《工程材料及成形技术基础》课件_第1章.pptx

第1章工程材料的分类与性能;

1.1工程材料的分类;

工程材料是构成机械的物质基础，它是指在机械、化工、车辆、船舶、仪表、建筑、航空航天等工程领域中用于制造工程构件和机械零件的材料。目前，用于机械制造的材料有上千种，常用的也有上百种，并且还有许多新的材料在不断地被创造出来。大多数工程材料中往往存在着以一种键为主的几种键组成的混合键，其中金属材料以金属键为主，陶瓷材料以离子键为主，高分子材料以共价键为主。一般按照材料的组成及结合键的特点，可以将工程材料分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。;

金属材料具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽，是应用面最广、用量最大、承载能力最高的工程材料。金属材料可以分为黑色金属和有色金属两类。黑色金属主要是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料，其世界年产量已超过10亿吨，在机械产品中的用量占整个用材的60%以上。黑色金属以外的所有金属及其合金都统称为有色金属。有色金属的种类比较繁多，根据其性能和特点的不同可以细分为轻金属、易熔金属、难熔金属、贵重金属、稀土金属和碱土金属。有色金属中的轻合金，在航空工业中有着特别重要的作用。;

陶瓷材料是指硅酸盐、金属同非金属元素的化合物，其性能特点是熔点高，硬度高，耐腐蚀，脆性大。工业上用的陶瓷主要分为三类：

(1)普通陶瓷：又称为传统陶瓷，是以黏土、石英、长石等天然材料为原料的陶瓷，主要用作建筑材料。

(2)金属陶瓷：是由金属粉末与陶瓷粉末烧结的材料，主要用作模具和工具。

(3)特种陶瓷：又称为精细陶瓷，是由人工氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等烧结的材料，主要用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。;

高分子材料是由许多相对分子质量很大的大分子组成的，作为结构材料，它具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减震性及密度小等优点。根据性能和使用状态，可以将工程应用上的高分子材料分为工程塑料、橡胶和合成纤维。高分子材料广泛应用于机械、电气、纺织、车辆、飞机、轮船等制造业和化学、交通运输、航空航天等工业中。;

复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。通常，通过这种组合以求达到进一步提高材料综合性能的目的，其性能是组成它的任何单一材料所不具备的。例如，玻璃钢是由玻璃纤维布和热固性高分子材料复合而成的，而玻璃钢的性能，既不同于玻璃纤维布，也不同于组成它的热固性高分子材料。目前，工程上使用的工程材料主要包括金属基复合材料和非金属基复合材料。这两类材料在建筑、机械制造、交通和国防等领域，有着日益发展的广大前景。;

如现代航空发动机燃烧室中耐热最高的材料，就是粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍基复合材料。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，具有质量轻、弹性好、强度高等优点。

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1.2材料的力学性能;

材料的性能可以分为两大类：简单性能和复杂性能。简单性能包括材料的物理性能、力学性能和化学性能；复杂性能包括复合性能、工艺性能和使用性能等。材料性能分类如表1－1所示。;

本小节主要介绍材料的力学性能，主要是指材料在外加载荷作用下表现出的行为，如变形、断裂等。当材料受力时，产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。在外力不大时，外力去除后变形随之消失，这种变形称为弹性变形；如果外力增大，材料产生了外力撤除后仍不能恢复的永久性变形，则称为塑性变形或永久变形。

在制造结构件时，除在一些特殊的条件(如高温、高压、腐蚀气氛及要求导电、导磁)下服役外，力学性能是合理选择材料，确定适当的加工工艺，正确进行工程设计，确保构件使用安全的重要依据。;

1.2.1强度和塑性

1.工程应力应变曲线

GB/T228.12010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》规定了金属材料拉伸试验方法的原理、定义、符号、说明、试样及其尺寸测量、试验设备、试验要求、性能测定、测定结果数据修约和试验报告等。

试验过程为：试样制备(如图1－1所示)，在拉伸试验机上加载，试样在载荷作用下发生弹性变形、塑性变形直至断裂。在拉伸过程中，试验机自动记录每一个固定时间点的载荷和伸长量之间的关系，并绘制出应力应变曲线。由计算机控制的具有数据采集系统的试验机可直接获得强度和塑性的试验数据。;;

图1－2所示为退火低碳钢单向静载拉伸应力应变曲线。图中，OB段为弹性变形阶段，BDC段为屈服变形阶段，CE段为均匀塑性变形阶段，E点为试样屈服后所能承受的最大受力点，EF段为颈缩阶段。该应力应变曲线可直接反映出材料强度与塑性的性能好坏。;;

当应力低于σe时，应力与应变呈正比，σ=Eε，其中，E为弹