工程材料的分类及性能（二）

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二、物理性能
1． 相对密度
+ o# j* L, N+ T) ?! V6 N密度ρ是指单位体积材料的质量，它是描述材料性能的重要指标。不同材料的相对密度不同，如钢为7.8左右；陶瓷的相对密度为2.2～2.5；各种塑料的相对密度更小。材料的相对密度直接关系到产品的质量，对于陶瓷材料来说，相对密度更是决定其性能的关键指标之一。
抗拉强度与相对密度之比称为比强度；弹性模量与相对密度之比称为比弹性模量。这两者也是考虑某些零件材料性能的重要指标，如飞机和宇宙飞船上使用的结构材料，对比强度的要求特别高。
2． 熔点
熔点是指材料的熔化温度。通常，材料的熔点越高，高温性能就越好。陶瓷熔点一般都显著高于金属及合金的熔点，所以陶瓷材料的高温性能普遍比金属材料好。由于玻璃不是晶体，所以没有固定熔点，而高分子材料一般也不是完全晶体，所以也没有固定熔点。
. {/ C0 w. ]' ^/ {3． 热容量
8 k8 c5 B0 a/ t+ J在没有体积变化时，热容量C是温度变化1℃时材料热量的变化。
/ {/ E2 Z" t4 L4 v& L( a% f材料中各种不同的相变热是重要的，最典型的相变热是熔解热和蒸发热，它们分别是材料熔化和气化所需要的热量。相变时材料内部的原子或分子结构发生了变化，这使材料中的热容量也发生变化，所以科学家们经常利用测定材料热容量的变化来分析相变过程。
/ X' j# p0 F0 L# v  M* j$ P4． 热膨胀性
1 z- L4 V. @7 \- t4 S6 c! Z4 o8 U材料的热膨胀性通常用线膨胀系数αL来表示。它表示每变化1℃时引起的材料相对膨胀量的大小。对于精密仪器或机器的零件，热膨胀系数是一个非常重要的性能指标；在有两种以上材料组合成的零件中，常因材料的热膨胀系数相差过大而导致零件的变形或破坏。
, ]- Q/ {, q3 g5 [9 L5 ]1 @一般来说，陶瓷的热膨胀系数最低，金属次之，高分子材料最高。
5． 导热性
热量会通过固体发生传递，材料的导热性用导热系数λ来表示，其单位为W/（m·K）。
% [8 c# H! ]5 c6 k) }材料导热性的好坏直接影响着材料的使用性能，如果零件材料的导热性太差，则零件在加热或冷却时，由于表面和内部产生温差，膨胀不同，就会产生变形或断裂。一般导热性好的材料（如铜、铝等）常用来制造热交换器等传热设备的零部件。
# M9 n( @  e: R6 d. B9 _通常，金属及合金的导热性远高于非金属材料。
6． 磁性
材料在磁场中的性能叫做磁性。磁性材料又分为软磁性材料和硬磁性材料两种。软磁性材料（如电工用纯铁、硅钢片等）容易被磁化，导磁性能良好，但外加磁场去掉后，磁性基本消失。硬磁性材料（如淬火的钴钢、稀土钴等）在去磁后仍然能保持磁场，磁性也不易消失。许多金属材料如铁、镍、钴等均具有较高的磁性，而另一些金属材料如铜、铝、铅等则是无磁性的。非金属材料一般无磁性。
" z" M4 Q- D1 K& ?+ T# S% Q3 \磁性不仅与材料自身的性质有关，而且与材料的晶体结构有关。比如铁，在处于铁素体状态时具有较高磁性，而在奥氏体状态则是无磁性的。
7． 导电性
) j$ n# q0 \' M; D  ^8 N& |  x% ]$ \一般用电阻率来表示材料的导电性能，电阻率越低，材料的导电性越好。电阻率的单位用Ω·m表示。
金属及其合金一般具有良好的导电性，而高分子材料和陶瓷材料一般都是绝缘体，但是有些高分子复合材料却具有良好的导电性，某些特殊成分的陶瓷材料则是具有一定导电性的半导体。
通常金属的电阻率随温度的升高而增加，而非金属材料则与此相反。
0 }, f. H: A  ]2 I0 D3 b8． 介电常数
虽然绝缘体不能导电，但它们对电场并不是毫无反应的。表示绝缘材料电性能的物理量称为介电常数ε，单位是F/m，真空介电常数ε0=8.85×10－12 F/m。
  R0 G, _$ a% F6 J0 ]绝缘材料的介电常数ε与真空介电常数ε0之比，称为该材料的相对介电常数。
7 ?4 ]+ D8 ^- ~. w( O& {三、 化学性能
1． 耐腐蚀性
! m/ t( w0 s6 L7 ?) o8 Y耐腐蚀性是指材料抵抗介质侵蚀的能力，材料的耐蚀性常用每年腐蚀深度（渗蚀度）Ka（mm/年）一般非金属材料的耐腐蚀性比金属材料高得多。对金属材料而言，其腐蚀形式主要有两种，一种是化学腐蚀，另一种是电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接与周围介质发生纯化学作用，例如钢的氧化反应。电化学腐蚀是金属在酸、碱、盐等电介质溶液中由于原电池的作用而引起的腐蚀。
+ k( M1 g( I8 K3 j2 u$ |2 P9 v提高材料的耐腐蚀性的方法很多，如均匀化处理、表面处理等都可以提高材料的耐腐蚀性。
2． 高温抗氧化性
- e4 V9 S' Z' C: x1 ^. }对于象发动机这样在高温下工作的设备而言，除了要在高温下保持基本力学性能外，还要具备抗氧化性能。所谓高温抗氧化性通常是指材料在迅速氧化后，能在表面形成一层连续而致密并与母体结合牢靠的膜，从而阻止进一步氧化的特性。
3． 抗老化性能
7 z: N" O  }$ E) b- f( c塑料在长期贮存和使用过程中，由于受到氧、光、热等因素的综合作用，分子链逐渐产生交联与裂解，性能逐渐恶化，直至丧失使用价值的现象，称为老化。有的塑料老化后变硬、变脆、开裂，这是大分子链之间产生交联的结果；有的塑料老化后变软、变粘，这是大分子链断开，产生“裂解”的结果。高分子材料抵抗老化的能力称为抗老化性能。
通过改变高聚物的结构，添加防老化剂和表面处理等方法可以提高高分子材料的抗老化性能。
: v5 l! r0 }3 h, R  F4． 降解性
8 ?" \( D. j4 S* u# t( p8 B/ q随着高分子技术的发展，一次性使用的塑料制品越来越多，但由于这些一次性塑料常常可以几十年不分解，在给人们带来了方便的同时也给环境造成了极大的污染。所谓降解性就是指塑料在自然环境下能否迅速分解的能力。
# l# G$ @+ ?" _* V5 O, @最常见的降解方式是碳化。碳化时，聚合物中的侧基或氢原子被热扰动完全扯开，只剩下主链的碳原子。现在也常常利用聚合物纤维通过碳化来生成复合材料用的石墨纤维。
四、 工艺性能
材料工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。所以，选材时必须充分考虑工艺性能。
1． 铸造性
! E- W; Q- y0 ]! T# W6 h& F3 v铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力。
对金属材料而言，铸造性主要包括流动性、收缩率、偏析倾向等指标。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。
9 H9 |" ^  H! A4 Q. V1 A+ J3 b对某些工程塑料而言，在其成型工艺方法中，也要求有较好的流动性和小的收缩率。
( c- N+ ?' g2 @9 o1 x; n2． 可锻性
! O% V) h% m; z  k可锻性是指材料是否易于进行压力加工的性能。可锻性好坏主要以材料的塑性和变形抗力来衡量。一般来说，钢的可锻性较好，而铸铁不能进行任何压力加工。
热塑性塑料可经过挤压和压塑成型。
3． 可焊性
4 |( _- i: w: \2 s) T/ I3 V0 }3 L可焊性是指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。低碳钢具有优良的可焊性，而铸铁和铝合金的可焊性就很差。某些工程塑料也有良好的可焊性，但与金属的焊接机制及工艺方法并不相同。
4． 切削加工性
1 i  Y3 l2 P- U0 t6 g9 W, L  ^切削加工性是指材料是否易于切削加工的性能。它与材料种类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态等许多因素有关。有利切削的硬度为HB160～230，切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。金属和塑料相比，切削工艺有不同的要求。
# i/ P7 M1 s3 o! d: K/ u& O文章关键词： 工程 材料 分类 性能