機械工程材料課件大連理工大學

機械工程材料機械工程材料課件課件大綱材料概述介紹機械工程材料的基本概念、特性和分類，為后續(xù)學習打下基礎。金屬材料深入探討鐵基合金和有色金屬合金的性質、應用和加工工藝，并分析其性能。非金屬材料涵蓋陶瓷、高分子材料和復合材料，重點介紹其結構、性能和應用領域。材料選擇與設計講解材料選擇原則、力學性能設計和耐蝕性設計，并結合實例進行分析。緒論本課程將介紹機械工程材料的基礎知識。內容涵蓋各種材料的特性、應用、選擇和設計。1.1工程材料的定義自然界物質經(jīng)過加工和處理后，可用于建造工程或制造機器的材料。工程應用具有特定性能，可滿足工程需求，例如強度、韌性、耐腐蝕性等。工程結構組成工程結構的基本材料，例如鋼筋、混凝土、木材等。1.2工程材料的特性機械性能材料承受外力作用時的抵抗能力，例如強度、硬度、塑性、韌性等。這些性能決定了材料在承受載荷和沖擊時的表現(xiàn)。物理性能材料的物理性質，例如密度、熔點、導熱率、導電率等。這些性能影響了材料的熱傳導、電傳導和在不同環(huán)境下的表現(xiàn)。化學性能材料與化學物質或環(huán)境相互作用時的表現(xiàn)，例如腐蝕性、抗氧化性等。這些性能決定了材料在各種化學環(huán)境中的耐久性和穩(wěn)定性。工藝性能材料在加工制造過程中的表現(xiàn)，例如可加工性、可焊性、可鑄性等。這些性能決定了材料的加工難度和最終產品的質量。1.3工程材料的分類金屬材料包括鐵、銅、鋁等，具有高強度、高韌性、可塑性好等特點，廣泛應用于機械制造、建筑、交通等領域。陶瓷材料包括氧化鋁、硅酸鹽等，具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高等特點，應用于航空航天、電子器件等領域。高分子材料包括塑料、橡膠、纖維等，具有重量輕、易加工、成本低等特點，應用于包裝、紡織、汽車等領域。復合材料由兩種或兩種以上材料復合而成，例如碳纖維增強塑料、玻璃纖維增強塑料，具有高強度、高模量、重量輕等特點，應用于航空航天、汽車等領域。2.金屬材料金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主組成的材料。廣泛應用于機械制造、航空航天、電子信息等領域。具有良好的導電性、導熱性、延展性和強度等特性。2.1鐵基合金11.鋼鋼鐵是最常見的鐵基合金，具有強度高、韌性好、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于建筑、機械、交通等領域。22.生鐵生鐵含碳量高，硬度高、脆性大，主要用于鑄造。33.合金鋼合金鋼是指在鐵中加入其他金屬元素，例如鉻、鎳、錳等，以提高其性能。44.工具鋼工具鋼具有高硬度、耐磨性和耐熱性，適用于制造刀具、模具等工具。2.2有色金屬合金鋁合金鋁合金重量輕，耐腐蝕，具有優(yōu)異的強度和延展性。廣泛應用于航空航天、汽車制造、電子產品和建筑領域。銅合金銅合金具有良好的導電性、導熱性和耐腐蝕性。常用于電力設備、管道、裝飾材料和藝術品。鎂合金鎂合金強度高，密度低，具有良好的減震性能。被廣泛應用于汽車、航空航天和電子產品領域。鈦合金鈦合金具有高強度、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能。主要應用于航空航天、醫(yī)療器械、化學工業(yè)和軍事領域。2.3金屬材料的性能機械性能金屬材料在承受外力作用時的性能，例如強度、硬度、塑性、韌性等。這些性能決定了金屬材料在機械加工、制造和使用過程中的應用。物理性能金屬材料的物理性質，例如密度、熔點、導電性、導熱性等。這些性質影響金屬材料在不同環(huán)境條件下的使用特性。化學性能金屬材料在與其他物質發(fā)生化學反應時的性能，例如耐腐蝕性、抗氧化性等。這些性能影響金屬材料的使用壽命和安全性。工藝性能金屬材料在加工和制造過程中的性能，例如可加工性、焊接性、鑄造性等。這些性能影響金屬材料的生產效率和加工難度。3.陶瓷材料陶瓷材料是一種無機非金屬材料，通常由金屬和非金屬元素組成。它們具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在許多工業(yè)領域中得到廣泛應用。3.1陶瓷材料的概述陶瓷材料是由金屬和非金屬元素組成的無機非金屬材料。陶瓷材料通常具有高硬度、高熔點、耐高溫、耐腐蝕等特性。陶瓷材料廣泛應用于建筑、電子、機械、航空航天等領域。3.2陶瓷材料的性能高強度陶瓷材料具有很高的抗壓強度和抗彎強度，在高溫下依然能保持良好的性能。耐高溫陶瓷材料具有很高的熔點，能耐受高溫環(huán)境，適用于高溫應用場景，如航空航天等。耐腐蝕陶瓷材料具有良好的化學穩(wěn)定性，不易被腐蝕，可用于制造耐酸耐堿的器皿和部件。耐磨陶瓷材料具有很高的硬度，不易磨損，可用于制造耐磨部件，如軸承、刀具等。3.3陶瓷材料的制造工藝1粉末制備陶瓷材料通常以粉末形式作為原料，粉末的粒度、形狀和均勻性對陶瓷材料的性能有很大影響。2成型粉末經(jīng)過混合、壓制或注漿等工藝成型，形成所需的形狀。3燒結成型后的坯體在高溫下進行燒結，使粉末顆粒之間發(fā)生結合，形成致密的陶瓷體。4后處理燒結后的陶瓷體可能需要進行表面處理、涂層或切割等后處理工藝，以滿足特定應用的需求。4.高分子材料高分子材料是由許多重復的結構單元組成的長鏈分子，也稱為聚合物。這些材料在機械工程領域有廣泛的應用。4.1高分子材料的概述11.結構特點高分子材料是由許多重復的結構單元組成的長鏈狀分子，這些單元通過共價鍵連接在一起。22.物理性質具有柔韌性、彈性、耐腐蝕性等優(yōu)異的性能，在各種領域得到廣泛應用。33.化學性質高分子材料通常具有良好的化學穩(wěn)定性，不易與其他物質發(fā)生反應。44.應用領域廣泛應用于制造塑料、橡膠、纖維、涂料等，在機械、電子、建筑等領域發(fā)揮重要作用。4.2熱塑性塑料聚乙烯（PE）PE是一種用途廣泛的熱塑性塑料，通常用于制造各種產品，包括瓶子、薄膜和包裝。聚丙烯（PP）PP是另一種常見的熱塑性塑料，具有良好的耐熱性和化學抗性，適用于食品容器和醫(yī)療設備。聚氯乙烯（PVC）PVC是一種堅固且耐用的熱塑性塑料，廣泛用于管道、地板和窗戶。聚酯（PET）PET是合成纖維中的常見材料，也是飲料瓶和其他包裝產品的常用選擇。4.3熱固性塑料定義熱固性塑料在成型加工后會發(fā)生化學交聯(lián)反應，形成固化結構。固化后的熱固性塑料無法再次熔融，只能通過熱分解破壞其結構。特性熱固性塑料具有高強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，廣泛應用于汽車、航空航天、電子等領域。常見類型常見熱固性塑料包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂等。它們在化學組成、結構和性能方面存在差異，適用于不同的應用場景。5.復合材料復合材料由兩種或多種不同材料組成，具有優(yōu)異的性能。其組成材料保持其獨立的特性，并相互結合，從而賦予復合材料新的特性。5.1復合材料的概述定義復合材料是由兩種或多種不同材料組合而成，具有各自材料的優(yōu)點，性能優(yōu)越。增強相增強相通常為纖維或顆粒，提高材料的強度、剛度和抗疲勞性能?；w基體將增強相結合，并賦予復合材料整體結構和形狀。5.2纖維增強復合材料增強材料纖維增強復合材料通常以玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維為增強材料，這些材料強度高，重量輕?；w材料基體材料通常為樹脂，如環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂，它們將纖維結合在一起，并傳遞載荷。優(yōu)異的性能纖維增強復合材料具有高強度、高剛度、重量輕、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異的性能。應用廣泛纖維增強復合材料在航空航天、汽車、建筑、電子等領域得到了廣泛應用。5.3層狀復合材料結構特點層狀復合材料由不同材料的薄層交替疊加構成，各層之間以粘合劑或其他方式連接在一起。性能優(yōu)勢層狀復合材料能夠有效地結合不同材料的優(yōu)點，例如高強度、高剛度、耐高溫、耐腐蝕等。應用領域層狀復合材料在航空航天、汽車、電子、建筑等領域得到了廣泛的應用。典型材料常見的層狀復合材料包括玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料、陶瓷基復合材料等。6.材料的選擇與設計機械工程中，材料選擇與設計是至關重要的步驟，直接影響產品的性能、成本和壽命。6.1材料的選擇原則性能要求材料應滿足機械零件的功能需求，如強度、剛度、塑性、耐磨性、耐腐蝕性等。成本因素材料成本是重要考量因素，需在滿足性能要求的前提下選擇價格合理的材料。加工工藝材料的加工性能直接影響制造成本，應選擇易于加工的材料?？色@得性材料的供應穩(wěn)定性，材料市場供應狀況，材料是否易于獲得。6.2材料的力學性能設計11.強度設計材料在承受外力時不發(fā)生斷裂或過大塑性變形的性能。22.剛度設計材料抵抗外力變形的能力，即材料的硬度。33.韌性設計材料在斷裂前吸收能量的能力，