使用性能：是指材料在最终使用状态（产品、元 件）下表现出的行为。 使用性能描述符 可靠性、耐用度、寿命、性能价格比、安 全性，及材料固化为产品后，表征产品优 良程度的各种性能指标，如飞行速度.使用 温度等。
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2.1.1基础内容
性能定义
在某种环境或条件作用下， 为描述材料的行为或结果，
按照特定的规范所获得的 表征参量。
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2.1.3失效分析
三类主要的材料力学失效形式
断裂 磨损
腐蚀
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2.1.3失效分析
27
2.1.3失效分析
材料的断裂韧性
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3.1.4材料（产品）使用性能的设计
4. 材料（产品）使用性能的设计
在材料使用性能（产品）设计的同时，
力求改变传统的研究及设计路线，将材料性
质同时考虑进去，采取并行设计的方法。
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2.1.1基础内容
材料物理性能
1. 电学性能表征： 导电率 电阻率 介电常数 ……
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2.1.1基础内容
材料物理性能
2. 磁学性能表征： 磁导率 矫顽力 磁化率 ……
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2.1.1基础内容
材料物理性能
3. 光学性能表征： 光反射率 光折射率 光损耗率 ……
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2.1.1基础内容
材料物理性能
4. 热学性能表征： 热导率 热膨胀系数 熔点 比热 ……
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2.1.2性质与性能的区别与关系
2. 性质与使用性能的区别与关系
环境
成分 性质 结构 规范
所以，性能是包括材料在内的整个系统特征的体现； 性质则是材料本身特征的体现。
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使用
性能
2.1.2性质与性能的区别与关系
性能是随着外因的变化而不断 变化，是个渐变过程，在这个 过程中发生量变的积累，而性 质保持质的相对稳定性；当量 变达到一个“度”时，将发生 质变，材料的性质发生根本的 变化。
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2.1.2性质与性能的区别与关系
需要注意的一点
在材料科学研究及工程化应用中，材料
人员应具备这样一种能力：
能针对不同的使用环境，提取出关键的 材料性质并选择优良性能的材料。
24
2.1.3失效分析
3. 失效分析
----材料使用性能的重要研究内容
失效性质 力学 化学 电学 热学 失效环境 低温、过载荷 化学介质 电压、电流 高温 失效行为 脆断、疲劳、断裂 腐蚀破坏 催化剂失效 电介质击穿 电流过载 高温融化 蠕变破坏
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2.1.5材料性能数据库
5. 材料性能数据库
从事材料工程的人们必须注重材料性能数据库，因为：
–材料性能数据库是材料选择的先决条件；
–材料性能数据库是实现计算机辅助选材（CAMS）、 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）
的基础。
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2.1.5材料性能数据库
国际材料数据库建设简况
• 英、美金属学会合建金属材料数据库 • 原苏联及东欧各国组成了COMECON材料数据系统，包括 16个数据库 • 北京科技大学等单位联合建成材料腐蚀数据库 • 武汉材料保护研究所建成材料磨损数据库
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2.1.1基础内容
材料力学性能
1. 强度表征： 弹性极限 屈服强度 比例极限 ……
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2.1.1基础内容
材料力学性能
2. 塑性表征： 延伸率δ 断面收缩率φ 冲杯深度 h
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2.1.1基础内容
材料力学性能
3. 硬度表征： 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 ……
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2.1.1基础内容
材料力学性能
29
2.1.4材料（产品）使用性能的设计
传统方式： 结构与功能
确定材料的性质 （选择材料）
完成设计
先进方式：
结构与功能
材料的性质
30
例
2.1.4材料（产品）使用性能的设计
汽车喷油嘴的设计--方案一
电磁体 材料性质要求 高磁导率 低矫顽力 高 压 油 软磁 材料 顶 锥 运 动 方 向 吸上：喷油 弹下：封闭

顶锥响应时间约为 毫秒级
问题：由于惯性原因，造成喷油时间滞后使燃
31 烧效率降低，造成燃料损耗和环境污染。
例
21.4材料（产品）使用性能的设计
汽车喷油嘴的设计--方案二
高磁致伸缩材料 材料性质要求 高的磁致 伸缩系数
磁场 顶
锥 长 度 变 化
收缩：喷油
复原：封闭
顶锥响应时间约为 微秒级
优点：结构简单，燃烧效率高，环境污染降低。
第二章 材料科学与工程的四个基本要素
• MSE四要素
–使用性能 –材料的性质 –结构与成分 –合成与加工
• 两个重要内容
–仪器与设备 –分析与建模
1
§2.1
性质与使用性能
1. 基础概念 2. 性质与性能的区别与关系 3. 材料的失效分析 4. 材料（产品）使用性能的设计
5. 材料性能数据库
6. 其它问题
吸收能量的能力。
5
2.1.1基础内容
强度范畴
应 力
刚度范畴
韧性范畴 塑性范畴
应 变
6
2.1.1基础内容
材料的物理性质
电学性质
•导电性 •绝缘性 •介电性
磁学性质
•抗磁性 •顺磁性
光学性质
• 光反射 • 光折射 • 光学损耗
热学性质
• 导热性 • 热膨胀 • 热容
•铁磁性
• 光透性
• 熔化
注：上面只列出了材料的主要物理性质
7
2.1.1基础内容
物理性质的交互性----材料应用的关键点
现代功能材料不仅仅表现出单一的物 理性质，更重要的是具备了特殊的物 理交互性。例如：
电学----机械
机械----电学 磁学----机械 电学----磁学 电学----光学 ------
电致伸缩
压电特性 磁致伸缩 巨磁阻效应 电致发光
8
2.1.1基础内容
塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久
性变形而不破坏的能力。 硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或 破裂的能力。 刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。
4
2.1.1基础内容
结构材料性质的表征----材料力学性质
疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断
裂破坏的能力。 抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载 荷）作用下抵抗变形的能力。 韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中
4. 刚度表征： 弹性模量 杨氏模量 剪切模量 ……
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2.1.1基础内容
材料力学性能
5. 疲劳强度表征： 疲劳极限 疲劳寿命 ……
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2.1.1基础内容
材料力学性能
6. 抗蠕变性表征： 蠕变极限 持久强度 ……
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2.1.1基础内容
材料力学性能
7. 韧性表征： 断裂韧性 KIC 断裂韧性 JIC
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2.1.1基础内容
材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料 对电.磁.光.热.机械载荷的反应。 材料性质描述
力学性质
•强度 •硬度 •刚度 •塑性 •韧性
物理性质
•电学性质
化学性质
•磁学性质
•光学性质 •热学性质
•催化性质 •防化性质
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21.1基础内容
结构材料性质的表征----材料力学性质
强度：材料抵抗外应力的能力。