浙大 材料的性能复习资料汇总

成疲劳条带。

第二阶段疲劳条带形成的塑性钝化模型：在交变应力作用下，裂纹受拉应力作用先张开，裂纹尖端处于应力集中，沿45o方向发生滑移——>拉应力最大时，滑移区扩大，裂纹尖端变半圆形，发生钝化，裂纹停止扩展——>当为压应力时，滑移方向相反，裂纹尖端被压成耳状切口——>当压应力最大时，裂纹表面被压合，裂纹尖端又由钝变锐，形成一对锐角——>循环一周期，断口变留下一条疲劳条带，裂纹向前扩展一段距离——>如此反复进行，不断形成条带，疲劳裂纹不断向前扩展。（第二阶段就是应力循环时裂纹尖端钝、锐变化的过程。）

条带间距表示裂纹扩展速率，间距越宽，则裂纹扩展速率越大。

贝纹线是由于交变应力振幅变化或载荷大小改变等原因，在宏观断口上遗留的裂纹前沿痕迹，是疲劳断口的宏观特征。疲劳条带是其微观特征。

3疲劳性能指标： ○

从加载开始到试样断裂所经历的应力循环次数定义为该试样的疲劳寿命，符号为Nf。在不同应力幅?a下试验一组试样，得到lg?a-lg Nf曲线，这就是疲劳寿命曲线。

1）低循环疲劳区（短寿命区）：有较明显的塑性变形。 2）高循环疲劳区（长寿命区）：无明显的塑性变形，表现为脆性断裂。 3）无限寿命区（安全区）：临界应力为?ac，为材料的理论疲劳极限或耐久极限。

工程上的疲劳极限为：在给定的疲劳寿命下，试样所能承受的上限应力幅值。 对于结构钢，给定寿命常取Nf=107周次，在应力比R=-1时测定的疲劳极限

??1?1/（2?a,i??a,i?1) ，?a,i时疲劳寿命小于107周次，?a,i?1时疲劳寿命大于

107周次，并且?a,i-?a,i?1?5%?a,i。

4疲劳裂纹扩展速率： ○

研究疲劳有两目的：1）定寿；2）延长疲劳寿命

疲劳寿命Nf由“裂纹形成寿命N0”和“裂纹扩展寿命Np”裂纹由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的加载循环次数。

5影响疲劳的因素 ○

1影响疲劳极限的因素： □

1）频率有影响。 2）金属在低于或接近疲劳极限的应力下运转一定循环次数后，其疲劳极限提高，

这种现象称为“次载锻炼”。

3）表面存在缺口时，引起缺口应力集中，而使疲劳寿命短，疲劳寿命降低。 4）表面粗糙度越高，材料的疲劳极限越低。粗糙、加工痕迹、记号等导致疲劳极限下降。

5）提高疲劳极限——表面强化处理：表面淬火、渗碳、氮化；喷丸、滚压等表面冷塑性变形加工。

2影响疲劳寿命的因素： □

1）当裂纹尖端存在粗大的夹杂物或脆性相时，疲劳裂纹扩展不以韧性条带，而是以韧窝形成或脆性解理的机理进行，结果疲劳裂纹扩展速率增大，使寿命降低。

2）细化晶粒可延长疲劳寿命，由于晶界两侧晶粒位向不同，当疲劳裂纹扩展到晶界时，被迫改变扩展方向，并使疲劳条带间距改变，可见晶界是扩展的障碍。

6.4材料的环境脆性

1高温蠕变断裂 ○

1）金属在高温下发生蠕变变形，最后导致材料的断裂，称为蠕变变形。

2）蠕变断裂的断口特征为：断口附近有塑性变形、变形区附近有很多裂纹、表面呈龟裂现象，且断口表面被氧化膜覆盖。微观特征为沿晶断裂为主。

3）断裂机理：在三叉晶界处形成的楔形裂纹和在晶界上由空洞形成的晶界裂纹两种方式。

4）楔形裂纹形成：高应力和低温下，晶界滑动在三晶粒处会受阻，造成应力集中而形成空洞，空洞相互连接而成。 晶界裂纹形成：低应力高温下，晶界上突起部位或细小第二相质点附近因晶界滑动产生微孔，微孔连接形成裂纹。

总之机理为 ：晶界上空洞形成和长大、相互连接。 1楔形裂纹：晶界滑动三叉晶界受阻。 ○

2晶界裂纹：晶界第二相质点。 ○

5）持久强度是衡量高温蠕变断裂的力学性能指标，它代表了材料在高温长时间载荷作用下抵抗断裂的能力。定义为在给定温度下，恰好使材料经过规定时间（寿命）t发生断裂的应力值。

6）蠕变极限：高温长期作用下材料的塑性变形抗力。

7）抗蠕变方法：

基体强化：固溶强化、析出强化和弥散强化。

晶界强化：晶界处形成大量细小析出硬化相，表面活性元素。

2应力腐蚀开裂 ○

1） 金属在拉应力和特定环境作用下，经过一段时间会出现低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。

拉应力：工作应力、加工及装配中的残余应力。

它不是应力对金属机械性的破坏和在腐蚀介质作用下的简单相加，是在拉应力和腐蚀介质的联合作用下，按特定机理断裂的。 2）应力腐蚀断裂一般属于脆性断裂。其断口与疲劳断口类似：有亚稳扩展区（腐蚀产物和氧化现象，常为黑色或灰黑色）和最后断裂区。显微裂纹有主裂纹，上有树枝状分叉。应力腐蚀断裂可以沿晶界扩展，也可能穿晶扩展，断面上还有腐蚀坑和界面滑移等形貌。宏观断口表面有腐蚀痕迹，断口粗糙。

3）应力腐蚀断裂机理——保护膜破坏理论：形成钝化膜（阻止金属发生均匀腐蚀）——>拉应力作用下,局部保护膜破裂,形成初裂纹——>破裂处与金属表面形成原电池,使腐蚀加速，保护膜为大阴极、新鲜表面为小阳极，产生点蚀坑——>另外,其在蚀坑或裂纹的尖端会形成应力集中,使阳极电位降低加速腐蚀。 若表面无钝化膜,金属会在介质中发生均匀全面腐蚀,不会产生应力腐蚀。

4）材料抵抗应力腐蚀的两个性能指标为应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt.在一定条件下KISCC为一个常数,它表示含有宏观裂纹的材料在应力腐蚀条件下的断裂韧度..

3氢脆 ○

氢脆是指环境中氢和应力共同作用下而导致金属材料产生脆性断裂的现象。 断口微观形貌沿晶断裂，有气孔状。 氢脆的机理: 1)氢蚀

氢和第二相作用生成高压气体,使基体金属晶界结合力减弱而导致脆化。 2)白点

温度降低,氢分子在缺陷处聚集, 应力把材料撕裂在钢中形成白点,实质为微裂纹。

3)氢化物致脆 4)氢致延滞断裂

氢脆与应力腐蚀都是由于环境效应而产生的延滞断裂现象。当发生应力腐蚀时，总是伴随着氢脆现象。

氢脆预防:1)环境介质 2)应力场强度 3)材质

6.5材料的磨损

1磨损：○相互接触的固体在力的作用下相对运动，由此造成的材料损失称为磨损。产生磨损的的要素为：力、相对运动、相互接触。

材料在环境与力共同作用下会引起塑性变形、形变强化以及微区的断裂。

2磨损可分为4类：粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损。 ○

磨损机理：

1）粘着磨损（咬合磨损）

微凸点——>粘着——>剪断（较软的部分）——>材料转移或形成磨损 磨损量w=KFL/3H F为接触压力，L为相对滑移距离，H为布氏硬度。 2)磨粒磨损

硬颗粒或凸出物在材料表面的摩擦过程中,使表面材料发生损耗的现象称为磨粒磨损。

材料硬度越高,抗磨粒磨损的性能越好。 3)腐蚀磨损

在磨损过程中,磨损表面与环境介质会发生化学或电化学反应,形成腐蚀产物,产物脱落就引起腐蚀磨损。

氧化磨损是最常见的腐蚀磨损。 4)疲劳磨损

疲劳磨损是两接触表面在交变压应力长期作用下产生的磨损,也称接触疲劳。 常发生在滚动轴承,齿轮上,其形貌特征为接触表面上出现许多因金属剥落形成的麻点或凹坑。

机理：表面滚动线接触时亚表层切应力最大（表面为零） 位错滑移、交互作用→空穴→孔洞、裂纹→坍塌。

5）冲蚀磨损：它是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现材料的损耗。

脆性材料的最大冲蚀率出现在正面冲击表面时；塑性材料在入射角与表面成

20o-30o，冲蚀率最大。

机理：冲击时表面产生弹、塑性变形；切削等进行探讨。

6）微动磨损：两接触表面间的小幅度相对运动称为微动，由此产生的磨损。 微动磨损兼有粘着、氧化、磨粒、疲劳磨损。凸粒微动——>塑性变形并粘着——>粘着点脱落形成磨屑——>磨屑被氧化形成氧化物——>氧化物被限制在两表面间成为磨粒，形成磨粒磨损。

3磨损试验及性能指标 ○

耐磨性指标：磨损量。

相对耐磨性?=标准试样磨损量/被测试样磨损量 磨损过程曲线分为： 1）跑台阶段