第一章工程材料的性能ppt课件.ppt

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1、第1章工程材料的性能1.1工程材料的力学性能1.2工程材料的物理和化学性能1.3工程材料的工艺性能1前提：材料的分类金属高分子陶瓷材料有机材料无机材料复合材料Way?2分类：组成成分：金属材料、无机非金属材料（二氧化硅气凝胶、水泥、玻璃、陶瓷）、有机高分子材料（塑料、橡胶、纤维）、陶瓷材料、复合材料（碳纤维）等；使用功能：结构材料和功能材料工程材料分类4各类材料的特点金属材料——主要为金属键。热和电的良导体；具有良好的强度与延展性以及金属光泽。陶瓷材料——通常为离子键或共价键。绝缘体，而且比较耐热。高分子材料——通常为共价键

2、、分子键和氢键，以共价键为主。分子结构都非常大；通常密度较低，在高温下不稳定。复合材料——性能的复合。玻璃纤维增强高分子复合材料5工程材料包括结构材料、功能材料结构材料——以强度、韧性、塑性等机械性能为主要要求。功能材料——以特殊物理性能与化学性能为主要要求。“性能”铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性工程材料的性能使用性能力学性能*物理性能化学性能工艺性能1.1工程材料的力学性能——表征材料在给定外界条件下的行为。什么是材料的性能？7材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现出

3、来的行为。－－主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。力学性能8机械设计中应首先考虑材料的力学性能。通俗地讲,力学性能反应在多大和怎样形式的载荷条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。力学性能指标:弹性、刚度、塑性、韧性、强度、硬度、疲劳强度等。工程材料的机械性能――材料在受力时的性质。（也称力学性能）。9力学性能试验：静载单向静拉伸应力―应变曲线拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线拉伸试验机10曲线分为四阶段：1．阶段I（oab段）―弹性变形阶段a:Ppb:Pe（不产生永久变形的最大抗力）oa段：△L∝P直线阶

4、段ab段：极微量塑性变形（0.001--0.005%)2．阶段II（bcd段）―屈服变形c:屈服点Ps屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线III113．阶段III（dB段）―均匀塑性变形阶段B: Pb材料所能承受的最大载荷4．阶段IV(BK段)―局部集中塑性变形低Ｃ钢、正火、退火调质中Ｃ钢，低、中C合金钢、某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没有第II阶段颈缩拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线IIIIV12低Ｃ钢、正火、退火

5、调质中Ｃ钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没有第II阶段131.1.1强度(strength)单位：MPa(MN/mm2)公式：σ=P/Fo物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。――材料所能承受的极限应力.141．屈服强度σs(yieldstrength)a:σs=Ps/FoPsσs=(Mpa)F0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)σs：代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主

6、要依据之一。15b:  σ0.2条件屈服强度中高碳钢等无屈服点。国家标准－－以产生一定的微量塑性变形的抗力的极限应力值来表示。脆性材料：σb=σs，如灰口铸铁P0.2σ0.2=(Mpa)F0试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)162．抗拉强度(tensilestrength)σb=Pb/Fo材料被拉断前所承受的最大应力值。Pbσb=(Mpa)F0试样断裂前的最大载荷(N)试样原始横截面积(mm2)σb：代表材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。173．疲劳强度σ-1(fatiguestrengt

7、h)疲劳现象：承受载荷的大小和方向随时间作周期性变化。在交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。（80%的断裂由疲劳造成）影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。1943年美国T-2油轮发生断裂18疲劳极限σ-1：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。钢材的循环次数一般取N=107有色金属的循环次数一般取N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:σ-1=(0.45～0.55)σb陶瓷、高

8、分子材料－疲劳抗力很低；金属材料－疲劳强度较高；纤维增强复合材料－较好的抗疲劳性能。191.1.2、塑性(plasticity)－材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。延伸率与试样尺寸有关，d5,  d10(Lo=5do,10do)。1．延伸率（specificelongation