01第一章材料的性能
材料的性能
第一章材料的性能材料的性能通常包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在特定的条件下，弄保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能是指材料在加工过程中所反映出来的性能，如铸造性能、锻造性能、切削加工性能和热处理性能等材料的使用性能材料的力学性能：是指材料在各种形式外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，它是衡量材料性能极其重要的指标。
1.弹性：材料所受的外力去除后能恢复其原来形状的性能。
2.刚度：材料抵抗弹性变形的能力。
3.强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
4.塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
5.硬度：衡量材料软硬程度的指标，是材料抵抗更硬物质压入其表面的能力，也可以说是抵抗局部塑性变形的能力。
6.冲击韧度：材料在冲击载荷作用下抵抗破环的能力成为冲击韧度，简称韧度。
7.疲劳强度：抵抗疲劳破坏的能力。
疲劳强度是在疲劳实验机上测定的。
8.断裂韧度：抵抗裂纹失稳扩张导致材料断裂的能力。
材料的物理性能：材料收到自然界中光、重力、温度场、电场和磁场等作用反映的性能。
1.热性能2.电性能3.磁性能4.光学性能材料的化学性能：材料与其它化学物质起化学反应时显示出来的那些性能。
1.抗氧化性：材料在高温下抵抗周围介质的氧与其作用而不被损坏的能力。
2.抗腐蚀性：材料抵抗空气、水、酸、碱、盐及各种溶液、润滑油等介质侵蚀的能力成为耐蚀性，也叫抗腐蚀性。
材料的工艺性能铸造性能：主要是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。
其性能主要取决于材料的流动性和收缩性。
锻造性能：主要是指金属材料承受外力锻打变形而自身不被破环的能力，它包括金属的塑性和抗变形能力。
焊接性能：是指两种相同或不同的材料，通过加热、加压或两者并用将其连接在一起所表现出来的性能。
切削性能：是指材料用切削刀具进行加工时所表现出来的性能。
它决定了刀具的使用寿命和被加工零件的表面粗糙度。
凡使道具使用寿命长且加工后表面粗糙度低的材料，其切削性能好。
1第一章 混凝土结构用材料的性能(课件)_0
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 1第一章混凝土结构用材料的性能(课件)1 第一章混凝土结构用材料的性能(课件) 混凝土结构设计原理 1 混凝土结构材料的性能本章主要讨论以下三个内容：? 钢筋的品种、级别、性能及其选用原则； ? 混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则； ? 钢筋与混凝土的共同工作原理。
1.1 钢筋 1.1.1 钢筋的品种与性能 1、热轧钢筋（1）、热轧钢筋的种类表 1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围（2）、热轧钢筋的力学性能①应力应变曲线的一般特征及其简化②热轧钢筋的强度及弹性模量钢筋的屈服强度是混凝土结构构件设计计算时的主要依据之一。
屈服极限极限强度（强度极限）。
屈强比，钢筋的屈服强度与极限抗拉强度之比。
一般要求，屈强比小于 0.8。
③塑性性能 A、伸长率?：１ 1 混凝土结构材料的性能 ??l??l?100%。
l 当 l?5d 时，伸长率用?5 表示；当 l?10d 时，伸长率用?10 表示；当l?100mm 时，伸长率用?100 表示；d 为试件直径。
另外，还有均匀伸长率?gt。
B、冷弯性能关于伸长率和冷弯性能的试验方法，如图1 / 121-4、1-5 所示。
2、中高强钢丝和钢绞线（1）、中高强钢丝和钢绞线的力学性能（2）、中高强钢丝和钢绞线的种类（3）热处理钢筋。
3、冷加工钢筋冷加工钢筋，是指在常温下，采用某种工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。
常用的加工工艺有，冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭等四种工艺。
（1）、冷拉钢筋，如图 1-8 所示。
（2）、冷拔钢筋，如图 1-9、1-10 所示。
（3）、冷轧带肋钢筋，如图 1-11 所示。
（4）、冷轧扭钢筋，如图 1-12 所示。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
材料性能学课后习题与解答
绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示]材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。
包括力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）物理性能（热、光、电、磁）化学性能（老化、腐蚀）。
第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。
弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。
弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。
实质是产生100%弹性变形所需的应力。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。
2、简答(1)材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E小，反之亦然。
晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。
化学成分，微观组织温度，温度升高，E下降加载条件、负载时间。
对金属、陶瓷类材料的E没有影响。
高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。
材料的性能-工程材料
材料的性能-工程材料引言材料是工程设计和制造中至关重要的因素之一。
不同材料的性能直接影响到工程的可靠性、耐用性、平安性等方面。
本文将介绍工程材料的性能特点，包括力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数。
力学性能力学性能是材料工程中最根本、最重要的性能之一。
它包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。
强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力，常由抗拉强度或抗压强度来表示。
韧性是指材料在受到外部应力作用下发生塑性变形的能力，常由断裂韧性或冲击韧性来衡量。
硬度是指材料抵抗刮削或压痕的能力，可用洛氏硬度或维氏硬度进行测量。
弹性模量那么表示了材料在受力后会恢复原状的能力。
热性能热性能是材料在受热或受冷时的表现，包括导热性、热膨胀系数、比热容等。
导热性是材料传导热量的能力，由热传导率来度量。
热膨胀系数那么表示材料在温度变化时的体积膨胀或收缩程度。
比热容是指单位质量材料在温度升高1℃时所吸收或释放的热量。
化学性能化学性能是指材料与环境中化学物质发生反响的性能，包括耐腐蚀性、氧化性、复原性等。
耐腐蚀性是材料抵抗化学腐蚀侵蚀的能力，常用酸碱腐蚀试验来评估。
氧化性表示材料与氧气接触时的性能，如金属氧化后形成氧化膜。
复原性是指材料复原他物的能力，用于一些特定工艺中。
其它重要性能参数除了上述的根本性能指标外，还有一些其它重要的性能参数需要考虑。
例如，电导率是指材料导电的能力，常用于电子器件中。
磁性是指材料对磁场的反响能力，用于电磁设备的制造。
透光性是指材料对光线透过的能力，一些光学器件中十分重要。
总结工程材料的性能对工程设计和制造至关重要。
不同材料的性能特点决定了它们的适用范围和工程应用的可行性。
力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数都需要考虑进去。
通过综合评估材料的性能，可以选择最适宜的材料来满足工程需求。
以上是关于工程材料性能的简要介绍，希望对读者有所帮助。
注意：以上文档为人工智能助手生成，仅供参考。
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材料力学性能01-04
1.弹性模量：E 2.强度：p、e、s、b 3.塑性:k、k
塑性材料在拉伸时的力学性能： 对于没有明显屈 服阶段的塑性材料， 用名义屈服极限Rp0.2来 表示。
R p 0.2
o
0.2%
0
两个塑性指标: l1 l0 A 100% 断面收缩率: Z A0 A1 100% 伸长率: l0 A0
5.压缩性能试验
(MPa)
400
低碳钢压缩应 力应变曲线
E(b)
C(s上) (e) B 200 D(s下) A(p)
f1(f)
低碳钢拉伸应 力应变曲线
g
E=tg O O1 O2 0.1 0.2
b
灰铸铁的 压缩曲线
b
= 45o
剪应力引起 断裂
灰铸铁的 拉伸曲线O引起破坏的有关因素： 1) 塑性材料拉伸: 沿45°滑移线、屈服,
塑性材料和脆性材料力学性能比较:
塑性材料
延伸率
脆性材料
延伸率
δ > 5%
δ < 5%
断裂前有很大塑性变形 抗压能力与抗拉能力相近 可承受冲击载荷，适合于 锻压和冷加工
断裂前变形很小 抗压能力远大于抗拉能力 适合于做基础构件或外壳
材料力学性能
哈尔滨工业大学材料学院 朱景川
第一章 材料静载力学性能试验
表示一定应力状态下材料发生塑性变形的难易程度
3.扭转性能试验 (1)扭转试验方法：GB/T 10128-1988
试样：圆柱或圆管
扭转曲线
(2)扭转应力状态
扭转应力状态特点：
(3)扭转性能指标 T 切 力 应 ： W
切 变 应 ：
材料的结构与性能特点
第一章材料的结构与性能固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。
所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。
材料的相互作用组成物质的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力称为结合键。
主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
离子键形成：正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键称为离子键。
特性：离子键没有方向性，无饱和性。
NaCI晶体结构如图NH1晶体结构性能特点：离子晶体的硬度高、热膨胀系数小，但脆性大，具有很好的绝缘性。
典型的离子晶体是无色透明的。
共价键形成：元素周期表中的W A、皿、W A族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时，原子间不产生电子的转移，以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。
这种由共用电子对产生的结合键称为共价键。
氧化硅中硅氧原子间共价键，其结构如图所示。
性能特点：共价键结合力很大，所以共价晶体的强度、硬度咼、脆性大，熔点、沸点咼，挥发度低。
金属键形成：由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。
如图所示。
性能特点：1）良好的导电性及导热性；2）正的电阻温度系数；3）良好的强度及塑性；4）特有的金属光泽。
分子键形成：一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华键（或分子键）。
特性：分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低，硬度也低。
但其绝缘性良好。
材料的结合键类型不同，则其性能不同。
常见结合键的特性见表1-1晶体材料的原子排列所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
晶体的主要特点是：①结构有序；②物理性质表现为各向异性；③有固定的熔点；④在一定条件下有规则的几何外形。
理想的晶体结构1•晶体的基本概念(1) 晶格与晶胞晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。
从晶格中取出一个 最能代表原子排列特征的最基本的几何单元， 称为晶胞。
晶胞各棱边 的尺寸称为晶格常数。
简单立方晶格、晶胞示意图(2) 晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系(3) 原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距 离的一半。
材料物理性能精品文档
化合物的分子热容等于构成此化合物各原子热容之和。
双原子固体：如NaCl、TiC
摩尔热容？
多原子固体：如H2O、 SiO2、CaSiO3
摩尔热容？
其来由是根据杜隆－伯替定律，也是基于经典热容理论。
3.热容经验定律评价 （1）认为热容与温度无关，与事实不符。实际上？ （2）低温时、轻元素与事实差别很大。 （3）认为所有元素热容相同，构成化合物时，分子热容等于各原子热 容之和，与事实不完全相符。 （4）未考虑体积是否变化及电子的影响。 （5）除轻元素外大部分元素与固体物质在非低温时与事实十分接近。
较实际值小，但较经验定律有明显进步。
（3）T→0时，热容为0，与事实相符。
1.爱因斯坦模型
进步：能量量子化，考虑了温度因素。 不足：在T＜＜θ E温区理论值较实验值下降得过快。 原因：前提、没有考虑低频率振动对热容的贡献。德拜模型在这一方面 作了改进，故能得到更好结果。
2. 德拜模型
前提：①考虑了晶体中各质点的相互作用；②对热容的贡献主要是频率 较低的声频支振动（0～ω max），光频支振动对热容的贡献很小，忽略； ③把晶体看作连续介质；④ ω max由分子密度和声速决定。
学习材料物理性能主要是为功能材料的研究和使用打基础。
本课程学习的内容和要求
学习热学性能、电学性能、磁学性能和光学性能。 ●掌握基本概念：
有关概念与现象及表征，如热导率、磁畴、硬磁与软磁材料、热电效 应、半导体的热敏、光敏现象等等。 ●物理本质：
如热膨胀是怎么产生的，不同材料为什么有不同的磁性等。从材料原 子结构、电子层、晶格运动等内部因素认识材料物理性能的本质和机理。 ●影响因素、与化学成分及组织结构之间的关系： 如为什么合金热导率较纯金属低？为？等等。 ●物理性能指标的工程意义： 物理性能指标在实际工程上有何应用。 ●了解物理性能指标的测试方法和原理，相关仪器，试样准备。 注意：金属材料、无机非金属材料、高分子材料表现出不同的物理性能， 如材料热稳定性（耐热震性）只对无机非金属材料有意义，导电热敏效 应只对半导体材料有意义等等。学习时将三大类材料物理性能的共性融 合在一起，同时兼顾其个性。
工程材料的性能
工程材料的性能
材料的性能：用来表征材料在给定外界 条件下的行为参量，包括使用性能和工艺 性能。 使用性能：材料在使用过程中所表现的 性能。包括力学性能、物理性能和化学性 能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的 性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和 切削性能等。
第一节 材料的力学性能
=P
A y e p
E
1
b s k
ys e p
o
k' =L/L L
弹性极限e：弹性，pe段为非线性。 e与p数值相近。
强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服极限或屈服强度(yield strength) ys： 材料是否出现塑性变形的重要强度指标。 极限强度(ultimate strength) b： 反映材料是否破坏的重要强度指标。
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
(3)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )
适用范围: 测量薄板类 ; HV≈HBS ;
(4)肖氏硬度 HS (drop hardness )
拉伸试验机
四.低碳钢拉伸应力—应变曲线
常用拉伸试样(圆截面): 标距长度： L =10d 或5d 施加拉伸载荷P，记录P—L曲线; 或(=P/A)—(=L/L)曲线。 低碳钢拉伸应力—应变曲线:
= P A
弹性 屈服 强化 颈缩
P
d
l
P
四个阶段：
弹性阶段：卸载后变形可恢复。
k
颈缩
b
e p
第一章工程材料的分类与性能指标
高分子材料制品
陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的 化合物。
陶瓷材料属于无机非金属材料
由于大部分无机非金属材料含有 硅和其它元素的化合物，所以又 叫做硅酸盐材料。 它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻 璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和 陶瓷等三类。
对工程师来说，陶瓷包括种类繁 多的物质，例如玻璃、砖、石头、 混凝土、磨料、搪瓷、介电绝缘 材料、非金属磁性材料、高温耐 火材料和许多其它材料。
这就解释了为什么当橡胶暴露在阳光和空气 中时会逐渐地硬化；为什么铝不能用在超音速飞 机中；为什么金属在周期性载荷的作用下会产生 疲劳；为什么普通钢的钻头不能象高速钢钻头那 样飞快地切削；为什么磁体在射频场中会失去它 的磁性；又为什么半导体在核辐射下会损坏。这 类例子是数不清的。
在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而 且要考虑那些将使材料内部结构发生变化，从而 也导致材料性能发生变化的使用条件。
因此，金属材料特别是钢铁材料仍然是机械制造业 使用最广泛的材料。
随着科学技术的进步，非金属材料也得到了迅速的 发展。
非金属材料具有一些金属所不具备的许多性能和特 点。
如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生 产率高、成本低等。
所以非金属材料在工业中的应用日益广泛。 比如高分子材料常常取代金属材料用作化工管道、
因此，要减少零件的弹性变形，提高其 刚度，只能通过合理设计零件的截面形状、 尺寸，并提高其结构刚度来解决。
刚度：
绝大多数机器零件在工作时基本上都是 处于弹性变形阶段，即均会发生一定量的弹 性变形。但若弹性变形量过大，则工件也不 能正常工作，由此引出了材料对弹性变形的 抵抗能力——刚度（或刚性）指标
补充篇 工程材料的分类与性能
工程材料力学性能
第一章单向静拉伸力学性能1. 弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力。
2 .滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性。
3 .包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
4. 解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
5. 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
合金化、热处理、冷塑性变形等对弹性模量影响较小，所以它是一个对组织不敏感的力学性能指标。
5. 解理断裂；金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。
6. 决定金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
7. 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。
8. 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。
上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。
9. 试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属及其合金与fee金属及其合金屈服行为不同的原因。
10. 试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。
答：固溶强化、形变硬化、细晶强化11. 断裂强度S c与抗拉强度S b有何区别？12. 裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。
第三版胡赓祥材料科学基础的知识点总结及课后答案
第三版胡赓祥材料科学基础的知识点总结及课后答案第一章材料科学基础概念知识点总结1. 材料的定义与分类：材料是制造各种结构和器件的物质基础，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。
2. 材料的性能：包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等，是评价材料性能好坏的重要指标。
3. 晶体结构：晶体是由原子、离子或分子按照一定的空间点阵排列成的周期性结构，常见的晶体结构有金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。
4. 材料的制备方法：包括合成、加工、处理等，如熔炼、铸造、轧制、挤压、拉伸、热处理、腐蚀等。
5. 材料的设计与性能调控：根据材料的使用性能要求，进行结构、组成和制备工艺的设计，以实现性能的优化。
课后答案1. 材料是什么？请举例说明。
答案：材料是制造各种结构和器件的物质基础，如钢铁、水泥、塑料、玻璃等。
2. 材料的性能有哪些？它们对材料的用途有何影响？答案：材料的性能包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等，不同的性能影响材料在不同领域的应用。
例如，塑料的具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，广泛应用于包装、建筑等领域；金属材料具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子、能源等领域。
3. 晶体结构有哪些类型？请简要介绍。
答案：晶体结构有金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等类型。
金属晶体是由金属原子按照一定的空间点阵排列成的结构，具有较高的强度和韧性；离子晶体是由正负离子按照一定的空间点阵排列成的结构，具有较高的熔点和硬度；共价晶体是由共价键连接的原子按照一定的空间点阵排列成的结构，具有较高的硬度和脆性；分子晶体是由分子按照一定的空间点阵排列成的结构，具有较低的熔点和脆性。
4. 材料的制备方法有哪些？它们对材料性能有何影响？答案：材料的制备方法包括合成、加工、处理等，如熔炼、铸造、轧制、挤压、拉伸、热处理、腐蚀等。
不同的制备方法对材料的性能有不同的影响。
例如，熔炼法制备的金属材料具有较高的纯度和均匀性；热处理工艺可以改变金属材料的组织结构和性能，如提高硬度和强度等。
第一章材料的结构和性能 § 1 金属材料的结构和组织
相：合金中具有相同的化学成分、相同的结构、能够与其他部分区
分的部分。 1、固溶体
间隙固溶体 置换固溶体
有限置换固溶体 无限置换固溶体
固溶强化：通过溶入溶质原 子使溶剂原子的晶格发生畸 变，从而使金属材料的强度、 硬度升高的现象。
2、金属化合物
两个组元相互作用形成的新的相。
金属化合物的晶格与其组元的晶格完全不同，因此其性能也 不同与组元。
第一章 金属材料的主要性能 第二章 金属及合金的晶体结构 第三章 铁碳合金 第四章 金属的塑性变形和再结晶 第五章 钢的热处理 第六章 合金钢
第一章 材料的性能
§ 1 材料的力学性能
拉伸试验机
一、刚度 材料抵抗弹性变形的能力。
EPF
Pl 0
l l Fl
0
E;F l
4. 电磁搅拌
五、铸锭的结构
1、铸锭结构 细等轴晶区；柱状晶区；粗等轴晶区；
2、铸锭的缺陷
缩孔；缩松；气孔；
习题与思考题
1、什么是过冷度？为什么金属结晶时一定要有过冷度？ 2、过冷度与冷却速度有什么关系？它对金属结晶后的晶粒大小有什 么影响？ 3、液体金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么？ 4、晶粒大小对金属机械性能的影响是什么？简述晶粒细化的途径。 比较下列情况晶粒的粗细：
§2 材料的物理和化学性能
一、物理性能
比重、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。
二、化学性能
耐腐蚀性、抗氧化性等。
比强度 : 材料的强度值与密度值之比。
名称 密度
强度
比强度
(g / cm3) ( Mpa )
纯铝 2.7 纯铁 7.87 纯钛 4.5
80～100 180～280 405～500
工程材料的力学性能
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
SD202U1/4/S5 T
机械工程材17 料
第一章 工程材料的力学性能
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
对于没有明显屈服现象的金属材料，屈服强度σ0.2（老标准的 指标），在新标准中已由“规定残余延伸强度Rr0.2”所取代。
SD202U1/4/S5 T
机械工程材12 料
第一章 工程材料的力学性能
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 (一）强度指标 新老标准中强度指标的区别： （2）新标准中统一用“强度”一词来取代原来经常使用的 “点”、“应力”、“强度”等术语。例如用“屈服强度”取 代“屈服点”，并且进一步细分为“上屈服强度ReX”和“下屈服 强度ReL”。 （3）新标准中统一用符号“R”来表示强度，取代原来使用多处 的“σ”（应力仍然用符号“σ”）表示。例如用“抗拉强度Rm”取 代“抗拉强度”
机械工程材11 料
第一章 工程材料的力学性能
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 (一）强度指标 新老标准中强度指标的区别：
（1）老标准内原有的微量塑性变形抗力指标“比例极限”和 “弹性极限”在新标准上已由“规定塑性延伸强度Rp”所取代。 规定塑性延伸强度是指试样在加载过程中，塑性延伸率等于规 定的引伸计标距百分率时的应力。
（2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
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四、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷
作用而不破坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
四、导热性
导热系数---单位温差驱动力下每秒通 过单位截面积的热量
碳（金刚石）导热最好 银，铜导热也很好 玻璃和陶瓷的导热则最差。 材料导热性好坏影响其加热和冷却时 内应力大小。
对于运动构件，材料密度越小，消耗 能量越少，效率越高。 对飞机等的选材常用比强度作为指标。
比强度：抗拉强度与密度之比 子弹头里灌铅增加其惯性 ----铅的密度为12g/cm3
飞机和材料
二、熔点
锡的熔点为505K---作焊料
铅的熔点为600K---作保险丝
镍的熔点为1726K----作高温合金 钨的熔点为3680K---作电极材料
掌握布氏硬度和洛氏硬度的优缺点及 应用场合。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
循环交变应力示意图
应力寿命曲线示意图
疲劳断口
风机输入轴疲劳断口
通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力.
疲劳裂纹扩展的非晶体学模型
六、断裂韧性
油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与材料 中存在缺陷有关
TITANIC 的沉没
与船体材料的质量
直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳
材料在低于s重复交变应力作用下发生断裂的现象.
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大
应力称为疲劳极限。用-1表示。
注：下标 -1 表示对称循环交变应力。
三、可焊性 大型建筑、桥梁 能否焊上 焊缝质量
钢的含碳量越低，可焊性越好
四、切削加工性 是否容易切削，并得到精确形状、高表面 光洁度 与材料的硬度、韧性等因素有关
五、热处理性能
同样成分 , 处理工艺 不同 , 微观 组织也不 同 , 性能也 不同
学习重点：
表征材料力学性能指标的各参数物理 意义和单位，如：s、0.2、b、-1 、、5、KIc、k、HB、HRC等；
-
拉伸前
拉伸试样
断裂后
一、弹性和刚度
弹性：即材料承受最大弹 性变形时的应力。指标为 弹性极限e。 刚度：材料受力时抵抗弹
性变形的能力。指标为弹
性模量E： E tg （ MPa）
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而 逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、 合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积 或改变截面形状来提高零件的刚度。
1943年美国T-2油轮发生断裂
北 极 星 导 弹
裂纹扩展的基本形式
断裂力学假设材料本身存在裂纹，材料的破坏 是由于裂纹的失稳扩展造成
c ( a c ) 1 / 2
应力强度因子：描述裂纹尖
端附近应力场强度的指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部裂
纹失稳扩展的能力。
K IC Y C a C
③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
< 时，有颈缩，为塑性材料表征
无颈缩试样 有颈缩试样
三、硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
1、布氏硬度HB
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于
布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号 HBW 表示，适用于 布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或 HBW之前的数字表 示硬度值，之后的数字按顺序 分别表示球体直径、载荷及载荷
二、强度与塑性
强度：材料在外力作用下 抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微
量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%
0.2
时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大
应力值。
塑性：材料受力破坏前可承受 最大塑性变形的能力。指标为：
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
伸长率 ：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% 断面收缩率 ： F0
拉伸前
断裂后
几个应用例子： 比例极限：体重称 弹性极限：吸收能量的弹簧 屈服极限：确定许用应力
实际工程结构不容许发生塑性 变形
工程设计中的许用应力= s /n n（ >1 ) 称为安全系数
C为断裂应力， aC为临界裂 纹半长，KIC单位为 MN / m 3 2
第二节 物理和化学性能
物理性能
一、密度 二、熔点 三、热膨胀性 四、导热性 五、导电性 六、磁性
化学性能
七、耐腐蚀性和 抗氧化性
一、密度 单位体积物质的质量 钢铁材料的密度约为7.8 铝合金的密度约为2.7 陶瓷材料的密度约为2.2--2.5 高分子材料的密度一般小于1.0
布 氏 硬 度 压 痕
保持时间, 如120HBS10/1000/30 表示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf(9.807kN) 载荷
作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢: b(MPa)≈3.4HB
七、耐腐蚀性和抗氧化性 碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差 不锈钢、铝合金、铜合金、钛及其合金耐 腐蚀性较好。 陶瓷比金属好.
陶瓷发动机
金属在介质中形成的微电池
第三节 工艺性能
一、铸造性
液体金属能充满比较复杂的铸型并获得 优质铸件的性能。 其中包括流动性、收缩性、偏析等。
二、可锻性 温度范围宽、变形抗力小，可锻性好
小 负 荷 维 氏 硬 度 计
小负荷维氏硬度试验、显微维
氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛 氏硬度的优点。
与冲击作用相关的 力学性能
实际构件如飞机起落架， 枪管、炮管，锻锤等在服 役过程中，常常受到冲击 载荷的作用，在这种载荷 作用下，会发生脆性断裂。 用拉伸实验应力 - 应变曲 线的面积不能反映这种脆 性（加载速率慢）。
钢球压头与 金刚石压头
HRC用于测量中等硬度材料，
如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：操作简便，
压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
3、维氏硬度HV
维氏硬度计
显微维氏硬度计
符号HV前的数字为硬度值，
后面的数字按顺序分别表
示载荷值及载荷保持时间。
根据载荷范围不同，规定了三 种测定方法 —维氏硬度试验 、
基本概念 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
如何评价不同材料的力学性能好坏？ 应力 = P/F0 低 应变 = (l-l0)/l0 碳
钢 的 应 力 应 变 曲 线 拉 伸 试 验 机
韧脆转变温度：材料的冲击韧性随温 度下降而下降。在某一温度范围内冲 击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变. 发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变 温度。材料的使用温度应高于韧脆转
变温度。
体心立方金 属具有韧脆 转变温度， 而大多数面 心立方金属建造中的Titanic
TITANIC
黄铜 球墨铸铁 钢
HB
对于铸铁: b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈0.6(HB-40)
2、洛氏硬度HR 根据压头类型和主载荷不同, 分为十一个标尺, 常用
的标尺为A、B、C。
洛 氏 硬 度 计
符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。
HRA用于测量高硬度材料, 如 硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。