機械工程材料課件.

1、主編：趙 程 楊建民機械電子工程學院 王鳳芹山東科技大學 機械類專業(yè)基礎課 緒緒 論論第一章第一章 工程材料的力學性能工程材料的力學性能第二章第二章 金屬材料的基礎知識金屬材料的基礎知識第三章第三章 金屬的塑性變形與再結晶金屬的塑性變形與再結晶第四章第四章 鋼的熱處理鋼的熱處理第五章第五章 金屬材料金屬材料第六章第六章 非金屬材料非金屬材料第七章第七章 機械零件的失效與選材機械零件的失效與選材第八章第八章 新材料和新工藝新材料和新工藝緒 論1.1 1.1 材料與人類文明材料與人類文明1.2 1.2 工程材料的分類工程材料的分類1.3 1.3 課程性質與任務課程性質與任務1.1 1.1 材料與人

2、類文明材料與人類文明 材料是人類用來制作各種產品的物質，是先于人類存在的，材料是人類用來制作各種產品的物質，是先于人類存在的，是人類生活和生產的物質基礎。是人類生活和生產的物質基礎。一、材料一、材料二、人類發(fā)展與材料二、人類發(fā)展與材料人類按照在使用中占主導地位的材料劃分歷史：人類按照在使用中占主導地位的材料劃分歷史：石器時代石器時代陶器陶器青銅器青銅器鐵器鐵器鋼鐵（資本主義大工業(yè)時期）鋼鐵（資本主義大工業(yè)時期）合成材料（合成材料（2020世紀）世紀）復合材料（復合材料（2020世紀世紀4040年代）年代）三、三、材料科學技術材料科學技術現(xiàn)代文明的支柱之一現(xiàn)代文明的支柱之一 支撐人類文明大廈的四

3、大支柱技術：支撐人類文明大廈的四大支柱技術：材料科學與技術材料科學與技術生物科學與技術生物科學與技術能源科學與技術能源科學與技術信息科學與技術信息科學與技術1.2 1.2 工程材料的分類工程材料的分類一、按來源分為天然材料和人工材料一、按來源分為天然材料和人工材料二、按化學成分、結合鍵的特點分為：二、按化學成分、結合鍵的特點分為： 1 1、金屬材料、金屬材料（1 1）黑色金屬：）黑色金屬：是指鐵和以鐵為基的合金材料，即鋼鐵材料，是指鐵和以鐵為基的合金材料，即鋼鐵材料，它占金屬材料總量的它占金屬材料總量的9595以上。以上。（2 2）有色金屬：）有色金屬：是指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料

4、。是指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料。 2 2、非金屬材料、非金屬材料（1）陶瓷材料：）陶瓷材料：是指硅酸鹽、金屬與非金屬的氧化物、氮是指硅酸鹽、金屬與非金屬的氧化物、氮化物、碳化物等?；?、碳化物等。（2）高分子材料：）高分子材料：又稱聚合物材料，主要成分為碳和氫。又稱聚合物材料，主要成分為碳和氫。主要有橡膠、塑料、合成纖維和膠粘劑等。主要有橡膠、塑料、合成纖維和膠粘劑等。3 3、復合材料、復合材料：是指把兩種或兩種以上具有不同性質或不同是指把兩種或兩種以上具有不同性質或不同組織結構的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構成的新型組織結構的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構成的新型材料

5、。有樹脂基、金屬基和陶瓷基復合材料。材料。有樹脂基、金屬基和陶瓷基復合材料。 1.3 1.3 課程性質與任務課程性質與任務1 1、性質、性質 在機械設計過程中不可避免地要對工程在機械設計過程中不可避免地要對工程材料的選材料的選擇、應用與加工擇、應用與加工等問題進行科學系統(tǒng)的分析并予以等問題進行科學系統(tǒng)的分析并予以全面正確的解決。全面正確的解決。“機械工程材料機械工程材料”課程是機械類專業(yè)課程是機械類專業(yè)的一門重要的的一門重要的專業(yè)基礎課專業(yè)基礎課。2 2、任務、任務 通過本課程的學習使學生在獲得工程材料一般知通過本課程的學習使學生在獲得工程材料一般知識的基礎上，識的基礎上，了解常用材料成分、組

6、織、性能和加了解常用材料成分、組織、性能和加工工藝之間的關系及其用途，從而使其初步具備合工工藝之間的關系及其用途，從而使其初步具備合理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排制定加工工藝路線的能力，制定加工工藝路線的能力，也為后繼有關課程的學也為后繼有關課程的學習奠定必要的材料學基礎。習奠定必要的材料學基礎。第一章 工程材料的力學性能 本章內容本章內容 1.1 1.1 材料的強度與塑性材料的強度與塑性1.2 1.2 材料的硬度材料的硬度1.3 1.3 材料的沖擊韌性材料的沖擊韌性1.4 1.4 材料的疲勞強度材料的疲勞強度1.5 1.5 材料的斷裂

7、韌度材料的斷裂韌度 重點掌握重點掌握 各種力學性能指標（強度各種力學性能指標（強度, , 塑性；沖擊韌性；硬度塑性；沖擊韌性；硬度HBHB，HRCHRC，HVHV；疲勞強度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。；疲勞強度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。1.1材料的強度與塑性材料的強度與塑性1.拉伸試驗及拉伸曲線拉伸試驗及拉伸曲線2.拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義一、靜載單向靜拉伸應力一、靜載單向靜拉伸應力應變曲線應變曲線 1.1.拉伸試樣：拉伸試樣：長試樣：長試樣：L L0 0= =1010d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0= =5 5d d0 0低碳鋼拉

8、伸曲線低碳鋼拉伸曲線LF0 0脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線2.2.拉伸機上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：拉伸機上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：縱坐標為應力單位縱坐標為應力單位 MPa(MNMPa(MN/mm )/mm )， 橫坐標為應變橫坐標為應變. .其中：其中：=F/S=F/S 表示材料抵抗變形和斷裂的能力表示材料抵抗變形和斷裂的能力3.3.曲線分為四階段：曲線分為四階段： 1 1）階段）階段I I（opeope）彈性變形階段彈性變形階段 p: Fpp: Fp ，e: Fe e: Fe （不產生永久變形的最大抗力）（不產生永久變形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直線階段

9、直線階段 pepe段：極微量塑性變形（段：極微量塑性變形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）階段）階段IIII（essess）段）段屈服變形屈服變形 S: S: 屈服點屈服點 FsFs 3 3）階段）階段IIIIII（sbsb）段）段均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段 b:b: Fb Fb材料所能承受的最大載荷材料所能承受的最大載荷 4 4）階段）階段IV(bKIV(bK) ) 段段局部集中塑性變形頸縮局部集中塑性變形頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第鑄鐵、陶瓷：只有第I I階段階段 中、高碳鋼：沒有第中、高碳鋼：沒有第IIII階段階段 二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義二

10、、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義1 1剛度剛度 剛度：剛度：材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。 E=/E=/ 彈性模量彈性模量 GPa, MPaGPa, MPa 本質是：本質是：反映了材料產生彈性變形的難易程度，組織反映了材料產生彈性變形的難易程度，組織不敏感的力學指標。不敏感的力學指標。 2.2.強度：強度：材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。 屈服強度屈服強度 s s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。即材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。即在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時在拉伸試驗過程中，載荷不增加，

11、試樣仍能繼續(xù)伸長時的應力。的應力。條件屈服強度條件屈服強度 0.20.2：對于屈服現(xiàn)：對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料（象不明顯的材料（高碳鋼等），高碳鋼等），國家標準規(guī)定以國家標準規(guī)定以殘余變形量為殘余變形量為0.2%0.2%時的時的應力值作為它的條件應力值作為它的條件屈服強度，以屈服強度，以0.20.2來表示。來表示?？估瓘姸瓤估瓘姸?b b：材料斷裂前所承受：材料斷裂前所承受的最大應力值。（材料抵抗外的最大應力值。（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應力值）。力而不致斷裂的極限應力值）。 s0.23.3.塑性塑性 延伸率延伸率 斷面收縮率斷面收縮率 = =A/Ao=(Ao-Ak)/AoA/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% x 100% 時，無頸縮，為脆性材料表征；時，無頸縮，為脆性材料表征； KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展，發(fā)生脆斷。時，裂紋失穩(wěn)擴展，發(fā)生脆斷。KIKIC時，裂紋處于臨界狀態(tài)時，裂紋處于臨界狀態(tài)KIKIC時，裂紋擴展很慢或不擴展，不發(fā)生脆斷。時，裂紋擴展很慢或不擴展，不發(fā)生脆斷。4 4應用應用斷裂韌性是強度和韌性的綜合體現(xiàn)。斷裂韌性是強度和韌性的綜合體現(xiàn)。（1 1）探測出裂