1、技术技术 Performance Testing of Materials2学时分配：学时分配： 4848学时，授课学时，授课16+16+实验实验3232学学 分：分：3 3学分学分考核方式：考核方式：考试考试考核成绩：考核成绩：卷面卷面50%+50%+平时成绩与实验平时成绩与实验50%50%教教 材：材：材料性能学材料性能学，王从曾，王从曾 主编主编3内内 容容学时学时 第一章第一章 材料的力学性能材料的力学性能10第二章第二章 材料的热学性能材料的热学性能1第三章第三章 材料的电学性能材料的电学性能1第四章第四章 材料的光学性能材料的光学性能1第五章第五章 材料的耐腐蚀性能材料的耐腐蚀性能
2、1第六章第六章 材料的老化与稳定性能材料的老化与稳定性能1复习复习1合计合计164编号编号内内 容容学时学时 1 1材料拉伸性能测试材料拉伸性能测试 2 22 2材料弯曲性能测试材料弯曲性能测试 2 23 3材料介电常数测试材料介电常数测试 2 24 4差热分析差热分析 2 25 5热重分析热重分析 2 26 6材料线膨胀系数的测定材料线膨胀系数的测定 4 47 7材料硬度测试材料硬度测试 4 48 8材料冲击性能的测试材料冲击性能的测试 2 29 9材料透光性能测试材料透光性能测试 2 21010材料导热系数测定材料导热系数测定 2 211 11材料高温蠕变和高温抗折性能测试材料高温蠕变和高
3、温抗折性能测试 6 61212材料气孔率与体积密度的测定材料气孔率与体积密度的测定 2 25高分子材料高分子材料 6060陶瓷陶瓷1010金属金属30306耐腐蚀性、抗氧化性、耐候性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐候性、抗老化性、燃烧性抗老化性、燃烧性密度、熔点、电阻、磁性、吸湿密度、熔点、电阻、磁性、吸湿性、比热、热膨胀性、导热性性、比热、热膨胀性、导热性拉伸、弯曲、压缩、剪切、冲拉伸、弯曲、压缩、剪切、冲击、硬度、磨损、摩擦、疲劳击、硬度、磨损、摩擦、疲劳铸造性、压力加工性、焊接性、铸造性、压力加工性、焊接性、热处理工艺性、切削加工性热处理工艺性、切削加工性：91011人类的灾难人类的灾难对工程中
4、不满足强度、刚度、稳对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的构件给人类造定性而发生失效的构件给人类造成巨大的损失。例子不胜枚举。成巨大的损失。例子不胜枚举。12TITANIC1912年年4月月15日，由英国开往纽约的日，由英国开往纽约的泰坦尼克号泰坦尼克号触冰山沉没。触冰山沉没。1523人人 葬身海底葬身海底原因：原因：铆钉质量不合格，矿渣含量过高。铆钉质量不合格，矿渣含量过高。13Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板TITANIC的沉没还与船体材料的质量直接有关的沉没还与
5、船体材料的质量直接有关141986年年挑战者号升空时发生爆炸挑战者号升空时发生爆炸发射当天，天气非常寒冷。气温降低后，密发射当天，天气非常寒冷。气温降低后，密封用的封用的“O型圈型圈”变得非常坚硬，伸缩速度变得非常坚硬，伸缩速度变慢，密封效果变差，燃气泄露。变慢，密封效果变差，燃气泄露。16当材料受到当材料受到外力外力作用，而所处的条件使它不作用，而所处的条件使它不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为发生变化，这种变化称为应变（形变）应变（形变）。 外力去除后能够恢复的形变称为外力去除后能够恢复的形变称为弹性形变弹性形变。 外力去除
6、后不能恢复的形变称为外力去除后不能恢复的形变称为塑性形变塑性形变。 17材料发生宏观的变形时，其内部分材料发生宏观的变形时，其内部分子间及分子内各原子间的相对位置子间及分子内各原子间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子和距离就要发生变化，产生了原子间及分子间的附加的内力，抵抗着间及分子间的附加的内力，抵抗着外力，并力图回复到变化前的状态，外力，并力图回复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小达到平衡时，附加内力与外力大小相等方向相反。相等方向相反。定义单位面积上的定义单位面积上的附加内力为应力附加内力为应力。单位：帕。单位：帕。l拉伸应变拉伸应变l0lFFl000=lllll0FA
7、A0：起始截面积起始截面积l许用应力许用应力 剪切位移剪切位移 S， 剪切角剪切角 ， 剪切面间距剪切面间距 dtgdS0AF0VV均匀流体静压缩均匀流体静压缩模量应力应变对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从胡克定律，即应力与应变成正比，比例常数胡克定律，即应力与应变成正比，比例常数称为称为弹性模量弹性模量。表征材料抵抗变形能力的大。表征材料抵抗变形能力的大小，模量越大，表示材料刚度越大。小，模量越大，表示材料刚度越大。2300llAFEtgAFG0VPVPB024)21 (3)1 (2BGETllmm00/Possion ratio 泊松比泊松比 定义
8、：定义：在拉伸试验中，材料横向单位宽度在拉伸试验中，材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加之比值。的减小与纵向单位长度的增加之比值。262728低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能293031oabcde明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obob2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc3 3、强化阶段、强化阶段cdcd4 4、颈缩阶段、颈缩阶段dede32oabcde1 1、弹性阶段、弹性阶段obob弹性极限弹性极限ee33oabcdeeP、之间之间呈线性关系呈线性关系， 称称为线弹性阶段（比为线弹性阶段（比例阶段）。例阶段）。EtanEP比例极限比例极限34p 只有
9、工作应力小于只有工作应力小于p时，时， 、之间之间才服从胡克定律。才服从胡克定律。p p e 时，时，ab段内，胡克定律不再成立，段内，胡克定律不再成立，但但仍为弹性变形。仍为弹性变形。p 由于由于p 、 e 相差不大相差不大，工程上，工程上并不严格区分。并不严格区分。oabcdeeP352 2、屈服阶段、屈服阶段bcbcoabceePd36s屈服极限屈服极限oabcdePesp 塑性材料的一个塑性材料的一个重要的强度指标重要的强度指标p 上屈服极限：上屈服极限：与与试样的形状、加载试样的形状、加载速度有关，不稳定速度有关，不稳定p 下屈服极限：下屈服极限：较稳定，能够反映材料的较稳定，能够反
10、映材料的力学性能，定义为材料的屈服极限。力学性能，定义为材料的屈服极限。373 3、强化阶段、强化阶段cdcdoabcdePs强度极限强度极限bl 衡量材料强度的重要指标衡量材料强度的重要指标l 强化阶段最高点的应力强化阶段最高点的应力l 材料在破坏之前承受的最大应力材料在破坏之前承受的最大应力b384 4、颈缩阶段、颈缩阶段dede（局部变形阶段）（局部变形阶段）oabcdePesb395 5、塑性材料力学性能的三类指标、塑性材料力学性能的三类指标oabcdePesb弹性极限弹性极限e 比例极限比例极限P屈服极限屈服极限s强度极限强度极限b 即抗拉强度即抗拉强度40tanE弹性模量弹性模量%
11、100001lll延伸率（延伸率（断裂伸长率断裂伸长率）0%5为塑性材料为塑性材料%5为脆性材料为脆性材料41%100010AAA低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性材料为塑性材料0断面收缩率断面收缩率42塑性材料的主要性能指标塑性材料的主要性能指标性能性能性能指标性能指标说明说明弹性性能弹性性能弹性模量弹性模量E E p p时，时，强度性能强度性能弹性极限弹性极限e e屈服极限屈服极限s s材料出现显著的塑性变形材料出现显著的塑性变形拉伸强度拉伸强度b b材料的最大承载能力材料的最大承载能力塑性性能塑性性能断裂伸长率断裂伸长率拉断时的塑性变形程度拉断时的塑性变形程度截面收缩率截面收缩率E4
12、36.6.卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化=0=0？卸载定律：卸载定律：材料在卸载过程中应力和应变是材料在卸载过程中应力和应变是线性关系，与弹性阶段的直线近似平行。线性关系，与弹性阶段的直线近似平行。=0=0oabcdek kgh e44oabcdek kgh e45比例极限增高，延伸率降低，称之为比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化冷作硬化。oabcdek kgh eP46477. 7. 其他塑性材料的拉伸性能其他塑性材料的拉伸性能1234102030 (%)0100200300400500600700800900 (MPa)1 1、锰钢、锰钢 2 2、硬铝、硬铝 3 3、退火球墨铸
13、铁、退火球墨铸铁 4 4、低碳钢、低碳钢特点：特点： 较大，为较大，为塑性材料。塑性材料。 48对于没有明显屈服阶段的塑性材料，对于没有明显屈服阶段的塑性材料，规定：规定：产生产生0.2%0.2%塑性应变时的应力为塑性应变时的应力为名义屈服极限名义屈服极限，0.20.2来表示。来表示。o%2 . 02 . 049灰口灰口铸铁拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的力学性能obt拉伸破坏特点：拉伸破坏特点：l 拉伸时的应力应变曲线为微弯拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，无屈服和颈缩现象，在较的曲线，无屈服和颈缩现象，在较小的应力下试件突然拉断。小的应力下试件突然拉断。l 断后伸长率约为断后伸长率约为0.5%，为典型，为典型的脆性材料。的脆性材料。l 拉伸强度极限拉伸强度极限bt 是衡量脆性材是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。不抗拉不抗拉5051塑性材料的特点：塑性材料的特点：断裂前变形大，塑性指断裂前变形大，塑性指标（标（、）高，抗拉能力强。）高，抗拉能力强。常用指标常用指标-弹性极限、屈服极限、拉伸强度；弹性弹性极限、屈服极限、拉伸强度；弹性模量；断裂伸长率、断面收缩率模量；断裂伸长率、断面收缩率。脆性材料的特点：脆性材料的特点：断裂前变形小，塑性指断裂前变形小，塑性指标低。标低。唯一指标唯一指标是是 b。52Thank you !
