材料性能学
【材料性能学】FH0-绪论-材料性能学
工艺（加工）性能： 铸，锻，焊，热处理，机加工等。
二、本课程主要内容？ （一）《材料性能学》的研究对象
1.材料 金属材料 无机非金属
（陶瓷） 高分子材料
3.两种结构因素
2.性能 力学性能 变形、断裂过程， 强度、塑性与韧性等。 物理性能（化学性能） 热、光、电、磁、老化
了解材料性能测试原理、方法及其相关仪器设备。 培养合理选材、用材、开发新材料的基本技能。
(三)《材料性能学》的研究方法
相互验证
经验法
机理法
(三)《材料性能学》的研究方法
基本概念√
围
绕
物理本质√
一
个
影响因素（性能改进）
主 线
工程意义√
指标的测试及应用
(四）本课程主要内容
第一部分 材料的力学性能
一、《材料性能学》的意义
3.该课程是专业学位（必修）课， 是工程应用、理论研究的基础。
☺材料性能的分类：
性能property：
材料的固有性能
物理 化学（抗氧化性，耐蚀等）， 力学（σs，σb，δ等）性能
使用性（效）能performance：
材料性能property在工作状态下的表观：
王吉会《材料力学性能》《材料物理性能》，
天津大学出版社，2006年。
宁青菊《无机材料物理性能》化学工业出版社2006年。
傅政 《高分子材料强度及破坏行为》，
化学工业出版社， 2005年 。
考核： 平时成绩占20% 上课：出勤率、听课情况、交流与沟通； 作业：态度、完成情况； 期末考试占80% （开、闭卷结合） 闭卷：基本概念、基础理论； 开卷：综合分析、应用、计算。
材料性能学
材料性能学材料性能学是材料科学的一个重要分支领域，研究材料的性能与结构之间的关系。
材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等多个方面。
材料性能的优劣直接影响材料的应用范围和效果。
力学性能是材料性能学的重要内容之一，涉及材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等指标。
力学性能的研究可以通过各种试验方法来获得。
常见的试验包括拉伸试验、冲击试验、硬度试验等。
力学性能的好坏决定了材料在受力领域的应用范围，优秀的力学性能可以使材料承受更大的载荷，具有很好的抗疲劳和耐磨损能力。
热学性能是材料在热环境下的性能表现，主要包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
热学性能的研究对于材料在高温、低温环境下的应用具有重要意义。
例如，高导热材料可以应用于散热器、热交换器等领域，而低热膨胀系数的材料则适用于高精度仪器、光学设备等需要保持稳定尺寸的领域。
电学性能是材料导电性能的表现，主要包括电导率、介电常数、电阻率等指标。
电学性能是材料应用于电子、电力工程等领域的基础。
例如，电导率高的材料可以用作导线、电极等；而具有高介电常数的材料适用于电容器、绝缘材料等。
磁学性能是材料在磁场中的性能表现，主要包括磁导率、磁饱和强度、磁滞损耗等指标。
材料的磁学性能在电子、通信、磁存储等领域有广泛应用。
例如，磁导率高的材料可以用于制造电感器件、变压器等。
光学性能是材料在光学领域的表现，主要包括透光性、折射率、反射率等指标。
材料的光学性能对于光学器件、光学传感器等的设计和制造非常重要。
例如，透明度高的材料可以用于玻璃、光电子器件等；而具有特定折射率的材料可以用于制造透镜、光纤等。
综上所述，材料性能学研究材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等多个方面。
材料性能的好坏直接影响材料的应用范围和效果。
在材料设计和应用领域中，常常需要从以上多个方面综合考虑，选择合适的材料。
材料性能学
说 明：
本课程对很多公式（方程）和结论的推导过程 不着重讲解，着重点放在讲述各种参数的来源、 物理意义和作用。
参考文献：
1. 无机材料物理性能，关振铎等著，清华大学 出版社，2004.11 2. 材料物理性能，陈树川等著，上海交通大学 出版社 3. 陶瓷材料物理性能，华南工学院、南京化工 学院、清华大学合著 4. Introduction to Ceramics, W.D.Kingery
先修课程 材料力学 基础知识点 应力，应变概念 拉、压、弯、扭、剪、的应力分布 材料科学 基础 相关本课程内容 各种静载力学性能测试 方法及性能指标
金属、陶瓷、聚合物的结构（化学键、 结构对各种性能的影响 晶体结构、非晶体结构、组织结构等） 塑性变形 塑性变形机制
位错理论
普通物理 晶格热振动 电工学（电流、电压、电容、电感基 本概念及安培定律） 光的基本性质（衍射、折射、反射、 干涉、散射等） 气体分子运动论 振动与波基本概念 电磁学基本概念
入射角-折射角
折射率-入射光波 长 入射波能量-反射 反射定律 波能量 光强-入射深度 光强-入射深度 朗伯定律
折射率
色散系数 反射系数 吸收系数 散射系数
四材料性能的微观本质
宏观行为（性能） 弹性变形 塑性变形 粘弹性变形 蠕变 断裂 磨损 吸热（热容） 热膨胀 热传导 磁化（磁性） 微观本质 键合在不破坏条件下的伸缩或旋转（可逆） 晶体的滑移、孪生、扭折；非晶体的黏性流 动（不可逆） 高分子链段的伸展+黏性流动 晶体滑移，晶界滑移，原子扩散 裂纹萌生+裂纹扩展 表面局部塑性变形+断裂 晶格热振动加剧 晶格热振动加剧导致晶格平衡间距加大 晶格热振动传播+自由电子传热 磁距转向
材料性能学实验报告
材料性能学实验报告实验目的本实验旨在研究不同材料的性能特点，包括力学性能、热学性能和电学性能，并通过实验结果分析材料的适用范围和优缺点。
实验材料与设备1. 实验材料：金属(A)、塑料(B)、陶瓷(C)、纸张(D)2. 实验设备：拉力试验机、热导率测试仪、电阻测试仪、显微镜实验方法1. 力学性能测试：使用拉力试验机测定材料的拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率。
2. 热学性能测试：使用热导率测试仪测定材料的热导率。
3. 电学性能测试：使用电阻测试仪测定材料的电阻率。
4. 显微镜观察：使用显微镜观察材料的微观结构。
实验结果与分析力学性能测试材料(A)拉伸强度：300 MPa屈服强度：250 MPa断裂伸长率：20%材料(B)拉伸强度：100 MPa屈服强度：80 MPa断裂伸长率：10%材料(C)拉伸强度：500 MPa屈服强度：400 MPa断裂伸长率：5%材料(D)拉伸强度：50 MPa屈服强度：30 MPa断裂伸长率：40%通过力学性能测试结果可以得出以下分析结论：1. 材料(A)的拉伸强度最高，适合用于承受高强度力的场合，如机械零件制造。
2. 材料(B)的断裂伸长率较低，容易发生断裂，因此不适合用于需要抗冲击能力较强的场合。
3. 材料(C)的屈服强度相对较高，但断裂伸长率较低，适用于要求强度较高，但变形要求较小的场合。
4. 材料(D)的断裂伸长率较高，适用于需要具备良好柔韧性的场合，如包装纸张等。
热学性能测试材料(A)热导率：200 W/m·K材料(B)热导率：0.5 W/m·K材料(C)热导率：5 W/m·K材料(D)热导率：0.1 W/m·K通过热学性能测试结果可以得出以下分析结论：1. 材料(A)的热导率最高，适合用于导热性要求较高的场合，如散热器材料。
2. 材料(B)的热导率相对较低，适用于需要隔热性能较好的场合，如绝缘材料。
3. 材料(C)的热导率居中，适用于一般导热需求的场合。
材料性能学名词解释大全
名词解释第一章：弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
滞弹性：是材料在加速加载或者卸载后，随时间的延长而产生的附加应变的性能，是应变落后于应力的现象。
粘弹性：是指材料在外力的作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。
内耗：在非理想弹性变形过程中，一部分被材料所吸收的加载变形功。
塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力。
韧性：是材料力学性能，是指材料断裂前吸取塑性变形攻和断裂功的能力。
银纹：是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷，由于它密度低，对光线反射高为银色。
超塑性：材料在一定条件下呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
脆性断裂：是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，而是突然发生的快速断裂过程。
韧性断裂：是指材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。
剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。
河流花样：两相互平行但出于不同高度上的解理裂纹，通过次生解理或撕裂的方式相互连接形成台阶，同号台阶相遇变汇合长大，异号台阶相遇则相互抵消。
当台阶足够高时，便形成河流花样。
解理台阶：不能高度解理面之间存在的台阶韧窝：新的微孔在变形带内形核、长大、聚集，当其与已产生的裂纹连接时，裂纹便向前扩展形成纤维区，纤维区所在平面垂直于拉伸应力方向，纤维区的微观断口特征为韧窝。
2 材料的弹性模数主要取决因素：1）键合方式和原子结构2）晶体结构3）化学成分4）微观组织5）温度6）加载方式3决定金属材料屈服强度的因素1）晶体结构2）晶界与亚结构3）溶质元素4）第二相5）温度6）应变速率与应力状态4 金属的应变硬化的实际意义1）在加工方面：利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施2）在材料应用方面：应变硬化可以使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件的安全使用。
材料性能学 课件
材料性能学
Materials Properties
对于三此类推。 其余依此类推。 杜隆—珀替定律在高温时与实验结果很吻合。 杜隆—珀替定律在高温时与实验结果很吻合。 但在低温时， 的实验值并不是一个恒量， 但在低温时，CV 的实验值并不是一个恒量， 下面将要作详细讨论。 下面将要作详细讨论。
材料性能学
Materials Properties
第二节
材料的热膨胀
热膨胀系数（ coefficient） 一 、 热膨胀系数 （ Thermal expansion coefficient ） 物体的体积或长度随温度升高而增大的现象 叫做热膨胀 热膨胀。 叫做热膨胀。
式中， 线膨胀系数，即温度升高1 式中，αl＝线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的 相对伸长。 相对伸长。 物体在温度 T 时的长度lT为：
材料性能学
Materials Properties
是几种材料的热容-温度曲线 图3.3是几种材料的热容 温度曲线 。这些材料的 D 是几种材料的热容 温度曲线。这些材料的θ 约为熔点（ 热力学温度） 约为熔点 （ 热力学温度 ） 的 0.2-0.5倍 。 对于绝大多数 倍 氧化物、 碳化物， 氧化物 、 碳化物 ， 热容都是从低温时的一个低的数值 增加到1273K左右的近似于 左右的近似于25J/K·mol的数值 。 温度进 的数值。 增加到 左右的近似于 的数值 一步增加， 热容基本上没有什么变化 。 图中几条曲线 一步增加 ， 热容基本上没有什么变化。 不仅形状相似，而且数值也很接近。 不仅形状相似，而且数值也很接近。 无机材料的热容与材料结构的关系是不大的， 无机材料的热容与材料结构的关系是不大的，如图 3.4所示。CaO和SiO21∶1的混合物与 所示。 的混合物与CaSiO3的热容 温 的热容-温 所示 和 ∶ 的混合物与 度曲线基本重合。 度曲线基本重合。
材料性能学课程设计
材料性能学课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解材料性能学的基本概念，掌握材料的力学、物理和化学性能特点；2. 帮助学生掌握不同材料的性能测试方法，学会分析测试结果，并能够进行材料性能优化；3. 引导学生了解材料性能在工程应用中的重要性，掌握材料选择与设计的基本原则。
技能目标：1. 培养学生运用材料性能学知识解决实际问题的能力，能够针对特定需求选择合适的材料；2. 提高学生实验操作技能，熟练使用材料性能测试设备，并掌握数据处理与分析方法；3. 培养学生团队协作和沟通能力，能够就材料性能问题进行有效讨论和交流。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对材料科学的兴趣，培养探索精神和创新意识；2. 增强学生的环保意识，认识到材料性能优化对可持续发展的重要性；3. 引导学生树立正确的价值观，关注材料科学在国民经济发展中的作用，培养社会责任感。
课程性质：本课程为学科基础课程，旨在帮助学生建立材料性能学的基本概念，提高实验技能，培养学生的创新能力和实践能力。
学生特点：学生为高中生，具备一定的物理、化学基础，对材料科学有一定了解，但缺乏系统性的材料性能学知识。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过实验、案例分析等教学手段，提高学生的知识水平和实践能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 引言：材料性能学概述，介绍材料性能学的基本概念、研究领域和在实际应用中的重要性。
2. 力学性能：讲解材料的弹性、塑性和韧性等力学性能指标，分析影响力学性能的因素，介绍力学性能测试方法。
- 教材章节：第二章 力学性能- 内容列举：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等。
3. 物理性能：介绍材料的电、磁、热、光等物理性能，探讨物理性能与材料结构的关系，分析物理性能在实际应用中的作用。
- 教材章节：第三章 物理性能- 内容列举：导电性、导热性、磁性能、光学性能等。
4. 化学性能：讲解材料的耐腐蚀性、氧化性、还原性等化学性能，分析化学性能对材料使用寿命的影响。
材料性能学概要课件
在机械工程领域中，材料性能的应用非常广泛。例如，在制造机械设备时，需 要选择具有适当强度、韧性和耐磨性的材料，以确保设备的稳定性和可靠性。 同时，材料性能也决定了设备的能耗和效率。
航空航天领域
总结词
航空航天领域对材料性能的要求极高，需要具备轻质、高强度、耐高温和抗腐蚀 等特性。
详细描述
在航空航天领域中，材料性能的应用至关重要。例如，飞机和火箭需要使用轻质 和高强度的材料，以减少重量和提高飞行效率。同时，材料还需要具备耐高温和 抗腐蚀的特性，以确保在极端环境下能够正常工作。
材料性能的重要性
保障安全
材料性能的优劣直接关系到工程 结构的安全性，如强度、韧性等 性能指标对避免结构失效具有重 要意义。
提高效率
材料性能的提升有助于提高设备 的运行效率，如轻质高强材料的 应用可减小设备重量，提高机动 性。
促进产业发展
材料性能的研究与开发是推动相 关产业发展的重要驱动力，如新 材料的发展对航空航天、新能源 等领域具有显著影响。
智能化材料
智能感知材料
能够感知外部刺激并作出响应的材料，如压电材料、磁致 伸缩材料等，可用于制造传感器和执行器。
智能驱动材料
具有自适应和自修复功能的材料，能够在外部刺激下改变 形状、尺寸和性质，如形状记忆合金、液晶弹性体等，可 用于制造智能机器人和智能结构。
智能信息材料
能够实现信息存储、处理和传输的材料，如非线性光学晶 体、光子晶体等，可用于制造光电子器件和光子计算机。
材料的基本性能
力学性能
01
描述材料在力作用下所表现出的 性能。
02
包括弹性、塑性、强度、韧性等 ，这些性能决定了材料在受力情 况下的行为，如抵抗拉伸、压缩 、弯曲和剪切的能力。
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韧窝的大小(直径和深度)决定于： 1）第二相质点的大小和密度。 第二相密度增大或其间距减小，则韧窝尺寸减小。 2）基体材料塑变能力和应变硬化指数。 应变硬化指数越大，越难于发生内缩颈，故韧窝 尺寸变小。 3）外加应力的大小和状态。 通过影响材料塑性变形能力，而间接影响韧窝深 度。
必须指出：微孔聚集断裂一定有韧窝存在，但在 微观形态上出现韧窝，其宏观上不一定就是韧性
第二章
1.非理想弹性变形（概念）
滞弹性、伪弹性、内耗
2.塑性变形
塑性变形——加工硬化/形变硬化/应变硬化 实际应用意义所在
第三章
1.断裂类型
解理断裂、微孔聚集断裂各自微观断口特征
解理断裂:解理台阶，河流花样，舌状花样
微孔聚集断裂
断口上分布大量“韧窝”
韧窝形状受一些因素的影响
韧窝形状：视应力状态不同而异 有三类：等轴韧窝、拉长韧窝和撕裂韧窝。 1）等轴状韧窝： 微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相 同。
材料性能学
复习
第一章
1.拉伸曲线
要求会画各种材料的拉伸曲线，会在曲线上标出 力学性能指标
典型的塑性材料 低中碳退火态材料 40,45,20等
几乎无塑性 铸铁
多数材料介于这两者之间
2.各种性能指标的意义及表示方法
弹性、塑性、
3.其他载荷下的力学性能
应力状态软性系数、压缩曲线、扭转曲线
4.硬度
HB、HR、HV用途，课后题19
铜材在拉伸断口特征－细小等轴韧窝
2）拉长韧窝： 在扭转载荷或双向不等拉伸条件下，因切应力作 用而形成。 在匹配断口上韧窝拉长方向相反；（拉伸断口剪 切唇部）
3）撕裂韧窝： 在拉、弯应力联合作用 下，微孔在拉长、长大 时同时被弯曲，形成两 匹配断口上方向相反的 撕裂韧窝。 （三点弯曲、冲击韧断 试样韧度
KI、KIC意义以及表达式
断裂韧度工程应用
第四章
1.变动应力 2.S-N曲线绘制及疲劳极限 3.疲劳缺口敏感度
第五章
1.高温蠕变曲线 2.评定材料的高温力学性能指标 3.应力腐蚀发生条件 4.应力腐蚀曲线 5.磨损曲线
第五章
1.会画导体，半导体，绝缘体能带图 2.介电、铁电、压电