第一章材料的主要性能教材课程
材料化学教材
材料化学教材材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科，它涉及到多种材料的研究和应用，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料等。
在现代科技发展的背景下，材料化学的研究和应用变得越来越重要。
本教材旨在系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
第一章，材料的基本结构和性能。
材料的基本结构决定了其性能特点，本章将介绍材料的晶体结构、非晶结构以及晶体缺陷等内容。
通过对材料结构的深入了解，可以帮助学生理解材料的性能表现，并为后续的材料制备和改性提供基础知识。
第二章，材料的制备方法。
本章将介绍材料的制备方法，包括传统的冶金方法、陶瓷材料的制备工艺、高分子材料的合成方法等。
同时，还将介绍一些现代材料制备的新技术和新方法，如纳米材料的制备技术、材料表面处理技术等。
第三章，材料的性能测试与表征。
材料的性能测试与表征是材料化学研究的重要环节，本章将介绍常见的材料性能测试方法，如力学性能测试、热学性能测试、电学性能测试等。
同时，还将介绍材料表征技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜等先进表征手段。
第四章，材料的应用与发展。
本章将介绍材料在各个领域的应用与发展，如材料在能源领域的应用、材料在环境保护中的应用、材料在生物医学领域的应用等。
同时，还将介绍一些材料化学领域的最新研究成果和发展趋势，帮助学生了解材料化学领域的前沿知识。
结语。
材料化学作为一门综合性学科，涉及面广泛，应用领域广泛。
本教材力求系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
希望本教材能够成为材料化学领域的入门教材，为学生的学习和研究提供帮助。
材料的力学行为和性能
（2）钢的淬透性 1）淬透性的概念 淬透性是在规定条件下，决定钢材有效淬硬层深度 和硬度分布的特性，它是钢材本身固有的属性，也 是钢重要的热处理工艺性能之一。钢的淬透性主要 取决于马氏体的临界冷却速度。凡是增加过冷奥氏 体的稳定性，减小马氏体临界冷却速度的因素，都 可以提高钢的淬透性。
钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性， 它主要决定于M的碳含量。
3.钢的淬火 （1）淬火工艺 将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3 以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢为Ac1 以上30 ℃～50 ℃），保温一定时间后快速 冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬 火。 常用的冷却介质是水和油。 常用的淬火方法有单介质淬火，双介质淬火， 分级淬火和等温淬火等。
洛氏硬度
硬度标尺：HRA、HRB、HRC。其中 C标尺最常 用 。 在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用.
维氏硬度 表示方法： 如：640HV30/20 测量精度高、范围广， 但比较麻烦，主要用于 研究工作。
注： 各硬度值之间大致有以下关系： 布氏硬度值在200-600范围内， HBW≈10HRC； 布氏硬度值小于450HBS， HBW≈HV
二、材料的静态力学性能
1、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有： 屈服强度σ s，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ 和断面收缩率Ψ 。
2、硬
度
硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面 的能力。 布什硬度（HBW）
F 2F HBW S D（D D 2 d 2）
化工新材料教案第一章课件
结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受 载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、 天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、 陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不 同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。
讲授内容
第一讲 化工新材料概论 第二讲 有机硅材料 第三讲 涂料与胶粘剂 第四讲 复合材料概论 第五讲 合成高分子 第六讲 功能材料概论 第七讲 储氢材料和磁性材料 第八讲 功能玻璃材料 第九讲 陶瓷材料 第十讲 智能材料 第十一讲 高分子膜与膜分离技术 第十二讲 纳米材料与纳米技术
课程要求
教材
本科程属专业限选课程
（5）生态环境材料
生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意 义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国 内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境 材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的 材料。
这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污 染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生 循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括： 环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料 （人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装 容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物 降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材 料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂） 等。
（11）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物 为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根 据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、 高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相 容性等优异性能。
汽车工程材料教案
教案一、课题：第一章金属材料力学性能指标二、教材分析：本章是《汽车材料》第一次课，是属于基础性知识，在教材的安排上是符合认知的过程三、（1）基础知识：掌握强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念（2）能力培养：通过本次学习，培养学生在生产和生活中树立善于思考的良好习惯四、教学重点：金属材料的力学性能教学难点：屈服强度和金属疲劳概念五、课型：综合型六、教学方法：讨论+讲授七、教具：铁钉、铁片、铝片等,多媒体幻灯片八、课时：2九、教学过程：第一节课：第一章金属材料力学性能指标（板书）一）、组织教学：安定课堂教学秩序二）、请同学们回顾并思考以下两个问题：1）你所知道的汽车材料有哪些？2）汽车材料的选用与环境有关吗？三）引入新课：（一）、汽车材料分类：1、金属材料---黑色金属、有色金属、合金2、非金属材料----有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料3、汽车运行材料---燃料、润滑剂、工作液（板书）（二）、金属材料性能：（分组讨论每组给出答案，老师点拨）1、使用性能----力学性能、物理性能、化学性能、其他性能2、工艺性能----压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理（板书）（三）、1、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。
2、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（板书）（四）、两个概念：（板书）1、强度---在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力2、塑性---在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力(五)、同学分组讨论你们所知的外力（载荷）指的是哪些？并指出实例（六）强度有关知识：（请同学描述你所知的强度）（板书）（1）强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。
（2）单位截面上的内力称为应力。
（3）用符号σ表示，σ=F/S（4）单位：Pa（5）通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
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。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
建筑材料教材
第一章、建筑材料的基本性质
§2、1 材料的基本物理性质
一、 材料的密度、表观密度与堆积密度
1、密度�密度是材料在绝对密实状态下�单位体积的质量。——密度 自身体积
�不含孔隙� 磨成细粉消除内部孔隙�材料的排水体积 V
计算式
ρ = m/v
式中 ρ --- 材料的密度�g/㎝ 3 。
m --- 材料在干燥状态下的质量�g 。 v --- 材料在绝对密实状态下的体积�㎝ 3 。
具有极细孔隙的材料�可以认为是不透水的。开口大孔材料抗渗性最差。此外�亲水性材料
的毛细孔由于毛细作用而有利于水的渗透
六、抗冻性
材料在吸水饱和状态下�能经受多次冻融循环作用而不破坏�同时也不严重降低强度的
性质称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级�D 或 F�表示�即在一定条件下能够经受的冻 融循环次数。
变。当与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。用含水率ω 'm 表示
式中
ω 'm = mw /m×100% mw --- 材料在空气中吸收水分的量, kg 。
m ---材料干燥时的质量, kg 。
-3-
注意 �材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率, 建筑材料在正常状态下, 均 处于平衡含水率状态。
意义�通常把λ <0.23 w/(m·k) 的材料称为绝热材料�在运输、存放、施工及使用过程 中�须保持干燥状态 。
导热系数越小�材料的绝热性越好 材料含水�导热系数会明显增大�高温下比常温下大�顺纤维方向导热系数也会大些。
二、 热容量
热容量�材料受热时吸收热量�冷却时放出热量的性质�称为热容量�其值为比热 C 与 材料重量 m 的乘积。
因空气中的二氧化硫遇水生成亚硫酸�与大理石中的碳酸钙反应�生成易溶于水的硫酸
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)
解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
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图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展，
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展，断裂路径不再 与晶粒位向有关，主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理，故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时，因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度，使两侧解理裂
纹存在位向差，故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核，裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增，形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能；
a0——原子面间距； E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为： (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得： f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力；
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 （二）、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成，并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段：塑性变形形成裂 纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”，这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界
材料物理性能与力学性能PPT课件
3. 弹性模量的影响因素
弹性模量是构成材料的离子或分子之间键合强度的主 要标志，凡是影响键合强度的因素均能影响弹性模量。 如：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温 度、加载方式和速度等。
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1）键合方式和原子结构 共价键、离子键、金属键----较高 分子键----较弱 原子半径越大，E越小
5）温度----温度升高，E降低 特例：橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
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6）加载条件和负荷持续时间 加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料 影响很小。 对于高分子聚合物，负荷时间延长，E下降。
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4、比例极限和弹性极限
p
Fp A0
Fp：比例极限对应的应力 A0 ：试棒的原始截面面积
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第四节 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理 定义：材料微观组织的相邻部分产生永久性位移，并不 引起材料破裂的现象。 1：金属材料的塑性变形机理：滑移、孪生 滑移系越多，塑性越好
复习： 滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对
滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
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五、本课程学习注意问题：
预备知识：材料力学和金属学方面的基本理论知识。 理论联系实际:是实用性很强的一门课程。某些力学性能指
标根据理论考虑定义,而更多指标则按工程实用 要求定义。 重视实验: 通过实验既可掌握力学性能的测试原理，又可 掌握测试技术，了解测试设备，进一步理解所 测的力学性能指标的物理意义与实用意义。 做些练习: 加深理解――巩固所学的知识。
消除方法：进行较大塑性变形；再结晶退火
力学课件材料力学第一章 绪论.doc
第一章绪论在理论力学中，主要研究了物体在载荷作用下的平衡和运动规律。
但对物体是否能承受载荷，或者说在载荷作用下物体是否会失效这个问题并没有回答，而这是物体平衡和运动的前提。
这个问题正是材料力学所要研究和试图解决的。
在本章则主要讨论材料力学的研究对象和任务，初步建立起变形固体的…些基本概念，为后面的学习打下基础。
第一节变形固体及其理想化由于理论力学主要研究的是物体的平衡和运动规律，因此将研究对象抽象为刚体。
而实际上，任何物体受载荷（外力）作用后其内部质点都将产生相对运动，从而导致物体的形状和尺寸发生变化，称为变形。
例如，橡皮筋在两端受拉后就发生伸长变形；工厂车间中吊车梁在吊车工作时，梁轴线由直变弯，发生弯曲变形。
可变形的物体统称为变形固体。
物体的变形可分为两种：一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形；另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。
工程中绝大多数物体的变形是弹性变形，相应的物体称为弹性体。
如果物体的弹性变形大小与载荷成线性关系，则称为线弹性变形，相应的物体材料称为线弹性材料。
大多数金属材料当载荷在一定范围内产生的是线弹性变形。
变形固体的组织构造及其物理性质是十分复杂的，在载荷作用下产生的物理现象也是各式各样的，每门课程根据自身特定的目的研究的也仅仅是某…方面的问题。
为了研究方便，常常需要舍弃那些与所研究的问题无关或关系不大的属性，而保留主要的属性，即将研究对象抽象成•种理想的模型，如在理论力学中将物体看成刚体。
在材料力学中则对变形固体作如下假设：1.连续性假设。
假设物质毫无空隙地充满了整个固体。
而实际的固体是由许多晶粒所组成, 具有不同程度空隙，而且随着载荷或其它外部条件的变化，这些空隙的大小会发生变化。
但这些空隙的大小与物体的尺寸相比极为微小，可以忽略不计，于是就认为固体在其整个体积内是连续的。
这样，就可把某些力学量用坐标的连续函数来表示。
2.均匀性假设。
假设固体内各处的力学性能完全相同。
绪论,第一章金属的结构与结晶
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1、过冷现象：金属的实际结晶温度低于 理论结晶温度（熔点）。 2、过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实 际结晶温度Tn之差。 △T=Tm-Tn>0 3、同一成分的金属，冷却速度愈大，则 过冷度也愈大。 4、临界过冷度（△Tk）：过冷度有一最 小值，若过冷度小于这个值，结晶过程 就不能进行。
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(二)结晶过程的微观现象
原子密度最大的晶面是（111），
晶向是［110］。
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(四)晶体的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上的原子 密度不同，因而晶体在不同方向上的性能 有所差异。 如冷轧硅钢片，当易于磁化的〈100〉 晶向平行于轧制方向时，得到优异的磁导 率。
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§ 1-2金属的实际结构和缺陷
一、多晶体结构 1、单晶体：内部的晶格位向完全一致的 晶体。
九江长江大桥 : 跨度216 米,始建于 1973年12月，1992年公路桥建成通车，
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§0-2 影响金属材料性能的因素 一、化学成分 组成金属材料的各种元素的种类及其浓 度（一般用重量百分数）。 成分 铝 抗拉强度(MPa) 20-80 延伸率 （%） 32-40
铜
纯铁
200-240
250-330
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3、显微组织：用100-2000倍的显微镜所观 察到的组织。（反映了晶粒的种类、形状、 大小以及各种晶粒的相对数量和相对分布）
通常所说的组织就是指显微组织。
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第一章
金属的结构与结晶
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§1-1金属的晶体结构 一、晶体的概念 1、晶体：原子(离子)呈规则排列的物质。 2、晶体结构（结构）：构成晶体的原子在 三维空间的具体的排列方式。 3、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 建立：原子简化成点，用假想线连接点。
材料力学第5版(孙训方编高等教育出版社)第一章
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材料力学
第一章 绪论及基本概念
四、对学生的能力的培养要求
通过材料力学课程的学习，学生应掌握杆件的强 度、刚度以及稳定性问题的基本概念、基础知识和一 定的分析能力，具有比较熟练的计算能力和一定的实 验能力。
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材料力学
1、拉伸或压缩实例
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材料力学
轴向拉伸或压缩 • 受力特征 • 变形特征
轴向拉伸
b 轴向压缩
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材料力学
2、剪切实例
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材料力学
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材料力学
剪切
• 受力特征 • 变形特征
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材料力学
3、扭转实例
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材料力学
竹竿 金属杆 玻璃纤维 碳纤维复合材料
→ →→
撑 高 跳 女 皇
伊 辛 巴 耶 娃
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材料力学
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材料力学
材料力学与工程密切相关
力学是一种文化。 基础力学教育是一种素质教育。
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材料力学
第一章 绪论及基本概念
三、材料力学课程内容及基本要求
总共9章：
1、绪论及基本概念（2课时） 材料力学的任务，可变形固体的基本假设，杆件变形的
基本形式。 2、轴向拉伸和压缩（8+2课时）
截面法，轴力和轴力图，横截面上的应力，纵向变形， 线应变，拉压胡克定律，变形和位移的计算，材料拉伸和 压缩时的力学性质，强度条件，应力集中的概念。
第一章 建筑材料的基本性质
第一章 建筑材料的基本性质 土木工程材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。
（1）材料的基本物理性质 1 密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量用ρ表示。
按下式计算：V m=ρ材料的绝对密实体积是指不包括材料孔隙在内的体积。
钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积。
大多数有孔隙的材料，在测定材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定其体积。
材料磨得越细，测得的密度数值就越精确。
2 表观密度材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度，用ρ 表示。
按下式计算：00V m=ρ材料在自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙的体积。
当材料孔隙内含有水分时，其质量和体积（可以忽略）均有所变化，故测定表观密度时，须注明其含水情况。
按照含水状态分为：干表观密度、气干表观密度和饱和表观密度。
孔隙的分类 ①按尺寸大小：微细孔隙（D ＜0.01mm)细小孔隙（ 0.01mm ＜ D ＜ 1mm)粗大孔隙（D>1mm)②孔隙的构造：开口孔隙 闭口孔隙干表观密度（干燥状态） 气干表观密度 （与空气湿度有关 平衡时的状态）00V m =ρoV m m 水+=0ρ 饱和表观密度（吸水饱和状态）饱和表观密度（吸水饱和状态）0V m m 饱和水+=ρ3 孔隙率在材料自然体积内孔隙体积所占的比例，称为材料的孔隙率，用Ρ表示。
按下式计算：%100)1(1%1000000⨯-=-=⨯-=ρρV V V V V P bk p p p +=孔隙率=开口孔隙率+闭口孔隙率开口孔隙率Pk=%1000⨯V V 开口孔隙闭口孔隙率Pb=%1000⨯V V 闭口孔隙4堆积密度散粒或粉状材料，如砂、石子、水泥等，在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度，用ρ' 表示。
按下式计算：00V m '='ρ由于散粒材料堆积的紧密程度不同，堆积密度可分为疏松堆积密度、振实堆积密度和紧密堆积密度。
初中化学材料的性能教案
初中化学材料的性能教案教学目标：1. 让学生了解和掌握常见材料的性能，如金属、塑料、玻璃等。
2. 培养学生对材料的分类、鉴别和应用能力。
3. 引导学生认识材料性能对人类生活和社会发展的影响。
教学重点：1. 常见材料的性能特点。
2. 材料性能在实际应用中的重要性。
教学难点：1. 材料性能的微观解释。
2. 材料性能的改进和优化方法。
教学准备：1. 各种材料的样品，如金属、塑料、玻璃等。
2. 显微镜等观察工具。
教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生观察教室内的各种物品，让学生意识到材料无处不在。
2. 提问：你们知道这些物品是由什么材料制成的吗？二、新课导入（10分钟）1. 介绍材料的分类，如金属、塑料、玻璃等。
2. 讲解各种材料的性能特点，如金属的导电性、塑料的耐磨性、玻璃的透明度等。
3. 通过实例说明材料性能在实际应用中的重要性。
三、实验环节（15分钟）1. 让学生分组观察各种材料的样品，并用显微镜观察材料的微观结构。
2. 引导学生分析材料性能与微观结构之间的关系。
四、课堂讨论（10分钟）1. 提问：如何改进和优化材料的性能？2. 引导学生思考材料性能改进的方法，如合金化、纳米技术等。
五、总结与反思（5分钟）1. 让学生回顾本节课所学的内容，总结材料性能的特点和重要性。
2. 提问：如何在生活中运用材料性能知识，提高生活质量？教学延伸：1. 邀请相关领域的专家或企业代表，进行专题讲座或实地考察，加深学生对材料性能的理解。
2. 组织学生开展材料性能创新竞赛，鼓励学生动手实践，提高创新能力。
教学反思：本节课通过讲解、实验、讨论等方式，让学生了解了常见材料的性能特点及其在实际应用中的重要性。
在教学过程中，要注意引导学生关注材料性能与微观结构之间的关系，培养学生对材料的分类、鉴别和应用能力。
同时，要注重激发学生的学习兴趣，提高课堂参与度，使学生在轻松愉快的氛围中掌握知识。
钢材手册--钢铁材料的基本知识教材
钢铁手册第一章钢铁材料的基本知识一、钢铁材料的分类二、钢铁产品牌号的表示方法三、钢铁材料的使用性能四、钢铁材料的工艺性能和试验五、钢铁材料的热处理六、合金元素对钢的性能影响七、钢铁产品有关术语八、钢材的标记九、钢材理论质量计算公式十、钢材的保管第二章钢铁原料及制品一、生铁二、铁合金三、铸铁四、铸钢五、锻钢六、钢坯第三单钢的品种及技术性能一、结构钢二、工具钢三、轴承钢四、特种钢五、专业用钢通用型钢专业用钢冷弯型钢线材钢板钢带无缝钢管焊接钢管铸铁管钢丝钢丝绳电工用钢咼温合金耐蚀合金精密合金软磁合金变形永磁合金第四章型钢第五章钢板和钢带弟八早第七章钢丝和钢丝绳第八章特殊含金和钢材弹性合金膨胀合金精密电阻合金热双金属和其他特殊合金第九章附录常用计量单位（新旧）对照换算常用线规号与公称直径对照表黑色金属硬度及强度换算值主要钢铁生产企业贸易知识第一章钢铁材料的基本知识一、钢铁材料的分类——————————————————————————————————————————————————————————————————————————1 .生铁的分类钢铁材料通常是指铁碳合金，按含碳量的大小分类，含碳量（质量分数）大于2%的为生铁，小于2%的为钢，含碳量（质量分数）小于0. 04%的为工业纯铁。
1.生铁的分类（见表1 . 1）注：成分含量皆指质量分数。
2.铸铁的分类2006-08-25 16:20:00表1-2铸铁的分类3.钢的分类2006-08-25 17:03:00表1-3钢的分类表1. 4非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量界限值(GB / T 13304 —1991)炼钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭 或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）。
钢材种类很多，一般可分为主要使工程结构 用特性 用钢11 一般工程 结构用合 金钢12 合金钢筋其他 16 电工用硅 （铝）钢（无 磁导率要17铁道用合金钢工程结 构用钢21压力容器 用合金钢 （4类除外）22热处理 合金钢筋机械结构 用钢（第4、 6除外）31Mn(x)系钢32 SiMn(x) 系钢不锈、耐蚀和耐热钢41马氏体 型或 工具钢轴承钢特殊物理 性能钢其他13 地质石油 钻探用合 金钢（23 除外）的地质、石油钻探 用合金钢 23 经热处理 33 cr(x)系钢34 CrMo(x)系钢35CrNiMo(x) 系钢36 42铁素体 43 奥氏体 型或44 411/421 cr(x) 系钢 412/422 CrNi(x)系钢413/423CrNo(X)CrCo(x)系钢 414/424 CrAI(x) CrSi(x)系钢415/425 其他431 /441 / 451 CrNi(x)系钢511 Cr(x)系钢512 Ni(x)、CrNi(x)系钢6171 高碳铬 软磁钢 轴承钢 （除16外）51合 62 432 / 442 / 452 CrNiMo(x)系钢433/443/453 CrNi+ 面或 Nb52 高 434/444/454 CrNiMo+Ti 或 Nb 钢 513 M0(x)、CrMo(x)系钢 514 v(x) CrV(x)系钢515 w(x) CrW(x)系钢516其他521WMo 系钢渗碳轴 承钢72 永磁钢63不锈轴 承钢6473 无磁钢74 高电阻钢24 高锰钢Ni(x)系钢奥氏体 一铁素 体型或 3745沉淀硬435/445/455 CrNi+V 、w 、coB （x ）系钢 38 其他 化型 436/446CrNiSi(x)系钢 437 CrMnNi(x) 系钢 438 其他合金 高温轴 承钢65 522无磁轴 w 系钢 承钢523Co 系钢注：（x ）表示该合金系列中还包括有其他合金元素，如 cr （x ）系，除Cr 钢外，还包括CrMn 钢等。
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第一章 金属材料的主要性能
教学重点：金属材料的力学性能 教学难点：б-ε曲线特点
2020/9/25
材料的主要性能:
1.使用性能 （1）力学性能 （2）物理性能 （3）化学性能 2.工艺性能——加工成形的性能
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外力作用下材料的变形与失效
F
F
F’
F
F = F’
F' F （MPa）
SS
σ= F’ /S
外力 —— 内力——应力
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一、强度与塑性
强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或断裂 的能力。 塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久变形而 不破坏的能力。 拉伸试验
标准试件
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拉伸试样（GB6397-86 ）
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长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
σ0.2 = F0.2 / A0
屈服强度是塑性材料选材和评定的依据。
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（2）抗拉强度
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大应力值，
用符号σb表示，单位 Mpa， σb = Fb / A0 ( Mpa )
式中：Fb—试样承受的最大载荷，N A0—试样原始横截面积，mm2。
屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设计机械和选择、
F
d0
F
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
（2）断面收缩率: A0A110% 0
A0
l0
L d1
l1
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
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二．硬度
金属材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、 压痕、划痕的能力。
硬度是衡量金属软硬的判据。硬度直 接影响到材料的耐磨性及切削加工性
优缺点：压痕大，测量准确，但测
量费时压痕较大不能测量成品件。
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布 氏 硬 度 量
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压头材质表示方法
淬火钢球
HBS
硬质合金钢球 HBW
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布氏硬度值与压头
布氏硬度值450的材料,选用淬火钢球压头
例如：200HBS 350HBS
布氏硬度值450~650的材料，选用硬质合金球压头
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变形的三个阶段
弹性变形
塑性变形
断裂
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常见的几种失效形式 （1）断裂（2）塑性变形（3）过量弹性变（4）磨损（5）腐蚀
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1．强度：
强度——材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 （1） 屈服点（屈服强度）（σS）
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。 σS = Fs / A0 （MPa）
评定金属材料时有重要意义 。 机械零件多以σs作为强度
设计的依据。
对于脆性材料，在强度计算时，则以σb为依据。
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2. 塑性 —材料在外力作用下，产生塑性变形而不引起破坏的能力。
(1)伸长率δ = （L1-L0）/ L0 × 100 %
式中： L0—试样原标距的长度（mm）
L1—试样拉断后的标距长度（mm）
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布氏硬度计
1、布氏硬度
用一定直径的压头（球体），以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面 压痕直径，以此计算出硬度值。
HB
压入载荷N（ ） 压痕的表面积 mm（）
0.102 2F
D2(1 1d2 )
D 应用：测量比较软的材料。测量范围
HBS<450、HBW<650的金属材料。
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2. 洛氏硬度
加初载荷 加主载荷
卸除主载荷
读硬度值
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洛氏硬度试验
0
1 h3
h1
3
2
原 理0 1-1 初载10kg h1
1 2-2 总载150kg h2
3 2
3-3 卸载140kg
h3
h
h2 最后测得：
残余压痕深度增量 h
HR=h/0.002 2020/9/H25 R=C-h/0.002
强度极限B
颈缩阶段
屈服极限S 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
强化阶段
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颈缩现象
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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低碳钢拉伸曲线
F——Δl：载荷伸长量拉伸曲线 2020σ/9—/25 —ε：应力应变曲线
铸铁拉伸曲线
两种基本变形形式
（1）弹性变形：材料受外力作用时产生变形， 当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失 而消失的变形，称为弹性变形。 （2）塑性变形材料在外力作用下产生永久的不 可恢复的变形，称为塑性变形。
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布氏硬度特点
优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定， 重复性强。
缺点：压痕面积较大，测量费时。 应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、
退火正火钢材的硬度。 不适于测量成品零件或薄件的硬度。
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洛氏硬度试验原理
用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直 径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后卸除 主试验力，以测量的残余压痕深度增量 来计算出硬度值。
例如：550HBW 600HBW
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布氏硬度标 注
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值， 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、 载荷及载荷保持时间。 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。
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σ= F/Ao ε= △L / L0
分别以
σ和ε为纵坐标
和横坐标，绘出 应力-应变曲线 。应力-应变曲 线的形状与拉伸 曲线完全相似， 只是坐标与数值 不同。
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退火低碳钢力-伸长曲线
oe——弹性变形阶段；es——屈服阶段； sb——强化阶段；bk——缩颈阶段
s-屈服点 b-开始发生缩颈现象
式中：Fs—试样屈服时的载荷，N A0—试样原始横截面积，mm2。
当材料单位面积上所受的应力σe <σ<σs 时，只产生微量 的塑性变形。当σ > σs 时，材料将产生明显的塑性变形。
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（1）屈服强度
中、高碳钢和其他脆 性金属材料无明显屈服现 象，国家标准以产生0.2% 塑性变形的应力来表示屈 服强度，即：
h=h3-h1
洛氏硬度应用范围
常用洛氏硬度标度的试验范围
HRA
120°金刚 石圆锥体
600N
70~85
1.588mm
HRB 钢球
1000N 25~100
120°金刚
HRC 石圆锥体 1500N 20~67