第三章设备材料及优秀课件.ppt

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1、第三章设备材料及第1页，本讲稿共158页GMP的要求的要求凡是水、气系统中的管路、管件、过滤器、凡是水、气系统中的管路、管件、过滤器、喷咀等都应采用优质奥氏不锈钢材料。喷咀等都应采用优质奥氏不锈钢材料。选用其它材料必须耐腐蚀、不生锈。选用其它材料必须耐腐蚀、不生锈。第2页，本讲稿共158页设备材料设备材料通常设备材料可分为金属材料和非金属材通常设备材料可分为金属材料和非金属材料料金属材料有碳钢、铸铁、不锈钢、铝、铅金属材料有碳钢、铸铁、不锈钢、铝、铅和铜等。具有良好的物理和机械性能，且和铜等。具有良好的物理和机械性能，且传热传质优良传热传质优良非金属材料来源广泛，如聚丙烯（非金属材料来源广泛，

2、如聚丙烯（PP）、）、聚氯乙烯（聚氯乙烯（PV）、聚四氟乙烯（）、聚四氟乙烯（PTF）等。）等。具有价格低廉，易于生产等优点，且耐腐具有价格低廉，易于生产等优点，且耐腐蚀性能好蚀性能好第3页，本讲稿共158页材料的性能材料的性能材料的性能包括材料的性能包括力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能加工工艺性能加工工艺性能第4页，本讲稿共158页力学性能力学性能 力学性能：是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，力学性能：是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，力学性能：是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，力学性能：是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，有强度、硬度、弹性、塑

3、性、韧性等有强度、硬度、弹性、塑性、韧性等有强度、硬度、弹性、塑性、韧性等有强度、硬度、弹性、塑性、韧性等 这些性能是进行设备材料选择及计算时决定许用应力的这些性能是进行设备材料选择及计算时决定许用应力的这些性能是进行设备材料选择及计算时决定许用应力的这些性能是进行设备材料选择及计算时决定许用应力的依据依据依据依据 材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标种工程

4、设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力定，并可同时测定材料的应力定，并可同时测定材料的应力定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。应变曲线。应变曲线。应变曲线。第5页，本讲稿共158页材料强度材料强度材料强度是指材料抵抗外加载荷而不致失材料强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。不破坏的要求，称为强度效破坏的能力。不破坏的要求，称为强度

5、要求。要求。作用形式分为，抵抗外力的静强度，抵抗作用形式分为，抵抗外力的静强度，抵抗冲击外力的冲击强度，抵抗交变外力的疲冲击外力的冲击强度，抵抗交变外力的疲劳强度劳强度常温强度、高温强度、低温强度常温强度、高温强度、低温强度常温条件下的屈服强度和抗拉强度常温条件下的屈服强度和抗拉强度第6页，本讲稿共158页屈服屈服所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向塑性状态金属开始从弹性状态非均匀的向塑性状态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。过度，它标志着宏观塑性变形的开始。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可材料的变形分为弹性变形（外力撤销

6、后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）长或缩短）第7页，本讲稿共158页屈服强度屈服强度 当应力超过弹性极限后，进入当应力超过弹性极限后，进入当应力超过弹性极限后，进入当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，屈服阶段后，变形增加较快，屈服阶段后，变形增加较快，屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，此时除了产生弹性变形外，此时除了产生弹性变形外，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应还产生部分塑性变形。当应还产生部分塑性变形。当应还产生部分塑性

7、变形。当应力达到力达到力达到力达到B B点后，塑性应变急剧点后，塑性应变急剧点后，塑性应变急剧点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波增加，应力应变出现微小波增加，应力应变出现微小波增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这动，这种现象称为屈服。这动，这种现象称为屈服。这动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分一阶段的最大、最小应力分一阶段的最大、最小应力分一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。别称为上屈服点和下屈服点。别称为上屈服点和下屈服点。别称为上屈服点和下屈服点。第8页，本讲稿共158页屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度：材料抵抗开始产生大量塑性变：材料抵抗开

8、始产生大量塑性变形的应力形的应力抗拉强度抗拉强度：材料抵抗外力而不致断裂的最：材料抵抗外力而不致断裂的最大应力大应力屈强比：屈服强度与抗拉强度的比值屈强比：屈服强度与抗拉强度的比值屈强比小的材料制造的零件，具有高的安屈强比小的材料制造的零件，具有高的安全可靠性，在超载的情况下塑性变形使金全可靠性，在超载的情况下塑性变形使金属的强度增高，不会立刻断裂；太低材料属的强度增高，不会立刻断裂；太低材料利用率过低。利用率过低。第9页，本讲稿共158页屈服强度屈服强度有些钢材有些钢材(如高碳钢如高碳钢)无明显的屈服现象，无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形通常以发生微量的塑性变形(0.2)时的应时的

9、应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（强度（yieldstrength）第10页，本讲稿共158页蠕变现象蠕变现象蠕变现象：材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，蠕变现象：材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象发生缓慢的塑性变形的现象疲劳破坏：指金属材料在小于屈服强度极限的循环疲劳破坏：指金属材料在小于屈服强度极限的循环荷载长期作用下发生破坏的现象荷载长期作用下发生破坏的现象 静荷载：指不随时间变化的荷载。如设备自重，构件本身静荷载：指不随时间变化的荷载。如设备自重，构件本身静荷载：指不随时间变化的荷载。如设备自重，构件本身

10、静荷载：指不随时间变化的荷载。如设备自重，构件本身自重自重自重自重 静荷载下的断裂静荷载下的断裂静荷载下的断裂静荷载下的断裂与与与与疲劳破坏不同，前者有一外塑性变疲劳破坏不同，前者有一外塑性变疲劳破坏不同，前者有一外塑性变疲劳破坏不同，前者有一外塑性变形的过程，后者没有，所以更具破坏性形的过程，后者没有，所以更具破坏性形的过程，后者没有，所以更具破坏性形的过程，后者没有，所以更具破坏性第11页，本讲稿共158页硬度硬度硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标

11、。抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准的硬度标准硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力第12页，本讲稿共158页硬度硬度试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅由其表面所呈现的擦痕深浅以判定

12、其硬度的高低。以判定其硬度的高低。现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法等测试方法第13页，本讲稿共158页硬度硬度 布氏硬度以布氏硬度以布氏硬度以布氏硬度以HBN(kgf/mm2)HBN(kgf/mm2)表示（表示（表示（表示（HBSHBWHBSHBW）（参照）（参照）（参照）（参照GB/T231GB/T23119841984），生产中常用布氏硬度法测定经退），生产中常用布氏硬度法测定经退），生产中常用布氏硬度法测定经退），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件，以及

13、铸铁、有色金属、低合火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。金结构钢等毛胚或半成品的硬度。金结构钢等毛胚或半成品的硬度。金结构钢等毛胚或半成品的硬度。洛氏硬度可分为洛氏硬度可分为洛氏硬度可分为洛氏硬度可分为HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC、HRDHRD四种，它们四种，它们四种，它们四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中的测量范围和应用范围也不同。一般生产中的测量范围和应用范围也不同。一般生产中的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRCHRC用得最用

14、得最用得最用得最多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。硬度。硬度。硬度。维氏硬度以维氏硬度以维氏硬度以维氏硬度以HVHV表示（参照表示（参照表示（参照表示（参照GB/T4340-1999GB/T4340-1999），测量），测量），测量），测量极薄试样。极薄试样。极薄试样。极薄试样。第14页，本讲稿共158页塑性塑性(plastic)塑性：指材料受力时。当应力超过屈服点塑性：指材料受力时。当应力超过屈服点后，能产生显著变形而不即行断裂的

15、性质。后，能产生显著变形而不即行断裂的性质。利用金属材料的塑性性质加工，使之具有利用金属材料的塑性性质加工，使之具有所需形状的过程。金属材料经成形过程后，所需形状的过程。金属材料经成形过程后，其组织、性能获得改善和提高。凡受交变其组织、性能获得改善和提高。凡受交变载荷作用或受力条件恶劣的构件，一般都载荷作用或受力条件恶劣的构件，一般都要通过塑性成形过程，才能达到使用要求。要通过塑性成形过程，才能达到使用要求。第15页，本讲稿共158页塑性塑性塑性成形是无切屑成形方法，因而能使工塑性成形是无切屑成形方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用件获得良好的流线形状及合理的材料利用率。率。用

16、塑性成形方法可使工件尺寸达到较高精用塑性成形方法可使工件尺寸达到较高精度，具有很高的生产效率。度，具有很高的生产效率。塑性成形分冷成形、温成形和热成形。温塑性成形分冷成形、温成形和热成形。温成形要考虑温度对材料性质的影响，热成成形要考虑温度对材料性质的影响，热成形还要考虑材料的蠕变效应。形还要考虑材料的蠕变效应。第16页，本讲稿共158页冲击韧性冲击韧性 冲击韧性（冲击值）冲击韧性（冲击值）冲击韧性（冲击值）冲击韧性（冲击值）akak 工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击工程上常用一次摆

17、锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功功功功AkAk，单位为焦耳（，单位为焦耳（，单位为焦耳（，单位为焦耳（J J）。）。）。）。而用试样缺口处的截面积而用试样缺口处的截面积而用试样缺口处的截面积而用试样缺口处的截面积F F去除去除去除去除AkAk，可得到材料的冲击韧，可得到材料的冲击韧，可得到材料的冲击韧，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即度（冲击值）指标，即度（冲击值）指标，即度（冲击值）指标，即ak

18、=Ak/Fak=Ak/F，其单位为，其单位为，其单位为，其单位为kJ/m2kJ/m2或或或或J/cm2J/cm2。因此，冲击韧度因此，冲击韧度因此，冲击韧度因此，冲击韧度akak表示材料在冲击载荷作用下抵抗表示材料在冲击载荷作用下抵抗表示材料在冲击载荷作用下抵抗表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。变形和断裂的能力。变形和断裂的能力。变形和断裂的能力。akak值的大小表示材料的韧性好值的大小表示材料的韧性好值的大小表示材料的韧性好值的大小表示材料的韧性好坏。坏。坏。坏。第17页，本讲稿共158页冲击韧性冲击韧性材料的材料的ak值随温度值随温度的降低而减小，且的降低而减小，且在某一温度范

19、围内，在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，这种现象称为冷脆，此温度范围称为此温度范围称为“韧脆转变温度韧脆转变温度（Tk）”。第18页，本讲稿共158页韧性韧性（toughness）韧性：指材料在外加动荷载突然袭击时的韧性：指材料在外加动荷载突然袭击时的一种及时并迅速塑性变形的能力一种及时并迅速塑性变形的能力韧性高的材料均具有好的塑性指标，但塑韧性高的材料均具有好的塑性指标，但塑性指标高的材料，却不一定具有好的韧性。性指标高的材料，却不一定具有好的韧性。在静载下能够缓慢变形的材料，在动载下在静载下能够缓慢变形的材料，在动载下不一定能迅速地塑性变形不一定能迅速

20、地塑性变形第19页，本讲稿共158页物理性能物理性能金属材料的物理性能有密度、熔点、比热金属材料的物理性能有密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量、泊松比弹性模量、泊松比第20页，本讲稿共158页比热容比热容 比热容比热容比热容比热容(specificheatcapacity)(specificheatcapacity)又称比热容量，简称比热又称比热容量，简称比热又称比热容量，简称比热又称比热容量，简称比热(specificheat)(specificheat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质，是单位质量物质的热容量，即使单位质

21、，是单位质量物质的热容量，即使单位质，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号c c表示。表示。表示。表示。比热容的主单位为比热容的主单位为J/(kgK)，读作，读作“焦焦耳耳每千克每千克开开”。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容用的有定压

22、比热容用的有定压比热容用的有定压比热容CpCp、定容比热容、定容比热容、定容比热容、定容比热容CvCv和饱和状态比和饱和状态比和饱和状态比和饱和状态比热容三种热容三种热容三种热容三种 第21页，本讲稿共158页热导率热导率 或称或称或称或称“导热系数导热系数导热系数导热系数”。是物质导热能力的量度。符号为。是物质导热能力的量度。符号为。是物质导热能力的量度。符号为。是物质导热能力的量度。符号为 或或或或KK。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相距距距距1 1

23、米，面积为米，面积为米，面积为米，面积为1 1米米米米2 2的平行平面，若两个平面的温度相的平行平面，若两个平面的温度相的平行平面，若两个平面的温度相的平行平面，若两个平面的温度相差差差差1K1K，则在，则在，则在，则在1 1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量秒内从一个平面传导至另一个平面的热量秒内从一个平面传导至另一个平面的热量秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率就规定为该物质的热导率就规定为该物质的热导率就规定为该物质的热导率 其单位为瓦特其单位为瓦特其单位为瓦特其单位为瓦特 米米米米-1-1 开开开开-1-1（WmWm-1-1KK-1-1）如没有热能损失，对于一个

24、对边平行的块形材料，则有如没有热能损失，对于一个对边平行的块形材料，则有如没有热能损失，对于一个对边平行的块形材料，则有如没有热能损失，对于一个对边平行的块形材料，则有E/t=AE/t=A（T T2 2-T-T1 1）/式中式中式中式中E E是在时间是在时间是在时间是在时间t t内所传递的能量，内所传递的能量，内所传递的能量，内所传递的能量，A A为截面积，为截面积，为截面积，为截面积，为长度，为长度，为长度，为长度，T T2 2和和和和T T1 1分别为两个截面的温度。分别为两个截面的温度。分别为两个截面的温度。分别为两个截面的温度。第22页，本讲稿共158页线膨胀系数线膨胀系数 线膨胀系数

25、线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数 温度每变化温度每变化温度每变化温度每变化1 1度材料长度变化的百分率。度材料长度变化的百分率。度材料长度变化的百分率。度材料长度变化的百分率。亦称线胀系数。固体物质的温度每改变亦称线胀系数。固体物质的温度每改变亦称线胀系数。固体物质的温度每改变亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1 1摄氏度时，摄氏度时，摄氏度时，摄氏度时，其长度的变化和它在其长度的变化和它在其长度的变化和它在其长度的变化和它在OO时长度之比，叫做时长度之比，叫做时长度之比，叫做时长度之比，叫做“线膨胀线膨胀线膨胀线膨胀系数系数系数系数”。单位为。单位为。单位为。单位为1/1/开。符号为开。符号为

26、开。符号为开。符号为 l l。其定义式是。其定义式是。其定义式是。其定义式是 由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度温度和确定长度温度和确定长度温度和确定长度1 1时所选定的参考温度有关，但由于固体时所选定的参考温度有关，但由于固体时所选定的参考温度有关，但由于固体时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将的线膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将的线膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将的线

27、膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将a a当作与温当作与温当作与温当作与温度无关的常数度无关的常数度无关的常数度无关的常数 第23页，本讲稿共158页导电性导电性 导电性（导电性（导电性（导电性（electricconductivityelectricconductivity）金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。性各不相

28、同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。率是电阻率的倒数。率是电阻率的倒数。率是电阻率的倒数。=1/=1/电导率的单位是西门子电导率的单位是西门子电导率的单位是西门子电导率的单位是西门子/米（米（米（

29、米（S/mS/m），其它单位有：），其它单位有：），其它单位有：），其它单位有：s/cms/cm，s/cms/cm。1S/m=0.01s/cm=10000s/cm1S/m=0.01s/cm=10000s/cm。第24页，本讲稿共158页磁性磁性磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。来确定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁

30、力的作用。在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。物质的磁性可以分为抗磁性、顺磁性、铁物质的磁性可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。磁性、反铁磁性和亚铁磁性。第25页，本讲稿共158页弹性模量弹性模量材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米弹性模量的单位是达因每平方厘米,或牛或牛/米米2表示表示。弹性模量弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵弹性变形所需要的

31、应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。中的刚度。第26页，本讲稿共158页弹性模量弹性模量 对一根细杆施加一个拉力对一根细杆施加一个拉力对一根细杆施加一个拉力对一根细杆施加一个拉力F F，这个拉力除以杆的截，这个拉力除以杆的截，这个拉力除以杆的截，这个拉力除以杆的截面积面积面积面积S S，称为，称为，称为，称为“线应力线应力线应力线应力”，杆的伸长量，杆的伸长量，杆的伸长量，杆的伸长量dLdL除以原长除以原长除以原长除以原长L L，称为，称为，称为，称为“线应变线应变线应变线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏。线应力除以线应变就等

32、于杨氏。线应力除以线应变就等于杨氏。线应力除以线应变就等于杨氏模量模量模量模量E=(F/S)/(dL/L)E=(F/S)/(dL/L)对一块弹性体施加一个侧向的力对一块弹性体施加一个侧向的力对一块弹性体施加一个侧向的力对一块弹性体施加一个侧向的力f f（通常是摩擦力），（通常是摩擦力），（通常是摩擦力），（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a a称为称为称为称为“剪切应变剪切应变剪切应变剪切应变”，相应的力，相应的力，相应的力，相应的力f f除以受力面积除以受力

33、面积除以受力面积除以受力面积S S称为称为称为称为“剪剪剪剪切应力切应力切应力切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=G=(f/S)/a(f/S)/a 对弹性体施加一个整体的压强对弹性体施加一个整体的压强对弹性体施加一个整体的压强对弹性体施加一个整体的压强p p，这个压强称为，这个压强称为，这个压强称为，这个压强称为“体体体体积应力积应力积应力积应力”，弹性体的体积减少量，弹性体的体积减少量，弹性体的体积减少量，弹性体的体积减少量(-dV)(-dV)除以原来的体除以原来的体除以原

34、来的体除以原来的体积积积积V V称为称为称为称为“体积应变体积应变体积应变体积应变”，体积应力除以体积应变就等，体积应力除以体积应变就等，体积应力除以体积应变就等，体积应力除以体积应变就等于体积模量于体积模量于体积模量于体积模量:K=P/(-dV/V):K=P/(-dV/V)第27页，本讲稿共158页泊松比泊松比法国数学家法国数学家SimeomDenisPoisson为名为名定义为材料受拉伸或压缩力时，材料会发定义为材料受拉伸或压缩力时，材料会发生变形，横向应变与纵向应变之比值称为生变形，横向应变与纵向应变之比值称为泊松比泊松比Poissonsratio是一无量纲的物理量。是一无量纲的物理量。

35、剪切模量剪切模量G、杨氏模量、杨氏模量E和泊松比和泊松比三个量三个量中只有两个是独立的，它们之间存在以下中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：关系：第28页，本讲稿共158页泊松比泊松比 空气的泊松比为空气的泊松比为空气的泊松比为空气的泊松比为0 0，水的泊松比为，水的泊松比为，水的泊松比为，水的泊松比为0.50.5，中间的可以推出，中间的可以推出，中间的可以推出，中间的可以推出 名名名名 称称称称 弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量EE切变模量切变模量切变模量切变模量GG泊松比泊松比泊松比泊松比 GPaGPaGPaGPa镍铬钢镍铬钢镍铬钢镍铬钢20679.380.25-0.3020679.

36、380.25-0.30合金钢合金钢合金钢合金钢20679.380.25-0.3020679.380.25-0.30碳钢碳钢碳钢碳钢196-206790.24-0.28196-206790.24-0.28铸钢铸钢铸钢铸钢172-2020.3172-2020.3球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁140-15473-760.23-0.27140-15473-760.23-0.27灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁113-157440.23-0.27113-157440.23-0.27白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁113-157440.23-0.27113-157440.23-0.27第29页，本讲稿共158页

37、化学性能化学性能化学性能是指材料在所处介质中的化学稳化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与周围介质发生化学定性，即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用引起腐蚀或电化学作用引起腐蚀金属的化学性能指标主要有耐腐蚀性和抗金属的化学性能指标主要有耐腐蚀性和抗氧化性氧化性第30页，本讲稿共158页耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质(大气、大气、水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等)腐蚀作腐蚀作用的能力。金属的耐腐蚀性与许多因素有用的能力。金属的耐腐蚀性与许多因素有关，如金属的化学成分、加工性质、热处关，如金属的化

38、学成分、加工性质、热处理条件、组织状态以及介质和温度等理条件、组织状态以及介质和温度等第31页，本讲稿共158页耐腐蚀性耐腐蚀性 化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果。它包化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果。它包化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果。它包化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果。它包括气体腐蚀和金属在非电解质中的腐蚀两种形式。其特点括气体腐蚀和金属在非电解质中的腐蚀两种形式。其特点括气体腐蚀和金属在非电解质中的腐蚀两种形式。其特点括气体腐蚀和金属在非电解质中的腐蚀两种形式。其特点是：腐蚀过程不产生电流；且腐蚀产物沉积在金属表面是：腐蚀过程不产生电流

39、；且腐蚀产物沉积在金属表面是：腐蚀过程不产生电流；且腐蚀产物沉积在金属表面是：腐蚀过程不产生电流；且腐蚀产物沉积在金属表面 电化学腐蚀是金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发电化学腐蚀是金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发电化学腐蚀是金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发电化学腐蚀是金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发生作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。它的特点是腐生作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。它的特点是腐生作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。它的特点是腐生作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。它的特点是腐蚀过程中有电流产生，其腐蚀产物蚀过程中有电流产生，其腐蚀产物蚀过程中有电流产生，其腐蚀产物蚀

40、过程中有电流产生，其腐蚀产物(铁锈铁锈铁锈铁锈)不覆盖在作为不覆盖在作为不覆盖在作为不覆盖在作为阳极的金属表面上，而是在距离阳极金属的一定距离处阳极的金属表面上，而是在距离阳极金属的一定距离处阳极的金属表面上，而是在距离阳极金属的一定距离处阳极的金属表面上，而是在距离阳极金属的一定距离处第32页，本讲稿共158页耐腐蚀性耐腐蚀性一般腐蚀一般腐蚀：是均匀地分布在整个金属内外：是均匀地分布在整个金属内外表面上，使截面不断减小，最终使受力件表面上，使截面不断减小，最终使受力件破坏破坏晶间腐蚀晶间腐蚀：在金属内部沿晶粒边缘进行：在金属内部沿晶粒边缘进行.通通常不引起金属外形的任何变化，往往使设常不引起

41、金属外形的任何变化，往往使设备或机件突然破坏备或机件突然破坏点腐蚀点腐蚀：在金属表面不大的区域内：在金属表面不大的区域内.并迅速并迅速向深处发展，最后穿透金属，是一种危害向深处发展，最后穿透金属，是一种危害较大的腐蚀破坏较大的腐蚀破坏第33页，本讲稿共158页抗氧化性抗氧化性金属材料在室温或高温下抵抗氧化的能力。金属材料在室温或高温下抵抗氧化的能力。金属的氧化过程实际上是属于化学腐蚀的金属的氧化过程实际上是属于化学腐蚀的一种形式。它可直接用一定时间内，金属一种形式。它可直接用一定时间内，金属表面经腐蚀之后重量损失的大小，即用金表面经腐蚀之后重量损失的大小，即用金属减重的速度表示属减重的速度表示

42、热稳定性：金属材料的耐腐蚀性和抗氧化热稳定性：金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性性第34页，本讲稿共158页加工工艺性能加工工艺性能指金属材料可铸造性能（可铸性）、可锻指金属材料可铸造性能（可铸性）、可锻造性能（可锻性）、可焊性（焊接性）和造性能（可锻性）、可焊性（焊接性）和可切削加工性能可切削加工性能这些性能直接影响到设备和零部件的制造这些性能直接影响到设备和零部件的制造工艺方法和质量工艺方法和质量第35页，本讲稿共158页可铸性可铸性可铸性：指液体金属的流动性和凝固过程可铸性：指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向中

43、的收缩和偏析倾向偏析：合金凝固时化学成分的不均匀析出偏析：合金凝固时化学成分的不均匀析出合金钢和高碳钢比低碳钢的偏析倾向大，合金钢和高碳钢比低碳钢的偏析倾向大，铸造后要用热处理的办法消除偏析。铸造后要用热处理的办法消除偏析。第36页，本讲稿共158页可锻性可锻性指金属承受压力加工（锻造）而变形的能指金属承受压力加工（锻造）而变形的能力，塑性好的材料，锻压所需的外力小，力，塑性好的材料，锻压所需的外力小，可锻性好可锻性好低碳钢的可锻性比中碳及高碳钢好，碳钢低碳钢的可锻性比中碳及高碳钢好，碳钢比合金钢可锻性好，铸铁是脆性材料，不比合金钢可锻性好，铸铁是脆性材料，不能进行锻压加工能进行锻压加工第37

44、页，本讲稿共158页焊接性焊接性指能用焊接方法使两块金属牢固地连接，指能用焊接方法使两块金属牢固地连接，且不发生裂纹，具有与母体材料相当的或且不发生裂纹，具有与母体材料相当的或更高的强度，这种能熔焊的性能称为焊接更高的强度，这种能熔焊的性能称为焊接性性第38页，本讲稿共158页可切销加工性可切销加工性 指金属易于切削。切销性能好的材料刀具寿命长，切指金属易于切削。切销性能好的材料刀具寿命长，切指金属易于切削。切销性能好的材料刀具寿命长，切指金属易于切削。切销性能好的材料刀具寿命长，切销易于折断脱落，灰铸铁（销易于折断脱落，灰铸铁（销易于折断脱落，灰铸铁（销易于折断脱落，灰铸铁（HT150HT1

45、50、HT200HT200）、碳钢）、碳钢）、碳钢）、碳钢都具有较好的切割性都具有较好的切割性都具有较好的切割性都具有较好的切割性 不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通4545号号号号钢的切削加工性作为钢的切削加工性作为钢的切削加工性作为钢的切削加工性作为100%100%，奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为的相对切削加工性为的相对切削加工性为的相对切削加工性为40%40%；铁素体不锈；铁素体不锈

46、；铁素体不锈；铁素体不锈钢钢钢钢1Cr281Cr28为为为为48%48%；马氏体不锈钢；马氏体不锈钢；马氏体不锈钢；马氏体不锈钢2Cr132Cr13为为为为55%55%。其中，。其中，。其中，。其中，以奥氏体和奥氏体以奥氏体和奥氏体以奥氏体和奥氏体以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的切削加工性最铁素体不锈钢的切削加工性最铁素体不锈钢的切削加工性最铁素体不锈钢的切削加工性最差。差。差。差。第39页，本讲稿共158页黑色金属材料黑色金属材料黑色金属材料主要指铁和钢，多数化工机黑色金属材料主要指铁和钢，多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制成的。黑色金属械设备是用铸铁和碳钢制成的。黑色金属材料是铁和以铁为基的

47、合金（钢、铸铁和材料是铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。铁合金）。黑色金属又称钢铁材料，包括含铁黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90以以上的工业纯铁，含碳上的工业纯铁，含碳24的铸铁，含的铸铁，含碳小于碳小于2的碳钢，以及各种用途的结构钢、的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。第40页，本讲稿共158页碳钢碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也一般不添加大量的合金元素的钢，有时也

48、称为普碳钢或碳素钢。称为普碳钢或碳素钢。碳钢也叫碳素钢，指含炭量碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于小于2%的的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。的硅、锰、硫、磷。第41页，本讲稿共158页碳钢的分类碳钢的分类 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢构钢三类，碳素结构钢又分

49、为建筑结构钢和机器制造结构钢构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种；两种；两种；两种；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按脱氧方法可分为沸腾钢（按脱氧方法可分为沸腾钢（按脱氧方法可分为沸腾钢（按脱氧方法可分为沸腾钢（F F）、镇静钢（）、镇静钢（）、镇静钢（）、镇静钢（Z Z）、半镇静钢（）、半镇静钢（）、半镇静钢（）、半镇静钢（b b）和）和）和）和特殊镇静钢（特殊镇静钢（特殊镇静钢（特殊镇静钢（TZTZ）；）；）；）；按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（

50、按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC0.25%WC0.25%）,中碳钢中碳钢中碳钢中碳钢（WC0.25%0.6%WC0.25%0.6%）和高碳钢（）和高碳钢（）和高碳钢（）和高碳钢（WC0.6%WC0.6%）；）；）；）；按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质碳素钢（含磷、硫较低