第一篇：機械刀片材料應用性能（精選）

機械刀片材料應用性能

1、高的硬度和耐磨性

硬度是機械刀片材料應具備的基本特性。機械刀片要從工件上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用機械刀片的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說，機械刀片 材料的硬度越高，其耐磨性就越好。組織中的硬質點(碳化物、氮化物等)的硬度越高，數量越多，顆粒越小，分 布越均勻，則耐磨性越好。耐磨性還與材料的化學成分、強度、顯微組織及摩擦區的溫度有關?？捎霉奖硎静?料的耐磨性WR: WR=KICO.5E-0.8H1.43式中:日一一材料硬度(GPa)e硬度愈高，耐磨性愈好。

2、足夠的強度和韌性

要使機械刀片在承受很大壓力，以及在切削過程經常出現的沖擊和振動條件下工作，而不產生崩刃和折斷，機 械刀片材料就必須具有足夠的強度和韌性。

3、高的耐熱性(熱穩定性)

耐熱性是衡量機械刀片材料切削性能的主要標志。它是指機械刀片材料在高溫條件下保持一定的硬度、耐磨性、強度和韌性的性能。

機械刀片材料還應具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結和抗擴散的能力，即擔衛藝材料應具有良好的 化學穩定性。

4、良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

機械刀片材料的導熱性愈好，切削熱愈容易從切削區散走，有利于降低切削溫度。機械刀片在斷續切削或使用切削液時，常常受到很大的熱沖擊(溫度變化劇烈)，因而機械刀片內部會產生裂紋 而導致斷裂。機械刀片材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數只表示，R的定義是為:R=入ab(1-u)/Ea

式中:入一一導熱系數;

ab一一抗拉強度;

目一一寧白松比;

E一一彈性模量;

a一一熱膨脹系數。

導熱系數大，使熱量容易散走，降低機械刀片表面的溫度梯度;熱膨脹系數小，可減少熱變形;彈性模量小，可 以降低因熱變形而產生的交變應力的幅度;有利于材料耐熱沖擊性能的提高。耐熱沖擊性能好的機械刀片材料，在 切削加工時可以使用切削液。

5、良好的工藝性能

為了便于機械刀片的制造，要求機械刀片材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變 形性能、磨削加工性能等。

6、經濟性

經濟性是機械刀片材料的重要指標之一，優質機械刀片材料雖然單件機械刀片成本很高，但因其使用壽命長，分攤到每個零件的成本則不一定很高。因此在選用機械刀片材料時要綜合考慮其經濟效果

第二篇：各種性能混凝土材料在土木工程中的應用

各種性能混凝土材料在土木工程中的應用

摘要： 對混凝土（高性能混凝土、活性微粉混凝土、低強混凝土、輕質混凝土、鋼纖維混凝土、自密實混凝土、智能混凝土等）以及混凝土增強材料(非金屬配筋、新型預應力鋼棒等)近年的應用與發展，作了簡要的論述.關鍵詞： 結構材料 混凝土

混凝土是現代工程結構的主要材料，我國每年混凝土用量約10億m3，鋼筋用量約2500萬t，規模之大，耗資之巨，居世界前列?？梢灶A見，鋼筋混凝土仍將是我國在今后相當長時期內的一種重要的工程結構材料，物質是基礎，材料的發展，必將對鋼筋混凝土結構的設計方法、施工技術、試驗技術以至維護管理起著決定性的作用。本文對構成鋼筋混凝土的主要材料--混凝土及其增強材料的應用與發展，從工程應用角度作簡要介紹。混凝土

組成鋼筋混凝土主要材料之一的混凝土的發展方向是高強、輕質、耐久（抗磨損、抗凍融、抗滲）、抗災（地震、風、火〕、抗爆等。1.1 高性能混凝土（high performance concrete，HPC）HPC是近年來混凝土材料發展的一個重要方向，所謂高性能：是指混凝上具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優越性能。從強度而言，抗壓強度大于C50的混凝土即屬于高強混凝土，提高混凝土的強度是發展高層建筑、高聳結構、大跨度結構的重要措施。采用高強混凝土，可以減小截面尺寸，減輕自重，因而可獲得較大的經濟效益，而且，高強混凝土一般也具有良好的耐久性。我國己制成C100的混凝土。已有文獻報道1)，國外在試驗室高溫、高壓的條件下，水泥石的強度達到662MPa（抗壓）及64.7MPa（抗拉）。在實際工程中，美國西雅圖雙聯廣場泵送混凝土56 d抗壓強度達133.5MPa。

在我國為提高溫凝土強度采用的主要措施有[1]：(1)合理利用高效減水劑，采用優質骨料、優質水泥，利用優質摻合料,如優質磨細粉煤灰、硅灰、天然沸石或超細礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強及高流動性混凝土的主要技術措施；(2)采用525,625,725號的硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥及相應的外加劑，這是中國建筑材料科學研究院制備高性能混凝土的主要技術措施；(3)以礦渣、堿組分及骨料制備堿礦渣高強度混凝土，這是重慶建筑大學在引進前蘇聯研究成果的基礎上提出的研制高強混凝土的技術措施；(4)交通部天津港灣工程研究所采用復合高效減水劑，用525號水泥320kg／m3，水灰比0.43，和425號水泥480kg／m3，水灰比0.32，在試驗室中制成了抗壓強度分別為68MPa和65MPa的高強混凝土。

文獻[2]報告了采用某些金屬礦石粗骨料如赤鐵礦石、鈦鐵礦石等，可以比用普通石料作粗骨料獲得強度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。

高強混凝土具有優良的物理力學性能及良好的耐久性，其主要缺點是延性較差。而在高強混凝土中加入適量鋼纖維后制成的纖維增強高強混凝土，其抗拉、抗彎、抗剪強度均有提高，其韌性（延性）和抗疲勞、抗沖擊等性能則能有大幅度提高。此外，在高層建筑的高強混凝土柱中，也可采用X形配筋、勁性鋼筋或鋼管混凝土等結構方面 的措施來改善高強混凝土柱的延性和抗震性能[3]。

1.2 活性微粉混凝土（reactive powder concrete，RPC）[4]

RPC是一種超高強的混凝土，其立方體抗壓強度可達200-800MPa，抗拉強度可達25～150MPa，斷裂能可達30KJ／m2，單位體積質量為2.5-3.0t／m3。制成這種混凝土的主要措施是：（1）減小顆粒的最大尺寸，改善混凝土的均勻性；（2）使用微粉及極微粉材料，以達到最優堆積密度（packing density）；（3）減少混凝土用水量，使非水化水泥顆粒作為填料，以增大堆積密度；（4）增放鋼纖維以改善其延性；（5）在硬化過程中加壓及加溫，使其達到很高的強度。

普通混凝土的級配曲線是連續的，而RPC的級配曲線是不連續的臺階形曲線，其骨料粒徑很小，接近于水泥顆粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15，需加入大量的超塑化劑，以改善其工作度。RPC的價格比常用混凝土稍高，但大大低于鋼材，可將其設計成細長或薄壁的結構，以擴大建筑使用的自由度。在加拿大Sherbrook已設計建造了一座跨度為60m、高3.47m的B200級RPC的人行-摩托車用預應力桁架橋。

1.3低強混凝土[4]

美國混凝土學會（AC1）229委員會，提出了在配料、運送、澆筑方面可控制的低強混凝土，其抗壓強度為8MPa或更低。這種材料可用于基礎、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下構造，在一些特定情況下，可用其調整混凝土的相對密度、工 作度、抗壓強度、彈性模量等性能指標，而且不易產生收縮裂縫。荷蘭一座隧洞工程中曾采用了低強度砂漿（1ow-strength mortar，LSM〕，其組分為：水泥150kg／m3，砂；1080kg／m3，水570kg／m3，超塑化劑6kg／m3，膨潤土35kg／m3，所制成的LSM的抗壓強度為3.5MPa，彈性模量低于500Mpa。LSM制成的隧洞封閉塊，比常規的土壤穩定法節約造價50％，故這種混凝土可望在軟土工程中得到發展應用。

1.4輕質混凝土[5]

利用天然輕骨料（如浮石、凝灰巖等）、工業廢料輕骨料（如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等）、人造輕骨料（頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等）制成的輕質混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優點利用工業廢渣如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發電站的粉煤灰等制備輕質混凝土，可降低混凝土的生產成本，并變廢為用，減少城市或廠區的污染，減少堆積廢料占用的土地，對環境保護也是有利的。

1.5纖維增強混凝土[6]

為了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點，在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究，發展得相當迅速。目前研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。

在承重結構中，發展較快、應用較廣的是鋼纖維混凝土。而鋼纖維主要有用于土木建筑工程的碳素鋼纖維和用于耐火材料工業中的 不銹鋼纖維。用于土木建筑工程的鋼纖維主要有以下幾種生產方法：（1）鋼絲切斷法；（2）薄板剪切法；（3）鋼錠（厚板）銑削法；（4）熔鋼抽絲法。當纖維長度及長徑比在常用范圍，纖維摻量在1％到2％（體積分數，本文中的摻量均指體積分數）的范圍內，與基體混凝土相比，鋼纖維混凝土的抗拉強度可提高40％~80％，抗彎強度提高50％~120％，抗剪強度提高50％~100％，抗壓強度提高較小，在0~25％之間，彈性階段的變形與基體混凝土性能相比沒有顯著差別，但可大幅度提高衡量鋼纖維混凝土塑性變形性能的韌性。

中國工程建設標準化協會于1992年批準頒布了由大連理工大學等單位編制的《鋼纖維混凝土結構設計與施工規程》（CECS 38：92），對推廣鋼纖維混凝土的應用起到了重要作用。

鋼纖維混凝土采用常規的施工技術，其鋼纖維摻量一般為0.6％～2.0％。再高的摻量，將容易使鋼纖維在施工攪拌過程中結團成球，影響鋼纖維混凝土的質量。但是國內外正在研究一種鋼纖維摻量達5％～27%的簡稱為SIFCON的砂漿滲澆鋼纖維混凝土，其施工技術不同于一般的攪拌澆筑成型的鋼纖維混凝土，它是先將鋼纖維松散填放在模具內，然后灌注水泥漿或砂漿，使其硬化成型。SIFCON與普通鋼纖維混凝土相比，其特點是抗壓強度比基體材料有大幅度提高，可達100~200MPa，其抗拉、抗彎、抗剪強度以及延性、韌性等也比普通摻量的鋼纖維混凝土有更大的提高[7]。

另一種名為砂漿滲澆鋼纖維網混凝土（SIMCON）的施工方法與SIFCON的基本相同，只是預先填置在模具內的不是亂向分布的鋼纖 維，而是鋼纖維網，制成的產品中，其纖維摻量一般為4％~6％，試驗表明，SIMCON可用較低的鋼纖維摻量而獲得與SIFCON相同的強度和韌性，從而取得比SIFCON節約材料和造價的效果。

雖然SIFCON或SIMCON力學性能優良，但由于其鋼纖維用量大、一次性投資高，施工工藝特殊，因此它們只是在必要時用于某些特殊的結構或構件的局部，如火箭發射臺和高速公路的搶修等。

在砂漿中鋪設鋼絲網及網與網之間的骨架鋼筋（簡稱鋼絲網水泥）所做成的薄壁結構，具有良好的抗裂能力和變形能力，在國內外造船、水利、建筑工程中應用較為廣泛。近年來，在鋼絲網水泥中又摻人鋼纖維來建造公路路面、漁船、農船等，取得了更好的雙重增韌、增強效果。

1.6自密實混凝土（self-compacting concrete）

自密實混凝土不需機械振搗，而是依靠自重使混凝土密實。混凝土的流動度雖然高，但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有[4]：（1）粗骨料的體積為固體混凝土體積的50％；（2）細骨料的體積為砂漿體積的40%；（3）水灰比為0.9-1.0；（4）進行流動性試驗，確定超塑化劑用量及最終的水灰比，使材料獲得最優的組成。

這種混凝土的優點有：在施工現場無振動噪音；可進行夜間施工，不擾民；對工人健康無害；混凝土質量均勻、耐久；鋼筋布置較密或構件體型復雜時也易于澆筑；施工速度快，現場勞動量小。

1.7智能混凝土（smart concrete）[4]

利用混凝土組成的改變，可克服混凝土的某些不利性質，例如： 高強混凝土水泥用量多，水灰比低，加入硅灰之類的活性材料，硬化后的混凝土密實度好，但高強混凝土在硬化早期階段，具有明顯的自主收縮和孔隙率較高，易于開裂等缺點。解決這些問題的一個方法是，用摻量為25％的預濕輕骨料來替換骨料，從而在混凝土內部形成一個“蓄水器”，使混凝土得到持續的潮濕養護。這種加入“預濕骨料”的方法，可使混凝土的自生收縮大為降低，減少了微細裂縫。高強混凝土的另一問題是良好的密實性所引起的防火能力降低．這是因為在高溫（火災〕時，砂漿中的自由水和化學結合水轉變為水氣，但卻不能從密實的混凝土中逸出，從而形成氣壓，導致柱子保護層剝落，嚴重降低了柱的承載力，解決這個問題的一種方法是，在每方混凝土中加2kg聚丙烯纖維，在高溫（火災）時，纖維熔化，形成了能使水氣從邊界區逸出的通道，減小了氣壓，從而防止柱的保護層剝落。

1.8預填骨料升漿混凝土1）

國內在大連中遠60000t船塢工程中，因地質條件復雜，船塢底板首次采用了坐落于基巖上的預填骨料升漿混凝土，即用密度較大的厚4~5m的鐵礦石作為預填骨料，礦石層下再鋪設1m厚的石灰石塊石。礦石層上是厚60～80cm的現澆鋼筋混凝土板在預填骨料層中布置壓漿孔注入砂漿，形成預填骨料升漿混凝土。采取這種工藝，縮短了工期，取得了良好的經濟效益。

1.9碾壓混凝土[8]

碾壓混凝土近年發展較快，可用于大體積混凝土結構（如水工大壩、大型基礎）、工業廠房地面、公路路面及機場道面等。用于大體 積混凝土的碾壓混凝土的澆筑機具與普通混凝土不同，其平整使用推土機，振實用碾壓機，層間處理用刷毛機，切縫用切縫機，整個施工過程的機械化程度高，施工效率高，勞動條件好，可大量摻用粉煤灰，與普通棍凝土相比，澆筑工期可縮短1／3~1/2，用水量可減少20％，水泥用量可減少30％~60％。碾壓混凝土的層間抗剪性能是修建混凝土高壩的關鍵問題，國內大連理工大學等單位曾開展這方面的研究工作。在公路、工業廠房地面等大面積混凝土工程中，采用碾壓混凝土，或者在碾壓混凝土中再加入鋼纖縫，成為鋼纖維碾壓混凝土，則其力學性能及耐久性還可進一步改善。

1.10再生骨料混凝土

新中國建國至今己逾50年，建國前后修建的不少混凝土結構，因老化或隨著經濟的發展，需拆除重建，其拆除量十分巨大，在拆除的混凝土中，約有一半是粗骨料，應該考慮如何使之再生利用。以減少環境垃圾，變廢為用。文獻[4]報道，在荷蘭的德爾夫特，一個272所住宅的方案中，所有的混凝土墻均利用了再生骨料，該方案下一步的計劃，是在混凝土樓板中也利用再生骨料。當然，在利用這些再生骨料時，需對這種餛凝土的性能進行試驗，例如，文獻[9]報道了有關再生輕質混凝土收縮和徐變較為顯著的試驗成果，值得重視。配筋及增強材料 2.1纖維筋[6]

鋼筋混凝土結構的配筋材料，主要是鋼筋最近在國際上研究較多的是樹脂粘結的纖維筋（fiber reinforced plastics，FRP）作餛 凝土及預應力混凝土結構的非金屬配筋，常用的纖維筋有樹脂粘結的碳纖維筋（GFRP）、玻璃纖維筋（GFRP）及芳綸纖維筋（AFRP）國外研究指出，這幾種纖維筋的強度都很高，只是玻璃纖維筋的抗堿化性能較差。纖維筋的突出優點是抗腐蝕、高強度，此外，還具有良好的抗疲勞性能、大的彈性變形能力、高電阻及低磁導性，其缺點是斷裂應變性能較差、較脆、徐變（松弛）值較大，熱膨脹系數較大。

國外已有日本、德國、荷蘭等國將纖維筋用于預應力混凝土橋，包括體外預應力橋的實例[4]。

2.2雙鋼筋[1]

為了減小裂縫寬度和構件的變形，國內在一些工程中，采用焊成梯格形的雙鋼筋，在構件內平放或豎放布置。

2.3冷軋變形鋼筋[1]

為了節約鋼材用量，國內引進國外設備或自制設備，用光圓鋼筋，經過冷軋，軋成帶肋的直徑小于母材直徑的鋼筋，稱為冷軋帶肋鋼筋。另一種類似的鋼筋，是用I級光圓用筋冷軋扭轉成型，稱為冷軋變形用筋或冷軋扭鋼筋。這兩種冷軋鋼筋的抗拉強度標準值（極限抗拉強度）及設計值都比母材大大提高，與混凝土的粘結強度也得到提高，但直徑較小。它們主要用作板式構件的受力鋼筋或梁、柱構件的箍筋或作預應力筋。由于強度提高，可以節約材料用量，獲得經濟效益。這兩種鋼筋，國內己制訂了規程。為將這種小直徑鋼筋的用途擴展至梁、柱的受力鋼筋，也可采用雙筋或三筋的并筋，但需適當增大其錨固長度。

第三篇：不同品種水泥的性能、應用及使用注意事項

產品性能及應用

硅酸鹽水泥

1、早期及后期強度均高：適用于預制和現澆的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、預應力混凝土工程等。

2、抗凍性好：適用于嚴寒地區和抗凍性要求高的混凝土工程。

3、干縮小：可用于干燥環境。

4、耐磨性好：可用于道路與地面工程。

適用于配制高標號、超高標號混凝土及大跨度梁架等。普通硅酸鹽水泥

特性：早期強度增長快、水化熱略低、在低溫情況下強度進展很快，耐凍性好、抗滲性好；和易性好。

適用于橋梁、碼頭、道路、高層建筑等各種建筑工程，一般工業與民用建筑，可配C30-C80不同標號混凝土。是應用最廣的水泥 復合硅酸鹽水泥

特性：耐腐蝕性耐熱性好、水化熱低、干縮性小、抗滲性較好；由于摻入了二種以上的混合材料，起到了互相取長補短的作用，其效果大大優于只摻一種混合材料。因而其用途更為廣泛。

適用于一般工業與民用建筑。

使用注意事項

1、要注重存儲管理，防止產品受潮。在運輸、儲存過程中要做好防護，雨天裝車要注意車箱不能積水，要及時加蓋防雨蓬布；水泥儲存要放在干燥的環境中，避免水泥吸潮結塊；使用時要堅持先進先用原則，且儲存時間不宜過長，防止受潮，導致產品質量、性能下降；同時注意水泥不要與糖、化肥等有機物質混合在一起，避免引起不良反應。

2、不能混合使用。由于不同品種、強度等級水泥的質量、性能存在差異，要分開堆放，單獨使用；同一廠家不同品種、不同等級水泥不能混合使用；同品種、同等級、但不同廠家的水泥也不得混合使用

3、合理地選擇水泥品種及強度等級。在海螺水泥產品使用時，要根據施工部位和混凝土強度等級設計要求，合理地選擇水泥品種及強度等級，避免選擇高強度等級水泥配制低標號混凝土或用低強度等級水泥配制高標號混凝土，使水泥在混凝土中摻量不當，導致混凝土和易性差、坍落度損失大等不良現象產生，同時造成混凝土生產成本不經濟

4、堅持預配試驗工作。海螺水泥在使用時，由于不同工程、不同結構、不同部位的要求不同，要預先進行配比實驗，確定最佳配合比,以確?；炷临|量穩定合格。

5、重視施工規范和養護工作。要嚴格控制好混凝土用砂、石、水等摻合料質量，水中不得含有有機物，砂石中含泥量要低，含硫、堿高的砂石及摻合物不得使用；混凝土配合比設計要按照施工規范進行設計；施工時攪拌要均勻，水灰比不能太大，振搗要適度，不能漏漿，避免混凝土出現水泥分布不均、離析、泌水等，使其強度下降。

6、在高溫或低溫天氣攪拌混凝土時，要注意控制好摻合料的溫度，避免混凝土凝結時間過快或過慢；澆筑的混凝土在失去塑性后，要及時澆水、覆蓋，保持濕潤，避免過于干燥使混凝土開裂，也要注意澆水不要過早、過多，以免混凝土表面粘結差、強度低，防止出現起砂、起皮現象。

針對農村市場使用32.5復合水泥，施工時混凝土常見的問題。

施工常見問題

1、砂石含泥量大，其所配制的混凝土凝結慢，強度低，也容易產生裂縫。措施：對沙石進行沖洗。

2、混凝土水灰比大，當水泥水化后，多余的水分殘留在混凝土中形成水泡或蒸發后形成氣孔，降低了混凝土強度。措施：混凝土水灰比大，主要是用水量多，應減少用水量。

3、混凝土澆筑凝固后，未及時澆水養護，混凝土在較高溫度下失水收縮不均勻，引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大，產生溫度應力而出現裂縫。措施： 一般在夏季施工避開高溫施工?；炷翝仓毯?，及時澆水養護降溫。

4、混凝土水灰比大或振搗過度，多余的水分殘留在混凝土的表面，配制的混凝土會造成凝結慢，強度降低，表面也容易劃動。措施：

1、應減少用水量，用水量的控制一般在配制混凝土中不得超過水泥用量的一半

2、振搗要適度，避免骨料下沉，水浮在表面。

5、水中含有有機物質，引起水泥不良反應，造成混凝土凝結很慢，強度低，嚴重時不凝固現象。措施：使用飲用水

第四篇：材料性能學教學大綱

《材料性能學》課程教學大綱

一、課程基本信息 課程編碼： 課程類別：必修課 適用專業：材料化學

總 學 時：48 學 分：3 課程簡介：本課程是材料化學專業主干課程之一，屬專業基礎課。本課程主要內容為材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的內容為主。通過本課程的教學，使學生獲得關于材料物理性能包括材料力學性能（受力形變、斷裂與強度）、熱學、光學、導電、磁學等性能及其發展和應用，重點掌握各種重要性能的原理及微觀機制，性能的測定方法以及控制和改善性能的措施，各種材料結構與性能的關系，各性能之間的相互制約與變化規律。

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

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

二、課程教育目標

通過學習材料的各種物理性能，使學生掌握以下內容：各種材料性能的各類本征參數的物理意義和單位以及這些參數在解決實際問題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的組成、結構和構造之間的關系；掌握這些性能參數的物質規律，從而為判斷材料優劣、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；為全面掌握材料的結構，對材料的原料和工藝也應有所認識，以取得分析性能的正確依據。

三、教學內容與要求 第一章：材料的力學性能 重點與難點：

重點：應力、應變、彈性變形行為、Griffith微裂紋理論，應力場強度因子和平面應變斷裂韌性，提高無機材料強度改進材料韌性的途徑。難點：位錯運動理論、應力場強度因子和平面應變斷裂韌性。教學時數：10學時 教學內容：

1.1 應力及應變：應力、應變；

1.2 彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無機材料的彈性模量、復相的彈性模量、彈性形變的機理；

1.3 材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯運動理論；

1.4 滯彈性和內耗：粘彈性和滯彈性、應變松弛和應力松弛、松弛時間、無弛豫模量與弛豫模量、模量虧損、材料的內耗；

1.5 材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機理、影響蠕變的因素；

1.6 材料的斷裂強度：理論斷裂強度、Inglis 理論、Griffith微裂紋理論、、Orowan理論；

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

1.8 裂紋的起源與擴展：裂紋的起源、裂紋的快速擴展、影響裂紋擴展的因素、材料的疲勞、應力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應力空腔作用、亞臨界裂紋生長速率與應力場強度因子的關系、根據亞臨界裂紋擴展預測材料壽命、蠕變斷裂； 1.10 顯微結構對材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；

1.11 提高材料強度及改善脆性的途徑：金屬材料的強化、陶瓷材料的強化； 1.12 復合材料：復合材料的分類、連續纖維單向強化復合材料的強度、短纖維單向強化復合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測量。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學性能的理論描述、產生的原因、影響因素。掌握斷裂的現象和產生、斷裂力學的原理出發，通過理論結合強度、應力場的分析，斷裂的判據，應力場強度因子、平面應變斷裂韌性、延性斷裂、脆性斷裂、沿晶斷裂、靜態疲勞的概念，并根據此判據來分析提高材料強度及改進材料韌性的途徑。了解斷裂的現象，弄清產生斷裂的原理（斷裂理論），通過應力場的分析。要求掌握斷裂的判據，并根據此判據來分析提高材料強度及改進材料韌性的途徑。

第二章：材料的熱學性能 重點與難點： 重點：材料的熱膨脹，材料的熱穩定性。難點：材料的熱傳導，材料的熱穩定性。教學時數：6學時 教學內容：

2.1 熱學性能的物理基礎；

2.2 材料的熱容：晶體固體熱容的經驗定律和經典理論，晶體固體熱容的量子理論回顧，無機材料的熱容；

2.3 材料的熱膨脹：熱膨脹系數、熱膨脹機理、熱膨脹和其他性能的關系、多晶體和復合材料的熱膨脹；

2.4 材料的熱傳導：固體材料熱傳導的宏觀規律，固體材料熱傳導的微觀機理、影響熱傳導的因素、某些無機材料的熱傳導；

2.5 材料的熱穩定性：熱穩定性的表示方法、熱應力、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。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：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理，熱傳導的宏觀規律和微觀機理，熱穩定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應力斷裂抵抗因子。總結出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。第三章 材料的光學性能 重點與難點：

重點：光的反射和折射、材料對光的吸收和色散、光的散射 難點：光的散射、電-光效應、光折變效應、非線性光學效應 教學時數：8學時 教學內容：

3.1 光傳播的基本性質：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過固體現象；

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、材料的反射系數及其影響因素；

3.3 材料對光的吸收和色散：吸收系數與吸收率、光的吸收與波長的關系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般規律、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、光折變效應、非線性光學效應：電光效應及電光晶體、光折變效應、非線性光學效應；

3.7光的傳輸與光纖材料：光纖發展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應用；

3.8 特種光學材料及其應用：固體激光器材料及其應用、光存儲材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

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

第四章：材料的電導性能 重點與難點：

重點：離子電導，電子電導。

難點：無機材料的電導，半導體陶瓷的物理效應。教學時數：8學時 教學內容：

4.1 電導的物理現象：電導率與電阻率、電導的物理特性；

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

4.3 電子電導：電子遷移率、載流子濃度、電子電導率、電子電導率的影響因素 4.4 金屬材料的電導：金屬電導率、電阻率與溫度的關系、電阻率與壓力的關系、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：玻璃態電導、多晶多相固體材料的電導、次級現象、固體材料電導混合法則；

4.6 半導體陶瓷的物理效應：晶界效應、表面效應、西貝克效應、p-n結； 4.7 超導體：超導體的概念、約瑟夫遜效應、超導體的應用。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

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

重點：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性 難點：鐵磁性與反鐵磁性 教學時數：8學時 教學內容：

5.1 基本磁學性能：磁學基本量、物質的磁性分類；

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：鐵磁質的自發磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線和磁滯回線；

5.4 磁性材料的動態特性：交流磁化過程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應、磁后效應和復數磁導率、磁導率減落及磁共振損耗；

5.5 磁性材料及其應用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲材料、納米磁性材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握固體物質的各種磁性(抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性)的形成機理及宏觀表現；重點掌握磁性表征參量、各類磁性物質的內部相互作用；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用。

第六章 材料的功能轉換性能 重點與難點：

重點：介質的極化與損耗、介電強度、壓電性能、鐵電性 難點：壓電性能、鐵電性 教學時數：8學時 教學內容：

6.1 介質的極化與損耗：介質極化相關物理量、極化類型、宏觀極化強度與微觀極化率的關系、介質損耗分析、材料的介質損耗、降低材料介質損耗的方法； 6.2 介電強度：介電強度、固體電介質的擊穿、影響材料擊穿強度的因素； 6.3 壓電性能：壓電效應及其逆效應、壓電材料的研究進程、壓電材料主要表征參數、壓電陶瓷的預極化、壓電陶瓷的穩定性、壓電材料及其應用；

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用、反鐵電體； 6.5 熱電性能：熱電效應、熱電材料、熱電材料的應用； 6.6 光電性能：光電效應、光電材料及其應用；

6.7 熱釋電性能：熱釋電效應及其逆效應、熱釋電材料、熱釋電材料的應用； 6.8 智能材料：智能材料的特征與構成、智能材料的分類、智能金屬材料、智能無機非金屬材料、智能高分子材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握電介質的介電性能，包括介電常數、介電損耗、介電強度及其隨環境(溫度、濕度、輻射等)的變化規律。了解極化的微觀機制、電介質的壓電性、鐵電性、熱電性能、光電性能和熱釋電性的性能、常用材料及其應用、智能材料的特征、分類及應用。

四、作業：

每章根據學生學習情況，選擇布置教材中部分習題促進學生課后復習、鞏固課堂教學內容，并進行講評。

五、考核與評定

以期末考試(閉卷)成績為主，參考課堂提問、討論課發言情況以及平時作業和考勤等，綜合評定后，給出結業成績。

期末考試占70％，平時成績占30％。

第五篇：材料性能學復習題

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

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，所以說它是一個對組織不敏感性能指標。改變材料的成分和組織會對材料的強度（如屈服強度，抗拉強度）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，位錯運動交互作用力越強，屈服強度越高；②晶粒大小和亞結構，晶粒減小，屈服強度增加；③溶質元素，加入溶質元素將產生晶格畸變，與位錯應力場交互運動，提高屈服強度；④第二相，不可逆變形第二相將增加流變應力，提高屈服強度，可你變形第二相將產生界面能，提高屈服強度；⑤溫度，派納力屬于短程力，對溫度十分敏感，溫度升高，屈服強度降低⑥應變速率，應變速率大，強度增加；⑦應力狀態，切應力分量越大，越有利塑性變形，屈服強度降低。

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

脆性斷裂：斷裂前基本上不發生塑性變形的突然斷裂。斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結晶狀。（脆性斷裂也產生微量塑性變形，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，聚集在晶界上的雜質會降低材料的塑性，發生脆斷；③bcc金屬具有低溫脆斷現象，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，易于產生裂紋，低溫脆性大；④晶粒大小，晶粒小，晶界多，不易產生裂紋，也不易擴展，細化晶粒將提高抗脆性能；⑤應力狀態，減少切應力和正應力的比值都將增加金屬的脆性；⑥加載速度，加載速度大，金屬會發生韌脆轉變。

5缺口拉伸是應力分布有何特點

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

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 龍門刨床導軌HS HL 滲氮層HV 高速鋼刀具HRC 退火態低碳鋼HB 硬質合金HRA 火車彈簧HRA 退火狀態下軟鋼HRB 7試說明低溫脆性的物理本質及其影響因素

低溫脆性的本質是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加，其影響因素包括晶體結構，化學成分，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韌脆轉變的確定方法有哪些？

①當低于某一溫度材料吸收的沖擊能量基本上不隨溫度變化，形成一個平臺，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，以高階能對應的溫度定義，記作FTP ③以低階能和高階能的平均值對應的溫度定義，記作 FTE④通常取結晶區占整個斷口面積50%的溫度為韌脆轉變溫度，記作FATT50 9試說明低應力脆斷的原因及方法 原因：與材料內部一定尺寸的裂紋相關，當裂紋在給定的作用力下擴展臨界尺寸時就會突然破壞。

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

10應力場強度因子以及斷裂韌度

應力場強度因子是力學參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應力應變場強度的大小，它取決于外加應力，試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關；斷裂韌度是材料的力學性能指標，表示材料在平面應變的狀態下抵抗裂紋失穩擴展的能力，它決定于材料的成分，結構等內在因素，而以外加應力及試樣尺寸等外在因素無關。11疲勞斷口有什么特點

有源疲勞。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開始時比較密集，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，這個區域通常稱為疲勞裂紋擴展區，而最后斷裂區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，則為結晶狀斷口?？傊粋€典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴展區和最終斷裂區三部分構成。

12什么是裂紋斷裂門檻值，那些因素影響其值大??？

把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區域的斷裂過程，則 設想應力強度因子幅度△K=Kmax-Kmin 是疲勞裂紋擴展的控制因子，當△K 小于某臨界值△Kth 時，疲勞裂紋不擴展，所以△Kth 叫疲勞裂紋擴展的門檻 值。應力比、顯微組織、環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，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數量，形態，大小，分布，均可抑制或延緩疲勞裂紋的萌生。②晶界強化，凈化和晶粒細化，可以提高材料疲勞壽命，細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展，提高疲勞強度。③表面強化處理可在機件表面產生有利的殘余壓應力，阻止疲勞裂紋的擴展，同時還能提高機件表面強度和硬度。14如何判斷某一零件的破壞是由應力腐蝕引起的

①應力腐蝕顯微裂紋常有分叉的現象，呈枯樹枝狀，即：有一主裂紋擴展較快，其他分支裂紋擴展較慢根據這一特征可以區分；②采用極化實驗方法：當外加小的陽極電流而縮短產生裂紋時間的是應力腐蝕，當外加小的陰極電流而縮短產生裂紋時間的是氫致延滯性斷裂。

15何為氫致延滯性斷裂？為什么高強度的鋼的氫致延滯性斷裂是在一定的應變速率和一定的溫度范圍內出現？ 高強度鋼種固溶一定量的氫，在對于屈服強度的應力持續作用下，經過一段時間的孕育，金屬內部形成裂紋，發生斷裂的現象叫做氫致延滯性斷裂。

氫固溶在金屬晶格中，產生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯應力處，形成氫氣團。當應變速率較低而溫度較高時，氫氣團能夠跟上位錯運動，但滯后位錯一定距離，對位錯起釘扎作用，產生局部硬化。當位錯塞積聚集，產生應力作用，導致微裂紋。當應變速率過高及溫度較低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產生釘扎作用，也不可能在位錯塞積聚集，產生微裂紋。16粘著磨損產生的條件、機理及其防止措施-----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，以致接觸應力 超過實際接觸點處屈服強度而產生的一種磨損。磨損機理： 實際接觸點局部應力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產生粘著。粘著點從軟的一方被剪斷轉移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產生，隨后也被剪斷、轉移。如此重復，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.采用表面化學熱處理改變材料表面狀態 進行滲硫、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，提高氧化膜與機體結合力都能降低粘著磨 損。

17影響接觸疲勞壽命的因素？

內因 1.非金屬夾雜物 脆性非金屬夾雜物對疲勞強度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜 物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。2.熱處理組織狀態 接觸疲勞強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有一定的韌性相配合。當馬氏體含碳量在 0.4~0.5w%時，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，越容易產生微裂紋，疲勞強度低。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，接觸疲勞強度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線 性關系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產生微量塑性變形和磨損，增加 了接觸面積，減小了應力集中，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，易在過渡區內形成裂紋而產生深 層剝落。表面硬化層深度和殘余內應力 硬化深度要適中，殘余壓應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。接觸應力低，表面粗糙度對疲勞壽命影響較大 接觸應力高，表面粗糙度對疲勞壽命影響較小 2.硬度匹配 兩個接觸滾動體的硬度和裝配質量等都應匹配適當。18金屬材料在高溫下的變形機制與斷裂機制，和常溫比較有什么不同 機制：高溫下的蠕變主要是通過位錯攀移，原子擴散等機理進行的。常溫下，若滑移面的位錯運動受阻產生塞積，滑移便不能繼續進行，只有在更大的切應力作用下，才能是位錯重新運動和增值。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散來克服某些短程障礙。擴散蠕變，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散，受力后易產生滑移，促進蠕變變形，這就是晶界滑動蠕變。斷裂機制：金屬材料在長時高溫的斷裂，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展引起的。高溫下，裂紋出現在境界上的突起部位和細小的第二相質點附近，由于晶界滑動而產生空洞，最終導致沿晶斷裂。19提高材料的蠕變抗力有哪些途徑 合金化學成分：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行固溶處理和時效。采用形變熱處理改變晶界形狀并在晶內形成多邊化的亞晶界。

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