第一章材料性能及应用意义.ppt

机械工程材料　第一章　材料性能　 第一章 材料的性能及应用意义 主讲老师：黄彩娥 教授 第一章 材料的性能及应用意义 材料满足产品使用需要的特性: 使用性能——材料满足产品使用需要的特性，包括力学性能、物理性能和化学性能； 工艺性能——材料对其所涉及的加工工艺的适应能力，包括铸造性能、塑性加工性能、切削加工性能、焊接性能和热处理性能等。 第一章 材料的性能及应用意义 　　 全面地理解材料性能及其变化规律，是机械设计、选材用材、制订加工工艺及质量检验的重要依据。 作为材料性能的两个方面，使用性能和工艺性能既有联系又有区别，两者有时是统一的，但更多的情况下却互相矛盾。合理地解决两者间的矛盾并使之不断改善和创新，是材料研究与应用的主要任务之一。 第一章 材料的性能及应用意义 第一节 材料性能依据 第二节 材料的使用性能 第三节 材料的工艺性能 第四节 材料的环境性能 第一节 材料性能依据 材料的性能是一种参量，用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。 材料的化学成分和内部结构是性能的内部依据，而性能则是指确定成分和结构的材料的外部表现。 结构是一个广泛的概念，它包括原子结构、结合键、原子排列方式(晶体、非晶体与晶体缺陷)以及组织(显微组织与宏观组织)等四个层次。 第一节 材料性能依据 性能一般必须量化表示，因而它通常是依照标准规定通过不同的试验来测定表述的，这便是我们从材料手册或设计资料上获得的性能参数。 实际工件的性能首先取决于材料的性能，但须考虑到工件的形状尺寸、加工工艺过程和使用条件对其重要的影响。 第一节 材料性能依据 材料科学与工程是依据“工艺→结构→性能 ”这条思路去控制或改变材料的性能，即工艺影响结构、结构决定性能。 工艺”主要是指材料的制备和加工工艺 。 改变结构时，应注意它的可变性以及因这种改变对于性能改变的敏感性。 结构不敏感性能 结构敏感性能 第二节 材料的使用性能 材料的使用性能: 力学性能、物理性能和化学性能 由于工程结构与机器零件以传递力和能、实现规定的机械运动为主要功能，因此力学性能是最主要的。 第二节 材料的使用性能 一、力学性能 二、物理性能 三、化学性能 一、力学性能 力学性能 材料在载荷(外力)作用下所表现出的行为。 常用的力学性能 强度、塑性、刚度、弹性、硬度、韧性、疲劳性能和耐磨性等。 一、力学性能 (一)强度 (二)刚度 (三)弹性 (四)塑性 (五) 硬度 (六)韧性 (七)疲劳性能 (八)耐磨性 (一)强度 强度的定义： 静拉伸试验(T1-1): 强度指标： 1、比例极限(σp) 2、弹性极限(σe) 3、屈服点和屈服强度(σs、σ0.2) 4、抗拉强度(σb) 从强度指标派生出来的指标： ①比强度 ②屈强比。 (一)强度 材料强度指标是其组织结构敏感性参数，合金化、热处理及各种冷热加工可在很大程度上改变它的大小。 (二) 刚度 1．概念 材料对弹性变形的抵抗能力——刚度(或刚性)。 在应力—应变曲线上的弹性变形阶段，应力与应变的比值即为材料刚度。常用的有正弹性模量E。 2．影响因素 金属材料而言，其弹性模量E(刚度)主要取决于基体金属的性质，当基体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变，即E是结构不敏感性参数。 陶瓷材料、高分子材料、复合材料的弹性模量对其成分和组织结构是敏感的，可以通过不同的方法使其改变。 (三) 弹性 材料的弹性 用来描述在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标，前已述及的比例极限外σp、弹性极限σe和弹性模量E等在一定的程度上均可用来说明材料的弹性性能。 最直接的弹性性能指标(图1-2) ： 　1、最大弹性变形量(εe) 　2、弹性比功 　3、滞弹性(弹性滞后) (四)塑性 1、概念 　　　塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力 。 　　　材料的塑性，常用试样拉断后的伸长程度(伸长率δ)和断面的收缩程度(断面收缩率ψ)来表示。 (四)塑性 2、塑性指标的应用意义 材料的塑性指标一般不直接用于机械设计计算，但设计师往往要对所用材料提出一定的塑性要求，这是因为： (1)材料的塑性有保证通过此部位的局部塑性变形来 削减应力峰，缓和应力集中的作用，从而防止零件出现未能预测的早期破坏； (2)发生塑性变形和因此而引起的形变强化可保证零件的