材料力学性能材料科学基础
工程材料专业介绍
工程材料专业介绍
工程材料专业是一门工学学科，主要研究和应用于工程实践中的材料科学。
它涉及各种材料的性能、结构、制备方法和应用技术等方面。
工程材料专业的主要内容包括：
1. 材料科学基础：学习和了解材料的基本性质和结构，如晶体学、物理化学等知识。
2. 材料性能：研究各类材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的特点和变化规律。
3. 材料制备方法：学习不同材料的制备工艺和方法，如熔融法、固化法、沉积法等。
4. 材料分析与测试技术：了解和掌握各种材料的分析和测试方法，如扫描电子显微镜、X射线衍射等。
5. 材料应用技术：学习和应用材料在各种工程领域的应用技术，如土木工程、机械工程、电子工程等。
6. 材料选型和设计：根据特定工程需求，选择和设计最合适的材料，以满足工程的性能、经济和环保等要求。
工程材料专业的毕业生可以在各种工程领域从事材料选择、材料设计、材料测试等相关工作。
他们可以在国内外工程项目中
担任材料工程师、材料研发工程师、材料质量检测工程师等职位。
同时，还可以从事材料制备技术、材料研究和开发等方面的工作。
材料科学基础知识
材料科学基础知识材料科学是一门研究材料结构、性能和制备的学科，涉及广泛的领域，包括金属、陶瓷、塑料、纤维、半导体等材料的研究与应用。
本文将介绍一些材料科学的基础知识，包括材料分类、晶体结构和材料性能等内容。
一、材料分类根据组成和结构特征，材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料主要由金属元素构成，具有优秀的导电、导热和强度等性能；无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥等，其特点是高硬度、高耐热性和电绝缘性；有机高分子材料由含有大量碳元素的高分子化合物构成，如塑料、橡胶和纤维等，具有良好的可塑性和可拉伸性。
二、晶体结构晶体是材料学中一种有序排列的结构形态，具有规则的周期性。
晶体结构由原子、离子或分子按照一定的几何规则排列而成。
根据晶格的不同，晶体可分为立方晶系、四方晶系、单斜晶系、正交晶系、斜方晶系、菱方晶系和三斜晶系等。
其中，立方晶系是晶体结构中最简单的一种，其晶格具有等边、等角的特点。
三、材料性能材料的性能决定了其在实际应用中的表现。
常见的材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能等。
力学性能体现了材料的强度、韧性和硬度等特点，如抗拉强度、屈服强度和冲击韧性；热学性能包括导热性、热膨胀系数和导电性等，这些性能对材料的热稳定性和导热导电能力有重要影响；电学性能和磁学性能则与材料的导电性和导磁性相关。
四、材料制备材料的制备过程对于最终材料的性能和结构有重要影响。
常见的材料制备方法包括熔融法、沉积法、固相反应法和溶液法等。
熔融法是指将材料加热至熔点后进行冷却的过程，常用于金属材料的制备；沉积法则是通过气相或溶液中的化学反应沉积材料薄膜；固相反应法是指两个或多个固体物质在一定条件下发生化学反应生成新的化合物；溶液法是将材料溶解于溶剂中，通过溶液的蒸发或化学反应生成新材料。
总结材料科学是一门涉及广泛的学科，研究的内容包括材料分类、晶体结构、材料性能和材料制备等方面。
了解这些基础知识对于深入学习和应用材料科学具有重要意义。
883材料科学基础
883材料科学基础
材料科学是一个跨学科领域，涉及物质的结构、性质和应用。
它结合了化学、物理学、工程学和生物学等多个学科的知识，旨在
研究和开发新材料，改善现有材料的性能，以满足不同领域的需求。
首先，材料科学基础涉及材料的结构与性能。
这包括原子结构、晶体结构、缺陷结构等方面的知识，以及材料的力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等方面的特征。
这些知识对于理解材料的
行为和性能至关重要。
其次，材料科学基础还包括材料制备与加工技术。
这涵盖了从
原材料的提取和精炼，到材料的成型、热处理、表面处理等方面的
工艺技术。
不同的制备和加工技术会对材料的结构和性能产生重要
影响，因此这些知识对于控制和改善材料性能至关重要。
此外，材料科学基础还涉及材料的性能测试与表征。
这包括使
用各种实验技术和仪器对材料的力学性能、热学性能、电学性能和
光学性能等进行测试和分析，以获取材料的相关参数和特性。
这些
测试和表征结果对于评估材料的适用性和质量具有重要意义。
最后，材料科学基础还包括材料的应用与设计。
这涉及将特定
材料的特性与实际应用需求相匹配，以及通过合理的设计和工程实
践来开发新材料或改进现有材料，以满足不同行业的需求。
总之，材料科学基础涉及材料的结构与性能、制备与加工技术、性能测试与表征以及应用与设计等多个方面的知识。
这些知识对于
材料科学与工程领域的研究和实践具有重要意义，也为材料的创新
与发展提供了基础支撑。
材料科学基础-1
材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。
所谓有用，是指材料满足产品使用需要的特性，即使用性能，它包括力学性能、物理性能和化学性能；制造是指将原材料变成产品的全过程，材料对其所涉及的加工工艺的适应能力即为工艺性能，它包括铸造性能、塑性加工性能、切削加工性能、焊接性能和热处理性能等。
全面地理解材料性能及其变化规律，是设计、选材用材、制订加工工艺及质量检验的重要依据。
一、力学性能1. 强度 —— 材料抵抗变形、断裂的能力，单位 MN/m2（MPa ）。
拉伸试验比例极限σp: 弹性变形阶段，应力和应变关系符合虎克定律的极限力。
弹性极限σe: 完全卸载后不出现任何明显微量塑性变形的极限应力值。
屈服强度σs: 材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据。
•条件（名义）屈服强度σ0.2：中、高碳钢等无明显屈服现象。
抗拉强度σb （强度）: 铸铁、陶瓷、复合材料等脆性材料σb=σs。
•比强度σb /ρ ：玻璃钢ρ= 2.0, σb = 1060 MN/m2，比强度为铝的三倍。
•屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比，表征了材料强度潜力的发挥，利用程度和该种材料零件工作时的安全程度许用应力[σ]：[]n sσσ= n: 安全系数………………全面理解☆注意σ0.2、比强度、屈强比等概念2. 刚度EE ＝比例变形阶段的σ/ε金属材料的刚度对结构不敏感刚度（或刚性）是材料对弹性变形的抵抗能力指标。
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的重要，因而机械设计时既包括强度设计又包括刚度设计。
刚度的对立面是挠度，即外力作用下工件产生的弹性变形量。
3. 弹性：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。
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a ）最大弹性变形量εe 是材料在外力作用下所能发生的最大可恢复变形量，即弹性变形能力。
材料科学基础实验报告
材料科学基础实验报告材料科学基础实验报告引言：材料科学是一个广泛而深奥的领域，涉及到材料的性质、结构、合成以及应用等方面。
在材料科学的学习中，实验是不可或缺的一部分。
本次实验旨在通过对材料的基础实验，探究材料的特性和性能，为进一步研究和应用提供基础知识。
实验一：金属材料的力学性能测试本实验选取了常见的金属材料，如铝、铜和钢，通过拉伸试验和硬度测试来研究其力学性能。
首先，我们制备了标准试样，并使用万能试验机进行拉伸试验。
通过记录试样的载荷-位移曲线，我们可以获得材料的强度、延伸性和弹性模量等参数。
同时，我们还使用了洛氏硬度计对试样进行硬度测试，以了解材料的硬度特性。
实验结果表明，不同金属材料具有不同的力学性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验二：陶瓷材料的热性能测试陶瓷材料是一类重要的材料，具有优异的耐热性和绝缘性能。
本实验选取了常见的陶瓷材料，如氧化铝和硅酸盐陶瓷，通过热膨胀系数测试和热导率测试来研究其热性能。
我们使用热膨胀仪对试样进行热膨胀系数测试，通过测量试样在不同温度下的长度变化，可以计算出材料的热膨胀系数。
同时，我们还使用热导率仪对试样进行热导率测试，以了解材料的导热性能。
实验结果表明，不同陶瓷材料具有不同的热性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验三：聚合物材料的电性能测试聚合物材料是一类重要的材料，具有优异的电绝缘性能和机械柔韧性。
本实验选取了常见的聚合物材料，如聚乙烯和聚苯乙烯，通过电阻率测试和介电常数测试来研究其电性能。
我们使用四探针电阻计对试样进行电阻率测试，通过测量试样的电阻和几何尺寸，可以计算出材料的电阻率。
同时，我们还使用介电常数测试仪对试样进行介电常数测试，以了解材料的电绝缘性能。
实验结果表明，不同聚合物材料具有不同的电性能，这与其分子结构和链状排列有关。
实验四：复合材料的力学性能测试复合材料是一类由两种或多种不同材料组成的材料，具有优异的力学性能和应用潜力。
本实验选取了常见的纤维增强复合材料，如碳纤维增强聚合物复合材料，通过弯曲试验和冲击试验来研究其力学性能。
金属和陶瓷的力学性能材料科学基础
原子排列情况相同而在空间位向不同(即不 平行)的晶向统称为晶向族, 用尖括号表示, 即<uvw>。如:
<100> = [100] + [010] + [001]
在立方晶系中, 一个晶面指数与一个晶向指 数数值和符号相同时, 则该晶面与该晶向互 相垂直, 如(111) [111]。
拉伸试验可获得的力 学性能指标：
1、弹性模量： 2、规定非比例伸
长应力：
是金属材料有明显 塑性变形时的强度
3、抗拉强度： 4、断后伸长率： 5、截面收缩率：
三、塑性变形材料学基础
（一）、金属单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式有两种： 滑移 孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。
2、孪生：
孪生是指晶体的一部分 沿一定晶面和晶向相对 于另一部分所发生的切 变。
发生切变的部分称孪生 带或孪晶，沿其发生孪 生的晶面称孪生面。
孪生的结果使孪生面两 侧的原子排列呈镜面对 称。
孪生与滑移相比：
孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距. 金属表面的基本差别：滑移产生一系列台阶，而孪
Cu-Ni合金成分与性能关系
产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作 用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被 吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位 错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高.
Cu-Ni合金成分与性能关系
２、多相合金的塑性变形与弥散强化
当合金的组织由多相(二相)混合物组成时，合 金的塑性变形除与合金基体的性质有关外，还 与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有 关。第二相可以是纯金属、固溶体或化合物， 工业合金中第二相多数是化合物。
材料科学基础
材料科学基础材料科学是一门研究材料的内在结构、性质以及制备、加工、应用方面的科学。
它是现代工程技术的基础科学之一，对于推动社会经济的发展和提高人们的生活质量有着重要的作用。
材料科学的基础主要包括三个方面：结构基础、性质基础和加工基础。
结构基础是指对于材料内部结构的研究。
材料的结构是由原子、分子、晶格等组成的。
通过对材料的结构进行分析和研究，可以了解其内在的组织状态和性质。
例如，钢材的强度和硬度主要取决于其晶格结构的紧密程度和晶粒的规模。
而聚合物的性能则取决于分子链的排列方式和分子量的大小。
通过对材料内部结构的研究，可以设计出更好的材料，提高其性能。
性质基础是指对于材料的性质进行研究。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。
了解材料的性质对于选择合适的材料以及预测其在使用过程中的行为和性能十分重要。
例如，高导热材料可以用于散热器件，而高强度材料可以用于承载结构。
通过对材料性质的研究和分析，可以为材料的应用提供理论依据和指导。
加工基础是指对于材料的制备和加工技术的研究。
材料的制备是指通过人工手段合成和制备所需的材料。
材料的加工是指通过机械力、热力等手段对材料进行变形或改变其形状和性能。
了解不同材料的制备和加工技术，可以选择合适的工艺来制备和加工材料，提高其性能和降低成本。
例如，金属材料可以通过熔铸、淬火等加工工艺来改变其微观结构和性能，而聚合物材料可以通过挤出、注塑等工艺来改变其形状和性能。
综上所述，材料科学基础包括结构基础、性质基础和加工基础。
只有通过对材料内部结构、性质以及制备和加工技术的研究，才能够开发出更好的材料，满足社会经济的发展和人们生活质量的提高的需求。
材料科学的不断发展和进步将推动工程技术的进一步创新和发展。
《材料科学基础》
《材料科学基础》《材料科学基础》是一门涵盖材料制备、结构、性能和应用的综合性学科。
它涉及材料的化学成分、微观结构、物理性能以及制造工艺等方面的知识，对于理解材料的性质、设计和发展新的材料具有重要意义。
材料科学首先关注的是材料的化学成分。
材料的化学成分决定了其基本的物理和化学性质，如导电性、耐腐蚀性、抗氧化性等。
通过调整材料的化学成分，可以优化其性能，以满足不同的应用需求。
其次，材料科学强调材料的微观结构，即原子和分子的排列方式。
材料的微观结构对其物理性能和机械性能有决定性的影响。
例如，金属材料的强度和硬度主要取决于其晶体结构。
通过改变材料的微观结构，可以改善其力学性能和物理性能。
此外，材料科学还研究材料的物理性能，如导热性、导电性、磁性等。
这些性能与材料的微观结构和化学成分密切相关。
理解这些性能有助于为特定应用选择合适的材料。
例如，高导热材料适用于制造散热器，而高磁性材料适用于制造电磁铁。
最后，材料科学还关注材料的制造工艺，包括合成、加工、热处理和表面处理等。
制造工艺对材料的最终结构和性能有重要影响。
通过优化制造工艺，可以控制材料的微观结构和物理性能，从而提高材料的机械性能和电气性能。
综上所述，《材料科学基础》是一门研究材料成分、结构、性能和制备工艺的综合性学科。
通过深入理解《材料科学基础》，我们可以更好地理解材料的性质和行为，为新材料的发现、设计和应用提供理论指导。
同时，《材料科学基础》也是材料科学工程、材料科学与技术等领域的重要基础课程之一，对于培养未来的材料科学家和工程师具有重要的意义。
在实际应用中，《材料科学基础》的研究成果被广泛应用于各个领域。
例如，在能源领域，通过研究新型能源材料，提高能源转换效率和减少环境污染；在医疗领域，通过研究生物相容性材料，提高医疗器械的安全性和有效性；在航空航天领域，通过研究高温超导材料和轻质高强材料，提高航空航天器的性能和安全性；在信息技术领域，通过研究新型电子材料和光子材料，推动信息技术的快速发展。
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• 塑性：断裂前材料发生塑性变形的能力。 • 衡量材料塑性的指标有延伸率（δ）和断面收缩率（ ψ ）。 • δ=ΔL/L0=[(L-L0)/L0]×100% （是塑性“伸长”的度量） • 式中L0为试样原始标距长度；L为试样断裂后标距的长度。 • ψ=ΔAf/A0=[(A0-Af)/A0] ×100% （是塑性“收缩”的度量） • 式中A0为试样原始截面积；Af为试样断裂处的截面积。
二、 强度与塑性
• 1. 应力-应变曲线 拉伸试验：将圆柱形或板状光滑试样装夹在拉伸试验 机上，沿试样轴向以一定速度施加载荷，使其发生拉 伸变形直至断裂。 拉伸曲线：通过力与位移传感器可获得载荷（P）与 试样伸长量（△L）之间的关系曲线，称为拉伸曲线 或P- △L曲线。 应力：ζ=P/A0, A0为试样原始截面积 应变：ε=ΔL/L0，L0为试样标距 应力-应变曲线：纵坐标以ζ，横坐标以ε表示，则这 时的曲线与试样的尺寸无关。 通过拉伸试验可揭示材料在静载荷作用下的力学行为， 即弹性变形、塑性变形、断裂三个基本过程，还可确 定材料的最基本的力学性能指标－强度与塑性。
• 材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。 塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不被破坏，这样当受力 过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，比较安 全。
三、硬度
• 硬度是材料表面局部抵抗变形的能力。硬度实验方法最常 用的有布氏实验法、洛氏实验法和维氏实验法。 布氏硬度：以淬火钢球为压头，硬度值等于载荷值除以压 痕的总面积。在试验中用刻度放大镜测出压痕直径，然后 对照有关附录查出相应的布氏硬度值。 洛氏硬度：依据压痕的深度而不是压痕的直径。以锥角为 1200的金刚石圆锥作为压头，加载卸载后压头压入材料表 面的深度，经过转换为洛氏硬度值。 维氏硬度：以锥角为1360的金刚石棱锥体为压头，其值等 于载荷值除以压痕的总面积。在实际测定时，只要量出压 痕的对角线长度，就可查表得到它们的硬度值。
•
一、 材料的力学性能
材料的力学性能是指在外加载荷(外力)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和 加载速率）联合作用下所表现的行为。 强度、硬度、塑性、韧性等都属于材料的力学性能。 材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量等内在因素，但 外在因素，如载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉、压、 弯曲、剪切、扭转等）、温度、环境介质等对材料的力学性能也有很大影响。 例如低碳钢试样在静拉伸载荷和交变载荷作用下的不同力学行为。
退火低碳钢的ζ －ε 曲线
2. 弹性模量与弹性行为
• （1）弹性变形：材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完 全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形。
• 弹性模量：材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，两者的比 值称为弹性模量，记为E，且 E =ζ/ε • E 表征材料对弹性变形的抗力，其值越大，材料产生一定量的弹性变 形所需要的应力越大，故工程上也称E为材料的刚度。 • E 主要取决于材料的本性，反映了材料内部原子间结合键的强弱，而 材料的组织变化对弹性模量无明显影响。 材料的刚度和零件的刚度不是一回事，零件刚度的大小取决于零件的 几何形状和材料的弹性模量。
布氏硬度的优点是具有 较高的测量精度，因其 压痕面积大，比较真实 地反映出材料的平均性 能，但不能测定高硬度 材料。
维氏硬度法由于所加压力 小，压入深度较浅，故可 测定较薄材料和各种表面 渗层，且准确度高。但试 验时需要测量压痕对角线 的长度，测试手续较繁， 不如洛氏硬度法简单。
洛氏硬度试验的优点是 操作迅速、简便，可由 表盘直接读出硬度值， 由于其压痕小，可测量 较薄工件的硬度，其缺 点是精度较差，硬度值 波动较大。
（2）塑性
• 工程材料根据ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ裂前是否发生塑性变形，可将它们分成两大类：脆性材料 和塑性材料。 • 脆性材料：如陶瓷、玻璃、石头及普通灰铸铁；它们在破断前只发生弹性 变形。 • 塑性材料：大多数金属及聚合物，如退火纯铜的拉伸曲线。
加工硬化或加工强化： 每增加一个小的应变 量∆ε ，就必须增加 应力∆ζ 才能重新开 始塑性变形。 随着塑性变形的进行， 材料的加工硬化能力 逐渐减小，曲线趋于 平坦，达到极大值的 位置，试样开始发生 颈缩，随后颈缩快速 发展，直至断裂
3. 强度与塑性
• （1）强度
• 强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。工程上衡量材料强度的指标有： 弹性极限ζ e：材料发生弹性变形的最大应力，高于此值，材料开始发生塑性 变形。弹性极限虽然有明确的物理意义，但实际却难以精确测定，工程上定 义发生0.01％残留塑性变形时的应力值为条件弹性极限，表示为ζ 0.01。 屈服强度ζ s：在拉伸过程中，出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为 屈服，材料开始屈服时所对应的应力为屈服应力（或称屈服强度）。屈服强 度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。 抗拉强度ζ b：材料开始发生“颈缩”（试样的直径发生局部收缩）的应力， 相当于应力-应变曲线的极大值，也是作用力达到最大值时得到的应力，对于 不发生颈缩的材料，就相当于断裂时的应力。 断裂强度ζ f：试样发生断裂的应力值。对于不发生颈缩的材料，ζ f与ζ b相 等。
非线性弹性行为，如橡胶 之类的变形能力极好的弹 性材料。其应力－应变行 为完全偏离了线性关系， 但仍然保持弹性的基本性 质，卸载时仍沿同样的途 径退回到原点。
聚合物及某些软金属表现出 明显的弹性滞后现象，即加 载和卸载曲线都稍稍偏离直 线，且两者不重合，形成一 个封闭的环形，说明变形过 程中应变跟不上应力，称为 滞弹性行为。一部分弹性功 以热的形式向环境散失。
（2）弹性行为 • 弹性变形的特点是当载荷卸除后，试样的尺寸形状完全回复到原始状态。 • 根据材料的不同，其变形行为可分为三类：线弹性、非线弹性以及滞弹性。
理想的线弹性行为，应力 和应变之间满足虎克定律。 斜率即弹性模量E。曲线 下的阴影面积为单位体积 试样在弹性变形过程中所 吸收的弹性功。卸载时沿 直线可逆回到原点。