機械工程材料課件 大連理工大學(xué)

機械工程材料歡迎來到大連理工大學(xué)機械工程材料課程。本課程將深入探討各類工程材料的性質(zhì)、應(yīng)用及加工技術(shù)，為您的工程實踐奠定堅實基礎(chǔ)。課程概述課程目標(biāo)掌握工程材料基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)材料選擇能力。學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋金屬、陶瓷、高分子和復(fù)合材料等。實踐環(huán)節(jié)包含多個實驗，強化理論與實踐結(jié)合。材料的分類金屬材料具有良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機械性能。陶瓷材料高硬度、耐高溫、耐腐蝕。高分子材料輕質(zhì)、易加工、隔熱性好。復(fù)合材料結(jié)合多種材料優(yōu)點，性能可設(shè)計。金屬材料黑色金屬主要包括鐵及其合金，如鋼和鑄鐵。有色金屬非鐵金屬，如鋁、銅、鎂等及其合金。貴金屬如金、銀、鉑等，用于特殊應(yīng)用。晶體結(jié)構(gòu)體心立方如α-鐵、鎢等。面心立方如銅、鋁、γ-鐵等。六方密堆積如鎂、鋅等。金屬材料的相變1固態(tài)相變?nèi)缁鼗?、時效等，改變材料微觀組織。2液態(tài)到固態(tài)凝固過程，形成初始晶體結(jié)構(gòu)。3固態(tài)到液態(tài)熔化過程，用于鑄造等工藝。金屬材料的強化機制1固溶強化2細晶強化3加工硬化4析出強化5相變強化不同強化機制通過改變材料微觀結(jié)構(gòu)來提高強度。金屬材料的熱處理退火消除內(nèi)應(yīng)力，軟化材料。正火細化晶粒，提高強度和韌性。淬火快速冷卻，提高硬度?；鼗鸾档痛嘈?，提高韌性。鐵碳合金系統(tǒng)鐵碳相圖展示不同溫度和成分下的相結(jié)構(gòu)。鋼的顯微組織包括鐵素體、奧氏體、珠光體等。鑄鐵的顯微組織包括灰口鑄鐵、白口鑄鐵等。鋼的熱處理1加熱升溫至奧氏體化溫度。2保溫確保完全奧氏體化。3冷卻控制冷卻速率，獲得所需組織。4后處理如需要，進行回火等處理。鑄鐵的性能和應(yīng)用灰口鑄鐵減振性好，用于機床底座。球墨鑄鐵強度高，用于曲軸、齒輪。白口鑄鐵耐磨性好，用于軋輥。有色金屬及合金鋁合金輕質(zhì)高強，廣泛用于航空航天。銅合金導(dǎo)電性好，用于電氣設(shè)備。鎂合金密度低，用于輕量化設(shè)計。鈦合金比強度高，耐腐蝕，用于醫(yī)療器械。陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷如瓷器、磚瓦等。工程陶瓷如氧化鋁、氮化硅等。功能陶瓷如壓電陶瓷、磁性陶瓷等。陶瓷材料的性能耐高溫可在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定。高硬度具有優(yōu)異的耐磨性。耐腐蝕化學(xué)穩(wěn)定性好，抗酸堿。陶瓷材料的應(yīng)用高分子材料熱塑性塑料可重復(fù)加熱成型，如聚乙烯、聚苯乙烯。熱固性塑料一旦成型不可再熔，如酚醛樹脂。彈性體具有良好彈性，如橡膠。高分子材料的性能1輕質(zhì)2絕緣性3耐腐蝕4易加工5可回收高分子材料具有獨特的性能組合，使其在工程應(yīng)用中不可或缺。高分子材料的應(yīng)用汽車工業(yè)用于內(nèi)飾件、保險杠等。電子電器用于外殼、絕緣材料等。醫(yī)療器械用于人工關(guān)節(jié)、導(dǎo)管等。復(fù)合材料定義由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組成的多相材料。組成通常包括增強體和基體兩部分。特點可根據(jù)需求設(shè)計性能，實現(xiàn)材料的最優(yōu)化。復(fù)合材料的制備原材料準(zhǔn)備選擇適當(dāng)?shù)脑鰪婓w和基體材料?；旌铣尚蛯⒃鰪婓w均勻分布在基體中。固化處理通過加熱或化學(xué)反應(yīng)使材料固化。后處理加工根據(jù)需要進行切割、打磨等處理。復(fù)合材料的性能高比強度單位質(zhì)量的強度高。高比模量剛性好，變形小?？蛊谛栽谘h(huán)載荷下性能穩(wěn)定。耐腐蝕化學(xué)穩(wěn)定性好。復(fù)合材料的應(yīng)用材料的選擇和使用1性能要求分析明確使用環(huán)境和性能指標(biāo)。2材料特性對比比較各類材料的優(yōu)缺點。3經(jīng)濟性評估考慮成本、加工難度等因素。4實驗驗證進行小規(guī)模試驗，確認材料適用性。材料的腐蝕與防護腐蝕類型包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。腐蝕機理了解腐蝕過程的化學(xué)反應(yīng)原理。防護方法涂層、電化學(xué)保護、合金化等。材料的疲勞與斷裂疲勞機理循環(huán)應(yīng)力導(dǎo)致微裂紋形成和擴展。斷裂模式包括脆性斷裂和韌性斷裂。預(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計、表面處理、定期檢查。焊接技術(shù)熔焊如電弧焊、氣焊等。壓焊如摩擦焊、超聲波焊等。特種焊接如激光焊、電子束焊等。材料性能測試1力學(xué)性能拉伸、壓縮、彎曲、沖擊等測試。2物理性能密度、導(dǎo)電性、熱膨脹系數(shù)等測試。3化學(xué)性能耐腐蝕性、化學(xué)成分分析等。4工藝性能鑄造性、焊接性、可加工性等評估。實驗一：金屬材料的熱處理樣品準(zhǔn)備切割、打磨樣品。熱處理操作進行退火、正火、淬火等處理。性能測試測量硬度、觀察顯微組織。數(shù)據(jù)分析比較不同熱處理對性能的影響。實驗二：金屬材料的沖擊試驗1試樣制備按標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工試樣，并做標(biāo)記。2設(shè)備調(diào)試校準(zhǔn)沖擊試驗機，確保準(zhǔn)確性。3試驗操作將試樣放入試驗機，進行沖擊。4結(jié)果記錄記錄沖擊功、觀察斷口特征。實驗三：陶瓷材料的性能硬度測試使用維氏硬度計測量陶瓷樣品硬度。耐熱性測試在高溫爐中測試陶瓷的耐熱性能。