《材料性能学》课程教学大纲
课程名称（英文）： 材料性能学（Properties of Materials）
课程类型：学科基础课
总 学 时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12
学 分：4.5
适用对象：金属材料工程
一、课程的性质、目的和任务
本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求
根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：
1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
第 1 页 共 23 页 材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答
第六章
材料的声学
1、声振动作为一个宏观的物理现象，满足三个基本物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律，由此分别可以推导出介质运动方程（p-V关系）、连续性方程(V-)和物态方程（p-关系），并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。
2、若声波沿x方向传播，而在yz平面上各质点的振幅和相位均相同，则为平面波
3、4、(略)
5、主要措施：
a)
生产噪音小的车辆;
b)
铺设摩擦噪音小的路面（诸如：
使用改性沥青材料、形成合适路面纹路）；
c) 第 2 页 共 23 页 在城市交通干道两旁设置吸音档墙（选用吸音材料、采用吸音结构）；
d)
最好把城市交通干道修建在地下（实例：法国巴黎和美国波士顿的部分交通干道）。
6、声信号在海洋中传播时，会发生延迟、失真和减弱，可用传播损失来表示声波由于扩展和衰减引起的损失之和。其中，扩展损失时表示声信号从声源向外扩展时有规律地减弱的几何效应，它随着距离的对数而变化；而衰减损失包括吸收、散射和声能漏出声道的效应，它随距离的对数而变化。
柱面扩展引起的损失随距离一次方而增加，声波在海水中长距离传播时对应于柱面扩展。
海水中的声吸收比纯水中大得多，在海水中声吸收由三种效应引起：一是切变黏滞性效应，另一是体积黏滞性效应，以及在100kHz下，海水中MgSO4分子的离子驰豫引起的吸收。
7、水声材料主要用于制作各种声源发射器和水听器，曾用过水溶性单晶、磁致伸缩材料和压电陶瓷材料，随着水声换能器技术的发展，要求具有功率大、频率常数低、时间和温度稳定性好、强电场下性能好以及能承受动态张应力大的材料。
8、产生超声波的材料主要有两大类：
a)
压电晶体和陶瓷是产生超声波的一类重要的材料； 第 3 页 共 23 页 b)
磁致伸缩材料为另一类超声波发生材料。
9、次声的特点为：
材料性能学名词解释
第⼀章（单向静载下⼒学性能）
弹性变形：材料受载后产⽣变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。塑性变形：微观结构的相邻部分产⽣永久性位移，并不引起材料破裂的现象
弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应⼒。
弹性⽐功：弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。
包申格效应：材料预先加载产⽣少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应⼒（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应⼒降低的现象。
弹性模量：⼯程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗⼒。实质是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功⼤于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。
超塑性：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。韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断⼝。
第⼆章（其他静载下⼒学性能）
应⼒状态软性系数：不同加载条件下材料中最⼤切应⼒与正应⼒的⽐值。
剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的⽐值。
缺⼝敏感度：常⽤试样的抗拉强度与缺⼝试样的抗拉强度的⽐值。NSR
硬度：表征材料软硬程度的⼀种性能。⼀般认为⼀定体积内材料表⾯抵抗变形或破裂的能⼒。
抗弯强度:指材料抵抗弯曲不断裂的能⼒，主要⽤于考察陶瓷等脆性材料的强度。
第三章（冲击韧性低温脆性）
冲击韧度：⼀次冲断时，冲击功与缺⼝处截⾯积的⽐值。
冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。
低温脆性：当试验温度低于某⼀温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。
韧脆转变温度：材料在某⼀温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。该温度即韧脆转变温度。迟屈服：⽤⾼于材料屈服极限的载荷以⾼加载速度作⽤于体⼼⽴⽅结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应⼒下保持⼀段时间后才屈服的现象。
材料⼒学性能复习
第⼆章材料在静载荷下的⼒学性能1.连续塑性变形强化材料和⾮连续塑性形变强化材料曲线、变形过程、屈服强度。
2.指出以下应⼒应变曲线与哪些典型材料相对应，并对其经历的变形过程做出说明。
3.拉伸断裂前，发⽣少量塑性变形，⽆颈缩，在最⾼载荷点处断裂；
4.断裂前先发⽣弹性变形，然后进⼊屈服阶段，之后发⽣形变强化+均匀塑性
变形，有颈缩现象，再发⽣⾮均匀塑性变形直⾄断裂；5.应⼒状态软性系数的定义及其意义、应⼒状态图的应⽤。
6.画出低碳钢的应⼒应变曲线，并说明获得该材料的强度和塑性指标？
⽐例极限弹性极限
屈服极限强度极限
断裂强度延伸率断⾯收缩率7.⼯程应⼒、⼯程应变、真应⼒和真应变之间有什么关系?
8.为什么灰⼝铸铁的拉伸断⼝与拉伸轴垂直，⽽压缩断⼝却与压缩
⼒轴成45o⾓？
9.材料为灰铸铁，其试样直径d=30mm，原标距长度h。=45mm。在压缩试验
时，当试样承受到485kN压⼒时发⽣破坏，试验后长度h=40mm。试求其抗压强度和相对收缩率。
10.布⽒、洛⽒、维⽒硬度的试验原理、特点、应⽤。
11.现有如下⼯件需测定硬度，选⽤何种硬度试验⽅法为宜? (1) 渗碳层的硬度
分布；(2)灰铸铁；(3)淬⽕钢件；(4)氮化层；(5)双相钢中的铁素体和马⽒体；(6)⾼速钢⼑具；(7)硬质合⾦；(8)退⽕态下的软钢。
第三章材料的变形12.⾦属的弹性模量主要取决于什么?材料的弹性模量可以通过材料热处理等⽅式
进⾏有效改变的吗？为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学性能？弹性也称之为刚度，都是表征材料变形的能⼒？
特点：单值性，可逆性，变形量⼩；
物理本质：克服原⼦间⼒（双原⼦模型）
组织不敏感：E主要取决于材料的本性，与晶格类型和原⼦间距有关，合⾦中固溶原⼦、热处理⼯艺、冷塑性变形，温度、加载⽅式等都对弹性模量影响不⼤；
刚度：弹性与刚度是不同的，弹性表征材料弹性变形
的能⼒，刚度表征材料弹性变形的抗⼒。13.弹性变形的不完整性？灰⼝铸铁可以⽤作机床机⾝，为什么？
