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1、1 11 1 材料的種類材料的種類 1 11 11 1 什么是材料什么是材料 1 11 12 2 材料是如何分類的材料是如何分類的1 12 2 金屬材料的性能金屬材料的性能 1 12 21 1 物理性能物理性能 1 12 22 2 化學性能化學性能 1 12 23 3 力學性能力學性能 1 12 24 4 工藝性能工藝性能 第第1 1章章 材料的種類與金屬材料的性能材料的種類與金屬材料的性能什么是材料？什么是材料？ 材料是人類生產(chǎn)和生活材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手手錘錘銼刀銼刀國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機石器石器鐵器鐵器 象形尊象形尊( (西周

2、西周) ) 石器時代石器時代 青銅器時代青銅器時代 鐵器時代鐵器時代由于材料的重要性，由于材料的重要性，歷史學家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。歷史學家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。1.1 1.1 材料的種類材料的種類1.材料的分類方法材料的分類方法金屬高分子陶瓷材料有機材料無機材料 復合材料復合材料Way?1.1 1.1 材料的種類材料的種類2.材料的結(jié)合鍵材料的結(jié)合鍵（1）金屬鍵 （2）分子鍵 （3）共價鍵 （4）離子鍵 1-2 離子鍵示意圖 共價鍵共價鍵金屬材料制品金屬材料制品 傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、長石等)為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特種陶瓷又稱

3、精細陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷發(fā)動機陶瓷發(fā)動機 高分子材料高分子材料在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪船等制造工業(yè)和化學、交通運輸、航空航天等工輪船等制造工業(yè)和化學、交通運輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應用。業(yè)中被廣泛應用。 烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯 綜上所述，根據(jù)結(jié)合鍵可將材料分為四類: 金屬材料金屬材料主要以金屬鍵結(jié)合，其強韌性好，塑性變形能力強，導電、導熱性好，為主要的工程材料。高分子材料高分子材料以分子鍵和共價鍵結(jié)合，耐蝕性、絕緣性好，密度小，加工成型性好，強度不高、硬度較低，耐熱

4、性較差。陶瓷材料陶瓷材料以離子鍵、共價鍵結(jié)合，熔點高，硬度高，耐熱，耐磨，脆性大，難以加工。復合材料復合材料可由多種結(jié)合鍵組成，強韌性好，比強度、比剛度高，抗疲勞性好。 1.2 1.2 金屬材料的性能金屬材料的性能1.2.1 1.2.1 物理性能物理性能 1.1.密度和熔點密度和熔點:(1)密度;(2)熔點 2.2.熱學性能熱學性能:(1)導熱性;(2)比熱容;(3)熱膨脹系數(shù) 3.3.電學性能電學性能:(1)導電性;(2)介電常數(shù)與介電強度;(3)鐵電性能;(4)超導電性 4.4.磁學性能磁學性能:(1)磁導率;(2)矯頑力 1.2.3 1.2.3 力學性能力學性能 1.1.強度強度 (1)

5、拉伸試樣:拉伸試樣的形狀有圓形和矩形兩類。在國家標準(GB/T 2282002)金屬材料室溫拉伸試驗方法中，對試樣的形狀、尺寸及加工要求均有明確的規(guī)定。圖1-5所示為圓形拉伸試樣。 圖1-5 圓形截面的拉伸試樣 (2)力力- -伸長曲線伸長曲線:拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線叫做力伸長曲線。 圖1-6是低碳鋼的力伸長曲線，縱坐標表示圖1-6 低碳鋼的力-伸長曲線 力 F，單位是N;橫坐標表示伸長量l，單位是mm。由力伸長曲線可以看出，隨著拉伸力的不斷增加，試樣經(jīng)歷了以下幾個變形階段: 在拉伸試驗中具有屈服現(xiàn)象的金屬材料稱為塑性塑性材料材料，而工程上使用的金屬材料，大多數(shù)沒有明顯的屈服

6、現(xiàn)象，這類金屬材料稱為脆性材料脆性材料。有些脆性材料，不僅沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生縮頸。圖1-7為鑄鐵的力伸長曲線。 圖1-7 鑄鐵的力-伸長曲線 (3)強度指標:屈服點和抗拉強度。 屈服點:試樣在拉伸過程中力不增加(保持恒定)仍能繼續(xù)伸長(變形)時的應力稱為屈服點，其計算公式為 s=Fs/S0 （1-3） 式中 s屈服點，MPa; Fs試樣屈服時的載荷，N; S0試樣原始橫截面面積，mm2。 對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，按GB/T 2282002規(guī)定可用規(guī)定殘余伸長應力0.2表示。0.2表示試樣卸除拉伸力后，其標距長度部分的殘余伸長率達到0.2%時的應力，也稱屈服強度。計算公式為 0.2

7、=F0.2/S0 （1-4） 式中 0.2規(guī)定殘余伸長應力，MPa; F0.2殘余伸長率達到0.2%時的載荷，N; S0試樣原始橫截面面積，mm2。 抗拉強度:試樣拉斷前承受的最大標稱拉應力稱為抗拉強度。其計算公式為 b=Fb/S0 （1-5） 式中 b抗拉強度，MPa; Fb試樣承受的最大載荷，N; S0試樣原始橫截面面積，mm2。 抗拉強度表示材料在拉伸載荷作用下的最大均勻變形的抗力。零件在工作中所承受的 應力，不允許超過抗拉強度，否則會產(chǎn)生斷裂。抗拉強度b和屈服點s一樣，也是機械零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。在工程上把s/b稱為屈強比。屈強比高，則材料強度的有效利 用率高，但過高也不好，一般

8、以0.75左右為宜。 (3)強度指標:屈服點和抗拉強度。 2. 2.塑性塑性 斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。常用的塑性判據(jù)是斷后伸長率和斷面收縮率。它們也是由拉伸試驗測得的。 試樣拉斷后標距長度的伸長量與原始標距長度的百分比稱為斷后伸長率，其計算公式為 =(l1- l0)/l0100% （1-6） 式中 試樣斷后伸長率，%; l0試樣原始標距長度，mm; l1試樣拉斷后的標距長度，mm。 試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比稱為斷面收 縮率，其計算公式為 =(S0-S1)/S0100% （1-7） 式中 斷面收縮率，%; S0試樣原始橫截面面積，mm2

9、; S1試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面面積，mm2。 3.3.硬度硬度 抵抗外物壓入的能力，稱為硬度綜合性能指標。 (1) (1)布氏硬度布氏硬度HB ( Brinell-hardness )HB ( Brinell-hardness ) 適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金。 布氏硬度計布氏硬度計 適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 650HBW;(2)(2)洛氏硬度洛氏硬度 ( Rockwll hardness ) ( Rockwll hardness ) 定義：每0.002mm相當于洛氏1度。洛氏硬度常用標尺有：B、C、A三種HRB 輕金屬，未淬火鋼HRC 較硬，淬硬

10、鋼制品HRA 硬、薄試件h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度洛氏硬度計計10HRCHBS (3)維氏硬度維氏硬度 維氏硬度的壓力一般可選5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的壓力可以測定顯微組織硬度。適用范圍適用范圍: : 測量薄板類測量薄板類 ; ; HVHBS ; HVHBS ;4. 4.韌性韌性 金屬在斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性。 沖擊試驗: 圖1-10 沖擊試驗示意圖AK=GH1-GH2 =G(H1-H2) (1-10) 式中 AK沖擊吸收功， J ; GH1擺錘初始勢能; GH2擺錘剩余勢能; G擺錘重量， N ; H1擺錘初始高度，

11、 m ; H2沖斷試樣后，擺錘回升高 度，m。 沖擊韌度是指沖擊試樣缺口處單位橫截面面積上的沖擊吸收功，其計算公式為 K= AK/ S0 (1-11) 式中 K沖擊韌度， J/cm2; AK沖擊吸收功， J ; S0試樣缺口處橫截面面積,cm2。 5. 5.疲勞強度疲勞強度 n 疲勞現(xiàn)象： 承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應力作用下，往往在遠小于強度極限，甚至小于屈服極限的應力下發(fā)生斷裂。（80%的斷裂由疲勞造成）的斷裂由疲勞造成）n 影響因素： 循環(huán)應力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應力等。1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂 TitanicTitanic沉沒原因沉沒原因nTitanic 含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當好的韌性。Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果1.1.鑄造性能鑄造性能 (1)(1)流動性流動性 (2)(2)收縮性收縮性