材料性能學(xué)

前言

隨著國(guó)家“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的實(shí)施，加強(qiáng)學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)留出一定的時(shí)間和空間，在新的教學(xué)計(jì)劃中，相關(guān)課程的合并、整合以及課堂教學(xué)總學(xué)時(shí)數(shù)的大幅減少也成為必然趨勢(shì)，已有不少學(xué)校將材料科學(xué)與工程學(xué)科的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課《材料的力學(xué)性能》和《材料的物理性能》合并為一門課程《材料性能學(xué)》進(jìn)行教學(xué)，因此編寫一本適應(yīng)新教學(xué)計(jì)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(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，可作為材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科主干專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可作為相關(guān)學(xué)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(duì)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(cè)試方法的共性和個(gè)性問題作了扼要的論述，供讀者作為開始學(xué)習(xí)和結(jié)束學(xué)習(xí)后進(jìn)行復(fù)習(xí)的提綱。正文內(nèi)容分為三大部分，共10章：第1～5章為力學(xué)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(xué)性能試驗(yàn)方法和相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)（第1章），材料的變形及強(qiáng)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?zèng)_擊、腐蝕性環(huán)境、摩擦等不同條件下的力學(xué)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(dǎo)等熱學(xué)性能（第6章），材料的磁學(xué)性能（第7章），材料的導(dǎo)電、介電、熱電、壓電、熱釋電等電學(xué)性能（第8章）以及材料對(duì)光的折射、反射、吸收、散射和發(fā)光等光學(xué)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(xué)習(xí)，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(biāo)、充分發(fā)揮材料潛力的主要途徑；了解材料性能測(cè)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(shí)和基本技能。

內(nèi)容概要

　　《材料性能學(xué)》介紹材料使役性能的相關(guān)知識(shí)。全書共分緒論及正文10章：緒論簡(jiǎn)要論述了材料性能的概念和劃分，材料性能在表征、機(jī)理、影響因素和測(cè)試等方面的共性問題；第1～5章為力學(xué)性能部分，分別介紹常規(guī)力學(xué)試驗(yàn)和相應(yīng)性能指標(biāo)、變形和強(qiáng)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(qiáng)度與斷裂；第6～9章為物理性能部分，分別介紹材料的熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)及光學(xué)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(xué)“四要素”——表征（規(guī)律）、機(jī)理、影響因素和測(cè)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(gè)性。本書涉及的知識(shí)面寬，信息量大，基礎(chǔ)性強(qiáng)，主要用作材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)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(jiǎn)介

張帆，女，副教授，博士。簡(jiǎn)歷：2000年9月——2003年3月沈陽(yáng)化工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)專業(yè)碩士2003年4月——-2006年3月日本富山縣立大學(xué)工學(xué)研究科博士研究方向：1.納米無機(jī)材料的制備；2.納米無機(jī)材料的新性能和新效應(yīng)；3.功能陶瓷的制備。研究項(xiàng)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(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)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(yáng)化工學(xué)院博士科研起動(dòng)基金項(xiàng)目；3、前驅(qū)體法制備氮化硼纖維/氮化硼基體復(fù)合材料，企業(yè)項(xiàng)目；4、單分散納米金粉的制備，企業(yè)項(xiàng)目。教授課程：材料研究方法與測(cè)試技術(shù)；功能陶瓷材料；無機(jī)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(xué)性能1.1 單向靜拉伸試驗(yàn)及性能1.1.1 單向靜拉伸試驗(yàn)1.1.2 拉伸曲線1.1.3 單向靜拉伸基本力學(xué)性能指標(biāo)1.2 其他靜載下的力學(xué)試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)1.5.2 沖擊韌度和沖擊功的適用性1.5.3 沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用1.6 強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析本章小結(jié)名詞及術(shù)語(yǔ)思考題及習(xí)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(xué)松弛2.2.3 黏彈性變形的唯象描述2.2.4 時(shí)溫等效原理2.3 塑性變形2.3.1 塑性變形的一般特點(diǎn)2.3.2 塑性變形機(jī)理2.3.3 屈服2.3.4 應(yīng)變硬化2.3.5 頸縮2.4 先進(jìn)材料的力學(xué)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(yǔ)思考題及習(xí)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(qiáng)度3.1.3 宏觀斷口3.1.4 斷裂機(jī)制圖3.2 斷裂過程及機(jī)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(qiáng)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(cè)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(yǔ)思考題及習(xí)題4 材料的疲勞4.1 疲勞概述4.1.1 變動(dòng)應(yīng)力4.1.2 疲勞破壞特點(diǎn)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(kuò)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(kuò)展4.3.4 疲勞裂紋擴(kuò)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(dòng)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(yǔ)思考題及習(xí)題5 材料在不同工程環(huán)境下的力學(xué)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(qiáng)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(xué)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(dòng)態(tài)斷裂韌性5.2.5 高分子材料的沖擊強(qiáng)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(jī)理5.4.3 磨損試驗(yàn)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(yǔ)思考題及習(xí)題6 材料的熱學(xué)性能7 磁學(xué)性能8 電學(xué)性能9 光學(xué)性能10 材料的耐環(huán)境性能主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

室溫下測(cè)得經(jīng)相當(dāng)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(dāng)冷變形量很大時(shí)，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(diǎn)陣畸變和晶體缺陷增加，特別是空位濃度的增加，造成點(diǎn)陣電場(chǎng)的不均勻而加劇對(duì)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(huì)對(duì)電阻率產(chǎn)生一定影響。若對(duì)冷加工變形的金屬進(jìn)行退火，使它產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶，則電阻下降。8．1．2．5 合金的導(dǎo)電性合金的導(dǎo)電性表現(xiàn)得較為復(fù)雜，這是因?yàn)榻饘僦屑尤牒辖鹪睾?，其異類原子引起點(diǎn)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(huì)對(duì)合金的導(dǎo)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(shí)合金的電導(dǎo)率降低，即電阻率增高。即使是在導(dǎo)電性差的金屬溶劑中溶人導(dǎo)電性很好的溶質(zhì)金屬時(shí)，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(diǎn)陣的畸變，破壞了晶格勢(shì)場(chǎng)的周期性，從而增加了電子的散射幾率，使電阻率增大。同時(shí)由于組元間化學(xué)相互作用（能帶、電子云分布等）的加強(qiáng)使有效電子數(shù)減少，也會(huì)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(yuǎn)，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(qiáng)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

《普通高等教育"十一五"國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?材料性能學(xué)》力求從材料性能學(xué)“四要素”——表征(規(guī)律)、機(jī)理、影響因素和測(cè)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(gè)性?！镀胀ǜ叩冉逃?十一五"國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?材料性能學(xué)》涉及的知識(shí)面寬，信息量大，基礎(chǔ)性強(qiáng)，主要用作材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)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。

圖書封面

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