材料性能及应用意义.ppt

第一节 材料性能依据 材料的性能是一种参量，用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。材料本身是一个复杂的系统，它包含材料的化学成分和内部结构，因此可以说，材料的化学成分和内部结构是性能的内部依据，而性能则是指确定成分和结构的材料的外部表现。 这里的结构是一个广泛的概念，它包括原子结构、结合键、原子排列方式（晶体、非晶体与晶体缺陷）以及组织（显微组织与宏观组织）等四个层次。 材料性能依据 由于材料的性能一般必须量化表示，因而它通常是依照标准规定通过不同的试验来测定表述的，这便是我们从材料手册或设计资料上获得的性能参数。实际工件的性能当然首先取决于材料的性能，但须考虑到工件的形状尺寸、加工工艺过程和使用条件对其重要的影响。 材料科学与工程是依据“工艺→结构→性能”这条思路去控制或改造材料的性能，即工艺决定结构、结构决定性能。在此，“结构”是惯用的“成分、结构”的简称：“工艺”则主要是指材料的制备和加工工艺，但也应考虑材料在使用过程中结构的可能变化以及由此而对性能产生的影响。 第二节 材料的使用性能 力学性能是指材料在载荷（外力）作用下所表现出的行为。通过不同的标准试验测定的相关参量的临界值或规定值，即可作为力学性能指标。 材料的变形与断裂是其受到外力作用时所表现出的普遍力学行为，试验测定的力学性能指标也很多。常用的力学性能有: （一）强度 （二）塑性 （三）刚度 （四）弹性 （五）硬度 （六）韧性 （七）疲劳性能 （八）耐磨性 固体材料中，由原子、离子、电子及它们之间的相互作用所反映出现的物理性能，不仅对工程材料的选用有着重要的意义，而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。这里简单介绍工程上常用物理性能的一般概念。 物 理 性 能   单位体积的物质质量称为密度（单位g/cm3或t/m3）。一般而言，金属材料具有较高的密度（如钢铁密度为7.8t/m3），陶瓷材料次之，高分子材料最低。金属材料中，密度在4.5t/m3之下的称为轻金属，其中铝（2.7t/m3）为典型代表。 第三节 材料的工艺性能 将熔炼好的液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型空腔中，冷却后获得铸件的方法称为铸造。铸造性能通常包括流动性、收缩、疏松、成分偏析、吸气性、铸造应力及冷热裂纹倾向等。 第四节 材料的环境性能 材料一般都在大气、土壤和水等环境介质或自然介质中使用，即工况环境和自然环境。材料在与环境介质的交互作用过程中，发生能量或物质交换而失效，如金属材料的腐蚀、高分子材料的老化等。材料的环境适应性即是指材料适应其环境而抵抗失效的能力，使环境因素对材料力学性能、物力性能、化学性能及至工艺性能的影响行为的表征。 第一章 结束! （一）强度 广义的强度是指材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力，若将断裂看成变形的极限，则可将强度简称为变形的抵抗能力，通常强度是依据国家标准（GB6397—1986）的规定进行静拉伸试验得的。 （二）塑性 塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力，如在拉伸、压缩、扭转、弯曲等外力作用下所产生的伸长、缩短、扭曲、弯曲等都可用来表示材料的塑性。但材料的塑性一般是在静拉伸试验中测定的，常用试样拉断后的伸长程度（伸长率δ）和断面的收缩程度（断面收缩率ψ）来表示。由于伸长率δ测定较方便，故工程上应用较广。但考虑到材料塑性变形时可能有缩颈行为，故断面收缩率ψ能较真实地反映材料的塑性好坏。 （三）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。如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。从这个角度来看，刚度和强度具有相同的技术意义而同等地重要，因而机械设计时既包括强度设计又包括刚度设计。 （四）弹性 材料的弹性是用来描述在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。前已述及的比例极限σp、弹性极限σe和弹性模量 E 等在一定的程度上均可用来说明材料的弹性性能。但作为弹性元件（如各种弹簧、音叉等）的材料，最直接的弹性性能指标尚有以下几个必须予以考虑（如图1-2所示）。 （四）弹性 （五）硬度 硬度是反映材料软硬程度的一种性能指标，它表示材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力，是表征材料性能的一个综合参量。测定硬度的试验方法有十多种，但基本上均可分为压入法和刻划法两大类，其中压入法较为常用。 （六）韧性