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1、机械工程材料河北工业大学武建军教授1绪论n材料性能n材料结构的三个层次n材料科学的意义21-1 材料的含义n材料是能为人类经济地、用于制造有用物品的物质。n材料分为天然材料与人工合成材料。n不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。31-2 1-2 材料是社会的物质基础材料是社会的物质基础材料的发展史也是人类文明史n1石器时代公元前10万年n2青铜时代公元前3000年n3铁器时代公元前1000年n4水泥时代公元0年n5钢时代1800年n6硅时代？1950年n7新材料时代？1990年4现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征
2、社会的发展水平、技术水平但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。因为有千姿百态、数不清的材料，世界才会如此丰富多彩。好的设计也需要合适的材料5材料的重要性 n材料是人类赖以生存和发展的物质基础。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。n20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。n80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。61-3 材料的性能 n材料性能是用于表征材料在给定外界条件下行为的一种参量。n例如用表征材料在外力作用下拉伸行为的屈服强度、抗拉强度、断裂强度等力学性能n又例
3、如用表征材料在外磁场作用下行为的矫顽力:剩余磁感、贮藏的磁能等磁学性能n研究表明，材料性能是由其结构决定的7（1）材料选择的三个标准n可用性：使用性能满足要求；工程材料主要要求强度、塑性等力学性能（机械性能）n工艺性：加工工艺性优良；如铸造工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性、焊接性、锻造工艺性等n经济性：成本低，包括材料成本和加工成本低。8（2）拉伸试验n受力时，试样变化三个阶段。n弹性变形n塑性变形n断裂。n陶瓷、铸铁等脆性材料只有1、3两个阶段。9（3）强度n表示材料抵抗变形和断裂的能力n抗拉强度（强度极限）b:材料拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。n屈服强
4、度s s代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。n条件屈服强度0.2:中高碳钢等无屈服点，国家标准规定以产生一定的微量塑性变形（残余伸长0.2%)的抗力的极限应力值来表示。 n脆性材料的可以认为强度极限=屈服强度10（3）塑性n延伸率n断面收缩率nd,y 越大，塑性愈好nd5000n大分子内以共价键结合，分子之间以氢键、范德华力相结合；键能很低n高分子材料大多具有较低密度、熔点、硬度、弹性模量较低等特点。n较强的绝缘、耐腐性、但不耐老化n良好的塑性，工艺性优良、成本低29n高分子材料包括以下四类n塑料n橡胶n粘接剂n纤维n其中塑料、橡胶大量用作工程材料30（3）无机非金属材
5、料n无机非金属材料是由氧化物、碳化物、氮化物等组成n包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料n原子之间主要是共价键和离子键，键能大n大多具有高熔点、高硬度、不导电、低膨胀系数、脆性大等特点。n陶瓷作为绝缘材料、耐热材料、耐磨件等，如火花塞、发动机气缸顶等，炉窑结构、高压电线绝缘子、切削刀具等。31离子键n电负性相差较大的元素依靠交换电子形成满壳层的正负离子，然后依靠静电结合在一起形成离子键。n离子键没有方向性，但是有饱和性，要求一定的正负离子比例。如NaCl之间32共价键n共价键依靠共用电子对所产生的力结合，共价键有方向性和饱和性。33（4）复合材料n复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同组织结构材料
6、组合在一起而构成的。n如果选择适合的组分材料及复合工艺，可以得到在强度、刚度和耐蚀性等方面比单纯的金属、陶瓷和聚合物都优越的材料，复合材料具有广阔的发展前景。n复合材料通常分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三大类。34材料科学与机械工程材料科学与机械工程n材料与产品质量是产品质量的重要保证n材料与机械设计正确选择材料及其加工工艺n材料与机械制造成形和改性工艺35课程的性质与任务n机械设计与制造类专业重要的技术基础课，n使学生在获得工程材料一般知识的基础上,了解常用材料成分、组织、性能和加工工艺之间的关系及其用途, 初步具备合理选择材料和使用材料、正确选择加工方法及安排制订加工工
7、艺路线的能力,也为后继有关课程的学习奠定必要的材料学基础。n以培养学生具有合理选用材料,正确选定热处理工艺方法,妥善安排工艺路线的初步能力为主要目标。36学习方法n认真听课n看书:课前预习,课后复习n独立完成作业n有问题多与老师交流n考核方法:闭卷考试37是否想学好本课程？是否想学好本课程？n为为了了应应付付考考试试？记记录录老老师师讲讲课课重重点点（经经常常提到）提到）n为了工作需要？认真读懂教材和参考书为了工作需要？认真读懂教材和参考书n为为了了扩扩大大知知识识面面？广广泛泛涉涉猎猎课课外外书书籍籍、勤勤于思考于思考祝你成功！祝你成功！38思考题1.某室温下使用的一紧固螺栓在工作时发现紧固力下降，试分析材料的何种性能指标没有达到要求？提出主要的可能解决措施。2.对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？3.实际生产中，为什么零件设计图上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？4.一般认为铝、铜合金的耐蚀性优于普通钢铁材料，试分析在潮湿性环境下铝与铜的接触面上发生腐蚀现象的原因。39
