材料科学基础_绪论

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1、材料科学基础材料科学与工程专业绪论关于材料材料的性能材料的分类研究内容及目的第一节材料经过人类劳动取得的劳动对象。一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。材料是人类赖以生存与发展、征服及改造自然的物质基础,是人类活动不可缺少的东西。材料是社会生产力发展的标志，生产中使用的材料性质反映了人类社会的文明水平。现代一个国家的实力与水平主要取决于他的能源、材料、信息的发展。什么是材料材料工程技术人员学习材料科学知识的意义评价一个设备、部件、零件的优劣或质量：①必需保证使用的基本性能（力学、物理），具有一定的寿命（疲劳、磨损、腐蚀）；②便于制

2、造，即可以生产出来；③可接受的成本。这几点要求是相互矛盾的，但是必需利用各项知识，从中找到一个合理的配合，可见其中材料起到相当重要的决定性作用。在机械产品的设计和维护中，不要单看材料仅仅是图纸标题栏中诸多内容中的一项，用的得当可以代表一个设计的先进性，达到价廉物美的效果；否则可能是一个落后的设计，或者是闭门造车，根本生产制造不出来，甚至会隐藏祸根，导致在使用时灾难。第二节材料的性能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。力学性能物理性能化学性能工艺性能。材料的性能：力学性能材

3、料的力学性能是指材料处于特定环境因素(温度、介质等)时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。材料的性能通常把作用在材料上的外力或能量称为载荷或负荷。材料的主要力学性能有：弹性强度塑性硬度冲击韧性疲劳特性耐磨性拉伸试验过程：力学性能外力增加，试样伸长。得到P－L曲线，换算为－曲线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断裂。弹性与刚度弹性变形：力学性能弹性模量与刚度：在OA’段为直线，即应力与应变成正比，变化规律服从虎克定律。并且在外力卸载后试样恢复到原始长度。可以达到的最大应力成为弹性极限(比例极限)。强度与塑性屈服强度：σsσ0.2力学性能塑性：断裂

4、前可发生永久变形的能力。抗拉强度：σb材料开始发生塑性变形的最小应力。材料发生断裂前能承受的最大应力。硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映材料抵抗局部塑性变形的能力。力学性能莫氏硬度：材料名称硬度级别滑石1石膏2萤石4钠长石6黄玉8刚玉9金刚石10布氏硬度：用直径D钢球在力P的作用下压在试样上一定时间,压痕直径为d。实用于较软的塑性材料。硬度力学性能洛氏强度：用120度圆锥金刚石压头，1470N(150kgf)力压入材料，以压入材料表面的深度来度量材料的硬度。用于硬度较高的淬火钢件。用对面夹角136度四棱锥金刚石压头，在力P作用下压入材料，用压痕单位面积上承受的力作为材料

5、硬度的度量。力的大小从980N、490N、297N到…0.192N不等。压痕小用显微镜来观察，用于测量表层或微区。维氏强度：冲击韧性冲击韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。常用一次弯曲冲击韧性试验ak值来表示。以带缺口标准试样快速冲断时，单位横截面积吸收的功。冲击韧性是材料强度和塑性综合作用的结果。力学性能试样尺寸试验方法断裂韧性断裂韧性是材料中存在缺陷时，材料抵抗脆性断裂的能力。力学性能断裂韧性指标为KIC，有专门的测定方法。工程应用要求：大型构件不可避免存在各种缺陷，在缺陷前端有不同的应力作用，都存在应力集中，其中裂纹受张开应力作用为最危险。Y裂纹形状系数，

6、a裂纹长度的一半。疲劳强度零件在低于屈服应力的交变应力的反复作用下，而发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂是损伤的积累过程，包括疲劳裂纹的产生、扩展、瞬间断裂三各阶段。应力大小和循环次数有关。力学性能低周疲劳又称条件疲劳极限，参照零件工作周期可能作用的次数下能承受的应力极限值。（可以有效发挥材料的作用）高周疲劳对称应力作用趋于水平线的最大应力为σ-1,作为永久可用的疲劳强度极限。实际大多以107次未断裂的应力来测定。耐磨性一个零件相对另一零件有摩擦运动而造成接触面的尺寸变化、质量损失现象成为磨损。力学性能磨损的后果可能因零件尺寸变化，轻则降低传动质量，影响部件的使用性能；重

7、则因尺寸变小造成零件断裂。磨损主要有磨粒磨损(切削)、粘着磨损(分子作用力)；此外接触疲劳有人作为磨损，也有人算另一类损伤形式。测定方法让两试样组成摩擦付，在设定条件(力、润滑剂)进行一定时间的摩擦运动后，测定试样的尺寸减小值/质量的损失值/摩擦表明外观形貌来比较不同材料的耐磨性。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)以及环境变化时他们的变化程度。材料的性能密度与比容导热性热膨胀系数α单位体积物质的质量Kg/M3单位质量的物质所占的体积M3/Kg物体内温度梯度为1℃/M时，在单位时