材料成分结构性能三者间的关系
材料科学与工程方法论—4. 材料结构、性能与表征的因果关系
E tg （MPa）
3、材料的性能
陶瓷强度的测定： a. 弯曲强度：三点弯曲或四点弯曲方法； b. 抗拉强度：测定时技术上有一定难度，常用弯曲 强度代替，弯曲强度比抗拉强度高 20~40%； c. 抗压强度：远大于抗拉强度，相差10倍左右，特 别适合于制造承受压缩载荷作用的 零部件。
2、材料的结构
b. 实际的晶体结构
◆点缺陷：是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围
约为一个或几个原子间距的缺陷。如空位 ( 正常晶格结点上，未 被原子占有而空着的位臵 )、间隙(不占有正常的晶格位臵，而处 在晶格间隙中的多余原子 )、臵换原子(臵换晶格结点上的原子， 占据正常结点)。
空位
臵换原子
用化学式表示。Mg2Si
电子化合物：不遵守原子价规律，服从电子浓度规律； 间隙化合物：过渡族金属元素与C、N、H、B等原子半径较
小的非金属元素形成的化合物。
显微组织：材料中各相及更微观组元 (化学或几何学的)的形
貌及含量所构成的图象。(显微镜下所观察到的金属中的各种晶 粒的大小、形态和分布)
2、材料的结构
2、材料的结构
(2) 非金属的晶体结构
a. 陶瓷的组织结构： 陶瓷： 是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶固体物
质，实际上是各种无机非金属材料的总称。
晶体结构：以离子键为主的离子晶体(呈晶态) 以共价键为主的共价晶体(呈非晶态) 组织：晶相：是主要组成相。
(主晶相、次晶相、第三晶相) 材料的性能取决于主晶相。
高分子材料：以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是分子中 含原子数很多，分子量很大的物质。高分子亦称大分子，高 分子化合物又称高聚物或聚合物。 结构： 大分子链的组成：非金属或非金属元素组成。 大分子链的构型：即高聚物结构单元的排列顺序和连接方式。 大分子链的形态： 线型结构：整个分子呈细长线条状
焊接结构试题及参考答案
1.判断题（是画√，非画×，）1.焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生组织和力学性能变化的区域称为焊接热影响区。
（√）2.熔合区是焊接接头中综合性能最好的区域。
（×）3.结构刚度增大时，焊接残余应力也随之增大。
（√）4.为了减小焊接变形，焊接平面交叉焊缝时，应当先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝。
（√）5.承受动载的重要结构，可用增大焊缝余高来提高其疲劳强度。
（×）6.由于搭接接头不是焊接结构的理想接头，故很少采用。
（√）7．锰既是较好的脱氧剂，又是常用的脱硫剂，与硫化合成硫化锰，形成熔渣浮于熔池表面，以减少焊缝的热裂倾向。
（√）8．焊接过程中，硫易引起焊缝金属热裂，故一般规定：焊丝中的含硫量不大于0.040%，优质焊丝中不大于0.030%。
（√）9．若低碳钢含硫量过高，为防止焊接接头出现裂纹，焊前需进行预热，一般预热温度为100~150℃。
（√）10．多层焊过程中，第一层按规定的预热温度预热，以后各层的预热温度可敬逐层降低。
（×）11．影响焊接热循环的主要因素有：焊接热输入、预热和层间温度、工件厚度、接头形式及材料本身的导热性能等。
（√）12．焊接热输入仅与焊接电流和电弧电压有关，而与焊接速度无关。
（×）13．采用较小的焊接热输入，有利于减轻接头的应变脆化程度。
（√）14．可焊性试验的主要目的是选择适用于母材的焊接材料，确定合适的焊接工艺。
（√））15、焊接工艺评定主要因素变更时，不影响接接头的机械性能，则不需重新评定焊接工艺。
(×)16、在同一类别钢材中钢材的钢号变更，焊接工艺就要重评定。
(×)17、焊接结构的疲劳断裂通常是在焊接接头处开始产生。
(√)18、提高t形接头疲劳强度的根本措施是开坡口焊接和加工焊缝过渡区使之圆滑过渡。
(√)19、焊接热影响区的大小与焊接工艺参数无关。
（×）20、在焊接过程中，碳是一种良好的脱氧剂，所以焊芯中含碳量越高越好。
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理简介利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析或金相分析。
合金在极其缓慢的冷却条件如退火状态下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金平衡组织的观察与分析要依据Fe-Fe3C相图来进行。
1室温下铁碳合金基本组织特征1铁素体F 铁素体是碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。
在亚共析钢中铁素体呈块状分布当合金的含碳量接近于共析成分时铁素体则呈断续的网状分布于珠光体晶界上。
2渗碳体Fe3C 渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下为白亮色若用苦味酸钠溶液浸蚀则渗碳体呈暗黑色而铁素体仍为白亮色由此可以区别铁素体和渗碳体。
由于铁碳合金的成分和形成条件不同渗碳体可以呈现不同的形状一次渗碳体是由液相中直接结晶出来呈板条状游离分布二次渗碳体是从奥氏体中析出的呈网状分布在珠光体晶界上三次渗碳体是从铁素体中析出呈窄条状分布在铁素体晶界上。
3珠光体P 珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。
在平衡状态下它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体和渗碳体皆为白亮色而两相交界呈暗黑色线条。
在不同的放大倍数下观察时组织特征有所区别。
如在高倍600倍以上下观察时珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色而两相交界为暗黑色在中倍400倍左右下观察时白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”而呈现为细黑条这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物在低倍200倍以下下观察时无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨这时珠光体呈现暗黑色块状组织。
4变态莱氏体Ld 变态莱氏体是珠光体和渗碳体组成的复合物。
阐述金属材料组织和性能之间的关系
阐述金属材料组织和性能之间的关系金属材料和其性能在机械热处理加工中非常重要，我国关于这方面书籍很多，就说明了金属材料组织及其性能在机械行业非常重要。
金属材料和热处理主要的研究内容是通过了解和研究金属材料的具体成分含量；金属材料的组织结构和金属材料的性能等这三者之间的变化规律，找出改变金属内部组织的方式方法来改变金属材料的性能和结构的一种物理学理论，由于金属材料和性能是一项非常复杂的研究领域，通常使用和研究起来较为繁琐，文章针对金属材料组织和性能之间的关系，来详细的阐述在机械性能方面两者之间的关联，为我国的机械加工和热处理行业贡献自己的力量。
标签：金属材料；组织性能；机械热处理我们在进行生产过程中，一个非常重要的前提就是生产中应用的原料。
因此现在的机械行工业中很多企业都会在经济条件允许的前提下，准备大量的生产材料，以备不时之需。
金属材料在机械加工行业是非常普遍和重要的生产材料，在很多的行业中都能应用到，例如机械制造业，电力行业等。
金属材料可以在生产过程中提供必要的加工，改良基础。
需要指出的是由于金属材料存在很多性能和类别之间的差异，在机械加工的过程中，要仔细的区分和选择生产过程中的金属材料。
详细的掌握金属材料的各种性能和组织在加工生产过程中有很好的指导意义。
1 金属材料的具体分类和实际应用在机械加工过程中，金属材料是其加工生产的保障，机械加工成品的质量优劣和金属材料有着非常重要的关联。
近些年，我国在金属材料的性能和组织方面的研究已经取得了一定的研究成果，这些成果中有的已经应用到了我国的金属材料加工过程中，为我国的金属材料的加工起到了重要的指导作用。
从我国的金属材料的种类来分析，我国的金属材料主要分为三种，文章针对这三种金属材料的不同进行三方面的分析。
第一个方面是黑色金属材料的具体组成和应用。
第二个方面是有色金属材料的具体组成和应用。
第三个方面是特种金属材料的具体组成和应用。
下面进行详细的分析和论述。
材料四要素
材料科学四要素的内涵和关系摘要：材料科学四要素的提出，在貌似不相关的材料之间找到了共同点，反映了材料科学与工程研究中的共性问题。
这里综述了材料科学四要素的内涵，并具体讨论了它们相互之间的关系与作用。
关键字：材料科学,四要素,共同点，内涵，关系与作用Connotation and relationship of four elementsin materials scienceAbstract:There find common ground in the material that seemingly do not related to eachother with the four elements of materials science that reflects the common problems in materials science and engineering research are proposed. Here reviewed the connotation of the four elements of materials science, And the relationship between them are discussed in detail.Key words: materials science，the four elements，common ground，connotation，relationship and effect材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
它不仅是人类进化的标志，而且是社会现代化的物质基础与先导。
20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关，材料的研究、开发和应用反映着一个国家的科学技术与工业水平。
陶瓷材料的结构与性能关系研究
陶瓷材料的结构与性能关系研究1. 引言陶瓷材料是一类重要的结构材料，因其良好的耐热、耐腐蚀性以及高硬度等特性，在各个领域都有广泛的应用。
想要进一步提升陶瓷材料的性能，就需要深入研究其结构与性能之间的关系。
2. 表面形貌与力学性能陶瓷材料的表面形貌对其力学性能有着重要的影响。
通常，表面越光滑，材料的强度和韧性就越高。
光滑的表面能减少材料内部的裂纹和孔洞的存在，从而提高其强度。
同时，表面形貌也会影响材料的磨损和摩擦性能。
研究发现，通过调节陶瓷材料的表面形貌，可以有效地提高其力学性能。
3. 晶体结构与热性能陶瓷材料的晶体结构对其热性能有着重要的影响。
各种陶瓷材料的晶体结构不同，其热膨胀系数和导热系数也会不同。
例如，氧化铝的热膨胀系数较低，具有良好的热稳定性，适用于高温环境。
而氮化硅的导热系数很高，可以作为热散射材料使用。
因此，通过研究陶瓷材料的晶体结构，可以为其在不同温度和热环境下的应用提供参考。
4. 缺陷与导电性能陶瓷材料中的缺陷对其导电性能有着重要的影响。
通常，导电性能较好的陶瓷材料往往具有更多的缺陷，如空位、杂质等。
这些缺陷能够提供导电路径，从而增强材料的导电性能。
例如，氧化锌陶瓷中的氧空位可以提供电子迁移的通道，因此氧化锌陶瓷具有良好的导电性能。
研究陶瓷材料中缺陷与导电性能的关系，可以为设计和制备具有特定导电性能的陶瓷材料提供指导。
5. 成分与光学性能陶瓷材料的成分对其光学性能有着决定性的影响。
不同元素的添加和摩尔比例变化，会对陶瓷材料的吸收、透射和散射等光学性质产生显著影响。
例如，掺杂不同元素的陶瓷材料可以实现对特定波长的光的吸收和发射。
这一特性使得陶瓷材料在光学器件中有广泛应用，如激光器、光纤等。
因此，深入研究陶瓷材料的成分与光学性能的关系，可以为其在光学领域的应用提供理论基础。
6. 结论陶瓷材料的结构与性能之间存在着密切的关系。
不同的结构特点会导致陶瓷材料具有不同的力学性能、热性能、导电性能和光学性能等特性。
材料成分结构性能三者间的关系
材料成分结构性能三者间的关系
1、C的含量对钢铁的机械性能起着重要作用,随着碳含量的升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。
同时含碳量对工艺性能也有很大影响对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。
对焊接性而言，一般来说含碳量越低，钢的焊接性能越好。
2、合金成分的加入可以使钢的组织结构和性能都发生一定的变化，从而具有一些特殊性能。
比如说，铬的加入不仅能提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性，也能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
3、钢铁是属于由金属键构成的晶体，因此就具有金属晶体的特性，如延展性。
同时这也注定钢的机械性能不仅与其化学性能有关，而其晶体的结构和晶粒的大小影响更大。
4、铁存在同素异构转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。
碳溶解于Fe形成的固溶体为奥氏体，具有面心立方结构，可以溶解较多的碳。
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材料科学与工程专业概论
同学们大家好，祝贺同学们考入辽宁工程技术大学材料学院。
相信在座同学除了对大学生活怎么进行规划感到迷茫，也会对自己所学专业仍然存在疑虑：材料学是研究什么的？我们可以在材料学里学到什么呢？学了这个学科有什么用处呢？因此我们开设这门材料科学与工程专业概论以解答同学们的这些问题，让咱们对材料学从一个感性认识上升到理性认识。
一、材料的定义首先第一节我们介绍一下材料的定义。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。
如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
二．材料的分类然后我们看材料的分类。
材料可按其成分及物理化学性质可分为：a金属材料(铸铁、碳钢、铝合金)、b无机非金属材料(水泥、玻璃、陶瓷)、c有机高分子材料(塑料、合成橡胶、合成纤维)d复合材料（由两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，如石墨/铝复合材料、碳/陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料）。
按使用用途材料可分为结构材料（主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料）和功能材料（由两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料）。
按照应用领域来分材料可以分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
按来源可分为人工材料和天然材料。
三、材料的地位和作用1. 材料是人类文明的里程碑我们中学阶段学过经济发展史，纵观人类利用材料的历史，材料起着举足轻重的作用，是一切生产和生活的物质基础，是生产力的标志，是人类进步的里程碑。
石器时代：早在一百万年以前，人类开始进入旧石器时代，可以使用石头作为工具。
一万年以前，人类开始进入新石器时代，将石头加工成器具和工具如左下角图，在8000年前，开始人工烧制成陶器，用于器皿和装饰品如彩陶双耳罐。
材料基因组计划成分结构性能关系和数据库
材料基因组计划成分结构性能关系和数据库Understanding the relationship between the composition, structure, and properties of materials is a crucial aspect of the Material Genome Project. Materials play a vital role in various industries, ranging from aerospace to healthcare, and fundamental research in this field can lead to groundbreaking innovations. 了解材料成分、结构和性能之间的关系是材料基因组计划的一个重要方面。
材料在各种行业中起着关键作用，从航空航天到医疗保健，这个领域的基础研究会引领创新。
The Material Genome Project aims to accelerate the discovery and development of new materials by leveraging high-throughput computational and experimental methods. By creating a database that catalogs the properties of different materials and their corresponding compositions and structures, researchers can efficiently search for materials with specific desired properties. 材料基因组计划的目标是通过利用高通量计算和实验方法，加速新材料的发现和开发。
第二篇 材料四要素
材料科学与工程的四个基本要素材料工程材料科学与工程四面体材料科学与工程的四个基本要素：材料科学与工程的四个基本要素材料科学与工程的四个基本要素材料的性质材料的性质材料的性质材料的性质材料的性质材料的性质材料的性质机械电学机械磁学光学电致伸缩压电特性磁致伸缩巨磁阻效应电致发光材料的性质电致伸缩----压电特性巨磁阻效应:是指磁性材料的交变阻抗随外磁场显材料的性质材料的材料的组成与结构固定时，材料的便是组成材料的排列方式和空间分布材料的材料的组成与结构材料的材料的组成与结构共价键是一种强吸引力的结合键。
当两个相同原分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合键。
材料的材料的组成与结构二、结合键对材料性能的影响材料的材料的组成与结构2．陶瓷材料材料的材料的组成与结构材料的材料的组成与结构材料的材料的组成与结构．非晶体材料的材料的组成与结构晶体和非晶体的转化加热后，熔化的琥珀会部分出现结晶；拉伸状态下的尼龙纤维强化且晶化。
琥珀晶态SiO2Si O 空间点阵格架材料的材料的组成与结构③体积要最小。
材料的材料的组成与结构Z材料的材料的组成与结构材料的材料的组成与结构十四种点阵三斜P 单斜P 单斜C 正交P 正交C 正交F 正交I 六方H 三方R 四方P 四方I 立方P 立方I 立方F材料的材料的组成与结构二、结晶指数晶向：在晶格中,任意两原子之间的连线所指的方向材料的材料的组成与结构用密勒(Miller)指数对晶格中某一原子排列在空间的位向进行标定。
晶向指数:标定方法：1. 建立坐标系，结点为原点，三棱为方向，晶格常数为单位；2. 在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)。
(若平移晶向或坐标，让第一点在原点则下一步更简单)；3. 计算x2-x1：y2-y1：z2-z1；4. 化成最小、整数比u：v：w ；5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号，负号记在上方。
在晶格中由一系列原子所构成的平面称为晶面。
《材料科学与工程概论》复习思考题1
《材料科学与工程概论》复习思考题一、名词解释1.磁化曲线：磁感应强度或磁化强度与外加磁场强度的关系曲线称为磁化曲线。
2.磁滞效应及磁化曲线：磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种效应称为磁滞效应。
由于磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合回线，称为磁滞回线。
3.磁致伸缩：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。
4. 硅酸盐材料：化学组成为硅酸盐类的材料称为硅酸盐材料，也称为无机非金属材料。
5. 水泥：水泥是一种粉末状的谁硬性胶凝材料，加入适量水拌合后成为塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并可将砂、石、纤维和钢筋等材料牢固地念接起来，成为有较高强度的石状体，是建造高楼大厦、桥梁隧道、港口码头等工程的主要材料。
6. 复合材料：将两种或两种以上的单一材料复合可获得新的材料，这些新的材料保留了原有材料的优点，克服和弥补了各自的缺点，并显示出一些新的特性，这就是复合材料。
7. 合金：由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。
8. 晶体：由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。
长程有序，各向异性。
9. 晶粒：结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状称晶粒。
10.晶界：结构相同而取向不同晶粒之间的界面。
在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。
晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。
11.高分子材料：由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。
12.二、填空题材料分为天然材料和人工材料两大类。
材料的电学性能包括电阻率和电导率以及超导电性等。
材料的磁学性能中按照物质对磁场反应的大小可分为顺磁性、抗磁性、铁磁性。
材料的热学性能包括热容、热导率、熔化热、热膨胀、熔沸点等性质。
材料分子结构分析
3
相变过程控制
通过控制加热速度、冷却速度、保温时间等工艺 参数，实现对固态相变过程的精确控制。
表面处理与涂层
表面改性技术
包括激光表面处理、离子注入、化学热处理等，可改善材料表面的 耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性等。
涂层技术
包括电镀、化学镀、热喷涂、气相沉积等，可在材料表面形成具有 特定功能的涂层，如耐磨涂层、防腐涂层等。
合金组织调控
通过热处理、形变处理等手段调控合金的微观组织，进一步优化 材料性能。
固态相变
1 2
相变类型
固态相变包括扩散型相变和非扩散型相变，前者 如共析转变、脱溶沉淀等，后者如马氏体相变、 贝氏体相变等。
相变驱动力
相变的驱动力主要来自于新相与母相之间的自由 能差，以及外界条件如温度、压力等的影响。
材料分子结构分析
目录
CONTENTS
• 引言 • 材料分子结构基础知识 • 材料分子结构的表征方法 • 材料分子结构与性能关系 • 材料分子结构调控与优化设计 • 材料分子结构分析的应用领域 • 总结与展望
01 引言
CHAPTER
目的和背景
目的
深入了解材料的内在性质和性能 ，为材料设计、制备和应用提供 理论基础。
缺陷分析
探究金属材料中的点缺陷、线缺陷和面缺陷等，评估其对材料性能 的影响。
无机非金属材料
晶体结构解析
利用X射线衍射、中子衍射等方法，解析无机非金属材料的晶体结 构，阐明其物理和化学性质。
微观形貌观察
通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段 ，观察无机非金属材料的微观形貌和组织结构。
导热性
受分子链的排列、结晶度和声子传 导等因素影响。
电学性能
超导材料的成分、结构与性能
浅析超导材料的成分、结构与性能【摘要】：自1911年卡末林·昂尼斯首次发现超导电现象以来，超导电性问题就引起了各国科学家的广泛关注。
本文主要通过对一些常见超导材料的分析来展现材料的成分、结构与性能之间千丝万缕的联系，并对超导材料的应用做一个简单的介绍。
【关键词】：超导；材料；金属；电电阻率随温度变化的关系如上图所示，一般的金属材料（如Pt），在接近绝对零度的温度范围内，随着温度的下降，其电阻率趋近于一有限的常数。
但是，对某些纯金属元素（如Hg）、合金和化合物等超导体来说却不然，它们在某一特定的温度T c附近，其电阻突然消失，这种现象叫超导电性。
所以均匀的超导体可以分为两类：第一类超导体——所有的纯金属（除铌和钒外）；第二类超导体——铌、钒和所有其他的超导合金和化合物。
一、超导合金材料Nb-Zr合金是最先发展起来的超导合金材料，由于当时Nb-Ti合金的低场不稳定性尚未克服，所以在1965年以前曾是超导合金中最主要的产品。
后来，Nb-Ti 合金有了很大的发展，新的产品并不出现低场不稳定性，加之它是包铜后拉制成的，所以，加工性能比Nb-Zr好得多，因而，Nb-Zr合金已逐渐被Nb-Ti合金所淘汰。
最近几年，国外在Nb-Zr合金的基础上发展起来的Nb-40Zr-10Ti三元合金。
在60千高斯以下比Nb-Zr、Nb-Ti的临界电流密度高很多。
对于Nb-Zr合金，点阵缺陷的大小和分布，对其性能影响很大。
已证实，为了得到高的磁场-临界电流密度特性，必须在合金中造成一定的形变结构——带状亚结构。
它贯穿并分散地平行于线的形变方向，其边界相当于小角晶界，是按亚晶界的方式排列起来的，因此也是由刃型位错构成的。
点阵缺陷对于Nb-Ti合金也有相似的影响。
在富钛区，在中温区是两相的β+α。
其中高温相β相是体心立方结构，另一个为六方结构的α相。
在电子显微镜下所进行的观察表明，和Nb-Zr合金的情况相似，Nb-Ti合金随着冷形密度的增加，其带亚结构的宽度减小，带密度增大。
聚氨酯分子结构与性能的关系
聚氨酯分子结构与性能的关系聚氨酯由长链段原料与短链段原料聚合而成，是一种嵌段聚合物。
一般长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。
软段和硬段种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。
2.3.1 影响性能的基本因素聚氨酯制品品种繁多、形态各异，影响各种聚氨酯制品性能的因素很多，这些因素之间相互有一定的联系。
对于聚氨酯弹性体材料、泡沫塑料，性能的决定因素各不相同，但有一些共性。
2.3.1.1 基团的内聚能聚氨酯材料大多由聚酯、聚醚等长链多元醇与多异氰酸酯、扩链剂或交联剂反应而制成。
聚氨酯的性能与其分子结构有关，而基团是分子的基本组成成分。
通常，聚合物的各种性能，如力学强度、结晶度等与基团的内聚能大小有关。
聚氨酯分子中，除含有氨基甲酸酯基团外，不同的聚氨酯制品中还有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲、芳环及脂链等基团中的一种或多种。
各基团对分子内引力的影响可用组分中各不同基团的内聚能表示，有关基团的内聚能（摩尔内能）见表2-11。
酯基的内聚能高，极性强。
因此聚酯型聚氨酯的强度高于聚醚型和聚烯烃型，聚氨酯-脲的内聚力、粘附性及软化点比聚氨酯的高。
聚氨酯材料的结晶性、相分离程度等与大分子之间和分子内的吸引力有关，这些与组成聚氨酯的软段及硬段种类有关，也即与基团种类及密集程度有关。
2.3.1.2 氢键氢键存在于含电负性较强的氮原子、氧原子的基团和含H原子的基团之间，与基团内聚能大小有关，硬段的氨基甲酸酯或脲基的极性强，氢键多存在于硬段之间。
据报道，聚氨酯中的多种基团的亚胺基（NH）大部分能形成氢键，而其中大部分是NH与硬段中的羰基形成的，小部分与软段中的醚氧基或酯羰基之间形成的。
与分子内化学键的键合力相比，氢键是一种物理吸引力，极性链段的紧密排列促使氢键形成；在较高温度时，链段接受能量而活动，氢键消失。
氢键起物理交联作用，它可使聚氨酯弹性体具有较高的强度、耐磨性。
氢键越多，分子间作用力越强，材料的强度越高。
固体材料的结构与性能研究
固体材料的结构与性能研究固体材料是指具有坚实的物理结构和化学成分，能够保持形状和体积，并能够抵抗形变和变形的物体。
固体材料广泛应用于各行各业，例如建筑、机械制造、电子工程等领域。
理解固体材料的结构与性能对于材料研究和应用具有重要意义。
本文将介绍固体材料的结构与性能研究的相关内容。
一、固体材料的结构固体材料的结构通常由原子和分子组成。
原子具有正电荷的原子核和负电荷的电子壳层。
原子核内有质子和中子，而电子壳层中的电子数量与原子的元素相对应。
固体材料中的原子通过化学键形成分子或晶体。
分子由共价键或离子键相连的原子组成，而晶体是由原子、离子或分子组成的具有长程有序排列的结构。
固体材料的结构可以分为单晶体、多晶体和非晶体。
单晶体中的原子或分子具有长程有序排列的结构，具有清晰的表面和平滑的断面。
多晶体由许多结晶颗粒组成，晶粒与晶粒之间的晶界和晶界内的缺陷对材料的性质产生重要影响。
非晶体中的原子、离子或分子没有长程有序排列的结构。
相较于单晶体和多晶体，非晶体的晶体缺陷较小，但由于其结构的无序性，非晶体具有更高的熵和更大的内聚能。
二、固体材料的性能固体材料的性能主要由以下几个方面组成：力学性能、电学性能、光学性能和热学性能。
（1）力学性能力学性能主要指材料在受到外部力作用下的抗力和形变特性。
例如，固体材料的硬度、强度、韧性和弹性模量等。
固体材料的硬度主要指其对于外部压力或切割力的抗性。
固体材料的硬度可以通过Vickers硬度和洛氏硬度来进行测量。
固体材料的强度主要指其在承受拉伸、压缩、剪切和弯曲力时的抵抗力。
材料的强度可以通过拉伸试验、压缩试验和弯曲试验来测试。
固体材料的韧性主要指其在受到外部力作用下能够延展或变形的能力。
材料的韧性可以通过冲击试验来测试。
固体材料的弹性模量主要指其对于外部力作用下能够恢复原状的能力。
材料的弹性模量可以通过牛顿破坏法和声波法来测试。
（2）电学性能电学性能主要指固体材料在电场中的表现。
同济大学材料学院821专业课辅导讲义1
绪论1. 材料和材料科学的定义：材料：具有在特定条件下使用要求的形态和物理状态的物质（不包含燃料、化工原料或产品、食品和药品）。
材料科学：研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律的一门学科。
材料科学的内涵：核心问题是材料的组织结构与性能以及两者之间的关系。
2. 材料科学与工程的四要素模型及四要素之间的关系：材料的成分与结构是影响其各种性质的直接因素，加工过程通过改变材料的成分与结构从而影响其性质。
例如铁碳合金，不含碳时，即纯铁，延展性好但强度低；含碳量较低时，称之为钢，钢中含碳量增加，强度硬度上升，但塑性韧性下降。
由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石,也有着不同的性能。
结构与成分是材料研究的核心，性质是落脚点，根据材料的性质可以确定其使用效能，例如金属具有刚性和硬度，可做结构材料。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。
如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
3. 材料结构层次与材料结构和性能的关系：①原子结构②结合键内部结构③原子排列方式（晶体、非晶体）④显微组织⑤宏观组织（肉眼可见）讨论结构对性能的影响关系：①原子结构②结合键③原子排列方式④显微组织和缺陷 Eg.1 结合键受到原子结构影响，易失去电子的元素形成金属键，结合键为金属键，导致原子趋于紧密堆积，电子共有化使得受力形变时金属键不至于破坏，故而有很好的延展性。
Eg.2 组织是指金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶粒大小、方向、形状、排列方式等组成关系的组成物。
如铁素体和珠光体。
材料热处理加工导致组织结构变化，其力学性能也有所差异。
4. 材料选择的基本原理①性能使用性原则：根据工作环境条件，按照材料的性能指标来选择相应的适用材料。
②失效性选择原则：对服役后失效的材料进行失效原因、解决对策分析，选择新的适用材料。
钢材中化学成分与性能间的关系
钢铁中化学成分与性能间的关系1、生铁生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。
这些元素对生铁的性能均有一定的影响。
碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化物），主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于切削加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。
石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。
硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，汉能减少铸造的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。
锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。
在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和切削性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。
磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。
然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%.硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，故含硫高的生铁不适于铸造细件。
铸造生铁中硫的含量规定最多不超过0.06%。
2钢2.1 元素在钢中的作用2.1.1常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。
这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。
这些杂质对钢材性能有一定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。
1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。
它是钢中的一种有害元素。
硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。
而钢材料的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。
材料四要素及其相互关系
材料科学四要素的内涵和关系众所周知,材料科学与工程是研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用性能以及他们之间关系的学科。
因而把组成与结构、合成与生产过程、性质以及使用效能称之为材料科学与工程的四个基本要素。
把四个要素联结在一起便构成了一个四面体，如图１。
1性质性质是材料功能特性和效用的定量度量和描述。
性质作为材料科学与工程四个基本要素之一,是理所当然的，既然材料是人们用于制造有用物品、器件和各种构件和产品的物质，它必然具有其特定的性能。
例如,金属材料具有刚性和硬度,可以用做各种结构件；它具有延展性，可以加工成受力或导电的线材;一些特种合金,如不锈钢、形状记忆合金、超导合金等,可以用作耐腐蚀材料、智能材料和超导材料等。
陶瓷具有很高的熔点、高的强度和化学惰性,可用作高温发动机和金属切削刀具等；而具有压电、介电、电导、半导体、磁学、机械特性的特种陶瓷,在相应领域发挥应用;但陶瓷的脆性则限制了他的应用。
利用金刚石的耀度和透明性，可制成光灿夺目的宝石和高性能光学涂层；而利用其硬度和导热性,可作切削和传导材料。
高分子材料以其各种独特的性能使其在各种不同的领域广泛应用，各类汽车材料、建筑材料、航空材料、电子电器材料等；反之，高分子材料组分的迁移特征，加速了其性能的退化,也对环境造成伤害;而其耐热性、耐候性较差,有限制了其在需要耐热和耐候领域的应用。
材料的性质也表示了其对外界刺激的整体响应，材料的导电性、导热性、光学性能、磁化率、超导转变温度、力学性能等都是材料在相应外场作用下的响应，正是这种响应创造了许多性能特殊的材料。
任何状态下的材料，其性能都是经合成或加工后材料结构和成分所产生的结果。
弄清性质和结构的关系,可以合成处性质更好的材料，并按所需综合性质设计材料。
而且最终将影响到材料的使用性能。
图1 材料科学与工程的四要2结构成分材料化学组成/成分对其性能有着重要的影响。
由于分析化学的发展和分析仪器的进步，人们对化学成分影像材料性能的重要性认识越来越深刻。
材料成分结构性能三者间的关系
材料成分结构性能三者间的关系材料的成分、结构和性能之间存在着密切的关联关系。
本文将从材料成分、结构和性能的角度探讨这三者之间的关系，并通过实例来说明。
材料成分是指材料中构成物质的化学元素和化合物的种类、比例和分布。
材料的成分直接决定了材料的性质和应用。
例如，纯铁只含有铁元素，具有良好的导电性和磁性；而加入不同比例的碳元素可以使铁变为不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和机械性能；再加入其他合金元素如铬、钼等，可以进一步改善不锈钢的性能，如增加抗磨损性和耐高温性。
因此，材料的成分对材料的性能有着决定性的影响。
材料结构指的是材料中原子、分子、晶粒、相和孔隙等微观结构的组成和排列方式。
材料的结构对材料的性能起着直接的影响。
例如，金属材料的结构可以分为晶体和非晶体两种，晶体结构的金属具有良好的导电性、塑性和热传导性，而非晶体结构的金属则具有较高的硬度和强度。
此外，晶体结构中晶粒的大小和排列方式也会影响材料的性能，细小且均匀排列的晶粒可以提高材料的强度和韧性。
同样，陶瓷材料中孔隙的分布和形状也会直接影响材料的密度和抗压强度。
因此，材料的微观结构对材料的性能具有重要的影响。
材料性能是指材料在特定条件下所表现出来的特性和行为。
材料的性能包括机械性能、物理性能、化学性能等。
材料的成分和结构决定了材料的性能。
例如，按照不同比例调整碳元素的含量可以制备出不同硬度和强度的钢。
此外，材料的结构对材料的性能也有着决定性的影响。
例如，纳米级晶粒的金属比大晶粒的金属具有更高的强度和韧性；多孔材料由于孔隙的存在具有较低的密度和较好的吸声性能。
因此，材料的成分和结构决定了材料的性能，不同的成分和结构组合可以获得不同的性能。
综上所述，材料的成分、结构和性能之间存在着密切的关系。
材料的成分直接决定了材料的性质和应用，而材料的结构则通过原子、分子、晶粒、相和孔隙等微观结构的组成和排列方式来影响材料的性能。
因此，在材料设计和制备过程中，需要综合考虑材料的成分和结构，以达到所需的性能要求。
4材料成分工艺组织与性能(2)
钢的回火稳定性
碳钢回火的三个阶段： 碳钢回火的三个阶段： 200 ℃低温回火 回火马氏体 400 ℃中温回火 回火屈氏体 600 ℃高温回火 回火索氏体 1. 合金元素的加入，强烈阻碍碳的扩散，从而使马氏 合金元素的加入，强烈阻碍碳的扩散，
3．合金钢
20CrMnTi
（1） 含碳量 ） （2） 合金元素含量 ）
9SiCr
GCr15
W18Cr4V
四、合金元素对钢的影响
1． 对铁碳状态图的影响 2． 合金元素对 曲线的影响 合金元素对C曲线的影响 3． 合金元素与钢的特性 （1）钢的淬透性 钢的淬透性 （2）淬透性与淬硬性 淬透性与淬硬性 （3）钢的回火稳定性 钢的回火稳定性
金属材料的工艺性能材料科学与工艺宝石及材料工艺学高性能膜材料tpr材料性能宇航材料工艺pp材料性能装饰材料与施工工艺比较材料的隔音性能宝石及材料工艺
材料成分、工艺、 第四章 材料成分、工艺、组织与性能 4．1 钢的基本知识 一、钢的合金化 碳钢→铁碳合金 碳钢 铁碳合金 合金钢→含有合金元素的钢 合金钢 含有合金元素的钢
实验报告
选择一种区分方法， 选择一种区分方法，将实验过程及原理阐述 清楚。 清楚。 实验时交设计方案，实验报告交实验记录。
铁 碳 相 图
钢的淬透性： 钢的淬透性
淬透性是钢在淬火时得到马氏体的 能力。 能力。 淬透性与何有关？ 淬透性与何有关？ 淬透性的测定方法。 淬透性的测定方法。
淬透性与淬硬性
4．2 几种常用碳钢 20CrMnTi 20Cr 18Cr2Ni4W 合金渗碳钢 2．合金调质钢 40Cr 40CrMn 合金调质钢 3．合金弹簧钢 65Mn 60Si2Mn 合金弹簧钢 二、 合金工具钢 1．合金刃具钢 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 合金刃具钢 2．冷作模具钢 Cr12 9SiCr 冷作模具钢 3．热作模具钢 3Cr2W8V 5CrMnMo 热作模具钢
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从钢铁材料看材料成分-结构-性能关系
钢铁从被利用开始至今一直是人类不可替代的原材料，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。
我们都知道初铁外，C的含量对钢铁的机械性能起着重要作用，钢是含碳量为0.03%-2%的铁碳合金。
随着碳含量的升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。
同时含碳量对工艺性能也有很大影响。
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。
由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。
对焊接性而言，一般来说含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。
而那些比例极小的合金加入，可以对钢的性能产生很大影响。
可以说普通钢、优质钢和高级优质钢就是在这些比例极小的成分作用下分别出来的。
那些合金成分的加入可以使钢的组织结构和性能都发生一定的变化，从而具有一些特殊性能。
比如说，铬的加入不仅能提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性，也能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性；锰可提高钢的强度，提高对低温冲击的韧性；稀土元素可提高强度，改善塑性、体温脆性、耐腐蚀性及焊接性能等等。
钢铁材料的结构特征包括晶体结构、相结构和显微组织结构。
钢铁是属于由金属键构成的晶体，因此就具有金属晶体的特性，如延展性。
同时这也注定钢的机械性能不仅与其化学性能有关，而其晶体的结构和晶粒的大小影响更大。
铁碳合金的基本组元是纯Fe和Fe3C。
铁存在同素异构转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。
碳溶解于 -Fe中形成的固溶体成为铁素体，其含碳量非常低，所以性能与纯铁相似，硬度低、塑性高，并有铁磁性。
其显微组织与工业纯铁也相似。
碳溶于 -Fe形成的固溶体为奥氏体，具有面心立方结构，可以溶解较多的碳。
在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，故奥氏体的硬度较低，塑性高。
通常在对钢铁材料进行热变形加工，都应将其加热呈奥氏体状态。
由此，从钢铁材料中，我们看到，材料的成分，结构和性能是密不可分的三者。
成分和结构往往可以极大的影响材料的性能，而成分和结构之间也是相互影响的。
1、C的含量对钢铁的机械性能起着重要作用,随着碳含量的升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。
同时含碳量对工艺性能也有很大影响对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。
对焊接性而言，一般来说含碳量越低，钢的焊接性能越好。
2、合金成分的加入可以使钢的组织结构和性能都发生一定的变化，从而具有一些特殊性能。
比如说，铬的加入不仅能提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性，也能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
3、钢铁是属于由金属键构成的晶体，因此就具有金属晶体的特性，如延展性。
同时这也注定钢的机械性能不仅与其化学性能有关，而其晶体的结构和晶粒的大小影响更大。
4、铁存在同素异构转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。
碳溶解于 -Fe中形成的固溶体成为铁素体，其含碳量非常低，所以性能与纯铁相似，硬度低、塑性高，并有铁磁性。
其显微组织与工业纯铁也相似。
碳溶于 -Fe形成的固溶体为奥氏体，具有面心立方结构，可以溶解较多的碳。