工程领域对材料性能的要求

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,兰州理工大学技术工程学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,单击此处编辑母版标题样式,*,金属材料与热处理,材料性能、应用与选择,绪 论,一、材料与人类、材料与现代工程,材料对于人类历史发展的贡献：,作为历史阶段的标志,旧石器时代,新石器时代,青铜器时代,铁器（钢铁）时代,（现代）电子材料或新材料时代（？）,二、现代工程与材料,见 下 图,当代文明的三大支柱：,材料,能源,信息,+,（近年）生命科学（生物工程）,全球新技术革命的重要标志：,新材料技术、新能源技术、信息技术和生物技术,F-14,飞机,F-117,隐形战斗机,C-130,运输机,航天飞机,导 弹,轿车部分,零,零部件成,形,形方法及,材,材料,三、机械,专,专业学生,与,与材料,未来的工,程,程技术人,员,员、研发,人,人员和管,理,理人员,从事工作,：,：,机械设计,、,、制造、,维,维护等,（,（要进行,选材、用,材,材）提,出,出技术要,求,求材料,选择备,料,料热、,冷,冷加工,适,适当的热,处理精,加,加工成,品,品检验,使用。,四、课程,性,性质、主,线,线与内容,课程性质,：,：,机类专业,技,技术基础,课,课,课程主线,：,：,工程要求力学及其,他,他负荷特,征,征,对应的材,料,料性能材料选择材料,成型加工,特,特征、提,高,高材料性,能,能的热,处理与表,面,面处理常,见,见,工,工,程,程,材,材,料,料,及,及,其,典,典,型,型,应,应,用,用,。,。,必,须,须,掌,掌,握,握,：,：,材,料,料,特,特,征,征,、,、,性,性,能,能,（,（,第,第,1,2,章,）,）,材,料,料,的,的,加,加,工,工,性,性,及,及,加,加,工,工,中,中,的,的,性,性,能,能,变,变,化,化,（,（,第,第,3,4,章,）,）,材,料,料,的,的,具,具,体,体,应,应,用,用,（,（,第,第,5,14,章,）,）,关,键,键,：,：,具,体,体,工,工,况,况,（,（,应,应,用,用,）,）,下,下,正,正,确,确,、,、,科,科,学,学,合,合,理,理,选,选,材,材,和,和,确,确,定,定,加,加,工,路,路,线,线,与,与,应,应,用,用,。,。,例,1,：吊,重,重,物,物,（,（,25t,）,（,1,）,若,若,用,用,铸,铸,铁,铁,杆,杆,，,，,需,需,截,截,面,面,25.4,25.4mm,，,单,单,位,位,杆,杆,长,长,的,的,重,重,量,量,5.95kg/m,。,（,2,）,若,若,用,用,钢,钢,杆,杆,，,，,需,需,截,截,面,面,14.2,14.2mm,，,单,单,位,位,杆,杆,长,长,的,的,重,重,量,量,2.00kg/m,。,（,3,）,若,若,用,用,芳,芳,纶,纶,纤,纤,维,维,，,，,需,需,截,截,面,面,7.62,7.62mm,，,单,单,位,位,杆,杆,长,长,的,的,重,重,量,量,0.093kg/m,。,综,合,合,考,考,虑,虑,：,：用,钢,钢,丝,丝,绳,绳,（,（,兼,兼,有,有,高,高,强,强,度,度,、,、,柔,柔,软,软,性,性,、,、,长,长,寿,寿,命,命,及,及,价,价,格,格,）,）,例,2,：各,种,种,刀,刀,具,具,、,、,齿,齿,轮,轮,、,、,主,主,轴,轴,；,；,用,用,什,什,么,么,材,材,料,料,为,为,佳,佳,，,，,如,如,何,何,加,工,工,处,处,理,理,？,？,课,程,程,与,与,教,教,材,材,特,特,色,色,：,：立,足,足,工,工,程,程,实,实,际,际,、,、,面,面,向,向,应,应,用,用,，,，,充,充,分,分,体,体,现,工,工,程,程,性,性,。,。,工,程,程,领,领,域,域,对,对,材,材,料,料,性,性,能,能,的,的,要,要,求,求,兰,州,州,理,理,工,工,大,大,学,学,材,材,料,料,科,科,学,学,与,与,工,工,程,程,学,学,院,院,第,1,章,第,一,一,篇,篇,工,程,程,材,材,料,料,的,的,性,性,能,能,和,和,基,基,本,本,特,特,征,征,本,章,章,主,主,要,要,内,内,容,容,1.1,工,程,程,构,构,件,件,与,与,机,机,械,械,零,零,件,件,所,所,受,受,各,各,种,种,负,负,荷,荷,概,概,述,述,1.2,工,程,程,设,设,计,计,制,制,造,造,所,所,需,需,要,要,的,的,材,材,料,料,力,力,学,学,性,性,能,能,1.3,工,程,程,设,设,计,计,制,制,造,造,所,所,需,需,的,的,材,材,料,料,理,理,化,化,性,性,能,能,1.5,工,程,程,材,材,料,料,的,的,类,类,型,型,及,及,主,主,要,要,特,特,征,征,1.4,工,程,程,材,材,料,料,的,的,加,加,工,工,工,工,艺,艺,性,性,能,能,负,荷,荷,零,零,件,件,可,可,能,能,产,产,生,生,各,各,种,种,损,损,伤,伤,（,（,严,严,重,重,时,时,）,）,失,失,效,效,1.1.1,力,学,学,负,负,荷,荷,（,（,mechanicalload,）,加,载,载,形,形,式,式,：,：拉,伸,伸,与,与,压,压,缩,缩,、,、,剪,剪,切,切,、,、,扭,扭,转,转,、,、,弯,弯,曲,曲,、,、,以,以,及,及,组,组,合,合,加,加,载,载,(,如,车,车,床,床,主,主,轴,轴,),。,效,应,应,：,：变,形,形,严,严,重,重,时,时,破,破,坏,坏,（,（,断,断,裂,裂,等,等,）,）,。,。,交变载荷：周期性变化，如齿轮,冲击载荷：瞬时加载，如锤击,静载荷,动载荷,载荷性质,1.1,工,程,程,构,构,件,件,与,与,机,机,械,械,零,零,件,件,所,所,受,受,各,各,种,种,负,负,荷,荷,概,概,述,述,图,1-1,受,力,力,杆,杆,件,件,图,图,1-2,铆,钉,钉,联,联,结,结,图,1-3,方,向,向,盘,盘,图,1-4,火,车,车,轮,轮,轴,轴,图,1-5,周,期,期,变,变,动,动,载,载,荷,荷,示,示,意,意,图,图,(a),交,变,变,载,载,荷,荷,(b),重,复,复,载,载,荷,荷,(c),随,机,机,变,变,动,动,载,载,荷,荷,（,a,）,（,（,b,）,(c),温,度,度,因,因,素,素,（,（,temperatureeffects,）,：,：高,温,温,、,、,低,低,温,温,、,、,热,热,冲,冲,击,击,。,。,（,1,）,T,，,材,材,料,料,强,强,度,度,（,2,）,高,高,温,温,下,下,材,材,料,料,强,强,度,度,随,随,加,加,载,载,时,时,间,间,延,延,长,长,而,而,降,降,低,低,T0.3Tm,，,很,很,小,小,应,应,力,力,下,下,的,的,缓,缓,慢,慢,变,变,形,形,（,3,）,温,温,度,度,反,反,复,复,变,变,化,化,，,，,产,产,生,生,热,热,应,应,力,力,（,4,）,急,急,热,热,急,急,冷,冷,产,产,生,生,的,的,热,热,振,振,或,或,热,热,冲,冲,击,击,（,5,）,温,温,度,度,交,交,替,替,变,变,化,化,，,，,次,次,数,数,较,较,多,多,引,引,起,起,热,热,疲,疲,劳,劳,（,6,）,低,低,温,温,下,下,的,的,材,材,料,料,脆,脆,化,化,1.1.2,热,负,负,荷,荷,产,生,生,物,物,理,理,、,、,化,化,学,学,作,作,用,用,；,；,摩,摩,擦,擦,磨,磨,损,损,及,及,老,老,化,化,等,等,腐,腐,蚀,蚀,作,作,用,用,：,：,化,学,学,腐,腐,蚀,蚀,、,、,电,电,化,化,学,学,腐,腐,蚀,蚀,和,和,物,物,理,理,溶,溶,解,解,（,（,详,详,细,细,情,情,况,况,和,和,选,选,材,材,见,见,第,第,12,章,）,）,。,。,摩,摩,擦,擦,磨,磨,损,损,作,作,用,用,：,：,接,触,触,零,零,件,件,间,间,相,相,对,对,运,运,动,动,时,时,发,发,生,生,摩,摩,擦,擦,，,，,零,零,件,件,在,在,摩,摩,擦,擦,过,过,程,程,中,中,其,其,表,表,面,面,发,发,生,生,尺,尺,寸,寸,变,变,化,化,和,和,物,物,质,质,耗,耗,损,损,的,的,现,现,象,象,，,，,磨,磨,损,损,引,引,起,起,功,功,和,和,能,能,消,消,耗,耗,、,、,噪,噪,声,声,等,等,。,。,磨,磨,损,损,是,是,零,零,件,件,表,表,面,面,材,材,料,料,的,的,逐,逐,渐,渐,失,失,去,去,，,，,常,常,见,见,类,类,型,型,有,有,黏,黏,着,着,磨,磨,损,损,、,、,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,、,、,腐,腐,蚀,蚀,磨,磨,损,损,和,和,表,表,面,面,疲,疲,劳,劳,磨,磨,损,损,。,。,1.1.3,环,境,境,介,介,质,质,的,的,作,作,用,用,老,老,化,化,作,作,用,用,（,（,degradation,）,各,种,种,环,环,境,境,因,因,素,素,作,作,用,用,下,下,材,材,料,料,性,性,能,能,的,的,逐,逐,渐,渐,退,退,化,化,、,、,变,变,坏,坏,，,，,最,最,终,终,丧,丧,失,失,使,使,用,用,价,价,值,值,的,的,现,现,象,象,。,。,例,例,轮,轮,胎,胎,龟,龟,裂,裂,、,、,发,发,粘,粘,，,，,塑,塑,料,料,变,变,硬,硬,变,变,脆,脆,。,。,老,化,化,的,的,环,环,境,境,因,因,素,素,：,：温,度,度,、,、,日,日,光,光,、,、,电,电,、,、,辐,辐,射,射,、,、,应,应,力,力,、,、,化,化,学,学,介,质,质,等,等,。,。,一,、,、,整,整,机,机,性,性,能,能,、,、,零,零,部,部,件,件,性,性,能,能,与,与,材,材,料,料,性,性,能,能,材,料,料,的,的,强,强,度,度,及,及,其,其,它,它,力,力,学,学,性,性,能,能,零,部,部,件,件,尤,尤,其,其,关,关,键,键,件,件,的,的,强,强,度,度,机,器,器,的,的,性,性,能,能,在,合,合,理,理,设,设,计,计,制,制,造,造,基,基,础,础,上,上,零件 部件 机器,如,变,变,速,速,器,器,、,齿,齿,轮,轮,箱,箱,如,齿,齿,轮,轮,、,、,螺,螺,钉,钉,如,机,机,床,床,1.2,工程设,计,计制造,所,所需要,的,的的材,料,料性能,(1),拉伸试,验,验和应,力,力,应变曲线,弹性变,形,形,塑性变,形,形,断裂,(2),弹性和,刚,刚度,e,弹性极,限,限,弹性零,件,件的设,计,计依据,EE,/E,称为材,料,料的刚,度,度,弹性模,量,量的比,较,较：陶瓷,金,金属,高分,子,子材料,。,。,工程应,用,用：,要求低,E,（易弹,性,性变形,且,且变形,能,能力大,）,），如,沙,沙发垫,子,子。,要求高,E,（保持,固,固有形,状,状能力,强,强），,如,如主轴,，,，钻,杆,杆。,要求,E,比刚度,（,（,E/,）大（,轻,轻而不,易,易变形,）,），如,航,航空航,天,天,碳纤维,复,复合材,料,料,Ti,合金,Al,合金,钢铁,等,等。,1.2.2,工程材,料,料的力,学,学性能,（,a,）低碳,钢,钢的应,力,力,-,应变曲,线,线,（,（,b,）原始,及,及拉断,试,试样,图,1-6,低碳钢,的,的应力,-,应变图,(3),强度、,塑,塑性和,黏,黏弹性,强度,材料抵,抗,抗变形,和,和