工程材料及热处理ppt课件

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1、工程材料及热处理工程材料及热处理工程材料及热处理1有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。课程的重要地位与作用n n进进入入2121世世纪纪，能能源源、信信息息和和新新材材料料已已成成为为现现代代科科学学技技术术和和现现代代文文明明的的三三大大支支柱柱而而新新材材料料又又是是最最重重要要的的基基础础。历历史史证证明明，每每一一次次重重大大新新技技术术的的发发现往往都依赖于新材料的发展。现往往都依赖于新材料的发展。n n材材料料的的种种类类、数数量量和和质质量量已已是是衡衡量量一一个个国国家家科

2、科学学技技术术、国国民民经经济济水水平平以以及及社社会会文文明明的的重重要要标标志志之之一一。我我国国把把新新材材料料的的研研究究开开发发放放在在了了优优先先发发展展的的地位。地位。n n工程材料与成型技术是机械制造过程的重要部分。工程材料与成型技术是机械制造过程的重要部分。使使学学生生建建立立生生产产过过程程的的基基本本知知识识，了了解解新新材材料料，掌掌握握现现代代制制造造工工艺艺和和方方法法，培培养养工工程程素素质质、实实践践能力和创新设计能力。能力和创新设计能力。课程的重要地位与作用进入21世纪，能源、信息和新材料已成为现2有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以

3、市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。常用常用工程工程材料材料常用工程材料3有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。齿轮螺栓优质碳素结构钢的应用30305555钢：钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。齿轮 螺栓 优质碳素结构钢的应用 3055钢：强度较高，有4有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。锉刀碳素工具钢

4、量规钻头钻头锉刀碳素工具钢 量规钻头钻头5有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。曲轴弹簧优质碳素结构钢65658585钢：钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和韧性较低，常用于弹簧和耐磨零件。曲轴弹簧 优质碳素结构钢 6585钢：有较高的强度、硬度和6有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。拨叉变速齿轮合金渗碳钢20Cr20Cr、20MnTi20MnTi、20Cr2Ni4 20Cr2Ni4：有

5、较高的韧度，经热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷冲击载荷的重要零件。40Cr40Cr、40CrMn40CrMn、38CrMnAl 38CrMnAl：有较高的综合力学性能，用于受力复杂的重要零件。拨叉变速齿轮合金渗碳钢 20Cr、20MnTi、20Cr27有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。汽车万向节连杆合金调质钢汽车万向节 连杆 合金调质钢 8有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。合金

6、弹簧钢55Si2Mn55Si2Mn、60Si2Mn 60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。合金弹簧钢 55Si2Mn、60Si2Mn：具有高屈强比，9有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。滚珠滚珠轴承滚珠轴承钢滚珠滚珠轴承滚珠轴承钢 10有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。铣刀合金刃具钢模具合金模具钢铣刀 合金刃具钢 模具 合金模具钢11有利于学习和

7、创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。螺纹规游标卡尺千分尺量具用钢螺纹规 游标卡尺 千分尺 量具用钢 12有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。燃气轮机耐热钢燃气轮机 耐热钢 13有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。破碎机颚板履带铁轨分道叉挖掘机斗齿耐磨钢破碎机颚板履带 铁轨分道叉 挖掘机斗齿耐磨

8、钢14有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。重型机械齿轮铸钢特点与应用：特点与应用：由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件，如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。重型机械齿轮 铸钢 特点与应用：由于铸造特性15有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。PE管材聚丙烯制成电容器外皮聚丙烯管子摩托车挡泥板PE管材 聚丙烯制成电容器外皮 聚丙烯管子 摩托车挡泥板

9、16有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。橡胶橡胶 弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动材料。人工合成矿物人工合成矿物 主要有刚玉和石英。o 橡胶o17有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却缓慢冷却（随随 炉炉 冷冷）用途用途：铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加工性能，去除内应力；

10、性能要求不高的机械零件的最终热处理。正火正火(空冷空冷)退火退火(炉冷炉冷)回火回火加热加热保温保温 淬火淬火时间时间温度温度普通热处理普通热处理退退 火火(Annealing)正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温 淬火时间温度普通热处理18有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。把钢加热到相变温度以上的某一温度，使钢呈奥氏体状态，然后快速快速冷至室温（油冷或水冷油冷或水冷），从而获得马氏体组织提高钢的硬度和耐磨性。正火正火(空冷空冷)退火退火(炉冷炉冷)回火回火加热加热保温保温 淬火淬火时间

11、时间温度温度调质：调质：淬火+高温回火。适用于各种重要的零件。淬淬 火火 (Quenching)正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温 淬火时间温度调质：淬火19有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。正火正火(空冷空冷)退火退火(炉冷炉冷)回火回火加热加热保温保温 淬火淬火时间时间温度温度将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度低于相变点某一温度，保持一段时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态。硬度下降，但韧性有较大改善。淬火和回火必须配合使用调质调质：淬火：淬火+高温回火高温回火。适用于各种重

12、要的零件。（3）淬）淬 火火 (Quenching)（4）回）回 火火 (Tempering)正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温 淬火时间温度调质：淬火20有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面强化零件表面 表表 面面 热热 处处 理理 表表 面面 淬淬 火火表 面 热 处 理表 面 淬 火21有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导

13、向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n n一、学习方法一、学习方法一、学习方法一、学习方法大学自学为主，主要靠自学大学自学为主，主要靠自学大学自学为主，主要靠自学大学自学为主，主要靠自学.注意听好课，课前预习，课后复习；注意观察和了解平时注意听好课，课前预习，课后复习；注意观察和了解平时接触到的机械装置。接触到的机械装置。n n二、学习态度二、学习态度二、学习态度二、学习态度-积极进取、掌握主动积极进取、掌握主动积极进取、掌握主动积极进取、掌握主动.主动完成一定量的作业和思考题（不仅是老师布置的）。主动完成一定量的作业和思考题（不仅是老师布置的）。n n三、

14、学习内容三、学习内容三、学习内容三、学习内容-夯实基础、学好专业、加大知识夯实基础、学好专业、加大知识夯实基础、学好专业、加大知识夯实基础、学好专业、加大知识 面面面面 n n四、相信自己、挖掘潜能四、相信自己、挖掘潜能四、相信自己、挖掘潜能四、相信自己、挖掘潜能-什么都有可能什么都有可能什么都有可能什么都有可能n n因为有难度，所以更应引起我们的重视。因为有难度，所以更应引起我们的重视。因为有难度，所以更应引起我们的重视。因为有难度，所以更应引起我们的重视。n n世上无难事，只怕有心人。学习方法和要求一、学习方法大学自学为主，主要靠自学.22有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新

15、激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。本课程的主要内容本课程的主要内容(三部分三部分)一、材料科学基础理论一、材料科学基础理论材料性能、材料结构与结晶、铁碳合金及相图、塑性变形二、热处理理论与实践二、热处理理论与实践热处理原理、工艺、设备及基本操作三、常用的工程材料三、常用的工程材料金属材料、高分子材料、陶瓷材料本课程的主要内容(三部分)一、材料科学基础理论23有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。第一章第一章 绪论绪论n n1-1 材料

16、科学的发展与工程材料材料科学的发展与工程材料材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，也是日常生活中不可分割的一个组成部分。自从地球上有了人类至今，材料的利用和发展构成了人类文明发展史的里程碑：人类最早使用的工具是石头（石器时代）；原始社会末期开始用火烧制陶器，由此发展为以后的瓷器瓷器（中国古代文化的象征），随后发展起来的青铜冶炼技术把人类带入青铜器时代；青铜器过渡到铁器（时代）生产工具大发展人类进入农业社会。18世纪世界工业迅速发展（钢铁工业迅猛发展），造就了工业社会文明。第一章 绪论1-1 材料科学的发展与工程材料 材24有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导

17、向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1863年光学显微镜问世，使人们开始步入材料的微观世界。1912年X射线衍射技术和1932年电子显微分析技术及后来出现的各种先进的显微分析技术，把人们带到了微观世界的更深层次。人们开始了对晶体微观结构的研究，大大推动了材料学的研究与发展。新材料更是层出不穷，出现了功能材料、高分子材料、半导体半导体材料、陶瓷材料、复合材料、人工合成材料、纳米材料。按使用范围材料可分为：按使用范围材料可分为：工程材料和功能材料 1863年光学显微镜问世，使人们开始步入材料的25有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场

18、为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n n工程材料的种类：1金属材料金属材料 金属材料金属材料是用量最大、用途最广的机械工程材料。它包含两大类型；黑色金属黑色金属和有色金属有色金属。(1)黑色金属黑色金属黑色金属是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料，它占金属材料总量的95以上。由于钢铁材料力学性能优良和低廉的价格，所以在工程材料中一直占据着不可替代的主导地位。有一组数据可以说明这一点。新中国的钢产量从1949年的几十万吨起步，产量每增加5千万吨/年上一个台阶：工程材料的种类：1金属材料26有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为

19、导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。第一次用了37年，第二次用了10年，第三次用了5年，第四次仅用了2年（2003年产量达到2.2亿吨，04年达到2.7亿吨生铁2.5亿吨，钢材2.9亿吨）。五次1年（05年达3.5亿吨）。(2)有色金属有色金属除铁基合金之外的所有金属及其合金材料。它可分为轻金属(如铝、镁、钛)，重金属(如铅、锡)，贵金属(如金、银、镍、铂)和稀有金属（钨、钼、锂、铌、镓、铟）等，其中以铝、铜及其合金用途最广。2非金属材料非金属材料非金属材料主要包括：高高分分子子材材料料和无无机机非非金金属属材料材料和复合材料复合材料。第一次用了37年，第

20、二次用了10年，第三次用了5年，第四次27有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。(1)高分子材料高分子材料 高分子材料又称聚合物材料，主要成分为碳和氢。按其用途和使用状态又分为橡胶、塑料、合成纤维和胶粘剂等几大类型。(2)无机非金属材料主要指：无机非金属材料主要指：水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料等。3复合材料复合材料 复复合合材材料料是把两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而构成的。它不仅保留了组成材料各自的优点，而且具有单一材料所没有的优异性能。复合材料通常

21、分为三大类：树树脂脂基复合材料、金属金属基复合材料和陶瓷陶瓷基复合材料。(1)高分子材料 28有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.1.定义：定义：定义：定义：热处理：热处理：热处理：热处理：将金属材料放在一定的将金属材料放在一定的介质介质内加热、保温、冷却，通内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相过改变材料表面或内部的金相组织结构组织结构,来控制其性能的来控制其性能的一种金属热加工工艺一种金属热加工工艺。2.2.发展发展发展发展从从石器时代石器时代进展到进展到铜器时代铜器时代

22、和和铁器时代铁器时代的过程中，热的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770770至前至前222222年，年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。压变形的影响而变化。白口铸铁白口铸铁的柔化处理就是制造的柔化处理就是制造农具农具的重要的重要工艺工艺。n n1-2 热处理热处理1.定义：1-2 热处理29有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。公元前六世纪，钢铁兵器

23、逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜

24、下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。工程材料及热处理ppt课件30有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。18501880年，对于应用各种气体（诸如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热曾有一系列专利。1889189

25、0年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。工程材料及热处理ppt课件31有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既

26、开放又相互信任的合作环境。第二章第二章 材料的性能材料的性能材料的主要性能是指:（3）化学性能（2）物理性能（1）力学性能1.1.使用性能使用性能2.工艺性能：工艺性能：加工成形的性能第二章 材料的性能材料的主要性能是指:（3）化学性能（2）32有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1 材料的力学性能材料的力学性能n n材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能工程材料制成的机械零部件在使用过程中要受到各种形式的力，工程材料制成的机械零部件在使用过程中要受到各种形式的力，材

27、料在这些力的作用下所表现出的特性。材料在这些力的作用下所表现出的特性。包括：包括：包括：包括：强度强度强度强度、塑性塑性塑性塑性、硬度硬度硬度硬度、韧性韧性韧性韧性、抗疲劳性抗疲劳性抗疲劳性抗疲劳性和和耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性等。等。材料的力学性能不仅取决于材料本身的材料的力学性能不仅取决于材料本身的化学成分化学成分化学成分化学成分，而且还和材料的，而且还和材料的微微微微观组织结构观组织结构观组织结构观组织结构有关。有关。材料的力学性能是衡量工程材料性能优劣的主要指标，也是机械材料的力学性能是衡量工程材料性能优劣的主要指标，也是机械设计人员在设计过程中选用材料的主要依据。材料的力学性能可以从设

28、计人员在设计过程中选用材料的主要依据。材料的力学性能可以从设计手册中查到，也可以用力学性能试验方法获得。了解材料力学性设计手册中查到，也可以用力学性能试验方法获得。了解材料力学性能的测试条件、实验方法和性能指标的意义将有助于了解工程材料的能的测试条件、实验方法和性能指标的意义将有助于了解工程材料的本性。本性。2.1 材料的力学性能材料的力学性能33有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1.1 强度与塑性强度与塑性材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材材料的强度料的强度。根据外力的作用

29、方式，材料的强度分为抗拉抗拉强度，抗压抗压强度、抗弯抗弯强度和抗剪抗剪强度等。材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材材料的塑性料的塑性。材料的强度和塑性是材料最重要的力学性能指标最重要的力学性能指标之一，它可以通过拉伸试验获得、一次完整的拉伸试验记录还可以获得许多其他有关该材料性能的有用数据，如材料的弹性、屈服极限和材料破坏所需的功等。所以拉伸试验拉伸试验是材料性能试验中最为常用的一种试验方法。2.1.1 强度与塑性 材料在外力作用下抵抗变形和断裂34有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境

30、。单向拉伸试验及拉伸曲线单向拉伸试验及拉伸曲线单向拉伸试验及拉伸曲线单向拉伸试验及拉伸曲线单向拉伸试验及拉伸曲线35有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。拉伸试样拉伸试样拉伸试样拉伸试样L0=10d0，L0=5d0拉伸试样L0=10d0 ，36有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。弹性屈服强化局部变形断裂低碳钢试样拉伸时的各阶段特征低碳钢试样拉伸时的各阶段特征弹 性屈 服强 化局部变形断

31、裂低碳37有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。工程材料及热处理ppt课件38有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。在拉伸过程中，拉伸试验机上的自动记录系统同时绘制出拉伸过程中的应力一应变曲线图应力一应变曲线图，也称为(sigma)-(epsilon)曲线。图的纵坐标为应力(单位为Pa)，横坐标为应变()，和的定义可表示如下：式中F轴向拉力(N)；S试样的横截面积(m2)式中L0-试样标距

32、长度(mm)；L1-试样变形过程中和F对应的总伸长(mm)。在拉伸过程中，拉伸试验机上的自动记录系统同时39有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。-图显示了材料在单向拉应力作用下，从开始变形直至断裂整个过程中的各种性质，它一般可以分为三个阶段：1弹性变形阶段弹性变形阶段(O-a)在这个阶段，材料内部的原子之间距离只发生弹性伸长，所以应力与应变呈直线关系，遵从虎克定律，此时如果卸掉载荷，试样就能恢复到原来的长度。2塑性变形阶段塑性变形阶段(b-d)此时，与的关系偏离直线关系。在dc段，应力几乎

33、不变，但应变却不断增大。超过c点之后，因材料发生加工硬化，若要试样继续变形就必须加大载荷，当应力达到最大值(c点)后，试样的某一部分截面急剧缩小，产生“缩颈”现象。在塑性变形阶段即使卸掉载荷，试样也不能恢复到原来的长度。3、断裂断裂(e点)在E点以后，试样的变形主要集中在缩颈部分，最终导致试样在缩颈处发生断裂。拉伸曲线所显示出的材料本性主要是由于材料内部微观结构的变化引起的，所以不同的材料在拉伸过程中会出现不同形式的-曲线。-图显示了材料在单向拉应力作用下，从开始变形直至断裂整个40有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依

34、赖既开放又相互信任的合作环境。拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义根据根据-曲线可以计算出材料的强度、塑性等曲线可以计算出材料的强度、塑性等力学性能指标。力学性能指标。1弹性模量弹性模量E 2屈服点屈服点S3抗拉强度抗拉强度(强度极限强度极限)b4.伸长率伸长率5断面收缩率断面收缩率(psi)1.弹性模量（刚度）弹性模量（刚度）E式中应力；应变应变。拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义根据-曲线可以计算出材41有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求

35、为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。弹性模量E值表征材料产生弹性变形的难易程度。金属的弹性模量是一个对组织不敏感的参数，其大小主要取决于金属的本性，而与显微组织无关。因此，热处理、合金化、冷热变形等对它的影响很小。要想提高金属制品的刚度，只能更换金属材料、改变金属制品的结构形式或增加截面面积。2屈服点S在拉伸过程中，载荷不增加而应变仍在增大的现象称为屈服屈服。拉伸曲线上与此相对应的B点应力S，称为材料的屈服点。对于在拉伸过程中屈服现象不明显的材料，规定以残余变形量为0.2时的应力值作为它的条件屈服强度，记为0.2。机械零部件或构件在使用过程中一般不允许发生塑性变形，所以材料的

36、屈服点是评价材料承载能力的重要力学性能指标。3抗拉强度抗拉强度(强度极限强度极限)b 弹性模量E值表征材料产生弹性变形的难易程度。42有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。拉伸曲线上c点的应力应力b称为材料的抗拉强度，它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。抗拉强度是零部件设计和评定材料时的重要强度指标。尤其是对于脆性材料，由于拉伸时没有明显的屈服现象，这时一般用抗拉强度指标作为设计依据。强度b与密度（rou)之比称为比强度比强度，它也是零件选材的重要指标。4.伸长率伸长率伸长率用表示：式中

37、L0拉伸试样标距原长；Ll试样拉断后标距长度。伸长率的数值和试样标距长度有关，标准圆形试样有长试样(L0=10d0，d0为试样直径)和短试样(L0=5d0)两种。拉伸曲线上c点的应力b称为材料的抗拉强度，43有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。5断面收缩率断面收缩率(psi)断面收缩率：式中S0试样原始横截面积；S1断口细颈处的横截面积。断面收缩率的数值不受试样尺寸的影响，用断面收缩率表示塑性更能接近材料的真实应变。或或值愈大，说明材料的塑性愈好，良好的塑性是材料进值愈大，说明材料的塑性愈

38、好，良好的塑性是材料进行压力加工的必要条件。行压力加工的必要条件。5断面收缩率(psi)断面收缩率：44有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1.2 硬度硬度材料抵抗其他硬物压人其表面的能力称为硬度硬度，它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。一般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。硬度是材料最常见的性能指标之一。硬度试验方法比较简单快捷，而且材料的硬度与它的力学性能如强度、耐磨性以及工艺性能，如切削加工性、可焊性等之间存在着一定的对应关系，所以在一些零件图样上，硬度是检验产品质量的重要

39、指标之一。工程上常用的硬度有布氏布氏硬度、洛氏洛氏硬度和维氏维氏硬度。不同测量方法得到的硬度值不能直接比较，必须通过表进行硬度换算。1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度试验布氏硬度试验是用载荷为F的力把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入试样的表面，保持一定时间后卸掉载荷，此时试样表面出现直径为d的压痕。用载荷F除以压痕表面积所得的商，作为被测材料的布氏硬度值：2.1.2 硬度 材料抵抗其他硬物压人其表面的45有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。式中F-载荷(N)；D-钢球直径(mm)；d-压痕

40、直径(mm)。布氏硬度的单位为MPa，但习惯上不标单位。实际应用中一般不直接计算HB，可以根据测量的d值在相关的表中直接查出布氏硬度值。用淬火钢球淬火钢球作为压头测出的硬度值以HBS表示，适用于测量硬度小于450HBS的材料，如结构钢、铸铁及有色金属等；用硬质硬质合金球合金球作为压头测出的硬度值以HBW表示，适用于测量硬度不超过650HBS的材料。布氏硬度试验的优点优点是测量结果准确，缺点缺点是压痕大，不适合成品检验。46有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。布氏硬度试验示意图布氏硬度试验示

41、意图布氏硬度试验示意图47有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2、洛氏硬度、洛氏硬度 洛氏硬度测试原理洛氏硬度测试原理，用一个顶角为120O的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头先施加一个初载荷，然后在规定的主载荷作用下将压头压人被测材料的表面。卸除主载荷后，根据压痕的深度h=h1-h0，确定被测材料的洛氏硬度，该值可以直接从硬度计上的显示器上读出。用金刚石锥体压头和总载荷为金刚石锥体压头和总载荷为5884N下测得的硬度值以HRA表示，适用于测量高硬度的材料，如硬质合金；用

42、淬火钢球压淬火钢球压头和总载荷为头和总载荷为980.7下测得的硬度值以HRB表示，适用于测量较软的材料，如退火、正火钢或有色金属等；用金刚石锥体压头金刚石锥体压头和总载荷为和总载荷为1471N下测得的硬度值以HRC表示，适用于测量淬火钢等硬材料。三种洛氏硬度中，以HRC应用得最多。洛氏硬度测量迅速简便，压痕小，可在成品零件上检测，也可测定较薄工件或表面有较薄硬化层的硬度，但由于压痕比较小，易受材料微区不均匀的影响，因而数据的重复性比较差。2、洛氏硬度 洛氏硬度测试原理，用一个顶角为1248有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛

43、围，依赖既开放又相互信任的合作环境。洛氏硬度试验示意图洛氏硬度试验示意图洛氏硬度试验示意图49有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。3、维氏硬度、维氏硬度维氏硬度测定原理基本上与布氏硬度相同，也是根据压痕凹陷单位面积上的力为硬度值，但使用的是锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形(图15)。测量压痕两对角线的平均长度d，计算压痕的面积AV，用HV表示维氏硬度：式中F-载荷(N)；A-压痕面积(mm2)。维氏硬度的单位为Mpa，一般不标。维氏硬度所用载荷小，压痕深度浅，硬度测量精确

44、度高于布氏硬度和洛氏硬度，适用于测量较薄的材料或表面硬化层、金属镀层的硬度。由于维氏硬度的压头是金刚石角锥载荷可调范围大，所以维氏硬度可用于测量从软到硬的各种工程材料，测定范围01000HV。3、维氏硬度 维氏硬度测定原理基本上与布氏硬度50有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。维氏硬度试验示意图维氏硬度试验示意图51有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三种硬度三种硬度三种硬度52有利于

45、学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1.32.1.3韧韧韧韧 性性性性材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料塑性和强度的综合表现。材料的韧性与脆性是两个意义上完全相反的概念，根据材料的断裂形式可分为韧性断裂和脆性断裂。1.冲击韧度是冲击韧度是指材料在冲击载荷的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。材料的冲击韧度值常用一次摆锤冲击试验法测定，其试验原理如图1-6所示。2.1.3韧 性 材料的韧性是指材料在塑性变形和断53有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创

46、新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。冲击试验示意图冲击试验示意图a)试件试件 b)试验示意图试验示意图 冲击试验示意图a)试件 b)试验54有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。冲击韧度=冲击吸收功/试样的断口处截面积（cm2）冲击韧度=冲击吸收功/试样的断口处截面积（cm2）55有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。冲击韧度值K冲

47、击试验时，把有u型或v型缺口(脆性材料不开缺口)的标准冲击试样背向摆锤方向放在冲击试验机上，将质量为m的摆锤升到规定的高度H1，然后自由落下将试样击断。在惯性的作用下，击断试样后的摆锤会继续上升到某一高度H2。根据功能原理，摆锤击断试样所消耗的功AK=mg(H1-H2)。AK可以从冲击试验机上直接读出，称为冲击吸收功。AK除以试样缺口处横截面积S的值则为该材料的冲击韧度值，用符号K表示，单位为Jcm2：根据试样的缺口型式，U型缺口和V型缺口试样的冲击韧度值分别以KU和KV表示。不同型式试样的冲击韧度值不能直接进行比较或换算。冲击韧度值K 冲击试验时，把有u型或v型缺口56有利于学习和创新的组织

48、管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。断裂韧度是以断裂力学为基础的材料韧度指标。断裂力学是把材料的断裂过程与裂纹扩展时所需的功联系起来，它对评估材料的使用寿命和设计可靠运转的机件具有重要的指导意义。在工程构件和机械零件设计中，通常都是用材料的屈服点作为材料的许用应力（=S/n，n1）。一般认为，只要零件的工作应力小于或等于许用力就不会发生塑性变形，更不会发生断裂。但是，一些用高强度钢制造的零件或大型焊接构件，如桥梁、船舶等，有时会在工作应力远低于材料屈服点，甚至低于许用应力的条件下，突然发生脆性断裂，这样的断裂称

49、之为低应力脆断。低应力脆断。在传统的材料力学中都是假定材料内部是完整的、连续的，所以从材料力学的角度无法解释材料的低应力脆断现象。实际上材料或构件本身不可避免会存在各种冶金或加工缺陷，这些缺陷相当于裂纹，或者它们在使用过程中扩展成为裂纹。2.断裂韧度断裂韧度 断裂韧度是以断裂力学为基础的材料韧度指标。断57有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。近代断裂力学认为，低应力脆断正是由于这些微裂纹在外力作用下的扩展造成的。一旦裂纹长度达到某一临界尺寸时，裂纹的扩展速度就会剧增，从而导致断裂。材料抵抗

50、裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧度。断裂韧度。比较常见而且又比较危险的裂纹是张开型裂纹，又称为I型裂纹(右图)。假设平板上的裂纹长度为2，在垂直裂纹面的外力拉伸作用下，受裂纹的影响，材料各部位的应力分布不均匀，在裂纹尖端的前沿产生的应力集中应力最大。根据断裂力学的观点，只要裂纹两端很尖锐，顶端附近各点应力的大小取决于比例系数KI。由于KI反映了裂纹尖端附近各应力点的强弱，故称为应力强度因子KI(单位为MPam)。近代断裂力学认为，低应力脆断正是由于这些微裂纹在外力作用下的58有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放

51、又相互信任的合作环境。应力强度因子应力强度因子表达式为：KI式中Y与裂纹形状加载方式及试样有关的量；外加应力(MPa)；裂纹的半长(m)。KI值与裂纹尺寸、形状和外加应力的大小有关。随着外应力的增大或裂纹增长时，KI也相应增大，当KI增大到某一临界值时，裂纹前端的内应力将大到足以使裂纹失稳扩展，从而发生脆断。这个应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧度，用应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧度，用KIC表示。表示。KIC是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的物理量，是材料抵抗低应力脆性断裂的韧性参数。它与材料的成分、热处理以及加工工艺有关，与裂纹的形状、尺寸以及外加应力的大小无关。KIC可通过试验

52、测定，查表可得常见工程材料的断裂韧度KIC值。应力强度因子表达式为：59有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。工程材料及热处理ppt课件60有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。带有裂纹的零件在外力作用下，不发生脆断的条件是KIKIC。如材料的KIC已知，可以根据工作应力，估算出材料中允许存在而又不会失稳扩展的最大裂纹长度；反过来，可以根据材料中已存在的裂纹长度(可由无损探伤测出),估算出

53、材料不致造成脆断的最大应力。带有裂纹的零件在外力作用下，不发生脆断的条件是KIKIC。61有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1.3疲劳强度疲劳强度力的大小和方向都随时间呈周期性的循环变化的应力称为交变应力交变应力。材料在交变应力作用下发生的断裂现象称为疲疲劳断裂劳断裂。疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生，断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断裂的后果是十分严重的。材料的疲劳强度可以通过疲劳试验机进行测定。下图是材料的疲劳特性试验示意图

54、。将光滑的标准试样的一端固定并使试样旋转，在另一端施加载荷。在试样旋转过程中，试样工作部分的应力将承受周期性的变化，从拉应力到压应力，循环往复，直至试样断裂。2.1.3疲劳强度 力的大小和方向都随时间呈周62有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。疲劳特性试验示意图疲劳特性试验示意图疲劳特性试验示意图63有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。材料的疲劳曲线（材料的疲劳曲线（-N）材料的疲劳曲

55、线（-N）64有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。材料所受的交变应力与断裂循环次数之间的关系可以用上图疲劳曲线(也称-N曲线)描述。纵坐标为交变应力，横坐标为循环周数N。从-N曲线可以看出,愈小，N愈大。当应力低于某数值时，经无数次应力循环也不会发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳极限疲劳极限，通常用r表示(r是应力循环对称次数)，单位为MPa。如果采用对称的循环应力，材料的疲劳强度-1表示。由于疲劳试验时不可能进行无限循环周次，而且有些材料的疲劳曲线上没有水平部分，因此规定一个应力循环基数

56、N0，N0所对应的应力作为该材料的疲劳极限。一般钢铁的循环基数为107，有色金属和某些超高强度钢的循环基数为108。一般钢铁材料的-1值约为其b的一半，而非金属材料的疲劳极限一般远低于金属材料。材料所受的交变应力与断裂循环次数之间的关系可以用上图65有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。在机械零件的断裂中，80以上都属于疲劳断裂。影响疲劳强度的因素很多，其中主要有应力循环特性应力循环特性、材料的本材料的本质，残余应力质，残余应力和表面质量表面质量等。在生产中常采用各种材料表面强化处理技术，使

57、金属的表层获得有利于提高材料疲劳强度的残余压应力分布。这些表面强化技术包括喷丸、滚压、渗碳、渗氮和表面淬火等。此外，减小零件表面的粗糙度值也可以显著地提高材料的疲劳极限。在机械零件的断裂中，80以上都属于疲劳断裂。影响疲劳强度的66有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。高温力学性能主要指:蠕变极限和持久强度。1.蠕变：蠕变：金属在高温和低于屈服强度的应力作用下，材料塑性变形量随时间延续而增加的现象。（1）蠕变的三个阶段：）蠕变的三个阶段：温度较高时原子的活动能力提高，使得产生塑性变形的位错滑

58、移更为容易，所以，在较高温下低于屈服极限的应力就足以造成材料塑性变形。随着材料的塑性变形，加工硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大，所以：可分三个阶段第一阶段：蠕变速率（/t）随时间而呈下降趋势。2.1.4高温力学性能高温力学性能高温力学性能主要指:蠕变极限和持久强度。2.1.4高温力67有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。第二阶段：蠕变速率不变，即（/t）=常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。第二阶段：蠕变速率不变，即（/t）=常数，这一段是直68有利

59、于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。（2）.蠕变极限蠕变极限是试样在一定温度和规定的持续时间内，产生的蠕变变形量等于规定值时的最大应力2.持久强度持久强度:试样在一定温度和规定时间内引起断裂的最大应力值。（2）.蠕变极限2.持久强度:69有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.1.5低温力学性能低温力学性能有韧性状态转变为脆性状态的温度称为韧脆转变温度，见书图2-9t2温度时转变成脆性，和

60、t1温度时转变成脆性，t1温度转变的材料低温当断裂性能就较好。2.1.5低温力学性能 有韧性状态转变为脆性状态的70有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.2 材料的物理化学性能材料的物理化学性能物理性能物理性能 密度密度 熔点熔点 热膨胀性热膨胀性 导热性导热性 导电性导电性 磁性磁性物理性能物理性能 密度密度 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度 热膨胀性热膨胀性 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度 导热性导热性 热膨胀性热膨胀性 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度 导电性导电性 导热性

61、导热性 热膨胀性热膨胀性 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度 磁性磁性 导电性导电性 导热性导热性 热膨胀性热膨胀性 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度 磁性磁性 导电性导电性 热膨胀性热膨胀性 熔点熔点物理性能物理性能 密度密度2.2 材料的物理化学性能物理性能 密度 熔点 热膨胀性 71有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。化学性能化学性能耐腐蚀性耐腐蚀性高温抗氧化性高温抗氧化性化学性能耐腐蚀性高温抗氧化性72有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。工艺性能工艺性能铸造性铸造性可锻性可锻性焊接性焊接性切削加工性切削加工性工艺性能铸造性可锻性焊接性切削加工性73有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。总结总结n n本部分内容主要讲工程材料的相关性能。n n要求掌握，与各种性能相关的概念及性能的定量表示方法和基本的测量原理。总结本部分内容主要讲工程材料的相关性能。74