机械制造基础（上册）教学课件陈仪先 梅顺齐第1章金属材料的基本知识.ppt

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1、机械工程材料二零零五年十一月绪　　　论一、历史新石器时代的仰韶文化已开始炼制和应用黄铜商周时期，青铜冶炼、铸造技术已达到很高的水平商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。最能反映这个时期青铜冶铸技术水平的，是1939年在河南安阳出土的司母戊鼎。它重达875公斤，带耳，高133厘米，横长110厘米，宽78厘米，它是我国到目前为止发掘出最大的青铜器，也是世界上最大的古青铜器，它造型瑰丽、浑厚，鼎外布满花纹。司母戊鼎的铸造，若没有规模巨大和相当高超的采矿、冶炼、制范、熔铸等技术，是不可想象的，它的铸造充分体现了我国古代劳动人民的高度智慧。距今3000多年秦公一号墓出土的铁铲、铁杈，比

2、世界上发现最早的铁器工具要早1800年1972年，在我国河北省藁城县台西村出土了一把商代铁刃青铜铖，其年代约在公元前十四世纪前后，在青铜铖上嵌有铁刃，该铁刃就是将陨铁经加热锻打后，和铖体嵌锻在一起的。二、现在在机械制造业中，金属材料是目前使用量最大、使用范围最广的材料。金属材料分为钢铁材料和有色金属材料两大类。金属材料有着优良的使用性能和加工工艺性能。随着科学技术的进步，非金属材料以其具有一些金属材料所不具备的性能特点（如耐蚀性、绝缘、消声、质轻、生产率高、成本低等）而得到迅速发展。金属材料与非金属材料有着各自的优缺点，将两种各有所长的材料组合在一起，扬长避短，这就构成

3、了复合材料。按基体材料的不同，可将复合材料分为高分子基、金属基、和陶瓷基复合材料三、目前在新材料和新材料构件制造技术出现了以下一些新的突破点轻合金材料发展轻量化合金材料技术，建立铝、镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超塑性成型与钛合金成型技术、高温铝合金粉末与铝基复材，开发高热传导率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型与轨道车辆轻量化技术金属基复合材料构件制造技术以SiC长纤维增强的Ti基复合材料（TiMMC）具有比强度高、比刚度高，使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的SCS-6SiC/IMI834复合材料的抗拉强度高达2200MPa，刚度达220GPa，而且具有极

4、为优异的热稳定性，在700℃温度暴露2000h后，力学性能不降低。主要应用于未来发动机中的构件陶瓷基复合材料构件制造技术连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐温高，密度低，具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁。其中，连续纤维增韧碳化硅复合材料包括C/SiC和SiC/SiC两种。C/SiC和SiC/SiC的密度分别为1.8～2.1g/cm3和2.4～2.6g/cm3，SiC基CMC的最高工作温度为1650℃，C/SiC和SiC/SiC可分别在有限寿命和长寿命条件下使用。主要应用于高性能航空发动机的涡轮碳/碳复合材料构件制造技术碳/碳复合材料（C/C）的

5、最显著的优点是耐高温（1800～2000℃）和低密度（约1.9g/cm3）。美、法、俄等研制的C/C复合材料部件有：燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的致密化技术和C/C防氧化涂层的设计与制造第一章金属材料的基本知识工程材料可分为：金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料金属材料在现代生产及人们的日常生活中占有极其重要的地位。金属材料的品种繁多、性能各异，并能通过适当的工艺改变其性能。金属材料的性能由材料的成分、组织及加工工艺来确定。掌

6、握各种材料的性能对材料的选择、加工、应用，以及新材料的开发都有着非常重要的作用。1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能1.1.2金属材料的其它性能简介1.1.1金属材料的力学性能1．弹性和刚度2．强度3．塑性4．硬度5．冲击韧性ak6．断裂韧性KI7．疲劳强度１.弹性和刚度金属材料受外力作用时产生变形。当外力去掉后能恢复其原来形状的性能称为弹性。这种随外力消除而消除的变形，称为弹性变形材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。弹性模量E标志着材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。E值的大小主要取决于各种材料的本性，一

7、些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件的结构有关提高零件刚度的方法有增加横截面面积改变截面形状选用弹性模量较大的材料2.强度在外力作用下，材料抵抗塑性变形和破断的能力称为强度。常用的强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度1)屈服强度（σs、σ0.2）当曲线达到B点时，曲线出现应变增加而应力不变的现象称为屈服。屈服时的应力称为屈服强度，记为σs，单位MPa对没有明显的屈服现象的材料，国家标准规定用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该