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1、LOGO工程材料学东北大学教师姓名：张芳绪论材料是人类社会生活中广泛使用的物质，是社会发展和 进步的重要标志。起始时间时代名称100,000 BC 石器时代 3,000 BC 青铜器时代 1,000 BC 铁器时代 0 AD 水泥时代 1800 AD 钢时代 1950 AD 硅时代 1990 AD 新材料时代材料科学的重要地位人类使用材料的七个时 代2东北大学绪论现代技术的三大支柱：能源、信息、材料；材料的品种、数量和质量已成为衡量一个国家 科技和国民经济水平及国防力量的重要标志。3东北大学绪论使用性能结构/组织/成分固有性能制备/加工什么是材料科学材料固有性能和 产品设计、工程 应用能力等联
2、系 起来，如寿命、 速度、安全可靠 性材料本身所具 有的物理、化 学及力学性能包含原子结 构、结合键 、原子排列 方式4东北大学绪论工程材料的主要内容 工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、 化工工程、航空航天工程等领域的材料。金属材料钢铁材料有色金属材料 分类非金属材料陶瓷材料高分子材料5东北大学第一章材料的性能材料的性能指材料在使用及加工过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能等使用性能及铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等工艺性能。根据材料的使用性能，固体材料可分为结构材料与功 能材料两类。功能材料指具有特殊的电、光、声、磁、热等特殊性 能的材料，不列为本门课程的讲
3、解内容；结构材料主 要用于制造工程结构和零件，以各种力学性能为主要 使用性能的材料。6东北大学弹性变形：外力去除后能够恢复的变形；塑性变形：外力去除后不能够恢复的变形。材料在加工和使用过程中，总要受到外力作用。材料 受外力作用时所表现的性能称为力学性能（又称机械 性能），如强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。什么是材料力学性能？1.1 材料的力学性能7东北大学1.1.1拉伸曲线将标准试样施加一单轴拉伸载荷，使之发生变形直至断裂，得到试样伸长率随应力变化的关系曲线，称为应力-应变曲线，即材料的拉伸曲线。评价材料力学性能最简单和最有效 的办法就是测定材料的拉伸曲线。拉伸试验机8东北大学1.1.1拉
4、伸曲线应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l09东北大学1.1.2弹性与刚度刚度：材料受力时抵 抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量E（弹 性阶段斜率）。弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升 高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷 热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。弹性：材料承受最大 弹性变形时的应力， 指标为弹性极限e。10东北大学1.1.3强度与塑性屈服强度s：材料发生微量塑性 变形时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变形量 为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受 的最大应力值。强度：材料在外力作用下抵抗 变形和破坏的能力。贴图无屈服图11东北大
5、学1.1.3 强度与塑性伸长率：断面收缩率：塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。断裂后12东北大学1.1.4 硬度v布氏硬度HB硬度：材料抵抗表面局部塑性变形的能力。以一定载载荷把一定直径钢钢球压压入试样试样 表面，保持一定时间时间 ，卸掉载载荷，测测 量压压痕面积积。布氏硬度计13东北大学压头为钢球时，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。1.1.4 硬度符号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。120HBS10/1000/
6、30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.8kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。14东北大学布氏硬度的优点： 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。1.1.4 硬度15东北大学先后施加初载荷和总载荷（初载荷与主载荷之和），将 压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试样表面，保持一定 时间卸除主载荷，测量压痕残余深度计算硬度值。1.1.4 硬度v洛氏硬度HR洛氏硬度计h1-h0洛氏硬度测试示意图HR=k-(h1-h0)/0.00216东北大学1.1.4 硬度钢球压头与 金刚石压头洛氏硬度压痕根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用
7、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。 如60HRC。17东北大学1.1.4 硬度洛氏硬度的优点： 操作简便，压痕小，可在成品零件上检测，也可在较 薄工件或表面上测量，适用范围广。缺点： 由于压痕比较小，易受材料微区不均匀的影响，测量 结果分散度大。HRA用于测测量高硬度材料, 如硬质质合金、表淬层层和渗碳层层。 HRB用于测测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢钢等。 HRC用于测测量中等硬度材料，如调质钢调质钢 、淬火钢钢等。18东北大学1.1.4 硬度测量原理与布氏硬度基本相同，根据压痕单位面积上 的载荷大小计算硬度值。不同在于选用面夹角为136 的正四
8、棱锥金刚石做压头。v维氏硬度HVHV=K*（P/d*d） 19东北大学1.1.4 硬度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：试验负荷1.96149.03N，适 用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度：试验负荷1.961N，适用于金属 箔、极薄表面层的硬度测定。维氏硬度：120kg 20东北大学1.1.5 冲击韧性许多机械零件、构件或工具在服役时，会受到冲击载荷的 作用，如活塞销、冲模和锻模等。材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力称为冲击韧性。指标为冲击韧性值ak(通 过冲击实验测得)。 带带有缺口的冲 击试样击试样 安放 在试验试验 机支 座上，缺口背 向摆锤摆
9、锤 方向 。摆锤摆锤 从一 定高度落下， 冲断试样试样 消 耗的能量即代 表材料冲击击 韧韧性。21东北大学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。韧脆转变温度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。1.1.5 冲击韧性22东北大学裂纹扩展的基本形式1.1.6 断裂韧性应力强度因子：描述裂纹尖 端附近应力场强度的指标。断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。C为断裂应力，aC为临界裂纹半长。断裂：材料在外力作用下分为两 个或者两个以上部分的现象23东北大学
10、1.1.7 疲劳材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应 力称为疲劳强度，用-1表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。许许多机械零件都是在交变应变应 力作用下工作，虽虽然应应 力通常低于材料的屈服强度，但在交变应变应 力下长时长时 间间工作，也会发发生断裂，这这种现现象叫疲劳劳断裂。经测经测 定，钢钢的-1只有b 50%左右。24东北大学1.2 材料的理化性能1.2.1 物理性能密度：单单位体积积材料的质质量熔点：材料熔化的温度热热膨胀胀性：材料随温度变变化膨胀胀和收缩现缩现 象导电导电 性：传导电传导电 流的能力导热导热 性：传导热传导热 量的能力磁性：材料导导磁的性能25东北大学1.2 材料的理化性能1.2.2. 化学性能耐腐蚀蚀性：材料抵抗空气、水蒸气及其他各种化学 介质质腐蚀蚀的能力。抗氧化性：材料在加热时热时 抵抗氧化的能力。化学稳稳定性：材料的耐腐蚀蚀和抗氧化的总总称，高温 下的化学稳稳定性又称为热稳为热稳 定性。26东北大学1.3 材料的工艺艺性能铸铸造性能：材料易于铸铸造成型并获获得优质铸优质铸 件的能力锻锻造性能：材料是否容易进进行压压力加工的性能焊焊接性能：材料是否易于焊焊接并获获得优质焊缝优质焊缝 的能力热处热处 理性能：材料进进行热处热处 理的难难易程度切削加工性能：材料接受切削加工的难难易程度27东北大学LOGO
