機(jī)械工程材料課件.

1、主編：趙 程 楊建民機(jī)械電子工程學(xué)院 王鳳芹山東科技大學(xué) 機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課 緒緒 論論第一章第一章 工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能第二章第二章 金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶第四章第四章 鋼的熱處理鋼的熱處理第五章第五章 金屬材料金屬材料第六章第六章 非金屬材料非金屬材料第七章第七章 機(jī)械零件的失效與選材機(jī)械零件的失效與選材第八章第八章 新材料和新工藝新材料和新工藝緒 論1.1 1.1 材料與人類文明材料與人類文明1.2 1.2 工程材料的分類工程材料的分類1.3 1.3 課程性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)與任務(wù)1.1 1.1 材料與人

2、類文明材料與人類文明 材料是人類用來(lái)制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類存在的，材料是人類用來(lái)制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類存在的，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、材料一、材料二、人類發(fā)展與材料二、人類發(fā)展與材料人類按照在使用中占主導(dǎo)地位的材料劃分歷史：人類按照在使用中占主導(dǎo)地位的材料劃分歷史：石器時(shí)代石器時(shí)代陶器陶器青銅器青銅器鐵器鐵器鋼鐵（資本主義大工業(yè)時(shí)期）鋼鐵（資本主義大工業(yè)時(shí)期）合成材料（合成材料（2020世紀(jì)）世紀(jì)）復(fù)合材料（復(fù)合材料（2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代）年代）三、三、材料科學(xué)技術(shù)材料科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代文明的支柱之一現(xiàn)代文明的支柱之一 支撐人類文明大廈的四

3、大支柱技術(shù)：支撐人類文明大廈的四大支柱技術(shù)：材料科學(xué)與技術(shù)材料科學(xué)與技術(shù)生物科學(xué)與技術(shù)生物科學(xué)與技術(shù)能源科學(xué)與技術(shù)能源科學(xué)與技術(shù)信息科學(xué)與技術(shù)信息科學(xué)與技術(shù)1.2 1.2 工程材料的分類工程材料的分類一、按來(lái)源分為天然材料和人工材料一、按來(lái)源分為天然材料和人工材料二、按化學(xué)成分、結(jié)合鍵的特點(diǎn)分為：二、按化學(xué)成分、結(jié)合鍵的特點(diǎn)分為： 1 1、金屬材料、金屬材料（1 1）黑色金屬：）黑色金屬：是指鐵和以鐵為基的合金材料，即鋼鐵材料，是指鐵和以鐵為基的合金材料，即鋼鐵材料，它占金屬材料總量的它占金屬材料總量的9595以上。以上。（2 2）有色金屬：）有色金屬：是指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料

4、。是指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料。 2 2、非金屬材料、非金屬材料（1）陶瓷材料：）陶瓷材料：是指硅酸鹽、金屬與非金屬的氧化物、氮是指硅酸鹽、金屬與非金屬的氧化物、氮化物、碳化物等?；?、碳化物等。（2）高分子材料：）高分子材料：又稱聚合物材料，主要成分為碳和氫。又稱聚合物材料，主要成分為碳和氫。主要有橡膠、塑料、合成纖維和膠粘劑等。主要有橡膠、塑料、合成纖維和膠粘劑等。3 3、復(fù)合材料、復(fù)合材料：是指把兩種或兩種以上具有不同性質(zhì)或不同是指把兩種或兩種以上具有不同性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構(gòu)成的新型組織結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構(gòu)成的新型材料

5、。有樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。材料。有樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。 1.3 1.3 課程性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)與任務(wù)1 1、性質(zhì)、性質(zhì) 在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地要對(duì)工程在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地要對(duì)工程材料的選材料的選擇、應(yīng)用與加工擇、應(yīng)用與加工等問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析并予以等問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析并予以全面正確的解決。全面正確的解決。“機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料”課程是機(jī)械類專業(yè)課程是機(jī)械類專業(yè)的一門重要的的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課。2 2、任務(wù)、任務(wù) 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生在獲得工程材料一般知通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生在獲得工程材料一般知識(shí)的基礎(chǔ)上，識(shí)的基礎(chǔ)上，了解常用材料成分、組

6、織、性能和加了解常用材料成分、組織、性能和加工工藝之間的關(guān)系及其用途，從而使其初步具備合工工藝之間的關(guān)系及其用途，從而使其初步具備合理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排制定加工工藝路線的能力，制定加工工藝路線的能力，也為后繼有關(guān)課程的學(xué)也為后繼有關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的材料學(xué)基礎(chǔ)。習(xí)奠定必要的材料學(xué)基礎(chǔ)。第一章 工程材料的力學(xué)性能 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1.1 1.1 材料的強(qiáng)度與塑性材料的強(qiáng)度與塑性1.2 1.2 材料的硬度材料的硬度1.3 1.3 材料的沖擊韌性材料的沖擊韌性1.4 1.4 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度1.5 1.5 材料的斷裂

7、韌度材料的斷裂韌度 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度, , 塑性；沖擊韌性；硬度塑性；沖擊韌性；硬度HBHB，HRCHRC，HVHV；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。1.1材料的強(qiáng)度與塑性材料的強(qiáng)度與塑性1.拉伸試驗(yàn)及拉伸曲線拉伸試驗(yàn)及拉伸曲線2.拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 1.1.拉伸試樣：拉伸試樣：長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：L L0 0= =1010d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0= =5 5d d0 0低碳鋼拉

8、伸曲線低碳鋼拉伸曲線LF0 0脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線2.2.拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：縱坐標(biāo)為應(yīng)力單位縱坐標(biāo)為應(yīng)力單位 MPa(MNMPa(MN/mm )/mm )， 橫坐標(biāo)為應(yīng)變橫坐標(biāo)為應(yīng)變. .其中：其中：=F/S=F/S 表示材料抵抗變形和斷裂的能力表示材料抵抗變形和斷裂的能力3.3.曲線分為四階段：曲線分為四階段： 1 1）階段）階段I I（opeope）彈性變形階段彈性變形階段 p: Fpp: Fp ，e: Fe e: Fe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直線階段

9、直線階段 pepe段：極微量塑性變形（段：極微量塑性變形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）階段）階段IIII（essess）段）段屈服變形屈服變形 S: S: 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) FsFs 3 3）階段）階段IIIIII（sbsb）段）段均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段 b:b: Fb Fb材料所能承受的最大載荷材料所能承受的最大載荷 4 4）階段）階段IV(bKIV(bK) ) 段段局部集中塑性變形頸縮局部集中塑性變形頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第鑄鐵、陶瓷：只有第I I階段階段 中、高碳鋼：沒有第中、高碳鋼：沒有第IIII階段階段 二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義二

10、、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義1 1剛度剛度 剛度：剛度：材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力。材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力。 E=/E=/ 彈性模量彈性模量 GPa, MPaGPa, MPa 本質(zhì)是：本質(zhì)是：反映了材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度，組織反映了材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度，組織不敏感的力學(xué)指標(biāo)。不敏感的力學(xué)指標(biāo)。 2.2.強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。即材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。即在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，載荷不增加，

11、試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力。的應(yīng)力。條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.20.2：對(duì)于屈服現(xiàn)：對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料（象不明顯的材料（高碳鋼等），高碳鋼等），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以殘余變形量為殘余變形量為0.2%0.2%時(shí)的時(shí)的應(yīng)力值作為它的條件應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以屈服強(qiáng)度，以0.20.2來(lái)表示。來(lái)表示。抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前所承受：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。（材料抵抗外的最大應(yīng)力值。（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）。力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）。 s0.23.3.塑性塑性 延伸率延伸率 斷面收縮率斷面收縮率 = =A/Ao=(Ao-Ak)/AoA/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% x 100% 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征；時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征； KIC時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。KIKIC時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)KIKIC時(shí)，裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展，不發(fā)生脆斷。時(shí)，裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展，不發(fā)生脆斷。4 4應(yīng)用應(yīng)用斷裂韌性是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)。斷裂韌性是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)。（1 1）探測(cè)出裂