机械工程材料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,课程类型：本科学位课,机械工程材料,MATERIALS FOR,MECHANICAL ENGINEERING,教 材：吕烨 王丽凤主编 机械工程材料 高等教育出版社,参考教材：沈莲主编 机械工程材料（第,3,版）,机械工业出版社,朱张校主编 工程材料 清华大学出版社,学 时：,48,什么是材料？,材料是人类社会所能接受的、可经济地制造,有用物品的物质，它是人类生产和生活的物质基础。其中用于机械工程领域的材料称为机械工程材料。,机械工程固体材料的分类：,高分子材料,High polymer,陶瓷材料,Ceramics,复合材料,Compisites,金属材料,Metals,功能材料,Functional materials,绪 论,工程材料的重要性,1.,社会进步的重要标志,2.,现代社会的重要支柱,3.,机械工程的物质基础,材料的发展史，就是人类社会的发展史,。,石器时代 陶器时代青铜器时代铁器时代,材料的发展史,现代社会的三大支柱,能源,信息,材料,生物工程,信息技术,新材料科学,20,世纪,90,年代,21,世纪初,材料,人类社会发展的里程碑,！,新材料,现代科学技术和社会发展的基础和支柱！,学习本课程的目的,(1),熟悉工程材料的基本知识、基本理论。,(2),掌握材料的成分,-,组织,-,性能之间的关系,及变化规律,(3),掌握,工程材料的性能特点及应用场合,。,(4),能够在机械设计中合理地选择材料。,第,1,章 材料的性能,使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。,工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。,神舟一号飞船,力学性能,:,强度和塑性、硬度、韧性和疲劳强度,;,物理性能,:,密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性 和磁性；,化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性；,工艺性能：铸造特性、锻压特性、焊接性和切削加工 性能；,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。,外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。,外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,五万吨,水压机,低碳钢的应力,-,应变曲线,拉伸试样,拉伸试验机,应力,=,P,/,F,0,应变,=(,l,-,l,0,)/,l,0,1.1,强度,拉伸实验,OA,：弹性变形,ABC,：屈服,CD,：塑性变形,DE,：断裂,1.2,材料的强度,图,2-3,钢液形成的弯月面,(1),比例极限；,(2),弹性极限；,(3),屈服强度；,(4),抗拉强度；,(5),断裂强度；,退火低碳钢的拉伸曲线,1.3,弹性极限,图,2-5,结晶器弯月面渣圈示意图,弹性变形的最大 拉力,初始横截面积,弹性变形能,u,1.4,刚度,材料受力时抵抗变形的能力,如果零件刚度不足，在一定载荷下，零件的弹性变形值超过了规定值，将会发生失效。,可采取的措施：,(1),选用弹性模量,E,较高的材料。,(2),增大零件横截面,E,值取决于材料的本性。随温度的升高而降低。（单位：,MPa,）,弹性模量,1.5,屈服强度和抗拉强度,屈服强度,抗拉强度,屈强比,屈强比越小，零件的可靠性越高；但太小，材料的有效利用率降低。,s,0.2,条件屈服强度,0.2,：,残余变形量为,0.2%,时的应力值。,1.6,材料的塑性,材料在断裂前产生最大塑性变形的能力,断后伸长率；,断面收缩率；,一般,断后伸长率和断面收缩率越大，材料的塑性越好,。,断裂后,拉伸试样的颈缩现象,说明：,用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。,直径,d,0,相同时，,l,0,，,。,只有当,l,0,/d,0,为常数时，塑性值才有可比性。,当,l,0,=10d,0,时，伸长率用,表示；,当,l,0,=5d,0,时，伸长率用,5,表示。显然,5,时，无颈缩，为脆性材料表征,时，有颈缩，为塑性材料表征,1.7,材料的硬度,材料抵抗局部变形、划痕或压痕的能力。,测试材料硬度的常用方法,布氏硬度；,洛氏硬度；,维氏硬度；,布氏硬度,HB,布氏硬度计,压头为钢球时，布氏硬度用符号,HBS,表示，适用于布氏硬度值在,450,以下的材料。,压头为硬质合金球时，用符号,HBW,表示，适用于布氏硬度在,650,以下的材料。,符号,HBS,或,HBW,之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径,、,载荷及载荷保持时间。如,120HBS10/1000/30,表,示直径为,10mm,的钢球在,1000kgf,（,9.807kN,）,载荷作用下保持,30s,测得的布氏硬度值为,120,。,布氏硬度压痕,布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。,缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。,适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。,材料的,b,与,HB,之间的经验关系：,对于低碳钢,:,b,(MPa),3.6HB,对于高碳钢：,b,(MPa),3.4HB,对于铸铁：,b,(MPa),1HB,或,b,(MPa,),0.6(HB-40),HB,b,(MPa,),钢,黄铜,球墨铸铁,洛氏硬度,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,洛氏硬度计,洛氏硬度用符号,HR,表示，,HR=,k,-(,h,1,-,h,0,)/0.002,根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为,A,、,B,、,C,。,符号,HR,前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。,HRA,用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层,。,HRB,用于测量低硬度材料,如有色金属和退火,、,正火钢等。,HRC,用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。,洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。,缺点：测量结果分散度大。,钢球压头与金刚石压头,洛氏硬度压痕,维氏硬度,维氏硬度计,维氏硬度试验原理,维氏硬度压痕,维氏硬度用符号,HV,表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。,根据载荷范围不同，规定了三种测定方法,维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。,维氏硬度保留了布氏硬度,和洛氏硬度的优点。,小负荷维氏硬度计,显微维氏硬度计,三、冲击韧性,是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。,指标为冲击韧性值,a,k,(,通过,冲击实验,测得,),。,韧脆转变温度,材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变,温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。,韧,体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。,TITANIC,建造中的,Titanic,号,TITANIC,的沉没与船体材料的质量直接有关,Titanic,号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果,Titanic,近代船用钢板,四、疲劳,材料在低于,s,的,重复交变应力作用下发生断裂的现象。,材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用,-1,表示。,钢铁材料规定次数为,10,7,，有色金属合金为,10,8,。,疲劳应力示意图,疲劳曲线示意图,疲劳断口,通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。,轴的疲劳断口,疲劳辉纹（扫描电镜照片,）,材料的物理性能,1,、密度：重金属（铁、铅、钨）、轻金属（铝、镁、钛）。,2,、熔点：难熔金属（钨、钼、钒）、易熔金属（铅、锡）。,3,、导电性：金属的导电性较好，非金属的导电性较差。,4,、导热性：材料传导热量的能力。,5,、热膨胀性：材料随着温度的变化发生的体积变化的现象,6,、磁性：材料所具有的导磁性能。,材料的化学性能,1,、耐腐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。,2,、抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。,3,、化学稳定性：对材料耐腐蚀性和抗氧化性的综合评价。,材料的工艺性能,1,、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。,2,、锻造性能：成型性与变形抗力。,3,、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。,4,、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。,5,、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。,