第一章工程材料的分類(lèi)及性能

第一章工程材料的分類(lèi)及性能第1頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月緒論:1.課程的性質(zhì)和任務(wù)：性質(zhì)：工程材料是機(jī)械類(lèi)、近機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。任務(wù)：1)使學(xué)生獲得有關(guān)工程材料的基本理論和基本知識(shí)；2)掌握常用工程材料成分－組織－性能－應(yīng)用之間關(guān)系的一般規(guī)律；3)熟悉常用工程材料的生產(chǎn)工藝過(guò)程；4)根據(jù)機(jī)械零件的服役條件和失效形式、合理選用工程材料。第2頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.本課程與相關(guān)課程的關(guān)系：本課程應(yīng)安排在金屬工藝學(xué)實(shí)習(xí)及應(yīng)用力學(xué)課程之后進(jìn)行,即學(xué)生應(yīng)具有材料的機(jī)械性能和金屬加工工藝方面的基本知識(shí)。為后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)等打好選擇材料和使用材料的基礎(chǔ)。第3頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.課程的基本教學(xué)要求：重點(diǎn)闡述工程材料的性能與其組織結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系;說(shuō)明如何通過(guò)工藝手段改變材料的組織結(jié)構(gòu),以達(dá)到提高材料性能的目的;介紹常用工程材料及其應(yīng)用等基本知識(shí)；為工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和制造提供合理選用材料的方法。

第4頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.課程教學(xué)形式：理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課堂討論；自學(xué)；輔導(dǎo)（習(xí)題解答）。

第5頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.教學(xué)內(nèi)容----理論教學(xué)：第一章金屬材料的力學(xué)性能2學(xué)時(shí)第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)2學(xué)時(shí)第三章金屬的結(jié)晶2學(xué)時(shí)第四章二元相圖及應(yīng)用（鐵碳合金相圖）4學(xué)時(shí)第五章金屬材料的變形4學(xué)時(shí)第六章鋼的熱處理4學(xué)時(shí)第七章工業(yè)用鋼4學(xué)時(shí)第八章鑄鐵2學(xué)時(shí)第九章有色金屬及其合金4學(xué)時(shí)第十章機(jī)械零件材料的選用

2學(xué)時(shí)第6頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章:金屬材料的力學(xué)性能：a.定義：

(1)材料是人類(lèi)生產(chǎn)和生活所必備的物質(zhì)基礎(chǔ);(2)工程材料主要指用于機(jī)械工程、電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等領(lǐng)域的材料。第7頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.分類(lèi)：金屬材料：黑色金屬、有色金屬；高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維；陶瓷材料：工業(yè)陶瓷；復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料、高分子復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料。第8頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料：第9頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.材料的性能(力學(xué)性能)零件的過(guò)量變形以及性能指標(biāo)；零件的斷裂及性能指標(biāo)；零件在交變載荷下的疲勞斷裂及性能指標(biāo)；零件的磨損失效以及防止；零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效。第10頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、材料的力學(xué)性能：第11頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力—應(yīng)變曲線：第12頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.彈性和剛度：彈性模量E：E=σ/ε（MPa)；材料抵抗彈性變形的能力，彈性模量只對(duì)溫度敏感。剛度：等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積。σp：比例極限（應(yīng)力----應(yīng)變成正比，服從虎克定律）。σe：彈性極限（不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力）。

第13頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.強(qiáng)度σs：屈服強(qiáng)度（開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力）。σb：抗拉強(qiáng)度（材料在拉伸過(guò)程中承受的最大工程應(yīng)力）。σk：斷裂強(qiáng)度（材料發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力）。

σp、σe、σs、σb、σk的單位：Mpa（與應(yīng)力的相同）第14頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.塑性伸長(zhǎng)率δ：試樣拉斷后標(biāo)距的相對(duì)伸長(zhǎng)量：斷面收縮率ψ：試樣拉斷處橫截面積的相對(duì)收縮量：第15頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳鋼三種典型應(yīng)力—應(yīng)變曲線的比較：第16頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。通常材料的強(qiáng)度越高，硬度也越高。硬度定義：材料抵抗局部塑性變形的能力。生產(chǎn)常用的硬度測(cè)試方法有：（1）布氏硬度；（2）洛氏硬度；（3）維氏硬度；第17頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）布氏硬度：第18頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月布氏硬度測(cè)試原理公式：HBS適合測(cè)定硬度值低于450的金屬材料；HBW適合測(cè)定硬度值低于650的金屬材料。硬度符號(hào)HBS或HBW前的數(shù)值為硬度值，符號(hào)后依次表示鋼球直徑、載荷大小及載荷保持時(shí)間。例：120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s時(shí)不標(biāo)注）第19頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）洛氏硬度：第20頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用：硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型總壓力硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120°金剛石圓錐147120~67HRC淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等HRBΦ（1/16）‘’淬火鋼球480725~100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金、鋁合金，可鍛鑄鐵等HRA120°金剛石圓錐558.465~85HRA碳化物、硬質(zhì)合金、表面淬火鋼第21頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）維氏硬度（HV）：第22頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月維氏硬度測(cè)試原理公式：例：640HV30/20；500HV30第23頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月GB/T1172-1999黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值（摘錄）硬度抗拉強(qiáng)度σb（N/mm-2）洛氏維氏HV布氏（F/D2=30）碳鋼鉻鋼鉻釩鋼鉻鎳鋼鉻鉬鋼鉻鎳鉬鋼鉻錳鋼不銹鋼HRCHRAHBSHBW45.045.546.046.547.073.273.473.773.974.24414484544614684244304364424494284354414484551459148115031526155014201444146814931519146914931517154115661451147615021527155414441468149215171542148715121537156315891445146914931517154314921453147915011533第24頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.疲勞強(qiáng)度材料在無(wú)數(shù)次的交變載荷的作用下不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力（鋼經(jīng)受107循環(huán)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力）；彎曲疲勞強(qiáng)度的表示：σ-1；疲勞強(qiáng)度σ-1與抗拉強(qiáng)度之比約為0.45~0.55。第25頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重復(fù)循環(huán)變化的載荷：第26頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月疲勞曲線：第27頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.韌性材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱(chēng)為沖擊韌性，簡(jiǎn)稱(chēng)韌性。材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的性能稱(chēng)為斷裂韌性。材料的韌性是材料斷裂時(shí)所需的能量。第28頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）沖擊韌性：第29頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣：第30頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沖擊功與沖擊韌性計(jì)算公式：沖擊功：沖擊韌性：第31頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK：第32頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）斷裂韌性：第33頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ型裂紋應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：Y—形狀因子；σ—外加應(yīng)力；a—裂紋的半長(zhǎng)。KⅠ的臨界值稱(chēng)為臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子或斷裂韌度，用KⅠC來(lái)表示。第34頁(yè)，課件共3