材料机械性能与检测
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国家二级标准理化实验室(做金属材料机械性能及化学成分测试
国家二级标准理化实验室(做金属材料机械性能及化
学成分测试
金属材料理化分析与无损检测实验室可提供金属材料及制品的理化性能测试、电气试验、无损检测等测试与服务，测试领域覆盖石油化工、电力、装备制造、大型钢结构、游乐设施等行业。
实验室具有中国计量认证（CMA）检验检测机构资质认定证书、中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认可证书、特种设备检验检测机构核准证和辐射安全许可证。
实验室检测
化学分析：测试金属材料中各指定元素含量，从而判断是否符合相关材料牌号或技术规范要求
机械性能测试：测试金属原材料或产品的拉伸、弯曲、冲击、压扁、硬度等项目
金相测试：测试金属材料的显微组织，晶粒度，非金属夹杂含量等项目
晶间腐蚀测试：测试金属材料的抗晶间腐蚀能力
铁素体含量测定：通过仪器法或金相法测试材料中铁素体含量紧固件测试：测试螺栓螺母的拉伸保载性能以及连接副的扭矩系数、紧固轴力、抗滑移系数
焊接接头机械性能测试：测试焊接接头拉伸、弯曲、冲击、硬度、宏观、破断测试
安全阀校验：与特种设备检测研究院中山检测院合作项目
项目现场检测
金属材料性能试验（PMI成分分析，硬度、金相、铁素体测试，涂层测厚等）
电气试验
失效分析
结合实验室和现场的所有检测能力为客户提供失效分析服务。
无损检测
无损检测中心主要从事特种设备、储罐、机械产品、金属材料以及钢结构件的射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、超声衍射时差法检测（TOFD）、涡流检测（ECT）、声发射检测（AE）、相控阵检测（PAUT）、目视检测（VT）、超声测厚等。
材料性能检测报告
材料性能检测报告1. 引言本文旨在对材料的性能进行检测，并提供详尽的报告。
材料性能检测是指通过一系列实验和测试手段来评估材料的物理、化学、机械等性能指标。
本报告将按照以下步骤进行：2. 实验目的我们的实验目的是对待测材料的物理和机械性能进行全面评估，以便更好地了解其适用范围和使用限制。
3. 实验步骤3.1 材料制备首先，我们准备了待测材料样品。
样品应具有一定的代表性，并符合实验要求。
3.2 密度测试我们使用密度计对样品的密度进行了测量。
该实验旨在确定材料的质量与体积之间的关系，从而计算出其密度。
3.3 硬度测试我们使用洛氏硬度计对样品进行了硬度测试。
这可以帮助我们了解材料的抗压能力和耐磨性。
3.4 弹性模量测试我们使用万能试验机对样品进行了弹性模量测试。
通过施加力量并测量其变形程度，我们可以计算出材料的弹性模量，从而了解其刚性和弹性。
3.5 拉伸测试我们使用拉伸试验机进行了拉伸实验。
通过施加拉力并测量样品的变形和断裂情况，我们可以评估材料的拉伸强度和延展性。
3.6 化学性质测试我们对样品进行了一系列化学性质测试，包括酸碱性、溶解性等。
这些测试可以帮助我们了解材料在不同环境下的化学稳定性和反应特性。
4. 实验结果经过上述实验步骤，我们得到了以下结果：4.1 密度测试样品的密度为X g/cm³。
4.2 硬度测试样品的硬度为X HRC（洛氏硬度）。
4.3 弹性模量测试样品的弹性模量为X GPa。
4.4 拉伸测试样品在拉伸强度测试中的最大承载力为X MPa，断裂伸长率为X%。
4.5 化学性质测试样品在酸性环境下具有较好的抗腐蚀能力，而在碱性环境下则表现出较好的溶解性。
5. 结论综合上述实验结果，我们得出以下结论：5.1 待测材料的密度适中，具有一定的质量和体积比。
5.2 待测材料的硬度较高，表现出较好的抗压能力和耐磨性。
5.3 待测材料的弹性模量较高，具有较好的刚性和弹性。
5.4 待测材料的拉伸强度较高，同时具备一定的延展性。
机械性能试验 标准
机械性能试验标准
机械性能试验标准。
机械性能试验是对材料、零部件或产品进行力学性能测试的重要手段，其结果直接影响着产品的质量和可靠性。
本文将介绍机械性能试验的标准内容，包括拉伸试验、硬度试验、冲击试验等。
首先，拉伸试验是评定材料抗拉强度、屈服强度、延伸率等重要力学性能的试验方法。
按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分，室温试验方法》的标准进行，试样应符合一定的尺寸要求，试验过程中应严格控制拉伸速度和试验环境，以确保测试结果的准确性和可比性。
其次，硬度试验是评定材料硬度、耐磨性等性能的试验方法。
根据GB/T 230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分，试验方法》的标准进行，应选择适当的硬度试验方法和试验机构，严格控制试验条件，避免外界干扰，确保测试结果的可靠性。
此外，冲击试验是评定材料抗冲击性能的试验方法。
按照GB/T 229-2007《金属材料冲击试验法》的标准进行，应选择适当的试验样品和试验设备，控制试验温度和湿度，避免试验过程中的误差和干扰，确保测试结果的准确性和可比性。
总之，机械性能试验标准对于评定材料、零部件或产品的力学性能具有重要意义，严格按照相关标准进行试验，可以确保测试结果的准确性和可靠性，为产品质量和可靠性提供有力支撑。
希望本文的介绍能够对机械性能试验的标准有所帮助，谢谢阅读。
材料力学性能试验有哪些带你了解材料力学性能试验!
材料力学性能试验有哪些带你了解材料力学性能试验！材料力学性能又称机械性能，任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。
这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。
检测可靠性实验室可材料力学性能试验服务。
作为第三方检测中心，机构拥有CMA、CNAS检测资质，检测设备齐全、数据科学可靠。
材料力学性能试验：拉伸试验拉伸试验是其中一种最常用的试验方法，用于测定试样在受到轴向拉伸载荷后的行为。
这些试验类型可在室温或受控（加热或制冷）条件下进行，以确定材料的拉伸性能。
适用材料：金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。
常见的拉伸试验结果：最大载荷、最大载荷下的挠度、最大载荷做功、刚度、断裂载荷、断裂时的形变、断裂做功、弦斜率、应力、应变、杨氏模量试验仪器：万能试验机，高速试验机等测试标准GB/T 6397-1986《金属拉伸试验试样》ASTM D3039-76用于测定高模量纤维增强聚合物复合材料面内拉伸性能ASTM D638用于测定试件的拉伸强度和拉伸模量材料力学性能试验：压缩试验压缩试验是一种常用于测定材料的压缩负载或抗压性的试验方法，同时也用于测定材料在受到一个特定的压缩负载并保持一段设定时间后的恢复能力。
压缩试验用于测定材料在加载下的行为。
此外也可测定一段时间内材料在（恒定或递增）载荷下可承受的最大应力。
适用材料金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。
试验仪器：万能试验机，高速试验机、压缩试验机等注意事项：（1）压缩试验主要适用于脆性材料，如铸铁、轴承合金和建筑材料等；（2）对于塑性材料，无法测出压缩强度极限，但可以测量出弹性模量、比例极限和屈服强度等。
测试标准GB/T7314-2023《金属压缩实验试样》ASTM D3410-75（剪切荷载法测定带无支撑标准截面的聚合体母体复合材料压缩特性的试验方法）GB/T7314-2023《金属材料室温压缩试验方法》材料力学性能试验：弯曲试验材料机械性能试验的基本方法之一，测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验。
机械力学性能测试与分析
机械力学性能测试与分析一、引言机械力学是研究物体静力学与动力学性能的学科，是工程学的重要基础。
在机械工程领域，如果不对机械的力学性能进行准确的测试与分析，就无法保证机械的可靠性和安全性。
因此，机械力学性能测试与分析是非常重要的一项工作。
二、机械力学性能测试1. 材料强度测试材料的强度是指材料抵抗外力引起变形或破坏的能力。
材料强度测试通常包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
拉伸试验可以通过施加逐渐增加的拉应力，观察材料的断裂情况来确定材料的屈服强度和断裂强度。
压缩试验则是施加逐渐增加的压应力，观察材料的弹性和塑性变形情况。
弯曲试验则是将材料固定在两个支撑点上，施加逐渐增加的弯矩，观察材料的弯曲变形和断裂情况。
2. 刚度测试刚度是指物体抵抗外力变形的能力。
刚度测试可以通过施加力和测量物体的变形来评估物体的刚度。
例如，弹簧的刚度可以通过施加一定的力并测量其弹性变形来确定。
在机械工程领域，常用的刚度测试方法有拉伸刚度测试、弯曲刚度测试等。
3. 疲劳寿命测试在机械工程中，疲劳寿命是指机械在经历长时间重复载荷作用后失效的时间。
疲劳寿命测试是通过对机械或材料施加连续大幅度载荷，观察其疲劳性能和寿命。
常见的疲劳寿命测试方法有旋转疲劳测试、往复疲劳测试等。
三、机械力学性能分析1. 强度分析强度分析是对机械在外力作用下的抗变形和抗破坏能力进行分析。
通过对材料的力学特性和受力情况进行分析，可以预测机械在不同载荷下的强度和稳定性。
强度分析对于设计安全可靠的机械至关重要。
2. 刚度分析刚度分析是对机械刚度进行分析，以确定机械在受力后的变形情况。
通过刚度分析，可以评估机械的工作性能和可靠性。
刚度分析常用的方法包括有限元分析、受力分析等。
3. 疲劳分析疲劳分析是对机械在长期重复载荷下失效的情况进行分析。
通过疲劳分析，可以评估机械的寿命和使用安全性。
疲劳分析常用的方法有多轴位疲劳分析、循环应力分析等。
四、应用实例1. 汽车制动系统的力学性能测试与分析汽车制动系统是保证驾驶安全的重要组成部分。
钢铁行业钢材质量检验的五个标准与流程
钢铁行业钢材质量检验的五个标准与流程钢铁行业是现代工业重要的基础材料之一，而钢材的质量检验对于确保产品的安全性和可靠性至关重要。
本文将介绍钢铁行业中的五个标准和相应的质量检验流程，以确保钢材的质量达到国家和行业的要求。
一、化学成分标准与检验流程钢材的化学成分是其重要指标之一，它直接影响钢材的强度和其他性能。
常见的化学成分标准包括C（碳）、Si（硅）、Mn（锰）、P （磷）、S（硫）等。
化学成分的检验流程通常包括取样、样品制备、试样分析等步骤。
这些步骤的目的在于确保所检测到的钢材化学成分准确可靠。
二、机械性能标准与检验流程机械性能是指钢材在力学作用下所表现出的特性，包括强度、延展性、韧性等。
常见的机械性能标准包括抗拉强度、屈服强度、伸长率等。
机械性能的检验流程通常涉及试样的制备、试验设备的选择和标定、试验过程的控制等环节，以确保钢材的机械性能符合要求。
三、表面质量标准与检验流程钢材表面的质量对于使用过程中的使用性能和外观效果有重要影响。
因此，表面质量的检验标准也是钢材检验中的重要部分。
常见的表面质量标准包括平整度、氧化物、划痕、锈蚀等指标。
表面质量的检验流程通常包括表面清洁、目测检查、测量仪器的使用等步骤，以确保钢材表面的质量符合要求。
四、尺寸偏差标准与检验流程钢材的尺寸偏差是指其实际尺寸与标准尺寸之间的差异。
尺寸偏差标准不仅包括钢材的长度、宽度、厚度等尺寸指标，还包括钢材的直线度、弯曲度等要求。
尺寸偏差的检验流程通常包括测量工具的选择和校准、测量方法的确定、测量数据的记录与分析等步骤，以确保钢材的尺寸偏差符合标准要求。
五、包装与标志标准与检验流程钢材的包装与标志直接影响其运输、储存和使用过程中的安全性和可追溯性。
常见的包装与标志标准包括包装方式、标志内容和位置等。
包装与标志的检验流程主要包括检查包装是否完好、标志是否清晰可辨等环节，以确保钢材的包装与标志符合标准要求。
综上所述，钢铁行业钢材质量检验的五个标准与流程是化学成分、机械性能、表面质量、尺寸偏差以及包装与标志等方面的要求。
塑料机械力学性能试验项目有哪些塑料的力学性能测试
塑料机械力学性能试验项目有哪些塑料的力学性能测试塑料材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。
常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
检测橡塑材料检测实验室可各类塑料性能测试服务。
作为第三方检测中心，机构拥有CMA、CNAS检测资质，检测设备齐全、数据科学可靠。
塑料机械力学性能：密度与比重试验塑料的比重是在一定的温度下，秤量试样的重量与同体积水的重量之比值，单位为g/cm3，常用液体浮力法作测定方法.在质量相同的条件下，密度越轻，根据ρ=m/V，比重越小，在等体积，价格相同的情况下，比重越小的材料可以制造的产品越多，单个产品的材料成本也就越低，而且可以减少产品的重量，节省运输等费用。
所以，比重是非常重要的属性。
特别是在塑料代替金属等材料的时候，是特别大的一个优势。
塑料机械力学性能：拉伸/弯曲试验在拉伸性能的测试中，通常的测试项目为拉伸应力、拉伸强度、拉伸屈服强度、断裂伸长率、拉伸弹性模量，弯曲模量/弯曲强度等。
拉伸测试：测定高聚物材料的基本物性，对材料施加应力后，测出变形量，求出应力，应力应变曲线是最普通的方法。
将样条的两端用器具固定好，施加轴方向的拉伸荷重，直到遭破坏时的应力与扭曲。
弹性模量：E=（ F/S）/（dL/L）（材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系）弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
弹性模量的意义：弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反应。
塑料机械力学性能：冲击试验定义：摆锤打击简支梁试样的中部，使试样受到冲击而断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度。
意义：冲击韧性是描述高分子材料在高速碰击下所呈现的坚韧程度，或抗断裂能力。
一般来说，冲击韧性包括两个方面：受冲击后的变形能力以及扛断裂能力，前者一般用断裂伸长率表示，而后者一般用冲击强度来表示。
机械设计中的材料选择与性能评估
机械设计中的材料选择与性能评估在机械设计中，材料选择和性能评估是至关重要的步骤。
正确选择材料可以确保机械部件的可靠性和性能，而性能评估则可以衡量材料在特定工作条件下的表现。
本文将探讨机械设计中的材料选择和性能评估的关键因素以及常用的方法和技术。
一、材料选择的关键因素在机械设计中，材料选择的关键因素包括机械部件的功能要求、机械部件的工作环境以及材料的可获得性和成本等。
首先，了解机械部件的功能要求是选择材料的基础。
例如，如果机械部件需要承受高温环境下的高载荷，那么选择具有良好高温强度和耐腐蚀性能的材料是至关重要的。
其次，机械部件的工作环境也是材料选择的重要因素。
机械部件可能会处于潮湿、腐蚀或高压等恶劣环境中，这就要求选用具有良好抗腐蚀性能或高压强度的材料。
此外，还要考虑机械部件的摩擦和磨损等特性，这对材料的选择也有很大的影响。
最后，材料的可获得性和成本也是需要考虑的因素。
一些高性能材料可能难以获得或价格昂贵，对于小规模生产的机械部件来说可能不划算。
因此，在选择材料时，需要综合考虑机械部件的需求和可得性等因素，以找到最佳的平衡点。
二、材料选择的常用方法和技术在机械设计中，常用的材料选择方法包括数据库比较法、知识库和经验法、模拟和仿真方法等。
其中，数据库比较法是最常见的方法之一。
在机械工程领域，已经建立了大量的数据库，记录了各种材料的性能指标和特性。
通过比较不同材料的性能指标，可以选择最适合的材料。
知识库和经验法是另一种常用的选择方法。
机械工程师在长期实践中积累了大量的经验和知识，可以根据自己的经验来选择材料。
此外，也可以借鉴先进的机械设计案例，查看类似机械部件使用的材料，从中学习和借鉴。
在现代的机械设计中，模拟和仿真方法也越来越受到重视。
通过建立数学模型和进行仿真分析，可以预测不同材料在特定工况下的性能表现。
这种方法可以节省试验时间和成本，提高设计效率。
三、性能评估的关键因素性能评估是材料选择的补充步骤，用于评估所选材料在实际工作条件下的性能表现。
各向异性材料的机械性能测试与模拟研究
各向异性材料的机械性能测试与模拟研究概述各向异性材料是指其性能在不同方向上存在差异的材料，广泛应用于许多工程领域。
为了了解和优化各向异性材料的机械性能，需要进行准确的测试和模拟研究。
本文将介绍各向异性材料机械性能的测试方法和模拟技术，并探讨其在工程实践中的应用。
1. 各向异性材料的机械性能测试1.1 压缩试验压缩试验是评估各向异性材料抗压性能的常见方法。
通过施加垂直于材料表面的静态或动态压力，可以测量材料在不同方向上的应力-应变关系。
此外，还可以使用压缩试验来确定各向异性材料的弹性模量、强度和变形特性。
1.2 拉伸试验拉伸试验用于评估各向异性材料的抗拉性能。
在该试验中，材料样本在引伸机上进行单向拉伸，测量其应力-应变关系。
拉伸试验可以揭示材料的强度、延展性和断裂韧性等性能，并提供各向异性材料在不同方向上的力学行为。
1.3 剪切试验剪切试验用于评估各向异性材料的剪切强度和变形特性。
该试验通过施加垂直于材料表面的切应力，测量材料的剪应力-剪应变关系。
剪切试验可以提供各向异性材料在不同剪切方向上的力学性能，并评估其刚度、强度和变形行为。
2. 数值模拟研究2.1 有限元分析有限元分析是一种常用的数值模拟方法，广泛应用于各向异性材料的机械性能研究中。
通过将各向异性材料分割为有限数量的单元，建立材料的有限元模型，并利用数值方法求解模型，可以得到各向异性材料在不同方向上的力学响应。
有限元分析能够模拟各向异性材料的非线性、破坏和失效行为，为设计和优化各向异性材料结构提供重要指导。
2.2 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种用于研究材料微观行为的模拟方法。
通过建立原子间相互作用势能模型和运动方程，模拟各向异性材料的原子结构和力学特性。
分子动力学模拟可以研究各向异性材料的结构演化、变形机制和断裂行为，揭示材料微观尺度上的性能差异。
3. 应用案例3.1 各向异性复合材料设计与优化借助机械性能测试和模拟技术，可以对各向异性复合材料的结构和性能进行研究和优化。
4材料机械性能与检测
材料弹性模量
E（GPa） 411.0 279.1 211.4 199.5 129.8 115.7 104.9 82.7 78.0 70.3 49.9 44.7
材料
金刚石 碳化钨 碳化硅 氧化铝 铅玻璃
水晶 聚苯乙烯 有机玻璃 尼龙66 聚乙烯
橡胶 气体
E（GPa） ～965 534.4 ～470 ～415 80.1 73.1
达到增韧的效果。如用ZrO2能够增韧莫来石陶瓷、尖晶陶瓷 等。 ZrO2存在三种晶型，立方、四方、单斜。
其中四方相向单斜相的相变伴随有较大的体积变化～ 7％，这种相变体积变化是相变增韧的基础。
（五）弥散增韧
在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细材料，达到增韧 的效果。微细粉体既可以是金属粉末（加入陶瓷基体之后， 以其塑性变形，来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂 的表面能，改善了韧性），也可以是非金属颗粒（在与基体 生料颗粒均匀混合之后，在烧结或热压时，多半存在于晶界 相中,以高强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂 韧性）。
塑性变形中，随材料的不同，应力与应变之间 的关系相当分散，据经验固体的塑性变形行为：
στ=K(ετ)n
στ、ετ —真实应力、应变；
K—强度系数；n—形变强化系数：
n=1理想弹性体；n=0材料没有形变强化能力
金属材料n=0.1～0.5；
塑性变形中应变受速率、温度影响，与塑性变
形的微观机理有关，据经验描述速率敏感性：
στ=K’(ετ)m ετ —真实应变速率； m—应变速率敏感指数；K’—常数,单位应变速率材料流动应力
m=1粘性固体；m值越大，拉伸时抗缩颈的能力强； m=0材料没有应变速率敏感性
塑性变形机理：由晶体滑移和孪生晶引起的。
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Al2O3/SiC层状结构陶瓷
（八）纳米陶瓷
制备出纳米级晶粒尺寸的陶瓷材料也使得陶瓷材料的性 能得到改善，目前已有纳米Al2O3、ZrO2、TiO2、Si3N4、 SiC等陶瓷粉料和陶瓷制品。纳米陶瓷根据结构的不同，有 不同的效果。一种是全纳米陶瓷，组成材料的晶粒全部是纳 米级的晶粒，另一种是晶内型纳米结构陶瓷
材料弹性模量
E（GPa） 411.0 279.1 211.4 199.5 129.8 115.7 104.9 82.7 78.0 70.3 49.9 44.7
材料
金刚石 碳化钨 碳化硅 氧化铝 铅玻璃
水晶 聚苯乙烯 有机玻璃 尼龙66 聚乙烯
橡胶 气体
E（GPa） ～965 534.4 ～470 ～415 80.1 73.1 2.7～4.2 2.4～3.4 1.2～2.9 0.4～1.3
0.02～0.8 0.01
无机材料弹性模量
材料
E（GPa）
材料
E（GPa）
密实SiC（气孔率5%）
470 烧结MgO（气孔率5%） 210
烧结MgSi2（气孔率5%）
407
镁质耐火砖
170
烧结氧化铝（气孔率5%）
366
烧结稳定ZrO2 （气孔率5%）
150
高铝瓷（90-95%Al2O3）
366
热压BN（气孔率5%）
几种无机材料的块体纤维晶须的抗拉强度比较
材料
Al2O3
块体
0.28
抗拉强度（Gpa）
纤维
2.1
晶须
21
BeO
0.14
—
13.3
ZrO20ຫໍສະໝຸດ 142.1—Si3N4
0.12~0.14
—
14
填料对尼龙66复合材料性能的影响
（二）提高抗裂能力与预加应力——热韧性 人为地预加应力，在材料表面造成一层压应力层，可
弹性模量: 可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其
值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度 越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。
弹性变形的本质：从微观上讲，材料弹性变形是外力作用所 引起的原子间距离发生可逆变化的结果。因此，材料对弹性 变形的抗力取于原子间作用力的大小，即与原子间结合键类 型、原子大小、原子间距离有关。共价键和离子键结合的晶 体，结合力强，E都较大；分子键结合力弱，这样结合的物体 E较低。
2. 晶界蠕变
高温条件下，多晶晶界的原子容易扩散，晶 界受力后易产生滑动，促进蠕变的进行。高温越 高，晶界滑动对蠕变作用越大，在总蠕变量中， 晶界滑动的贡献约为10%。
3.扩散蠕变：高温下空 位移动造成。不受外力， 空位移动无方向性。受 力后，空位沿实线箭头 方向向两侧流动，原子 则朝虚线箭头方向流动， 使晶体产生伸长的塑性 变形。金属接近熔点温 度、应力减低的情况下 产生。
m=1粘性固体；m值越大，拉伸时抗缩颈的能力强； m=0材料没有应变速率敏感性
塑性变形机理：由晶体滑移和孪生晶引起的。
晶体受力时，晶体的一部分（主要晶面）对另一 部分发生平移滑动（滑移）。
滑移面：原子最密排晶面。
滑移方向：原子最密排方向，
滑移面和滑移方向组成滑移系统，滑移系统多，材料 塑性好。
金属材料：金属键没有方向性，滑移系统很多，如体 心立方金属（Fe、Cu等）滑移系统有48之多。 无机非金属材料：离子键和共价键构成，有明显的方 向性，只有个别滑移系统才能满足条件。晶体结构越 复杂，滑移系统越少。因此只有为数不多的无机非金 属材料晶体在常温下具有延性。如AgCl、KCl、MgO、 KBr、LiF。
将玻璃加热到转变温度以上、熔点以下，然后淬冷， 这样表面立即冷却变成刚性的，而内部仍处于熔融状态。 因内部的软化状态不会破坏，在继续冷却中，内部将比表 面以更大的速率收缩，使表面受压、内部受拉，结果在表 面形成残留应力。
这种热韧技术近年来也用于其他结构陶瓷材料。如将 Al2O3在17000C下于硅油中淬冷，强度提高。在淬冷不仅在 表面造成压应力，而且还可使晶粒细化。利用表面层与内 部的热膨胀系数不同，也可达到预加应力的效果。
第三章 材料的机械性能与检测
材料的机械性能是指使用过程中受到外界 各种作用力（如压缩、拉伸力、弯曲力、剪切 力、摩擦力和撞击力）的作用而使形状和体积 发生变化，甚至导致断裂的行为。包括：
弹性变形、 塑性变形、
蠕变性、 硬度、
脆性断裂与耐磨性。
3.1 材料的变形及力学性能
一．材料的变形 二．材料的强化 三．材料力学试验及测试原理
83
烧结氧化铍（气孔率5%）
310
SiO2玻璃
72
烧结TiC（气孔率5%）
310
莫来石瓷
69
热压B4C （气孔率5%）
290
滑石瓷
69
烧结Mg Al2O4 （气孔率5%）
238
石墨（气孔率20%）
9
（二） 塑性形变：外力除去后不能恢复的变形。
塑性变形中，随材料的不同，应力与应变之间 的关系相当分散，据经验固体的塑性变形行为：
高分子的高弹态是在玻璃化温度Tg以上存在的：
橡胶Tg＜室温，故橡胶在室温下具有极高的弹性。
某些高分子在室温下处于玻璃态，在外力作用下发生 的很大变形。当外力撤除后并不能回复到原来的状态， 只有加热到玻璃化温度附近才能回复。因此从机理上 来说，发生的是高弹变形，而不是粘流变形，将这种 变形称为“强迫高弹形变”。
3.2 材料的硬度及检测
3.3 材料的断裂、磨损及评定方法
3—1 材料的变形与力学性能
一．材料变形
应力（σ）：作用于被测试样单位面积上产生形变的力。应力是作用负载 与起始横截面积之比。单位：N／cm2
应变（ε）：伸长度与试样的计量长度之比，简而言之就是单位原始长度 试样的长度变化。无量纲。
伸长率 （δ ）：拉伸负载所引起试样长度的增加。 屈服点：应力—应变曲线上的应力不再增加的点。 屈服强度：应力—应变偏离比例关系时材料所承受的极限应力。即屈服点 对应的应力。 比例极限：一种材料能够承受所施加的负载而不使应力—应变关系发生任 何偏离虎克定律时的最大应力。单位：N／cm2 弹性模量（E）：在材料的比例极限以下，应力与相对应的应变之比，通常 用F／A表示，单位：N／cm2。也称杨氏模量：表征材料刚度的量。 极限强度：当材料受到压缩、拉伸或剪切作用时所能承受的最大的单位应 力。单位： N／cm2表示。 正割模量：在应力—应变曲线上任何一点的应力与应变之比。
（三）化学强化
若要求表面残余应力更高，热韧化方法难以实现，采用 化学强化（离子交换）的办法。这种技术是改变材料表面化 学的组成，使表面的摩尔体积比内部的大。（通常用大离子 置换小离子实现）表面体积膨大受到内部材料的限制，就产 生两相状态的压应力。
（四）相变增韧 利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同温度的相变，从而
的软化过程平衡。
cd—加速蠕变段，随时间延长，
蠕变速率逐渐增大，至d点产生 蠕变断裂。愈来愈大的塑性变 形便在晶界形成微孔和裂纹， 试件也开始产生缩颈，
试件实际受力面积减小而真实应力加大，因此在塑性变形速率 加快，随后试样断裂。
蠕变变形机理
1. 位错运动：一般情况下，若滑移面上的位错运动受阻，产 生塞积难以发生运动，形变强化。在高温下原子热运动加剧， 可以使从障碍中解放出来，引起蠕变。
（六）纤维增韧 在陶瓷中加入高弹性模量的纤维，纤维均布于陶瓷基体
中，达到增韧的目的为纤维增韧。纤维增韧的机理在于：陶 瓷受力时，由于纤维的强度及弹性模量高，大部分应力由纤 维承受，减轻了陶瓷的负担；而且纤维还可以阻止裂纹扩展， 起到增韧的作用。
（七）层状化结构
将陶瓷材料层状化，增加裂纹扩展时的阻 力，也能达到增强、增韧的效果。从下图可看 出层状结构使得裂纹发生了偏转。
στ=K(ετ)n
στ、ετ —真实应力、应变；
K—强度系数；n—形变强化系数：
n=1理想弹性体；n=0材料没有形变强化能力
金属材料n=0.1～0.5；
塑性变形中应变受速率、温度影响，与塑性变
形的微观机理有关，据经验描述速率敏感性：
στ=K’(ετ)m ετ —真实应变速率； m—应变速率敏感指数；K’—常数,单位应变速率材料流动应力
• 塑性研究意义：材料承受载荷的能力是强度，但塑 性指标的评价也很重要。若是强度高、塑性低，材 料在最终断裂前无任何征兆出现的现象很危险：
• 通常强度高的材料塑性低，塑性高的材料强度低。
• 真正好的材料应该是强度和塑性都高，也就是σ-ε曲 线下所包围的面积应该大。面积反映了材料发生断 裂时外界做功的大小，这个量称之为韧性。与韧性 相对的是脆性，实际表现是材料在很低的应力下 （常常低于屈服应力）发生突然的断裂。
故讨论高分子的弹性变形必须考虑温度的影响。
弹性模量
➢弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成 分和组织的变化不敏感。
➢弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表 了材料的刚度。
➢材料弹性模量越大，材料的弹性变形越难进行， 在相同应力作用下，弹性变形量也越小。
材料
钨 铬 铁 镍 铜 钛 铌 银 金 铝 镉 镁
达到增韧的效果。如用ZrO2能够增韧莫来石陶瓷、尖晶陶瓷 等。 ZrO2存在三种晶型，立方、四方、单斜。
其中四方相向单斜相的相变伴随有较大的体积变化～ 7％，这种相变体积变化是相变增韧的基础。
（五）弥散增韧
在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细材料，达到增韧 的效果。微细粉体既可以是金属粉末（加入陶瓷基体之后， 以其塑性变形，来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂 的表面能，改善了韧性），也可以是非金属颗粒（在与基体 生料颗粒均匀混合之后，在烧结或热压时，多半存在于晶界 相中,以高强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂 韧性）。
（八）纳米陶瓷
制备出纳米级晶粒尺寸的陶瓷材料也使得陶瓷材料的性 能得到改善，目前已有纳米Al2O3、ZrO2、TiO2、Si3N4、 SiC等陶瓷粉料和陶瓷制品。纳米陶瓷根据结构的不同，有 不同的效果。一种是全纳米陶瓷，组成材料的晶粒全部是纳 米级的晶粒，另一种是晶内型纳米结构陶瓷
材料弹性模量
E（GPa） 411.0 279.1 211.4 199.5 129.8 115.7 104.9 82.7 78.0 70.3 49.9 44.7
材料
金刚石 碳化钨 碳化硅 氧化铝 铅玻璃
水晶 聚苯乙烯 有机玻璃 尼龙66 聚乙烯
橡胶 气体
E（GPa） ～965 534.4 ～470 ～415 80.1 73.1 2.7～4.2 2.4～3.4 1.2～2.9 0.4～1.3
0.02～0.8 0.01
无机材料弹性模量
材料
E（GPa）
材料
E（GPa）
密实SiC（气孔率5%）
470 烧结MgO（气孔率5%） 210
烧结MgSi2（气孔率5%）
407
镁质耐火砖
170
烧结氧化铝（气孔率5%）
366
烧结稳定ZrO2 （气孔率5%）
150
高铝瓷（90-95%Al2O3）
366
热压BN（气孔率5%）
几种无机材料的块体纤维晶须的抗拉强度比较
材料
Al2O3
块体
0.28
抗拉强度（Gpa）
纤维
2.1
晶须
21
BeO
0.14
—
13.3
ZrO20ຫໍສະໝຸດ 142.1—Si3N4
0.12~0.14
—
14
填料对尼龙66复合材料性能的影响
（二）提高抗裂能力与预加应力——热韧性 人为地预加应力，在材料表面造成一层压应力层，可
弹性模量: 可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其
值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度 越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。
弹性变形的本质：从微观上讲，材料弹性变形是外力作用所 引起的原子间距离发生可逆变化的结果。因此，材料对弹性 变形的抗力取于原子间作用力的大小，即与原子间结合键类 型、原子大小、原子间距离有关。共价键和离子键结合的晶 体，结合力强，E都较大；分子键结合力弱，这样结合的物体 E较低。
2. 晶界蠕变
高温条件下，多晶晶界的原子容易扩散，晶 界受力后易产生滑动，促进蠕变的进行。高温越 高，晶界滑动对蠕变作用越大，在总蠕变量中， 晶界滑动的贡献约为10%。
3.扩散蠕变：高温下空 位移动造成。不受外力， 空位移动无方向性。受 力后，空位沿实线箭头 方向向两侧流动，原子 则朝虚线箭头方向流动， 使晶体产生伸长的塑性 变形。金属接近熔点温 度、应力减低的情况下 产生。
m=1粘性固体；m值越大，拉伸时抗缩颈的能力强； m=0材料没有应变速率敏感性
塑性变形机理：由晶体滑移和孪生晶引起的。
晶体受力时，晶体的一部分（主要晶面）对另一 部分发生平移滑动（滑移）。
滑移面：原子最密排晶面。
滑移方向：原子最密排方向，
滑移面和滑移方向组成滑移系统，滑移系统多，材料 塑性好。
金属材料：金属键没有方向性，滑移系统很多，如体 心立方金属（Fe、Cu等）滑移系统有48之多。 无机非金属材料：离子键和共价键构成，有明显的方 向性，只有个别滑移系统才能满足条件。晶体结构越 复杂，滑移系统越少。因此只有为数不多的无机非金 属材料晶体在常温下具有延性。如AgCl、KCl、MgO、 KBr、LiF。
将玻璃加热到转变温度以上、熔点以下，然后淬冷， 这样表面立即冷却变成刚性的，而内部仍处于熔融状态。 因内部的软化状态不会破坏，在继续冷却中，内部将比表 面以更大的速率收缩，使表面受压、内部受拉，结果在表 面形成残留应力。
这种热韧技术近年来也用于其他结构陶瓷材料。如将 Al2O3在17000C下于硅油中淬冷，强度提高。在淬冷不仅在 表面造成压应力，而且还可使晶粒细化。利用表面层与内 部的热膨胀系数不同，也可达到预加应力的效果。
第三章 材料的机械性能与检测
材料的机械性能是指使用过程中受到外界 各种作用力（如压缩、拉伸力、弯曲力、剪切 力、摩擦力和撞击力）的作用而使形状和体积 发生变化，甚至导致断裂的行为。包括：
弹性变形、 塑性变形、
蠕变性、 硬度、
脆性断裂与耐磨性。
3.1 材料的变形及力学性能
一．材料的变形 二．材料的强化 三．材料力学试验及测试原理
83
烧结氧化铍（气孔率5%）
310
SiO2玻璃
72
烧结TiC（气孔率5%）
310
莫来石瓷
69
热压B4C （气孔率5%）
290
滑石瓷
69
烧结Mg Al2O4 （气孔率5%）
238
石墨（气孔率20%）
9
（二） 塑性形变：外力除去后不能恢复的变形。
塑性变形中，随材料的不同，应力与应变之间 的关系相当分散，据经验固体的塑性变形行为：
高分子的高弹态是在玻璃化温度Tg以上存在的：
橡胶Tg＜室温，故橡胶在室温下具有极高的弹性。
某些高分子在室温下处于玻璃态，在外力作用下发生 的很大变形。当外力撤除后并不能回复到原来的状态， 只有加热到玻璃化温度附近才能回复。因此从机理上 来说，发生的是高弹变形，而不是粘流变形，将这种 变形称为“强迫高弹形变”。
3.2 材料的硬度及检测
3.3 材料的断裂、磨损及评定方法
3—1 材料的变形与力学性能
一．材料变形
应力（σ）：作用于被测试样单位面积上产生形变的力。应力是作用负载 与起始横截面积之比。单位：N／cm2
应变（ε）：伸长度与试样的计量长度之比，简而言之就是单位原始长度 试样的长度变化。无量纲。
伸长率 （δ ）：拉伸负载所引起试样长度的增加。 屈服点：应力—应变曲线上的应力不再增加的点。 屈服强度：应力—应变偏离比例关系时材料所承受的极限应力。即屈服点 对应的应力。 比例极限：一种材料能够承受所施加的负载而不使应力—应变关系发生任 何偏离虎克定律时的最大应力。单位：N／cm2 弹性模量（E）：在材料的比例极限以下，应力与相对应的应变之比，通常 用F／A表示，单位：N／cm2。也称杨氏模量：表征材料刚度的量。 极限强度：当材料受到压缩、拉伸或剪切作用时所能承受的最大的单位应 力。单位： N／cm2表示。 正割模量：在应力—应变曲线上任何一点的应力与应变之比。
（三）化学强化
若要求表面残余应力更高，热韧化方法难以实现，采用 化学强化（离子交换）的办法。这种技术是改变材料表面化 学的组成，使表面的摩尔体积比内部的大。（通常用大离子 置换小离子实现）表面体积膨大受到内部材料的限制，就产 生两相状态的压应力。
（四）相变增韧 利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同温度的相变，从而
的软化过程平衡。
cd—加速蠕变段，随时间延长，
蠕变速率逐渐增大，至d点产生 蠕变断裂。愈来愈大的塑性变 形便在晶界形成微孔和裂纹， 试件也开始产生缩颈，
试件实际受力面积减小而真实应力加大，因此在塑性变形速率 加快，随后试样断裂。
蠕变变形机理
1. 位错运动：一般情况下，若滑移面上的位错运动受阻，产 生塞积难以发生运动，形变强化。在高温下原子热运动加剧， 可以使从障碍中解放出来，引起蠕变。
（六）纤维增韧 在陶瓷中加入高弹性模量的纤维，纤维均布于陶瓷基体
中，达到增韧的目的为纤维增韧。纤维增韧的机理在于：陶 瓷受力时，由于纤维的强度及弹性模量高，大部分应力由纤 维承受，减轻了陶瓷的负担；而且纤维还可以阻止裂纹扩展， 起到增韧的作用。
（七）层状化结构
将陶瓷材料层状化，增加裂纹扩展时的阻 力，也能达到增强、增韧的效果。从下图可看 出层状结构使得裂纹发生了偏转。
στ=K(ετ)n
στ、ετ —真实应力、应变；
K—强度系数；n—形变强化系数：
n=1理想弹性体；n=0材料没有形变强化能力
金属材料n=0.1～0.5；
塑性变形中应变受速率、温度影响，与塑性变
形的微观机理有关，据经验描述速率敏感性：
στ=K’(ετ)m ετ —真实应变速率； m—应变速率敏感指数；K’—常数,单位应变速率材料流动应力
• 塑性研究意义：材料承受载荷的能力是强度，但塑 性指标的评价也很重要。若是强度高、塑性低，材 料在最终断裂前无任何征兆出现的现象很危险：
• 通常强度高的材料塑性低，塑性高的材料强度低。
• 真正好的材料应该是强度和塑性都高，也就是σ-ε曲 线下所包围的面积应该大。面积反映了材料发生断 裂时外界做功的大小，这个量称之为韧性。与韧性 相对的是脆性，实际表现是材料在很低的应力下 （常常低于屈服应力）发生突然的断裂。
故讨论高分子的弹性变形必须考虑温度的影响。
弹性模量
➢弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成 分和组织的变化不敏感。
➢弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表 了材料的刚度。
➢材料弹性模量越大，材料的弹性变形越难进行， 在相同应力作用下，弹性变形量也越小。
材料
钨 铬 铁 镍 铜 钛 铌 银 金 铝 镉 镁
达到增韧的效果。如用ZrO2能够增韧莫来石陶瓷、尖晶陶瓷 等。 ZrO2存在三种晶型，立方、四方、单斜。
其中四方相向单斜相的相变伴随有较大的体积变化～ 7％，这种相变体积变化是相变增韧的基础。
（五）弥散增韧
在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细材料，达到增韧 的效果。微细粉体既可以是金属粉末（加入陶瓷基体之后， 以其塑性变形，来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂 的表面能，改善了韧性），也可以是非金属颗粒（在与基体 生料颗粒均匀混合之后，在烧结或热压时，多半存在于晶界 相中,以高强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂 韧性）。