工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第一篇工程材料基础理论1第一章工程材料的分类与性能课件.ppt

第一章 工程材料的分类与性能 第一节 工程材料的分类 工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料。 按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高聚物材料 3、陶瓷材料 4、复合材料 材料分类 金属材料 以金属键结合为主 良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛 铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。 金属材料制品 陶瓷材料 以共价键和离子键为主 熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类 传统陶瓷又称普通陶瓷, 是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷, 主要用作建筑材料使用.特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。 高分子材料 以分子键和共价键为主 塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，密度小 包括塑料、橡胶及合成纤维等 高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。 复合材料 包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料 复合材料 现代航空发动机燃烧室温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育器械等是由碳纤维复合材料制成的，它们具有重量轻，弹性好，强度高等优点。 材料的性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 第二节 材料的力学性能 材料的力学性能是指材料在承受各种载荷时的行为。 载荷类型通常分为：静载荷、动载荷和变载荷。通过不同的实验可测得材料各种性质的性能判据。 金属的强度、塑性一般是通过金属拉伸实验来测定的。以拉伸载荷和试样伸长量为坐标所形成的曲线称为力—伸长曲线。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复 的变形称为弹性变形， 外力去处后不能恢复 的变形称为塑性变形。 一、强度 1. 弹性极限：材料承受最 大弹性变形时的应力。指标 为弹性极限?e。 2. 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。 3. 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服点?s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 规定残余伸长应力?0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 二、 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性的指标为： 断后伸长率： 说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 对于直径d0 相同的试样，l0?，??。 只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用? 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用?5 表示。显然，?5 ? ③ ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征； ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征 三、硬度 硬度：材料抵抗局部变形的能力。软硬的指标。表征强度与塑性的一个综合判据。 实验特点： 1）设备简单、操作迅速方便、直接、非破坏性试验。 2）近似估计抗拉强度和耐磨性。 3）硬度与切削加工性、焊接性、冷成型性能间联系，加工工艺参考。 4）检验材料和热处理质量、热处理工艺合理性及评定工艺性能参考。 硬度试验方法三类： 压力法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度、超声波硬度； 划痕法：莫氏硬度、锉刀硬度； 回跳法:肖氏硬度. 机械制造最广泛的是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1. 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120，10~15s不注。图纸上标注时在30~40个范围。 对同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。国标（GB231-84）规定，据金属材料的种类和布氏硬度范围，选定F/ D2值。从而确定出D值、F值和保持时间。 当载荷F与球体直径D选定时，硬