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材料是人类文明和物质生活的基础，是组成所有物体的基本要素。狭义的材料仅指可供人类使用的材料，是指那些能够用于制造结构、零件或其他有用产品的物质。人类使用的材料可以分为天然材料和人造材料。天然材料是所有材料的基础，在科学技术高速发展的今天，人们仍在大量使用水、空气、土壤、石料、木材、生物、橡胶等天然材料。随着社会的发展，人们对天然材料进行各种加工处理，使它们更适合人类使用，这就是人造材料。在我们生活、工作所见的材料中，人造材料占有相当大的比例。工程材料属于人造材料，它主要是指用于机械工程、建筑工程及航空航天等领域的材料，按应用领域，可分为机械工程材料、建筑材料、生物材料、信息材料、航空航天材料等。工程材料按其性能特点可分为结构材料和功能材料两大类。结构材料以力学性能为主，兼有一定的物理、化学性能；功能材料以特殊的物理、化学性能为主，如那些要求具有声、光、电、磁、热等功能和效应的材料（本书主要介绍结构材料）。工程材料按其化学组成可分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等。
金属材料是工业上所使用的金属及合金的总称。金属材料包括钢铁、非铁金属及其合金（有色金属及其合金）。由于金属材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能及加工工艺性能，并能采用比较简单、经济的方法制造零件，因此是目前应用最广泛的材料。
高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维、胶黏剂、涂料等。人们将那些力学性能好，可以代替金属材料使用的塑料称为工程塑料。高分子材料因其资源丰富、成本低、加工方便等优点，发展极其迅速，已成为国家建设和人民生活中必不可少的重要材料。
无机非金属材料主要指水泥、玻璃、陶瓷材料和耐火材料等。这类材料不可燃，不老化，而且硬度高，耐压性能良好，耐热性和化学稳定性高，资源丰富，在电力、建筑、机械等行业中有广泛的应用。随着技术的进步，无机非金属材料特别是陶瓷材料在结构和功能方面发生了很大变化，应用领域不断扩展。
复合材料是指由两种或两种以上组分组成、具有明显界面和特殊性能的人工合成的多相固体材料。复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。它能综合金属材料、高分子材料、无机非金属材料的优点，通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的性能。复合材料范围广，品种多，性能优异，具有很大的发展前景。
工程材料的性能一般可分为两类：一类是工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能；另一类是使用性能，是指在使用过程中所表现出来的性能，如物理性能（如导电性、导热性、磁性、热膨胀性、密度等）、化学性能（如耐蚀性、抗氧化性等）、力学性能等。力学性能是机械零件在设计选材与制造中应主要考虑的性能。要正确地选择和使用材料必须首先了解材料的性能。
工程材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能，主要包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值，统称为力学性能指标。材料力学性能的优劣就是用这些指标的具体数值来衡量的。
材料的力学性能不仅是设计和制造机械零件的主要依据，也是评价金属材料质量的重要依据。
根据外力的性质和作用方式不同，一般可将载荷分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。静载荷指大小和作用方向不变或者变动非常缓慢的载荷，如汽车在静止状态下，车身自重引起的对车架的压力就属于静载荷；冲击载荷是指以较高速度作用于零部件上的载荷，即突然增大或变动很大的载荷，如当汽车在颠簸不平的道路上行驶时，车身对悬架的冲击即为冲击载荷；交变载荷指大小与方向随时间发生周期性变化的载荷，又称循环载荷，如运转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷均为交变载荷。载荷按其作用形式的不同，又可分为压缩载荷、拉伸载荷、扭转载荷、剪切载荷和弯曲载荷等，如图1-1 所示。
在外载荷作用下，材料几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一般可分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指构件随着外力的作用而产生变形，并随着外力卸除后恢复原状。材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，外力卸除后又恢复原来形状和尺寸的特性称为弹性。而塑性变形则是指构件在外力作用下产生变形后，不能随着外力的卸除而消失的变形，也称为永久变形。
材料的力学性能主要取决于材料本身的化学成分、组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素，但一些外在因素（如载荷性质、温度、环境介质等）也会影响到材料的力学性能。因此，力学性能不仅是验收、鉴定材料性能的重要依据，也是零件设计和选择材料的重要依据。
图1-1 载荷的不同作用形式
材料的强度与塑性是材料最重要的力学性能指标。
强度是指材料在载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。根据所加载荷形式的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。材料的塑性是指材料在断裂之前产生永久变形的能力，通常采用断后伸长率和断面收缩率两个指标来表征。
材料的抗拉强度和塑性指标可以通过拉伸试验获得。拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和试样相应的伸长量，直至试样断裂。根据测得的数据，可求出材料有关的力学性能。通常，采用拉伸试验来测定材料的强度与塑性等各种力学性能指标。
1）拉伸试验
根据国家标准《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》（GB ／ T 228.1—2021）的规定，将材料制成标准拉伸试样，如图1-2 所示，将试样装在材料拉伸试验机上，缓慢地加载进行拉伸，试样逐渐伸长，直至断裂。国家标准对拉伸试样的形状、尺寸及加工要求均有明确规定，通常采用圆柱形拉伸试样。L 0 ＝10d 0 时称为长试样，L 0 ＝ 5d 0 时称为短试样。在拉伸试验过程中，自动记录装置可给出能反映静拉伸载荷F与试样轴向伸长量ΔL对应关系的F ΔL曲线。低碳钢的拉伸力伸长（F ΔL）曲线如图1-3 所示。
将载荷F除以试样原始横截面面积S 0 ，得到应力R（R ＝ F ／ S 0 ），单位为MPa。其中：F的单位为N，S 0 的单位为mm 2 。将伸长量ΔL除以试样原始长度L 0 ，得到应变e（e ＝ ΔL ／ L 0 ）。以R为纵坐标，e为横坐标，绘出应力应变曲线，即R-e曲线，如图1-4 所示。
图1-2 标准拉伸试样
图1-3 低碳钢的拉伸载荷-伸长量（F ΔL）曲线
R-e曲线与F ΔL曲线形状差别不大。由于R e曲线已消除了试样尺寸对试验结果的影响，从而能直接反映出材料的性能，也便于材料之间力学性能指标的比较。
由图1-3 中的曲线可以看出，拉伸过程中明显地表现出以下几个变形阶段。
（1）弹性变形阶段（Op段，pe段）。
在Op段，试样的变形量与外加载荷成正比。如果卸除载荷，试样立即恢复原状。在 pe 段，试样仍处于弹性变形阶段，但载荷与变形量不再成正比。
（2）屈服阶段（es段，ss′段）。
此阶段试样不仅产生弹性变形，还发生塑性变形。即载荷卸掉以后，一部分变形可以恢复，还有一部分变形不能恢复。在ss′段，会出现平台或锯齿线，这时载荷不增加或只有较少增加，试样却继续伸长，这种现象称为屈服，s点称为屈服点。
图1-4 低碳钢的应力-应变（R-e）曲线
（3）强化阶段（s′b段）。
要使试样继续发生变形，必须不断增加载荷，随着试样塑性变形的增大，材料的变形抗力也逐渐增加，b点即为试样抵抗外加载荷的最大能力。
（4）颈缩阶段（bk段）。
当载荷增加到最大值后，试样发生局部收缩，称为“颈缩”，此时变形所需载荷也逐渐降低。至k点，试样断裂。
也就是说，逐渐加大拉伸载荷F，试样将出现弹性变形、微量永久变形、屈服变形、均匀变形、（大量永久变形）颈缩与断裂几个阶段。
做拉伸试验时可以观察到，低碳钢等材料在断裂前有明显的塑性变形，这种断裂称为塑性断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状，这种材料称为塑性材料。铸铁、玻璃等材料在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的，这种材料则称为脆性材料。有些脆性材料不仅没有屈服现象，也不产生颈缩现象，如高碳钢和铸铁等材料。
2）材料强度
根据材料的变形特点，表征材料强度的指标主要有屈服强度和抗拉强度；表征材料刚度的指标为弹性模量。
（1）屈服强度。
金属材料产生屈服时对应的最低应力称为屈服强度，用符号R eL 表示，单位为MPa：
式中，F s 为试样发生屈服变形时的载荷（N）；S 0 为试样原始横截面面积（mm 2 ）。
机械零件经常因过量的塑性变形而失效，一般来说不允许零件发生明显的塑性变形。正因为如此，工程中常根据R eL 确定材料的许用应力。
弹性模量E为弹性变形的应力与应变的比值，表示金属材料抵抗弹性变形的能力。弹性零件的工作应力不能大于其弹性极限，否则将导致零件失效或损坏。因此弹性极限是弹性零部件（钢板弹簧、螺旋弹簧等）设计和选材的主要依据。
除退火和热轧的低碳钢和中碳钢等少数材料在拉伸过程中有屈服现象以外，工业上使用的大多数材料都没有屈服现象。因此，需采用规定塑性延伸强度R p ，R p 是指规定残余伸长下的应力。国家标准GB ／ T 228.1—2021 中规定：当试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，即作为规定塑性延伸强度R p ，并附角标说明规定残余伸长率。例如R p0.2 表示规定残余伸长率为 0.2％时的应力。
（2）抗拉强度。
抗拉强度指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值，用符号R m 表示，单位为MPa：
式中，F b 为试样断裂前所承受的最大载荷（N）；S 0 为试样原始横截面面积（mm 2 ）。
抗拉强度R m 是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。一般来说，在静载荷作用下，只要工作应力不超过材料的抗拉强度，零件就不会发生断裂。
在工程上，屈强比R eL ／ R m 是一个很有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值也不宜过大，适当的比值一般为 0.65 ～0.75。另外，比强度R m ／ρ也常被提及，它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑工程材料轻量化的问题时，常常用到这个指标。
3）材料的塑性指标
工程上广泛应用的表征材料塑性好坏的力学性能指标主要有断后伸长率和断面收缩率。
（1）断后伸长率。
断后伸长率指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比，用符号A表示，即
式中，L 1 为试样断裂后的标距（mm）；L 0 为试样的原始标距（mm）。
（2）断面收缩率。
断面收缩率指试样拉断后，横截面面积的缩减量与原始横截面面积之比，用符号Z表示，即
式中，S 1 为试样断裂处的最小横截面面积（mm 2 ）；S 0 为试样的原始横截面面积（mm 2 ）。
断后伸长率A表示材料的伸长变形能力，断面收缩率Z则代表材料的收缩变形能力。由上述公式可知，A、Z值越大，材料的塑性越好。材料具有一定的塑性，可以提高零件使用的可靠性，这样零件在使用过程中偶然过载时，若发生一定的塑性变形，也不至于突然断裂，造成事故。对于金属材料来讲，具有一定的塑性才能顺利地进行各种变形加工。材料的塑性越好，就越易于进行压力加工，例如铜、铝、低碳钢的加工成型。
长试样（L 0 ＝ 10d 0 ）的断后伸长率写成A或A 10 ；短试样（L 0 ＝ 5d 0 ）的断后伸长率须写成A 5 。同一种材料A 5 ＞A，所以，对不同材料，值和值不能直接比较。一般把A＞ 5％的材料称为塑性材料，A＜5％的材料称为脆性材料。铸铁是典型的脆性材料，而低碳钢是黑色金属中塑性最好的材料。
硬度是材料抵抗局部变形或破坏的能力，特别是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量材料软硬程度的一项性能指标，也是评定材料力学性能的重要指标之一。硬度是强度的局部反映，一般来说强度越高，硬度也越高。硬度试验已成为产品质量检查、制定合理工艺的重要试验方法之一。在产品设计的技术条件中，硬度也是一项主要的指标。
生产中，测定硬度的方法最常用的是压入硬度法，是用一定载荷将一定几何形状的压头压入被测试的金属材料表面，根据压头压入程度来测量硬度值。同样的压头在相同载荷作用下压入金属材料表面时，压入程度越大，材料的硬度值越低；反之，硬度值就越高。测试硬度的方法很多，最常用的有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法。
1）布氏硬度
布氏硬度指在布氏硬度试验机上测得的材料的硬度。布氏硬度试验是用一定大小的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样表面，如图1-5 所示，保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用载荷F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。布氏硬度的单位为MPa，但习惯上只写明硬度值而不标出单位。在实际测试时，布氏硬度值一般不用计算，而是在测出d值之后，根据d值查表得到硬度值。
图1-5 布氏硬度试验原理
用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于测量硬度值不超过 650 的材料。布氏硬度试验因压痕面积较大，能反映出一定范围内被测金属的平均硬度，所以试验结果较精确。但因压痕偏大，适用于测量组织粗大或组织不均匀的材料（如铸铁），常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁以及非铁金属等原材料或半成品的硬度，一般不宜用于测试成品或薄片金属的硬度。布氏硬度的表示方法规定为：符号HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序排列，以表示试验条件——压头球体直径（单位：mm）、试验载荷（单位：kgf，1 kgf≈9.807 N）、试验载荷保持时间（单位：s，10 ～ 15 s不标注）。如 500 HBW5 ／750 表示用直径 5 mm的硬质合金球在 750 kgf（7 355 N）的载荷下保持 10 ～ 15 s，测得的布氏硬度值为 500。
2）洛氏硬度
洛氏硬度试验法是目前工厂中应用最广泛的试验方法。它是用一个锥顶角为 120°的金刚石圆锥体或直径为 1.587 5 mm或 3.175 mm的硬质合金球或淬火钢球为压头，在规定载荷作用下压入被测金属表面，通过测定压痕深度来确定硬度值。为了能用同一硬度计测定从极软到极硬材料的硬度，可采用不同的压头和载荷，从而组成多种不同的洛氏硬度标尺，国家标准规定了A、B、C、D、E、F、G、H、K、15 N、30 N、45 N、15 T、30 T、45 T共 15 种标尺，其中A、B、C、D标尺应用最广。图1-6 所示为洛氏硬度试验示意图。其中h 0 为施加主试验力前在初试验力下的压痕深度，单位为mm；如h 1 为试样在主试验力下的压痕增量，单位为mm；e为去除主试验力后，试样在初始试验力下的残余压痕深度增量，用 0.002 mm为单位表示。洛氏硬度的计算公式为
图1-6 洛氏硬度试验示意
国家标准规定HR之前的数字为硬度值，符号后为标尺类型，例如 50 HRC表示标尺C下测定的洛氏硬度值为 50。表1-1 列出了常用四种洛氏硬度标尺的试验条件和应用范围。
表1-1 常用四种洛氏硬度标尺的试验条件和应用范围
洛氏硬度试验法的优点是操作迅速简便，由于压痕较小，故对工件损伤较小，并可在工件表面或较薄的金属上进行试验。其缺点是因压痕较小，对于组织比较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够准确。
3）维氏硬度
洛氏硬度试验虽可采用不同的标尺来测定由极软到极硬金属材料的硬度，但不同标尺的硬度值间没有简单的换算关系，使用上很不方便。为了能在同一硬度标尺上测定极软到极硬金属材料的硬度值，特制定了维氏硬度试验法。
维氏硬度的试验原理和布氏硬度试验基本相同。图1-7 所示为维氏硬度试验原理示意图。用一个相对面间夹角为 136°的金刚石正四棱锥体压头，在规定载荷F作用下压入被测试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d，进而计算压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力，即为金属的维氏硬度，用符号HV表示。在实际测量中，并不需要进行计算，而是根据所测d值直接查表得到所测硬度值。
图1-7 维氏硬度试验原理示意
维氏硬度表示方法为：符号HV前面为硬度值，HV后面数值依次表示载荷和载荷保持时间（保持时间为 10 ～ 15 s时不标注），单位一般不标注。例如 640HV30表示在 294 N（30 kgf）载荷作用下保持 10 ～ 15 s测定的维氏硬度值为 640；640HV30 ／20 表示在 294 N（30 kgf）载荷作用下，保持 20 s测定的维氏硬度值为 640。
维氏硬度试验法加载小，压入深度浅，适用于测试零件表面淬硬层及化学热处理的表面层（如渗碳层、渗氮层等），当试验力小于 1.961 N时，又称显微维氏硬度试验法；同时维氏硬度是一个连续一致的标尺，硬度值不随载荷变化而变化。但维氏硬度试验法测定较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。
强度、塑性、硬度是在静载荷作用下测得的材料性能指标。但在实际工作条件下，很多零件经常承受冲击载荷或交变载荷。如压力机的冲头、发动机的活塞销、连杆、变速器齿轮等在工作过程中往往受到以一定速度作用于机件上的冲击载荷。冲击载荷的加速度高、作用时间短，使材料在受冲击时，应力分布和变形很不均匀，容易产生损坏甚至失效，其破坏能力远大于静载荷，因此，在设计和制造工作中还应当考虑到材料在冲击载荷和交变载荷下表现出来的力学性能，即冲击韧性。
通常采用的试验方法是用一次摆锤冲击试验来测定材料的冲击韧性。冲击试验的原理如图1-8 所示。把准备好的标准冲击试样放在试验机的机架上。试样缺口背向摆锤［图1-8（a）］，将摆锤抬到一定高度H，使其具有势能，然后释放摆锤，将试样冲断，摆锤继续上升到一定高度h，在忽略摩擦和阻尼等的条件下，摆锤冲断试样所做的功称为冲击吸收能量，以K表示。
图1-8 冲击试验原理
材料的冲击韧性a K 计算式为
式中，K为冲击吸收能量
（J）；A为试样缺口处的截面面积（cm
2
）。
标准试样缺口有U型和V型两种型式。根据试样缺口型式的不同，U型缺口试样测得的冲击韧性用a K U表示，V型缺口测得的冲击韧性用a K V表示。影响冲击韧性的因素包括工件表面质量、材料内部质量、加载速度及工作温度等。
对一般常用钢材来说，K值或a K 值越大，表示材料的韧性越好，并据此可将材料分为脆性材料和韧性材料。脆性材料在断裂前无明显的塑性变形，断口较平整，呈晶状或瓷状，有金属光泽；韧性材料在断裂前有明显的塑性变形，断口呈纤维状，无光泽。
承受交变应力的零件，在工作应力低于材料屈服强度的情况下长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为疲劳失效或疲劳破坏。
疲劳失效通常没有明显的征兆，具有较大的突发性和危害性，无论是何种材料，在失效前都不会出现明显的塑性变形，而且引起疲劳失效的应力很低，故疲劳失效的危险性很大，特别是对于很多重要机件（如汽车半轴、发动机曲轴等），往往会造成灾难性事故和严重后果。据统计，机械零件失效中有 80％以上属于疲劳破坏，疲劳失效也是机械零件中最常见的一种失效形式。因此，对材料疲劳失效的预防是十分必要的。
材料抵抗疲劳断裂的能力称为疲劳强度，疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值，它可以通过疲劳试验绘制疲劳曲线进行测定。
疲劳破坏的原因主要是零件表面或者内部存在着缺陷（如划痕、硬伤、夹渣等），或者横截面面积发生突变及尖角部位在工作时产生应力集中等，致使局部应力超过材料的屈服强度，从而造成局部永久变形；或者是存在的微小裂纹随应力交变循环次数增加，致使裂纹加大乃至断裂。
为了提高零件的疲劳强度，防止疲劳断裂的发生，主要从以下三个方面考虑：一是提高零件表面的加工质量，尽量减少各种表面缺陷和表面损伤；二是在零件结构设计阶段就充分考虑尽量避免尖角、缺口和截面突变，防止应力集中引起疲劳裂纹；三是采用各种表面强化处理工艺，如化学热处理、表面淬火、喷丸、滚压等，以形成表面残余压应力，从而提高疲劳强度，预防疲劳破坏。
材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。常用金属材料的物理性能见表1-2。
表1-2 常用金属材料的物理性能
注：表中的热导率是指在 0 ～ 100℃的范围内。
1）密度
材料的密度是指单位体积物质的质量，用符号 ρ 表示，单位为kg ／ m 3 。实际生产中，各种零部件的选材必须首先考虑材料的密度，如汽车发动机工作环境要求采用质量小、运动时惯性小的活塞，因此活塞多采用低密度的铝合金材料制作。在航空航天领域中，密度更是选用材料的关键性能指标之一。
对于金属材料，按照密度的大小可分为轻金属和重金属。通常来说，密度小于 5×10 3 kg ／ m 3 的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金；密度大于 5×10 3 kg ／ m 3 的金属则称为重金属，如铁、铅、钨等，具体数值可参见表1-4。对于非金属材料，其密度相对来说更小，陶瓷的密度为 2.2×10 3 ～ 2.5×10 3 kg ／ m 3 ，塑料的密度则多在 1.0×10 3 ～ 1.5×10 3 kg ／ m 3 之间。
2）熔点
熔点是指材料由固态向液态转变的温度。熔点是制订金属的冶炼、铸造、锻造和焊接及热处理等热加工工艺规范的一个重要参数。
纯金属及其合金都具有固定的熔点。金属可分为低熔点金属（熔点低于700℃）和难熔金属（熔点高于 700℃）。难熔金属钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等常用来制造耐高温的零件，如发动机排气阀等，铅（Pb）、锡（Sn）、锌（Zn）等低熔点金属常用来制造熔丝、易熔安全阀等零件。非金属材料中，陶瓷材料的熔点一般都显著高于金属及合金的熔点，各种类型的高温陶瓷在航空航天领域得到了广泛应用。而高分子材料、复合材料一般没有固定的熔点。
3）导热性
材料导热性是指材料传导热量的能力。常用热导率（又称导热系数）λ来表示，单位为W ／（m·K）。热导率越大，材料的导热性越好。导热性是金属材料的重要性能之一。
纯金属的导热性以银为最好，通常来说，金属越纯，其导热性越好；合金的导热性比纯金属的要差，但金属与合金的导热性远远好于非金属材料，如塑料的热导率只有金属的 1％左右。
在进行热加工和热处理时，必须考虑金属材料的导热性。通常，导热性好的材料其散热性能也好。应选用导热性好的材料来制造散热器、热交换器与活塞等零件。反之，氮化硅、氧化硅等导热性差的陶瓷材料，可用于制造汽车排气歧管的陶瓷衬管和柴油机分隔燃烧室镶块等零部件。
4）导电性
材料传导电流的能力称为导电性。导电性常用电阻率 ρ 和电导率δ表示，两者互为倒数，电阻率 ρ 的单位为Ω·cm。显而易见，电导率大的金属材料，其电阻值小。
纯金属中，银（Ag）的导电性最好，合金的导电性较纯金属差。生产中最常用的导电材料是纯铜、纯铝，在高频电路中则采用具有优良导电性的镀银铜线。非金属材料中，高分子材料都是绝缘体，陶瓷材料和固态玻璃一般是良好的绝缘体，但某些具有特殊功能的陶瓷（如压电陶瓷）却是具有一定导电性的半导体材料。
5）热膨胀性
材料的热膨胀性是指材料随着温度的变化产生膨胀、收缩的特性。常用线膨胀系数α L 和体膨胀系数α V 来表示。一般来说，陶瓷的线膨胀系数最低，金属次之，高分子材料最高。
用膨胀系数大的材料制造的零件，在温度变化时尺寸和形状变化较大。生产中，在热加工和热处理时充分考虑材料的热膨胀性的影响，可减少工件的变形和开裂。此外，对于一些有尺寸精度要求的零部件，设计选材时也要充分考虑材料的热膨胀性。
6）磁性
材料能被磁场吸引或被磁化的性能称为磁性或导磁性。常用磁导率 μ 来表示，单位是H ／ m。具备显著磁性的材料称为磁性材料，目前生产中应用较多的磁性材料有金属和陶瓷两类。
金属磁性材料又分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。铁、钴、镍等金属及其合金为铁磁材料，铁磁材料在外磁场作用下能被强烈地磁化，主要用于制造变压器、继电器的铁芯和发电机、电动机等的零部件；锰、铬等材料在外磁场中呈现十分微弱的磁性，称为顺磁材料；铜、锌等材料能抗拒或削弱外磁场的磁化作用，称为抗磁材料。要求不易磁化或能避免电磁干扰的零件多采用抗磁材料制作，如各种仪表壳等。
陶瓷磁性材料统称为铁氧体，常用于制作电视机、电话机及录音机的永磁体。
需要注意的是，材料的磁性受温度影响，只存在于一定的温度范围内，在高于一定温度时，磁性就会消失。如铁在 770℃以上就会失去磁性，这一磁性转换温度称为居里点。
材料的化学性能是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。
对于金属材料来说，化学性能一般指耐蚀性和抗氧化性；对于非金属材料，化学性能还包括化学稳定性、抗老化能力和耐热性等。
1）耐蚀性
材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、酸、碱、盐等）腐蚀的能力称为耐蚀性。
金属材料在介质中一般会因发生化学反应而产生化学腐蚀，或者原电池反应而产生电化学腐蚀。因此，对金属制品的腐蚀防护十分重要。对于易腐蚀的零部件，一方面要采用耐蚀性好的不锈钢、铝合金等材料制造；另一方面，也要采用适当的涂料进行涂覆，起到耐腐蚀、填平锈斑的作用。
非金属材料一般都具有优良的耐蚀性，如陶瓷、塑料等。被誉为“塑料王”的聚四氟乙烯，不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂，甚至在沸腾的王水中也能保持非常稳定的性能。
2）抗氧化性
材料在高温下抵抗氧化的能力称为抗氧化性，又称为热稳定性。在钢中加入Cr、Si等合金元素，可大大提高钢的抗氧化性。在高温下工作的发动机气门、内燃机排气阀等轿车零部件，就是采用抗氧化性好的 4Cr9Si2 等材料来制造的。
工业上使用的大多数零件是采用金属材料制造的。金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中对各种不同加工方法的适应能力，也就是采用某种加工方法制成成品件的难易程度。工艺性能与金属的物理性能、化学性能和力学性能有关，也与环境温度、受力状态和成型条件等工艺状况有关。
金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能，以及切削加工性和热处理工艺性。在设计零件和选择工艺方法时，都要考虑金属材料的工艺性能。例如：灰铸铁的铸造性优良，这是其广泛用来制造铸件的重要原因，但它的可锻性很差，不能进行锻造，其焊接性也较差。又如：低碳钢的焊接性优良，而高碳钢很差，因此焊接结构广泛采用的是低碳钢。
材料的工艺性能及其成型加工方法将在后面章节中详细介绍。
一、名词解释
1.塑性。
2.屈服强度。
3.塑性变形。
4.弹性变形。
5.抗拉强度。
二、简答题
1.由拉伸实验可得哪些力学性能指标？在工程上这些指标是怎样定义的？
2.有一低碳钢拉伸试样，d 0 ＝ 10.0 mm，L 0 ＝ 50 mm，拉伸实验测得F S ＝ 20.5 kN，F m ＝ 31.5 kN，d u ＝ 6.25 mm，L u ＝ 66 mm，试确定钢材的R eL 、R m 、Z、A。
3.绘制低碳钢的应力应变曲线，并分析其变形的几个阶段，阐述曲线关键转折点的含义。
4.布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的压头类型分别有什么不同？
5.工程材料有哪些物理性能和化学性能？
6.什么是材料的工艺性能？