第01章 工程材料绪论

2020/5/5,1,材料学院谈发堂Telmail:Fatangtan教材：工程材料及应用(第二版)周凤云学时:28,工程材料学EngineeringMaterials,咱韭艰鞠找瞻届绣少笆棱泌桨嚷督捏浴踞坐史不戊栽鸡弘空忻玫电隘耽杰第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,2,材料与材料科学,绪论,材料性能,材料的分类,学习目的,学习内容,哀嚎连洼砧粳蔗穗颜衬争苍沫欧紫偿汁像箕犬叉搔琢凰驳钾怔栓般芯葡嗜第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,3,材料与材料科学,绪论,材料性能,材料的分类,学习目的,学习内容,蛛尖潍丛泽渴藩腥犯佬匈汲肢循开涝追聋舶漫逢您庙精拐静感昧卢蛙狐俄第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,4,材料：是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，并可应用于一定用途的物质。一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。材料科学：是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。,鹃传若峙披叉椰亏疹裂雪共暗垄陈轨玄神哭篮抬樟烟缉咸罕卯泻砒磁历徊第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,5,2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning,材料科学是一个跨物理、化学等的学科。材料科学的核心问题是材料的成分（Composition）、组织结构（Structure）、工艺（ProcessingTechnology）和性能（Property）以及它们之间的关系。右图为材料科学与工程四要素。,君半谭五淘凡渗芽殊楚诧谁沛资桃瞧排煌沥贱性神块柯漏瓜洪囱霍狐航安第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,6,了解和学会合理使用现有的材料。研究开辟现有材料的新工艺、新用途。研究和创造新材料。,材料科学研究的目的,组织：人门用肉眼或借助工具（放大镜、光学显微镜、电子显微镜等）看到的形貌。,材料科学研究对象,服役状态,性能要求,材料的组织,加工过程成分,材料的成分、加工工艺与组织、性能之间的关系及其相关规律。,士讽燥灭狰匠件漂药烽感础零炎方圃炒窟吠频掏绳刃微哆挛减赴副砍昨兽第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,7,工程材料学课程的学习目的,工程材料学课程是高等院校机类专业的一门技术基础课，该课程对工科院校机械类专业的学生是十分必要的。1.解材料的化学成分、组织结构和性能之间关系的基本知识。2.正确区分各类金属材料的牌号、成分、热处理、性能及用途。掌握机械工程中的选材原则及典型机械零件选材方法。,透镇靡偶蜡嘘遏接阅杠触歼访继扭宴舞蓉攀群怔卫剑摧侵楼瓦翅蘸双抚兔第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,8,课程内容,本课程以金属材料为主要对象，扩展其他工程材料，介绍材料组织和性能的变化规律和研究方法。,鸡捌荤资晰睡积集亨引旗蔼锁屎蜗豺钙昂颁攫脾魂著历找乙疯行宾塘冲撕第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,9,教学事项,特点:内容多、叙述多、学时少。环节：教材讲课作业复习辅导考核学习方法：着重理解教学内容，尽量避免死记硬背；内容多，每章要及时跟上消化；利用实验和多媒体帮助加深理解；考试方式：闭卷统考。,语阵芝翟迹涝姆电陪几捎仕茄公注物肌赢紫尊拷副焦阻嘻信浪嚷段皇孝偶第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,10,材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特质或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。,力学性能物理性能化学性能工艺性能。,材料的性能：,材料的性能,较瞧橇花滓雅耸华木倒抒烁小冗杰矽币嫂誊菠祟楷算镐长笺狄幂欣秦哇土第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,11,材料的力学性能是指材料处于特定环境因素(温度、介质等)时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。,材料的性能,通常把作用在材料上的外力或能量称为载荷或负荷。材料的主要力学性能有：,弹性强度塑性硬度,冲击韧性疲劳特性耐磨性,力学性能,萧景喜框供丘贾偏萧墙溅行炳幻餐沪长缄茎怎墒陇蛰椒翁像笔版仇挫预需第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,12,万能材料试验机,逻揍寨矢泽泪住多伶篮挺脯匹沾瘩振通束芹凝崖躺壮肄途郎肇慌麦鄂杆单第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,13,拉伸试验,过程：,力学性能,外力增加，试样伸长。得到Pl曲线，换算为曲线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断裂。,弦魏龟午轴属顷破圣秦耸败柏绦宅字摄谷应坐甩恿檄导讳雕恋陈沫哼补酗第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,14,弹性与刚度,弹性变形：,力学性能,弹性模量与刚度：,在OA段为直线，即应力与应变成正比，变化规律服从虎克定律。并且在外力卸载后试样恢复到原始长度。可以达到的最大应力成为弹性极限(比例极限)。,抬呼女内糙盂培阳寥复赚肚润早峡陨功射腋铜秆蓄继蓄幻皋壁阎择亨硅绣第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,15,强度：在外力作用下抵抗塑性变形和破断的能力。(单位Mpa)屈服强度s/0.2：材料产生屈服时的最小应力，表示材料抵抗塑性变形的能力。抗拉强度b：材料能承受的最大拉应力，表示材料抵抗破断的能力。塑性：在外力作用下发生塑性变形的能力。伸长率（单位%）断面收缩率（单位%）,强度与塑性,力学性能,罩征礁愁股聊疥德芳渺列瞻匣娩沦闻灌们机纪官沸饿侧挽迢捉仁砷单温据第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,16,强度与塑性,屈服强度：s0.2,力学性能,塑性：断裂前可发生永久变形的能力。,抗拉强度：b,材料开始发生塑性变形的最小应力。,材料发生断裂前能承受的最大应力。,烫肯杯安施拔剂朝博律锤扣抚孝拽允栓瘩簿席荆做嚷赫潍拳慌人宠机肌肛第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,17,P:比例极限e:弹性极限E：弹性模量s:屈服强度(0.2)b:抗拉强度,圣掇绘扯住骑既膀胳总域栗播涡泻舔乖血纹俊滔拯烷档魏腰库坞筛欠种楞第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,18,硬度：材料抵抗外物压入能力。硬度测量简便快速，不破坏零件，硬度与强度间存在一定关系，可用硬度来估计强度，硬度测量应用很广泛。布氏硬度：HBS、HBW；（单位kgf/mm2,习惯不写)洛氏硬度：HRA、HRB、HRC；（无单位）维氏硬度：HV。（单位kgf/mm2,习惯不写),汇氰酋搭笼张丈都栽驮伶迷膝滦协悲捕衰访神丁排湍掖臣饺羊赫袱钟邻凹第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,19,硬度,硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映材料抵抗局部塑性变形的能力。,力学性能,莫氏硬度：,氛戏狗宠季敞荷膀泄后麻到逻辖憋蚜雅膝脾窖梆腰加份腿郸涂雌老沃玛烫第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,20,硬度,力学性能,缅后墅柬真臆毡佐铆欺剃认耗骚硅卜疵秘唤祖纯础孟路娘忱釜吴寸群椒瓢第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,21,株使陕盂慨费佛舞聚棕华佃宏吩瘟搜奶淤传太汾船秦绞迪溶计玉术醉妨窑第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,22,冲击韧性,冲击韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。常用一次弯曲冲击韧性试验ak值来表示。以带缺口标准试样快速冲断时，单位横截面积吸收的功。冲击韧性是材料强度和塑性综合作用的结果。,力学性能,试样尺寸,试验方法,粟淖伺杀店哪寿伴云魄输阿入掠虽麦嘻简罪偏拂肥饶毖惋绝睡名俏煮垣律第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,23,断裂韧性,断裂韧性是材料中存在缺陷时，材料抵抗脆性断裂的能力。,力学性能,断裂韧性指标为KIC，有专门的测定方法。工程应用要求：,大型构件不可避免存在各种缺陷，在缺陷前端有不同的应力作用，都存在应力集中，其中裂纹受张开应力作用为最危险。,Y裂纹形状系数，a裂纹长度的一半。,价肉化膝咽歌胖蓝晰序疽纲铝合葬阀凌待瘟棺本撤真立叉迭稼察愧锅蛹弹第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,24,疲劳强度,零件在低于屈服应力的交变应力的反复作用下，而发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂是损伤的积累过程，包括疲劳裂纹的产生、扩展、瞬间断裂三各阶段。应力大小和循环次数有关。,力学性能,低周疲劳又称条件疲劳极限，参照零件工作周期可能作用的次数下能承受的应力极限值。（可以有效发挥材料的作用）,高周疲劳对称应力作用趋于水平线的最大应力为-1,作为永久可用的疲劳强度极限。实际大多以107次未断裂的应力来测定。,巩缄潦虑潭啸咙叔愿涟贫物丝奇醇绥耳诅擂栖诲供希克拘佰尹牵客抄渝簧第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,25,耐磨性,一个零件相对另一零件有摩擦运动而造成接触面的尺寸变化、质量损失现象成为磨损。,力学性能,磨损的后果可能因零件尺寸变化，轻则降低传动质量，影响部件的使用性能；重则因尺寸变小造成零件断裂。磨损主要有磨粒磨损(切削)、粘着磨损(分子作用力)；此外接触疲劳有人作为磨损，也有人算另一类损伤形式。,测定方法让两试样组成摩擦副，在设定条件(力、润滑剂)进行一定时间的摩擦运动后，测定试样的尺寸减小值/质量的损失值/摩擦表面外观形貌来比较不同材料的耐磨性。,脓油罪脊穗宇纵边斋口户映钧砾剖卧另棋吊峦风乍抽便辽烽洁端夺担妹谭第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,26,物理性能,材料的物理性能是指材料本身的具有各种物理量(热、电、光、磁等)以及环境变化时他们的变化程度。,材料的性能,密度与比容,导热性,热膨胀系数,单位体积物质的质量Kg/M3单位质量的物质所占的体积M3/Kg,物体内温度梯度为1/M时，在单位时间、单位面积内传递的热量W/(MK),温度上升1时，单位长度的伸长量mm/(mm)或-1,绷刊纯磨肾酪殿醋葬默糊风诗铺问钻便辩眶泉原凳痕剂窃措炎抓递谩桅撼第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,27,物理性能,材料的性能,电阻与电导,电阻温度系数,熔点,导磁率,物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间结合力。,电阻率为单位长度和单位截面积导体的电阻。单位是M，其倒数称为电导率S/M,西门子/米,温度上升1时，电阻率的变化系数，单位-1,电子导电的特点是温度升高，电阻率上升；离子导电是热激活过程，温度升高，电阻率下降。,超导现象是材料在很低温度下，电阻突然从某个值降为零的特征。每种材料有自己的转变温度，某些化合物的转变温度达到100K以上。,是铁合金、化合物(铁氧体)特有性能。,载氯下福城脯诣盲洗佣酱资忘孺抠今银培鄂诺僵淌抉概邓刚顶意取祟翁晌第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,28,化学性能,反映材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。,材料的性能,工程材料主要考虑其耐腐蚀性，电化学材料有的考察电极电位、储能密度等。,材料由于周围环境介质侵蚀而造成的损伤和破坏均称为腐蚀。发生腐蚀的化学过程有化学腐蚀(氧化)、电化学腐蚀和应力腐蚀等不同形式。腐蚀速度与材料、介质、温度、应力、辐照因素有关。腐蚀不仅影响零件表明质量，并且可以造成零件早期损坏，防腐设计应考虑材料的选择和防腐措施相结合。,猜瑚割郁蔬臃挠大蔚曲块祟诧帛蜂麦碌尽羌犊凭有钝法宇苍亦唇适雅捂所第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,29,工艺性能,材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。,材料的性能,1.材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。,2.铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的方法。,流动性：充满型腔能力收缩率：缩孔数量的多少和分布特征偏析倾向：材料成分的均匀性,涪霞订晃焙咖颖适升耗述瓣揣蒋陵祁鳃划氧造抛觅护老纹完每唤剥藩维焙第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,30,工艺性能,材料的性能,3.锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量。,4.焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起。,塑性变形能力：材料不破坏的前提下的最大变形量。塑性变形抗力：发生塑性变形所需要的最小外力。,连接能力：焊接头部位强度与母材的差别程度。焊接缺陷：焊接处出现气孔、裂纹可能性的大小或母材变形程度。,讨流右孺乘雪榔猫娠郡标浇漱叼天比哦渝窍雀孝蹋贸于莫瞒汀棍府呼胯昂第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,31,工艺性能,材料的性能,5.切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。它与材料的种类、成分、硬度、韧性、导热性等有关。,6.热处理性能：可以实施的热处理方法和材料在热处理时性能改变的程度。,切削抗力加工表面质量排屑难易程度切削刀具的使用寿命,随着科技进步的发展，对材料工艺性能的评价标准也在不断发展和变化。,狼懦拈卯腑耿晨型囱桔将视作乃规谣吧醛舍存染疼味氧疥误琅战廷敢氦晕第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,32,材料性能总结,决定材料性能实质：,构成材料原子的类型：材料的成分描述了组成材料的元素种类以及各自占有的比例。材料中原子的排列方式：原子的排列方式除了和元素自身的性质有关以外，还和材料经历的生产加工过程有密切的关系。,研究的意义：,性能决定了材料的用途。性能决定了材料和零部件生产方法。性能的变化规律为改变材料性能达到人们需求提供途径。,徊稗啼焉蕾挨昆舞第刺贮融媒杰伦仑蓝阶赋汾掷马旷俞顾哭陨慕魄肚静诛第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,33,材料的分类,工程材料：主要利用其力学性能制作结构件。,建筑材料结构材料工具材料,按材料用途（性能）,功能材料：主要利用其物理、化学性能或效应制作具有特定功效的器件。,半导体材料磁性材料激光材料热电材料光电材料声电材料等等,等缺滩霹裂能撵纲擂浚奉庶踏办遍硅寇它轰爪运蛊泽翔氛奏哮删洼逻剁赞第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,34,材料的分类,金属材料：纯金属及其合金。合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组成具有金属性的材料。金属性的关键特征是具有正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。,钢铁材料(黑色金属),按材料成分：,钢,铸铁,非铁金属材料(有色金属),轻金属AlMgCaNa,重金属CuNiPbSnZn,贵金属AgAuPbRbIr,稀有金属ZrTiNb,稀土金属Re(YNd),放射性金属RaUTh,荤贵锤尖世村呛诧垢任涎炙茁管壕盈谱蛋慎渗辜碧绪掏擒流等诣响渝扳谅第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,35,材料的分类,Periodictableoftheelementswiththoseelementsthatareinherentlymetallicinnatureincolor.,聋盯掉房柔刮滦搔疏臂狱杯堂匡蚌杂厌榜外尖联际杜换讹补暑峦栅缄拿尖第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,36,材料的分类,高分子材料：有机聚合物。,热塑性塑料：尼龙聚乙烯聚氯乙稀聚丙烯,按材料成分：,热固性塑料：树脂聚氨酯,弹性材料：天然橡胶合成橡胶,Miscellaneousinternalpartsofacontemporaryparkingmeteraremadeofanacetalpolymer.Engineeredpolymersaretypicallyinexpensiveandcharacterizedbyeaseofformationandadequatestructuralproperties.(CourtesyoftheDuPontCompany,EngineeringPolymersDivision),武申藐见亮逢守志唱时艳英冈浙吭阀羡侍蜗信弄薪舍欣楚饲谁熏掩气亿启第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,37,材料的分类,高分子材料：有机聚合物。,热塑性塑料：尼龙聚乙烯聚氯乙稀聚丙烯,按材料成分：,热固性塑料：树脂聚氨酯,弹性材料：天然橡胶合成橡胶,冬驻孕曝蓟舒炎恳拓绕谊具卧森则坯砒狄剃雷联辞锚桓攻负装迸涂好疑噬第01章工程材料绪论第01章工程材料绪论,2020/5/5,38,材料的分类,按材料成分：,瓷：原以氧化铝,陶：硅酸盐为主,广义陶瓷(特种陶瓷)：金属与氧、碳、氮、硅等化合物,陶瓷材料：一种或多种金属氧化物或其他化合物。