機械工程材料幻燈片

機械工程材料課件幻燈片第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月研究材料的成分---組織---性能之間關系的一門學科基本理論材料科學金屬學高分子學陶瓷學第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月復合材料工程材料金屬材料陶瓷材料高分子材料近代工業(yè)技術的發(fā)展，同樣與材料緊密相連，“能源、信息、材料”已成為現(xiàn)代技術的三大支柱，而前二者的發(fā)展均離不開材料。

第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料黑色金屬有色金屬鑄鐵碳鋼合金鋼鋁合金銅合金其它有色金屬非金屬材料高分子材料陶瓷材料復合材料塑料橡膠合成纖維第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章材料的性能使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、物理性能和化學性能。神舟一號飛船工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。五萬噸水壓機外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳鋼的應力-應變曲線拉伸試樣拉伸試驗機應力

=P/F0應變

=(l-l0)/l0第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月一、彈性和剛度彈性：指標為彈性極限

e，即材料承受最大彈性變形時的應力。

e彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量E。第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、強度與塑性強度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。

s

0.2

屈服強度

s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。

條件屈服強度

0.2：殘余變形量為0.2%時的應力值。

抗拉強度

b：材料斷裂前所承受的最大應力值。第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

指標為：伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月韌脆轉變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉變。發(fā)生韌脆轉變的溫度范圍稱韌脆轉變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質量直接有關第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果Titanic近代船用鋼板第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月四、疲勞材料在低于

s的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖材料在規(guī)定次數(shù)應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。用

-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞斷口通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月五、硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計五、硬度第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30

表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕壓頭為硬質合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。HB

b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調質鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的

b與HB之間的經驗關系：對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB對于高碳鋼：

b(MPa)≈3.4HB對于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或

b(MPa)≈0.6(HB-40)第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。

第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質合金、表淬層和滲碳層。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調質鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結果分散度大。第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法—維氏硬度試驗、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月六、斷裂韌性油輪斷裂和北極星導彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關

1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導彈裂紋擴展的基本形式第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）、材料的物理性能物理性能密度