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在選擇工業(yè)用材料時(shí)，許多工程師通常都只考慮其平均的宏觀性能，因?yàn)檫@些特性是由工程實(shí)驗(yàn)確定的，而很少考慮其微觀特性。但有些工程師由于其專業(yè)范圍或所從事工作的需要，也考慮其微觀性能。 材料的平均性能包括制造過程的波動(dòng)引起的缺陷、組織的變化以及密度變化。微觀性能則與原子、分子以及它們的相互作用有關(guān)。為了使材料可直接用于工業(yè)，也為了在開發(fā)新材料時(shí)對(duì)可有的性能進(jìn)行評(píng)估，因而需對(duì)材料的這些問題進(jìn)行研究。 當(dāng)研究物質(zhì)的微觀性能與材料的平均性能之間的關(guān)系時(shí)，為了不至于將明顯矛盾的概念混淆，就應(yīng)了解造成材 料具有各種性能的原因。這些性能有一般的，微觀的、宏觀的。一般性能則是以上提到的平均性能，這些性能屬經(jīng)典物理學(xué)的范疇，微觀特性主要是由量子力學(xué)理論來解釋，而宏觀特性則是要由相對(duì)論來說明。 相對(duì)論涉及的是類似行星那樣大的物體或接近于光速的物體，同時(shí)也適合于較小的物質(zhì)，如高速運(yùn)行的亞原子粒子。對(duì)于核工程師、研究粒子加速器的電氣工程師，相對(duì)論也有一定的地位。而對(duì)于生產(chǎn)工程師，相對(duì)論僅是學(xué)術(shù)上的興趣，或是只因?qū)W科上的完整性而被提及。 在確定了材料的重要物理性能之后 ，就必須考慮其機(jī)械性能（如屈服強(qiáng)度和硬度）。機(jī)械性能具有結(jié)構(gòu)敏感性，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q于晶體結(jié)構(gòu)的類型及結(jié)合力，特別是取決于晶體內(nèi)容或晶粒邊界上缺陷的特性。 區(qū)分金屬與其他材料的一個(gè)重要特性是其塑性及在強(qiáng)度沒有減少的條件下塑性變形的能力。設(shè)計(jì)時(shí)，延伸率為 5— 15%則可使其承受突然的動(dòng)態(tài)過載。為了適應(yīng)這類載荷而不破壞，材料應(yīng)具有動(dòng)態(tài)韌性、較大的彈性模量以及經(jīng)過斷裂之前產(chǎn)生足夠的塑性變形以消耗能量的能力。 為了預(yù)測材料受載后的特性，工程師需要材料機(jī)械性能的可靠數(shù)據(jù)。手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是普通合金在 68° F 時(shí)的平均特性。設(shè)計(jì)時(shí) 最常用的數(shù)據(jù)是拉伸屈服強(qiáng)度、硬度、彈性模量，在其他溫度時(shí)（除 68° 屈服強(qiáng)度。設(shè)計(jì)者很少用到抗蠕變特性、缺口敏感性、沖擊強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度。材料廠商的樣本中通常也提供最新的或完整的數(shù)據(jù)。 在手冊(cè)中很難找到生產(chǎn)工程中所需的象強(qiáng)重比、單位體積的成本以及對(duì)特定工作環(huán)境的承受能力等數(shù)據(jù)。 材料的主要機(jī)械性能及其對(duì)設(shè)計(jì)的重要影響的簡單回顧可使讀者熟悉每一種試驗(yàn)的重要性。 各類實(shí)用的材料在不斷增長，而每種材料都具有各自的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)今制造業(yè)中常用的材料有： 鐵和鋼（碳鋼、合金鋼、不銹 鋼、工具鋼和模具鋼）。 有色金屬及其合金（鋁、鎂、銅、鎳、鈦、超耐熱合金、高熔點(diǎn)金屬、鈹、鋯、低熔點(diǎn)合金以及貴金屬）。 塑料（熱塑塑料、熱固塑料及合成橡膠）。 陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、石墨、金剛石。 復(fù)合材料（增強(qiáng)塑料、金屬基符合材料、陶瓷基復(fù)合材料、蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）。 1） 材料性能 當(dāng)選擇產(chǎn)品的材料時(shí)，首先要考慮的是材料的機(jī)械性能：強(qiáng)度、韌性、塑性、硬度、彈性、疲勞強(qiáng)度、抗蠕變性。材料的強(qiáng)重比以及剛度與重量比也是重要的特性，特別是用于航空及汽車工業(yè)的材料。鋁、鈦及增強(qiáng)塑料的上述二種比值比鋼和鑄鐵的高。當(dāng)然，產(chǎn) 品及其零件材料的機(jī)械性能應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品發(fā)揮其預(yù)定功能的工作條件來選定。然后才考慮材料的物理性能如密度、比熱、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、熔點(diǎn)、導(dǎo)電特性及導(dǎo)磁特性。 在較差的以及正常的工作環(huán)境下材料的化學(xué)性能也有重要的作用。材料的抗氧化性能、抗腐蝕性、性能的普遍降低、毒性、可燃性也都是要考慮的重要因素。例如，某些商務(wù)航空災(zāi)難性事故中，許多人員的死亡就是由于機(jī)艙內(nèi)非金屬材料燃燒釋放的有毒煙霧所造成的。 材料的制造性能決定了它們是否能用相對(duì)簡便的方法鑄造成型、機(jī)械加工、焊接、熱處理等。將材料加工成所需形狀的方法可能對(duì)產(chǎn)品的最終 性能及使用壽命產(chǎn)生不利的影響。 2） 利用率及成本 原材料、加工過的材料及制成零件的利用率和成本是制造中的主要問題。材料選擇的經(jīng)濟(jì)性與從技術(shù)上考慮材料性能和特點(diǎn)是同樣重要的。 如果原材料或加工過的材料或制成的零件不適合于所要求的數(shù)量、形狀和尺寸，則應(yīng)選擇其替代品和選擇其他加工方法，這就可能對(duì)產(chǎn)品成本起重要的影響。例如，若我們需要一根某一直徑的圓棒，但這種尺寸并不是標(biāo)準(zhǔn)尺寸，那么必須購買較大直徑的棒料，并通過某些加工方法（如切削加工，在模具中拉拔或磨削）加工至所需尺寸。 供需的可靠性也影響其成本，大多數(shù)國家都進(jìn)口許 多生產(chǎn)上必不可少的原料，應(yīng)注意，美國也依靠進(jìn)口原料。顯然，這取決于與其他國家的政治關(guān)系。 用不同的方法對(duì)材料進(jìn)行加工，其費(fèi)用就不同，有些加工需要貴重機(jī)械，有些需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度，有些需要具有專門技術(shù)的人員或受過高等教育的人員或經(jīng)過專門訓(xùn)練的人員。 3） 外觀、使用壽命、處理方法 材料被加工成產(chǎn)品之后的外觀對(duì)用戶產(chǎn)生較大的影響，其色澤、外觀感覺及表面紋理都是在決定購置產(chǎn)品時(shí)要考慮的特性。 使用時(shí)間以及與使用相關(guān)的現(xiàn)象（如磨損、疲勞、蠕變及尺寸穩(wěn)定性等）也是重要的因素，這些現(xiàn)象對(duì)產(chǎn)品的性能有很大的影響，如不加以控制， 就可能使產(chǎn)品完全失效。 同樣，產(chǎn)品中各材料的相容性也是重要的。摩擦、磨損及其它現(xiàn)象都可能縮短產(chǎn)品的使用壽命或?qū)е庐a(chǎn)品破損。例如，由不同材料所制成的配合件間的電蝕作用就會(huì)腐蝕零件。 在人們意識(shí)到要保持清潔與健康環(huán)境的時(shí)代，產(chǎn)品使用壽命期之后材料的回收利用及適當(dāng)?shù)奶幚碜兊萌找嬷匾?。例如，?yīng)注意生物可降解的包裝材料、可重復(fù)使用的玻璃瓶及鋁制飲料罐的回收利用。有毒廢物及材料的恰當(dāng)處理也是一個(gè)重要問題。 1 n of to as by of or of to of in in in by to of to so in of be In to by of of it is to of at of by of is by of of is by is as or of It is to to at a in of is of is of 2 of a as be in of of or at An is to be in In 5 5 to In to of to by to To of a on of is of 8℉ . In of at 8℉ . to or is in to A of to is to is of 3 n of is of in 1) of we of a of be is to We of a in as as of of to be In by in of be to to s 2) of in of as as of of If or or in or be to if we a of a it is in we to a by as a or of as as of on of on is in by or a of or 3) he of to we a a as a s if to of of in a is a s or it to An is of or of at of in an of a of or of is a