第1章工程材料基础.ppt

第 1 章 §1.2 力学性能 一、拉伸试验及曲线 （4）局部变形阶段 在某一小段的范围内，横截面面积出现局部迅速收缩，称为颈缩现象。 1.弹性与刚度 2.强度与塑性 3.硬 度 1.冲击韧性 2.疲 劳 特 点： αk值愈大，材料韧性愈好 αk值低的材料称为脆性材料 αk值随温度的下降而下降 冷脆现象： 材料的冲击韧性随试验的温度的降低而减小，且在某一温度范围内，韧性值发生急剧降低的现象。 定 义： 材料在交变载荷的作用下，在远低于其屈服强度的应力下发生断裂，而且没有塑性变形征兆的现象 特 点： 突发性，没有先兆 疲劳极限 材料在规定次数（钢材为107次，有色金属及合金取108次）交变应力作用下而不引起疲劳断裂的最大应力 用σr表示 提高疲劳强度的方法 1、选择合适的材料； 2、注意结构形状，避免应力集中，提高表面粗糙度，进行表面强化。 大小或方向随时间而变化的载荷 化学性能 物理性能 密度 熔点 热膨胀性 导热性 导电性 磁性 耐腐蚀性 抗氧化性 §1.3 材料的物理、化学性能 物理性能 密 度 熔 点 热膨胀性 材料单位体积的质量 密度小于5?103Kg/m3的金属称为轻金属 密度大于5?103Kg/m3的金属称为重金属 材料的熔化温度 陶瓷的熔点一般都显著高于金属及合金的熔点 高分子材料一般不是完全晶体，所以没有固定的熔点 材料受热后的体积膨胀，通常用线膨胀系数表示 对精密仪器或机器的零件，热膨胀系数是一个非常重要的性能指标 物理性能 磁 性 导热性 材料热传导的能力；用其导热系数来表示 制件材料的导热性愈差 零件在加热或冷却时，由于表面和内部产生温差 膨胀不同，便会产生破裂 金属及合金的导热系数远高于非金属材料 在金属中，以银为最好，铜和铝次之 材料能导磁的性能 物理性能 导电性 材料的导电性一般用电阻率表示 金属的电阻率随温度升高而增加，而非金属材料则与此相反 金属及其合金一般具有良好的导电性，银的导电性最好，铜、铝次之 化学性能 抗氧化性 耐腐蚀性 材料抵抗各种介质侵蚀的能力 非金属材料的耐蚀性能总的说来远远高于金属材料 材料抵抗高温氧化的能力 抗氧化的材料常在表面形成一层致密的保护膜，来阻碍氧的进一步扩散 材料工艺性能是其力学性能、物理性能、化学性能的综合 工艺性能的好坏，影响制造零件的工艺方法和质量以及制造成本 铸造性 指浇注铸件时，液体金属能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的性能 流动性好、缩率小、偏析倾向小是铸造性好的衡量指标 §1.4 材料的工艺性能 可焊性 材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能 用焊接处出现各种缺陷向来衡量 低碳钢具有优良的可焊性 铸铁和铝合金的可焊性就很差 切削加工性 材料容易被切削加工成形并得到精确的形状和高的表面粗糙度的能力 切削加工性与材料种类、成分、硬度、韧性、导热性，组织状态等许多因素有关 有利切削的硬度为HB160～230 自由锻 模锻 工程材料基础 工程材料与热加工 §1.1 工程材料分类与性能 一、分类 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 “成分” “场合” 结构材料 工具材料 功能材料 “应用领域” 机械工程材料 建筑工程材料 能源材料 信息材料 生物材料 材料性能 使用性能 工艺性能 力学性能 物理和化学性能 铸造性 可锻造性 焊接性 切削加工性能 指在服役条件下，能保证材料安全可靠工作所必备的性能，是材料对环境因素的响应能力。 材料的可加工性 二、性能 指材料在外力或能量以及环境因素作用下表现出的变形和破断的特性 力学性能 载荷 主要力学性能指标 弹性、塑性、强度、硬度 冲击韧性、疲劳特性、耐磨性 变 形 材料在外力作用下所发生的形状和尺寸的变化 弹性变形 外力去除后可以恢复的变形 塑性变形 外力去除后不能够恢复的变形 1.拉伸试验 评价材料力学性能最简单和最有效的方法就是测定材料的拉伸试验 拉伸试样： 试样的材质为低碳钢 长试样：l0=10d0; 短试样：l0=5d0 拉伸试验机 拉伸过程 局部变形阶段 （强化） 屈服变形阶段 弹性变形阶段 缩颈 断裂 ? = F / S 应 力 应 变 ? = ?L / L 2.曲线 （1）弹性阶段（卸载可逆） 去外力后变形完全消失的性质称为弹性。 或 （3）强化阶段 材料恢复抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加应力，称为材料的强化。弹性变形和塑性变形共存 比例极限 屈服极限 强度极限 （2）屈服阶段（出现塑性变形） 应力几乎不变，应变不断增加，产生明显的塑性变形的现象，称为屈服现象 拉伸试样的颈缩现象 3.其他类型材料的应力-应变行为 1 2 3 4 10 20 30 e(%) 0