机械工程材料幻灯片优秀课件.ppt
机械工程材料课件幻灯片第1页，本讲稿共27页研究材料的研究材料的成分成分-组织组织-性能性能之间关系的一门学科之间关系的一门学科基本理基本理 论论 材料科材料科 学学 金属学金属学 高分子高分子 学学 陶瓷陶瓷 学学 第2页，本讲稿共27页复合材料复合材料工程材料工程材料金属材料金属材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料 近代工业技术的发展，同样与材料紧密相连，近代工业技术的发展，同样与材料紧密相连，“能源、信息、材料能源、信息、材料”已成为现代技术的三大支柱，已成为现代技术的三大支柱，而前二者的发展均离不开材料。而前二者的发展均离不开材料。第3页，本讲稿共27页 金属材料金属材料 黑色金属黑色金属有色金属有色金属 铸铁铸铁 碳钢碳钢 合金钢合金钢 铝合金铝合金 铜合金铜合金 其它有色金属其它有色金属 非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 陶瓷材料陶瓷材料 复合材料复合材料 塑料塑料 橡胶橡胶 合成纤维合成纤维第4页，本讲稿共27页第一章 材料的性能n使用性能：使用性能：材料在使用过材料在使用过程中所表现的性能。程中所表现的性能。包括包括力学性能、物理性能力学性能、物理性能和和化化学性能。学性能。神舟一号飞船n工艺性能：工艺性能：材料在加工过材料在加工过程中所表现的性能。程中所表现的性能。包括包括铸造、锻压、焊接、热处铸造、锻压、焊接、热处理理和和切削性能等切削性能等。第5页，本讲稿共27页n材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。化，称为变形。五万吨水压机五万吨水压机n外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。n外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。第6页，本讲稿共27页低碳钢的应力低碳钢的应力-应变曲线应变曲线拉伸试样拉伸试样拉拉伸伸试试验验机机应力应力 =P/F0应变应变 =(l-l0)/l0第7页，本讲稿共27页一、弹性和刚度一、弹性和刚度n弹性：弹性：指标为弹性极限指标为弹性极限 e e，即，即材料承受最大弹性变形时的应材料承受最大弹性变形时的应力。力。e弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。n刚度：刚度：材料受力时抵抗弹性变形材料受力时抵抗弹性变形的能力。的能力。指标为弹性模量指标为弹性模量E E。第8页，本讲稿共27页二、强度与塑性二、强度与塑性n强度：强度：材料在外力作用下抵抗材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。变形和破坏的能力。s0.2n屈服强度屈服强度 s s：材料发生微量材料发生微量塑性变形时的应力值。塑性变形时的应力值。条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2：残余变形残余变形量为量为0.2%0.2%时的应力值。时的应力值。抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前所承材料断裂前所承受的最大应力值。受的最大应力值。第9页，本讲稿共27页塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：指标为：伸长率：伸长率：断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象第10页，本讲稿共27页三、冲击韧性三、冲击韧性n是指材料抵抗冲击载荷是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。作用而不破坏的能力。l指标为冲击韧指标为冲击韧性值性值ak(通过冲通过冲击实验测得击实验测得)。第11页，本讲稿共27页韧脆转变温度韧脆转变温度n材料的冲击韧性随温度材料的冲击韧性随温度下降而下降。下降而下降。在某一温在某一温度范围内冲击韧性值急度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称剧下降的现象称韧脆转韧脆转变变。发生韧脆转变的温度发生韧脆转变的温度范围称范围称韧脆转变韧脆转变温度。温度。材料的使用温度应高于材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧脆转变温度。韧体心立方金属具有韧脆转体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立变温度，而大多数面心立方金属没有。方金属没有。第12页，本讲稿共27页TITANIC建造中的建造中的Titanic Titanic 号号TITANICTITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关第13页，本讲稿共27页Titanic Titanic 号钢板号钢板（左图）（左图）和和近代船用钢板近代船用钢板（右图）（右图）的冲击试验结果的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板第14页，本讲稿共27页四、疲劳四、疲劳n材料在低于材料在低于 s s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图n材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为最大应力称为疲劳极限疲劳极限。用。用-1-1表示。表示。n钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为10107 7，有色金属合金为，有色金属合金为10108 8。第15页，本讲稿共27页疲劳断口疲劳断口通过通过改善材料的形状结构改善材料的形状结构，减少表面缺陷减少表面缺陷，提高提高表面光洁度表面光洁度，进行表面强化进行表面强化等方法可提高材料疲等方法可提高材料疲劳抗力。劳抗力。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片）第16页，本讲稿共27页五、硬度五、硬度n材料抵抗表面局部塑性变材料抵抗表面局部塑性变形的能力。形的能力。n布氏硬度布氏硬度HBHB布布氏氏硬硬度度计计五、硬度五、硬度第17页，本讲稿共27页 n压压头头为为钢钢球球时时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBSHBS表表示示，适适用用于于布布氏硬度值在氏硬度值在450450以下的材料。以下的材料。l符符号号HBSHBS或或HBWHBW之之前前的的数数字字表表示示硬硬度度值值,符符号号后后面面的的数数字字按按顺顺序序分分别别表表示示球球体体直直径径、载载荷荷及及载载荷荷保保持持时时间间。如如 120HBS10/1000/30120HBS10/1000/30 表表 示示直直径径为为10mm10mm的的钢钢球球在在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载载荷荷作作用用下下保持保持30s30s测得的测得的布氏硬度布氏硬度值为值为120120。布布氏氏硬硬度度压压痕痕n压压头头为为硬硬质质合合金金球球时时，用用符符号号HBWHBW表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度在度在650650以下的材料。以下的材料。第18页，本讲稿共27页n布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。HB b(MPa)钢黄铜球墨铸铁n缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。的材料。n适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。铸铁及有色金属的硬度。n材料的材料的 b b与与HBHB之间的经验关系：之间的经验关系：对于低碳钢对于低碳钢:b b(MPa)(MPa)3.6HB3.6HB 对于高碳钢：对于高碳钢：b b(MPa)(MPa)3.4HB3.4HB 对于铸铁：对于铸铁：b b(MPa)(MPa)1HB1HB或或 b b(MPa)(MPa)0.6(HB-40)0.6(HB-40)第19页，本讲稿共27页洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计n洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HRHR表示，表示，HR=HR=k k-(-(h h1 1-h h0 0)/0.002)/0.002n根根据据压压头头类类型型和和主主载载荷荷不不同同，分分为为九九个个标标尺尺，常常用用的标尺为的标尺为A A、B B、C C。第20页，本讲稿共27页n符号符号HRHR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRAHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如硬如硬质合金、表淬层和渗碳层质合金、表淬层和渗碳层。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕lHRBHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如有色如有色金属和退火金属和退火、正火钢等。正火钢等。lHRCHRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，压操作简便，压痕小，适用范围广。痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。第21页，本讲稿共27页维氏硬度维氏硬度维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕第22页，本讲稿共27页n维氏硬度用符号维氏硬度用符号HVHV表示，符号前的数字为硬度值，后面表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。小小负负荷荷维维氏氏硬硬度度计计显微维氏硬度计显微维氏硬度计n根据载荷范围不同，规定了三种测定方法根据载荷范围不同，规定了三种测定方法维氏硬度试维氏硬度试验验 、小负荷维氏硬度试验小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验显微维氏硬度试验。n维氏硬度保留了布氏硬度和维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。洛氏硬度的优点。第23页，本讲稿共27页六、断裂韧性六、断裂韧性油轮断裂和北极星导弹油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与材料发动机壳体爆炸与材料中存在缺陷有关中存在缺陷有关 1943年美国年美国T-2油轮发生油轮发生断裂断裂北北极极星星导导弹弹裂纹扩展的基本形式裂纹扩展的基本形式第24页，本讲稿共27页（二）、材料的物理性能（二）、材料的物理性能物理性能物理性能 密度密度 熔点熔点 热膨胀性热膨胀性 导热性导热性 导电性导电性 磁性磁性第25页，本讲稿共27页（三）、材料的化学性能（三）、材料的化学性能物理性能物理性能耐腐蚀性耐腐蚀性高温抗氧化性高温抗氧化性第26页，本讲稿共27页（四）、材料的工艺性能（四）、材料的工艺性能工艺性能工艺性能铸造性铸造性可锻性可锻性焊接性焊接性切削加工性切削加工性第27页，本讲稿共27页
