第一章金属材料的基本知识.ppt

机械工程材料 绪　　　论 一、历史 新石器时代的仰韶文化已开始炼制和应用黄铜 商周时期，青铜冶炼、铸造技术已达到很高的水平 　　商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。最能反映这个时期青铜冶铸技术水平的，是1939年在河南安阳出土的司母戊鼎。它重达875公斤，带耳，高133厘米，横长110厘米，宽78厘米，它是我国到目前为止发掘出最大的青铜器，也是世界上最大的古青铜器，它造型瑰丽、浑厚，鼎外布满花纹。司母戊鼎的铸造，若没有规模巨大和相当高超的采矿、冶炼、制范、熔铸等技术，是不可想象的，它的铸造充分体现了我国古代劳动人民的高度智慧。距今3000多年 秦公一号墓出土的铁铲、铁杈，比世界上发现最早的铁器工具要早1800年 1972年，在我国河北省藁城县台西村出土了一把商代铁刃青铜铖，其年代约在公元前十四世纪前后，在青铜铖上嵌有铁刃，该铁刃就是将陨铁经加热锻打后，和铖体嵌锻在一起的。 二、现在 在机械制造业中，金属材料是目前使用量最大、使用范围最广的材料。金属材料分为钢铁材料和有色金属材料两大类。金属材料有着优良的使用性能和加工工艺性能。随着科学技术的进步，非金属材料以其具有一些金属材料所不具备的性能特点（如耐蚀性、绝缘、消声、质轻、生产率高、成本低等）而得到迅速发展。金属材料与非金属材料有着各自的优缺点，将两种各有所长的材料组合在一起，扬长避短，这就构成了复合材料。按基体材料的不同，可将复合材料分为高分子基、金属基、和陶瓷基复合材料 三、目前在新材料和新材料构件制造技术出现了以下一些新的突破点 　轻合金材料 　发展轻量化合金材料技术，建立铝、镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超塑性成型与钛合金成型技术、高温铝合金粉末与铝基复材，开发高热传导率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型与轨道车辆轻量化技术 　金属基复合材料构件制造技术 　以SiC长纤维增强的Ti基复合材料（TiMMC）具有比强度高、比刚度高，使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834复合材料的抗拉强度高达2200MPa，刚度达220GPa，而且具有极为优异的热稳定性，在700℃温度暴露2000h后，力学性能不降低。主要应用于未来发动机中的构件 　陶瓷基复合材料构件制造技术 　连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐温高，密度低，具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁。其中，连续纤维增韧碳化硅复合材料包括C/SiC和SiC/SiC两种。C/SiC和SiC/SiC的密度分别为1.8～2.1g/cm3和2.4～2.6g/cm3，SiC基CMC的最高工作温度为1650℃，C/SiC和SiC/SiC可分别在有限寿命和长寿命条件下使用。主要应用于高性能航空发动机的涡轮 　碳/碳复合材料构件制造技术 　碳/碳复合材料（C/C）的最显著的优点是耐高温（1800～2000℃）和低密度（约1.9g/cm3）。美、法、俄等研制的C/C复合材料部件有：燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的致密化技术和C/C防氧化涂层的设计与制造 第一章 金属材料的基本知识 工程材料可分为： 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 金属材料在现代生产及人们的日常生活中占有极其重要的地位。金属材料的品种繁多、性能各异，并能通过适当的工艺改变其性能。金属材料的性能由材料的成分、组织及加工工艺来确定。掌握各种材料的性能对材料的选择、加工、应用，以及新材料的开发都有着非常重要的作用。 1.1 金属材料的性能 1.1.1 金属材料的力学性能 1.1.2 金属材料的其它性能简介 1.1.1 金属材料的力学性能 1．弹性和刚度 2．强度 3．塑性 4．硬度 5．冲击韧性 a k 6．断裂韧性KI 7．疲劳强度 １. 弹性和刚度 金属材料受外力作用时产生变形。当外力去掉后能恢复其原来形状的性能称为弹性。这种随外力消除而消除的变形，称为弹性变形 材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。弹性模量E标志着材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。E值的大小主要取决于各种材料的本性，一些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。 需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件的结构有关 提高零件刚度的方法有 增加横截面面积 改变截面形状 选用弹性模量较大的材料 2. 强度 在外力作用下，材料抵抗塑性变形和破断的能力称为强度。常用的强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度 1) 屈服强度（σs、σ0.2） 当曲线达到B点时，曲线出现应变增