材料性能及应用意义

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1、第一节材料性能依据第二节材料的使用性能第三节材料的工艺性能第四节材料的环境性能第一章材料性能及应用意义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。第一节材料性能依据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

2、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

3、关参量的临界值或规定值，即可作为力学性能指标。一、力学性能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。二、物理性能物理性能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

4、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。（一）密度物理性能1.熔点熔点反映了材料由固态变为液态的特征温度。2.热容材料热容定义为温度每升高1K所需的热量，记作C，单位J/K；比热容（简称比热，记作c）则是指单位质量物质的热容。（二）热学性能物理性能3.热膨胀因温度的升降而引起材料体积膨胀或收缩的现象称之为热胀冷缩。绝大多数固体材料都有此特性。4.热传导热能由高温区向低温区传输的现象即称为热传导（导热）。表征材料热

5、传导性能的指标有导热系数（热导率）λ（单位为W/（m·K））和传热系数k（单位为（W/（m2·K））。（二）热学性能物理性能1.电阻率ρ电阻率ρ（单位为Ω·m）是最基本的电学性能参数，它衡量了材料的导电能力（也可用电导率表示）。（三）电学性能物理性能2.电阻温度系数材料的导电能力随温度的变化而变化。一般金属材料的电阻率随温度升高而增加，即具有正电阻温度系数；某些金属材料（如Sn、Zn、Hg等）在接近热力学温度0K附近时的某一临界温度Tc时，电阻突然消失，此即为超导电现象。（三）电学性能物理性能3.介电性能把带电导体分开并能

6、长期经受电场作用的绝缘材料称为介电材料，表征介电性的参数有介电常数、介电强度、介质损耗等。（三）电学性能物理性能1.磁导率μ磁导率μ（单位为H/m）表示材料在单位磁场强度的外磁场作用下材料内部的磁通量密度。相对磁导率μr则是指材料磁导率μ与真空磁导率μ0之比。（四）磁学性能物理性能2.饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Hc铁磁性材料所能达到的最大磁化强度叫做饱和磁化强度，Ms越大，铁磁性越强。铁磁性材料经饱和磁化后，除去外磁场，仍能保留一定程度的磁化即剩磁现象，要使剩磁为零（即退磁），则须加上一反向磁场Hc，此即磁矫顽力。（三）电学性

7、能三、化学性能材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质（如大气，海水，各种酸、碱、盐溶液，高温等）发生复杂的化学变化，从而使其性能恶化或功能丧失，其中腐蚀问题最为普遍、重要。据统计，在发达国家因腐蚀而造成的直接与间接经济损失可达国民收入的5%以上。化学性能腐蚀是指材料表面与周围介质发生化学反应、电化学反应或物理溶解而引起的表面损伤现象。由这三种作用引起的腐蚀相应地称为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀，其中物理腐蚀（如钢铁在液态锌中的溶解）因在工程上较少见，不太重要。故这里主要介绍化学腐蚀和电化学腐蚀的概念与防腐蚀措施。化学性能化学腐

8、蚀是指材料与周围介质直接发生化学反应，但反应过程中不产生电流的腐蚀过程，如金属材料在干燥气体中和非电解质溶液中的腐蚀，陶瓷材料在某些介质中的腐蚀等。（一）化学腐蚀化学性能电化学腐蚀是指材料与电解质发生电化学反应，并