绪论第1章材料的种类与性能.ppt

工程材料 与机械制造基础,适用于交通运输类,总学时数：40学时 周学时数：3 学时 理论课时：36学时 实验课时：4 学时 机动课时：2学时 实验项目：2 个,教 学 安 排,1 遵守作息时间 2 遵守课堂纪律 3 有事请假 4 按时、保质交作业 5 按时参加实验课,要 求,绪论 第01章 材料的种类与性能 第02章 材料的组织结构 第03章 金属热处理及表面改性 第04章 钢材材料及其用途 第05章 非铁材料 第06章 铸造 第07章 压力加工 第08章 焊接 第09章 切削加工基础知识 第10章 零件表面的加工方法 第11章 机械零件的结构工艺性 第12章 现代制造技术及其发展趋势,教 学 内 容,一、课程性质、目的及任务 本课程是一门专业基础课。 本课程是研究工程材料的性质、应用及金属冷、热加工工艺的一门综合性课程。,绪 论,本课程的主要任务：使学生获得机械工程常用材料和非金属材料的基础知识，能正确选择金属材料及热处理方法；学习机械零件常用加工的基础理论和方法。,本课程重点介绍金属材料的成分、组织及性能之间的关系，重点介绍各种加工方法的实质、特点和应用。,绪 论,二、课程教学基本要求 掌握钢铁的成分、组织和性能之间的关系；掌握常用工程材料的牌号、性能及应用；了解常用钢材热处理的基本理论和工艺方法；初步具有选择工程材料和热处理方法的能力。掌握选择毛坯和零件毛坯的结构工艺性；了解常用加工工艺的基本理论；了解常用加工工艺的工艺特点及应用范围；具有初步制定简单零件的机械加工工艺过程的能力。,黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸),青铜器,石斧,三、工具、机械设备的产生及发展 文化传承与发展、战争 物质生活、精神生活需要 科学研究需要,尼龙齿轮,电缆,滚动轴承,人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为了减轻或替代人的劳动，提高劳动生产率。,捣米机,东汉时用水排以鼓风炼铁,东汉张衡第一台地震仪,“神舟”五号飞行成功,超7隐形战斗机,捣米机,车床,波音787,产生不同的加工工艺和方法。,表面加工方法,产生不同的加工工艺和方法。,铸造,热处理,压力加工,焊接,第1章 材料的种类与性能,1-1 材料的种类,材料的种类,按用途分类,按领域分类,按成分分类,金属材料,复合材料,非金属材料,机械工程材料,信息工程材料,建筑工程材料,生物工程材料,结构材料,工具材料,功能材料,工程材料,1-2 材料的性能,静载荷下材料的力学性能,变载荷下材料的力学性能,材料性能,材料的高温和低温性能,材料的化学性能,在液氮温度区获（-196C以下）得超导电性的陶瓷材料,南极地区气温低，年平均气温可低达-57.5。曾记录到全球地面的绝对最低气温达-88.3。,1-2 材料的性能,静载荷下材料的力学性能,变载荷下材料的力学性能,强 度,塑 性,硬 度,冲击韧性,断裂韧度,疲劳强度,磨 损,1、静载荷时材料的力学性能,（1）强度,载荷的形式,强度：所谓强度是指零件在外载荷作用下抵抗断裂破坏或过大塑性变形的能力。,材料的强度用拉伸试验测定。,(a)原始试样 （b)拉伸后试样,圆形拉伸试样,拉伸曲线,拉伸曲线、应力-应变曲线,拉伸曲线没有考虑到试样的尺寸误差。,应力：单位横截面积上的拉力，即,应变：单位长度的伸长量，即,弹性极限e和弹性模量E,e点所对应的弹性变形阶段的最大应力，称为弹性极限，以e表示，单位MPa。,e,e,弹性变形：外载荷去掉后可以恢复的变形。,Fe对应于e点的外力，N； S0试样的原始截面积，mm2。,e,e,弹性极限e和弹性模量E,材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。,弹性模量表征材料产生弹性变形的难易程度。弹性模量在工程上又称为刚度。,弹性极限e和弹性模量E,胡克定律,当应力在比例极限以内时，应力与应变成正比，即,=E,E为比例常数，称为拉压弹性模量。钢的弹性模量E=2.06105MPa。, = /E,1GPa=1000MPa=1000 000KPa=1000 000 000Pa,1MPa=1N/mm2,1Pa=1N/m2,1MPa=1000 000Pa,屈服极限s,Fs对应于s点的外力，N； S0试样的原始截面积，mm2。,s点对应的应力值就是材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值，称为屈服强度或屈服极限。,s,s,塑性变形:外载荷去掉后不能恢复的变形。,屈服极限s,对于没有明显屈服点的材料，取产生0.2%塑性变形时的变形应力值为该材料的屈服极限，称为名义屈服极限，用0.2表示。,强度极限b,Fb对应于b点的外力，N； S0试样的原始截面积，mm2。,试样拉断前所能承受的最大应力值，即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积。,抗拉强度是材料抵抗断裂的能力。,b,b,拉压的强度条件,为了使零件有足够的强度，零件在载荷作用下的最大应力必须小于材料的极限应力lim ，即 lim 。,塑性材料： lim=s,脆性材料： lim=b,变形阶段,1)弹性阶段,2)屈服阶段,3)强化阶段,4)缩颈阶段,塑性材料，脆性材料。 塑性材料可能得不到强度极限b。随着应变的增加，名义应力加速上升，其原因是这时试样出现鼓形，且愈压愈扁，承载面积愈来愈大。,压缩,（2）塑性,断裂前材料产生塑性变形的能力称为塑性。用伸长率和断面收缩率 表示。,伸长率：表示试样断裂时的相对伸长量。,断面率 ：表示试样断裂后的相对收缩量。,（2）塑性,塑性材料：伸长率5%,脆性材料：伸长率5%,（3）硬度,硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力，或材料表面抵抗变形的能力。,硬度,布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度,HB,HR,HV,布氏硬度,压头为淬火钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球时用HBW表示，单位为MPa。,一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径。布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。,洛氏硬度,根据压头和压力的不同，洛氏硬度有HRC、HRB、HRA。,将金刚石压头(或钢球压头), 在先后施加两个载荷(预载荷F0和总载荷F)的作用下压入金属表面。总载荷F为预载荷F0和主载荷F1之和。卸去主载荷F1后, 测量其残余压入深度h, 用h与h0之差h来计算洛氏硬度值。h 越大, 表示材料硬度越低。,维氏硬度,将正四棱锥体的金刚石压头压入试样表面，再测量压痕对角线长度，根据所加压力和对角线平均长度查表得到硬度值，用HV表示。,2、其他载荷作用下的力学性能,（1）冲击韧度,冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。,冲击试样,冲击韧性的测定，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功,用符号 Ak 表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 S0 , 即得到材料的冲击韧度 k。,许多机械零件和工具在工作中, 往往要受到冲击载荷的作用, 如活塞销、锤杆、冲模和锻模等。,2、其他载荷作用下的力学性能,（2）断裂韧度,断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力，用KIc表示，单位MN/m3/2。,断裂韧度,材料中存在的缺陷,夹杂物,气 孔,微裂纹,裂纹扩展的难易程度,裂纹,外力,2、其他载荷作用下的力学性能,（3）疲劳强度,交变载荷下工作,工作时承受的应力小于屈服极限,零件的工作条件,2、其他载荷作用下的力学性能,（3）疲劳强度,疲劳是零件在交变载荷的作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。,疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳能力的。,2、其他载荷作用下的力学性能,（4）磨损,黏着磨损,磨粒磨损,腐蚀磨损,磨损,3、材料的高温和低温性能,（1）高温性能,材料在长时间的恒温、恒应力作用下，产生缓慢的塑性变形的现象称为蠕变。,3、材料的高温和低温性能,（2）低温性能,随着温度的下降，多数材料会出现脆性增加的现象，严重时发生脆断。,本章小结,强度,塑性,硬度,弹性极限e,屈服极限s,强度极限b,伸长率,断面收缩率,布氏硬度HB,洛氏硬度HR,维氏硬度HV,静载荷下的力学性能,本章小结,冲击韧度,断裂韧度,磨损,黏着磨损,磨粒磨损,腐蚀磨损,动载荷下的力学性能,疲劳强度,本章小结,材料的高温、低温性能,材料的化学性能,P7 1，2，3，4,