介绍
韧性是材料最重要的力学性能之一，它表明材料吸收能量和抵抗裂纹扩展的能力。本文回顾并比较了金属、陶瓷、聚合物和复合材料等各种材料的韧性，并分析了影响韧性的因素。
韧性的定义和基本概念
韧性是指 材料在断裂前能够吸收的能量 。该属性由材料的强度和延展性共同决定。
相关参数：
断裂韧性（K IC ）：材料抵抗裂纹扩展的能力。
断裂能：应力-应变曲线下的面积
抗冲击性：承受突然负载的能力。
韧性测量方法
1.夏比冲击试验
测量样品失效时吸收的能量
常用方法：夏比试验、伊佐德试验
2. 断裂韧性试验
使用破裂的样品计算 K IC
ASTM E399 和 ISO 12135 标准
3. 拉伸试验至断裂
根据应力-应变曲线下的面积计算能量
比较不同材料的韧性
材料韧性对照表
女性组
常见示例
断裂韧性（MPa·√m）
冲击能量（J/m²）
金属
结构钢
50-150
50-200
合金钢
80-200
100-300
6061铝
20-35
20-50
纯钛
50-70
80-120
陶瓷
氧化铝
3-5
2-5
碳化硅
3-4
1-3
氧化锆
5-10
5-15
聚合物
聚乙烯
1-5
50-1000
聚碳酸酯
2-4
500-1000
环氧树脂
0.5-1.5
50-200
复合材料
碳纤维增强塑料
30-60
200-500
玻璃钢
20-40
100-300
金属复合材料
50-100
100-400
比较分析
1.金属
金属通常是工程材料中韧性最高的：
合金钢：由于不同的能量吸收机制而具有高韧性
铝：中等韧性，但重量轻
钛：韧性和强度重量比的良好结合
2.陶瓷
陶瓷的韧性一般较低：
氧化铝和碳化硅：韧性很低，但更硬
氧化锆：陶瓷中相对韧性较高的例外
3.聚合物
聚合物表现出多种行为：
聚乙烯：冲击韧性高，但断裂韧性低
聚碳酸酯：优异的抗冲击韧性
热固性塑料：由于网络结构，韧性有限
4.复合材料
复合材料具有多种特性：
增强聚合物复合材料：纤维方向具有良好的韧性
金属复合材料：高韧性、中等重量
影响韧性的因素
1. 微观结构
金属的晶粒尺寸
第二相分布
复合材料中的纤维取向
2.温度
降低温度通常会降低韧性。
某些聚合物由脆变软
3. 装载率
冲击载荷通常会降低有效韧性。
4.环境
应力腐蚀会降低韧性。
聚合物的吸湿性
提高韧性的策略
1.合金化
添加合金元素以形成增韧相
2.结构性改革
粒度控制
创建两相结构
3.表面工程
表面处理产生压应力
4. 复合设计
结合具有互补特性的成分
纤维取向优化
不同韧性材料的应用
高韧性材料：
航空航天结构
运动器材
军事装备
中等韧性材料：
汽车零部件
家电
建造
韧性较低的材料：
切削刀具
电绝缘体
耐磨涂层
结论
材料韧性是工程应用材料选择的关键参数。虽然金属通常具有最高的韧性，但复合材料和工程聚合物的进步使得实现最佳性能组合成为可能。选择合适的材料应基于所需的韧性以及其他考虑因素，例如重量、成本和环境条件。