工程材料材料分类与性能ppt课件.ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第第1 1章章 材料的分类材料的分类 与性能与性能 1.1材料的分类材料的分类 1.2 工程材料的性能工程材料的性能在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1.1材料的分类材料的分类金属金属高分子高分子陶瓷陶瓷材料材料有机材料有机材料无机材料无机材料 复复 合合 材料材料Way?在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确工程材料分类工程材料分类在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确What?各类材料的特点各类材料的特点金属材料金属材料 主要为金属键金属键。热和电的良导体；具有良好的强度与延展性以及金属光泽。陶瓷材料陶瓷材料 通常为离子键离子键或共价键共价键。绝缘体，而且比较耐热。高分子材料高分子材料 通常为共价键、分子键和氢键，以共价键共价键为主。分子结构都非常大；通常密度较低，在高温下不稳定。复合材料复合材料 性能的复合。玻璃纤维增强高分子玻璃纤维增强高分子玻璃纤维增强高分子玻璃纤维增强高分子复合材料复合材料复合材料复合材料在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确铸造性铸造性 可锻性可锻性可焊性可焊性切削加工性切削加工性热处理性热处理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力学性能力学性能*物理性能物理性能化学性能化学性能 工艺性能工艺性能1.2 工程材料的性能工程材料的性能表征材料在给定外界条件下的行为。什么是材料的性能？什么是材料的性能？在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确材材料料在在外外加加载载荷荷（外外力力或或能能量量）作作用用下下或或载载荷荷与与环环境境因因素素（温温度度、介介质质和和加加载载速速率率）联联合作用下表现出来的行为。合作用下表现出来的行为。主主要要是是指指材材料料在在力力的的作作用用下下抵抵抗抗变变形形和和开裂的性能。开裂的性能。力学性能力学性能在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 机械设计中应首先考虑材料的力学性能。机械设计中应首先考虑材料的力学性能。通通俗俗地地讲讲,力力学学性性能能反反应应在在多多大大和和怎怎样样形形式式的的载载荷荷条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。力学性能指标力学性能指标:弹性、刚度、弹性、刚度、塑性、韧性、塑性、韧性、强度、硬度、强度、硬度、疲劳强度等。疲劳强度等。工程材料的机械性能工程材料的机械性能材料在受力时的性质。材料在受力时的性质。（也称力学性能）。（也称力学性能）。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确一、静载单向静拉伸应力一、静载单向静拉伸应力应变曲线应变曲线 拉伸机上，低拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线静拉伸曲线 拉伸试验机拉伸试验机在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确曲线分为四阶段：曲线分为四阶段：1阶段阶段I（oab段）段）弹性弹性变形阶段变形阶段pa:Pppb:Pe（不产生永久变形的不产生永久变形的最大抗力）最大抗力）poa段：段：LP直线阶段直线阶段pab段：极微量塑性变形段：极微量塑性变形（0.001-0.005%)2阶段阶段II（bcd段）段）屈服屈服变形变形pc:屈服点屈服点Ps屈服现象：屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。金属材料开始产生明显塑性变形的标志。拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线载拉伸曲线在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3阶段阶段III（dB段）段）均匀均匀塑性变形阶段塑性变形阶段pB:Pb材料所能承受的最材料所能承受的最大载荷大载荷4阶段阶段IV(BK段段)局部局部集中塑性变形集中塑性变形1.低钢、正火、退火调质中钢，低、中低钢、正火、退火调质中钢，低、中C合金钢、某些合金钢、某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。2.铸铁、陶瓷：只有第铸铁、陶瓷：只有第I阶段阶段3.中、高碳钢：没有第中、高碳钢：没有第II阶段阶段颈缩颈缩拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线静载拉伸曲线在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1.1.低钢、正火、退火调质中钢，低、中低钢、正火、退火调质中钢，低、中C C合金钢某些合金钢某些AlAl合金及某些高合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。分子材料具有类似上述曲线。2.2.铸铁、陶瓷：只有第铸铁、陶瓷：只有第I I阶段阶段3.3.中、高碳钢：没有第中、高碳钢：没有第IIII阶段阶段在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确二、材料的强度二、材料的强度(strength)单位：MPa(MN/mm2)公式：=P/Fo物理意义物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。抗抗拉拉强强度度、抗抗压压强强度度、抗抗弯弯强强度度 、抗抗剪剪强强度度 、抗抗扭强度等。扭强度等。材料所能承受的极限应力材料所能承受的极限应力.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1 1屈服强度屈服强度s s(yield strength)和条件屈服强度和条件屈服强度0.020.02a:s=Ps/Fo Ps s=(M pa)F0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)s：代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确b:0.2条件屈服强度条件屈服强度中高碳钢等无屈服点。国家标准以产生一定的微量塑性变形的抗力的极限应力值来表示。脆性材料：b=s，如灰口铸铁 P0.2 0.2=(M pa)F0试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2 2抗拉强度抗拉强度(tensile strength)(tensile strength)b=Pb/Fo材料被拉断前所承受的最大应力值。材料被拉断前所承受的最大应力值。Pb b=(M pa)F0试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)试样原始横截面积(mm2)b：代表材料抵抗外力而代表材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。不致断裂的极限应力值。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3 3疲劳强度疲劳强度-1-1(fatigue strength)(fatigue strength)n 疲劳现象：承承受受载载荷荷的的大大小小和和方方向向随随时时间间作作周周期期性性变变化化。在在交交变变应应力力作作用用下下，往往往往在在远远小小于于强强度度极极限限，甚甚至至小小于于屈屈服服极极限限的的应力下发生断裂。应力下发生断裂。（80%的断裂由疲劳造成）的断裂由疲劳造成）n影响因素：影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。态、残余应力等。1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确n 疲劳极限疲劳极限-1-1：材材料料经经无无数数次次应应力力循循环环而而不不发发生疲劳断裂的最高应力值。生疲劳断裂的最高应力值。n条件疲劳极限：条件疲劳极限：经受经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。应力循环而不致断裂的最大应力值。钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=10 N=107 7有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=10 N=108 8钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系关系:-1-1=(0.45=(0.450.55)0.55)b b陶瓷、高分子材料疲劳抗力很低；陶瓷、高分子材料疲劳抗力很低；金属材料疲劳强度较高；金属材料疲劳强度较高；纤维增强复合材料较好的抗疲劳性能。纤维增强复合材料较好的抗疲劳性能。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确三、塑性三、塑性(plasticity)材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。延伸率与试样尺寸有关，延伸率与试样尺寸有关，d5,d10(Lo=5do,10do)。1 1延伸率（延伸率（specific elongationspecific elongation）10%属塑性材料属塑性材料 是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量L Lk k与原始标距与原始标距L L0 0之比。之比。Lk:试样拉断后最终标距长度。试样拉断后最终标距长度。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确u=F/Fo=(Fo-Fk)/Fox100%u越大，塑性愈好uKIC时时，裂裂纹纹失失稳稳扩扩展展，发发生脆断。生脆断。uKIKIC时，裂纹处于临界状态时，裂纹处于临界状态uKI铸铁（灰口）铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最好）铸钢（共晶点附近最好）2.锻造性能（塑性、变形抗力）锻造性能（塑性、变形抗力）低碳钢低碳钢中碳钢（低合金钢）中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）低碳钢低碳钢中碳钢（低合金钢）中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）高碳钢（高合金钢）铜、铝合金铜、铝合金4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）切削性能（切削难易程度、加工表面质量）5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确CH1作作业业1.什么是机械工程材料什么是机械工程材料?试举几种常见工程材料并简述其应用。试举几种常见工程材料并简述其应用。2.围绕材料与工程的核心关系是什么？围绕材料与工程的核心关系是什么？3.名名词词解解释释：强强度度、硬硬度度、刚刚度度、弹弹性性模模量量、塑塑性性、冲冲击击韧韧性性、屈服极限、条件屈服强度、疲劳极限。屈服极限、条件屈服强度、疲劳极限。4.什什么么是是屈屈服服现现象象？它它的的物物理理意意义义是是什什么么？为为什什么么有有的的材材料料还还要规定条件屈服强度？要规定条件屈服强度？5.何何为为断断裂裂韧韧性性？请请简简述述如如何何根根据据材材料料的的断断裂裂韧韧性性、零零件件工工作作应应力力以以及及零零件件中中裂裂纹纹的的长长度度来来判判断断零零构构件件发发生生低低应应力力脆脆断断的的可可能性。能性。6.疲劳断裂和低应力脆断有何异同？疲劳断裂和低应力脆断有何异同？在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确重点掌握重点掌握u各各种种机机械械性性能能指指标标（强强度度,塑塑性性；冲冲击击韧韧性性；硬硬度度HB，HRC，HV；疲疲劳劳强强度度，断断裂裂韧韧性性。）的的物理意义和单位。物理意义和单位。一般要求一般要求材料的工艺性能及物理化学性能。材料的工艺性能及物理化学性能。
