绪论第1章材料的种类与性能课件

1、绪论第1章材料的种类与性能适用于交通运输类绪论第1章材料的种类与性能总学时数：总学时数：40学时学时周学时数：周学时数：3 学时学时理论课时：理论课时：36学时学时实验课时：实验课时：4 学时学时机动课时：机动课时：2学时学时实验项目：实验项目：2 个个教教 学学 安安 排排绪论第1章材料的种类与性能1 遵守作息时间遵守作息时间2 遵守课堂纪律遵守课堂纪律3 有事请假有事请假4 按时、保质交作业按时、保质交作业5 按时参加实验课按时参加实验课要要 求求绪论第1章材料的种类与性能绪论绪论第第01章章 材料的种类与性能材料的种类与性能第第02章章 材料的组织结构材料的组织结构第第03章章 金属热处

2、理及表面改性金属热处理及表面改性第第04章章 钢材材料及其用途钢材材料及其用途第第05章章 非铁材料非铁材料第第06章章 铸造铸造第第07章章 压力加工压力加工第第08章章 焊接焊接第第09章章 切削加工基础知识切削加工基础知识第第10章章 零件表面的加工方法零件表面的加工方法第第11章章 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 第第12章章 现代制造技术及其发展趋势现代制造技术及其发展趋势教教 学学 内内 容容绪论第1章材料的种类与性能一、课程性质、目的及任务一、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、热本课程是研究

3、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。加工工艺的一门综合性课程。绪 论 本课程的主要任务：本课程的主要任务：使学生获得机械工程常用材料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。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。的关系，重点介绍各种加工方法的实质、特点和应用。 绪论第1章材料的种类与性能绪 论二、课程教学

4、基本要求二、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。范围；具有初步制定简

5、单零件的机械加工工艺过程的能力。 绪论第1章材料的种类与性能黄河镇河大铁牛黄河镇河大铁牛(唐开元唐开元12年铸年铸)青铜器青铜器石斧石斧 三、工具、机械设备的产生及发展三、工具、机械设备的产生及发展 文化传承与发展、战争文化传承与发展、战争 物质生活、精神生活需要物质生活、精神生活需要 科学研究需要科学研究需要MPaSFee0 尼龙齿轮尼龙齿轮 电缆电缆 滚动轴承滚动轴承 绪论第1章材料的种类与性能人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机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，提高劳械，其目的是为了减轻或替代人的劳动，提高劳动生产率。动生产率。捣米机捣米

6、机东汉时用水排以鼓风炼铁东汉时用水排以鼓风炼铁东汉张衡第一台地震仪东汉张衡第一台地震仪 “神舟神舟”五号飞行成功五号飞行成功超超7隐形战斗机隐形战斗机捣米机捣米机车床车床波音波音787绪论第1章材料的种类与性能产生不同的加工工艺和方法。产生不同的加工工艺和方法。表面加工方法表面加工方法绪论第1章材料的种类与性能产生不同的加工工艺和方法。产生不同的加工工艺和方法。铸造铸造热热处处理理压力加工压力加工焊接焊接绪论第1章材料的种类与性能第第1 1章章 材料的种类与性能材料的种类与性能1-1 1-1 材料的种类材料的种类材料的种类材料的种类按用途分类按用途分类按领域分类按领域分类按成分分类按成分分类金

7、金属属材材料料复复合合材材料料 非非金金属属材材料料机机械械工工程程材材料料信信息息工工程程材材料料建建筑筑工工程程材材料料生生物物工工程程材材料料结结构构材材料料工工具具材材料料功功能能材材料料工程材工程材料料绪论第1章材料的种类与性能绪论第1章材料的种类与性能1-2 1-2 材料的性能材料的性能静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能 变载荷下材料的力学性能变载荷下材料的力学性能材材料料性性能能材料的高温和低温性能材料的高温和低温性能材料的化学性能材料的化学性能 在液氮温度区在液氮温度区获（获（-196C以下）得超导以下）得超导电性的陶瓷材电性的陶瓷材料料 南极地区气温低，南极地区气温

8、低，年平均气温可低达年平均气温可低达-57.5。曾记录到。曾记录到全球地面的绝对最全球地面的绝对最低气温达低气温达-88.3。 绪论第1章材料的种类与性能1-2 1-2 材料的性能材料的性能静载荷静载荷下材料下材料的力学的力学性能性能 变载荷变载荷下材料下材料的力学的力学性能性能强强 度度 塑塑 性性 硬硬 度度 冲击韧性冲击韧性 断裂韧度断裂韧度 疲劳强度疲劳强度磨磨 损损绪论第1章材料的种类与性能1、静载荷时材料的力学性能、静载荷时材料的力学性能（1）强度）强度载荷的形式载荷的形式 强度：所谓强度是指零件在外载荷作用下抵强度：所谓强度是指零件在外载荷作用下抵抗断裂破抗断裂破坏坏或过大或过大

9、塑性变形塑性变形的能力。的能力。绪论第1章材料的种类与性能材料的强度用材料的强度用拉伸试验拉伸试验测定。测定。(a)原始试样原始试样 （b)拉伸后试样拉伸后试样 圆形拉伸试样圆形拉伸试样拉伸曲线拉伸曲线绪论第1章材料的种类与性能拉伸曲线、应力拉伸曲线、应力-应变曲线应变曲线拉伸曲线没有考虑到试样的尺寸误差。拉伸曲线没有考虑到试样的尺寸误差。应力应力：单位横截面：单位横截面积上的拉力，即积上的拉力，即MPaSF应变应变：单位长度的：单位长度的伸长量，即伸长量，即0ll绪论第1章材料的种类与性能弹性极限弹性极限e和弹性模量和弹性模量Ee点所对应的弹点所对应的弹性变形阶段的最性变形阶段的最大应力，称

10、为大应力，称为弹弹性极限性极限，以，以e表表示，单位示，单位MPa。ee弹性变形弹性变形：外载：外载荷去掉后可以恢荷去掉后可以恢复的变形。复的变形。绪论第1章材料的种类与性能Fe对应于对应于e点的外力，点的外力，N；S0试样的原始截面积，试样的原始截面积，mm2。ee弹性极限弹性极限e和弹性模量和弹性模量E绪论第1章材料的种类与性能材料在弹性变形范围内的材料在弹性变形范围内的应力应力与与应变应变的比值称为的比值称为弹性模量弹性模量。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量在工程上又称为刚度刚度。MPaGPaE/弹性极限弹性极

11、限e和弹性模量和弹性模量E绪论第1章材料的种类与性能胡克定律胡克定律当应力在比例极限以内时，应力与应变当应力在比例极限以内时，应力与应变成正比，即成正比，即=EE为比例常数，称为拉压弹性模量。钢的为比例常数，称为拉压弹性模量。钢的弹性模量弹性模量E=2.06105MPa。 = /E绪论第1章材料的种类与性能1GPa=1000MPa=1000 000KPa=1000 000 000Pa1MPa=1N/mm21Pa=1N/m21MPa=1000 000Pa绪论第1章材料的种类与性能屈服极限屈服极限sMPaSFbb0 Fs对应于对应于s点的外力，点的外力，N；S0试样的原始截面积，试样的原始截面积，

12、mm2。s点对应的应力值就是材料在外力作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用下开始发生塑性变形的最低应力值，称为值，称为屈服强度或屈服极限屈服强度或屈服极限。ss塑性变形塑性变形:外载荷去掉后不能恢外载荷去掉后不能恢复的变形。复的变形。绪论第1章材料的种类与性能屈服极限屈服极限s对于没有明显屈服点的材料，取产生对于没有明显屈服点的材料，取产生0.2%塑性变形时塑性变形时的变形应力值为该材料的屈服极限，称为的变形应力值为该材料的屈服极限，称为名义屈服极名义屈服极限限，用，用0.2表示。表示。绪论第1章材料的种类与性能强度极限强度极限b%100%100000 lllllk

13、kFb对应于对应于b点的外力，点的外力，N；S0试样的原始截面积，试样的原始截面积，mm2。试样试样拉断前拉断前所能承受的最大应力值，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即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积。始截面积。抗拉强度是材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是材料抵抗断裂的能力。bb绪论第1章材料的种类与性能拉压的强度条件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的最大应力必须小于材料的极限应力lim ，即，即 5%脆性材料脆性材料：伸长率：伸长率5%绪论第1章材料的种类与性能（3）硬度）硬度硬

14、度硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力，或材料表面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。抵抗变形的能力。硬硬度度布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度维氏硬度维氏硬度HBHRHV绪论第1章材料的种类与性能布氏硬度布氏硬度压头为压头为淬火钢球淬火钢球时用时用HBS表示，压头为表示，压头为硬质合金硬质合金球球时用时用HBW表示，单位为表示，单位为MPa。一定直径的球体一定直径的球体( (钢球或硬质合金钢球或硬质合金球球) )在一定载荷作用下压入试样表在一定载荷作用下压入试样表面，面，保持一定时间后保持一定时间后卸除载荷，卸除载荷，测量其压痕直径。布氏硬度值用测量其压痕直径。布氏硬度值用

15、球面压痕单位表面积上所承受的球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。平均压力来表示。绪论第1章材料的种类与性能洛氏硬度洛氏硬度根据压头和压力的不同，洛氏硬度有根据压头和压力的不同，洛氏硬度有HRC、HRB、HRA。将金刚石压头将金刚石压头(或钢球压头或钢球压头), 在先后施加两个载荷在先后施加两个载荷(预载荷预载荷F0和总载荷和总载荷F)的作用下压入金属表面。总载荷的作用下压入金属表面。总载荷F为预载荷为预载荷F0和主载荷和主载荷F1之和。卸去主载荷之和。卸去主载荷F1后后, 测量其残余压入深测量其残余压入深度度h, 用用h与与h0之差之差h来计算洛氏硬度值。来计算洛氏硬度值。h 越大越大

16、, 表示表示材料硬度越低。材料硬度越低。绪论第1章材料的种类与性能维氏硬度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，用查表得到硬度值，用HV表示。表示。绪论第1章材料的种类与性能2、其他载荷作用下的力学性能、其他载荷作用下的力学性能（1）冲击韧度）冲击韧度冲击韧度冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。是材料抵抗冲击载荷的能力。2/mJSAkk 冲击试样 绪论第1章材料的种类与性能冲击韧性的测定冲击韧性的测定，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测，常用

17、一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功定。测得试样冲击吸收功,用符号用符号 Ak 表示。用冲击表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积吸收功除以试样缺口处截面积 S0 , 即得到材料的冲即得到材料的冲击韧度击韧度 k。 许多机械零件和工具在工作中许多机械零件和工具在工作中, 往往要受到冲击载往往要受到冲击载荷的作用荷的作用, 如活塞销、锤杆、如活塞销、锤杆、冲模冲模和和锻模锻模等。等。 绪论第1章材料的种类与性能2、其他载荷作用下的力学性能、其他载荷作用下的力学性能（2）断裂韧度）断裂韧度断裂韧度断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力，用是材料抵抗裂纹扩展的能力，用KIc表示，单位表示，单位M

18、N/m3/2。断断裂裂韧韧度度材料中材料中存在的存在的缺陷缺陷夹杂物夹杂物气气 孔孔微裂纹微裂纹裂纹扩裂纹扩展的难展的难易程度易程度裂裂纹纹外力外力绪论第1章材料的种类与性能2、其他载荷作用下的力学性能、其他载荷作用下的力学性能（3）疲劳强度）疲劳强度交变载荷下工作交变载荷下工作工作时承受的应力小于屈服极限工作时承受的应力小于屈服极限零件的工零件的工作条件作条件绪论第1章材料的种类与性能2、其他载荷作用下的力学性能、其他载荷作用下的力学性能（3）疲劳强度）疲劳强度疲劳疲劳是零件在交变载荷的作用下，经过较长时间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。的工作而发生断裂的现象。

19、疲劳强度疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳能力的。是用来表征材料抵抗疲劳能力的。绪论第1章材料的种类与性能2、其他载荷作用下的力学性能、其他载荷作用下的力学性能（4）磨损）磨损黏着磨损黏着磨损磨粒磨损磨粒磨损腐蚀磨损腐蚀磨损磨磨损损绪论第1章材料的种类与性能3、材料的高温和低温性能、材料的高温和低温性能（1）高温性能）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变形的现象称为蠕变蠕变。绪论第1章材料的种类与性能3、材料的高温和低温性能、材料的高温和低温性能（2）低温性能）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。重时发生脆断。绪论第