机械工程基础课件.ppt

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1、机械工程基础吴小娟目录第一篇工程材料与热处理基础第二篇成形工艺基础第三篇机械制造基础第一篇工程材料与热处理基础第一章金属材料的分类及性能第二章铁碳合金第三章钢的热处理第四章工业用钢第五章铸铁第六章有色金属第七章新型工程材料第八章机械制造中的材料选择第一章金属材料的分类及性能§1.材料的分类§2.金属材料的性能§3.金属材料的晶体结构与结晶§1.材料的分类工程上使用的材料有机械工程材料、土建工程材料、电工材料、电子材料。按属性分类：一．金属材料：钢、铸铁、有色金属二．高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维三．陶瓷材

2、料:普通陶瓷、特种陶瓷四．复合材料§2.金属材料的性能一．机械性能（一）强度1.定义：强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。拉伸试样低碳钢的拉伸曲线低碳钢的拉伸过程分三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂阶段。σb是抗拉强度，是试样拉断前承受的最大应力；σs是屈服强度，是弹性变形转向塑性变形的明显标志；σe是弹性极限。2.屈服强度及抗拉强度低碳钢具有屈服阶段，对于其它无明显屈服现象的材料，如高碳钢、铸铁、铜、铝等，可用σ0.2代替屈服极限，称为名义屈服点。(二)刚度1.定义：金属材料在外力作用下抵

3、抗弹性变形的能力。2.弹性模数E：是衡量刚度大小的指标，其值等于在弹性变形范围内，应力与应变的比值。在相同外力作用下，E越大，则弹性变形越小，刚度越大。E只与材料的本性有关。3.刚度除了与E有关，还与零件的形状、尺寸有关。(三)塑性1.定义：金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。2.塑性通常用伸长率δ，断面收缩率ψ表示。δ=（L—L0）/L0×100%ψ=（F0—F）/F0×100%δ、ψ越大，塑性越好。(四)硬度1．定义：金属材料抵抗其他更硬的物体压入其内的能力。2．类型：①布氏硬度（HB）：H

4、BS、HBW。②洛氏硬度（HR）：HRC、HRA、HRB。③维氏硬度（HV）：4．硬度是一个重要的综合力学性能指标，反映了材料在小范围内抵抗变形和断裂的能力。3.硬度实验(五)冲击韧性1．定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。2．冲击韧性值αk用来衡量冲击韧性的大小。αk越大，韧性越好3．摆锤冲击实验4．强度、塑性均好的材料，韧性好。(六)疲劳强度1．疲劳断裂：在交变载荷下工作的一些构件,所受应力虽然低于其屈服强度，但使用中往往突然断裂，这种现象称为疲劳断裂。2.疲劳强度σ-1：金属材料在无数次(

5、钢107有色金属108)重复交变载荷作用下不致引起断裂的最大应力3.疲劳强度实验二．物理性能密度、熔点、热容、热膨胀性、导热、导电性、磁性。三．化学性能耐腐蚀性、高温抗氧化性。四．工艺性能铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性能、切削加工性能。§3金属的晶体结构与结晶一．金属的晶体结构1.晶体与非晶体晶体：原子沿三维空间重复排列成有序结构。特点：①有序排列②性能各向异性③固定的熔点非晶体：原子无序排列。2．晶体结构的基本概念晶格结点晶胞晶格常数，单位是Å(埃，10-10m或0.1nm)晶面、晶向3．常见晶体结构

6、类型：体心立方，如α-Fe　、Cr、V、W、Mo等面心立方，如γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb等密排六方，如Mg、Zn、Be等不同金属，晶体结构和晶格类型不同，因而性能不同；在同一晶体内，不同晶面和晶向上原子密度不同，因而性能不同（各向异性）。二．多晶体结构与晶体缺陷1．晶粒与晶界2．晶体缺陷⑴点缺陷：空位、间隙原子，导致晶格畸变，使强度、硬度升高，塑性、韧性降低。⑶面缺陷：晶界，使晶体的强度、塑性、韧性提高（细化晶粒以提高材料性能），但晶界处熔点低，易腐蚀，且易聚集杂质原子。⑵线缺陷：位错，其存在及数量的

7、变化对性能影响很大。三．合金的相结构和组织１．概念：通过熔炼、烧结等方法，将一种金属元素与其它一种或几种元素结合一起形成的具有金属特性的新物质叫合金。组成合金的各元素叫组元。合金中成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相；不同相的结合称组织。相与相之间的转变称为相变。2．固态合金的相结构⑴固溶体：溶质元素溶解到溶剂元素的晶格中，并且不改变溶剂的晶格类型。如：铁素体、奥氏体。①置换固溶体：溶质原子占据溶剂结晶原子位置。②间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子晶格的间隙中。溶质元素溶解到溶剂元素的

8、晶格中，造成溶剂元素的晶格畸变，导致合金强度、硬度的升高,塑性、韧性下降，称为“固溶强化”。⑵金属化合物：当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现新相（单相），若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则它属于金属化合物金属化合物具有较高的熔点和硬度及较大的脆性，使合金的强度、硬度上升，但塑性、韧性降低。如渗碳体Fe3C是铁碳合金中的重要强化相。(3)机械混合物:由两种或两种以上的单相机械混合而成,各单相保持晶格结构不变