[工学]新材料新工艺

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1、工程材料及成形技术基础绪论材料与成形技术的经济地位材料的发展史材料的分类本课程在人才培养中的地位和作用本课程的内容和要求第一章工程材料的结构与性能1.1材料原子的相互作用1.2晶体材料的原子排列1.3非晶态材料中的原子排列1.4合金的晶体结构1.5高聚物的结构1.6陶瓷的结构1.7工程材料的性能本章小结1.6陶瓷的结构陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。其组织示意图见下图陶瓷的性能主要取决于晶相。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物。第一章工程材料的结构与性能1.7工程材料的性能第一章工程材料的结构与性能

2、1.7.1工程材料的力学性能1.强度2.塑性3.硬度4.冲击韧性5.断裂韧性6.耐磨性7.粘弹性1.7.2工程材料的物理性能1.7.3工程材料的化学性能1.7.4工程材料的工艺性能1.强度第一章工程材料的结构与性能1)静载时的强度(1)弹性和刚度(2)屈服点(3)抗拉强度2)变载时的强度3)高温强度应变ε/%应力ơ低碳钢的应力—应变曲线εσ第一章工程材料的结构与性能2.塑性材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。其大小用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。3.硬度第一章工程材料的结构与性能布氏硬度原理洛氏硬度原

3、理维氏硬度原理硬度第一章工程材料的结构与性能布氏硬度用HB表示:当试验压力的单位为kgf时当试验压力的单位为牛顿(N)时低碳钢:ơb=3.53HB,高碳钢:ơb=3.33HB,合金调质钢:ơb=3.19HB灰铸铁:ơb=0.98HB,退火铝合金:ơb=4.70HB硬度第一章工程材料的结构与性能符号压头类型压力Kgf硬度值有效范围应用举例HRC120º金刚石圆锥15020~60HRC淬火钢件HRBФ1/16inch淬火钢球10025~100HRB软钢、退火钢、铜合金HRA120º金刚石圆锥6070HRA硬质合金、表面淬火钢

4、4.冲击韧性第一章工程材料的结构与性能Ak=G(H-h)JJ/cm25.断裂韧性第一章工程材料的结构与性能σMpa.m1/2σ6.耐磨性和粘弹性第一章工程材料的结构与性能耐磨性粘弹性蠕变应力松弛滞后与内耗1.7.2工程材料的物理性能材料第一章工程材料的结构与性能1.电性能1)导电性能2)介电性能(材料在电场中的极化；介电常数和介电强度；压电现象和电致伸缩现象；电铁效应）3)磁性能（磁导率、磁化强度；抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性；磁畴结构）。。。。（加强）4)光学性能（连续光谱和特征谱线、材料与光子的交互作用

5、）5)热性能（热容、热膨胀系数、热导率）比容C=摩尔热容/摩尔质量线胀系数Δl=α1ΔT1.7.3工程材料的化学性能第一章工程材料的结构与性能抗氧化性抗腐蚀性FeH2(+)(-)(+)(-)(+)Fe3CFe-Cu电池珠光体腐蚀电解液Fe3CF本章小结第二章金属的凝固与固态相变2.1纯金属的结晶2.2合金的凝固2.3铁碳合金平衡态的相变基础2.4钢在加热时的转变2.5钢在冷却时的转变2.6焊接接头的相变本章小结2.1纯金属的结晶第二章金属的凝固与固态相变2.1.1凝固的基本概念1.晶体的结晶2.非晶体的凝固2.1.2金属

6、的结晶2.1.3材料的同素异构现象1.晶体的结晶第二章金属的凝固与固态相变时间固体液+固固体温度时间2.非晶体的凝固第二章金属的凝固与固态相变2.1.2金属的结晶第二章金属的凝固与固态相变3.晶粒大小及控制晶粒度的概念晶粒大小的控制(增大过冷度、变质处理）1.金属的结晶过程2.影响形核和长大的因素过冷度的影响难熔杂质的影响晶粒度与力学性能的关系第二章金属的凝固与固态相变晶粒度晶粒数/mm2σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)6.32374635.3512747044.819429410847.52.1.3材料的同素异构第

7、二章金属的凝固与固态相变δ-Feγ-Feα-Fe1394ºC912ºC1.晶体的同素异构2.同分异构α-石英α-鳞石英α-方石英β-石英β-鳞石英β-方石英870ºC1470ºC573ºC163ºC180~270ºC2.2合金的凝固第二章金属的凝固与固态相变2.2.1二元合金相图与凝固1.匀晶相图匀晶相图的建立杠杆定律枝晶偏析2.共晶相图3.包晶相图4其他相图2.2.2合金的性能与相图的关系2.2.3铸锭(件)的凝固匀晶相图的建立第二章金属的凝固与固态相变合金的结晶过程第二章金属的凝固与固态相变杠杆定律第二章金属的凝固与

8、固态相变QL+Qα=1QLX+QαX’=K解方程得:第二章金属的凝固与固态相变共晶转变Lcαd+βe冷却曲线及结晶过程共晶相图共晶相图中的组织组成物第二章金属的凝固与固态相变包晶相图第二章金属的凝固与固态相变其他相图第二章金属的凝固与固态相变WB/%Wsi/%共析相图镁-硅相图2.2.2合金的性能与相图的关系第二章金