工程材料 第1章 金属材料的性能课件.ppt

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1、1．1材料的种类1．1．1什么是材料1．1．2材料是如何分类的1．2金属材料的性能1．2．1物理性能1．2．2化学性能1．2．3力学性能1．2．4工艺性能目录第一篇金属材料基础知识第1章材料的种类与金属材料的性能什么是材料？材料是人类生产和生活所必须的物质基础。手锤锉刀“神舟”四号飞船成功返回国产涡喷-7涡轮喷气发动机石器铁器象形尊(西周)石器时代青铜器时代铁器时代材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。1.1材料的种类1.材料的分类方法金属高分子陶瓷材料有机材料无机材料复合材料Way?1.1材料的种类2.材料的结合键（1）金属键（2）共价键（3

2、）离子键共价键金属材料制品传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。陶瓷制品陶瓷发动机高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。烯丙酰氯-苯乙烯综上所述，根据结合键可将材料分为四类:金属材料主要以金属键结合，其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，为主要的工程材料。高分子材料以分子键和共价键结合，耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。陶瓷材料以离子键、共

3、价键结合，熔点高，硬度高，耐热，耐磨，脆性大，难以加工。复合材料可由多种结合键组成，强韧性好，比强度、比刚度高，抗疲劳性好。1.2金属材料的性能1.2.1物理性能1.密度和熔点:(1)密度;(2)熔点2.热学性能:(1)导热性;(2)比热容;(3)热膨胀系数3.电学性能:(1)导电性;(2)介电常数与介电强度;(3)铁电性能;(4)超导电性4.磁学性能:(1)磁导率;(2)矫顽力1.2.3力学性能1.强度(1)拉伸试样:拉伸试样的形状有圆形和矩形两类。在国家标准(GB/T228—2002)《金属材料室温拉伸试验方法》中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。图1-5所示为圆形拉伸试

4、样。图1-5圆形截面的拉伸试样(2)力-伸长曲线:拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线叫做力伸长曲线。图1-6是低碳钢的力伸长曲线，纵坐标表示图1-6低碳钢的力-伸长曲线力F，单位是N;横坐标表示伸长量Δl，单位是mm。由力伸长曲线可以看出，随着拉伸力的不断增加，试样经历了以下几个变形阶段:在拉伸试验中具有屈服现象的金属材料称为塑性材料，而工程上使用的金属材料，大多数没有明显的屈服现象，这类金属材料称为脆性材料。有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生缩颈。图1-7为铸铁的力伸长曲线。图1-7铸铁的力-伸长曲线(3)强度指标:屈服点和抗拉强度。①屈服点:试样在拉伸过程中力不增加(

5、保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力称为屈服点，其计算公式为σs=Fs/S0（1-3）式中σs——屈服点，MPa;Fs——试样屈服时的载荷，N;S0——试样原始横截面面积，mm2。对于无明显屈服现象的金属材料，按GB/T228—2002规定可用规定残余伸长应力σ0.2表示。σ0.2表示试样卸除拉伸力后，其标距长度部分的残余伸长率达到0.2%时的应力，也称屈服强度。计算公式为σ0.2=F0.2/S0（1-4）式中σ0.2——规定残余伸长应力，MPa;F0.2——残余伸长率达到0.2%时的载荷，N;S0——试样原始横截面面积，mm2。②抗拉强度:试样拉断前承受的最大标称拉应力称为抗拉强度。

6、其计算公式为σb=Fb/S0（1-5）式中σb——抗拉强度，MPa;Fb——试样承受的最大载荷，N;S0——试样原始横截面面积，mm2。抗拉强度表示材料在拉伸载荷作用下的最大均匀变形的抗力。零件在工作中所承受的应力，不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。抗拉强度σb和屈服点σs一样，也是机械零件设计和选材的主要依据。在工程上把σs/σb称为屈强比。屈强比高，则材料强度的有效利用率高，但过高也不好，一般以0.75左右为宜。(3)强度指标:屈服点和抗拉强度。2.塑性断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。常用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。它们也是由拉伸试验测得的。试样拉断后标距长度的

7、伸长量与原始标距长度的百分比称为断后伸长率，其计算公式为δ=(l1-l0)/l0×100%（1-6）式中δ——试样断后伸长率，%;l0——试样原始标距长度，mm;l1——试样拉断后的标距长度，mm。试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比称为断面收缩率，其计算公式为ψ=(S0-S1)/S0×100%（1-7）式中ψ——断面收缩率，%;S0——试样原始横截面面积，mm2;S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面面积