工程材料与成形工艺基础 第2版 教学课件 作者 徐晓峰第1章 工程材料性质.ppt

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1、金属材料成形基础主讲徐晓峰第一章工程材料的性质第一节材料的种类与主要性能§1-1材料的种类材料是工业和科学技术的物质基础，是人类社会赖以生存和发展的重要条件，是衡量一个国家经济实力与技术水平的重要标志，它与信息、能源并列为现代化技术的三大支柱，而能源和信息的发展又依托于材料材料。因此世界各国都把对材料的研究开发放在突出的地位。工程材料金属材料高分子材料无机非金属材料复合材料功能材料钢铁合金有色合金纤维：天然纤维、合成纤维橡胶：通用橡胶、特殊橡胶塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料水泥玻璃耐火材料陶

2、瓷：普通陶瓷、特殊陶瓷树脂基金属基陶瓷基：力学功能材料、物理功能材料、化学功能材料、生物功能材料、智能功能材料等钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢铸铁：白口铸铁、灰口铸铁等铜及其合金铝及其合金其它：轴承合金、钛合金、镁合金等2.工艺性能材料的主要性能是指:1.使用性能（1）力学性能（2）物理性能（3）化学性能——加工成形的性能§1-2材料的主要性能力学性能——材料在外力作用下所表现出的特性。（一）外力作用下材料的变形与失效作用在机件上的外力——载荷FFF=F’（MPa）外力——内力——应力F’F静载荷

3、动载荷σ=F’/S一、材料的力学性能（1）弹性变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。1.两种基本变形（2）塑性变形:材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。2．变形的三个阶段弹性变形3.常见的几种失效形式（1）断裂（2）塑性变形（3）过量弹性变形（4）磨损（5）腐蚀塑性变形断裂拉伸实验kbb—极限载荷点（二）材料的力学性能Fee—弹性极限点sS—屈服点K—断裂点拉伸曲线FFL应力—应变曲线缩颈o1．强度：当材料单位面

4、积上所受的应力σ<σe时，只产生弹性变形。当σ>σe时，材料将产生塑性变形。材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力。（1）弹性极限强度（σe）与弹性模量E指材料在弹性变形阶段的最大应力。σe=Fe/S0（MPa）它表征了材料抵抗塑性变形的能力。在弹性变形阶段：所以：当材料单位面积上所受的应力σe<σ<σs时，只产生微量的塑性变形。当σ>σs时，材料将产生明显的塑性变形。E—表征了材料在外力作用下产生弹性变形的难易程度，在工程上称为材料的刚度。（2）屈服强度（σS）指材料在外力作用下，产生屈服现象

5、时的应力。σS=Fs/S0（MPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。E—材料抵抗弹性变形的能力越大。kbFes100%0.2%bσb=Fb/S0（MPa）（3）抗拉强度（σb）抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度—是脆性材料选材的依据。条件屈服强度:σ0.2=F0.2/S0（MPa）屈服强度—是塑性材料选材和评定的主要依据。2.塑性常用δ和ψ作为衡量塑性的指标。伸长率：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。断面收缩率:F

6、FL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。(2)洛氏硬度（HRC）1：103．硬度是材料抵抗局部变形的能力。是衡量材料软硬程度的指标。(1)布氏硬度（HB）：特别是指材料抵抗塑性变形压痕、划痕的能力。是材料塑性与弹性的综合反映4．冲击韧性AK=G（H1–H2）（J）ak=AK/S（J/m2）低碳钢：σb≈3.6HB高碳钢：σb≈3.4HB调质合金钢：σb≈3.25HB材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的

7、。5．疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。—循环基数钢：受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。有色金属：6．断裂韧性(K1C)材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标。由于金属材料内部不可避免的存在着各种宏观缺陷，这些缺陷在材料中的作用相当于裂纹。当材料受外力作用时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，应力不断增大，裂纹自动扩张，直到最终断裂。在外力作用下，裂纹扩展的难易程度用断裂韧

8、性表示。断裂韧性是材料本身的一种力学性能指标，主要取决于材料本身的成分、组织和结构。力学性能bs强度塑性刚度硬度韧性疲劳强度断裂韧性（三）力学性能与失效形式的关系失效形式断裂塑性变形过量弹变磨损（三）材料的工艺性能：加工性能二、材料的物理、化学及工艺性能（一）材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。（二）材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、抗氧化性。§2-1金属的晶体结构第二节金属及合金的结构与结晶原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体晶格