《工程材料 第1章-材料的种类与性能课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料 第1章-材料的种类与性能课件（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 材料的种类与性能,材料的种类 工程上所用的各种金属材料、非金属材料和复合材料统称为工程材料。 按材料用途分：建筑材料、电工材料、结构材料等。 按结晶状态分：单晶体材料、多晶体材料及非晶材料。 按物理性能和物理效应分：半导体材料、磁性材料、激光材料、热电材料、光电材料等。 按化学成分、结合键特点分：金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料等。,2020/8/31,1,工程材料与热加工工艺基础,金属材料,2020/8/31,2,工程材料与热加工工艺基础,高分子材料,2020/8/31,3,工程材料与热加工工艺基础,陶瓷材料,陶瓷：以天然硅酸盐或人工合成化合物为原料，经粉碎、配制、成形和高温
2、烧结而成的无机非金属材料。 陶瓷分类 按原料来源分：传统陶瓷和特种陶瓷 按化学成分分：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等 按性能分：高强度陶瓷、耐磨陶瓷、高温陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、光学陶瓷等。 按用途分：日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工耐腐蚀陶瓷、多孔陶瓷、过滤用陶瓷。,2020/8/31,4,工程材料与热加工工艺基础,复合材料,采用两种或多种物理和化学性能不同的材料，制成一种多相固体材料，称之为复合材料。 复合材料由基体材料和增强剂复合而成。 复合材料既保有组成材料的各自特性，又具有组成后的新特性。,2020/8/31,5,工程材料与热加工工艺基础,材料的性能,两方面,材料使用性
3、能,材料工艺性能,力学性能（强度、塑性韧性等） 物理性能（光、热、电、磁等） 化学性能（氧化、腐蚀等） 生物性能（相容性、自恢复性等）,加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）,2020/8/31,6,工程材料与热加工工艺基础,力学性能指材料在外力（载荷）作用时表现出来的性能。 指标：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 材料力学性能是零件设计、选材和工艺评定的主要依据,(a)拉伸 （b)压缩 （c)弯曲 （d)剪切 （e)扭转 载荷的形式,力学性能,2020/8/31,7,工程材料与热加工工艺基础,静载时材料的力学性能,强度 强
4、度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 强度分抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。 使用中一般以抗拉强度作为基本强度指标，简称强度，单位MPa。,2020/8/31,8,工程材料与热加工工艺基础,材料的强度用拉伸试验测定 圆形拉伸试样,2020/8/31,9,工程材料与热加工工艺基础,静拉伸试验 圆形拉伸试样,拉伸试验机,2020/8/31,10,工程材料与热加工工艺基础,拉伸试样的颈缩现象,2020/8/31,11,工程材料与热加工工艺基础,拉伸曲线,2020/8/31,12,工程材料与热加工工艺基础,2020/8/31,13,工程材料与热加工工艺基础,金属材料的强度指标根据其变形
5、特点分下列几个： 弹性极限（e） 表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。 屈服点（ s） 表示金属开始发生明显塑性变形的抗力，铸铁等材料没有明显的屈服现象，则用条件屈服点（ 0.2 ）来表示：产生0.2%残余应变时的应力值。 强度极限(抗拉强度b ) 表示金属受拉时所能承受的最大应力。,2020/8/31,14,工程材料与热加工工艺基础,弹性模量 弹性模量E衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。工程上常把它叫做材料的刚度。它是应力和应变的比值。 弹性模量E主要决定于材料本身，是金属材料最稳定的性能之一。,2020/8/31,15,工程材料与热加工工艺基础,塑性 断
6、裂前材料产生永久变形的能力称为塑性, 用伸长率和断面收缩率来表示。 伸长率（） 在拉伸试验中, 试样拉断后, 标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。 断面收缩率（） 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。,2020/8/31,16,工程材料与热加工工艺基础,塑性 L1试样拉断后的长度 L0试样原始长度 F1试样拉断处的横截面积 F0试样原始截面积 、愈大，表示材料的塑性愈好。 长试样写成 或10，短试样写成5 ，同一材料5 大于10,不同材料无可比性。 塑性存在的意义 金属材料具有一定的塑性才能顺利承受各种变形加工。 材料具有一定的塑性，可以提高零件使用的
7、可靠性，防止突然断裂,2020/8/31,17,工程材料与热加工工艺基础,(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),硬度Hardness,2020/8/31,18,工程材料与热加工工艺基础,适用范围:,450HB,压头：淬火钢球,(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),压头：硬质合金钢球,适用范围:,450HB,符号:HBS,符号:HBW,硬度Hardness,2020/8/31,19,工程材料与热加工工艺基础,布氏硬度试验室1900年由瑞典工程师Brinell提出来的。 布氏硬度试验适用于测量退火钢、正火钢及常见的铸铁和有色金属等软材料。,硬度H
8、ardness,2020/8/31,20,工程材料与热加工工艺基础,2020/8/31,工程材料与热加工工艺基础,75-21,布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),符号HBS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。,洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ),2020/8/31,22,工程材料与热加工工艺基础,采用锥型压头压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬。 洛氏硬度用H
9、R表示。 压痕愈深，硬度愈低。 按压头和载荷的不同，洛氏硬度分为HRA、HRB、HRC三种。,(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ),2020/8/31,23,工程材料与热加工工艺基础,洛氏硬度符合、试验条件和应用举例,2020/8/31,24,工程材料与热加工工艺基础,测量原理与布氏硬度基本相同，只是压头用锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体 维氏硬度用HV表示 载荷小，压痕浅 适用于测定零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度。 载荷可调范围大，对软、硬材料均适用。,维氏硬度 HV（知识扩充）,2020/8/31,25,工程材料与热加工工艺基础,动载的两种主要形式：冲
10、击载荷和交变载荷 冲击韧度aKU ( Notch Toughness ): 在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。,动载时材料的力学性能,2020/8/31,26,工程材料与热加工工艺基础,冲击试样,2020/8/31,27,工程材料与热加工工艺基础,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,2020/8/31,28,工程材料与热加工工艺基础,冲击韧度aKU ( Notch Toughness ): 冲击韧度aKU的计算 影响aKU大小的因素：材料本身，环境温度，试样大小，缺口形状等。 aKU值越大，材料冲击韧度越好。,2020/8/31,29,工程材料与热加工工艺基础,疲劳强度( Fatigue
11、 Strength ): 定义：在一定的循环次数下不发生断裂的最大应力。 一般规定钢铁材料的循环次数为107，有色金属为108。,2020/8/31,30,工程材料与热加工工艺基础,疲劳强度( Fatigue Strength ): 材料发生疲劳断裂的原因： 材料内部缺陷，如夹杂物、气孔等 加工产生的磨痕、刀痕 零件局部应力集中产生的裂纹,2020/8/31,31,工程材料与热加工工艺基础,断裂韧性（知识扩充）,桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低应力脆断，这种断裂的名义断裂应力低于材料的屈服强度。尽管在设计时保证了足够的延伸率、韧性和屈服强度，但仍不免破坏。究其原因是构件或零件内部存在着
12、或大或小、或多或少的裂纹和类似裂纹的缺陷造成的。裂纹在应力作用下可失稳而扩展，导致机件破断。材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。,2020/8/31,32,工程材料与热加工工艺基础,应力强度因子K1：用来描述裂纹尖端前沿存在的应力场的大小。 K1的表达式为： Y与试样和裂纹几何尺寸有关的量（无量纲） 外加应力(N/mm2) a裂纹的半长(mm) 断裂韧性K1C对一有裂纹的试样进行拉伸，随拉应力增大，裂纹尖端的应力强度因子K1也增大，当其增大到某一定值时，就能使裂纹前沿的内应力大到足以使材料分离，使裂纹产生失稳扩展，发生断裂，该应力强度因子的临界值称为断裂韧性。 K1C反应材料有裂纹存在时
13、，抵抗脆性断裂的能力。 K1C是材料自身特性，与材料成分、热处理及加工工艺有关,2020/8/31,33,工程材料与热加工工艺基础,物理、化学性能,物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等。 金属及合金的化学性能主要指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力，主要有耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。,2020/8/31,34,工程材料与热加工工艺基础,工艺性能,工艺性能是物理、化学和力学性能的综合，指的是材料对各种加工工艺的适应能力。 工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。 工艺性能的好坏直接影响零件的加工质量和生产成本，是选材和制定零件加工工艺必须考虑的因素之一。,2020/8/31,35,工程材料与热加工工艺基础,作业,P13-14 1（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7） 2,2020/8/31,36,工程材料与热加工工艺基础,
