工程材料基础材料是人类用来制作各种产品的物质。机械工程中使用的材料常按化学组成分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料三大类。第一节工程材料的性能材料性能的决定因素：化学成分、内部组织和状态。其中“化学成分”是改变性能的基础，“处理”是改变性能的手段，“组织”是性能变化的根据。在工程材料领域，力学性能是工程材料的重要性能。力学性能（或机械性能，MechanicalPerformance）是指材料受到外加载荷作用时，所反映出来的固有性能。一、强度强度(Strength)是指材料抵抗由外力载荷所引起的应变或断裂的能力，外力载荷方式不同，描述强度的指标也不同。（一）抗拉强度塑性较好的金属或高分子材料常用抗拉强度衡量其抵抗破坏的能力，它是通过标准试样在拉伸试验机上通过拉伸试验测出来的。图1-1为低碳钢拉伸试样的形状和尺寸示意图。1、金属材料抗拉强度图1-2a为低碳钢的拉伸曲线。图1-2b为不同金属材料的应力－应变拉伸曲线图。抗拉强度是表示材料在拉伸过程中单位面积所能承受的最大拉伸力，用σb（单位MPa）表示，计算方法为：σb=Pb/A0式中：Pb——试样拉伸时的最大拉力（N）A0——试样的原始载面积（m2）屈服强度是工程材料在外力作用下开始产生屈服时单位面积所能承受的最大拉伸力。用σs表示，计算方法为：σs=Ps/A0式中：Ps——试样产生屈服现象时的对应载荷（N）。2、高分子材料抗张（拉）强度图1-3为高分子聚合物在不同温度范围时的拉伸曲线。（二）抗折（弯）强度图1-4(a)，1-4(b)分别为三点、四点弯曲加载示意图其中三点弯曲抗折强度计算公式为：式中，P为断裂载荷（N），L为下支点间跨距（mm），b为试样的宽度（mm），h为试样的厚度（mm）。强度单位为MPa。二、塑性工程材料的塑性(plasticity)是指工程材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。对应拉伸变形，通常用两种方式来表示，即伸长率（δ）和断面收缩率(Ψ)。δ=(L1-L0)/L0×100%Ψ=(A0-A1)/A0×100%式中L0--试样标距的原始长度；L1--试样拉断瞬间标距的实际长度；A0--试样原始截面积；A1--试样断囗处的截面积。三、冲击韧度冲击韧度是指被冲击试件在一次冲击试验时被冲断所吸收的能量Ak除以原试件的最小横截面积A0所得的值。用符号ak(单位为J/m)表示。工程上常用摆锤冲击试验机来测定冲击韧度，图1-5为试验示意图ak=AK/A0式中AK--摆锤对冲击试样做的功（J）；A0--试样缺口处截面积（cm2）。四、疲劳强度图1-6列出了几种变动载荷示意图。疲劳强度(fatiguestrength)是工程材料承受规定循环次数（常取106-107）而不失效的最大应力，用σγ表示。下标γ表示应力循环对称系数，由下式确定：γ=σmin/σmax式中σmin--循环应力中数值最小的应力；σmax--循环应力中数值最大的应力。试样承受不同的应力幅σa[σa=(σmax-σmin)/2]与循环断裂周次N之间的关系曲线，称疲劳曲线，如图1-7所示。五、硬度硬度(Hardness)是指更硬的外来物体作用于固体材料上时，固体材料抵抗塑性变形、压入或压痕的能力。六、断裂韧性断裂韧性KIC是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的度量，是材料抵抗低应力脆性断裂的能力。KIC主要用于脆性材料，断裂韧性的测量方法与抗折强度测量方法相类似（见图1-11）。不同之处是在弯曲试样中部预制一个0.1mm左右宽的小口，以模拟材料内部微裂纹的一半，然后加载后测量其断裂韧性KIC。KIC计算公式:Y--是一个和裂纹形状及加载方式有关的无量纲系数σc--裂纹失稳扩展的应力，即断裂应力.a--材料内部裂纹长度的一半韧性，表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力物理性能指不发生化学反应就能表现出来的性能，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。1）导热性。指材料传导热量的能力用导热系数表示，当温度垂直梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。八、金属材料的工艺性能1）铸造性能。指利用金属的可熔性将其熔化后，注入铸型制成铸件的难易程度，包括金属液体的流动性和收缩性。低碳钢拉伸试样示意图低碳钢拉伸曲线示意图不同金属的应力-应变拉伸曲线图聚合物应力应变图三点弯曲加载示意图三点弯曲加载示意图冲击韧性实验示意图变载荷示意图疲劳曲线图断裂韧性测量示意图第2节金属材料的结构晶体点阵和晶胞示意图6）晶格常数。晶胞中各棱边的长度，单位为面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图。其原子个数为：，如铝，铜等。密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体的十