一、工程材料的基本知识.ppt

【主要内容】1金属材料的力学性能(1)强度(屈服强度、抗拉强度、塑性)(2)硬度(3)冲击韧性(4)疲劳强度和蠕变强度2铁碳合金相圈(1)铁碳合金的基本组织(2)含碳量对铁碳含金组织与性能的影响(3)合金相图的应用【考核内容】1.金属材料的力学性能2.铁碳合金相图【考核要求】1.了解材料的力学性能和各状态的组织结构。2.掌握金属的强度、硬度、韧性，并能够判断出金属的机械性能的优劣。3掌握铁碳合金相图。,第一章、工程材料的基本知识,材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。,复合材料,工程材料,金属材料,陶瓷材料,高分子材料,非金属材料,黑色金属,有色金属,金属复合材料,非金属复合材料,2.工艺性能,1.1金属材料,材料的主要性能是指:,1.使用性能,（1）力学性能强度、塑性、硬度,（2）物理性能密度、熔点、导电性,（3）化学性能耐酸碱性、抗氧化性。,加工成形的性能,材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。,第一节材料的力学性能,力学性能材料在外力作用下所表现出的特性。,一、外力作用下材料的变形,作用在机件上的外力载荷,F=F,（MPa）,外力内力应力,静载荷,动载荷,=F/S,（1）弹性变形：,材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。,1.两种基本变形,（2）塑性变形:,材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。,拉伸实验,k,b,b极限载荷点,F,e,e弹性极限点,s,S屈服点,K断裂点,拉伸曲线,F,F,L,缩颈,o,第一节材料的力学性能,1强度：,当es时，材料将产生明显的塑性变形。,条件屈服强度:,0.2=F0.2/S0（MPa）,材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,（1）屈服强度（S）,指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。,S=Fs/S0（MPa）,屈服强度是塑性材料选材和评定的依据。,第一节材料的力学性能,k,b,F,e,s,0.2%,b,b=Fb/S0（MPa）,（2）抗拉强度（b）,抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。,它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。,抗拉强度是脆性材料选材的依据。,第一节材料的力学性能,常用和作为衡量塑性的指标。,伸长率：,材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。,断面收缩率:,P,P,L,良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。,2.塑性,第一节材料的力学性能,4硬度,是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。,(1)布氏硬度（HB）：,F,第一节材料的力学性能,布氏硬度适用HB450,F,1200,HRC:HB=1：10,第一节材料的力学性能,5冲击韧性(Ak),AK=G（H1H2）（J）ak=AK/S（J/m2）,硬度b与强度HB的关系低碳钢：b3.6HB高碳钢：b3.4HB调质合金钢：b3.25HB,材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。,在冲击载荷下工作的零件，往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。,第一节材料的力学性能,6疲劳强度(-1),材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。,循环基数,钢：,据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。,有色金属：,第一节材料的力学性能,7、几种常用金属材料的力学性能,第一节材料的力学性能,力学性能,三、力学性能与失效形式的关系,失效形式,断裂塑性变形过量弹变磨损,状态图表示合金系的成分、温度、组织、状态之间关系的图表。,第二节铁碳合金状态图,一、什么是状态图,1538,1394,912,（成分）,二、状态图的作用,是研究合金的成分、温度、组织、状态之间变化规律的工具。,A,E,S,P,Q,G,K,D,4.3,2.06,0.77,0.02,1147,1538,727,P,L,A,F,三、铁碳合金状态图,912,C,6.67,F,A纯铁的熔点。,DFe3C的熔点。,1.状态图上点的意义,EC在-Fe中的最大溶解度点。11472.06%C钢和铁的分界点。,Le,第二节铁碳合金状态图,C共晶点，11474.3%C,共晶点发生共晶反应的点。,共晶反应在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。,共晶反应的产物共晶体机械混合物,G纯铁的同素异晶转变点。912,PC在-Fe中的最大溶解度点。7270.02%C,第二节铁碳合金状态图,S共析点。7270.77%,共析反应在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出不同成分的另外两个固相的反应。,共析反应的产物共析体机械混合物,第二节铁碳合金状态图,2.状态图上线的意义,AECF线固相线,ACD线液相线,AEA析出终了线ECF共晶线1147,AC析出ACD析出Fe3C,A,L+,Fe3C,L+,F,+A,A+,A+Le,Le+Fe3C,第二节铁碳合金状态图,ES线C在-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3C,（1）单相区：L、F、A、Fe3C（2）两相区：L+A、L+Fe3C、A+F、F+Fe3C（3）三相区：L+A+Fe3C、A+F+Fe3C,GS线溶解度曲线AF,GP线F析出终了线。,PSK线共析线727,PQ线碳在-Fe中的溶解度曲线。,第二节铁碳合金状态图,室温组织：F+P,四铁碳合金状态图分析1亚共析钢的结晶过程1点以上L12L23A+L34A45A+F5点AP5点以下P+F,亚共析钢的结晶过程,第二节铁碳合金状态图,室温组织:P,2共析钢（T8钢）1点以上L12LA23A3点AP3点以下P,共析钢的结晶过程,第二节铁碳合金状态图,室温组织：P+Fe3C（网状）,过共析钢的结晶过程,3过共析钢（T10)1点以上L12L+A23A34A+Fe3CII4点AP4点以下P+Fe3CII,第二节铁碳合金状态图,4亚共晶铸铁,第二节铁碳合金状态图,室温组织P+Fe3CII+Le,1点以上L12A+L2点共晶反应23A+Fe3CII+Le3点共析反应3点以下P+Fe3CII+Le注明：Fe3CII二次渗碳体Le高温莱氏体Le低温莱氏体,第二节铁碳合金状态图,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,F+P,P+Fe3C,3,Le,P+Fe3C+Le,2,F