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1、課程類型：本科學位課,機械工程材料,MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERING,教 材： 呂燁 王麗鳳主編 機械工程材料 高等教育出版社 參考教材： 沈蓮主編 機械工程材料（第3版） 機械工業(yè)出版社 朱張校主編 工程材料 清華大學出版社 學 時：48,什么是材料？ 材料是人類社會所能接受的、可經(jīng)濟地制造 有用物品的物質，它是人類生產(chǎn)和生活的物質基礎。其中用于機械工程領域的材料稱為機械工程材料。 機械工程固體材料的分類： 高分子材料 High polymer 陶瓷材料 Ceramics 復合材料 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. 社會進步的重要標志 2. 現(xiàn)代社會的重要支柱 3. 機械工程的物質基礎,材料的發(fā)展史，就是人類社會的發(fā)展史。 石器時代 陶器時代青銅器時代鐵器時代,材料的發(fā)展史,現(xiàn)代社會的三大支柱,能源 信息 材料,生物工程 信息技術 新材料科學,20世紀90年代,21世紀初,材料人類社會發(fā)展的里程碑！,新材料現(xiàn)代科學技術和社會發(fā)展的基礎和支柱！,學習本課程的目的,(1)熟悉工程材料的基本知識、基本理論。 (2)掌握材料的成分-組織-性能之間的關系及變化規(guī)律 (3)掌握工程材料的性能特
3、點及應用場合。 (4)能夠在機械設計中合理地選擇材料。,第1章 材料的性能,,,使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、物理性能和化學性能。 工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。,神舟一號飛船,,,力學性能: 強度和塑性、硬度、韌性和疲勞強度; 物理性能: 密度、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性 和磁性； 化學性能：耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩(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，稱為變形。 外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形。 外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形
4、。,五萬噸水壓機,應力 = P/F0 應變 = (l-l0)/l0,1.1 強度,,拉伸實驗,OA：彈性變形 ABC：屈服 CD：塑性變形 DE：斷裂,1.2 材料的強度,,,圖2-3 鋼液形成的彎月面,,(1)比例極限； (2)彈性極限； (3)屈服強度； (4)抗拉強度； (5)斷裂強度；,退火低碳鋼的拉伸曲線,,1.3 彈性極限,圖2-5 結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了規(guī)定值，將會發(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 屈服強度和抗拉強度,屈服強度,抗拉強度,屈強比,屈強比越小，零件的可靠性越高；但太小，材料的有效利用率降低。,條件屈服強度0.2：殘余變形量為0.2%時的應力值。,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,斷后伸長率； 斷面收縮率； 一般斷后伸長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,,說明： 用斷面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。 直徑d0 相同時，l0，。只有當l0/d0 為常數(shù)時，塑性值才有可比性。 當l0=10d0 時，伸長率用 表示； 當l0=5
6、d0 時，伸長率用5 表示。顯然5 時，無頸縮，為脆性材料表征 < 時，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,,,,壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。 壓頭為硬質合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。,符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值, 符號后面的數(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測得的布氏硬度值為120。,布氏硬度壓痕,,,布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。 適于測量退火、正火、調質鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的b與HB之間的經(jīng)驗關系： 對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵： b(MPa)1HB或 b(MPa) 0.6(HB-40),洛氏硬度,,,洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。,,,符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。
8、,HRA用于測量高硬度材料, 如硬質合金、表淬層和滲碳層。 HRB用于測量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。 HRC用于測量中等硬度材料，如調質鋼、淬火鋼等。 洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。 缺點：測量結果分散度大。,維氏硬度,維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(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間。 根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度試驗 、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。 維氏硬度保留了布氏硬度 和洛氏硬度的優(yōu)點。,三、沖擊韌性,是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。,指標為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。,韌脆轉變溫度,材料
9、的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉變。發(fā)生韌脆轉變的溫度范圍稱韌脆轉變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉變溫度。,韌,體心立方金屬具有韌脆轉變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。,TITANIC,建造中的Titanic 號,TITANIC的沉沒與船體材料的質量直接有關,Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果,四、疲勞,材料在低于s的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 材料在規(guī)定次數(shù)應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。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,通過改善材料的形狀結構，減少表
10、面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強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：難熔金屬（鎢、鉬、釩 ）、易熔金屬（鉛、錫） 。 3、導電性：金屬的導電性較好，非金屬的導電性較差。 4、導熱性：材料傳導熱量的能力。 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：材料所具有的導磁性能。,材料的化學性能 1、耐腐蝕性：材料在介質中抵抗腐蝕的能力。 。 2、抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用的能力。 3、化學穩(wěn)定性：對材料耐腐蝕性和抗氧化性的綜合評價。,材料的工藝性能 1、鑄造性能：液態(tài)金屬的流動性、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：對刀具的磨損、斷屑能力及導熱性。 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。,
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