材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)概論-文庫(kù)吧資料
2024-12-13 21:00本頁(yè)面
【正文】 ），從而使結(jié)合部位牢固地結(jié)合在一起而成為整體的難易程度，表現(xiàn)為熔點(diǎn)、熔化時(shí)的吸氣性、氧化性、導(dǎo)熱性、熱脹冷縮特性、塑性以及與接縫部位和附近用材顯微組織的相關(guān)性、對(duì)機(jī)械性能的影響等。 2)可鍛性 ：反映金屬材料在 壓力加工 過(guò)程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度時(shí)其塑性的高低（表現(xiàn)為塑性變形抗力的大?。试S熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與 顯微組織 、機(jī)械性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時(shí)金屬的流動(dòng)性、導(dǎo)熱性能等。 5)電學(xué)性能主要考慮其電導(dǎo)率，在電磁無(wú)損檢測(cè)中對(duì)其電阻率和渦流損耗等都有影響。在實(shí)際應(yīng)用中還要考慮比容（材料受溫度等外界影響時(shí)，單位重量的材料其容積的增減，即容積與質(zhì)量之比），特別是對(duì)于在 高溫環(huán)境 下工作，或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件，必須考慮其膨脹性能的影響。 3)熱膨脹性隨著溫度變化，材料的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹，多用線膨脹系數(shù)衡 量，亦即溫度變化 1℃時(shí)，材料長(zhǎng)度的增減量與其 0℃時(shí)的長(zhǎng)度之比。在實(shí)際應(yīng)用中，除了根據(jù)密度計(jì)算 金屬零件 的重量外，很重要的一點(diǎn)是考慮金屬的比強(qiáng)度（強(qiáng)度σb 與密度ρ之比）來(lái)幫助選材，以及與 無(wú)損檢測(cè) 相關(guān)的聲學(xué)檢測(cè)中的聲阻抗（密度ρ與聲速C的乘積）和 射線 檢測(cè)中密度不同的物質(zhì)對(duì)射線能量有不同的吸收能力等等。 在金屬的化學(xué)性能中，特別是抗蝕性對(duì)金 屬的腐蝕疲勞損傷有著重大的意義。 化學(xué)性能 金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱(chēng)為金屬的化學(xué)性能。實(shí)際上，許多機(jī)器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會(huì)產(chǎn)生疲勞。常用的方法有 布氏硬度 (HB)、 洛氏硬度 (HRA、 HRB、 HRC)和 維氏硬度(HV)等方法。 3) 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的 指針 。各種強(qiáng)度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較多以抗拉強(qiáng)度作為最基本的強(qiáng)度指針。 1) 強(qiáng)度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞 (過(guò)量 塑性變形 或 斷裂 )的性能。外加載荷性質(zhì)不同 (例如 拉伸 、 壓縮 、 扭轉(zhuǎn) 、 沖擊 、 循環(huán)載荷 等 )，對(duì)金屬材料要求的機(jī)械性能也將不同。 金屬材料承受的載荷有多種形式，它可以是靜態(tài)載荷，也可以是動(dòng)態(tài)載荷，包括單獨(dú)或同時(shí)承受的拉伸應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，以及摩擦、振動(dòng)、沖擊等等。金屬材料的性能主要分為四個(gè)方面，即：機(jī)械性能、 化學(xué)性能 、 物理性能 、工藝性能。有色金屬的消耗雖然只占金屬材料總消耗的很少部分 ，但是因?yàn)樗鼈兙哂歇?dú)特的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，同時(shí)相對(duì)密度小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐熱、耐腐蝕，因而它們?cè)诠こ躺险加兄匾匚弧Ｓ猩饘偈侵?Fe以外的其他金屬及其合金。鑄鐵通常分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特種鑄鐵等。黑色金屬包括鋼和鑄鐵。 各類(lèi)材料中應(yīng)用最廣泛，用量最大的就是金屬材料。常見(jiàn)的合金如鐵和碳所組成的鋼合金 。自然界中大約有 70 多種純金屬，其中常見(jiàn)的有鐵、銅、鋁、錫、鎳、金、銀、鉛、鋅等等。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，材料的發(fā)展十分緩慢，只有在“材料科學(xué)”形成之后，材料才得到了迅速的發(fā)展。最初，每種材料的發(fā)展、制造和使 用都是靠工藝匠人的經(jīng)驗(yàn)，如聽(tīng)聲音、看火候，或靠祖?zhèn)髅胤降鹊取? 材料科學(xué)與工程的發(fā)展趨勢(shì) 長(zhǎng)期以來(lái)。材料科學(xué)和材料工程間的不同主要在于各自強(qiáng)調(diào)的核心問(wèn)題不同，它們之間并沒(méi)有一條明顯的分界線，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，很難將科學(xué)因素和工程因素獨(dú)立出來(lái)考慮。 材料科學(xué)和材料工程是緊密聯(lián)系、互相促進(jìn)的。 材料工程是屬于工程性質(zhì)的領(lǐng)域，而工程是屬于解決 “怎樣做” 的問(wèn)題。材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論體系，能為材料工程提供必要的設(shè)計(jì)依據(jù)，為更好地選擇材料、使用材料、發(fā)揮材料的潛力、發(fā)展新材料等提供理論基礎(chǔ)。 材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 材料科學(xué)的核 心問(wèn)題是結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。材料加工涉及許多學(xué)科，是科學(xué)、工程以及經(jīng)驗(yàn)的綜合，是制造技術(shù)的一部分，也是整個(gè)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一步，它利用了研究與設(shè)計(jì)的成果，同時(shí)也有賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和廣泛的試驗(yàn)工作。而加工 (這里所指的加工實(shí)際上是成型加工 )，除了上述為生產(chǎn)出有用材料對(duì)原子和分子控制外，還包括在較大尺度上的改變，有時(shí)也包括材料制造等工程方 面的問(wèn)題。合成是在固體中發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的主要源泉，合成還是新技術(shù)開(kāi)發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)中的關(guān)鍵性要素。 成分工藝 工藝 是指建立原子、分子和分子聚集體的新排列，在從 原子尺度到宏觀尺度的所有尺度上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制以及高效而有競(jìng)爭(zhēng)力地制造材料和零件的演變過(guò)程。我們?cè)谘芯烤w結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系時(shí)，除考慮其內(nèi)部原子排列的規(guī)則性，還需要考慮其尺寸的效應(yīng)。又如某些非晶態(tài)金屬比晶態(tài)金屬具有更高的強(qiáng)度和耐蝕性能。石墨和金剛石都是由碳原子組成，但二者原子排列方式不同，導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度及其它物理性 能差別明顯。金屬、無(wú)機(jī)非金屬和某些高分子材料在空間均具有規(guī)則的原子排列，或者說(shuō)具有晶體的格子構(gòu)造。材料中各種結(jié)構(gòu)的形成都涉及能量的變化，因此外界條件的改變也將會(huì)引起結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致性能的改變。 材料科學(xué)的核心內(nèi)容是結(jié)構(gòu)與性能。而結(jié)構(gòu)上幾乎無(wú)限的變化同樣會(huì)引起與此相應(yīng)的一系列復(fù)雜的材料性質(zhì)。 這些問(wèn)題，不僅對(duì)大型結(jié)構(gòu)和機(jī)器用的材料，而且對(duì)電子器件、磁性器件和光學(xué)器件中的結(jié)構(gòu)元件和其他元件所用的材料，都是十分必要的。 使用性能包括可靠性、有效壽命、速度 (器件或車(chē)輛的 )、能量利用率 (機(jī)器或常用運(yùn)載工具的 )、安全性和壽命期費(fèi)用等。 使用 性 能 是材料性能在工作狀態(tài) （受力、氣氛、溫度）下的表現(xiàn)，材料性能可以視為材料的固有性能，而使用效能則隨工作環(huán)境不同而異，但它與材料的固有性能密切相關(guān)。物質(zhì)結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)。組元在結(jié)構(gòu)中不是靜止不動(dòng)的，是在不斷的運(yùn)動(dòng)中，如電子的運(yùn)動(dòng)、原子的熱運(yùn)動(dòng)等。 材料的性能是由材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，材料的結(jié)構(gòu)反映了材料的組成基元及其排列和運(yùn)動(dòng)的方式。而利用其硬度和導(dǎo)熱性，可用作切削工具和傳導(dǎo)材料。而具有壓電、介電、半導(dǎo)體、磁學(xué)、機(jī)械等特性的特種陶瓷，在相應(yīng)的領(lǐng)域發(fā)揮作用，但 陶 瓷的脆性則限制了它的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)具有高延伸率的韌性陶瓷成了材料科技作者追求的目標(biāo)。一些特種合金，如不銹鋼、形狀記憶合金、超導(dǎo)合金等，以
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