第一章工程材料的分类及性能

绪论:1.课程的性质和任务：性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修的专业技术基础课。任务：1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识；2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系的一般规律；3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程；4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程材料。2.本课程与相关课程的关系：本课程应安排在金属工艺学实习及应用力学课程之后进行,即学生应具有材料的机械性能和金属加工工艺方面的基本知识。为后续课程和毕业设计等打好选择材料和使用材料的基础。3.课程的基本教学要求：重点阐述工程材料的性能与其组织结构之间的联系;说明如何通过工艺手段改变材料的组织结构,以达到提高材料性能的目的;介绍常用工程材料及其应用等基本知识；为工程结构和机械零件的设计和制造提供合理选用材料的方法。4.课程教学形式：理论教学；实验教学；课堂讨论；自学；辅导（习题解答）。5.教学内容----理论教学：第一章金属材料的力学性能2学时第二章金属的晶体结构2学时第三章金属的结晶2学时第四章二元相图及应用（铁碳合金相图）4学时第五章金属材料的变形4学时第六章钢的热处理4学时第七章工业用钢4学时第八章铸铁2学时第九章有色金属及其合金4学时第十章机械零件材料的选用2学时第一章:金属材料的力学性能：a.定义：(1)材料是人类生产和生活所必备的物质基础;(2)工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。b.分类：金属材料：黑色金属、有色金属；高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维；陶瓷材料：工业陶瓷；复合材料：金属基复合材料、高分子复合材料、陶瓷基复合材料。玻璃纤维增强高分子复合材料：c.材料的性能(力学性能)零件的过量变形以及性能指标；零件的断裂及性能指标；零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标；零件的磨损失效以及防止；零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。一、材料的力学性能：应力—应变曲线：1.弹性和刚度：弹性模量E：E=σ/ε（MPa)；材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温度敏感。刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。σp：比例极限（应力----应变成正比，服从虎克定律）。σe：弹性极限（不产生塑性变形的最大应力）。2.强度σs：屈服强度（开始产生塑性变形的应力）。σb：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最大工程应力）。σk：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。σp、σe、σs、σb、σk的单位：Mpa（与应力的相同）3.塑性伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：%100001LLL•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩量：%100010SSS碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：4.硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标。通常材料的强度越高，硬度也越高。硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。生产常用的硬度测试方法有：（1）布氏硬度；（2）洛氏硬度；（3）维氏硬度；（1）布氏硬度：布氏硬度测试原理公式：)(2102.0102.0HBW)HB(HBS22dDDDFSF或HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。例：120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s时不标注）（2）洛氏硬度：常用洛氏硬度的试验条件和应用：硬度符号压头类型总压力硬度值有效范围应用举例HRC120°金刚石圆锥147120~67HRC淬火钢、调质钢等HRBΦ（1/16）‘’淬火钢球480725~100HRB软钢、退火钢、铜合金、铝合金，可锻铸铁等HRA120°金刚石圆锥558.465~85HRA碳化物、硬质合金、表面淬火钢（3）维氏硬度（HV）：维氏硬度测试原理公式：221891.068sin2102.0102.0dFdFSFHVV例：640HV30/20；500HV30GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算值（摘录）硬度抗拉强度σb（N/mm-2）洛氏维氏HV布氏（F/D2=30）碳钢铬钢铬钒钢铬镍钢铬钼钢铬镍钼钢铬锰钢不锈钢HRCHRAHBSHBW45.045.546.046.547.073.273.473.773.974.244144845446146842443043644244942843544144845514591481150315261550142014441468149315191469149315171541156614511476150215271554144414681492151715421487151215371563158914451469149315171543149214531479150115335.疲劳强度材料在无数次的交变载荷的作用下不发生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环不发生断裂的最大应力）；弯曲疲劳强度的表示：σ-1；疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为0.45~0.55。重复循环变化的载荷：疲劳曲线：6.韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性，简称韧性。材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂韧性。材料的韧性是材料断裂时所需的能量。（1）冲击韧性：标准冲击试样：冲击功与冲击韧性计算公式：)(21HHGAk•冲击功：•冲击韧性：SAakk韧脆转变温度TK：（2）断裂韧性：Ⅰ型裂纹应力场强度因子：)MN/mm(MPa2/32/1或aYKY—形状因子；σ—外加应力；a—裂纹的半长。KⅠ的临界值称为临界应力强度因子或断裂韧度，用KⅠC来表示。二、材料的物理性能密度；熔点；热容；热膨胀性；导热性；磁性；介电常数。三、材料的化学性能耐腐蚀性；高温抗氧化性；抗老化性能；降解性。*四、材料的工艺性能加工性能；铸造性能；焊接性能；热处理性能。