工程材料第十四章PPT
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材料力学 第十四章动荷载及交变应力
2.5m
FNd
2.5m
σ d m ax
M d m ax = = 13 5.4 M P a < [σ ] Wz
梁的强度足够. 梁的强度足够.
二,构件作匀速转动时的应力
轮缘
ω
D
δ
轮幅
y
ω
qd d
D
O
O
m m FNd
O n n FNd x
an=ω2D/2
FNd Aρω 2 D 2 = 4
D Aρω 2 D qd = 1. A.ρω 2 = 2 2 FNd ρω 2 D 2 σd = = = ρ v 2 ≤ [σ ] A 4
di = kd sti Fd = kd P
σ d = kdσ st
动荷因数kd中的st计算:是将冲击物的重量P 动荷因数 中的 计算:是将冲击物的重量 作为静荷载沿冲击方向作用在被冲击构件的冲 击点,引起该点沿冲击方向的位移. 击点,引起该点沿冲击方向的位移.
P
st
l
EA
P h P l
Pd
Δd
如:轮船靠泊时的冲击力 起吊重物时的惯性力
t
构件由动荷载引起的应力和变形称为动应力和动变形. 构件由动荷载引起的应力和变形称为动应力和动变形. 构件在动荷载作用下,同样有强度,刚度和稳定性问题. 构件在动荷载作用下,同样有强度,刚度和稳定性问题. 构件内的应力随时间作交替变化,则称为交变应力. 构件内的应力随时间作交替变化,则称为交变应力.
动荷载作用下构件的材料仍服从虎克定律. 动荷载作用下构件的材料仍服从虎克定律. 构件的材料仍服从虎克定律
§14-2 构件作匀加速直线运动 14和匀速转动时的应力
构件作匀加速直线运动时,内部各质点具有相同的 构件作匀加速直线运动时, 加速度;构件作匀速转动时, 加速度;构件作匀速转动时,内部各质点均具有向 心加速度. 心加速度.
第十四章 应变分析.
2 2 2
( 1 2 ) 2 ( 2 3 ) 2 ( 3 1 ) 2
（14-13）
=
2 3
6I 2
等效应变的特点:
是一个不变量，在数值上等于单向均匀拉
伸或均匀压缩方向上的线应变ε 。等效应变又称广义应变，在 屈服准则和强度分析中经常用到它。
烟台大学环境与材料工程学院制作
烟台大学环境与材料工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
v y
其值远小于1，所以有
因为，
y
tan xy xy
tan
yx yx
v x
u y u v y x
（14-14）
同理得
则工程切应变为
xy yx 原理》
（1）在x,y,z方向上线元的长度发生改变，其线应变分别为
z
rz
rz
x
rx
rx
y
ry
ry
（2）单元体分别在x面,y面和z面发生角度偏转，产生应变为
1 xy yx xy 2 1 yz zy yz 2 1 zx xz zx 2
I1 x y z 1 2 3 I 2 [( x y y z z x ) ( xy yz zx )] ( 1 2 2 3 3 1 )
2 2 2
x xy xz 1 0 0 I 3 yx y yz 0 2 0 1 2 3 zx zy z 0 0 3
a1点后，所产生的位移分量为u、v，则b点和c点的位移增量 为
u uc dx x v vc dx x u ub dy y v vb dy y
( 1 2 ) 2 ( 2 3 ) 2 ( 3 1 ) 2
（14-13）
=
2 3
6I 2
等效应变的特点:
是一个不变量，在数值上等于单向均匀拉
伸或均匀压缩方向上的线应变ε 。等效应变又称广义应变，在 屈服准则和强度分析中经常用到它。
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普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
v y
其值远小于1，所以有
因为，
y
tan xy xy
tan
yx yx
v x
u y u v y x
（14-14）
同理得
则工程切应变为
xy yx 原理》
（1）在x,y,z方向上线元的长度发生改变，其线应变分别为
z
rz
rz
x
rx
rx
y
ry
ry
（2）单元体分别在x面,y面和z面发生角度偏转，产生应变为
1 xy yx xy 2 1 yz zy yz 2 1 zx xz zx 2
I1 x y z 1 2 3 I 2 [( x y y z z x ) ( xy yz zx )] ( 1 2 2 3 3 1 )
2 2 2
x xy xz 1 0 0 I 3 yx y yz 0 2 0 1 2 3 zx zy z 0 0 3
a1点后，所产生的位移分量为u、v，则b点和c点的位移增量 为
u uc dx x v vc dx x u ub dy y v vb dy y
第14章材料的化学性质
能, 腐蚀速率降低。
✓铬、铝、镍、钛、钴和铜等有较强的自钝化倾向，耐蚀性强。 ✓普通钢中加入一定量的铬、镍等元素，制成耐蚀不锈钢。
精品资料
海水中测得的电位(diàn wèi)序列
精品资料
金属的腐蚀(fǔshí)形态
根据金属腐蚀(jīn shǔ fǔ shí)的外观
特⑴征均: 匀腐蚀
• 腐蚀均匀地发生在整个金属表面。如，钢铁生锈。 ⑵ 电偶腐蚀，也叫接触腐蚀或双金属腐蚀 • 两种电极电位不同的金属，阳极腐蚀。 如，在黄铜零件连接到普通钢材上并接触海水。
精品资料
孔隙(kǒngxì)腐蚀或 点蚀
腐蚀集中在金属表面活性点并向内部(nèibù)扩展
直径只有10-2～1 mm 。隐患性很强的腐蚀形态。
➢孔蚀多半发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属上。例如，铝、铝 合金、不锈钢和钛合金等。
孔内发生如下的水解反应：
蚀孔内部酸浓度越来越
高，加速阳极反应，整个
过程变成自催化过程，蚀 孔向深处发展。
精品资料
陶瓷材料的腐蚀(fǔshí)
主要涉及化学(huàxué)作用，以浸蚀溶解和化学(huàxué)腐蚀最为 常见。 碱金属氧化物并未完全进入SiO2网络，产生易于迁移的金属离子， 称为网络游离子。
(1)在酸性或中性水介质中时，碱金属离子向玻璃表面扩散，与H+发 生离子交换反应：
➢使碱金属离子溶解到溶液中 碱金属离子的扩散速率很低，通常玻璃是耐酸性材料。 (2)对玻璃的化学腐蚀主要来自于OH-，OH-与硅氧键反应。
精品资料
金属(jīnshǔ)的氧化过程
➢金属材料在干燥气体(qìtǐ)介质中也能通过化学反应而被氧化。 ➢如火箭发动机、高温石油化工设备设计。
（1） 开始氧化时， 2M + xO2 → 2MOx ，金属表面形成局部的不连续氧化膜。 （2）继续氧化时，氧化膜生长阶段又转变为电化学过程。氧化膜可传递电子和离
✓铬、铝、镍、钛、钴和铜等有较强的自钝化倾向，耐蚀性强。 ✓普通钢中加入一定量的铬、镍等元素，制成耐蚀不锈钢。
精品资料
海水中测得的电位(diàn wèi)序列
精品资料
金属的腐蚀(fǔshí)形态
根据金属腐蚀(jīn shǔ fǔ shí)的外观
特⑴征均: 匀腐蚀
• 腐蚀均匀地发生在整个金属表面。如，钢铁生锈。 ⑵ 电偶腐蚀，也叫接触腐蚀或双金属腐蚀 • 两种电极电位不同的金属，阳极腐蚀。 如，在黄铜零件连接到普通钢材上并接触海水。
精品资料
孔隙(kǒngxì)腐蚀或 点蚀
腐蚀集中在金属表面活性点并向内部(nèibù)扩展
直径只有10-2～1 mm 。隐患性很强的腐蚀形态。
➢孔蚀多半发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属上。例如，铝、铝 合金、不锈钢和钛合金等。
孔内发生如下的水解反应：
蚀孔内部酸浓度越来越
高，加速阳极反应，整个
过程变成自催化过程，蚀 孔向深处发展。
精品资料
陶瓷材料的腐蚀(fǔshí)
主要涉及化学(huàxué)作用，以浸蚀溶解和化学(huàxué)腐蚀最为 常见。 碱金属氧化物并未完全进入SiO2网络，产生易于迁移的金属离子， 称为网络游离子。
(1)在酸性或中性水介质中时，碱金属离子向玻璃表面扩散，与H+发 生离子交换反应：
➢使碱金属离子溶解到溶液中 碱金属离子的扩散速率很低，通常玻璃是耐酸性材料。 (2)对玻璃的化学腐蚀主要来自于OH-，OH-与硅氧键反应。
精品资料
金属(jīnshǔ)的氧化过程
➢金属材料在干燥气体(qìtǐ)介质中也能通过化学反应而被氧化。 ➢如火箭发动机、高温石油化工设备设计。
（1） 开始氧化时， 2M + xO2 → 2MOx ，金属表面形成局部的不连续氧化膜。 （2）继续氧化时，氧化膜生长阶段又转变为电化学过程。氧化膜可传递电子和离
建筑工程材料.ppt
蒸压粉煤灰砖的强度等级有MU25、 MU20、MU15和MU10
(3)
硅酸盐砌块是以炉渣为骨料，以粉 煤灰、碎石灰、磷石膏等工业废料为胶 结料，加水搅拌、振动成型、蒸养而成。 这种砌块不能用于防潮层以下的部位， 一般情况下只作填充物使用。
硅酸盐砌块的强度等级有MU20、 MU15、MU10、MU7.5和MU5
4.1.4 硅酸盐水泥的凝结和硬化
水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水
泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可
塑性而未具有强度的过程，称为水泥的凝结。随
后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程，
称为水泥的硬化。
硅酸盐水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物立
即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定
热水泥。 通过高温煅烧后，氧化钙与氧化硅、氧化 铝、氧化铁相结合，形成新的化合物，叫 做水泥熟料矿物。所以，水泥生产工艺过 程可概括为“两磨一烧”。
4.1.2 硅酸盐水泥熟料组成
（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简式为C3S，
其质量百分数通常在50%左右，是硅酸盐水
（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简式为C2S，
灰比、石膏含量、温度与湿度、龄期，以及水泥
3.2.2 石膏的主要品种
(1)建筑石膏
将天然CaSO4·2H2O在石膏炒锅或沸腾炉
内燃烧且温度控制在107～170℃范围时，
CaSO4·2H2O脱水为细小晶体的β型 CaSO4·1/2H2O（又称熟石膏），再经磨细制 得。
(2)模型石膏
模型石膏的主要成分也是β型
CaSO4·1/2H2O，但杂质少、色白。主要用于 陶瓷的制坯工艺的成型和装饰浮雕等。
成的Ca(OH)2颗粒极其细小，比表面积 （材料的总表面积与其质量的比值）很 大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层 较厚水膜，即石灰的保水性好。 ②凝结硬化慢、强度低 石灰的凝 结硬化很慢，且硬化后的强度很低。如 石灰砂浆28d抗压强度只有0.2～0.5MPa。
(3)
硅酸盐砌块是以炉渣为骨料，以粉 煤灰、碎石灰、磷石膏等工业废料为胶 结料，加水搅拌、振动成型、蒸养而成。 这种砌块不能用于防潮层以下的部位， 一般情况下只作填充物使用。
硅酸盐砌块的强度等级有MU20、 MU15、MU10、MU7.5和MU5
4.1.4 硅酸盐水泥的凝结和硬化
水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水
泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可
塑性而未具有强度的过程，称为水泥的凝结。随
后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程，
称为水泥的硬化。
硅酸盐水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物立
即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定
热水泥。 通过高温煅烧后，氧化钙与氧化硅、氧化 铝、氧化铁相结合，形成新的化合物，叫 做水泥熟料矿物。所以，水泥生产工艺过 程可概括为“两磨一烧”。
4.1.2 硅酸盐水泥熟料组成
（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简式为C3S，
其质量百分数通常在50%左右，是硅酸盐水
（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简式为C2S，
灰比、石膏含量、温度与湿度、龄期，以及水泥
3.2.2 石膏的主要品种
(1)建筑石膏
将天然CaSO4·2H2O在石膏炒锅或沸腾炉
内燃烧且温度控制在107～170℃范围时，
CaSO4·2H2O脱水为细小晶体的β型 CaSO4·1/2H2O（又称熟石膏），再经磨细制 得。
(2)模型石膏
模型石膏的主要成分也是β型
CaSO4·1/2H2O，但杂质少、色白。主要用于 陶瓷的制坯工艺的成型和装饰浮雕等。
成的Ca(OH)2颗粒极其细小，比表面积 （材料的总表面积与其质量的比值）很 大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层 较厚水膜，即石灰的保水性好。 ②凝结硬化慢、强度低 石灰的凝 结硬化很慢，且硬化后的强度很低。如 石灰砂浆28d抗压强度只有0.2～0.5MPa。
材料力学第十四章-超静定结构
材料力学第十四章-超静 定结构
欢迎来到材料力学第十四章的学习！本章将介绍超静定结构，我们将一起探 索它的特点、设计方法、力学分析以及应用领域。让我们开始学习吧！
超静定结构的定义
1 什么是超静定结构?
超静定结构是指具有多余约束的结构，其构件由多于所需的约束连接。
超静定结构的特点
1 多余约束的好处
超静定结构具有更高的稳定性和刚度，能够承受更大的荷载。
2 调整性能
通过改变约束条件，可以调整超静定结构的性能。
超静定结构的设计方法
1
力学方法
利用材料力学的知识和结构理论进行设计和分析。
2
优化设计
采用优化算法寻找最佳的结构设计。
3
经验和直觉
通过经验和直觉进行设计和改进。
超静定结构的力学分析
受力分析
通过受力分析了解超静定结构中力的传递和分布。
应力分析
通过应力分析研究超静定结构中的应力分布和变形。
超静定结构的应用领域
桥梁工程
超静定结构可以提高桥梁的稳定性和承载能力。
航空航天
超静定结构可以减轻飞行器的重量，提高性能。
建筑设计
超静定结构可以实现更大跨度和更复杂的建筑形 态。
机械设计
超静定结构可以提高机械设备的稳定性和准确性。
超静定结构的挑战与解决方案
1
挑战
超静定结构的设计和分析复杂，需要考虑多个因素。
2
解决方案
借助计算机辅助设计和模拟技术，提高设计和分析的效率。
3
创新思维
采用创新的方法和理念，寻找超静定结构的新应用。
总结与展望
通过本章的学习，我们了解了超静定结构的定义、特点、设计方法、力学分 析、应用领域以及面临的挑战。希望这些知识能够帮助您深入了解这一领域， 并为未来的设计和研究提供启示。
欢迎来到材料力学第十四章的学习！本章将介绍超静定结构，我们将一起探 索它的特点、设计方法、力学分析以及应用领域。让我们开始学习吧！
超静定结构的定义
1 什么是超静定结构?
超静定结构是指具有多余约束的结构，其构件由多于所需的约束连接。
超静定结构的特点
1 多余约束的好处
超静定结构具有更高的稳定性和刚度，能够承受更大的荷载。
2 调整性能
通过改变约束条件，可以调整超静定结构的性能。
超静定结构的设计方法
1
力学方法
利用材料力学的知识和结构理论进行设计和分析。
2
优化设计
采用优化算法寻找最佳的结构设计。
3
经验和直觉
通过经验和直觉进行设计和改进。
超静定结构的力学分析
受力分析
通过受力分析了解超静定结构中力的传递和分布。
应力分析
通过应力分析研究超静定结构中的应力分布和变形。
超静定结构的应用领域
桥梁工程
超静定结构可以提高桥梁的稳定性和承载能力。
航空航天
超静定结构可以减轻飞行器的重量，提高性能。
建筑设计
超静定结构可以实现更大跨度和更复杂的建筑形 态。
机械设计
超静定结构可以提高机械设备的稳定性和准确性。
超静定结构的挑战与解决方案
1
挑战
超静定结构的设计和分析复杂，需要考虑多个因素。
2
解决方案
借助计算机辅助设计和模拟技术，提高设计和分析的效率。
3
创新思维
采用创新的方法和理念，寻找超静定结构的新应用。
总结与展望
通过本章的学习，我们了解了超静定结构的定义、特点、设计方法、力学分 析、应用领域以及面临的挑战。希望这些知识能够帮助您深入了解这一领域， 并为未来的设计和研究提供启示。
第十四章充填采矿法课件
案例分析：某铁矿采用充填采矿法进行开采，通过合理选择充填材料和工艺，实现了采空区 的有效充填，控制了围岩崩落和地表下沉，提高了矿石回采率，减少了矿石贫化和损失。该 矿山的生产效率和经济效益得到了显著提高。
非金属矿山充填采矿法应用
非金属矿山充填采矿法是指利用充填 材料将非金属矿山的采空区充填密实， 以控制围岩崩落和地表下沉，提高矿 石回采率的一种采矿技术。非金属矿 山充填采矿法的应用范围较广，适用 于各种类型的非金属矿山，如石墨矿、 萤石矿、石英砂矿等。
充填材料制备
根据所选充填材料的特性，进行 适当的破碎、搅拌、混合等工艺， 制备成符合工程要求的充填浆液 或干料。
充填材料的输送
输送方式选择
根据实际情况选择适当的输送方式，如管道输送、车辆输送等，以确保充填材 料能够及时、准确地送达采场。
输送能力匹配
确保输送设备的输送能力与采场需求相匹配，避免因输送能力不足而影响采矿 工程的进度。
充填体与围岩相互作用
研究充填体与围岩之间的相互作用关系，以评估其对围岩稳 定性的影响。
03
充填采矿法的工艺流程
采场准备
采场设计
根据矿床赋存条件、矿石 性质和采矿要求，进行采 场设计，确定采场尺寸、
形状和结构参数。
采场开拓
为了将矿石运出采场，需 要开拓采场内的运输通道， 如斜坡道、平硐或竖井等。
采场支护
金属矿山充填采矿法是一种重要的采矿技术，主要用于开采金属矿石。该方法利用充填材料 将采空区充填密实，控制围岩崩落和地表下沉，提高矿石回采率，同时减少矿石贫化和损失。
金属矿山充填采矿法的应用范围广泛，适用于各种类型的金属矿山，如铁矿、铜矿、金矿等。 在实际应用中，需要根据矿山的实际情况选择合适的充填材料和工艺，以确保采矿作业的安 全和高效。
非金属矿山充填采矿法应用
非金属矿山充填采矿法是指利用充填 材料将非金属矿山的采空区充填密实， 以控制围岩崩落和地表下沉，提高矿 石回采率的一种采矿技术。非金属矿 山充填采矿法的应用范围较广，适用 于各种类型的非金属矿山，如石墨矿、 萤石矿、石英砂矿等。
充填材料制备
根据所选充填材料的特性，进行 适当的破碎、搅拌、混合等工艺， 制备成符合工程要求的充填浆液 或干料。
充填材料的输送
输送方式选择
根据实际情况选择适当的输送方式，如管道输送、车辆输送等，以确保充填材 料能够及时、准确地送达采场。
输送能力匹配
确保输送设备的输送能力与采场需求相匹配，避免因输送能力不足而影响采矿 工程的进度。
充填体与围岩相互作用
研究充填体与围岩之间的相互作用关系，以评估其对围岩稳 定性的影响。
03
充填采矿法的工艺流程
采场准备
采场设计
根据矿床赋存条件、矿石 性质和采矿要求，进行采 场设计，确定采场尺寸、
形状和结构参数。
采场开拓
为了将矿石运出采场，需 要开拓采场内的运输通道， 如斜坡道、平硐或竖井等。
采场支护
金属矿山充填采矿法是一种重要的采矿技术，主要用于开采金属矿石。该方法利用充填材料 将采空区充填密实，控制围岩崩落和地表下沉，提高矿石回采率，同时减少矿石贫化和损失。
金属矿山充填采矿法的应用范围广泛，适用于各种类型的金属矿山，如铁矿、铜矿、金矿等。 在实际应用中，需要根据矿山的实际情况选择合适的充填材料和工艺，以确保采矿作业的安 全和高效。
《工程材料》课件
2 材料工程
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
工程材料培训课程(共58张PPT)
历史充分说明，我们勤劳智慧的祖先，在
材料的创造和使用上有着辉煌的成就，为人
类文明、世界进步作出了巨大贡献。
想一想：中华民族对材料发展作出了 重大贡献，你能再举出几个例子来吗？
0.1.2 新材料新工艺重大成果
一、新材料新工艺迅速发展
●高分子材料迅速发展 在当代，科学技术和生产飞跃发展。 从 20世纪60年代到70年代，高分子材料每 材料、能源与信息作为现代社会和现代技术 年以 14％的速度增长。到70年代中期，全世 的三大支柱，发展格外迅猛。 界的高分子材料和钢的体积产量已经相等。 高分子材料用作结构 材料代替钢铁外，目前 正在研究和开发具有良 好导电性能和耐高温的 高分子材料。
铁人
黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸)
●我国古代创造了三种炼钢方法
●从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢
做的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入 了欧洲； ●西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的 百炼钢； ●南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼 钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早 1600多年。
●钢的热处理技术达到相当高的水平
课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械 工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构 零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步 能力。
由于能源、材料和信息是现代社会和现代科 学技术的三大支柱，学习并掌握工程材料的基 础知识，对于工科院校机械类专业的学生是十 分必要的。
在人类的发展史上，最先使用的工具是石 器。 中华民族的祖先用坚硬的燧石和石英石等 天然材料制成石刀、石斧、石锄。
石器
石斧
二、陶器与瓷器的发明和使用
新石器时代(公元前6000年～公元前5000 年)，中华民族的先人们用粘土烧制成陶器。
水闸施工(底板施工、闸墩施工、止水设施的施工等)+【水利工程施工第十四章】精品PPT
• 2、施工要点 • 1）反拱底板采用土模，必须做好排水工作。 • 2）挖模前将基土夯实，放样严格控制曲线。 • 3）采用第一种施工程序，在浇筑岸、墩墙底板时，
应将接缝钢筋一头埋在岸、墩墙底板之内，另一头插 入土模中，以备下一阶段浇入反拱底板。
• 4）当采用第二种施工程序时，为了减少不均匀沉降 对整体浇筑的反拱底板的不得影响，可在拱脚处预留 一缝，缝底设临时铁皮止水，缝顶设“假铰”，待大 部分上部结构荷载施加以后，便在低温用二期混凝土 封堵。
弧形闸门不设门槽，闸门两侧设置转轮或滑块。 在闸墩立模时，首先根据导轨的设计位置预留 弧形凹槽，槽内埋设两排钢筋，用于拆模后固 定导轨。
安装前对预埋钢筋进行校正。
安装时，将导轨分段与预埋钢筋焊接固定，并逐 一校正设计坐标位置和垂直度，经检验合格后 方可浇筑二期混凝土。
弧形门侧轨 安装示意图
谢 谢！
第三节 止水设施的施工
• 目的：适应地基的不均匀沉降和伸缩变形， 设置温度缝与沉降缝。
一、沉陷缝填料的施工
• 沉降缝的填充材料：沥青油毛毡、沥青杉木板及 沥青芦席。
• 安装方法：
• 1）将填充材料用铁钉固定在模板内侧后，再浇混 凝土。
• 2）先在缝的一侧立模浇筑混凝土，并在模板内侧 预先钉好安装填充材料的长铁钉数排，并使铁钉 的1/3留在混凝土外面，然后安装填料、敲弯铁尖， 使填料固定在混凝土面上，再立另一侧模板和浇 混凝土。
• 安排混凝土施工次序时要考虑： • 缝。
• 2）先浇影响上部施工或高度较大的工程部 位。
• 3）先主要后次要，其他穿插进行。
第一节 底板施工
• 水闸底板有平底板与反拱底板两种。
平底板水闸
一、平底板的施工
• 1、筑块划分：考虑因素：结构尺寸、筑块 尺寸和体积、拌和设备和生产能力和运输 工具的能力、浇筑的连续性。
工程材料ppt
s
0.2
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为：
伸长率：
l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 100%
F0
拉 伸
试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真
实变形。
② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
低碳钢的应力-应变曲线
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
拉伸试样
一、弹性和刚度
弹性：指标为弹性极限e，
即材料承受最大弹性变形时
HRA用于测量高硬度材料, 如 硬质合金、表淬层和渗碳层。
钢球压头与 金刚石压头
HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料， 如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：操作简便， 压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
北 极 星 导 弹
c (ac )1/ 2
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的 指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部 裂纹失稳扩展的能力。
K IC Y C aC
C为断裂应力，aC为临界
裂纹半长，单位为 MN / m3 2
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度，只有耐磨铸铁中
磷含量偏高 (达0.3%
以上)。
铸铁中的磷共晶
⑵ 冷却速度的影响
铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶 将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。 快冷时由 于过冷度
大，结晶
将按 Fe-
WC + Wsi (%)
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响
Fe3C相图
进行, 不利
铸铁与铸钢的强度比较
⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
⑷ 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶.
⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
3、铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
灰 铸 片 状 铁 可
第七章 铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%并含
有较多硅、锰、硫、磷等元素
的多元铁基合金。
铸铁具有许多优良的性能及生
产简便、成本低廉等优点，因
而是应用最广泛的材料之一。
例如，机床 床身、内燃 机的汽缸体、 缸套、活塞 环及轴瓦、
内 燃 机 汽 缸
曲轴等都可
用铸铁制造.
铸铁曲轴
第一节 概述
一、铸铁的石墨化过
蠕墨铸铁的 显微组织
珠光体基体
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁， 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
灰铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁
球 墨 铸 铁
灰 铸 铁
蠕 墨 铸 铁
灰铸铁
于制造承受热循环载荷的零件和结构 复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、 柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐
核燃料贮存运输 容器(QT350-22)
荷大的零件，
如曲轴、传动 齿轮等。
铸铁曲轴
四、蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是20世纪60年代 发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕 化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、 稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的组织： 基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G
球墨铸铁 可进行各 种热处理, 如退火、正
火、淬火加
回火、等温
淬火等。
贝 氏 体 基 球 墨 铸 铁 组织
制 品 轧 辊 与 辊 环
( )
球墨铸铁的热处理特点是： ① 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; ② 淬透性比碳钢高; ③ 奥氏体中碳含量可控。
3、用途 承受震动、载
团 锻 絮 铸 状
铁
HT + 一组数字 HT100 F+P 数字表示最低抗拉强度值， HT150 单位MPa。 P HT200 “HT”表示灰铸铁代号。 KTH + F KTH、KTB、KTZ KTH300两组数字 分别为黑心、白心、 06 珠光体可锻铸铁代号； 表F KTB + KTB350第一组数字表示最低 心P 两组数字 04 F
存在两个铁碳相图： Fe-Fe3C和Fe-G双重相图
L+G
L+Fe3C
2、铸铁的石墨化过
程
铸铁中的碳原子析出
形成石墨的过程称为 石墨化。 铸铁中的石墨可以在 结晶过程中直接析出, 也可以由渗碳体加热 时分解得到。
台车式石墨化退火炉
石墨化分两个阶段： 在P’S’K’线以上发生
的石墨化称为第一阶
活 塞 环
汽 缸 套
灰铸铁件
3、用途
制造承受压力和震动的零件, 如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
变速箱体
重型机床床身(HT-250)
大型船用柴油机汽缸体(HT-300)
二、可锻铸铁
石墨呈团絮状的灰口
铸铁，是由白口铸铁
经石墨化退火获得的。
1、组织：
基体(F、P)＋团絮状G
程
1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石
墨)双重相图
共晶白口铸铁
Fe3C是亚稳相，在一定
条件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨）
F基体球墨铸铁
石墨是碳的单质之
一，其强度、塑性、
韧性几乎为零。
铸铁中的碳除少量
固溶于基体中外，
主要以化合态的渗
碳体(Fe3C)和游离
态 的 石 墨 (G) 两 种 形式存在。
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
第二节 常用铸铁
一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约
占铸铁总产量的80%以上。
1、组织
灰铸铁的组织是由液态铁水缓
慢冷却时通过石墨化过程形成
的，其基体组织有铁素体、珠
光体和铁素体加珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
球墨铸铁的显微组织
铁 素 体 球 墨 铸 铁 珠 光 体 球 墨 铸 铁
铁 素 体 加 珠 光 体 球 墨 铸 铁
球 墨 铸 铁 中 的 石 墨 球
2、性能与热处理
强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强 比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。
段石墨化。
包括结晶时一次石墨、
二次石墨、共晶石墨 的析出和加热时一次 渗碳体、二次渗碳体 及共晶渗碳体的分解.
P’
在P’S’K’线以下发
生的石墨化称为第
二阶段石墨化。包
括冷却时共析石墨 的析出和加热时共 析渗碳体的分解。
P’
石墨化程度不同， 所得到的铸铁类型 和组织也不同。
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
QT400-15
QT600-3 QT700-2 RuT260
RuT300
RuT420
铸铁的分类
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
工业铸铁的成分范围
Si/Mg/Ce 中速冷却 缓冷 快冷 中速冷却 缓冷 中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 石墨化退火
铁素体灰铸铁
P
抗拉强度值，MPa； KTZ + 第二组数字表示最低 KTZ45006 两组数字 伸长率值，%
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 编号方法 名称 形态 组织 F QT + 两组数字 球 第一组数字表示最低抗拉 球 墨 F+P 强度值，MPa； 铸 第二组数字表示最低伸长 状 率值，%。 铁 P “QT”表示 球墨铸铁代 号 蠕 F RuT + 一组数字 蠕 墨 数字表示最低抗拉强度值, 虫 F+P 铸 MPa。 状 铁 P 牌号实例
于石墨化.
二、铸铁的特点及分类
工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。
1、铸铁的组织特点
钢的基体+G（石墨）
基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。
F+G
P+G
F+P+G
2、铸铁的性能特点
⑴ 力学性能低。由于
石墨相当于钢基体中
的裂纹或空洞，破坏
了基体的连续性，且
易导致应力集中。
可锻铸铁石墨化退火工艺曲线
铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。
2、性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。
名为可锻，实不可锻
可锻铸铁的显微 组织
珠光体可锻铸铁
黑心可锻铸铁
可锻铸铁的石墨化退火
3、用途
用于制造形状复杂且承受振 动载荷的薄壁小型件，如汽 车、拖拉机的前后轮壳、管 接头、低压阀门等。
可锻铸铁管件
三、 球墨铸铁
石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. 1、组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土镁。
硅铁
稀土镁
为避免白口，并使石墨细小均
匀，在球化处理同时还进行孕
育处理。
硅 钙
常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。
压泵的泵体等。
玻璃模具
制动鼓
碳、硅含量对铸铁石墨化的影响
碳、硅含量过高, 会使石墨数量多
且粗大，基体内
铁素体量增多，
C 白口铸铁
麻口 铸 铁
灰口铸铁
降低铸件的性能.
Si
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。
Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。 磷虽然可促进石墨化, 但其含量高时易在晶 界上形成硬而脆的磷 共晶，降低铸铁的强
灰铸 铁的
显微
组织
石 墨 片 的 三 维 形 貌
铁 素 体 灰 铸 铁
珠 光 体 灰 铸 铁
铁 素 体 加 珠 光 体 灰 铸 铁
常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片
硅铁
状石墨。
常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
硅钙
孕育处理前
孕育处理后
2、热处理
热处理只改变基体组织，不改变石 墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%， 热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火