xué)材料及其應(yīng)用：固體激光器材料及其應(yīng)用、光存儲材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的電子能帶結(jié)構(gòu)，光傳播電磁理論、反射、光的吸收和色散、晶體的雙折射、介質(zhì)的光散射等各種光現(xiàn)象的物理本質(zhì)。了解影響材料光學(xué)性能的各種因素。簡要了解光纖材料、激光晶體材料及光存儲材料等光學(xué)材料。

第四章：材料的電導(dǎo)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：離子電導(dǎo)，電子電導(dǎo)。

難點(diǎn)：無機(jī)材料的電導(dǎo)，半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

4.1 電導(dǎo)的物理現(xiàn)象：電導(dǎo)率與電阻率、電導(dǎo)的物理特性；

4.2 離子電導(dǎo)：載流子濃度、離子遷移率、離子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率的影響因素、固體電解質(zhì)ZrO2；

4.3 電子電導(dǎo)：電子遷移率、載流子濃度、電子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率的影響因素 4.4 金屬材料的電導(dǎo)：金屬電導(dǎo)率、電阻率與溫度的關(guān)系、電阻率與壓力的關(guān)系、冷加工和缺陷對電阻率的影響、電阻率的各向異性、固溶體的電阻率； 4.5 固體材料的電導(dǎo)：玻璃態(tài)電導(dǎo)、多晶多相固體材料的電導(dǎo)、次級現(xiàn)象、固體材料電導(dǎo)混合法則；

4.6 半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)：晶界效應(yīng)、表面效應(yīng)、西貝克效應(yīng)、p-n結(jié)； 4.7 超導(dǎo)體：超導(dǎo)體的概念、約瑟夫遜效應(yīng)、超導(dǎo)體的應(yīng)用。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握各種電導(dǎo)的宏觀參數(shù)和物理量及電導(dǎo)的主要基本公式；圍繞此公式來討論各種電導(dǎo)的電導(dǎo)率（離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率）及其影響因素，材料的電導(dǎo)混合法則和半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。第五章 材料的磁學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性 難點(diǎn)：鐵磁性與反鐵磁性 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

5.1 基本磁學(xué)性能：磁學(xué)基本量、物質(zhì)的磁性分類；

5.2 抗磁性和順磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物質(zhì)的順磁性、金屬的抗磁性與順磁性、影響金屬抗、順磁性的因素；

5.3 鐵磁性與反鐵磁性：鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線和磁滯回線；

5.4 磁性材料的動態(tài)特性：交流磁化過程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應(yīng)、磁后效應(yīng)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率減落及磁共振損耗；

5.5 磁性材料及其應(yīng)用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲材料、納米磁性材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握固體物質(zhì)的各種磁性(抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性)的形成機(jī)理及宏觀表現(xiàn)；重點(diǎn)掌握磁性表征參量、各類磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用；磁性材料在交變磁場中的磁化過程及宏觀磁性；了解磁性材料及其應(yīng)用。

第六章 材料的功能轉(zhuǎn)換性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：介質(zhì)的極化與損耗、介電強(qiáng)度、壓電性能、鐵電性 難點(diǎn)：壓電性能、鐵電性 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

6.1 介質(zhì)的極化與損耗：介質(zhì)極化相關(guān)物理量、極化類型、宏觀極化強(qiáng)度與微觀極化率的關(guān)系、介質(zhì)損耗分析、材料的介質(zhì)損耗、降低材料介質(zhì)損耗的方法； 6.2 介電強(qiáng)度：介電強(qiáng)度、固體電介質(zhì)的擊穿、影響材料擊穿強(qiáng)度的因素； 6.3 壓電性能：壓電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、壓電材料的研究進(jìn)程、壓電材料主要表征參數(shù)、壓電陶瓷的預(yù)極化、壓電陶瓷的穩(wěn)定性、壓電材料及其應(yīng)用；

6.4 鐵電性：鐵電性的概念、鐵電體的分類、鐵電體的起源、鐵電體的性能及其應(yīng)用、反鐵電體； 6.5 熱電性能：熱電效應(yīng)、熱電材料、熱電材料的應(yīng)用； 6.6 光電性能：光電效應(yīng)、光電材料及其應(yīng)用；

6.7 熱釋電性能：熱釋電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、熱釋電材料、熱釋電材料的應(yīng)用； 6.8 智能材料：智能材料的特征與構(gòu)成、智能材料的分類、智能金屬材料、智能無機(jī)非金屬材料、智能高分子材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握電介質(zhì)的介電性能，包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強(qiáng)度及其隨環(huán)境(溫度、濕度、輻射等)的變化規(guī)律。了解極化的微觀機(jī)制、電介質(zhì)的壓電性、鐵電性、熱電性能、光電性能和熱釋電性的性能、常用材料及其應(yīng)用、智能材料的特征、分類及應(yīng)用。

四、作業(yè)：

每章根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，選擇布置教材中部分習(xí)題促進(jìn)學(xué)生課后復(fù)習(xí)、鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行講評。

五、考核與評定

以期末考試(閉卷)成績?yōu)橹?，參考課堂提問、討論課發(fā)言情況以及平時(shí)作業(yè)和考勤等，綜合評定后，給出結(jié)業(yè)成績。

期末考試占70％，平時(shí)成績占30％。

第二篇：《聚合物結(jié)構(gòu)與性能測試 》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

《聚合物結(jié)構(gòu)與性能測試 》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

一、課程簡介

本課程為高分子材料與工程本科專業(yè)的限選課。主要內(nèi)容包括聚合物材料的光譜分析、熱分析、力學(xué)性能分析、分子量測定及其電性能測試技術(shù)。課程不但講授各類分子測試方法的基本原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、主要用途及局限性等。同時(shí)介紹這些方法的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢等。擬通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握了解材料特別是高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能的各種研究測試方法。

二、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與要求

本課程的目的是讓學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)的同時(shí)，了解和掌握各種現(xiàn)代化的聚合物材料的微觀結(jié)構(gòu)和各種分析測試手段方法。使學(xué)生系統(tǒng)地掌握分析測試實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)基本知識和技能，為以后學(xué)習(xí)和從事高分子學(xué)科內(nèi)的工作打下基礎(chǔ)。本課程基本要求：理解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方案，掌握正確操作規(guī)程；掌握各種儀器的使用，了解其性能參數(shù)、適用范圍及注意事項(xiàng)等。

三、試驗(yàn)項(xiàng)目

四、實(shí)驗(yàn)一：紅外光譜再聚合物結(jié)構(gòu)鑒定中的應(yīng)用

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)】

通過本實(shí)驗(yàn)了解紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作規(guī)程；掌握紅外樣品的制備方法；掌握紅外光譜分析的原理和圖譜分析。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

使用紅外光譜鑒定聚合物中的紅外基團(tuán)。

【實(shí)驗(yàn)原理】

紅外吸收光譜分析方法主要是依據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉(zhuǎn)動等信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定。

【實(shí)驗(yàn)難重點(diǎn)】

1.重點(diǎn)：紅外光譜分析的基本原理

2.難點(diǎn)：紅外光譜的解析

實(shí)驗(yàn)二：聚合物材料的熱分析

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)】

通過本實(shí)驗(yàn)掌握聚合物TG、DSC的分析原理和應(yīng)用。了解熱分析儀的結(jié)構(gòu)及操作程序。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

使用熱分析儀測量聚合物的熱轉(zhuǎn)變

【實(shí)驗(yàn)原理】

在加熱或冷卻過程中，隨著物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相態(tài)（如Tg）和化學(xué)性質(zhì)的變化都會

伴有相應(yīng)的物理性質(zhì)的變化，聚合物熱的分析就是在程序溫度下測量并記錄物質(zhì)的這些物質(zhì)性質(zhì)和溫度的關(guān)系從而測得物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相態(tài)及化學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程。

【實(shí)驗(yàn)難重點(diǎn)】

1.重點(diǎn)：TG、DSC、DTA的工作原理和圖譜分析

2.難點(diǎn)：TG、DSC、DTA的區(qū)別

實(shí)驗(yàn)三：聚合物材料的力學(xué)性能測試

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)】

通過本實(shí)驗(yàn)了解萬能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作程序；掌握試樣的制作方法。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

使用萬能試驗(yàn)測量聚合物樣品的力學(xué)性能。

【實(shí)驗(yàn)難重點(diǎn)】

1.重點(diǎn)：萬能試驗(yàn)機(jī)的操作方式及力學(xué)性能指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)四：高分子材料表面電阻，體積電阻的測定

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)】

使用高阻計(jì)測量聚合物材料表面電阻和體積電阻的測定原理和計(jì)算方法。了解高阻計(jì)的結(jié)構(gòu)和操作程序。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

使用高阻計(jì)測量聚合物材料表面電阻和體積電阻。

【實(shí)驗(yàn)原理】

將試樣的微弱電流經(jīng)過放大后，推動指示儀表，故可測量較高的絕緣電阻。

【實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)】

重難點(diǎn)：聚合物材料表面電阻和體積電阻的測試原理和計(jì)算方法。

實(shí)驗(yàn)五：稀溶液粘度法測定聚合物分子量

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)】

通過本實(shí)驗(yàn)了解掌握難度法測定聚合物分子量的基本原理及計(jì)算方法。測定聚乙烯醇水溶液的特性粘度，并計(jì)算其平均分子量。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

使用烏氏粘度計(jì)測量聚乙二醇樣品的年均分子量。

【實(shí)驗(yàn)原理】

線性高分子溶液的基本特性之一是粘度比較大，并且粘度值與平均分子量有關(guān)，因此可以利用這一特性測定側(cè)其分子量。

【實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)】

1.重點(diǎn)：粘度法測定聚合物分子量的原理和計(jì)算方法

2.難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確掌握。

四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)分配表

1.題目與要求

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（試驗(yàn)原理、操作步驟等）

3.實(shí)驗(yàn)過程、計(jì)算及結(jié)果

4.問題分析和試驗(yàn)討論

六、成績評定辦法及標(biāo)準(zhǔn)

綜合學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作情況和試驗(yàn)報(bào)告給出成績。成績評定分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。

七、教材及參考書

教材： 《聚合物近代儀器分析（第二版）》主編：汪昆華，羅傳秋，周嘯 出版

社：清華大學(xué)出版社

參考書：《高聚物結(jié)構(gòu)、性能與測試》 主編：焦劍、雷渭緩 出版社：化學(xué)工業(yè)

出版社

《聚合物結(jié)構(gòu)分析》 主編 ：朱誠身，楊向萍 出版社：科學(xué)出版社

《聚合物材料表征與測試》主編：楊萬泰 出版社：中國輕工業(yè)出版社《高分子實(shí)用材料剖析技術(shù)》 主編：董炎明 出版社：中國石化出版社

第三篇：《高分子材料結(jié)構(gòu)與性能》課程教學(xué)大綱

《高分子材料結(jié)構(gòu)與性能》課程教學(xué)大綱

課程代碼：

070417

課程性質(zhì)：專業(yè)任選總學(xué)時(shí)：

學(xué)時(shí)

總學(xué)分：

開課學(xué)期：

適用專業(yè)：化工 先修課程：有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)后續(xù)課程：畢業(yè)論文

大綱執(zhí)筆人：HJH

參加人： HGJGHJH

審核人：

JHHJH

修訂時(shí)間：2012年8月

編寫依據(jù)：

09化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)方案（2009）年版

一、課程介紹

高分子材料結(jié)構(gòu)與性能課程是以高分子結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用為主線，聯(lián)系其他材料科學(xué)，闡述了高分子材料的合成方法、結(jié)構(gòu)性能和主要應(yīng)用領(lǐng)域，并簡要介紹了各類高分子材料的基礎(chǔ)知識和有關(guān)的加工成型方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠了解高分子材料的基礎(chǔ)知識，拓寬知識面，使學(xué)生進(jìn)一步了解本專業(yè)。它是學(xué)生學(xué)習(xí)《材料物理》、《材料物理實(shí)驗(yàn)》、《樹脂基復(fù)合材料》《復(fù)合材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)》、《高分子材料成型加工》、《高分子材料工程實(shí)驗(yàn)》等其它專業(yè)基礎(chǔ)課的先修課程和基礎(chǔ)，同時(shí)也是不同專業(yè)十幾門選修課的先修課程，在專業(yè)培養(yǎng)中處于重要地位。同時(shí)，該課程也可作為化學(xué)化工類非高分子專業(yè)的本專科生，為拓寬知識面，認(rèn)識基礎(chǔ)高分子科學(xué)相關(guān)的選修課，有望發(fā)展成化學(xué)化工類大學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程，為將來從事材料領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作打好基礎(chǔ)。

二、本課程教學(xué)在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用 材料在生產(chǎn)與生活中占有非常重要的地位，并與人們生活緊密相聯(lián)。而作為材料學(xué)中的一大類別——高分子材料正發(fā)揮著越來越重要的作用。本門課程作為應(yīng)用化學(xué)以及化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生的一門專業(yè)選修課，目的在于讓學(xué)生了解高分子材料學(xué)的基礎(chǔ)知識，擴(kuò)大知識面，培養(yǎng)學(xué)生掌握高分子材料基本知識與概念，并能初步分析和解決材料研究中的實(shí)際問題。高分子材料結(jié)構(gòu)與性能是以高分子材料為基本研究對象的一門課程，是高分子科學(xué)的基礎(chǔ)課程。與化學(xué)的其它二級學(xué)科相比，它與現(xiàn)代物理學(xué)有著更加深刻的親緣關(guān)系，其發(fā)展更加依賴于化學(xué)與物理學(xué)的進(jìn)步，同時(shí)也對這兩大軸心科學(xué)的進(jìn)步產(chǎn)生深刻的影響。由于近年高分子科學(xué)對各個(gè)工業(yè)部門和科技領(lǐng)域的滲透作用顯著，所以在化學(xué)本科等非高分子專業(yè)作為選修課教學(xué)具有重要的意義。

三、本課程教學(xué)所要達(dá)到的基本目標(biāo)

高分子材料結(jié)構(gòu)與性能課程的內(nèi)容主要包括高分子材料的結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系和塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑與功能高分子等主要高分子材料品種的介紹，要求學(xué)生在掌握高分子材料的結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，熟悉塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑的一些主要品種，并能對一些材料性能及相關(guān)影響因素做出簡單解釋。通過教學(xué)提高學(xué)生運(yùn)用高分子化學(xué)與物理的知識分析問題、解決問題的能力。

本課程的基本要求如下：

1、掌握高分子的基本知識、基本概念；

2、了解高分子各類材料的特點(diǎn)；

3、了解和掌握高分子材料的各種合成方法；

4、了解和掌握高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

四、學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)掌握的方法與技能

本課程較系統(tǒng)地闡述了高分子材料的合成方法，并以高分子結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用為主線，介紹了各類高分子材料的基礎(chǔ)知識，是關(guān)于高分子材料基礎(chǔ)應(yīng)用的實(shí)用課程，它的任務(wù)是使學(xué)生較熟練地掌握各類高分子材料的基本概念、制備及其應(yīng)用，并能運(yùn)用結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系，初步分析和解決材料研究中的實(shí)際問題。

五、本課程與其他課程的聯(lián)系與分工 《高分子材料結(jié)構(gòu)與性能》課程是材料化學(xué)、高分子材料與工程及其相近專業(yè)的一門重要課程，是在學(xué)生具備了必要的有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識之后，在學(xué)習(xí)了高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)上選修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并為功能高分子材料化學(xué)，高聚物合成工藝學(xué)等后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

六、本課程的教學(xué)內(nèi)容與目的要求 【第一章】材料科學(xué)概述（共2學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

（1）熟悉材料的分類；了解材料的多層次結(jié)構(gòu)。

（2）掌握復(fù)合材料及復(fù)合效應(yīng)以及材料工藝及其與結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)材料與材料科學(xué)（2）第二節(jié)材料結(jié)構(gòu)簡述（3）第三節(jié)材料的性能

（4）第四節(jié)材料工藝及其與結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系（5）第五節(jié)材料的強(qiáng)化機(jī)制

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：材料及材料化過程，復(fù)合材料，功能物性，材料結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系（2）難點(diǎn)：幾個(gè)重要概念，復(fù)合材料，材料化過程

4、本章思考題： P289思考題與習(xí)題

【第二章】高分子材料的制備反應(yīng)（共4學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

（1）熟悉連鎖聚合反應(yīng)與逐步聚合反應(yīng)的基本反應(yīng)類型。（2）了解高分子材料制備反應(yīng)的新進(jìn)展；掌握自由基聚合反應(yīng)與自由基共聚合反應(yīng)的概念、機(jī)理及應(yīng)用以及聚合實(shí)施方法。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)高分子與高分子材料（2）第二節(jié)連鎖聚合反應(yīng)（3）第三節(jié)逐步聚合反應(yīng)

（4）第四節(jié)高分子材料制備反應(yīng)新進(jìn)展

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：自由基聚合，乳液聚合，逐步加聚反應(yīng)

（2）難點(diǎn)：連鎖聚合反應(yīng)與逐步聚合反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)條件

4、本章思考題：

P289-291思考題與習(xí)題

【第三章】高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能（共8學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：（1）熟悉聚合物大分子聯(lián)的組成和構(gòu)造，聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)；了解高分子材料的力學(xué)性能、物理性能以及化學(xué)性能。（2）掌握聚合物分子運(yùn)動的特點(diǎn)、聚合物的物理狀態(tài)、玻璃化轉(zhuǎn)變以及聚合物熔體的流動。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)聚合物的結(jié)構(gòu)

（2）第二節(jié)高聚物的分子運(yùn)動及物理狀態(tài)（3）第三節(jié)高分子材料的力學(xué)性能（4）第四節(jié)高分子材料的物理性能（5）第五節(jié)高分子材料的化學(xué)性能

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：聚合物的柔順性與構(gòu)象的關(guān)系，聚合物分子運(yùn)動的特點(diǎn)，聚合物的松弛現(xiàn)象，聚合物的力學(xué)三態(tài)，聚合物熔體特性，聚合物的力學(xué)屈服以及聚合物的力化學(xué)過程。（2）難點(diǎn)：聚合物的松弛特性，力學(xué)屈服現(xiàn)象

4、本章思考題：

P291-293思考題與習(xí)題

【第四章】通用高分子材料（共8學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

（1）熟悉幾大類通用高分子材料的基本概念、分類；掌握通用高分子材料的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。

（2）了解塑料、橡膠、纖維、黏合劑及涂料的制備工藝。

2、教學(xué)內(nèi)容：（1）第一節(jié)塑料（2）第二節(jié)橡膠（3）第三節(jié)纖維

（4）第四節(jié)膠黏劑及涂料

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：塑料的組成、作用及成型加工方法，熱塑性塑料，工程塑料，熱固性塑料，合成橡膠

（2）難點(diǎn)：幾個(gè)重要概念，通用高分子材料的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用之間的內(nèi)在聯(lián)系

4、本章思考題：

P293-294思考題與習(xí)題

【第五章】功能高分子材料（共4學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

（1）以專題講座的方式引入功能高分子的基本概念，分類及應(yīng)用。（2）重點(diǎn)結(jié)合自己的科研成果，簡單介紹幾類功能高分子。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)醫(yī)用高分子及高吸水性樹脂

（2）第二節(jié)智能高分子及功能高分子最新進(jìn)展

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：醫(yī)用高分子及高吸水性樹脂，智能高分子及功能高分子最新進(jìn)展（2）難點(diǎn)：幾個(gè)重要概念，刺激響應(yīng)性，功能高分子的作用機(jī)理

4、本章思考題： P294思考題與習(xí)題

【第六章】聚合物共混物（共2學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

了解聚合物共混物的基本概念、制備方法及主要品種。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)聚合物共混物及其制備方法（2）第二節(jié)主要品種

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：幾個(gè)重要概念，聚合物共混物的制備方法（2）難點(diǎn)：聚合物共混物，互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，混煉擠出設(shè)備

4、本章思考題：

P294-295思考題與習(xí)題

【第七章】聚合物基復(fù)合材料（共4學(xué)時(shí)）

1、教學(xué)目的和要求：

了解聚合物基復(fù)合材料物的基本概念、制備方法及主要品種。

2、教學(xué)內(nèi)容：

（1）第一節(jié)聚合物基宏觀復(fù)合材料（2）第二節(jié)聚合物基納米復(fù)合材料

3、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）重點(diǎn)：宏觀聚合物基復(fù)合材料的基本類型及增強(qiáng)劑的類型，聚合物基納米復(fù)合材料的類型

（2）難點(diǎn)：偶聯(lián)劑在復(fù)合材料制備中的作用及作用機(jī)理

4、本章思考題： P295思考題與習(xí)題

七、本課程教學(xué)時(shí)數(shù)分配表 章節(jié)

標(biāo)題

學(xué)時(shí)分配

講授

實(shí)踐

一

第一章材料科學(xué)概述

二

第二章高分子材料的制備反應(yīng)

三

第三章高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能

四

第四章通用高分子材料

五

第五章功能高分子材料

六

第六章聚合物共混物

七

第七章聚合物基復(fù)合材料

合計(jì) 32

八、教材和主要參考資料

1、指定教材：

《高分子材料基礎(chǔ)》張留成，翟雄偉，丁會利。化學(xué)工業(yè)出版社，2007年

2、主要參考資料：

《高分子材料》黃麗主編?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2009年

《高分子材料科學(xué)導(dǎo)論》張德慶，張東興，劉立柱編著，1999年

九、課程考核與成績評定方法

1、命題要求

（1）命題內(nèi)容要求

命題要著眼于所學(xué)課程的基礎(chǔ)知識和基本技能的考核，要突出重點(diǎn)，注意覆蓋面，要符合學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的實(shí)際，貼近社會實(shí)際，要重視對學(xué)生在具體情景中綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決問題的能力的考查，要有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。試卷結(jié)構(gòu)應(yīng)簡潔、合理，題量要適度。要根據(jù)課程特點(diǎn)處理好客觀題與主觀題的比例。能力層次分值分配為：了解占50%，理解占30%，綜合應(yīng)用占20%。

（2）命題的覆蓋面、難易度、題型結(jié)構(gòu)等要求

命題覆蓋面涉及教學(xué)大綱規(guī)定教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)章節(jié)，考慮到本課程為專業(yè)選修課，難易應(yīng)適中或偏易，題型主要有填空題、選擇題（單選）、判斷題、簡答題和計(jì)算題。

2、考核方法及用時(shí)

本課程考核按考查課程的要求進(jìn)行，考核采取課堂測驗(yàn)方式，完成時(shí)間為110分鐘，成績采用百分制。

3、課程考核成績構(gòu)成

學(xué)期總成績=作業(yè)成績×30%+考勤成績×30%+期末測試成績×40%；

第四篇：材料性能學(xué)復(fù)習(xí)題

1金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個(gè)對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？

金屬的彈性模量主要取決于原子間距和原子間作用力，也即金屬原子本性，晶格類型。而材料的成分和組織對它影響不大，所以說它是一個(gè)對組織不敏感性能指標(biāo)。改變材料的成分和組織會對材料的強(qiáng)度（如屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度）有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。2決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？

①金屬本性和晶格類型，晶格阻力—派納力，位錯運(yùn)動交互作用力越強(qiáng)，屈服強(qiáng)度越高；②晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)，晶粒減小，屈服強(qiáng)度增加；③溶質(zhì)元素，加入溶質(zhì)元素將產(chǎn)生晶格畸變，與位錯應(yīng)力場交互運(yùn)動，提高屈服強(qiáng)度；④第二相，不可逆變形第二相將增加流變應(yīng)力，提高屈服強(qiáng)度，可你變形第二相將產(chǎn)生界面能，提高屈服強(qiáng)度；⑤溫度，派納力屬于短程力，對溫度十分敏感，溫度升高，屈服強(qiáng)度降低⑥應(yīng)變速率，應(yīng)變速率大，強(qiáng)度增加；⑦應(yīng)力狀態(tài)，切應(yīng)力分量越大，越有利塑性變形，屈服強(qiáng)度降低。

3韌性斷裂和脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險(xiǎn)。韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形，斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力與主應(yīng)力成45度角，斷口成纖維狀，灰暗色。斷口三要素：纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇，這三個(gè)區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌度有關(guān)，塑性越好，放射線越粗大，塑性越差，放射線變細(xì)甚至消失。

脆性斷裂：斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形的突然斷裂。斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。（脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形，斷面收縮率一般小于5%）

4對金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響因素。

①材料成分，凡加入合金元素引起滑移系減少，孿生，位錯釘扎的都增加脆性，若合金中形成粗大第二相也增加脆性；②雜質(zhì)，聚集在晶界上的雜質(zhì)會降低材料的塑性，發(fā)生脆斷；③bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，同時(shí)在低溫下，塑性變形一孿生為主，易于產(chǎn)生裂紋，低溫脆性大；④晶粒大小，晶粒小，晶界多，不易產(chǎn)生裂紋，也不易擴(kuò)展，細(xì)化晶粒將提高抗脆性能；⑤應(yīng)力狀態(tài)，減少切應(yīng)力和正應(yīng)力的比值都將增加金屬的脆性；⑥加載速度，加載速度大，金屬會發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。

5缺口拉伸是應(yīng)力分布有何特點(diǎn)

缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，軸向應(yīng)力在缺口根部最大，離開根部的距離增大，應(yīng)力不斷減小，即在根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。

6今有如下零件和材料等需要測定硬度，試說明選用何種硬度試驗(yàn)方法為宜。滲碳層的硬度分布 HK或顯微HV 淬火鋼HRC 灰鑄鐵HB 鑒別鋼種的隱晶馬氏體和殘余奧氏體顯微HV或HK 儀表小黃銅齒輪HV 龍門刨床導(dǎo)軌HS HL 滲氮層HV 高速鋼刀具HRC 退火態(tài)低碳鋼HB 硬質(zhì)合金HRA 火車彈簧HRA 退火狀態(tài)下軟鋼HRB 7試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素

低溫脆性的本質(zhì)是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加，其影響因素包括晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分，顯微組織（晶粒大小，晶相組織），溫度，加載速率，試樣的形狀和尺寸。

8韌脆轉(zhuǎn)變的確定方法有哪些？

①當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本上不隨溫度變化，形成一個(gè)平臺，該能量為低階能，以低階能開始上升的溫度定義，記作NDP②高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一平臺，成為高階能，以高階能對應(yīng)的溫度定義，記作FTP ③以低階能和高階能的平均值對應(yīng)的溫度定義，記作 FTE④通常取結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積50%的溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，記作FATT50 9試說明低應(yīng)力脆斷的原因及方法 原因：與材料內(nèi)部一定尺寸的裂紋相關(guān)，當(dāng)裂紋在給定的作用力下擴(kuò)展臨界尺寸時(shí)就會突然破壞。

防止方法：添加細(xì)化晶粒的合金元素，細(xì)化晶粒，形成板條馬氏體及殘留奧氏體薄膜增強(qiáng)韌性，溫度越低，脆性一般就越大，增加應(yīng)變速率也會降低塑性，因此要降低溫度和應(yīng)變速率。

10應(yīng)力場強(qiáng)度因子以及斷裂韌度

應(yīng)力場強(qiáng)度因子是力學(xué)參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度的大小，它取決于外加應(yīng)力，試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關(guān)；斷裂韌度是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，表示材料在平面應(yīng)變的狀態(tài)下抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，它決定于材料的成分，結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而以外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。11疲勞斷口有什么特點(diǎn)

有源疲勞。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴(kuò)展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開始時(shí)比較密集，以后間距逐漸增大。由于載荷的間斷或在和大小的改變，裂紋經(jīng)過多次張開閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條條光亮的弧線，叫做疲勞裂紋前沿線，這個(gè)區(qū)域通常稱為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，而最后斷裂區(qū)和靜載下帶尖銳缺口試樣的斷口相似。對于塑性材料，斷口為纖維狀，對于脆性材料，則為結(jié)晶狀斷口?？傊?，一個(gè)典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最終斷裂區(qū)三部分構(gòu)成。

12什么是裂紋斷裂門檻值，那些因素影響其值大??？

把裂紋擴(kuò)展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程，則 設(shè)想應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度△K=Kmax-Kmin 是疲勞裂紋擴(kuò)展的控制因子，當(dāng)△K 小于某臨界值△Kth 時(shí)，疲勞裂紋不擴(kuò)展，所以△Kth 叫疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻 值。應(yīng)力比、顯微組織、環(huán)境及試樣的尺寸等因素對△Kth 的影響很大。13提高零件的疲勞壽命有

①只要能降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量，形態(tài)，大小，分布，均可抑制或延緩疲勞裂紋的萌生。②晶界強(qiáng)化，凈化和晶粒細(xì)化，可以提高材料疲勞壽命，細(xì)化晶粒既能阻止疲勞裂紋在晶界處萌生，又能阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高疲勞強(qiáng)度。③表面強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)還能提高機(jī)件表面強(qiáng)度和硬度。14如何判斷某一零件的破壞是由應(yīng)力腐蝕引起的

①應(yīng)力腐蝕顯微裂紋常有分叉的現(xiàn)象，呈枯樹枝狀，即：有一主裂紋擴(kuò)展較快，其他分支裂紋擴(kuò)展較慢根據(jù)這一特征可以區(qū)分；②采用極化實(shí)驗(yàn)方法：當(dāng)外加小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是應(yīng)力腐蝕，當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是氫致延滯性斷裂。

15何為氫致延滯性斷裂？為什么高強(qiáng)度的鋼的氫致延滯性斷裂是在一定的應(yīng)變速率和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？ 高強(qiáng)度鋼種固溶一定量的氫，在對于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時(shí)間的孕育，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫做氫致延滯性斷裂。

氫固溶在金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯應(yīng)力處，形成氫氣團(tuán)。當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時(shí)，氫氣團(tuán)能夠跟上位錯運(yùn)動，但滯后位錯一定距離，對位錯起釘扎作用，產(chǎn)生局部硬化。當(dāng)位錯塞積聚集，產(chǎn)生應(yīng)力作用，導(dǎo)致微裂紋。當(dāng)應(yīng)變速率過高及溫度較低的情況下，氫氣團(tuán)不能跟上位錯運(yùn)動，便不能產(chǎn)生釘扎作用，也不可能在位錯塞積聚集，產(chǎn)生微裂紋。16粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施-----又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小，因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力 超過實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損。磨損機(jī)理： 實(shí)際接觸點(diǎn)局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。粘著點(diǎn)從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點(diǎn)剪斷后，新的粘著點(diǎn)產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形 成磨損過程。

改善粘著磨損耐磨性的措施 1.選擇合適的摩擦副配對材料 選擇原則：配對材料的粘著傾向小 互溶性小 表面易形成化合物的材料 金屬與非金屬配對 2.采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài) 進(jìn)行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩 擦副直接接觸又減小摩擦因素。3.控制摩擦滑動速度和接觸壓力 減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。4.其他途徑 改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機(jī)體結(jié)合力都能降低粘著磨 損。

17影響接觸疲勞壽命的因素？

內(nèi)因 1.非金屬夾雜物 脆性非金屬夾雜物對疲勞強(qiáng)度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強(qiáng)度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當(dāng)硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜 物時(shí)，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。2.熱處理組織狀態(tài) 接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于材料的抗剪切強(qiáng)度，并有一定的韌性相配合。當(dāng)馬氏體含碳量在 0.4~0.5w%時(shí)，接觸疲勞壽命最高。馬氏體和殘余奧氏體的級別 殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強(qiáng)度低。未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。3.表面硬度和心部硬度 在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強(qiáng)度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線 性關(guān)系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，增加 了接觸面積，減小了應(yīng)力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而產(chǎn)生深 層剝落。表面硬化層深度和殘余內(nèi)應(yīng)力 硬化深度要適中，殘余壓應(yīng)力有利于提高疲勞壽命。外因 1.表面粗糙度 減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽 命。接觸應(yīng)力低，表面粗糙度對疲勞壽命影響較大 接觸應(yīng)力高，表面粗糙度對疲勞壽命影響較小 2.硬度匹配 兩個(gè)接觸滾動體的硬度和裝配質(zhì)量等都應(yīng)匹配適當(dāng)。18金屬材料在高溫下的變形機(jī)制與斷裂機(jī)制，和常溫比較有什么不同 機(jī)制：高溫下的蠕變主要是通過位錯攀移，原子擴(kuò)散等機(jī)理進(jìn)行的。常溫下，若滑移面的位錯運(yùn)動受阻產(chǎn)生塞積，滑移便不能繼續(xù)進(jìn)行，只有在更大的切應(yīng)力作用下，才能是位錯重新運(yùn)動和增值。但在高溫作用下，位錯可借助外界提供的熱激活能和空位擴(kuò)散來克服某些短程障礙。擴(kuò)散蠕變，是由于在高溫條件下大量原子和空位定向移動。此外，高溫下，由于晶界上的原子容易擴(kuò)散，受力后易產(chǎn)生滑移，促進(jìn)蠕變變形，這就是晶界滑動蠕變。斷裂機(jī)制：金屬材料在長時(shí)高溫的斷裂，大多為沿晶斷裂，這是由于晶界滑動在晶界上形成裂紋并逐漸擴(kuò)展引起的。高溫下，裂紋出現(xiàn)在境界上的突起部位和細(xì)小的第二相質(zhì)點(diǎn)附近，由于晶界滑動而產(chǎn)生空洞，最終導(dǎo)致沿晶斷裂。19提高材料的蠕變抗力有哪些途徑 合金化學(xué)成分：在基體金屬中加入合金元素形成單相固溶體。加入能夠形成彌散相的合金元素能夠增加晶界擴(kuò)散激活能的元素。冶煉工藝：珠光體耐熱鋼一般采用正火加高溫回火工藝。奧氏體耐熱鋼或合金一般進(jìn)行固溶處理和時(shí)效。采用形變熱處理改變晶界形狀并在晶內(nèi)形成多邊化的亞晶界。

晶粒度：使用溫度低于等強(qiáng)溫度時(shí)，晶粒細(xì)化。奧氏體耐熱鋼及鎳基合金一般以2到4級晶粒度較好。

第五篇：材料性能知識

材料性能知識大全

1、關(guān)于拉伸力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的問題 低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線 a、拉伸過程的變形：

彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。b、相關(guān)公式：

工程應(yīng)力 ζ=F/A0 ；工程應(yīng)變ε=ΔL/L0；比例極限ζP；彈性極限ζε；屈服點(diǎn)ζS；抗拉強(qiáng)度ζb；斷裂強(qiáng)度ζk。

真應(yīng)變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε)；真應(yīng)力 s=ζ(1+ε)= ζ*eε 指數(shù)e為真應(yīng)變。c、相關(guān)理論：

真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變，且變形量越大，二者差距越大；真應(yīng)力大于工程應(yīng)力。

彈性變形階段，真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。

2、關(guān)于彈性變形的問題 a、相關(guān)概念

彈性：表征材料彈性變形的能力 剛度：表征材料彈性變形的抗力

彈性模量：反映彈性變形應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的常數(shù)，E=ζ/ε ；工程上也稱剛度，表征材料對彈性變形的抗力。

彈性比功：稱彈性比能或應(yīng)變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價(jià)材料彈性的好壞。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。

彈性滯后環(huán)：非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫內(nèi)耗 b、相關(guān)理論：

彈性變形都是可逆的。

理想彈性變形具有單值性、可逆性，瞬時(shí)性。但由于實(shí)際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時(shí)，并不是完整的。

彈性變形本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子或離子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆變形的反映 單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。包申格效應(yīng)；滯彈性；偽彈性；粘彈性。

包申格效應(yīng)消除方法：預(yù)先大塑性變形，回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。循環(huán)韌性表示材料的消震能力。

3、關(guān)于塑形變形的問題 a、相關(guān)概念

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——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩(wěn)定

孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產(chǎn)生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發(fā)生；變形量小，調(diào)整滑移面的方向

屈服現(xiàn)象：退火、正火、調(diào)質(zhì)的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見，分為不連續(xù)屈服和連續(xù)屈服；

屈服點(diǎn)：材料在拉伸屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力值，ζs；

上屈服點(diǎn)：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力值，ζsu； 下屈服點(diǎn)：試樣屈服階段中最小應(yīng)力，ζsl； 屈服平臺（屈服齒）：屈服伸長對應(yīng)的水平線段或者曲折線段；

呂德斯帶：不均勻變形；對于沖壓件，不容許出現(xiàn)，防止產(chǎn)生褶皺。屈服強(qiáng)度：表征材料對微量塑性變形的抗力

連續(xù)屈服曲線的屈服強(qiáng)度：用規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力表征材料對微量塑性變形的抗力（1）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力ζp：

（2）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力ζr：試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力；殘余伸長的百分比為0.2%時(shí)，記為ζr0.2

（3）規(guī)定總伸長應(yīng)力ζt：試樣標(biāo)距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。晶格阻力（派納力）；位錯交互作用阻力

Hollomon公式： S=Ken，S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數(shù)

縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象?？估瓘?qiáng)度：韌性金屬試樣拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對應(yīng)的應(yīng)力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力，表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。與應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)有關(guān)。等于最大拉應(yīng)力比上原始橫截面積。

塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。b、相關(guān)理論

常見的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動，擴(kuò)散性蠕變。塑性變形的特點(diǎn)：各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學(xué)性能的差異）；各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性（金屬是一個(gè)連續(xù)的整體，多系滑移；Von Mises 至少5個(gè)獨(dú)立的滑移系）。

硬化指數(shù)的測定：①試驗(yàn)方法；②作圖法lgS=lgK+nlge 硬化指數(shù)的影響因素：與層錯能有關(guān),層錯能下降，硬化指數(shù)升高；對金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應(yīng)變硬化速率并不相等。

縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應(yīng)為dF=0 兩個(gè)塑性指標(biāo)：斷后伸長率δ=(L1-L0)/LO*100%； 斷后收縮率：ψ=(A0-A1)/A0*100% ψ>δ，形成為縮頸

ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸

4、關(guān)于金屬的韌度斷裂問題 a、相關(guān)概念

韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力 韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功

韌性斷裂：裂紋緩慢擴(kuò)展過程中消耗能量；斷裂最先發(fā)生在纖維區(qū)，然后快速擴(kuò)展形成放射最后斷裂形成剪切唇，放射區(qū)在裂紋快速擴(kuò)展過程中形成，一般放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。脆性斷裂：基本不產(chǎn)生塑性變形，危害性大。低應(yīng)力脆斷，工作應(yīng)力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內(nèi)部的宏觀缺陷處開始；溫度降低，應(yīng)變速度增加，脆斷傾向增加。穿晶斷裂：裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性第二相等造成，斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下，多由穿晶斷裂轉(zhuǎn)為沿晶韌性斷裂。沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細(xì)小，斷口呈晶粒狀。剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。

金屬的強(qiáng)度就是指金屬材料原子間結(jié)合力的大小，一般說金屬熔點(diǎn)高，彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小則其原子間結(jié)合力大，斷裂強(qiáng)度高。斷裂的實(shí)質(zhì)就是外力作用下材料沿某個(gè)原子面分開的過程。

格里菲思理論：從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，凡是使能量減低的過程都將自發(fā)進(jìn)行，凡使能量升高的過程必將停止，除非外界提供能量。Griffth指出，由于裂紋存在，系統(tǒng)彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會失穩(wěn)擴(kuò)展，引起脆性破壞。b、相關(guān)理論

斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂 多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴(kuò)展兩個(gè)階段。按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴(kuò)展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機(jī)制：解理斷裂和剪切斷裂 韌性斷裂和脆性斷裂：根據(jù)材料斷裂前產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發(fā)生微量的塑性變形，一般規(guī)定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。

脆性斷口平齊而光亮，與正應(yīng)力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。

解理斷裂是沿特定的晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，通?？傃匾欢ǖ木娣蛛x。解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。常見的裂紋形成理論：①位錯塞積理論 ②位錯反應(yīng)理論 解理與準(zhǔn)解理

共同點(diǎn)：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺階及河流花樣 不同點(diǎn)：①準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面②解理裂紋常源于晶界，準(zhǔn)解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)。準(zhǔn)解理不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)理，而是解理斷裂的變種。格雷菲斯理論是根據(jù)熱力學(xué)原理得出的斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著事實(shí)上一定斷裂。裂紋自動擴(kuò)展的充分條件是尖端應(yīng)力等于或大于理論斷裂強(qiáng)度。

5、關(guān)于硬度的問題 a、硬度概念

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。b、硬度試驗(yàn)方法: 劃痕法——表征金屬切斷強(qiáng)度 回跳法——表征金屬彈性變形功

壓入法——表征塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力 布氏硬度

壓頭：淬火鋼球（HBS），硬質(zhì)合金球（HBW）載荷：3000Kg 硬質(zhì)合金，500Kg 軟質(zhì)材料 保載時(shí)間：10-15s 黑色金屬，30s 有色金屬 壓痕相似原理

只用一種標(biāo)準(zhǔn)的載荷和鋼球直徑,不能同時(shí)適應(yīng)硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的 硬度值之間可比，壓痕必須滿足幾何相似。布氏硬度表示方法：600HBW1/30/20 ①度值，②符號HBW，③球直徑，④試驗(yàn)力(1kgf=9.80665N)，⑤試驗(yàn)力保持時(shí)間 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，不受個(gè)別組成 相及微小不均勻性的影響。

缺點(diǎn)：對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗(yàn)力，壓痕測量麻煩，自動檢測受到限制；壓痕較大時(shí)不宜在成品上試驗(yàn) 洛氏硬度

以測量壓痕深度表示材料硬度值。

壓頭有兩種：α＝120°的金剛石圓錐體，一定直徑的淬火鋼球。洛氏硬度試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上試驗(yàn)；用不同標(biāo)尺可測定軟硬不同和厚薄不一的試樣。

缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；材料若有偏析及組織不均勻等缺陷，測試值重復(fù)性差，分散度大；用不同標(biāo)尺測得的硬度值沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度

原理與布氏硬度試驗(yàn)相同，根據(jù)單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個(gè)相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。努氏硬度

與維氏硬度的區(qū)別1）壓頭形狀不同；2）硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積 肖氏硬度

一種動載荷試驗(yàn)法，原理是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，也稱回跳硬度。用HS表示。里氏硬度

動載荷試驗(yàn)法，用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。用HL表示。

6、關(guān)于金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能 a、相關(guān)概念 沖擊韌性：指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功AK表示。

沖擊測量參數(shù)：測量沖擊脆斷后的沖擊吸收功（AkU或AKV），沖擊吸收功并不能真正反映材料的韌脆程度（沖擊吸收功 并非完全用于試樣變形和破壞）

低溫脆性:體心立方或某些密排六方晶體金屬及合金，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk或溫度區(qū)間時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。tk或溫度區(qū)間稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，又稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

b、相關(guān)理論

韌脆的評價(jià)方法：材料的缺口沖擊彎曲試驗(yàn)，材料的沖擊韌性 韌脆的影響因素：溫度（低溫脆性）；應(yīng)力狀態(tài)（三向拉應(yīng)力狀態(tài)）；變形速度的影響（沖擊脆斷）

低溫脆性的本質(zhì)：低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加的結(jié)果。屈服強(qiáng)度ζs的隨溫度降低而升高，而斷裂強(qiáng)度ζc隨溫度變化很小。t>tk ,ζc >ζs ,先屈服再斷裂；t

晶體結(jié)構(gòu)：體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。普通中、低強(qiáng)度鋼的基體是體心立方點(diǎn)陣的鐵素體，故這類鋼 有明顯的低溫脆性。

化學(xué)成分：間隙溶質(zhì)元素溶入鐵素體基體中，偏聚于 位錯線附近，阻礙位 錯運(yùn)動，致ζs升高，鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。

顯微組織：晶粒大小，細(xì)化晶粒使材料韌性增加；減小亞晶和胞狀結(jié)構(gòu)尺寸也能提高韌性。細(xì)化晶粒提高韌性的原因：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積 增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿 晶脆性斷裂。金相組織

7、關(guān)于金屬疲勞的問題 a、金屬疲勞現(xiàn)象

疲勞：金屬機(jī)件在變動應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。

疲勞的破壞過程是材料內(nèi)部薄弱區(qū)域的組織在變動應(yīng)力作用下，逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開裂，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂的過程，是一個(gè)從局部區(qū)域開始的損傷累積，最終引起整體破壞的過程。

循環(huán)應(yīng)力的波形：正弦波、矩形波和三角波等。表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量有：

最大循環(huán)應(yīng)力ζmax，最小循環(huán)應(yīng)力ζmin；平均應(yīng)力:ζm=(ζmax+ζmin)/2；應(yīng)力幅或應(yīng)力范圍:ζa=(ζmax-ζmin)/2；應(yīng)力比:r=ζmin/ζmax 疲勞按應(yīng)力狀態(tài)分：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞及復(fù)合疲勞；

疲勞按環(huán)境和接觸情況分：大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞及接觸疲勞等。疲勞按應(yīng)力高低和斷裂壽命分：高周疲勞和低周疲勞。b、金屬疲勞特點(diǎn) 疲勞的特點(diǎn)：該破壞是一種潛藏的突發(fā)性破壞，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會發(fā)生明顯的塑性變形，呈脆性斷裂。

疲勞對缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感，即對缺陷具有高度的選擇性。因?yàn)槿笨诨蛄鸭y會引起應(yīng)力集中，加大對材料的損傷作用；組織缺陷(夾雜、疏松、白點(diǎn)、脫碳等)，將降低材料的局部強(qiáng)度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。c、金屬疲勞宏觀斷口

疲勞宏觀斷口的特征：疲勞斷裂經(jīng)歷了裂紋萌生和擴(kuò)展過程。由于應(yīng)力水平較低，因此具有較明顯的裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段，相應(yīng)的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)與瞬時(shí)斷裂區(qū)的特征。

疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地。

位置：多出現(xiàn)在機(jī)件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內(nèi)部存在嚴(yán)重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點(diǎn)等)，也會因局部材料強(qiáng)度降低而在機(jī)件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。特點(diǎn)：因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓，摩擦次數(shù)多，疲勞源區(qū)比較光亮，而且因加工硬化，該區(qū)表面硬度會有所提高。

數(shù)量：機(jī)件疲勞破壞的疲勞源可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，它與機(jī)件的應(yīng)力狀態(tài)及過載程度有關(guān)。如單向彎曲疲勞僅產(chǎn)生一個(gè)源區(qū)，雙向反復(fù)彎曲可出現(xiàn)兩個(gè)疲勞源。過載程度愈高，名義應(yīng)力越大，出現(xiàn)疲勞源的數(shù)目就越多。

產(chǎn)生順序：若斷口中同時(shí)存在幾個(gè)疲勞源，可根據(jù)每個(gè)疲勞區(qū)大小、源區(qū)的光亮程度確定各疲勞源產(chǎn)生的先后，源區(qū)越光亮，相連的疲勞區(qū)越大，就越先產(chǎn)生；反之，產(chǎn)生的就晚。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。

宏觀特征：斷口較光滑并分布有貝紋線(或海灘花樣)，有時(shí)還有裂紋擴(kuò)展臺階。

斷口光滑是疲勞源區(qū)的延續(xù)，其程度隨裂紋向前擴(kuò)展逐漸減弱，反映裂紋擴(kuò)展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。

貝紋線——疲勞區(qū)的最典型特征：產(chǎn)生原因:一般認(rèn)為是因載荷變動引起的，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常有啟動、停歇、偶然過載等，均要在裂紋擴(kuò)展前沿線留下弧狀貝紋線痕跡。

形貌特點(diǎn)：疲勞區(qū)的每組貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線，凹側(cè)指向疲勞源，凸側(cè)指向裂紋擴(kuò)展方向。近疲勞源區(qū)貝紋線較細(xì)密，表明裂紋擴(kuò)展較慢；遠(yuǎn)離疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙，表明此段裂紋擴(kuò)展較快。

影響因素:貝紋區(qū)的總范圍與過載程度及材料的性質(zhì)有關(guān)。若機(jī)件名義應(yīng)力較高或材料韌性較差，則疲勞區(qū)范圍較小，貝紋線不明顯；反之，低名義應(yīng)力或高韌性材科，疲勞區(qū)范圍較大，貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點(diǎn)的擴(kuò)展速度、載荷類型、過載程度及應(yīng)力集中等決定。

瞬斷區(qū)是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。在疲勞亞臨界擴(kuò)展階段，隨應(yīng)力循環(huán)增加，裂紋不斷增長，當(dāng)增加到臨界尺寸ac時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子KI達(dá)到材料斷裂韌性KIc(Kc)時(shí)。裂紋就失穩(wěn)快速擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件瞬時(shí)斷裂。

瞬斷區(qū)的斷口比疲勞區(qū)粗糙，宏觀特征如同靜載，隨材料性質(zhì)而變。脆性材料斷口呈結(jié)晶狀； 韌性材料斷口，在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀，邊緣平面應(yīng)力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。位置：瞬斷區(qū)一般應(yīng)在疲勞源對側(cè)。但對旋轉(zhuǎn)彎曲來說，低名義應(yīng)力時(shí)，瞬斷區(qū)位置逆旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一角度；高名義應(yīng)力時(shí)，多個(gè)疲勞源同時(shí)從表面向內(nèi)擴(kuò)展，使瞬斷區(qū)移向中心位置。大?。核矓鄥^(qū)大小與機(jī)件承受名義應(yīng)力及材料性質(zhì)有關(guān)，高名義應(yīng)力或低韌性材科，瞬斷區(qū)大；反之。瞬斷區(qū)則小。

d、疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能

疲勞曲線：疲勞應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線，即S－N曲線。用途：它是確定疲勞極限、建立疲勞應(yīng)力判據(jù)的基礎(chǔ)。有水平段（碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、球鐵等）：經(jīng)過無限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，將對應(yīng)的應(yīng)力稱為疲勞極限，記為ζ-1（對稱循環(huán)）無水平段（鋁合金、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼等）：只是隨應(yīng)力降低，循環(huán)周次不斷增大。此時(shí)，根據(jù)材料的使用要求規(guī)定某一循環(huán)周次下不發(fā)生斷裂的應(yīng)力作為條件疲勞極限。疲勞曲線的測定——升降法測定疲勞極限 d、疲勞過程及機(jī)理

疲勞過程：裂紋萌生、亞穩(wěn)擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展三個(gè)過程。疲勞壽命Nf＝萌生期N0＋亞穩(wěn)擴(kuò)展期Np 金屬材料的疲勞過程也是裂紋萌生相擴(kuò)展的過程。

裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或高應(yīng)力區(qū)，通過不均勻滑移、微裂紋形成及長大而完成。疲勞微裂紋常由不均勻滑移和顯微開裂引起。主要方式有：表面滑移帶開裂；第二相、夾雜物與基體界面或夾雜物本身開裂；晶界或亞晶界處開裂。e、如何提高疲勞強(qiáng)度

如何提高疲勞強(qiáng)度——滑移帶開裂產(chǎn)生裂紋角度 從滑移開裂產(chǎn)生疲勞裂紋形成機(jī)理看，只要能提高材料滑移抗力（固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等），均可阻止疲勞裂紋萌生，提高疲勞強(qiáng)度。

如何提高疲勞強(qiáng)度——相界面開裂產(chǎn)生裂紋角度 從第二相或夾雜物可引發(fā)疲勞裂紋的機(jī)理來看，只要能降低第二相或夾雜物脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布、使之“少、圓、小、勻”，均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強(qiáng)度。如何提高疲勞強(qiáng)度——晶界開裂產(chǎn)生裂紋 從晶界萌生裂紋來看，凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔點(diǎn)夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等，均易產(chǎn)生晶界裂紋、降低疲勞強(qiáng)度；反之，凡使晶界強(qiáng)化、凈化和細(xì)化晶粒的因素，均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng)度。f、影響疲勞強(qiáng)度的主要因素 表面狀態(tài)的影響：應(yīng)力集中——機(jī)件表面缺口因應(yīng)力集中往往是疲勞策源地，引起疲勞斷裂，可用Kf與qf表征缺口應(yīng)力集中對材料疲勞強(qiáng)度的影響。Kf與qf越大，材料的疲勞強(qiáng)度就降得越低。且這種影響隨材料強(qiáng)度的增高，更加顯著。

表面粗糙度——表面粗糙度越低，材料的疲勞極限越高；表面粗糙度越高，疲勞極限越低。材料強(qiáng)度越高，表面粗糙度對疲勞極限的影響越顯著。

殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響：殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度；殘余拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。殘余壓應(yīng)力的影響與外加應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，不同應(yīng)力狀態(tài)，機(jī)件表面層的應(yīng)力梯度不同。彎曲疲勞時(shí),效果比扭轉(zhuǎn)疲勞大；拉壓疲勞時(shí)，影響較小。殘余壓應(yīng)力顯著提高有缺口機(jī)件的疲勞強(qiáng)度，殘余應(yīng)力可在缺口處集中，能有效地降低缺口根部的拉應(yīng)力峰值。殘余壓應(yīng)力的大小、深度、分布以及是否發(fā)生松弛都會影響疲勞強(qiáng)度。

表面強(qiáng)化的影響——表面強(qiáng)化可在機(jī)件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，同時(shí)提高強(qiáng)度和硬度。兩方面的作用都會提高疲勞強(qiáng)度。（方法：噴丸、滾壓、表面淬火、表面化學(xué)熱處理）硬度由高到低的順序：滲氮→滲碳→感應(yīng)加熱淬火；強(qiáng)化層深度由高到低順序：表面淬火→滲碳→滲氮。材料成分及組織的影響：疲勞強(qiáng)度是對材料組織結(jié)構(gòu)敏感的力學(xué)性能。合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷 g、低周疲勞

低周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102～105次的疲勞斷裂。循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象與位錯循環(huán)運(yùn)動有關(guān)。

在一些退火軟金屬中，在恒應(yīng)變幅的循環(huán)載荷下，由于位錯往復(fù)運(yùn)動和交互作用，產(chǎn)生了阻礙位錯繼續(xù)運(yùn)動的阻力，從而產(chǎn)生循環(huán)硬化。

在冷加工后的金屬中，充滿位錯纏結(jié)和障礙，這些障礙在循環(huán)加載中被破壞；或在一些沉淀強(qiáng)化不穩(wěn)定的合金中。由于沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中校破壞均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下發(fā)生的疲勞。熱機(jī)械疲勞：溫度循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。產(chǎn)生熱應(yīng)力的兩個(gè)條件：①溫度變化②機(jī)械約束

沖擊疲勞：沖擊次數(shù)N>105次時(shí)，破壞后具有典型的疲勞斷口，即為沖擊疲勞。