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在選擇工業(yè)用材料時，許多工程師通常都只考慮其平均的宏觀性能，因為這些特性是由工程實驗確定的，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)新材料時對可有的性能進行評估，因而需對材料的這些問題進行研究。 當研究物質(zhì)的微觀性能與材料的平均性能之間的關(guān)系時，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)典物理學的范疇，微觀特性主要是由量子力學理論來解釋，而宏觀特性則是要由相對論來說明。 相對論涉及的是類似行星那樣大的物體或接近于光速的物體，同時也適合于較小的物質(zhì)，如高速運行的亞原子粒子。對于核工程師、研究粒子加速器的電氣工程師，相對論也有一定的地位。而對于生產(chǎn)工程師，相對論僅是學術(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 ，就必須考慮其機械性能（如屈服強度和硬度）。機械性能具有結(jié)構(gòu)敏感性，因為它們?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重要特性是其塑性及在強度沒有減少的條件下塑性變形的能力。設(shè)計時，延伸率為 5— 15%則可使其承受突然的動態(tài)過載。為了適應(yīng)這類載荷而不破壞，材料應(yīng)具有動態(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，工程師需要材料機械性能的可靠數(shù)據(jù)。手冊中的數(shù)據(jù)是普通合金在 68° F 時的平均特性。設(shè)計時 最常用的數(shù)據(jù)是拉伸屈服強度、硬度、彈性模量，在其他溫度時（除 68° 屈服強度。設(shè)計者很少用到抗蠕變特性、缺口敏感性、沖擊強度以及疲勞強度。材料廠商的樣本中通常也提供最新的或完整的數(shù)據(jù)。 在手冊中很難找到生產(chǎn)工程中所需的象強重比、單位體積的成本以及對特定工作環(huán)境的承受能力等數(shù)據(jù)。 材料的主要機械性能及其對設(shè)計的重要影響的簡單回顧可使讀者熟悉每一種試驗的重要性。 各類實用的材料在不斷增長，而每種材料都具有各自的特點、應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點。當今制造業(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、高熔點金屬、鈹、鋯、低熔點合金以及貴金屬）。 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 當選擇產(chǎn)品的材料時，首先要考慮的是材料的機械性能：強度、韌性、塑性、硬度、彈性、疲勞強度、抗蠕變性。材料的強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、鈦及增強塑料的上述二種比值比鋼和鑄鐵的高。當然，產(chǎn) 品及其零件材料的機械性能應(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、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簡便的方法鑄造成型、機械加工、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)濟性與從技術(shù)上考慮材料性能和特點是同樣重要的。 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準尺寸，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)國家都進口許 多生產(chǎn)上必不可少的原料，應(yīng)注意，美國也依靠進口原料。顯然，這取決于與其他國家的政治關(guān)系。 用不同的方法對材料進行加工，其費用就不同，有些加工需要貴重機械，有些需要較大的勞動強度，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)品時要考慮的特性。 使用時間以及與使用相關(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腐蝕零件。 在人們意識到要保持清潔與健康環(huán)境的時代，產(chǎn)品使用壽命期之后材料的回收利用及適當?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處理也是一個重要問題。 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