材料科学中三大基础材料是什么（材料为什么重要）

材料科学中三大基础材料是什么（材料为什么重要）船只在没有任何警告的情况下断裂成两半，包括在白令海冰冷的海水中的SS John P. Gaines号。后来发现，原来在低温下使用的钢会变得脆弱。在之前的视频中，你可以学习到原因，这让问题变得更糟。这种脆性也被认为是造成泰坦尼克号船体断裂的原因之一。脆性材料是一种几乎不变形的材料。玻璃、陶瓷和铸铁都属于这一类。你可以通过观察断裂表面来判断材料是脆的还是韧性的。韧性材料将具有这种典型的杯状和锥状断裂表面，而脆性断裂具有颗粒状扁平状断裂表面。当温度降低时，有些材料会从韧性变为脆性。这实际上是第二次世界大战期间所遇到的一个大问题。我们可以从这个图中得到很多有用的信息，第一个是杨氏模量，或者说弹性模量。这描述了材料的硬度，它是通过求这个线性区域的斜率得到的。坡度越陡意味着材料越硬，例如高碳钢就是这样的。而具有低杨氏模量的柔性材料，如橡胶则是这样的。这个图不是按比例画的，但是它应该能让你知道这个信息是

本期内容和平时有点不同，这次我们谈谈材料属性和以及它的专有名词，这是你应该需要了解的信息。希望大家能够理解我们用来描述材料的6个关键词。它们分别是坚固(stiff)、强度、韧性、碎性、延展性的和硬度(hard)。

用这些词，你能描述几乎所有的材料，并能更好地理解为什么某些材料，在不同的应用中会一直被使用。更多像这样的科技视频和文章，欢迎订阅我们，你将第一时间收到我们的新内容。

首先我们要学习什么是拉伸试验，拉伸试验是材料力学的基本试验。它是在测量力和位移的同时，把一个材料的样本拉开直到断裂。它为我们提供了一种叫做应力/应变曲线的东西。在这种情况下，应力由施加在测试样本上的力除以横截面积确定。这就得到了单位牛顿每米的平方，你可以把它看成是压强帕斯卡的公制单位。应力在y轴上。应变曲线描述了在施加的力下发生了多少变形，它是用长度的变化除以原始长度得到的。这个放在x轴上。

让我们再看看这个测试，看看我们能从应力/应变曲线图中得到什么信息。当应力上升时，材料开始变形，这个初始的线性区域就是弹性变形。这就意味着，如果我们把力去掉，材料就会恢复到原来的形状，想想橡皮筋是如何发生巨大变形，然后又恢复到原来的形状。这种线性弹性变形的终点是以屈服点为标志，从这里开始，任何附加的应力都会引起永久的变形。这叫做塑性变形，应力继续上升，直到达到极限拉伸强度点。这是材料的极限强度，是它能承受的最大压力。从这里开始，当材料的横截面开始减少时，就不需要那么大的压力了，你可以在这里看到，这叫做颈缩。这种情况一直持续到材料断裂。

我们可以从这个图中得到很多有用的信息，第一个是杨氏模量，或者说弹性模量。这描述了材料的硬度，它是通过求这个线性区域的斜率得到的。坡度越陡意味着材料越硬，例如高碳钢就是这样的。而具有低杨氏模量的柔性材料，如橡胶则是这样的。这个图不是按比例画的，但是它应该能让你知道这个信息是如何表示的。杨氏模量是工程中最常用的性质之一，因为我们可以用它来预测各种情况下的偏转。

屈服强度和极限抗拉强度也是两个重要性质。工程师将产量或极限强度除以安全系数，以达到最大允许应力，从而影响产品的设计。通常工程师的目标是将最大压力保持在故障之下，但是不同行业的安全因素是不同的。所以我们看到了一种坚硬的材料和一种柔韧的材料。

现在让我们看看中间的一种材料，这种材料可以被描述成韧性和延展性。简单结实意味着材料可以吸收大量的能量而不会断裂。图下的面积定义了吸收了多少能量。韧性是指它在压力下变形，之前的两种材料也可以被认为是延展性的。弹簧钢是一种韧性很强的材料，具有很高的屈服强度，这也是为什么它被用于弹簧的原因。弹簧需要吸收和释放能量，而不是永久变形，与韧性相反的便是坚硬(指脆性材料)。

脆性材料是一种几乎不变形的材料。玻璃、陶瓷和铸铁都属于这一类。你可以通过观察断裂表面来判断材料是脆的还是韧性的。韧性材料将具有这种典型的杯状和锥状断裂表面，而脆性断裂具有颗粒状扁平状断裂表面。当温度降低时，有些材料会从韧性变为脆性。这实际上是第二次世界大战期间所遇到的一个大问题。

船只在没有任何警告的情况下断裂成两半，包括在白令海冰冷的海水中的SS John P. Gaines号。后来发现，原来在低温下使用的钢会变得脆弱。在之前的视频中，你可以学习到原因，这让问题变得更糟。这种脆性也被认为是造成泰坦尼克号船体断裂的原因之一。

最后我要讲的材料性质是硬度。它直接关系到材料的刚度和屈服强度。但是它被用来描述凹痕、划痕和磨损材料的难易程度。这种材料性能的测量方法之一是通过洛氏硬度试验。这个测试包括三个步骤，首先用缩进器对材料施加一个小的负载。这就建立了一个零点。对于第二步，增加一个大载荷，使材料缩进，在最后一步，保持初始载荷的同时，主要载荷被移除。然后用第一步和第三步之间的深度差来计算材料的硬度。

金刚石是一种非常坚硬的材料，所以它经常被用于切割工具。钢的奇妙特性之一是它的热处理能力使它的硬度在不同的地方得到调整。举个例子，你想要刀刃很硬，但是刀刃主要是具有延展性的。这意味着剑在压力下可以弯曲而不折断，而刀刃可以足够坚固抵抗伤害。感谢您的阅读，下期见！