材料的性能详解.ppt

1 材料工程基础 绪论 材料与产品质量 －－－是产品质量的重要保证 工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修的一门专业技术基础课。 本课程的任务是:使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识；掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系的一般规律；熟悉常用工程材料的生产工艺过程；具有根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程材料的初步能力。 第一章、材料的性能 1、静态力学性能 1.2弹性和刚度 1.3强度和塑性 1.4 硬度 2、动态力学性能 2.1冲击韧度 2.2疲劳强度　　 2.3断裂韧度 2.4、高温性能 2.5、耐磨性 影响(减轻)磨粒磨损的因素： 贝纹线和疲劳辉纹 钛合金的疲劳断口SEM图 裂纹起始点 扩展初期 扩展中期 快速扩展 　低应力脆断总是由材料中宏观裂纹的扩展引起的。 这种裂纹可能是气孔、缩松、夹杂物等冶金缺陷，也 可能是在加工和使用过程中形成，因而是难以避免的。 　裂纹尖端应力集中场，其大小可用应力强度因子 KⅠ来描述。 断裂韧度是指材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗低应 　　　　力脆断的能力。 N·mm-2/3 σ或a↑，KⅠ ↑。当KⅠ ↑到某一临界值时，裂纹失稳扩展，材料发生断裂。KⅠ的临界值，称为材料的断裂韧度，用KⅠc表示。它是材料本身的特性，与材料的成分、热处理及加工工艺等有关。 裂纹扩展的三种 基本形式 材料在高温下其力学性能与常温下是完全不同的。 许多机械零件在高温下工作，在室温下测定的性能指标就不能代表其在高温下的性能。 一般来说，随着温度的升高，弹性模量E、屈服强度σS、硬度等值都将降低，而塑性将会增加，除此之外，还会发生蠕变现象。 蠕变是指金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂。有机高分子材料，即使在室温下也会发生蠕变现象。 金属的典型蠕变示意图 应力对蠕变曲线形 状的影响 磨损：在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐 分离出磨屑从而不断损伤的现象。 磨损是发生在材料表面的局部变形于断裂，磨屑 的形成也是材料发生变形和断裂的结果。 0 磨损量 时间 A B C 跑合 阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨 损阶段 磨损量与时间的关系 磨损的基本类型： 粘着磨损 磨料磨损 腐蚀磨损 麻点疲劳磨损(接触疲劳) 粘着磨损又称擦伤，咬合磨损。由于零件表面某些接触点在高的局部压力下发生粘合，在相互滑动时，粘着点又被剪切分开，接触面上有金属磨屑被拉拽出来，这种过程反复进行很多次，便导致了表面的损伤。 湖　北　汽　车　工　业　学　院 * 湖　北　汽　车　工　业　学　院 1 李行志 材料工程系 Email：li_xingzhi@163.com 1.材料与材料科学概述 　材料是现代文明的三大支柱（材料、能源和信息） 之一；是发展国民经济和机械工业的重要物质基础。 是生产活动的基本投入之一；材料的利用标志着人类 生活的进展 。 当前，材料总数有50万余种之多，而新材料每年以5%左右的速度递增。 材料的质量、品种和数量已成为衡量一个国家科技、经济水平和国防力量的重要标志之一。 工程材料按其化学组成分可分为： 1）金属材料 2）有机高分子材料 3）无机非金属材料。 工程材料按其使用性能分可分为： 1）结构材料 2）功能材料 工程材料目前正朝高比强度（单位密度的强度）、高比模量（单位密度的模量）、耐高温、耐腐蚀的方向发展。材料研究的手段方法也在不断的进步。 2. 材料的发展应用 石器 青铜器 铁器 合成材料 历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划 分为石器时代、青铜时代、铁器时代，而今正处于 人工合成材料的新时代。 社会需求是材料发展的巨大动力 能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太 阳能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用 材料（锆合金等,热核聚变反应）、锂电池、燃料电池 航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合 材料，陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件 （纤维增强金属基复合材料、陶瓷基复合材料）、 火箭喷嘴（难熔金属）等。 具有广泛应用的纳米材料：用于抗菌除臭、污水处 理、废气净化、用于光催化分解水等 广泛应用的液晶材料和正研究发展的超导材料等。 纳米齿轮 纳米直升机 汽车中各种材 料的大致比例 人工合成高分子材料从20世纪20年代至今发展最快，其产量之大、应用之广可与钢铁材料相比。20世纪60年代到70年代，有机合成材料每年以14％的速度增长，而金属材料年增长率仅为4％。 1970年世界高分子材料为4000万吨