薄膜的制备及其力学性能测试方法

薄膜的制备及其力学性能测试方法

摘要：本文介绍了多种薄膜的制备方法和优缺点，同时介绍了纳米压痕和鼓泡法两种力学性能测试方法。

关键词：薄膜制备纳米压痕法鼓泡法力学性能

0引言

近年来,随着工业的现代化、规模化、产业化,以及高新技术和国防技术的发展,对各种材料表面性能的要求越来越高。20世纪80年代,现代表面技术被国际科技界誉为最具发展前途的十大技术之一。薄膜、涂层和表面处理材料的极薄表层的物理、化学、力学性能和材料内部的性能常有很大差异,这些差异在摩擦磨损、物理、化学、机械行为中起着主导作用,如计算机磁盘、光盘等,要求表层不但有优良的电、磁、光性能,而且要求有良好的润滑性、摩擦小、耐磨损、抗化学腐蚀、组织稳定和优良的力学性能。因此,世界各国都非常重视材料的纳米级表层的物理、化学、机械性能及其检测方法的研究。[1]同时随着材料设计的微量化、微电子行业集成电路结构的复杂化,传统材料力学性能测试方法已难以满足微米级及更小尺度样品的测试精度,不能够准确评估薄膜材料的强度指标和寿命 ;另外在材料微结构研究领域中, 材料研究尺度逐渐缩小,材料的变形机制表现出与传统块状材料相反的规律[2],所以薄膜的制备及其力学性能测试方法就成了重点。

1.薄膜材料的制备方法

1.1化学气相沉积法

化学气相沉积是一种材料的合成过程,气相原子或分子被输运到衬底表面附近,在衬底表面发生化学反应,生成与原料化学成分截然不同的薄膜。化合物蒸汽一般是常温下具有较高蒸汽压的气体,多采用碳氧化物、氧氧化物、卤化物、有机金属化合物等。化学气相沉积法成膜材料范围广泛,除了碱金属、碱土金属以外,几乎所有的材料均可以成膜,特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积。

1.2真空热键法

真空蒸镀法是将镀料在真空中加热、蒸发,使蒸发的原子或原子团在温度较低的基底上析出进而形成薄膜。加热镀料的方法主要是利用湾等高溶点金属通电加热(电阻加热法)和电子束加热法为主。为了防止高温热源的燃烧和镀料、膜层的氧化,必须把蒸镀室抽成真空。电阻加热法装置便宜、操作简单,广泛地应用于Cu、Ni、Au、Ag等材料成膜。而电子束加热法主要用于制备像半导体工业那样要求纯度极高的薄膜的制备,特别是在半导体和ICS导体布线用Al膜的蒸键方面应用最广。

真空蒸镀法的优点是工艺简便,纯度高,膜厚可以控制,通过掩膜易于形成所需要的图形。缺点是蒸镀化合物时由于热分解现象难以控制组分比,在低蒸气压下材料难以成膜。主要用于表面光洁、光学工业、电子工业、化学工业(如保护膜、装饰、钟表等)中。

1.3溅射键膜法

溅射现象就像是在碎石子路上投掷一个球,石子会被撞飞出去那样。靶材前面的等离子体相当于球,勒材表面的原子相当于碎石子。溅射出来的原子就在靶材对面的基底上沉积成膜。由于靶材面积大,以光源类比就相当于面光源,所以一般可以得到厚度均匀的薄膜。将靶材置于阴极,衬底置于阳极,并在阴极加一个负的直流高压电就可以在工作气氛中激发等离子体进行溅射。解决绝缘材料溅射的方法是在祀材和衬底之间施加射频交流电场,在交流电场的

负半周期内,等离子体内的正离子轰击勒材,而在正半周期内,电子被吸引到把表面中使正电荷得到中和。如果在勒的周围加上一个设计好的恒定磁场,将电子和高密度等离子体束缚在靶材表面附近,使得正离子有效地轰击靶面,可以显著地提高溅射速率,并且降低了衬底温度,避免了高能电子对衬底的轰击。这种方法叫做磁控溅射。

溅射镇膜法的优点主要有:膜基附着性能好,晃于保持化合物、合金的组分比。但是需要溅射靶,靶材需要精制,而且利用率低,不便于采用掩膜沉积。主要用于表面光洁、电子工业、保护膜、钟表眼镜、装饰和光学工业等[3]。

1.4激光脉冲沉积法

随着高能脉冲激光器的出现,激光被用作蒸发热源,并取得了成功,这种技术被称为激光脉冲沉积。和传统的真空蒸发锻膜不同,高能激光可以使被照射区域的温度提高到上万度,导致被照射区域从简单的加热到以等离子体形式烧烛。烧烛物沿表面层法向喷出,与反应室内气氛气体的原子或分子发生弹性或反应性碰撞。并且烧烛物在气氛气体中激发起一个强冲击波,导致气氛气体或原子的激发、离解和电离,并进一步引起烧烛物中金属元素和气氛气体的化学反应。到达基底的烧烛物可能由于衬底的高温而挥发,或者被后续的烧烛物轰击而被溅射,沉积在衬底上的物质最终成核生长形成薄膜。

激光脉冲沉积的优点为:可以生长和靶材成份一致的多元化合物薄膜;易于在较低温度下原位生长取向一致的织构膜和外延单晶膜;由于激光的能量高,可以沉积难熔薄膜;灵活的换靶装置便于实现多层膜及超晶格膜的生长;在生长过程中可以原位引入多种气体,提高薄膜的质量;污染小。其缺点为:薄膜存在表面颗粒问题;很难进行大面积薄膜的均匀沉积。

1.5分子束外延法

分子束外延法是利用分子束在超高真空系统中进行外延生长的方法。分子束外延过程是在超高真空中进行的,这样才能保证分子束具有较大的平均自由程,从而按照设计的路线射到衬底表面。这是分子束外延区别与其他薄膜生长方法的鲜明特点。这一特点带来了多种好处。首先,可以把要求高真空条件工作的分析装置结合到外延生长系统中去。为在确定的条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件。其次,生长速率可以调节的很慢,使得外延层厚度可以得到精确控制,生长表面或界面可达到原子级光滑度,因而可以制备极薄的薄膜。

1.6溶胶一凝胶法

溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,溶胶的胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法的优点是由于原料是液体,精制容易，便于获得均质且纯度较高的薄膜,缺点是必须要经过高温热处理才能得到需要的材料。溶胶凝胶法一般用于玻璃、陶瓷、塑料的覆层,触媒层、光学层等方面。

1.7电沉积法

电沉积法是指电流通过电解液中的流动而发生化学反应,最终在阴极上沉积薄膜的制备方法。电沉积法只适用于在导电衬底上沉积金属和合金。电沉积法制备薄膜的原理为:离子被加速向与其极性相反的阴极,在阴极处,离子形成双层,它屏蔽了电场对电解液的大部分作用。在双层区(大约30nm厚),电压降导致此12{具有相当强的电场(107V/cm)。在水溶液中,离子被溶入到薄膜以前经历了下列一系列的过程:去氧、放电、表面扩散、成核结晶。

电沉积方法的优点是薄膜沉积速度较快,衬底可以使任意形状,价格便宜,易于大批生产,适合金属、合金、非晶态及复合膜层敏制,缺点是需要浸入电解液中,需要采用导电性基板,难以采用掩膜电披,需要考虑环保问题。电沉积法主要应用在工件表面处理,装饰,电子工业,

表面保护等方面。

2.力学性能测试方法

2.1纳米压痕方法

为了便于理论分析,通常用一个轴对称压头作为纳米压痕试验的理论模型,图2一3为试验过程中压痕剖面变化的示意图。当压头压入试样后,压头附近的材料首先产生弹性变形,随着载荷的增加,试样开始产生塑性变形,样品中出现一个与压头形状匹配的压痕,压痕的接触深度为h。,接触圆半径为a。当压头卸载时,仅仅弹性变形得到恢复。图2一4给出了一个完整的加载一卸载循环过程的载荷(F)一位移(h)变化曲线。

压痕硬度和压痕模量的计算公式如下:

p

max IT A F H =(2-1)

Fmax 一最大载荷,Ap 一相应载荷下的接触投影面积。

式2一1是用压痕硬度的普遍定义。由这个定义可知,这里的压痕硬度是由接触载荷除以相应的受载接触面积得到的。这需要与传统的硬度定义接触载荷除以残余压痕面积相区别。当塑性形变为主或全部是塑性形变的时候,由这两个定义得到的计算结果很接近。但是,对于弹性形变为主的时候计算结果就完全不同了,因为纯弹性形变的材料使得压痕残余面积很小,用传统的硬度定义计算得到的硬度为无穷大。因为纯弹性接触、尖压头测试薄膜时压头周围的弹性接触都是非常常见的,所以用球形压头得到的接触面积的细微差别显得尤其重要。在这些情况下,传统的硬度定义公式计算得到的硬度值要大于式2一1的计算结果。 折合模量的计算公式见式2一2。

A

S 2E r βπ=(2-2) 这里,S 为卸载曲线顶部的斜率,又称弹性接触刚度或接触刚度,Er 为约化压痕模量,β是与压头几何形状相关的常数[4]。式2一2是建立在弹性接触理论基础上的[5-7],但它也适合其他形状的压头,只不过β值不同。对圆锥压头和球压头,β=l,对维氏压头,β=1.012,对Berkovieh 和eube 一eorner 压头,β=1.034。Er 被用来解释压头和试样的复合弹性形变,由Er 可得出被测材料的压痕弹性模量E IT.。

i

2

i IT 2r E v 1E v 1E 1---=(2-3) 此处V 为被测材料的泊松比,Ei 、V i 分别为压头的压痕模量和泊松比。

从式2一l 和式2一2可知,要计算出压痕硬度0和压痕压痕模量就必须精确地测量弹性接触刚度S 和加载时的投影接触面积A P 。纳米压痕硬度和传统的压痕硬度之间的要差别就是在接触面积的确定方式上,它是通过对载荷一位移曲线进行分析后计算出投影接触面积的。目前确定接触面积的方法应用最广泛的是0liver 一Pharr 方法。该方法的原理和过程如下:首先,通过将卸载曲线的载荷与位移的关系拟合为一指数关系,

m f )h h (B F -= (2-4)

此处B 和m 为拟和参数,hf 为完全卸载后的位移。

对式(2一4)微分就可得到弹性接触刚度:

1m f max h h )h h (Bm dh dF S max

-=-=??? ??= (2-5) 由式(2一4)所表示的卸载曲线与实际卸载曲线往往有一些偏差,特别是对梯度材料和薄膜材料等深度上不均匀的样品,按式2一4对整条卸载曲线拟合常常导致非常大的误差。因此,确定弹性接触刚度的曲线拟和通常只取卸载曲线顶部的25%到50%[8]。

为了确定接触面积Ap ,首先必须知道接触深度hc ,对于弹性接触,接触深度总是小于总的穿透深度(即最大位移hmax )。根据有关弹性接触理论,可得出接触深度:

S

F h h max c ε-= (2-6) 式中ε是一与压头形状有关的常数。对球形压头于ε=0.75,圆锥压头ε=0.72。用于ε=0.75对Berkovich 压头利用式2一6计算弹塑性压痕也是适用的,并己经过了有限元分析的证实[9]。 有了h C ,就可以根据仪器化压痕试验常用压头的面积函数计算出投影接触面积Ap 。但这些压头面积函数往往仅适合于压痕深度>=6μm 时的情况,这是由于实际压头的形状和尺寸与理想压头有偏差,压痕深度越浅,这一偏差所占的比重越大。例如,对于纳米压痕常用的修正Berkovich 压头,理想Ap =24.50hc 2,实际压头的投影接触面积表示为一个级数:

212c 70

i i c p h C h 50.24A ∑=+= (2-7)

式(2一7)中,Ci 指对不同的压头有不同的值,它可通过实验求出。面积函数的校准对测试结果影响很大。校准面积函数的方法分为直接法和间接法。直接法是指直接用原子力显微镜测量建立面积函数,这种方法不方便,所以也很少使用。间接法是在假设弹性模量不依赖压痕深度,样品均匀、表面无氧化污染,并且不考虑凸起(Pile--uP )或凹陷(sink 一in ),在己知弹性模量的参考样品上进行一系列不同深度的测试,最后根据测试结果,以及刚度计算公式和接触深度计算公式得到接触面积:

2r

)E S (4A βπ=(2-8) 以A 和hc 画图,拟合出函数形式的系数:

1n 21

80n c

n h C A -∑== (2-9)

式中Cn 为曲线拟合常数。该函数形式可以方便的描述压针的几何形状[10]。

2.2鼓泡法

鼓泡实验装置如图1所示。实验中,用胶粘剂将分离膜粘贴于带孔基体上,或用微细加工技术在有膜的基体上加工出一个小孔,然后安装在设备的测试台上。在独立膜一侧逐渐增加均匀压力,并测量出独立膜中心的挠度(膜中心鼓起的高度),从而得到膜的挠度随压力的变化曲线,该曲线中包含了薄膜的力学参数。依据压力与挠度的变化规律,结合适当的力学理论模型,就可求得薄膜的应力-应变曲线以及弹性模量和残余应力。

鼓泡实验在其初始发展阶段所采用的试样为圆形独立膜试样。Beams 采用的是在管内已粘结了清漆的金属管一端镀金属膜,然后去掉管内清漆的方制取独立膜试样。Catlin 和W alker 在氯化钾晶体上沉积单晶金膜,然后,在氯化钾基体上用水冲溶出小孔洞的方法制取试样。不过,人们采用较多的方法是用分离膜粘贴或装夹在带圆孔的基体上制取试样。

鼓泡实验的结果对试样内独立膜尺寸变化极为敏感。因而,鼓泡实验的精度与试样制备的精度有密切联系。例如,圆形独立膜试样膜基结合处孔的椭圆度以及边沿几何形状都显著地影响着鼓泡实验的测量精度。早期的制样方法难以保证实验精度。近年来,人们把半导体工业中的标准微细加工技术用于制备独立膜试样,保证了独立膜的尺寸精度。

鼓泡实验中,实验得到的是压力-挠度(高度)曲线,它与独立膜的几何形状及强度有关。在已知膜中心挠度随压力变化的理论关系(即理论模型)后,就可以根据实验结果拟合出薄膜的杨氏模量和残余应力。人们为提高实验结果解释的准确性,对鼓泡实验的力学理论模型进行了不断的探索和研究。已有的几种力学模型介绍如下。对圆形独立膜试样, Beams 等人假定鼓起独立膜的形状为球冠状,一些研究者基于这种假设推导了不同初始条件下鼓泡实验的力学方程。在鼓泡实验中,球冠形状应力应变计算图如图2所示。这里,加载压力为p,薄膜内应力为e,应变为X,t 为薄膜厚度,R 为球冠半径,a 为圆孔半径,h 为薄膜中心挠度(鼓起高度)

根据力学平衡条件,膜内应力可以表达为:ht

4pa e 2

= （1） 若试样制好后,独立膜内无残余应力且处于无皱折的平坦状态。对这种初始条件,依据球冠形状设和a 》h 假设,可求得膜内应变为:

22

a

3h 2X = (2) 把实验中测得压力p 和高度h 值代入(1)和(2)式可求得应力、应变值。对线弹性材料,压力-挠度有以下关系:

34h a

3Yt 8p = (3) 这里:Y 为杨氏模量,等于E/(1-ν);E 为弹性模量;ν为泊松比[11]。

独立膜处于无应力平坦状态的情况较少,多数情况是膜在基体上膜内有残余应力的存在,在制备成独立膜后,膜处于松弛(残余应力为压应力)或张紧状态(残余应力为拉应力)。残余应力为拉应力时,在制备成独立膜后,膜处于张紧的平坦状态,膜内应力保持不变。鼓泡实验时,独立膜总应变(X)为残余拉应力(e0)对应应变(X0)与外加载荷(p)对应应变(Xb)之和,即:

0b X X X +=(4)

或 Y

e a 3h 2X 022+=(4′) 这时,方程(1)仍然适用。对线弹性材料,压力与最大挠度(即球冠高度)有以下关系:

3402h a

3tY 8h e a t 4p +=(5) 2402h a

3tY 8e a t 4h p +=(5’) 由(5′)式可以看出:p/h 与h2是线性关系。由这条直线的截距和斜率可求得膜内残余应力e0和杨氏模量Y 。

3.参考文献：

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[2] 郭荻子、林鑫、赵永庆、曹永青 纳米压痕方法在材料研究中的应用 材料导报 2011

年7月（上）第25卷第7期

[3] 胡坤基于柔性衬底的金属薄膜力学性能的尺寸效应南京大学2013-05-28

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[10] 王春亮 纳米压痕试验方法研究 机械科学研究总院 2007-06-28

[11]任凤章、鞠新华、周根树、胡志忠、赵文轸、郑茂盛鼓泡法薄膜力学性能测试的研究现状 稀有金属材料与工程 2001年10月第 30卷第5期

最新金属的力学性能测试题及答案

第一章金属的力学性能 一、填空题 1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。 2、金属材料的性能可分为两大类：一类叫_____________，反映材料在使用过程中表现出来的特性， 另一类叫__________，反映材料在加工过程中表现出来的特性。 3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能，叫做金属________。 4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度，常用的强度判断依据是__________、___________等。 5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性，常用的塑性判断依据是________和_________。 6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。 二、单项选择题 7、下列不是金属力学性能的是（） A、强度 B、硬度 C、韧性 D、压力加工性能 8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力——伸长曲线（拉伸图）可以确定出金 属的（） A、强度和硬度 B、强度和塑性 C、强度和韧性 D、塑性和韧性 9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为（） A、抗压强度 B、屈服强度 C、疲劳强度 D、抗拉强度 10、拉伸实验中，试样所受的力为（） A、冲击 B、多次冲击 C、交变载荷 D、静态力 11、属于材料物理性能的是（） A、强度 B、硬度 C、热膨胀性 D、耐腐蚀性 12、常用的塑性判断依据是（） A、断后伸长率和断面收缩率 B、塑性和韧性 C、断面收缩率和塑性 D、断后伸长率和塑性 13、工程上所用的材料，一般要求其屈强比（） A、越大越好 B、越小越好 C、大些，但不可过大 D、小些，但不可过小 14、工程上一般规定，塑性材料的δ为（） A、≥1% B、≥5% C、≥10% D、≥15% 15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是（） A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上方法都可以 16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法（） A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上方法都不宜 17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试（） A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上都可以 18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而（） A、变好 B、变差 C、无影响 D、难以判断 19、判断韧性的依据是（） A、强度和塑性 B、冲击韧度和塑性 C、冲击韧度和多冲抗力 D、冲击韧度和强度 20、金属疲劳的判断依据是（） A、强度 B、塑性 C、抗拉强度 D、疲劳强度 21、材料的冲击韧度越大，其韧性就（） A、越好 B、越差 C、无影响 D、难以确定 三、简答题 22、什么叫金属的力学性能？常用的金属力学性能有哪些？

材料力学性能试题(卷)集

判断 1.由内力引起的内力集度称为应力。（×） 2.当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。（√） 3.工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力条件下产生的弹性变形就越大。（×） 4.弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。（√） 5.滑移面和滑移方向的组合称为滑移系，滑移系越少金属的塑性越好。（×） 6.高的屈服强度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能。（×） 7.固溶强化的效果是溶质原子与位错交互作用及溶质浓度的函数，因而它不受单相固溶合金（或多项合金中的基体相）中溶质量所限制。（×） 8.随着绕过质点的位错数量增加，留下的位错环增多，相当于质点的间距减小，流变应力就增大。（√） 9.层错能低的材料应变硬度程度小。（×） 10.磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以腐蚀的危害最大。（×） 11.韧性断裂用肉眼或放大镜观察时断口呈氧化色，颗粒状。（×） 12.脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，长呈放射状或结晶状。（√） 13.决定材料强度的最基本因素是原子间接合力，原子间结合力越高，则弹性模量、熔点就越小。（×） 14.脆性金属材料在拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零。（√） 15.脆性金属材料在压缩时除产生一定的压缩变形外，常沿与轴线呈45°方向产生断裂具有切断特征。（√）

16.弯曲试验主要测定非脆性或低塑性材料的抗弯强度。（×） 17.可根据断口宏观特征，来判断承受扭矩而断裂的机件性能。（√） 18.缺口截面上的应力分布是均匀的。（×） 19.硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。（√） 20.于降低温度不同，提高应变速率将使金属材料的变脆倾向增大。（×） 21.低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧下降的结果。（×） 22.体心立方金属及其合金存在低温脆性。（√） 23.无论第二相分布于晶界上还是独立在基体中，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。（√） 24.细化晶粒的合金元素因提高强度和塑性使断裂韧度K IC下降。（×） 25.残余奥氏体是一种韧性第二相，分布于马氏体中，可以松弛裂纹尖端的应力峰，增大裂纹扩展的阻力，提高断裂韧度K IC。（√） 26.一般大多数结构钢的断裂韧度K IC都随温度降低而升高。（×） 27.金属材料的抗拉强度越大，其疲劳极限也越大。（√） 28.宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。（√） 29.材料的疲劳强度仅与材料成分、组织结构及夹杂物有关，而不受载荷条件、工作环境及表面处理条件的影响。（×） 30.应力腐蚀断裂并是金属在应力作用下的机械破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的叠加所造成的。（×） 31.氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状。（√） 32.含碳量较低且硫、磷含量较高的钢，氢脆敏感性低。（×） 33.在磨损过程中，磨屑的形成也是一个变形和断裂的过程。（√）

橡胶力学性能测试标准

序号标准号:发布年份标准名称(仅供参考) 1 GB 1683-1981 硫化橡胶恒定形变压缩永久变形的测定方法 2 GB 1686-1985 硫化橡胶伸张时的有效弹性和滞后损失试验方法 3 GB 1689-1982 硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗机) 4 GB 532-1989 硫化橡胶与织物粘合强度的测定 5 GB 5602-1985 硫化橡胶多次压缩试验方法 6 GB 6028-1985 硫化橡胶中聚合物的鉴定裂解气相色谱法 7 GB 7535-1987 硫化橡胶分类分类系统的说明 8 GB/T 11206-1989 硫化橡胶老化表面龟裂试验方法 9 GB/T 11208-1989 硫化橡胶滑动磨耗的测定 10 GB/T 11210-1989 硫化橡胶抗静电和导电制品电阻的测定 11 GB/T 11211-1989 硫化橡胶与金属粘合强度测定方法拉伸法 12 GB/T 1232.1-2000 未硫化橡胶用圆盘剪切粘度计进行测定第1部分:门尼粘度的测定 13 GB/T 12585-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶橡胶片材和橡胶涂覆织物挥发性液体透过速率的测定(质量法) 14 GB/T 12829-2006 硫化橡胶或热塑性橡胶小试样(德尔夫特试样)撕裂强度的测定 15 GB/T 12830-1991 硫化橡胶与金属粘合剪切强度测定方法四板法 16 GB/T 12831-1991 硫化橡胶人工气候(氙灯)老化试验方法 17 GB/T 12834-2001 硫化橡胶性能优选等级 18 GB/T 13248-1991 硫化橡胶中锰含量的测定高碘酸钠光度法 19 GB/T 13249-1991 硫化橡胶中橡胶含量的测定管式炉热解法 20 GB/T 13250-1991 硫化橡胶中总硫量的测定过氧化钠熔融法 21 GB/T 13642-1992 硫化橡胶耐臭氧老化试验动态拉伸试验法 22 GB/T 13643-1992 硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力松弛的测定环状试样 23 GB/T 13644-1992 硫化橡胶中镁含量的测定CYDTA滴定法 24 GB/T 13645-1992 硫化橡胶中钙含量的测定EGTA滴定法 25 GB/T 13934-2006 硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定(德墨西亚型) 26 GB/T 13935-1992 硫化橡胶裂口增长的测定 27 GB/T 13936-1992 硫化橡胶与金属粘接拉伸剪切强度测定方法 28 GB/T 13937-1992 分级用硫化橡胶动态性能的测定强迫正弦剪切应变法 29 GB/T 13938-1992 硫化橡胶自然贮存老化试验方法 30 GB/T 13939-1992 硫化橡胶热氧老化试验方法管式仪法 31 GB/T 14834-1993 硫化橡胶与金属粘附性及对金属腐蚀作用的测定 32 GB/T 14835-1993 硫化橡胶在玻璃下耐阳光曝露试验方法 33 GB/T 14836-1993 硫化橡胶灰分的定性分析 34 GB/T 15254-1994 硫化橡胶与金属粘接180°剥离试验 35 GB/T 15255-1994 硫化橡胶人工气候老化(碳弧灯)试验方法 36 GB/T 15256-1994 硫化橡胶低温脆性的测定(多试样法) 37 GB/T 15584-1995 硫化橡胶在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第一部分:基本原理 38 GB/T 15905-1995 硫化橡胶湿热老化试验方法 39 GB/T 16585-1996 硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法 40 GB/T 16586-1996 硫化橡胶与钢丝帘线粘合强度的测定 41 GB/T 16589-1996 硫化橡胶分类橡胶材料

材料力学性能考试题及答案

07 秋材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1.材料硬度的测定方法有、和。 2.在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有,中心处切 应力为,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；塑性材料切口根 部裂纹形成准则遵循断裂准则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉 应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。 9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。

11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和 。 二、选择：（每题1分，总分15分） （）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a)高b)低c) 相等d) 不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／ 30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （）4.对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 （）5.下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7.下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而 它是最危险的一种断裂方式。

力学性能检测试验仪器

力学性能检测试验仪器 一、力学性能检测试验仪器技术参数:最大试验力：5KN负荷传感器容量：0.5T（5KN）（能加配1个或多个其他容量的负荷传感器） ?精度等级：0.5级试验力测量范围：0.4%～100%FS（满量程）试验力分辨率：最大试验力的±1/300000，全程不分档，且分辨率不变。力控制：力控控制速度范围：0.001％～5％FS/s。力控速度控制精度：0.001％～1％FS/s 时，±0.2％；1％～5％FS/s时，±0.5力控保持精度： ±0.002％FS。变形控制：变形控控制速度范围：0.001％～5％FS/s。变形控速度控制精度：0.001％～1％FS/s时，±0.2％；1％～5％FS/s时，±0.5％。变形控保持精度：±0.002％FS。位移控制：位移控控制速度范围：0.0001～1000mm/min。位移控速度控制精度：±0.2％；位移控保持精度：无误差。有效试验宽度：120mm、360mm、410mm三种规格有效拉伸空间：800mm有效压缩行程：800mm控制系统：全微机自动控制。单位选择：g/Kg/N/KN/Lb多重保护：系统具有过流、过压、欠流、欠压等保护；行程具有程控限位、极限限位、软件限位三重保护。出现紧急情况可进行紧急制动。主机结构：门式，结构新颖，美观大方，运行平稳电源：220V 50Hz功率：0.4Kw主机重量：95，130Kg主机外型尺寸：650*360*1600，800*410*1600 ?二、力学性能检测试验仪器使用范围及技术说明:1、适用范围QX-W400 微机控制电子万能试验机为材料力学性能测量的试验设备，可进行金属线材与非金属、高分子材料等的拉伸、剥离、压缩、弯曲、剪切、顶破、戳穿、疲劳等项目的检测。可根据客户产品要求按GB、ISO、ASTM、JIS、EN等标准编制，能自动求取最大试验力，断裂力，屈服力，抗拉强度，抗压强度，弯曲强

塑料力学性能测试标准大全-

塑料力学性能测试标准 GB/T 1039-1992塑料力学性能试验方法总则 plastics--General rules for the test method of mechannlcal properties GB1040 塑料拉伸试验方法 Plastics--Determination of tensile properties GB/T_1041-1992 塑料压缩性能试验方法 Plastics--Determination of compressive properties GB/T 1043-93 硬质塑料简支梁冲击试验方法 Plastics--Determination of charpy impact strength of rigid matericals GB/T 14153-1993硬质塑料落锤冲击试验方法通则 General test method for impact resistance of rigid plastics by means of falling weight GB/T 14484-1993 塑料承载强度试验方法 Test method for bearing strength of plastics GB/T 14485-1993 工程塑料硬质塑料板材及塑料件耐冲击性能试验方法、落球法Standard methods of testing for impact resistance of plats and pats made from englneering plastics by a ball(falling ball GB/T 15047-1994 塑料扭转刚性试验方法 Test method for stiffness proporties in tirsion of plastics GB/T 15048-1994 硬质泡沫塑料压缩蠕变试验方法 Cellular plastics,rigid--Determination of compressive creep GB/T 12027-2004 塑料-薄膜和薄片-加热尺寸变化率试验方法 Plastics--film and sheeting-Determination of dimensional change on heating GB/T 2013525-1992 塑料拉伸冲击性能试验方法 Test method for tensile-impact property of plastics GB/T 11999-1989塑料薄膜和薄片耐撕裂性试验方法埃莱门多夫法 Plastics--Film and sheeting--Determination of tear resistance--Elmendorf method GB/T 10808-1989 软质泡沫塑料撕裂性能试验方法 Cellular plastics--Tear resistance test for flexible materials

明胶膜的力学性能

抗拉强度=最大应力；断裂伸长率=最大应变 1、戊二醛交联明胶成膜弹性模量达27MPa Bigi, S. Panzavolta, K. Rubini. Relationship between triple-helix content and mechanical properties of gelatin films[J]. Biomaterials, 2004,25 (25) :5675–5680. 2、转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶可食性薄膜抗张强度达18.3 MPa, 韧度达8.4 J/cm2 丁克毅,刘军，Eleanor Brown，Maryann Taylor. 转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶高强度薄膜的制备[J]. 食品与生物技术学报，2006，27（1）：1-4. 3、NaCS-starch复合膜的力学性能：TS从14.5 MPa(不含淀粉的NaCS膜)开始下降到4.01 MPa （含淀粉75%）。而E % 从27.94%(不含淀粉的NaCS膜)增加到41.44%（含淀粉75%）,增加了1.48倍。 Guo Chen, Bin Liu, Bin Zhang. Characterization of composite hydrocolloid film based on sodium cellulose sulfate and cassava starch[J]. Journal of Food Engineering,2014,125:105-111. 4、不同羟丙甲纤维素(HPMC)和羟丙基淀粉(HPS)配比的膜的力学性能：17MPa左右 Liang Zhang, Yanfei Wanga, Hongsheng Liu, Long Yu等.Developing hydroxypropyl methylcellulose/hydroxypropyl starch blends for use as capsule materials[J]. Carbohydrate Polymers, 2013,98 () :73–79 5、当戊二醛用量为2. 5 m L时使明胶膜的抗拉强度由2 2 .5 MP a增加到3 2 MP a 左右; 当 搅拌时间约为4 0 m i n时可使交联明胶膜具有最大的抗拉强度61左右。 林海莉,曹静,李艳. 戊二醛交联明胶膜的制备与性能研究[J].化学工程与装备, 2010,(6):56-58. 6、

金属的性能 测试题一

金属的性能测试题一 一．填空题（每空1分，共45分） 1．金属材料的性能一般分为两种，一类是使用性能，一类是工艺性能，前者包括____________， 和，后者包括，，， 和。 2．力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能，包括，，，，及疲劳强度等。 3．强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗或的能力，强度常用的衡量指标有和。 4．如果零件工作时所受的应力低于材料的或则不会产生过量的塑性变形。 5．断裂前金属材料产生的能力称为塑性，金属材料的________________和 _____________的数值越大，表示材料的塑性越好。 6．530HBW/750表示直径为 mm的球压头，在 ________N压力下，保持 S，测得的硬度值为。 7韧性是指金属在吸收的能力，韧性的判据通过试验来测定，国标规定采用来作韧性判据，符号为，单位是，数值越大，冲击韧性越。 8．金属材料抵抗载荷作用而能力，称为。9．试验证明，材料的多种抗力取决于材料的与的综合力学性能，冲击能量高时，主要决定于，冲击能量低时，主要决定于。10．金属力学性能之一疲劳强度可用性能指标表示，该性能指标是指的最大应力，单位为，用表示，对于黑色金属一般规定应力循环周次为，有色金属取。 二．选择题（每选择项1分，共5分） 1．用拉伸试验可测定材料的（以下的）性能指标（） A 强度 B 硬度 C 韧性 2．金属材料的变形随外力消除而消除为（） A弹性形变 B 屈服现象 C 断裂 3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为（） A．静载荷 B 冲击载荷 C 交变载荷 4．用压痕的深度来确定材料的硬度值为（） A．布氏硬度 B 洛氏硬度 C 维氏硬度 5．现需测定某灰铸铁的硬度一般应选用何种方法测定（） A．布氏硬度机 B 洛氏硬度机 C 维氏硬度机 三．判断题（每题1分，共10分） 1.工程中使用的金属材料在拉伸试验时，多数会出现显著的屈服现象。（） 2．维氏硬度测量压头为正四棱锥体金刚石（） 3.洛氏硬度值无单位。（） 4.做布氏硬度测试时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。（） 5.在实际应用中，维氏硬度值是根据测定压痕对角线长度再查表得到的。（）

金属材料的力学性能及其测试方法

目录 摘要1 1引言2 2金属材料的力学性能简介2 2.1 强度3 2.2 塑性3 2.3 硬度3 2.4 冲击韧性4 2.5 疲劳强度4 3金属材料力学性能测试方法4 3.1拉伸试验5 3.2压缩试验8 3.3扭转试验11 3.4硬度试验15 3.5冲击韧度试验22 3.6疲劳试验27 4常用的仪器设备简介29 4.1万能试验机29 4.2扭转试验机34 4.3摆锤式冲击试验机40 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势42 参考文献42

金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, mon experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend

材料力学性能试题14春A卷

皖西学院2013–2014学年度第2学期考试试卷（A 卷） 材化 学院 材料科学与工程 专业 11 级 材料力学性能 课程 一．填空题：本大题共10小题，计20个空格，每空格0.5分，共10 分。 1．因相对运动而产生的磨损分为三个阶段： ． 和剧烈磨损阶段。 2．影响屈服强度的外在因素有 ． 和 。 3．金属材料断裂前所产生的塑性变形由 和 两部分构成。 4．洛氏硬度的表示方法为 ．符号 和 。如80HRC 表示用C 标尺测得的洛氏硬度值为 。 5．疲劳过程是由 ． 及最后 所组成的。 6．宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的 ． 及 而成的。 7.聚合物的聚集态结构包括 ． 和 。 二．判断题：本大题共20小题，每小题1分，共20分。 1．工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力条件下产生的弹性变形就越大。（ ） 2．疲劳断裂应力判据：对称应力循环下：σ≥σ-1。非对称应力循环下：σ≥σr （ ） 3. 随着实验温度升高，金属的断裂由常温下常见的沿晶断裂过渡到穿晶断裂。（ ） 4．聚合物的性能主要取决于其巨型分子的组成与结构。（ ） 5.三种状态下的聚合物的变形能力不同，弹性模量几乎相同。（ ） 6．体心立方金属及其合金存在低温脆性。（ ） 7．在高弹态时聚合物的变形量很大，且几乎与温度无关。（ ） 8．无论第二相分布于晶界上还是独立在基体中，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。（ ） 9．残余奥氏体是一种韧性第二相，分布于马氏体中，可以松弛裂纹尖端的应力峰，增大 裂纹扩展的阻力，提高断裂韧度KIC 。（ ） 10．金属材料的抗拉强度越大，其疲劳极限也越大。（ ） 11.鉴于弯曲试验的特点，弯曲试验常用于铸铁．硬质合金等韧性材料的性能测试。（ ） 12.材料的硬度与抗拉强度之间为严格的线性关系。（ ） 13. 裂纹扩展方向与疲劳条带的方向垂直。（ ） 14.适量的微裂纹存在于陶瓷材料中将提高热震损伤性。（ ） 15．决定材料强度的最基本因素是原子间接合力，原子间结合力越高，则弹性模量．熔点就越小。（ ） 16．脆性金属材料在拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零。（ ） 17．弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。（ ） 18．金属的裂纹失稳扩展脆断的断裂K 判据：K I ≥K IC （ ） 19．脆性金属材料在压缩时除产生一定的压缩变形外，常沿与轴线呈45°方向产生断裂具有切断特征。（ ） 20．材料的疲劳强度仅与材料成分．组织结构及夹杂物有关，而不受载荷条件．工作环境及表面处理条件的影响。（ ） 三．单选题：本大题共20小题，每小题1分，共20分。 1．拉伸断口一般成杯锥状，由纤维区．放射区和（ ）三个区域组成。 A ．剪切唇 B ．瞬断区 C ．韧断区 D ．脆断区。 2．根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳破坏分为点蚀．浅层剥落和（ ）三类。 A ．麻点剥落 B ．深层剥落 C ．针状剥落 D ．表面剥落。 3．应力状态软性系数表示最大切应力和最大正应力的比值，单向压缩时软性系数（ν=0.25）的值是（ ）。 A ．0.8 B ．0.5 C ．1 D ．2 4．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，是指材料断裂前吸收（ ）和断裂功的能力 A ．塑性变形功 B ．弹性变形功 C ．弹性变形功和塑性变形功 D ．冲击变形功 5．在拉伸过程中，在工程应用中非常重要的曲线是（ ）。 A ．力—伸长曲线 B ．工程应力—应变曲线 C ．真应力—真应变曲线。 6．冲击载荷与静载的主要差异：（ ） A ．应力大小不同 B ．加载速率不同 C ．应力方向不同 D ．加载方向

金属材料的力学性能及其测试方法

目录 摘要 (1) 1引言 (1) 2金属材料的力学性能简介 (2) 2.1 强度 (2) 2.2 塑性 (2) 2.3 硬度 (2) 2.4 冲击韧性 (3) 2.5 疲劳强度 (3) 3金属材料力学性能测试方法 (3) 3.1拉伸试验 (3) 3.2压缩试验 (6) 3.3扭转试验 (8) 3.4硬度试验 (11) 3.5冲击韧度试验 (16) 3.6疲劳试验 (19) 4常用的仪器设备简介 (20) 4.1万能试验机 (20) 4.2扭转试验机 (23) 4.3摆锤式冲击试验机 (28) 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势 (30) 参考文献 (30)

金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, common experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend 1引言 材料作为有用的物质，就在于它本身所具有的某种性能，所有零部件在运行过程中以及产品在使用过程中，都在某种程度上承受着力或能量、温度以及接触介质等的作用，选用材料的主要依据是它的使用性能、工艺性能和经济性，其中使用性能是首先需要满足的，特别是针对性的材料力学性能往往是材料设计和使用所追求的主要目标。材料性能测试与组织表征的目的就是要了解和获知材料的成分、组织结构、性能以及它们之间的关系。而人们要有效地使用材料，首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素。因此，材料力学性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。 在人类发展的历史长河过程中，人们已经建立了许多反映材料表面的和内在的各种关于力学、物理等相关材料性能的测试和分析技术，近现代科学的发展已使材料性能测试分析从经验发展并建立在现代物理理论和试验的基础之上，并且

材料力学-测试题

材料力学-测试题

1. 判断改错题 6-1-1 单元体上最大正应力平面上的剪应力必为零, 则最大剪应力平面上的正应力也必为零。 ( ) 6-1-2 从横力弯曲的梁上任一点取出的单元体均属于二向应力状态。 ( ) 6-1-3 图示单元体一定为二向应力状态。( ) 6-1-4 受扭圆轴除轴心外, 轴内各点均处于纯剪切应力状态。 ( ) 题6 -1 -3 图 题6 -1 -5 图 6-1-5 图示等腰直角三角形, 已知两直角边所表示的截面上只有剪应力, 且等于τ0 ,

则斜边所表示的截面上的正应力σ=τ0 , 剪应力τ=1/2τ0。 ( ) 6-1-6 单向应力状态的应力圆和三向均匀拉伸或压缩应力状态的应力圆相同, 且均为σ轴上的一个点。 ( ) 6-1-7 纯剪应力状态的单元体, 最大正应

面上。 ( ) 6-1-8 塑性材料制成的杆件, 其危险点必须用第三或第四强度理论所建立的强度条件来校核强度。 ( ) 6-1-9 图示为两个单元体的应力状态, 若它们的材料相同,则根据第三强度理论可以证明两者同样危险。 ( ) 6-1-10 纯剪应力状态的单元体既有体积改变, 又有形状改变。 ( )题6 -1 -9 图6-1-11 某单元体叠加上一个三向等拉( 或等压) 应力状态后, 其体积改变比能 不变而

形状改变比能发生变化。 ( ) 6-1-12 铸铁水管冬天结冰时会因冰膨胀被胀裂, 而管内的冰却不会破坏, 这是 因为的 强度比铸铁的强度高。 ( ) 6-1-13 有正应力作用的方向上, 必有线应

6-1-14 当单元体的最大拉应力σmax = σs 时, 单元体一定出现屈服。 ( ) 6-1-15 脆性材料中若某点的最大拉应力σma x = σb , 则该点一定会产生断裂。 ( ) 6-1-16 若单元体上σx = σy = τx = 50MPa, 则该单元体必定是二向应力状 态。 ( ) 2. 填空题 6-2-1 矩形截面梁在横力弯曲下, 梁的上、下边缘各点处于向应力状态, 中性轴上各 点处于应力状态。题6 -2 -2 图

聚乙烯的力学性能

聚乙烯的力学性能 XXX （学号：57011090XX 学院：材料学院专业班级：高分子092班） 摘要：聚乙烯是半结晶热塑性材料。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE>LLDPE>HDPE，其他力学性能LDPE

材料级《材料力学性能》考试答案AB

贵州大学2007-2008学年第一学期考试试卷 A 缺口效应； 因缺口的存在，改变了缺口根部的应力的分布状态，出现： ① 应力状态变硬(由单向拉应力变为三向拉应力)； ② 应力集中的现象称为缺口效应。 解理台阶； 在拉应力作用下，将材料沿某特定的晶体学平面快速分离的穿晶脆性断裂方式称为解理断裂，称该晶体学平面为解理平面；在该解理平面上，常常会出现一些小台阶，叫解理台阶；这些小台阶有汇聚为大的台阶的倾向，表现为河流状花样。 冷脆转变； 当温度T ℃低于某一温度T K 时，金属材料由韧性状态转变为脆性状态，材料的αK 值明显降低的现象。 热疲劳； 因工作温度的周期性变化，在构件内部产生交变热应力循环所导致的疲劳断裂，表现为龟裂。 咬合磨损； 在摩擦面润滑缺乏时，摩擦面间凸起部分因局部受力较大而咬合变形并紧密结合，并产生形变强化作用，其强度、硬度均较高，在随后的相对分离的运动时，因该咬合的部位因结合紧密而不能分开，引起其中某一摩擦面上的被咬合部分与其基体分离，咬合吸附于另一摩擦面上，导致该摩擦面的物质颗粒损失所形成的磨损。 二、计算题（共42分,第1题22分，第2题20分） 1、一直径为10mm ，标距长为50mm 的标准拉伸试样，在拉力P=10kN 时，测 得其标距伸长为50.80mm 。求拉力P=32kN 时，试样受到的条件应力、条件应变及真应力、真应变。（14分） 该试样在拉力达到55.42kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到67.76kN 后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为57.6mm ，最小处截面直径为8.32mm ；求该材料的屈服极限σs 、断裂极限σb 、延伸率和断面收缩率。（8分） 解： d 0 =10.0mm, L 0 = 50mm, P 1=10kN 时L 1 = 50.80mm ；P 2=32kN 因P 1、P 2均远小于材料的屈服拉力55.42kN ，试样处于弹性变形阶段，据虎克 得 分 评分人

薄膜力学性能评价技术

薄膜力学性能评价技术 一、薄膜概述 薄膜可定义为用物理、化学等方法，在金属或非金属基底表面形成的一层具有一定厚度的、不同于基体材料性质、且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层[1]。薄膜与基体是不可分割的，薄膜在基体上生长，彼此相互作用，薄膜的一面附着在基体上，并受到约束产生内应力。附着力和内应力是薄膜极为重要的固有特性[2,3]。 薄膜的制备方法有很多，其中实验室里最常用的方法有物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）。薄膜按照形成方法分为天然薄膜和人工合成薄膜；按照晶体结构可以分为单晶、多晶以及非晶薄膜[4]。另外，薄膜从用途上还可以分为光学薄膜、导电薄膜、以及耐磨防腐薄膜等等。不同用途的薄膜对自身的性能要求不统一，薄膜要达到使用需求，就需要对自身相应的性能进行表征。在机械工业中，薄膜主要用于改善工件的承载能力或者摩擦学性能。这些性能与薄膜的力学特性密切相关。例如增加工件的硬度就可以相应的增加其承载能力，在工件表面沉积一层减磨涂层可以显著改善其摩擦学性能等[5~12]。 薄膜力学性能表征方法有很多，但目前来说这些表征方法还存在一些问题。首先，对于有基体支撑的薄膜，其表征手段难以消除基体对薄膜性能的影响；无基体支撑的薄膜一是在制备上比较困难，二是其界面结合问题与实际情况也相差甚远，直接影响到薄膜的力学性能的测试[13~18]。其次，对于大块样品的力学性能检测手段不能直接用来测试接近二维结构的薄膜样品。本文主要介绍当下较为常用的几种薄膜力学性能检测手段。 二、薄膜硬度的测量 硬度的经典定义是材料抵抗另一种较硬材料压入产生永久压痕的能力。硬度从物理意义上讲是材料本质结合力的度量，它与材料抵抗弹性、塑性变形的能力、拉伸强度、疲劳强度、耐磨性以及残余应力等密切相关，是材料综合力学性能的反映[19,20]。目前薄膜硬度的测量方法主要有显微硬度和纳米压痕硬度两种。 1.薄膜显微硬度测量方法 显微硬度计是一种压入硬度，测量的仪器是显微硬度计，它实际上是一台设

材料力学性能 2013试卷A

河南理工大学 2013~2014 学年第 1 学期 《材料力学性能》试卷 A 1、氢脆： 2、应力腐蚀： 3、蠕变： 4、疲劳失效： 5、塑性： 1、机械零件三种主要失效形式有 、 和 。 2、拉伸试验可以判断材料呈宏观 还是 以及塑性的大小、 对 和 的抗力以及 能力的大小等。 3、工程上弹性模量被称为材料的 ，表征金属材料对 的抗力。 4. 应力强度因子K 1是衡量裂纹顶端应力场强烈程度的函数，决定于 、 和 。 5、最常见的磨损分类是按磨损机理来分类，即 、 、 、 和 等。 6 、 和 是产生应力腐蚀开裂的三个条件。 7、硬度是表征材料软硬程度的一种性能。随试验方法的不同，其物理意义不同。常用的硬度测量方法有 、 和 等。 8、光滑拉伸试样断面收缩率大于 为脆断；小于 为韧断。 1、1. 影响屈服强度的外在因素是（ ）。 a ． 金属的本性及晶格类型。 b. 晶粒大小。c. 溶质元素。d. 应力状态。 2. 循环应力的脉动循环，σm =σa ，R ＝0, 如图（ ）所示。 3、在交变载荷作用下，晶粒尺寸越大，材料的疲劳寿命（ ）。 a 、越大 b 、越小 c 、不变 d 、变化不确定 4、金属材料经冷变形后，会使材料的硬度、强度升高，塑性降低，这种现象称为（ ）。 a 、自然硬化 b 、人工硬化 c 、细晶硬化 d 、加工硬化。 5、在高温下，金属材料的强度会（ ）。 a 、提高 b 、降低 c 、不变 d 、变化不确定 6、裂纹扩展的能量判据为：（ ） a 、K I ≥K IC b 、K C >K IC c 、G I ≥ G IC d 、K IC ≥ G IC 一、名词解释（共15分，每小题3分）

材料力学性能测试实验报告

材料力学性能测试实验 报告 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲一、实验原理 拉伸实验原理 拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉 至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。 对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图 1 所示， 图 1 金属试样拉伸示意图 则样品中的应力为 其中A 为样品横截面的面积。应变定义为 其中△l 是试样拉伸变形的长度。 典型的金属拉伸实验曲线见图 2 所示。 图3 金属拉伸的四个阶段 典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图 3(a)-(d)所示。直线部分的斜率E 就是杨氏模量、σs 点是屈服点。金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩 现象，接着产生强化后最终断裂。 弯曲实验原理 可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实 验结果测定材料弯曲力学性能。为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。 三点弯曲的示意图如图 4 所示。 图4 三点弯曲试验示意图 据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C 点的总挠度和力F 之间的关系是 其中I 为试样截面的惯性矩，E 为杨氏模量。 弯曲弹性模量的测定 将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施加横向力对样品进行弯曲， 对于矩形截面的试样，具体符号及弯曲示意如图 5 所示。 对试样施加相当于σpb0.01。 (或σrb0.01)的10％以下的预弯应力F。并记录此力和跨中点处的挠度，然后对试样连续施加弯曲力，直至相应于σpb0.01(或σrb0.01)的50％。记录弯曲力的增量DF 和相应挠度的增量Df ,则弯曲弹性模量为 对于矩形横截面试样，横截面的惯性矩I 为 其中b、h 分别是试样横截面的宽度和高度。 也可用自动方法连续记录弯曲力——挠度曲线至超过相应的σpb0.01(或σrb0.01)的弯曲力。宜使曲线弹性直线段与力轴的夹角不小于40o,弹性直线段的高度应超过力轴量程的3/5。在曲线图上确定最佳弹性直线段，读取该直线段的弯曲力增量和相应的挠度增量，见图 6 所示。然后利用式(4)计算弯曲弹性模量。 二、试样要求