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1、第三课材料概论本讲稿第一页，共三十页材料的合成与加工材料的合成与加工n合成和加工的区别越来越模糊材料的制备（processing）n传统材料的制备方法 金属铸造 塑性加工（挤压、拉拔、轧制、锻造等）陶瓷烧结 高分子化学反应 焊接和黏结技术 热处理技术n材料的可加工性本讲稿第二页，共三十页金属铸造本讲稿第三页，共三十页塑性加工本讲稿第四页，共三十页材料的合成与加工材料的合成与加工n合成和加工的区别越来越模糊材料的制备（processing）n传统材料的制备方法 金属铸造 塑性加工（挤压、拉拔、轧制、锻造等）陶瓷烧结 高分子化学反应 焊接和黏结技术 热处理技术n材料的可加工性本讲稿第五页，共三十页
2、材料的性质材料的性质n物理性质是指从物理学的观点表征材料的热学、电学、磁学和光学等性质。热容、热膨胀系数、热导率、电阻率、介电常数、磁导率、矫顽力、光反射率、折射率n化学性质是指材料发生化学反应时所显示的性质。耐蚀性、耐氧化性、抗高温氧化性等：腐蚀速率、电极电位n力学性质是指材料在不同载荷和环境作用下表现的变形和断裂行为的描述。强度、硬度、弹性、塑性、韧性等：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、断裂韧度、疲劳极限、蠕变极限本讲稿第六页，共三十页力学性质的表征和测量n应力-应变拉伸试验测量弹性模量、抗拉强度、屈服强度、断裂强度、伸长率、断面收缩率等n标准试样的形状和尺寸横截面：均匀
3、，圆形或长方形棒形材料：长度/直径4n测量载荷（load）和拉伸长度（elongation）应力-应变曲线本讲稿第七页，共三十页力学性质的表征和测量n工程应力和工程应变应力（stress）：应变（strain）：Pascal=1 N/m2本讲稿第八页，共三十页应力拉伸试验本讲稿第九页，共三十页应力拉伸试验本讲稿第十页，共三十页应力拉伸试验本讲稿第十一页，共三十页应力拉伸试验本讲稿第十二页，共三十页弹性模量n弹性变形区应力-应变遵循虎克定理（Hookes law）E：杨氏系数（Youngs modulus）本讲稿第十三页，共三十页屈服强度（yield strength，y或0.2）本讲稿第十四页
4、，共三十页抗拉强度（tensile strength）断裂强度本讲稿第十五页，共三十页延展性（ductility）延展性：断裂时塑性变形的程度伸长量（elongation，EL）:EL=(lf-l0)/l0延展性好：材料的宽容度大脆性：伸长量5%本讲稿第十六页，共三十页延展性（ductility）本讲稿第十七页，共三十页典型金属材料的力学性能本讲稿第十八页，共三十页材料的使用性能材料的使用性能n材料的使用性能使材料在服役条件下所表现的特性，它是材料性质与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的要素。度量指标：寿命、能量效率、安全性及费用等n成分和结构决定性质，性质决定材料的使用金刚石的透明度
5、和高硬度金属的良导电性和延展性陶瓷的高熔点、高强度和化学惰性n材料科学家关心的问题性质测试与分析性质和结构之间的关系核心问题本讲稿第十九页，共三十页结构材料的失效n失效材料在外加载荷和环境的作用下，会逐渐损失原有的物理、化学或力学性能，直至不能继续服役，这一现象称为材料的失效。n材料的变形n材料的断裂n材料的磨损n材料的腐蚀本讲稿第二十页，共三十页材料的变形n材料在载荷的作用下发生几何尺寸变化称为变形n弹性变形在外力作用下，材料产生变形，当外力去除后，变形消失而恢复原状特点：可逆陶瓷材料n塑性变形材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形特点：不可逆金属材料、高分子材料n衡量材料抗
6、变形能力的力学性能指标：抗拉强度、弹性模量、屈服强度等等本讲稿第二十一页，共三十页材料的断裂n固体材料在力的作用下分裂为若干部分的现象称为断裂n衡量材料抗断裂能力的力学性能指标：抗拉强度、疲劳强度、断裂韧度等等n断裂过程：裂纹的萌生和扩展本讲稿第二十二页，共三十页材料的断裂本讲稿第二十三页，共三十页材料的断裂按照断裂前宏观塑性变形的程度脆性断裂和韧性断裂按照断裂面的取向正断和切断按照裂纹扩展的途径穿晶断裂和沿晶断裂按照裂纹断裂机理解理断裂、微孔聚集型断裂和纯剪切断裂本讲稿第二十四页，共三十页材料的断裂本讲稿第二十五页，共三十页材料的断裂本讲稿第二十六页，共三十页材料的断裂穿晶断裂解理面本讲稿第二十七页，共三十页穿晶断裂沿晶断裂本讲稿第二十八页，共三十页材料的磨损n在机件表面互相接触并相对运动产生的摩擦过程中，会有微小颗粒从表面不断分离出来形成尺寸和形状不同的磨屑，使材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，这种表面损伤现象即为磨损。n黏着磨损（咬合磨损）n磨料磨损（磨粒磨损、研磨磨损）n腐蚀磨损n疲劳磨损n表征材料耐磨性的重要力学性能指标：表面硬度本讲稿第二十九页，共三十页材料的腐蚀n腐蚀就是物质表面发生化学或电化学反应而受到破环的现象。n化学腐蚀n电化学腐蚀本讲稿第三十页，共三十页