【大學(xué)課件】機(jī)械制造基礎(chǔ)緒論 金屬材料的性能

機(jī)械制造基礎(chǔ)緒論：金屬材料的性能一、緒論本節(jié)課將介紹機(jī)械制造基礎(chǔ)的概念，涵蓋機(jī)械制造的定義、發(fā)展歷史、重要性以及金屬材料的特性。1.機(jī)械制造的定義和特點(diǎn)定義機(jī)械制造是指利用各種機(jī)械設(shè)備和工具，將原材料加工成具有特定形狀、尺寸和性能的機(jī)械產(chǎn)品特點(diǎn)機(jī)械制造涉及多個(gè)學(xué)科，包括機(jī)械設(shè)計(jì)、材料加工、自動(dòng)化控制等，需要綜合運(yùn)用理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)2.機(jī)械制造的發(fā)展歷程1手工時(shí)代人類使用簡單工具進(jìn)行生產(chǎn)。2機(jī)械化時(shí)代蒸汽機(jī)等動(dòng)力機(jī)械的出現(xiàn)。3自動(dòng)化時(shí)代自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。4智能化時(shí)代人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用。3.機(jī)械制造的重要性現(xiàn)代社會(huì)的基礎(chǔ)機(jī)械制造是工業(yè)生產(chǎn)的基石，為各個(gè)行業(yè)提供關(guān)鍵設(shè)備和產(chǎn)品?？萍歼M(jìn)步的推動(dòng)力機(jī)械制造不斷創(chuàng)新，推動(dòng)著技術(shù)進(jìn)步，滿足社會(huì)發(fā)展需求。國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)鏈龐大，帶動(dòng)眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。二、金屬材料概述金屬材料是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛的材料，其優(yōu)異的性能使其成為制造各種機(jī)械零件和產(chǎn)品的理想選擇。深入了解金屬材料的特性對于設(shè)計(jì)和制造高性能、可靠的機(jī)械產(chǎn)品至關(guān)重要。金屬材料的分類1黑色金屬主要成分為鐵，如鋼、鑄鐵。2有色金屬除鐵之外的其他金屬，如銅、鋁、鋅、錫、鉛等。3貴金屬金、銀、鉑等。2.金屬材料的性能指標(biāo)指標(biāo)描述強(qiáng)度材料抵抗外力破壞的能力硬度材料抵抗壓入的能力塑性材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力韌性材料抵抗沖擊的能力疲勞強(qiáng)度材料在交變載荷作用下抵抗斷裂的能力耐腐蝕性材料抵抗腐蝕的能力導(dǎo)熱性材料傳熱的能力導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力磁性材料被磁化的能力3.金屬材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金屬材料通常由金屬原子組成。金屬原子以規(guī)則的方式排列形成晶格結(jié)構(gòu)。金屬原子之間存在金屬鍵，它們以電子共享的方式相互結(jié)合。三、金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度和塑性強(qiáng)度反映材料抵抗外力破壞的能力，硬度則表示材料抵抗局部壓痕的能力，而塑性是指材料在外力作用下發(fā)生塑性變形而不被破壞的能力。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率屈服強(qiáng)度是材料開始發(fā)生永久變形時(shí)的應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度是材料斷裂時(shí)的最大應(yīng)力，延伸率則是材料斷裂前伸長量的百分比。強(qiáng)度、硬度和塑性強(qiáng)度材料在斷裂前所能承受的最大拉伸應(yīng)力。硬度材料抵抗局部壓痕的能力。塑性材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率屈服強(qiáng)度材料開始發(fā)生永久性變形時(shí)的應(yīng)力?？估瓘?qiáng)度材料斷裂時(shí)的最大應(yīng)力。延伸率材料斷裂時(shí)伸長長度與原始長度的百分比。金屬材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線是描述金屬材料在拉伸或壓縮試驗(yàn)中應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的曲線。該曲線能夠反映金屬材料的力學(xué)性能，包括強(qiáng)度、塑性、彈性等。應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常分為三個(gè)階段：彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。彈性階段是指材料在應(yīng)力作用下發(fā)生變形，當(dāng)應(yīng)力消失后，材料能夠完全恢復(fù)到原始形狀的階段。屈服階段是指材料在應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形，當(dāng)應(yīng)力消失后，材料不能完全恢復(fù)到原始形狀的階段。強(qiáng)化階段是指材料在應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形，但其抗力隨著應(yīng)變的增加而增大的階段。四、金屬材料的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力金屬材料的導(dǎo)熱性定義金屬材料導(dǎo)熱性是指金屬材料傳遞熱量的能力。影響因素金屬材料的導(dǎo)熱性主要受其成分、結(jié)構(gòu)和溫度等因素影響。2.金屬材料的導(dǎo)電性金屬中存在大量的自由電子，這些電子在電場作用下定向移動(dòng)形成電流。金屬的導(dǎo)電性可以用電阻率來衡量，電阻率越低，導(dǎo)電性越強(qiáng)。導(dǎo)電性好的金屬被廣泛應(yīng)用于制造電線、電器元件等。導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能的影響因素1材料成分不同的金屬元素具有不同的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，例如銀的導(dǎo)熱性最好，銅次之。2溫度溫度升高，金屬的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性都會(huì)下降。3合金化合金化可以改變金屬的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，例如加入少量其他元素可以提高鋼的導(dǎo)熱性。4加工工藝?yán)浼庸?huì)降低金屬的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，而熱處理可以提高金屬的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。五、金屬材料的耐腐蝕性金屬材料的耐腐蝕性是指金屬材料抵抗周圍環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力，是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。金屬材料的腐蝕原因化學(xué)腐蝕金屬與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化物、氫氧化物等化合物，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生破壞。電化學(xué)腐蝕金屬表面形成微電池，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬發(fā)生溶解或生成腐蝕產(chǎn)物，破壞金屬的完整性。金屬材料的防腐蝕措施表面處理通過涂層、鍍層等方法在金屬表面形成一層保護(hù)膜，阻隔腐蝕介質(zhì)與金屬的接觸。改變材料成分加入合金元素，提高金屬的耐腐蝕性，例如不銹鋼中的鉻元素。電化學(xué)保護(hù)利用電化學(xué)原理，在金屬表面形成保護(hù)電位，防止腐蝕發(fā)生。常見的防腐蝕方法涂層法通過在金屬表面涂覆一層保護(hù)層來隔離金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸，例如油漆、塑料、搪瓷等。電化學(xué)保護(hù)法利用電化學(xué)原理來減緩或阻止金屬的腐蝕，例如陰極保護(hù)法和陽極保護(hù)法。合金化法通過添加其他元素來改變金屬的化學(xué)成分，提高其耐腐蝕性，例如不銹鋼、耐酸合金等。六、金屬材料的磁性磁性材料是指在磁場作用下，能被磁化或產(chǎn)生磁場的材料。磁性是指物質(zhì)對磁場的反應(yīng)，例如，鐵、鈷、鎳等材料在磁場作用下會(huì)被磁化，并能保留一定的磁性。金屬材料的磁性分類鐵磁性材料鐵磁性材料是指在磁場作用下，磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外磁場的材料，如鐵、鈷、鎳等。順磁性材料順磁性材料是指在磁場作用下，磁化強(qiáng)度與外磁場方向一致的材料，如鋁、鉑、氧氣等?？勾判圆牧峡勾判圆牧鲜侵冈诖艌鲎饔孟?，磁化強(qiáng)度與外磁場方向相反的材料，如水、銅、金等。2.磁性對材料性能的影響強(qiáng)度和硬度磁性材料通常具有較高的強(qiáng)度和硬度，這使得它們能夠承受較大的外力作用。導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性磁性材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性通常較低，這會(huì)影響其在某些應(yīng)用中的性能。耐腐蝕性磁性材料的耐腐蝕性可能受到磁性的影響，需要根據(jù)具體材料進(jìn)行評估。3.磁性材料的應(yīng)用領(lǐng)域1電子設(shè)備磁性材料在電子設(shè)備中應(yīng)用廣泛，例如硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶、磁卡和磁性傳感器。2醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域，磁性材料用于核磁共振成像(MRI)和磁療等。3電力系統(tǒng)磁性材料在發(fā)電機(jī)、電機(jī)、變壓器等電力設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。七、金屬材料的選用原則性能要求選擇材料時(shí)，首先要考慮材料的性能是否滿足使用要求。例如，在需要承受高負(fù)荷的部件，應(yīng)選用高強(qiáng)度、高硬度的材料，而對于需要抗腐蝕的部件，則需要選擇耐腐蝕性強(qiáng)的材料。工藝要求材料的加工性能也會(huì)影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。例如，可焊性、可切削性、可鍛造性等都會(huì)影響到產(chǎn)品的加工難度和成本。要選擇合適的材料，以確保產(chǎn)品能夠順利加工，并控制生產(chǎn)成本。性能要求1強(qiáng)度材料能夠承受載荷而不發(fā)生斷裂或永久變形的能力，例如機(jī)械零件在工作時(shí)需要承受一定的壓力或拉力。2硬度材料抵抗表面壓痕的能力，例如切削刀具需要較高的硬度才能保證切削效率。3塑性材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力，例如一些金屬部件在加工過程中需要進(jìn)行彎曲或拉伸。4耐腐蝕性材料抵抗腐蝕介質(zhì)侵蝕的能力，例如在潮濕環(huán)境中使用的金屬零件需要具備良好的耐腐蝕性。工藝要求可加工性材料要易于加工，例如切削、鑄造、鍛造等。熱處理性能材料要能夠承受熱處理，如淬火、回火等，以獲得所需的機(jī)械性能。焊接性材料要易于焊接，以滿足部件的連接