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1、課程類(lèi)型：本科學(xué)位課,機(jī)械工程材料,MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERING,教 材： 呂燁 王麗鳳主編 機(jī)械工程材料 高等教育出版社 參考教材： 沈蓮主編 機(jī)械工程材料（第3版） 機(jī)械工業(yè)出版社 朱張校主編 工程材料 清華大學(xué)出版社 學(xué) 時(shí)：48,什么是材料？ 材料是人類(lèi)社會(huì)所能接受的、可經(jīng)濟(jì)地制造 有用物品的物質(zhì)，它是人類(lèi)生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。其中用于機(jī)械工程領(lǐng)域的材料稱(chēng)為機(jī)械工程材料。 機(jī)械工程固體材料的分類(lèi)： 高分子材料 High polymer 陶瓷材料 Ceramics 復(fù)合材料 Compisit

2、es 金屬材料 Metals 功能材料 Functional materials,緒 論,工程材料的重要性 1. 社會(huì)進(jìn)步的重要標(biāo)志 2. 現(xiàn)代社會(huì)的重要支柱 3. 機(jī)械工程的物質(zhì)基礎(chǔ),材料的發(fā)展史，就是人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展史。 石器時(shí)代 陶器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代,材料的發(fā)展史,現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱,能源 信息 材料,生物工程 信息技術(shù) 新材料科學(xué),20世紀(jì)90年代,21世紀(jì)初,材料人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的里程碑！,新材料現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱！,學(xué)習(xí)本課程的目的,(1)熟悉工程材料的基本知識(shí)、基本理論。 (2)掌握材料的成分-組織-性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律 (3)掌握工程材料的性能特

3、點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。 (4)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)中合理地選擇材料。,第1章 材料的性能,,,使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。 工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。,神舟一號(hào)飛船,,,力學(xué)性能: 強(qiáng)度和塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度; 物理性能: 密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性 和磁性； 化學(xué)性能：耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性； 工藝性能：鑄造特性、鍛壓特性、焊接性和切削加工 性能；,材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱(chēng)為變形。 外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形。 外力去處后不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形

4、。,五萬(wàn)噸水壓機(jī),應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變 = (l-l0)/l0,1.1 強(qiáng)度,,拉伸實(shí)驗(yàn),OA：彈性變形 ABC：屈服 CD：塑性變形 DE：斷裂,1.2 材料的強(qiáng)度,,,圖2-3 鋼液形成的彎月面,,(1)比例極限； (2)彈性極限； (3)屈服強(qiáng)度； (4)抗拉強(qiáng)度； (5)斷裂強(qiáng)度；,退火低碳鋼的拉伸曲線,,1.3 彈性極限,圖2-5 結(jié)晶器彎月面渣圈示意圖,彈性變形的最大 拉力,初始橫截面積,彈性變形能u,,1.4 剛度材料受力時(shí)抵抗變形的能力,如果零件剛度不足，在一定載荷下，零件的彈性變形值超過(guò)了規(guī)定值，將會(huì)發(fā)生失效。 可采取的措施： (1)選用彈性模量E較高的材料。 (2)增大

5、零件橫截面,E值取決于材料的本性。隨溫度的升高而降低。（單位：MPa）,彈性模量,,,,1.5 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度,屈強(qiáng)比,屈強(qiáng)比越小，零件的可靠性越高；但太小，材料的有效利用率降低。,條件屈服強(qiáng)度0.2：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。,1.6 材料的塑性材料在斷裂前產(chǎn)生最大塑性變形的能力,斷后伸長(zhǎng)率； 斷面收縮率； 一般斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率越大，材料的塑性越好。,斷裂后,拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象,,說(shuō)明： 用斷面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。 直徑d0 相同時(shí)，l0，。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。 當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用 表示； 當(dāng)l0=5

6、d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用5 表示。顯然5 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征 < 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征,1.7 材料的硬度 材料抵抗局部變形、劃痕或壓痕的能力。,測(cè)試材料硬度的常用方法,,布氏硬度； 洛氏硬度； 維氏硬度；,,布氏硬度HB,布氏硬度計(jì),,,,壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。,符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值, 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如 120HBS10/1000/30 表,示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807

7、kN）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120。,布氏硬度壓痕,,,布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。 適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的b與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對(duì)于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對(duì)于高碳鋼：b(MPa)3.4HB 對(duì)于鑄鐵： b(MPa)1HB或 b(MPa) 0.6(HB-40),洛氏硬度,,,洛氏硬度用符號(hào)HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根據(jù)壓頭類(lèi)型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。,,,符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。

8、,HRA用于測(cè)量高硬度材料, 如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。 HRB用于測(cè)量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。 HRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。 缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。,維氏硬度,維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。 根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法維氏硬度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。 維氏硬度保留了布氏硬度 和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。,三、沖擊韌性,是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。,指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。,韌脆轉(zhuǎn)變溫度,材料

9、的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱(chēng)韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱(chēng)韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。,韌,體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。,TITANIC,建造中的Titanic 號(hào),TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān),Titanic 號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果,四、疲勞,材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限。用-1表示。 鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。,疲勞斷口,通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表

10、面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。,材料的物理性能 1、密度：重金屬（鐵、鉛、鎢）、輕金屬（鋁、鎂、鈦） 。 2、熔點(diǎn)：難熔金屬（鎢、鉬、釩 ）、易熔金屬（鉛、錫） 。 3、導(dǎo)電性：金屬的導(dǎo)電性較好，非金屬的導(dǎo)電性較差。 4、導(dǎo)熱性：材料傳導(dǎo)熱量的能力。 5、熱膨脹性：材料隨著溫度的變化發(fā)生的體積變化的現(xiàn)象 6、磁性：材料所具有的導(dǎo)磁性能。,材料的化學(xué)性能 1、耐腐蝕性：材料在介質(zhì)中抵抗腐蝕的能力。 。 2、抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用的能力。 3、化學(xué)穩(wěn)定性：對(duì)材料耐腐蝕性和抗氧化性的綜合評(píng)價(jià)。,材料的工藝性能 1、鑄造性能：液態(tài)金屬的流動(dòng)性、填充性、收縮率、偏析傾向。 2、鍛造性能：成型性與變形抗力。 3、切削性能：對(duì)刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性。 4、焊接性能：產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。 5、熱處理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。,