第章材料的种类与性能.ppt

材料的发展  公元前1200年左右，人类进入了铁器时代，开始使用的是铸铁，以后制钢工业迅速发展，称为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。 由于铁的熔点较高（1538℃），其出现时间较晚。左图为伊朗出土的铁制器皿。图为铁矿石。铁矿在地球上比铜矿要丰富的多。 20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，作为“发明之母”和“产业的粮食”的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为“高分子时代”、“半导体时代”、“先进陶瓷时代”和“复合材料时代”等种种提法。在当今新技术革命波及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个“材料革命”的新时代。 零件的毛坯 第1章 材料的种类与性能 第一节 概述 一、工程材料的分类 二 课程的性质和内容 第二节 材料的性能 材料的性能： 使用性能和工艺性能 1. 使用性能：指材料在使用条件下（过程）表现出的各种性能，包括物理性能、化学性能、力学性能---材料在外载或外载和环境（温度、介质等）共同作用下表现出来的性能，即材料抵抗外载引起的变形和断裂的能力。 2. 工艺性能：指材料在加工成型过程中表现出的性能，即加工的难易程度，如铸造性、焊接性等。 材料的力学性能是设计计算、材料选用、工艺评定及材料检验的重要依据。  铸造性能 可锻性能 可焊性能 切削加工性能 热处理性工艺性 重点介绍力学性能 一、 强度与塑性 （一）强度：指材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 大小：用单位面积上作用的力的大小来表示，即用应力大小表示强度高低。 单位：Mpa( MN/m2 ) 类型：根据载荷作用方式不同强度分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪、抗扭强度等。 一般多以抗拉强度（拉伸强度）σb为基本强度指标。 1. 拉伸强度的测试方法---拉伸实验 根据GB6397-86 规定，拉伸实验试样可制成圆形、板形，分为长试样和短试样。 图3-1 拉伸试样 （a）拉伸前 （b）拉断后 图1-2 低碳钢的拉伸曲线 图 低碳钢的应力-应变曲线 将试样放在拉伸实验机上缓慢加载拉伸，直至拉断试样，得到拉伸图，有拉伸图可知对低碳钢而言，拉伸过程分为以下几个阶段： （1）弹性变形阶段; （2）屈服变形阶段; （3）变形强化阶段; （4）缩颈阶段; （5）断裂。 不同材料在拉伸中经历的过程有所不同。 op段：比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； 平台或锯齿（es段）：屈服阶段(解释)； sb段：均匀塑性变形阶段，即强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。 断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。 图 几种类型的应力-应变曲线 （a）硬化程度较高材料的σ-ε曲线 （c）强化能力较强材料的σ-ε曲线 （b）脆性材料的σ-ε曲线 （d）塑性变形能力大的材料之σ-ε曲线 2. 应力--应变 应力：材料受外载作用时，内部产生与外力抗衡的力称为内力，单位面积上的内力称为应力 （σ） 应变：ε=伸长量△l/原长度l0 3. 弹性极限σe 、屈服极限σs 、抗拉强度σb 弹性极限σe ：材料保持弹性变形而不产生塑性变形所受的最大应力，是弹性零件的设计依据。 σ0.01 --试样残余伸长量为0.01%时的应力作为规定的σe 。 屈服极限σs ：材料产生屈服时的最小应力，表征材料抵抗塑性变形的能力。 σs =P s/F0 σs是设计和选材的主要依据之一，不容许有明显塑性变形的零件（如紧固螺栓），以σs为强度设计指标。 对拉伸曲线上无明显屈服现象的材料，国家标准规定：试样塑性变形量为标距长度的0.2%时承受的应力作为“规定屈服极限”，用“σ0.2 ”表示 。 σb 材料 能承受的最大应力， σb =P b/F0 它易测量且较为精确，表示材料对最大均匀变形的抗力，或对断裂的抗力。 4. 弹性 固态工程材料均具有弹性行为，即在力的作用下产生变形且变形量与力成线性关系，外力去除后变形完全消失，物体恢复到原来形状，这种变形叫弹性变形。 用弹性模量E来表征材料抵抗弹性变形的能力，工程上E称为刚度， E= σ/ ε （Mpa）