材料的结构组织与性能3
材料科学课程学习总结了解材料结构与材料性能的关系
材料科学课程学习总结了解材料结构与材料性能的关系材料科学是一门研究材料结构和性能之间关系的学科，它对于各行各业的发展和创新起着重要的作用。
在这门课程的学习中，我深入了解了材料的结构与性能之间的密切联系，并从中获益匪浅。
首先，材料的结构是其性能的基础。
在课程中，我学习到了各种不同类型的材料，包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。
每种材料都具有独特的晶体结构或分子结构，这些结构决定了材料的性能。
例如，金属的晶体结构使其具有良好的导电性和导热性，而陶瓷材料的离子结构赋予其出色的耐热和耐腐蚀性能。
因此，深入了解材料的结构对于预测和改进其性能至关重要。
其次，材料的性能受多种因素影响。
除了结构之外，材料的性能还受到其他因素的影响，包括成分、处理工艺、应力和环境等。
在课程中，我学习到了不同处理方法对材料性能的影响，例如热处理、塑性加工和表面处理等。
这些处理方法可以改变材料的晶体结构或分子排列方式，从而改变材料的性能。
此外，材料在不同应力条件下表现出不同的性能，了解材料的力学性能对于设计和应用合适的材料至关重要。
此外，课程还介绍了材料表征和性能测试的方法。
了解材料的结构和性能需要借助各种实验手段进行表征和测试。
在课程中，我学习到了常用的材料表征方法，如X射线衍射、扫描电镜和拉伸试验等。
通过这些实验手段，我们可以直观地观察材料的结构和性能，并进一步分析它们之间的关系。
掌握这些实验技能对于进行材料科学研究和工程应用至关重要。
综上所述，材料的结构与性能之间存在着密切的关系，通过学习材料科学课程，我更加深入地了解了这种关系。
材料科学的知识为我未来的科研和工程实践提供了坚实的基础，使我能够更好地理解和应用各类材料。
我将继续努力学习，不断探索和研究材料的新领域，为社会的进步和创新做出贡献。
总结起来，材料科学课程的学习使我对材料结构与性能的关系有了更深刻的理解。
了解材料的结构是预测和改善其性能的基础，而材料的性能受到多种因素的影响。
材料概论材料的组成、结构与性能各...
材料概论材料的组成、结构与性能各种材料金属、高分子和无机非金属不论其形状大小如何,其宏观性能都是由其化学组成和组织结构决定的。
材料的性能与化学组成、工艺、结构的关系如下：第二章材料的组成、结构与性能2.1 材料的组成2.2 材料的结构2.3 材料的性能只有从不同的微观层次上正确地了解材料的组成和组织结构特征与性能间的关系，才能有目的、有选择地制备和使用选用材料。
化学组成工艺过程本征性能显微结构材料性能2.1 材料的组成材料通常都是由原子or分子结合而成的，也可以说是由各种物质组成的，而物质是由≥1种元素组成的。
按原子or分子的结合与结构分布状态的不同，可分成3类：第二章材料的组成、结构与性能组元、相和组织固溶体聚集体复合体2.1.2 材料的化学组成2.1.1 材料组元的结合形式固溶体、聚集体和复合体第二章材料的组成、结构与性能材料的组元:金属材料多为纯元素，如普通碳钢? Fe&C；陶瓷材料多为化合物，如Y2O3?ZrO2 ?Y2O3&ZrO2组成材料最基本、独立的物质，或称组分。
可以是纯元素or稳定化合物。
相: 具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分。
1?m图2-150%ZrO2/Al2O3复合材料的SEM照片* 相与相之间有明显的分界面，可用机械的方法将其分离开。
第二章材料的组成、结构与性能ZrO2Al2O3*各晶粒间有界面隔开，但它们是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的材料，仍属于同一相。
*在相界面上，性质的改变是突变的。
*1个相必须在物理和化学性质上都是完全均匀的，但不一定只含有1种物质。
例如：纯金属是单相材料，钢非纯金属在室温下由铁素体含碳的??Fe和渗碳体Fe3C为化合物组成；普通陶瓷：由晶相1种/几种与非晶相玻璃相组成。
*由成分、结构都不同的几种晶粒构成的材料，则它们属于几种不同的相。
材料的组织第二章材料的组成、结构与性能材料内部的微观形貌。
实际上是指由各个晶粒or各种相所形成的图案。
非晶合金组织结构及性能分析
非晶合金组织结构及性能分析随着现代科学技术的快速发展，材料学科已经成为现代工程与科技发展的核心之一，而非晶合金正是材料学科中备受瞩目的重要类别之一。
在材料结构与性能方面，非晶合金呈现出了巨大的潜力和广泛的应用前景。
本文将重点探讨非晶合金的组织结构和性能，并分析其在材料学科中的应用和未来发展趋势。
一、非晶合金的组织结构非晶合金是指在熔态下，以快速冷却的方式获得的非晶态合金。
非晶合金的组织结构可以分为两种：非晶态和部分晶态。
在非晶态中，由于快速冷却的速度极快，使得元素之间没有足够的时间进行排列组合，因此形成了无序堆积的结构，这种结构形态类似于玻璃的结构，因此也被称为“金属玻璃”。
而在部分晶态中，由于快速冷却的速度虽然极快，但其不足以形成完全的非晶态结构，因此其中仍然存在一部分晶体结构。
这些晶体的大小和数量都与冷却速率、成分和合金化处理等因素有关，并且在快速冷却处理过程中，晶体的大小通常很小，一般去到纳米级别以下。
二、非晶合金的性能分析由于非晶合金的结构和晶体结构不同，因此其性能也和晶体材料有很大的差异。
以下将重点分析其电学、力学和热学性能。
1. 电学性能非晶合金的电学特性是其最具代表性的性能之一。
非晶合金常常具有非晶态高阻值、大电阻温度系数和良好的电路性能等优点。
首先，由于非晶态合金的微观结构是没有长程有序性的，因此不存在像晶体材料中那样的能隙带和与带隙相关的状态密度效应，进而导致了非晶合金的电阻高于晶体材料。
其次，非晶合金的电阻温度系数大，也就是说，其电阻随着温度的变化程度比晶体材料更加剧烈。
这种特点让非晶合金在电阻器、温度计等电路元件中得到了广泛的应用。
2. 力学性能除了电学性能，非晶合金的机械和力学性能也是其它代表性特点之一。
由于非晶合金的微观结构无序，因此也不存在着常规晶体中的一些结构缺陷。
这一特性让非晶合金显示出了以下几种性质：高强、高剛度、高韌性、高耐磨、高弹性回收率等。
其次，非晶合金所具备的独特结构和性质，让它们在机械、电子、航天等领域得到了广泛的应用。
材料材料结构与性能分析
材料材料结构与性能分析引言材料是现代科学和工程领域中的基础，对于各种工程应用和科学研究都起着重要的作用。
而材料的结构与性能分析则是研究材料特性和性能的关键步骤。
本教案将从材料的基本结构开始，逐步深入探讨材料的性能分析方法和应用。
一、材料的基本结构1. 原子结构- 原子的组成和特性- 原子的排列方式- 原子间的相互作用2. 晶体结构- 晶体的定义和分类- 晶格和晶胞- 晶体的缺陷和杂质3. 非晶态结构- 非晶态的定义和特点- 非晶态材料的制备方法- 非晶态材料的性质和应用二、材料的性能分析方法1. 结构分析方法- X射线衍射分析- 电子显微镜观察- 原子力显微镜测量2. 热性能分析方法- 热膨胀测量- 热导率测试- 差示扫描量热法3. 机械性能分析方法- 弹性模量测量- 硬度测试- 拉伸和压缩试验4. 电性能分析方法- 电导率测量- 介电常数测试- 磁性能分析三、材料结构与性能的关系1. 结构与机械性能的关系- 晶体结构对材料强度的影响- 缺陷和杂质对材料韧性的影响- 界面和晶界对材料的影响2. 结构与热性能的关系- 结构对材料热膨胀性的影响- 晶体结构对热导率的影响- 缺陷和杂质对热性能的影响3. 结构与电性能的关系- 晶体结构对电导率的影响- 缺陷和杂质对电性能的影响- 界面和晶界对电性能的影响四、材料结构与性能分析的应用1. 材料设计与改进- 结构优化方法- 性能预测和模拟- 新材料的设计和合成2. 材料性能评估与检测- 材料质量控制- 材料失效分析- 材料性能的可靠性评估3. 材料应用与工程设计- 材料选择与匹配- 材料在特定环境下的性能评估- 材料的可持续性和环境影响评估结论通过对材料的结构与性能分析，我们可以更好地理解材料的特性和行为，为材料的设计、改进和应用提供科学依据。
同时，结构与性能的关系也为我们解决材料失效和性能不达标等问题提供了重要的线索。
在未来的研究和工程实践中，我们需要不断深入探索材料的结构与性能，以推动材料科学和工程的发展。
第二章 材料的组成结构与性能
r
续固溶体。
当
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连
r
形成有限型固溶体， 而不是充分必要条件。
当
r1 r2 15% ~ 30% 时，溶质与溶剂之间只能 r 这是形成连续固溶体的必要条件， 1
固 溶体或不能形成 固溶体，而容易形成中间相或化合 物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的所有金
属都属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金
属、贵金属和稀有金属等四类。
（2）金属合金 金属合金是指由两种或两种以上的
金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属
性质的物质。如青铜是铜和锡的合金，黄铜是铜和
锌的合金，硬铝是铝、铜、镁等组成的合金。二元
合金、三元合金。 2、无机非金属材料的化学组成 从化学的角度来看，无机非金属材料都是由金属元 素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制
长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组
成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。
固溶体化学式的写法
以CaO加入到ZrO2中为例，以1mol为基准，掺入 xmolCaO。
形成置换式固溶体：
CaO Ca Oo V
ZrO 2 '' Zr
O
空位模型
x
x
x
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），
是由两个 ( 或多个 ) 晶体机构相同的组元形成的，
任一组元的成分范围均为0～100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等 在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO 系统， MgO 、 CoO 同属 NaCl 型结 构，rCo2+= 8nm ，rMg2+= 8nm ，形成无限固溶体，
高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次
高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次姓名：刘灵芝学号：2011020214 高分子聚合物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104～106)化合物。
例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成，因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。
由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。
n代表重复单元数，又称聚合度，聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。
聚合度很低的(1～100)的聚合物称为低聚物，只有当分子量高达104～106(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。
由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物，如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物等。
1. 聚合物的分类聚合物的分类可以从不同的角度对聚合物进行分类，如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。
(1)按分子主链的元素结构，可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。
碳链聚合物指大分子主链完全由碳原子组成。
杂链聚合物指大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。
元素有机聚合物指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团组成，如甲基、乙基、乙烯基等。
有机硅橡胶就是典型的例子。
元素有机又称杂链的半有机高分子，如果主链和侧基均无碳原子，则成为无机高分子。
(2)按材料的性质和用途分类，可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。
橡胶通常是一类线型柔顺高分子聚合物，分子间次价力小，具有典型的高弹性，在很小的作用力下，能产生很大的形变，外力除去后，能恢复原状。
纤维通常是线性结晶聚合物，平均分子量较橡胶和塑料低，纤维不易形变，伸长率小，弹性模量和抗张强度都很高。
塑料通常是以合成或天然聚合物为主要成分，辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。
3一分钟读懂聚酰亚胺PI材料结构与性能
通常所说的聚酰亚胺材料是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，英文名Polyimide(简称PI)，是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一。
聚酰亚胺结构与性能的关系如下图所示：聚酰亚胺主要性质如下：1、全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。
由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
2、聚酰亚胺可耐极低温，如在-269℃的液态氦中不会脆裂。
3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100MPa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170MPa以上，而联苯型聚酰亚胺（Upilex S）达到400MPa。
作为工程塑料，弹性膜量通常为3-4GPa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500GPa，仅次于碳纤维。
4、聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7。
5、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。
改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。
6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad 快电子辐照后强度保持率为90％。
7、聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。
介电损耗为10-3，介电强度为100-300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。
这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。
8、聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。
碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究共3篇
碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究共3篇碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究1碱激发矿渣微粉是一种新型的高性能胶凝材料，它主要由矿渣微粉、混凝土掺合料、碳酸钙、碱激发剂、硅酸盐等组成。
这种材料具有结构稳定、耐久性好、抗裂性强、抗渗性好等特点，被广泛应用于各种建筑工程中。
组成结构方面，碱激发矿渣微粉主要由矿物质、玻璃相和结晶质相组成。
其中矿物质主要是硅酸盐矿物，包括方解石、镁铁闪锌矿等。
玻璃相是指熔融的矿渣中未晶化的部分，其化学组成与液态矿渣相似。
结晶质相是指矿渣中已经结晶化的部分，如水化硅酸钙、钙铝酸盐等。
在材料性能方面，碱激发矿渣微粉具有很多优良的特点。
首先，这种材料具有很高的强度和硬度，其抗压强度往往高达50-100MPa。
其次，其经久耐用性特别好，即使在恶劣的环境条件下也能够保持良好的性能。
此外，它的收缩性低，热膨胀系数小，不容易出现龟裂的情况，从而保障了建筑物的安全性和稳定性。
因为碱激发矿渣微粉具有较为优异的性能，所以在很多建筑工程中，其被广泛应用，如工业厂房、桥梁、隧道、水利工程等。
不过，如果使用不当，也有可能出现一些问题，如胶凝时间延长、龟裂现象的出现等，因此，在使用时一定要注意防范出现这些问题。
此外，针对不同的工程项目，还应该针对性的选择其配方和使用方法，以达到最佳效果。
碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究2碱激发矿渣微粉胶凝材料是一种新兴的胶凝材料，由矿渣微粉、碱性激发剂和其他辅助材料组成。
近年来，人们针对这种材料的研究越来越多，下面我们将从材料的组成、结构和性能三个方面来分析它的特点。
一、组成碱激发矿渣微粉胶凝材料通常由以下两个主要成分构成：1.矿渣微粉：矿渣是由冶炼过程中产生的废渣经过较高温度下的熔融而形成的。
矿渣微粉是矿渣经过粉碎、细磨等处理后得到的细粉末。
与传统胶凝材料中的水泥相比，矿渣微粉具有较高的玻璃体含量和较低的硅酸盐含量，因此矿渣微粉的使用可以减少对自然资源的消耗和环境破坏。
材料结构与性能答案
材料结构与性能答案一、名词解释：1.大分子(macromolecule)：由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量聚合物分子：也叫高聚物分子，通常简称为高分子。
就字面上它是一个由许多(poly)部分(mer)组成的分子，然而它的确包含多重重复之意。
它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现。
2.共聚物：共聚物一词在历史上指由能自身均聚的单体聚合而生成的聚合物3.结晶度(degree of crystallinity)：结晶高聚物结晶部分量地多少。
分为质量结晶度和体积结晶度4.等同周期（identity spacing)：高分子晶体中分子链方向相同结构重复出现的最短距离，又称高分子晶体的晶胞结构重复单元。
构成高分子晶体的晶胞结构重复单元有时与其化学重复单元不相同。
5.结晶过程：物质从液态（溶液或熔融状态）或气态形成晶体的过程。
二、概念区分：1、微构象(microconformation)与宏构象(macroconformation)微构象：即高分子的主链键构象，即是高分子主链中一个键所涉及的原子或原子团的构象宏构象：沿高分子链的微构象序列导致高分子的宏构象，它决定高分子的形状微构象指高分子主链键构象。
宏构象指整个高分子链的形态。
由于微构象的变化所导致的高分子的宏观形态(morphology)2、应力(stress)与应变(strain)应力（σ）是受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的作用力应变（ε）：在外力作用下，材料的几何形状和尺寸发生的变化σ=Eε，E是弹性模量。
3、侧基(side group)与端基(end group)侧基：侧基是一个主链上的分支，既不是低聚物的也不是高聚物的。
端基：端基是大分子或低聚物分子末端的结构单元4、初期结晶(primary crystallization)与二次结晶(secondary crystallization)初期结晶：物质从液态（溶液或熔融状态）或气体形成晶体。
材料的结构与性能
X3合金结晶过程分析 亚共晶合金） （亚共晶合金） T,°C ° T,°C L 1 L+(α+ β)+α α α
183
α
L+ α
c
L
d
L+ β
e
β
2
L+ α
(α+ β)+ α α
α+β
Pb X3
(α+ β)+ α + β Ⅱ α
Sn
t
标注了组织组成物的相图
3．包晶相图 包晶转变： 包晶转变 铂-银合金包晶相图 T,°C °
（1）形核过程
两种形核方式 —— 自发形核 与 非自发形核
自发形核 由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成 的结晶核心。 的结晶核心。 是依附于外来杂质上生成的晶核。 非自发形核 —— 是依附于外来杂质上生成的晶核。
（2）晶核长大过程
两种长大方式 —— 平面生长 与 树枝状生长 树枝状生长。
解：作成分线和 温度线如图。
1455
c
b1L+ α
c1 α
1280 °C
根据杠杆定律推 论， Qα / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4
18 20
30 40
66 60 Ni%
80
100
答：所求合金在 1280 °时α相的 Ni 相对质量为1/4。
2．共晶相图
液相线
铅-锡合金共晶相图
1、 材料的结构与性能
1.1 金属材料的性能 1.2 1.3 高分子材料的结构与性能 陶瓷材料的结构与性能
1.1
金属材料的性能
1.1.1 1.1.2
工艺性能 机械性能 理化性能
生物材料的结构与性能关系
生物材料的结构与性能关系生物材料是指存在于生物体内的各种天然或人工合成的材料，例如骨骼、牙齿、蛋壳等等。
这些材料具有卓越的力学性能和耐久性，其性能往往与其特殊的结构密切相关。
因此，了解生物材料的结构与性能关系对于我们设计和合成新型生物材料具有重要意义。
本文将探讨几种常见的生物材料的结构特征及其对性能的影响。
1. 骨骼材料骨骼是一种复杂的生物材料，其结构由有机物质和无机物质相互作用而形成。
有机物质主要为胶原蛋白，无机物质主要为羟基磷灰石。
这两种物质的相互作用赋予了骨骼材料出色的强度和韧性。
胶原蛋白可以提供极高的弹性，而羟基磷灰石负责提供硬度和刚性。
因此，骨骼在不同部位的结构也不同，以便适应各种力学需求。
2. 牙齿材料牙齿是另一种重要的生物材料。
它们由牙釉质、牙本质和牙髓组成。
牙釉质是一种非常坚硬且耐磨的生物陶瓷，其硬度可媲美一些金属材料。
牙本质则具有一定的韧性和弹性，使牙齿能够吸收来自咀嚼的压力。
牙髓则在保护牙齿免受外力刺激的同时供给营养。
这些不同组织之间的结构配合使牙齿拥有出色的性能。
3. 贝壳材料贝壳是一种典型的生物材料，由大量的钙质结晶组成。
贝壳的内部结构展示出一种有序排列的形式，这种结构对贝壳的强度和韧性贡献很大。
相比之下，人工合成的钙质材料往往无法复制贝壳的复杂结构，因此无法达到贝壳的优良性能。
总结起来，生物材料的结构与性能关系密不可分。
这些生物材料在演化过程中形成了独特的结构，以适应各种复杂的功能需求。
了解和模仿这些结构有助于我们设计和合成具有类似性能的新型生物材料。
未来，随着科学技术的进步，我们有望创造出更加优良、多功能的生物材料，从而为人类生活和健康带来更大的福祉。
在实际应用中，结构优化的生物材料也可以用于人工骨骼和义肢的制造，以恢复受损组织或器官的功能。
此外，结构与性能关系的研究还有助于改进传统的纳米材料制备方法，通过借鉴生物材料的结构优点，实现纳米材料的精准控制和定向组装。
综上所述，了解生物材料的结构与性能关系对于设计和合成新型生物材料具有重要意义。
0804第一章材料的结构及性能(三)金属学及热处理
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:
σ-1 = (0.45—0.55)σb
金属疲劳极限的影响因素：工作条件、表面状态、 材质、残余内应力等。
§1.2.2 金属材料的机械性能
六、断裂韧性
桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低 应力脆断，发生这种断裂时，其断裂应力低于材 料的屈服强度。尽管在设计时保证了足够的延伸 率、韧性和屈服强度安全系数，但仍不免破坏。 究其原因是构件或零件内部存在着或大或小、或 多或少的裂纹和类似裂纹的缺陷造成的。裂纹在 应力作用下可失稳而扩展，导致构件破断。
改变钢的化学成分（加入少量、P等） 和进行适当热处理可提高其切削加工性能。
教材31页表1-8 列出几种金属材料的切
§1.2.1 金属材料的工艺性能
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬
透性， 即钢接受淬火时形成马氏体的 能力。
含、、等合金元素的合金钢淬透性比 较好，碳钢的淬透性较差。
铝合金的热处理要求较严，它进行固 溶处理时加热温度离熔点很近。
2、断面收缩率（ψ） 试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原横
断面积的百分比称为断面收缩率。
式中：S1－ 试 样S 拉S 断0 后颈S 缩0 处S 1 最小S 截0 面1 积(2% )0 ， S0 0
－试样原始横截面积(2)， △S－试样颈缩处截面积的最大缩减量(2) 金属材料的δ和ψ越大，则其塑性越好，越易塑性
金刚石 圆锥
1470
黑线
20－67
淬火钢、调制 钢等
(3)维氏硬度 ()
适用范围: ➢ 测量薄板类 ; ➢≈;
§1.2.2 金属材料的机械性能
显微硬度一般为维氏硬度。 各种不同方法测得的硬度值之间可通过查表得 方法进行互换。 例如：61＝82＝627＝80330
复合材料的结构与性能
复合材料的结构与性能复合材料是指由两种或两种以上的成分组成的材料，其具有优良的综合性能。
本文将从复合材料的结构和性能两个方面进行探讨。
一、复合材料的结构复合材料的结构由纤维增强体和基体组成。
纤维增强体是复合材料的主要组成部分，常见的纤维增强体有玻璃纤维、碳纤维和聚合物纤维等。
纤维增强体的作用是提供强度和刚度，同时还可以耐受拉伸和压缩等力的作用。
基体是纤维增强体的粘结剂，常见的基体有热固性树脂和热塑性树脂等。
基体的作用是保护纤维增强体、分散外部作用力以及提供耐化学腐蚀的能力。
在复合材料的结构中，还有一个重要的部分是界面层。
界面层位于纤维增强体和基体之间，起着连接和传递力的作用。
一个好的界面层能够提高复合材料的力学性能，并且能够防止纤维增强体与基体之间的剪切滑移。
二、复合材料的性能1.力学性能复合材料的力学性能包括强度、刚度、韧性和疲劳性能等。
由于纤维增强体的加入，复合材料具有较高的强度和刚度，能够承受较大的力。
同时，纤维增强体还可以提高复合材料的韧性，使其在受到冲击或者拉伸时不易断裂。
此外，复合材料还具有良好的疲劳性能，能够承受多次循环加载而不产生破坏。
2.导热性能复合材料的导热性能取决于纤维增强体和基体的热导率，以及界面层的热阻抗。
通常情况下，纤维增强体具有较高的导热性能，而基体则具有较低的导热性能。
界面层能够减少热量的传递，降低导热性能。
这种导热性能的差异使得复合材料在一些特定的应用中起到优异的绝缘和隔热效果。
3.耐化学性能复合材料具有良好的耐化学性能，能够在各种酸、碱、盐等腐蚀介质中长期使用。
这主要是由于纤维增强体和基体的化学稳定性较高，能够抵御腐蚀介质的侵蚀。
同时，界面层的存在也能够减缓腐蚀的发生。
4.重量轻由于纤维增强体的加入，复合材料具有很轻的重量。
相比于传统的金属材料，复合材料的重量可以减轻30%到50%。
这使得复合材料成为航空航天、汽车、体育器材等领域的理想选择。
结论：综上所述，复合材料的结构和性能密不可分，其结构特点决定了其优异的力学性能、导热性能和耐化学性能。
材料结构与性能
1. 应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。
2 聚合物的粘弹性：聚合物的形变和发展具有时间依赖性，这种性质介于理想弹性体和理想粘性体之间，称为粘弹性。
3玻璃化温度：玻璃态与高弹态之间的转变即玻璃化转变，所对应的转变温度。
4.脆点（化）温度：当温度低于某个温度Tb时，玻璃态高聚物不能发展强迫高弹形变，而必定发生脆性断裂，这个温度称为脆化温度。
5.溶解度参数：通常将内聚能密度的平方根定义为溶解度参数d，溶质和溶剂的溶解度参数愈接近，两者愈能相互溶解。
6柔顺性：高分子链能够不断改变其构象的性质或高分子能够卷曲成无规线团的能力。
7 链段：把由若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为链段。
8. 构型：构型是对分子中的最近邻原子间的相对位置的表征，也就是指分子汇总由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
8. 构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
9 高聚物的屈服：聚合物在外力作用下产生的塑性变形。
10.时温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。
11.强迫高弹形变：玻璃态高聚物在的外力作用下发生的大形变，其本质跟橡胶的高弹形变一样，但表现的形式却有差别，为了与普通的高弹形变区别开来，通常称为强迫高弹形变。
本质相同：都是链段运动不同：强迫高弹形变外力除去不能自动回复，需要加热，受外力要大的多，发生在Tb－Tg之间。
橡胶的高弹形变12 非均相成核：即异相成核，以外来的杂质，未完全熔融的残余结晶聚合物，分散的小颗粒固体或容器的壁为中心，吸附熔体中的高分子链作有序排列而形成的晶核。
13. 均相成核：由熔体中的高分子链段靠热运动形成有序排列的链束的晶核。
14. θ溶剂：在某一温度下聚合物溶于某一溶剂中，其分子链段间的相互吸引力与溶剂化以及排斥体积效应所表现出的相斥力相等，无远程相互作用，高分子处于无扰状态，排斥体积为0，该溶液的行为符合理想溶液行为，此时溶剂的过量化学位为0，此时的溶液称为θ溶液。
金属材料的结构与性能
金属材料的结构与性能金属材料一直是人类历史上最重要的材料之一。
作为一种常见的材料，金属材料的物质结构和物理化学性质对其性能具有决定性影响。
要想更好地理解金属材料的结构与性能，需要从多个角度来探讨。
I. 金属材料的常见结构金属材料的晶体结构可以分为五类：铁磁性、体心立方、面心立方、六方密堆积和菱面体。
其中，体心和面心立方结构是最常见的。
这些结构最主要的区别在于金属原子在晶体内的排列方式，这一点对材料的物理性质和性能具有重大影响。
II. 金属材料的物理性质金属材料的物理性质主要包括密度、熔点、导电性、热膨胀系数和热传导率等。
在这些属性中，导电性和热传导率是最为突出的特点。
金属材料中的自由电子能有效地传递电子和热能，使得电流和热量能够在金属材料中快速传递，同时也为金属材料的加工提供了方便。
III. 金属材料的力学性能金属材料的力学性能包括硬度、强度、韧性和塑性等。
力学性能是金属材料最常用的属性，它们直接决定了材料在实际应用中的可靠性和耐久性。
这些属性受到诸多因素的影响，如合金成分、晶体结构和加工工艺的影响都可以对其力学性质产生极大的影响。
IV. 金属材料的应用金属材料广泛应用于各种领域，如建筑、电子、机器制造等。
金属材料中优异的导电性和热传导性，能够使得它作为传导电和热的媒介中的主流材料。
此外，某些金属材料具有耐高温，耐腐蚀等特性，能够适用于高温、化学环境等极端条件下的使用。
V. 未来金属材料的发展方向未来金属材料的发展方向也在不断变化，主要包括以下几个方面：1. 新型合金成分的研究和开发，能够获得更好的性能以满足不同领域的需求；2. 基于纳米技术的金属材料的开发，可以大大提高材料的强度和韧性；3. 晶格工程技术的进一步发展，可以制备出多层金属复合材料，提高金属材料的性能和工艺性；4. 金属材料的生产流程和加工工艺的改进，可以更加精细地控制金属材料的结构和性质，提高产品的质量和品种。
综上所述，金属材料的结构和性质是影响它们在实际应用中性能的关键因素。
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(3) 铁碳化合物
当铁碳合金中碳含量超过它在铁中的溶解度时，多余的碳主要以碳 化物Fe3C的形式存在。
Fe3C称为渗碳体，是一种具有复杂结构的间隙化合物，其中含碳 6.69wt%，其硬度很高，塑性几乎为零。
铁碳相图分析
1、液相线： ABCD， 2、固相线： AHJECF 3、三个恒温转变： （1）包晶转变： 在HJB水平綫（1495℃）發生包晶轉變：
(6)电阻试验法（electrical resistivity method）等。
这些方法都是以合金相变时发生某些物理变化为基础的。
用热分析法建立相图的步骤
合金凝固释放的凝固潜热一般较大，用热分析法测定合金的凝固 温度比较方便。这里以Cu-Ni合金系为例，介绍采用热分析法建立二 元相图的步骤： (1) 首先，配制一系列成分的铜镍合金。如：合金I：纯Cu；合金II： 75%Cu+25%Ni；合金III：50%Cu+50%Ni；合金IV：5%Cu+75%Ni； 合金V：纯Ni；
图示：
α
恒温
L β
反应式：
L
α＋β
即：液
恒温
固1＋固2
共晶合金的幾種典型顯微鏡組織
(a)放射狀共晶體
(b)螺旋狀共晶體
(c)針狀共晶體
(d)點狀共晶體
共析转变
说明：从一个固相中同时析出两种不同成分固相的反应
图示：
α
γ
β
恒温
反应式：
γ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱα＋β
即：固1
恒温
固2＋固3
包晶转变
说明：一个液相包一个固相形成另一个成分固相的反应。
(2) 将这些合金熔化后，分别测出它们的冷却曲线；
(3) 根据冷却曲线上的转折点确定各合金的凝固温度； (4) 将上述数据引入以温度为纵坐标、成分为横坐标的坐标系中；
(5) 连接意义相同的点，得到相应的曲线；
上述曲线将图面分隔为若干区间，这些区间分别限定了一定的成分 范围和温度范围，这些区间称为相区（phase field）。通过必要的组 织分析测出各相区所含的相，将它们的名称分别标注在相应的相区中， 相区的建立工作即告完成。
（2）组织
用放大镜或显微镜观察到的材料的宏观或微观 形貌图像。（如宏观组织、微观组织、金相组织、 单相组织、多相组织）
（3）合金
两种或两种以上的金属、金属与非金属，经熔 炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物 质。（如铝合金、铜合金、合金钢、硬质合金等）
（4）组元
组成合金的独立的最基本的物质。
下图表明了铜镍合金相图的建立过程。所配制的合金数目越多， 所用金属的纯度越高，测温技术越先进，冷却速度越缓慢（一般 应为0.5~1.5℃/min），所测得的相图越精确。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ L Ⅳ 1455 Ⅴ
溫 度 （ ℃）
L+α
1083 Ⅰ 時間
α Ⅴ Ⅳ
Ⅱ
Ⅲ Cu 25 50 Ni，% 75 Ni 時間
根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固 溶体分为置换固溶体（substitutional solid solution）与间 隙固溶体（interstitial solid solution）。
置换固溶体 溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固 溶体，如同在这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换， 所以称为置换式固溶体，如下图所示。
工业纯铁的力学性能特点:
强度、硬度低，塑性好，其力学性能大致如下： 拉伸强度σb 屈服强度σ0.2 180~280MPa 100~170MPa
伸长率δ
断面收缩率ψ 冲击值 布氏硬度HB
30~50%
70~80% 160~200J/cm2 50~80
(2) 碳在铁中的固溶体
碳的原子半径较小，在α-Fe和γ-Fe中均可进入Fe原子间的空隙而形 成间隙固溶体。 碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferrite），常用符号F或 α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃，碳多存在于体心 立方α结构的八面体空隙。铁素体与α-Fe在居里点770℃以下均具有铁磁 性。 碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体（austenite），常用符号 A或γ表示，其最大溶解度为2.11wt%C，发生于1148℃，碳多存在于面 心立方γ结构的八面体空隙。奥氏体与γ-Fe均具有顺磁性。
用熱分析法建立Cu-Ni狀態圖的示意圖
杠杆定律
作用： （1）确定某成分合金在某温度下两平衡相的相成分（浓度） （2）确定某成分合金在某温度下两平衡相的相对重量。 在二元合金相图的两相区内，温度一定时，两相的重量比是 一定的。如图5.4所示，过指定温度T1作水平线，使之与两侧的相 区边界线相交，由交点的成分坐标即可确定这两个平衡相的成分。
二元相图的建立
建立相图的具体方法有:
(1)热分析法（thermal analysis）; (2)金相分析法（metallographic method）;
(3)硬度测定法（hardness method）;
(4)X衍射分析法（X-ray diffraction method）； (5)膨胀试验法（dilatometry method）；
二元相图上所处的位置总是在两个固溶体区域之间的中间部位，所 以通常又把这些合金相总称为中间相。
金属化合物的类型很多，分类也不一致，主要包括：服从原子 价规律的正常价化合物（normal valence compound），决定于电 子浓度的电子化合物（electron compound），小尺寸原子与过渡 族金属之间形成的间隙化合物（interstitial compound）等等。
合金相结构
“相”是构成金属合金组织的基本 单元。如果组织只由一种相构成，称 为“单相组织”，否则为“多相组 织”。
单相组织
多相组织
合金相的分类
间隙固溶体 按溶质原子位置分 置换固溶体 有限固溶体
固溶体 合金相
按溶解度分 无限固溶体 有序固溶体 按溶质原子分布分 无序固溶体 正常价化合物
金属化合物
金属化合物往往具有较高的熔点、较高的硬 度、是合金中的重要强化相。
二元合金相图
如前所述，合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金的组织 与性能间的关系，必须了解合金的结晶过程，了解合金中各种组织 的形成及变化规律。 合金相图（state diagram）表明了合金系中合金的状态与温度、 成分间的关系，表示合金系在平衡条件（即缓慢加热或冷却条件） 下，不同温度、成分下的各相的关系，因此又称为平衡相图 （equilibrium diagram）。 合金相图的作用： （1）了解不同成分的合金，在平衡条件下及不同温度下的状态， 即了解合金由哪些相组成，每个相的成分及相对含量等； （2）了解合金在加热冷却过程中可能发生的转变； （3）对合金进行微观组织分析，是制定铸造、锻造、热处理工 艺的重要依据。 在常压下，二元合金的相状态决定于温度与成分，因此二元合 金相图可用温度—成分坐标系的平面图来表示。
二元合金相图举例
Cu-Ni合金相图
L--liquid phase
Α+L
α--solid phase
Pb-Sn合金狀態圖
共晶转变
具有共析转变的相图
共析转变
Pt-Ag狀態圖
相图分析
Fe - Fe3C相图
读图法
二元合金相图读图法（以Fe－C相图为例）
1、单相区
（1）液相线以上区域为液相区； （2）靠着纯组元的封闭区域是以该组元为基的单相固溶体区； （3）垂直线代表形成一定成分的化合物，分析相图时，稳定化合物可 视为纯组元，以它将相图分为几个单独部分来分析。 （4）图中的水平线必然连作三个单相区，这三个单相区分别处于水平 线的两端与中央。
（3）共析转变
在PSK 水平线（727℃）发生共析转变，转变产物是铁素体F 和渗碳体Fe3C的机械混合物，称为珠光体（Pearlite），用符号P表 示。所有含碳量超过0.0218%的铁碳合金都发生这个转变。共析转 变温度通常称为A1温度。
FP Fe3C
4、三条重要的固态转变线： (1) GS线： γ中开始析出F或F全部溶入γ的转变线，常称此温度为A3温 度。 (2) ES 线： 碳在γ中的溶解度线。常称此温度为Acm温度。低于此温度 时，γ中将析出Fe3C，称为二次渗碳体Fe3CII，以区别于从液体 中经CD线结晶出的一次渗碳体Fe3CI。 (3) PQ线： 碳在F中的溶解度线。F从727℃冷却下来时，也将析出Fe3C， 称为三次渗碳体Fe3CIII。
材料的结构组织与性能
（三）
材料学院
金相显微镜
材料的性能与微观组织有密切的联系
同是40Cr 钢退火与 淬火处理 硬度相差 一倍以上， 金相组织 截然不同
退火
淬火
名词解释
（1）相
化学成分、 （晶体）结构、 性能相同且有 界面与其他部 分隔开的均匀 组成部分。
NaCl溶液（液相）
未溶NaCl（固相）
图示：
L α
恒温
β
恒温
反应式：
L＋β
α
即：液＋固1
固2
包析转变
说明：一个固相包另一个固相形成第三个固相的反应。
图示：
γ α
β
恒温
反应式：
γ ＋β
恒温
α
固1＋固2
固3
铁碳合金相图
碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的合金， 不同成分的碳钢和铸铁，组织和性质也不相同。在研究和使用钢铁材 料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要 应用铁碳相图。 特别声明：
铁碳合金的组元
(1) 纯铁
纯 铁 的 熔 点 为 1538℃ ， 其 冷 却 曲 线如图7.1所示。
溫 度 ℃
時間
铁的同素异构转变