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1、材料学材料性能本讲稿第一页，共三十四页材料学培训计划材料学培训计划教学目的：教学目的：了解和掌握常用的材料分类，牌号和性能，了解热处理的过程，提高加工和识别机械零件材料技术，有利于机器维修和保养。教学内容：教学内容：1.材料概论和材料的性能。2.碳素钢,合金钢和铸铁。3.有色金属。4.热处理工艺。本讲稿第二页，共三十四页第一章第一章 材料概论材料概论v本章内容：v1.材料学历史。v2.常用材料的分类。v3.材料的性能。本讲稿第三页，共三十四页 石器时代石器时代:陶器时代陶器时代:铜器时代：铜器时代：司母戊鼎司母戊鼎（公元前（公元前11111616世纪）世纪）113078011001130780
2、1100战国编钟战国编钟（前前475475221221年）年）6565个个 总重总重2500Kg2500Kg天然石，兽骨，树枝天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒泥巴（日晒原始陶器；火烧原始陶器；火烧瓷器用具瓷器用具）铁器时代铁器时代:沧州大狮沧州大狮（公元公元953953年年 ）重）重50T,50T,长长5.3m,5.3m,宽宽3m3m人工复合材人工复合材 料料:塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等1.材料学史材料学史本讲稿第四页，共三十四页鼎鬲(li)甗(yan)角斝(jia)觚(gu)觥(gong)尊本讲稿第五页，共三十四页司母戊大方鼎司母戊大方鼎鼎高
3、鼎高133厘米，长厘米，长110厘米，宽厘米，宽78厘厘米，米，重重832.84公斤公斤，是目前发现的最大是目前发现的最大青铜器。青铜器。充分显示充分显示出商代青铜铸造出商代青铜铸造业的生产规模和业的生产规模和技术水平。技术水平。本讲稿第六页，共三十四页四羊方尊四羊方尊 造型精致，风格独特造型精致，风格独特 制作技艺高超，装饰手法巧妙。经有关考证，它是用传统的分铸法制作而成的。首先铸出羊角及龙头等饰件，再经合范浇铸，使其成为整体，这里充分展示了古人的聪明智慧，杰出的铸造技巧恰到好处，匠心独具。本讲稿第七页，共三十四页本讲稿第八页，共三十四页本讲稿第九页，共三十四页本讲稿第十页，共三十四页本讲稿
4、第十一页，共三十四页通宽5.35米，身长6.30米，身高6.6米，体宽3.0米，重约40吨，素有“狮子王”的美誉 沧沧州州铁铁狮狮子子本讲稿第十二页，共三十四页本讲稿第十三页，共三十四页本讲稿第十四页，共三十四页本讲稿第十五页，共三十四页本讲稿第十六页，共三十四页本讲稿第十七页，共三十四页1949年，我国钢的年产量不超过16万吨。1996年，我国钢的年产量已超过1亿吨。2006年，我国钢的年产量已超过4亿吨。占全球总产量的 1/3。2008年，我国钢的年产量超过5亿吨。本讲稿第十八页，共三十四页 我国不但是钢产量，而且钢的种类也得到了长足发展。20年前，我国钢结构用钢主要是以16锰为代表的低合
5、金钢；而今天，洁净钢、耐候耐火钢、容器钢、彩色涂层钢板、高层建筑用钢、桥梁钢、热轧H型钢、高强螺栓等大量的新型钢材被开发应用。本讲稿第十九页，共三十四页2.常用材料分类常用材料分类v最常用的方法将材料分：金属材料、非金最常用的方法将材料分：金属材料、非金属材料、复合材料属材料、复合材料金属材料金属材料指钢铁、有色金属等材料指钢铁、有色金属等材料非金属材料非金属材料无机无机高分子材料（陶瓷水泥、高分子材料（陶瓷水泥、木材等），木材等），有机有机高分子材料（塑料橡胶）高分子材料（塑料橡胶）复合材料复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。维材料。本讲稿第二十页，共三
6、十四页本讲稿第二十一页，共三十四页 材料按材料按用途用途不同分不同分：机械工程材料机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电、土木工程材料、电工材料、电子材料子材料 材料按材料按功能功能不同分不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等结构材料、功能材料、磁性材料等本讲稿第二十二页，共三十四页 3.金属材料的主要性能金属材料的主要性能 （2）工艺性能工艺性能材料的主要性能是指:（1 1）使用性能）使用性能（1）力学性能（2）物理性能（3）化学性能加工成形的性能本讲稿第二十三页，共三十四页第一节材料的力学性能第一节材料的力学性能力学性能：材料在外力作用下所表现出的特性。一、外力作用下材料的变形与失效一、
7、外力作用下材料的变形与失效 作用在机件上的外力载荷FFF=F 外力 内力应力FF静载荷动载荷本讲稿第二十四页，共三十四页（1 1）弹性变形：）弹性变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形随外力消失而消失的变形，称为，称为弹性变形弹性变形。1.1.两种基本变形两种基本变形FFF本讲稿第二十五页，共三十四页 （2 2）塑性变形）塑性变形:材料在外力作用下材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形产生永久的不可恢复的变形，称为，称为塑塑性变形性变形。FFF本讲稿第二十六页，共三十四页拉伸实验拉伸实验
8、kbb 极限载荷点二、材料的力学性能二、材料的力学性能Fee 弹性极限点sS 屈服点K 断裂点拉伸曲线FFL应力应变曲线缩颈o本讲稿第二十七页，共三十四页1 1强度强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。形和断裂的能力。（1 1）屈服强度屈服强度（S）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力.屈服强度屈服强度 是塑性材料选材的依据是塑性材料选材的依据.（2）抗拉强度）抗拉强度（b）抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。力。抗拉强度抗拉强度 是脆性材料选材的依据是脆性材料选
9、材的依据.本讲稿第二十八页，共三十四页2.2.塑性塑性常用常用 和和 作为衡量塑性的指标。作为衡量塑性的指标。伸长率：材材料料在在外外力力作作用用下下，产产生生永永久久变变形形而而不不引引起起破坏的能力。破坏的能力。断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。本讲稿第二十九页，共三十四页3 3刚度（刚度（E E）4 4硬度硬度是是材材料料抵抵抗抗更更硬硬的的物物体体压压入其内的能力。入其内的能力。材料在外力作用下抵抗弹性变形材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。的能力称为刚度。本讲稿第三十页，共三十四页(1)(1)布氏硬度（布氏硬度（HBHB）：）：布氏硬度适用布氏硬度
10、适用HB450HB450 120度金刚石圆锥体或直径1.588毫米的淬火钢球测量。应用最广的侧硬度方法(2)(2)洛氏硬度（洛氏硬度（HRCHRC）(3)维氏硬度（维氏硬度（HV）136度正四棱锥金刚石压头FFF1200本讲稿第三十二页，共三十四页6 6疲劳强度疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。循环基数钢：受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。据统计，约据统计，约80%80%的机件失效为疲劳的机件失效为疲劳破坏。破坏。有色金属：本讲稿第三十三页，共三十四页 三、材料的工艺性能：加工性能三、材料的工艺性能：加工性能第二节第二节 材料的物理、化学及材料的物理、化学及工艺性能工艺性能一、材料的物理性能：一、材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。二、材料的化学性能：二、材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、抗氧化性。本讲稿第三十四页，共三十四页