材料性能學

前言

隨著國家“高等教育面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革計劃”的實施，加強學生素質(zhì)教育，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神已被放在重要的地位。根據(jù)總體優(yōu)化人才培養(yǎng)過程的要求，為了給學生的學習留出一定的時間和空間，在新的教學計劃中，相關(guān)課程的合并、整合以及課堂教學總學時數(shù)的大幅減少也成為必然趨勢，已有不少學校將材料科學與工程學科的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課《材料的力學性能》和《材料的物理性能》合并為一門課程《材料性能學》進行教學，因此編寫一本適應(yīng)新教學計劃和要求的教材是十分必要和緊迫的任務(wù)。本書即為此目的而撰寫，作為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，可作為材料科學與工程一級學科主干專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可作為相關(guān)學科專業(yè)本科生、研究生以及工程技術(shù)人員的參考書。本書的緒論對材料性能的概念、劃分、表征、宏觀規(guī)律、微觀本質(zhì)、影響因素以及測試方法的共性和個性問題作了扼要的論述，供讀者作為開始學習和結(jié)束學習后進行復習的提綱。正文內(nèi)容分為三大部分，共10章：第1～5章為力學性能部分，分別介紹包括拉、壓、彎、扭、剪、缺口、沖擊及硬度等最常見的力學性能試驗方法和相應(yīng)的力學性能指標（第1章），材料的變形及強化（第2章），材料的斷裂及韌化（第3章），材料的疲勞（第4章）和材料在高溫、高速沖擊、腐蝕性環(huán)境、摩擦等不同條件下的力學性能（第5章）；第6～9章為物理性能部分，分別介紹材料的熱容、熱膨脹、熱傳導等熱學性能（第6章），材料的磁學性能（第7章），材料的導電、介電、熱電、壓電、熱釋電等電學性能（第8章）以及材料對光的折射、反射、吸收、散射和發(fā)光等光學性能（第9章）；第10章為全書的第三部分，介紹材料的耐環(huán)境性能，包括金屬材料的腐蝕和高分子材料的老化。通過本課程的學習，應(yīng)掌握材料的各種主要性能的宏觀規(guī)律、物理本質(zhì)以及工程意義；了解影響材料性能的主要因素，基本掌握改善或提高材料性能指標、充分發(fā)揮材料潛力的主要途徑；了解材料性能測試的原理、方法以及相關(guān)儀器設(shè)備；初步具備合理選用材料、開發(fā)新型材料的必要基礎(chǔ)知識和基本技能。

內(nèi)容概要

　　《材料性能學》介紹材料使役性能的相關(guān)知識。全書共分緒論及正文10章：緒論簡要論述了材料性能的概念和劃分，材料性能在表征、機理、影響因素和測試等方面的共性問題；第1～5章為力學性能部分，分別介紹常規(guī)力學試驗和相應(yīng)性能指標、變形和強化、斷裂和韌化、疲勞性能以及材料在高溫、沖擊、摩擦和腐蝕性介質(zhì)等常見工程環(huán)境下的強度與斷裂；第6～9章為物理性能部分，分別介紹材料的熱學、磁學、電學及光學性能；第10章為材料的耐環(huán)境性能，介紹金屬材料的腐蝕和高分子材料的老化。本書力求從材料性能學“四要素”——表征（規(guī)律）、機理、影響因素和測試，來闡述每一種材料性能，注重基本理論和工程應(yīng)用的結(jié)合，并注意到不同材料的共性和個性。本書涉及的知識面寬，信息量大，基礎(chǔ)性強，主要用作材料科學與工程一級學科的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可供研究生、相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

張帆，女，副教授，博士。簡歷：2000年9月——2003年3月沈陽化工學院材料科學與工程學院材料學專業(yè)碩士2003年4月——-2006年3月日本富山縣立大學工學研究科博士研究方向：1.納米無機材料的制備；2.納米無機材料的新性能和新效應(yīng)；3.功能陶瓷的制備。研究項目：1、水熱法制備單分散納米二氧化鈦粉體，遼寧省教育廳2006年高等學?？茖W技術(shù)研究項目；2、高取向鈦酸鉍無鉛壓電陶瓷的制備及其壓電性能的研究，沈陽化工學院博士科研起動基金項目；3、前驅(qū)體法制備氮化硼纖維/氮化硼基體復合材料，企業(yè)項目；4、單分散納米金粉的制備，企業(yè)項目。教授課程：材料研究方法與測試技術(shù)；功能陶瓷材料；無機基礎(chǔ)材料與新材料。

書籍目錄

前言緒論1 材料的常規(guī)力學性能1.1 單向靜拉伸試驗及性能1.1.1 單向靜拉伸試驗1.1.2 拉伸曲線1.1.3 單向靜拉伸基本力學性能指標1.2 其他靜載下的力學試驗及性能1.2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)1.2.2 壓縮1.2.3 彎曲1.2.4 扭轉(zhuǎn)1.2.5 剪切1.2.6 幾種靜載試驗方法的比較1.3 缺口效應(yīng)1.3.1 缺口處應(yīng)力分布及缺口效應(yīng)1.3.2 缺口敏感度1.4 硬度1.4.1 布氏硬度1.4.2 洛氏硬度1.4.3 維氏硬度1.4.4 其他硬度1.4.5 常用材料的硬度1.4.6 納米硬度1.5 沖擊韌度1.5.1 夏比缺口沖擊試驗1.5.2 沖擊韌度和沖擊功的適用性1.5.3 沖擊試驗的應(yīng)用1.6 強度的統(tǒng)計學分析本章小結(jié)名詞及術(shù)語思考題及習題2 材料的變形2.1 彈性變形2.1.1 彈性變形的宏觀描述2.1.2 彈性變形的微觀本質(zhì)2.1.3 彈性模量影響因素2.1.4 橡膠彈性2.1.5 非理想彈性變形2.2 黏彈性變形2.2.1 黏彈性行為2.2.2 力學松弛2.2.3 黏彈性變形的唯象描述2.2.4 時溫等效原理2.3 塑性變形2.3.1 塑性變形的一般特點2.3.2 塑性變形機理2.3.3 屈服2.3.4 應(yīng)變硬化2.3.5 頸縮2.4 先進材料的力學性能2.4.1 金屬玻璃2.4.2 多孔材料2.4.3 納米結(jié)構(gòu)材料本章小結(jié)名詞及術(shù)語思考題及習題3 材料的斷裂3.1 斷裂概述3.1.1 斷裂類型3.1.2 斷裂強度3.1.3 宏觀斷口3.1.4 斷裂機制圖3.2 斷裂過程及機制3.2.1 解理斷裂3.2.2 微孔聚集斷裂3.2.3 沿晶斷裂3.2.4 韌一脆轉(zhuǎn)變3.3 非金屬材料的斷裂3.3.1 陶瓷材料的斷裂3.3.2 高分子材料的斷裂3.4 斷裂韌度3.4.1 裂紋尖端應(yīng)力強度因子3.4.2 斷裂韌度3.4.3 裂紋尖端塑性區(qū)及有效裂紋修正3.4.4 斷裂韌度的測試3.4.5 斷裂韌度的工程應(yīng)用3.5 材料的韌化3.5.1 金屬材料的韌化3.5.2 陶瓷材料的韌化本章小結(jié)名詞及術(shù)語思考題及習題4 材料的疲勞4.1 疲勞概述4.1.1 變動應(yīng)力4.1.2 疲勞破壞特點4.1.3 疲勞宏觀斷口4.2 疲勞的宏觀表征4.2.1 疲勞曲線4.2.2 疲勞極限4.2.3 疲勞過載4.2.4 疲勞缺口敏感度4.2.5 低周疲勞4.2.6 疲勞裂紋擴展速率4.3 疲勞的微觀過程4.3.1 延性固體的循環(huán)變形4.3.2 疲勞裂紋的萌生4.3.3 疲勞裂紋的擴展4.3.4 疲勞裂紋擴展的阻滯和瞬態(tài)過程4.4 非金屬材料的疲勞4.4.1 陶瓷材料的疲勞4.4.2 高分子材料的疲勞4.5 特種條件下的疲勞4.5.1 接觸疲勞4.5.2 沖擊疲勞4.5.3 微動疲勞4.5.4 多軸疲勞4.5.5 變幅疲勞本章小結(jié)名詞及術(shù)語思考題及習題5 材料在不同工程環(huán)境下的力學性能5.1 高溫蠕變5.1.1 概述5.1.2 蠕變曲線5.1.3 蠕變極限5.1.4 持久強度及持久塑性5.1.5 松弛穩(wěn)定性5.1.6 蠕變的微觀過程5.1.7 常見高溫結(jié)構(gòu)材料的蠕變性能5.2 高速加載下的力學性能5.2.1 概述5.2.2 高速載荷下的變形5.2.3 高速載荷下的斷裂5.2.4 動態(tài)斷裂韌性5.2.5 高分子材料的沖擊強度5.3 環(huán)境誘發(fā)斷裂5.3.1 應(yīng)力腐蝕斷裂5.3.2 氫致開裂5.3.3 液體金屬脆5.4 材料的磨損性能5.4.1 概述5.4.2 磨損機理5.4.3 磨損試驗方法5.4.4 非金屬材料的磨損特性本章小結(jié)名詞及術(shù)語思考題及習題6 材料的熱學性能7 磁學性能8 電學性能9 光學性能10 材料的耐環(huán)境性能主要參考文獻

章節(jié)摘錄

室溫下測得經(jīng)相當大的冷加工變形后純金屬（如鐵、銅、銀、鋁）的電阻率，比未經(jīng)變形的只增加2％～6％。只有金屬鎢、鉬例外，當冷變形量很大時，鎢電阻可增加30％～50％，鉬增加15％～20％。一般單相固溶體經(jīng)冷塑性變形后，電阻可增加10％～209／6。而有序固溶體電阻增加100％，甚至更高。也有相反的情況，如鎳-鉻，鎳-銅-鋅，鐵-鉻-鋁等中形成K狀態(tài)，則冷加工變形將使合金電阻率降低。冷加工變形使金屬的電阻率增大。這是由于冷加工變形使晶體點陣畸變和晶體缺陷增加，特別是空位濃度的增加，造成點陣電場的不均勻而加劇對電磁波散射的結(jié)果。此外，冷加工變形使原子間距有所改變，也會對電阻率產(chǎn)生一定影響。若對冷加工變形的金屬進行退火，使它產(chǎn)生回復和再結(jié)晶，則電阻下降。8．1．2．5 合金的導電性合金的導電性表現(xiàn)得較為復雜，這是因為金屬中加入合金元素后，其異類原子引起點陣畸變，組元間相互作用引起有效電子數(shù)的變化和能帶結(jié)構(gòu)的變化，以及合金組織結(jié)構(gòu)的變化等，這些因素都會對合金的導電性產(chǎn)生明顯的影響。1）固溶體的電阻一般情況下，形成固溶體時合金的電導率降低，即電阻率增高。即使是在導電性差的金屬溶劑中溶人導電性很好的溶質(zhì)金屬時，也是如此。固溶體電阻率比純金屬高的主要原因是溶質(zhì)原子的溶人引起溶劑點陣的畸變，破壞了晶格勢場的周期性，從而增加了電子的散射幾率，使電阻率增大。同時由于組元間化學相互作用（能帶、電子云分布等）的加強使有效電子數(shù)減少，也會造成電阻率的增高。在連續(xù)固溶體中合金成分距組元越遠，電阻率也越高，在二元合金中最大電阻率常在50％原子濃度處，而且可能比組元電阻率高幾倍。鐵磁性及強順磁性金屬組成的固溶體情況有異常，它的最大電阻率一般不在50％原子處。

編輯推薦

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