概论(机械工程材料).ppt

工程材料 第一章 概论 §1 材料发展概况 §2 材料的性能 §3 工程材料的分类 §4 材料的结合方式及工程材料键性 §5 零件的失效形式及选材原则 石器时代 青铜器时代 铁器时代 新材料时代 材料科学的重要地位 每一个应用科学家和工程师（机械的、土木工程的、电气的或其它方面的）都必不可少地要用到材料，不论产品是桥梁、计算机、宇宙飞船、心脏起博器、核反应堆、还是汽车的排气装置，工程师们都必须完全了解他们所用材料的性能和行为特征。 以汽车为例，汽车制造中要使用各种各样的材料：钢铁、玻璃、塑料、橡胶等。而仅仅对钢材一项而言，就有2000多种不同种类和型号的品种供我们选择。 地位：材料、能源、信息，三大技术 §2 材料的性能 在进行材料选择时，工程师必须首先考虑使用性能，再考虑材料的工艺性能。 使用性能：在使用条件下所表现的性能，包括材料的物理、化学和力学性能； 工艺性能：材料在加工过程中所反映的性能，包括铸造性能、压力加工性能、切削加工性能、焊接性能、热处理性能等。 一.定义 : 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。 二.指标 : 弹性 、 塑性 、 韧性 、 强度、 硬度和疲劳强度等。 金属材料的物理性能 1. 密度? 2. 熔点? 3. 导热性 4. 导电性 5. 热膨胀性 6. 磁性 1. 耐腐蚀性?? 2. 抗氧化性? §2.2 材料的工艺性能 1 铸造性能 2 锻造性能 3 切削加工性能 4 焊接性能 5 热处理性能 §3 工程材料的分类 工程材料是指具有一定性能，在特定条件下能够承担某种功能、被用来制取零件和元件的材料。 一. 按材料的化学组成分类 （1）金属材料 （2）无机非金属材料 （3）高分子材料 （4）复合材料 (1)金属材料 用量最大、应用最广泛 （3）高分子材料 按来源分为天然高分子材料(蛋白、淀粉、纤维素等)和人工高分子材料(合成塑、合成橡胶、合成纤维)。 按性能及用途可分为塑料、橡胶、胶粘剂、涂料。 （4）复合材料 由基体材料增强材料复合而成。基体材料有金属、陶瓷、塑料等，增强材料有各种纤维和无机化合物等。 二. 按材料的使用性能分类 （1）结构材料 是以强度、刚度、塑性、韧性等力学性能为指标，用来制造承受载荷、传递动力的零件和构件的材料。 （2）功能材料 是以光、声、电、磁、热等物理性能为指标，用来制造特殊性能的元件的材料。 §4 材料的结合方式及工程材料键性 1. 离子键 2. 共价键 3. 金属键 金属键的特性 4. 分子键 原子或分子之间是靠范特瓦尔斯力结合起来，这 种结合键叫分子键。 二、工程材料的键性 1. 金属材料 结合键：绝大多数的结合键是金属键，少数具有共价键（灰锡）和离子键（Mg3Sb2）； 特性：金属材料的金属特性特别明显。 2. 陶瓷材料 结合键：离子键和共价键，大部分材料以离子键为主 特性：高的熔点和硬度，脆性大。 3. 高分子材料 结合键：分子内共价键结合，分子间以分子键结合。 特性：较好的力学性能。 (一)过量变形失效 1. 过量弹性变形失效 2. 过量塑性变形失效 3. 蠕变变形失效 1. 过量弹性变形失效 零件由于产生过大的弹性变形而失效，称为弹性变形失效。例如对于受弯扭的轴类零件，其过大变形量会造成轴上啮合零件的严重偏载甚至啮合失常，进而导致传动失效。 2. 过量塑性变形失效 零件承受的应力超过其材料的屈服强度时发生塑性变形，过量的塑性变形会使零件的相对位置发生变化，使整个机器运转不良。 3. 蠕变变形失效 受长期固定载荷的零件，在工作中尤其是在高温下发生蠕变（即在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加的现象）。如锅炉、汽轮机、航空发动机及其它热机的零部件，常由于蠕变产生的塑性变形和应力松弛而失效。 (二)断裂失效 断裂失效是机械零件的主要失效形式，根据断裂的性质和 断裂的原因，可分为下列几种。 （1）韧性断裂失效 零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明 显的塑性变形，尺寸变化明显，断面缩小，断口呈纤维状。 （2）低温脆性断裂失效失效 零件在低于其材料的韧脆转变温度以下工作时，其韧性和塑 性大大降低并发生脆性断裂而失效。 （3）疲劳断裂失效 零件在承受交变载荷时，尽管应力的峰值在抗拉强度甚至在 屈服强度以下，但经过一定周期后仍会发生断裂，这种现象 称为疲劳。疲劳断裂为脆性断裂。 （4）蠕变断裂失效 在高温下工作的零件，当蠕变变形量超过一定范围时，零件 内部产生裂纹而很快断裂，有些材料在断裂前产生颈缩现象。 （5）环境破断失效 在负载荷条件下，由于环境因素