工程材料学第四章课件.pptx

工程材料学第四章课件

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目录

壹

材料的力学性能

贰

材料的热学性能

叁

材料的电学性能

肆

材料的化学性能

伍

材料的光学性能

陆

材料的加工与应用

材料的力学性能

第一章

强度与硬度

抗拉强度是材料抵抗外力拉伸至断裂的能力，如高强度钢丝在承受拉力时的性能表现。

抗拉强度

硬度测试包括布氏、洛氏和维氏硬度测试，每种方法适用于不同材料的硬度评估。

硬度测试方法

屈服强度指材料开始发生塑性变形前能承受的最大应力，例如铝合金在飞机制造中的应用。

屈服强度

硬度高的材料通常耐磨性好，如硬质合金刀具在切削金属时的耐用性表现。

硬度与耐磨性

01

02

03

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塑性与韧性

塑性是指材料在断裂前能承受永久变形的能力，通过拉伸试验中的延伸率来衡量。

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塑性的定义和测量

韧性是材料吸收能量并抵抗冲击的能力，高韧性材料在工程应用中能防止脆性断裂。

02

韧性的重要性

塑性和韧性通常相关联，高塑性材料往往也具有较好的韧性，但并非总是如此。

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塑性与韧性的关系

塑性变形涉及位错的运动和增殖，了解其微观机制有助于优化材料的塑性性能。

04

塑性变形的微观机制

例如，桥梁建设中使用的高强度钢，需要具备良好的塑性和韧性以承受动态载荷。

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韧性材料的工程应用案例

疲劳与断裂

在循环应力作用下，材料表面或内部会产生微小裂纹，这是疲劳破坏的初始阶段。

疲劳裂纹的形成

01

随着应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，最终导致材料断裂。

疲劳裂纹的扩展

02

断裂韧性是衡量材料抵抗裂纹扩展能力的指标，对工程设计至关重要。

断裂韧性的重要性

03

通过S-N曲线等方法可以预测材料在特定应力水平下的疲劳寿命，对安全评估有重要作用。

疲劳寿命的预测

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材料的热学性能

第二章

热膨胀系数

热膨胀系数是材料长度随温度变化的度量，通常通过热机械分析仪进行测定。

定义与测量

在设计发动机时，工程师会考虑金属部件的热膨胀系数，以确保其在高温下正常运作。

应用实例

材料的晶体结构、化学键类型和微观缺陷都会影响其热膨胀系数的大小。

影响因素

热传导性

热传导是材料内部热量传递的过程，主要通过自由电子或晶格振动实现。

热传导的基本原理

金属如铜和铝具有高热导率，而塑料和木材的热导率则相对较低。

不同材料的热导率

热绝缘材料如矿物棉和聚苯乙烯泡沫用于建筑和工业中，以减少热量损失。

热绝缘材料的应用

热稳定性

热膨胀系数是衡量材料热稳定性的重要指标，它反映了材料在温度变化下体积或长度变化的程度。

热膨胀系数

熔点和沸点是材料热稳定性的极限指标，高熔点和沸点的材料能在极端温度下保持结构和性能。

熔点和沸点

热导率决定了材料在热传递过程中的效率，高热导率材料在高温环境下能快速散热，保持稳定。

热导率

热疲劳是指材料在循环温度变化下产生的损伤累积，高热稳定性的材料能承受更多热循环而不失效。

热疲劳

材料的电学性能

第三章

电导率

根据电导率的高低，材料可分为导体、半导体和绝缘体，如铜是良好的导体，而橡胶则是绝缘体。

电导率与材料分类

温度、材料的纯度和晶体结构等因素都会影响材料的电导率，例如金属在高温下电导率会下降。

影响电导率的因素

电导率是衡量材料传导电流能力的物理量，单位为西门子每米(S/m)，反映了材料的导电性。

电导率的定义

介电性能

介电常数是衡量材料储存电荷能力的指标，如聚乙烯的介电常数较低，适用于电缆绝缘。

介电常数

介电损耗反映了材料在交变电场中能量损耗的程度，例如，陶瓷材料在高频应用中需低损耗。

介电损耗

击穿强度是材料能够承受的最大电场强度，不发生电击穿的特性，如云母具有很高的击穿强度。

击穿强度

介电极化描述材料在外电场作用下电偶极矩的变化，如钛酸钡具有较强的自发极化特性。

介电极化

磁性能

磁导率描述材料对磁场的响应能力，磁化率则表征材料被磁化的难易程度。

磁导率和磁化率

在交变磁场中，材料反复磁化和退磁时产生的能量损耗称为磁滞损耗，常见于变压器铁芯。

磁滞损耗

饱和磁化强度是指材料在强磁场作用下达到的最大磁化强度，是衡量磁性材料性能的重要参数。

饱和磁化强度

磁畴是材料内部具有相同磁化方向的小区域，磁畴结构对材料的磁性能有决定性影响。

磁畴结构

材料的化学性能

第四章

腐蚀与抗氧化

腐蚀的定义与影响

腐蚀是材料与环境反应导致的性能劣化，如钢铁生锈，影响材料的使用寿命和安全性。

抗氧化材料应用

高温环境下使用的抗氧化材料，如镍基合金在航空发动机中的应用，保证设备稳定运行。

抗氧化机制

防腐蚀措施

材料表面形成氧化层，如铝的氧化铝层，可保护内部材料不受进一步氧化。

通过涂层、电镀或合金化等方法，提高材料的耐腐蚀性能，如不锈钢的耐腐蚀特性。

化学稳定性

耐腐蚀性

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材料在不同环境下抵抗化学反应的能力，如不锈钢在酸性环境中