第3讲-材料的性能-2011.ppt

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1、材料的表征现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能及其成分及显微组织关系的理解。因此，对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观不同层次的表征构成了材料科学与工程的一个重要部分，也是联系材料设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。在公认的材料科学与工程四大要素---合成与制备、组成与结构、性质、使用性能---之中，性能检测与表征技术通过组成与结构在化学、物理学和环境科学基础上与其它三大要素相互联系与反馈，同样构成材料科学与工程的关键共性技术。1、性能检测材料的性能是指材料在给定的一套条件下，当某一条件发生变化时，材料所产

2、生的反应。对材料的性能测定需要建立一种广义力和广义位移的关系，在关系为线性时，材料性能有线性常数表征，如弹性模量、热容等。在关系偏离线性时，材料的性能需要由高阶常数来描述，如光学晶体在强光照射下的极化率。材料的传输性能与材料内部参数的梯度所产生的流有关，由广义力与所产生的流之间的比例常数来表征，如热导率、扩散系数等。新材料的发展还提出了一些难以用单项性能进行评价的材料特征。如金属材料的可焊性，材料的可加工性，高温熔盐气氛下的腐蚀性能等。2、显微结构表征显微结构表征包括观察组织的形貌、确定其原子排列方式和分析化学祖分。分析方法可按照观察形貌的显

3、微镜、测定结构的衍射仪及分析成分的各种谱仪进行分类。1）形貌观察2）结构测定3）化学组分分析一、工程材料的主要性能1、概述材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特质或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。材料的性能一般分为以下几种：力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。2、材料的物理性能材料的物理性能是指材料本身的具有各种物理量(热、电、光、磁等)以及环境变化时它们的变化程度。密度密度是指单位体积物质的质量，单位是kg/m3;ρ＝M/VM：金属的质量（kg）；V：金属的体积(m³)一

4、般将密度小于5.0×10³kg/m³的金属称为轻金属；密度大于5.0×10³kg/m³的金属称为重金属。比容是指单位质量的物质所占的体积，单位是m3/kg。导热性是指物体内温度梯度为1℃/M时，在单位时间、单位面积内传递的热量，单位是W/(m.K)。导热率越大，导热性越好。热膨胀性:金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。热膨胀性用线胀系数αl和体胀系数αV来表示。线膨胀系数α是指温度上升1℃时，单位长度的伸长量，单位是mm/(℃.mm)或℃-1。式中，αl为线胀系数（1/K或1/℃）；L1为膨胀前长度（m）；L2为膨胀后长度（

5、m）；Δt为温度变化量（K或℃）。熔点是指物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间的结合力。易熔金属：熔点低（锡、铅等）如保险丝材料；难熔金属：熔点高（钨、铬等）如白炽灯的灯丝材料。电阻与电导：电阻率为单位长度和单位截面积导体的电阻,单位是m，其倒数称为电导率。金属传导电流的能力。用电阻率来衡量金属的导电性能导电性。金属材料能够传导电流的能力称导电性，通常用电导率来衡量，电导率越大，金属材料导电性越好。电阻温度系数：温度上升1℃时，电阻率的变化系数，单位℃-1。导磁率：金属所具有的导磁能力。是用于表征铁合金、化合物(铁氧体)的特有

6、性能。3、材料的化学性能材料的化学性能是指材料在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。反映了材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。1）耐腐蚀性—金属抵抗氧、水蒸气、酸、碱等介质侵蚀的能力。2）热安定性—金属在高温下对氧化的抵抗能力。根据不同的工况选用不同的材料。4、材料的工艺性能我们把材料的工艺性能定义为：材料的工艺性能是一种参量，用于表征材料适应工艺而获得规定性能和外形的能力。为了满足材料性能的要求，就必然要控制材料的成分、组织和结构。人们总是企图用在实验室测定的一些物理的、化学的或力学的参量，来表征工艺性能。人们采

7、用两种思路去表征，一种是模拟，一种是抽象，即从复杂工艺现象中，抽出主要的项目在实验室测定。材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。1）材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。2）铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的方法。例如：流动性：充满型腔能力收缩率：缩孔数量的多少和分布特征偏析倾向：材料成分的均匀性3）锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量。例如：塑性变形能力：材料不破坏的前提下的最大变形量。塑性变形抗

8、力：发生塑性变形所需要的最小外力。4)焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起，就是焊接。在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，就是焊接性能。例如：连