材料的性能是指材料在外加載荷作用下表現(xiàn)出的抵抗特性,這一概念包括材料的使用性能和加工性能。
使用性能是指材料制成零件或產(chǎn)品后,在使用過程中能適應(yīng)或抵抗外界對它的力、化學(xué)、電磁、溫度等作用而必須具有的能力,包括材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。材料的力學(xué)性能(描述材料在施加應(yīng)力時的反應(yīng)),包括各種強度、塑性、韌性、硬度以及斷裂韌性等。
材料的拉伸試驗是基本的測試方法,通過拉伸試驗可以獲得材料的各種力學(xué)性能指標,主要有;屈服強度、抗拉強度;斷后伸長率;均勻延伸率和斷面收縮率等。工程上也稱彈性模量為材科的剛度。
通過拉伸試驗也可以揭示材料在靜載荷作用下的變形,即彈性變形、塑性變形和斷裂三個基本過程,還可以揭示材料的拉伸性能。所謂拉伸性能,是根據(jù)工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線上某些特征點的應(yīng)力和應(yīng)變之值確定的。拉伸性能包括材料的彈性、強度、塑件和韌性。主要有:彈性模量;比例極限(條件比例極限);彈性極限(規(guī)定非比例伸長應(yīng)力);彈性比功等。根據(jù)斷后延伸率和斷面收縮率的相對大小,可以判斷金屬材料拉伸時是否形成縮頸。
真應(yīng)力與應(yīng)變曲線反映了材料真實的受力狀態(tài),在頸縮開始后,真實應(yīng)力遠大于工程應(yīng)力。真實應(yīng)力和真實應(yīng)變曲線下的面積可反映材料的韌性大小。
強度是材料對塑性變形和斷裂的抗力。塑性表示材料在斷裂前發(fā)生的不可逆的變形暈的多少。韌性則表示斷裂前單位體材料所吸收的變形和斷裂能.即外力所做的功,是材料強度和塑性的綜合指標。韌度(韌性)又分靜力韌性、沖擊韌性和斷裂韌性。
硬度是材料表面局部抵抗變形的能力。包括布氏硬度、維氏硬度和洛氏硬度。疲勞失效與一次脆斷不同,其損傷是逐漸積累。
蠕變是材料在一個固定載荷影響下緩慢的形變過程。
材料對磨損的抗力即為材料的耐磨性。
高分子材料由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性,在力學(xué)性能上與金屬材料及無機非金屬材料有許多不同之處。線型非晶態(tài)高分子材料,晶態(tài)高分子材料和體型高分子材料的三種力學(xué)狀態(tài)和兩個轉(zhuǎn)變溫度具有重要的實際意義。
高分子材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為可分為軟而弱、硬而脆、硬而強、軟而韌和硬而韌等特征。其結(jié)構(gòu)因素對應(yīng)力-應(yīng)變行為有影響。高分子材料在一定條件下表現(xiàn)出獨特的力學(xué)性能一高彈性和粘彈性;由于高分子的鏈結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊性,高分子材料表現(xiàn)出特殊的靜態(tài)粘彈性——蠕變與應(yīng)力松弛,及動態(tài)粘彈性——滯后與內(nèi)耗。
高分子材料的強度由分子鏈的化學(xué)鍵和分子鏈間的相互作用力構(gòu)成。高分子材料的強度平均比金屬低得多,但由于其重量輕、密度小,許多高分子材料的比強度還是很高的。影響高分子材料實際強度的因素很多,主要有高分子本身結(jié)構(gòu)、結(jié)晶和取向、應(yīng)力集中、增塑劑和填料和共聚和共混。
高分子材料的內(nèi)在韌性較好,即在斷裂前能吸收較大的能量。大多數(shù)塑料對金屬、塑料對塑料的摩擦系數(shù)值一般在0.2~0.4范圍內(nèi),但有一些塑料的摩擦系數(shù)很低。部分塑料除了摩擦系數(shù)低以外,更主要的優(yōu)點是磨損率低。
復(fù)合材料區(qū)別于單一材料的顯著特征是材料性能的可設(shè)計性,復(fù)合材料的*大特點是各向異性,即沿纖維方向的強度和剛度遠遠高于垂直纖維方向的強度和剛度。高的比強度和比模量,耐疲勞性能好,減震性好,高溫性能好和耐磨性能好是復(fù)合材料的力學(xué)性能特征。