第一章工程材料的分类与性能PPT课件
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建筑材料概论
动的结构、高耸结构、高层建筑
钢材的缺点
易锈蚀，需经常维护，维护费用高； 耐火性差。 由于能弥补混凝土抗拉、抗弯、抗裂能力差的缺 点，而混凝土则能保护混凝土中钢筋不锈蚀，两 者具有许多共同工作的基础，因此，使用中常常 与混凝土同时使用。
钢筋
按机械性能分：
I级钢筋、 II级钢筋、 III级钢筋 、 IV级钢筋
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2216:00:0016:00O ct-2022-Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。16: 00:0016:00:0016:00T hursday, October 22, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2216: 00:0016:00:00October 22, 2020
均属气硬性胶凝材料。
（6）砂浆
由无机胶凝材料（石灰、水泥等）、细集料（ 如砂）、掺合料和水配制而成得材料。
按用途分为：
砌筑砂浆、抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆
按胶凝材料分：
水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆
砌筑砂浆的强度等级：
M2.5、 M5、 M7.5、 M10、 M15、 M20
应用于砌筑砌体结构、抹面、勾缝、装修材料 粘结等。
（4）水泥
是土木工程建设中最重要的材料之一。 属水硬性胶凝材料。 水泥的分类：
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
水泥的生产
“两磨一烧”
水泥的主要性能要求
细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，水 化反应速度越快，安定性越好。
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四4时0分0秒16:00:0022 October 2020
钢材的缺点
易锈蚀，需经常维护，维护费用高； 耐火性差。 由于能弥补混凝土抗拉、抗弯、抗裂能力差的缺 点，而混凝土则能保护混凝土中钢筋不锈蚀，两 者具有许多共同工作的基础，因此，使用中常常 与混凝土同时使用。
钢筋
按机械性能分：
I级钢筋、 II级钢筋、 III级钢筋 、 IV级钢筋
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2216:00:0016:00O ct-2022-Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。16: 00:0016:00:0016:00T hursday, October 22, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2216: 00:0016:00:00October 22, 2020
均属气硬性胶凝材料。
（6）砂浆
由无机胶凝材料（石灰、水泥等）、细集料（ 如砂）、掺合料和水配制而成得材料。
按用途分为：
砌筑砂浆、抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆
按胶凝材料分：
水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆
砌筑砂浆的强度等级：
M2.5、 M5、 M7.5、 M10、 M15、 M20
应用于砌筑砌体结构、抹面、勾缝、装修材料 粘结等。
（4）水泥
是土木工程建设中最重要的材料之一。 属水硬性胶凝材料。 水泥的分类：
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
水泥的生产
“两磨一烧”
水泥的主要性能要求
细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，水 化反应速度越快，安定性越好。
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四4时0分0秒16:00:0022 October 2020
工程材料的分类与性能
400～ 1455 500 23 35～ 0.59 40 60～ 70 80
Fe 7.86
250～ 1539 330 16 25～ 0.84 55 70～ 85 65
Ti 4.51
250～ 1660 300 3 50～ 0.17 70 76～ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 （HRC=20~60） HB≈10HRC （HRC=20~60）
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB （HB=125~175） σb≈3.6HB （HB＞175）
四、冲击韧度
是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。
指标为冲击韧
性值a k(通过冲
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
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80～ 660 110 60 32～ 2.09 40 70～ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度，kg/m3×103
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
Fe 7.86
250～ 1539 330 16 25～ 0.84 55 70～ 85 65
Ti 4.51
250～ 1660 300 3 50～ 0.17 70 76～ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 （HRC=20~60） HB≈10HRC （HRC=20~60）
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB （HB=125~175） σb≈3.6HB （HB＞175）
四、冲击韧度
是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。
指标为冲击韧
性值a k(通过冲
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
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80～ 660 110 60 32～ 2.09 40 70～ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度，kg/m3×103
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
第1章 工程 材料的种类和力学性能
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同 ，可分为两大类，即普通陶瓷 和特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过 粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生 陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
第一章 工程材料基础知识
ψ = （S0-S1）/S0 ×100% 塑性意义：δ和ψ的数值越大，表明材料的塑性越好。塑性良好的金属可进行各种塑性加工，同时使用安全性也较好。
δ < 2 ~ 5%
属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属强度与塑性新、旧标准对照表
新标准 GB/T228-2002
性能 断面收缩率
σb
• 硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他 力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于 图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。
• 测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏 硬度法等）。
符号 Z
断后伸长率
A
A11.3
屈服强度
－
上屈服强度 下屈服强度
规定残余伸长强度
ReH ReL Rr 例如：Rr0.2
抗拉强度
Rm
2、硬度测量
旧标准 GB/T228-1987
性能 断面收缩率
符号 ψ
断后伸长率
δ5
δ10
屈服点
σs
上屈服点 下屈服点
规定残余伸长应力
σsU σsL σr 例如：σr0.2
抗拉强度
维氏硬度测量原理
• 维氏硬度特点：测量范围大，可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料；量压痕小。 • 维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。
*上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较。 * 各种硬度的换算经验公式：硬度在 200~600HBS 时 ：1HRC 相当于 10HBS ；硬度小于 450HBS 时：1HBS 相当于 1HV * 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容
δ < 2 ~ 5%
属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属强度与塑性新、旧标准对照表
新标准 GB/T228-2002
性能 断面收缩率
σb
• 硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他 力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于 图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。
• 测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏 硬度法等）。
符号 Z
断后伸长率
A
A11.3
屈服强度
－
上屈服强度 下屈服强度
规定残余伸长强度
ReH ReL Rr 例如：Rr0.2
抗拉强度
Rm
2、硬度测量
旧标准 GB/T228-1987
性能 断面收缩率
符号 ψ
断后伸长率
δ5
δ10
屈服点
σs
上屈服点 下屈服点
规定残余伸长应力
σsU σsL σr 例如：σr0.2
抗拉强度
维氏硬度测量原理
• 维氏硬度特点：测量范围大，可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料；量压痕小。 • 维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。
*上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较。 * 各种硬度的换算经验公式：硬度在 200~600HBS 时 ：1HRC 相当于 10HBS ；硬度小于 450HBS 时：1HBS 相当于 1HV * 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容
工程材料 第1章-金属材料的力学性能解读
F0 F1 100% 断面收缩率： F0
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
断裂后
第二节 硬度
材料抵抗其他更硬物质压入其表 面的能力，是表面局部变形的能力。 1、布氏硬度HB
HB 0.102 2P
D( D D 2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
压头为钢球时，布氏硬度用符号 HBS表示，适用于布 氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
体心立方金属具有韧脆转
变温度，而大多数面心立 方金属没有。
韧脆转变温度。
建造中的Titanic 号
TITANIC
TITANIC的沉没
与船体材料的质量
直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板 （右图）的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
第四节 疲劳强度
疲劳：材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂 的现象。
式中，σ—应力，单位MPa ;
F—外力，单位N; S—横截面积，单位mm2。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为 变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
第一节 强度和塑性
强度：材料在外力作用下抵
抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微 量塑性变形时的应力值。 单位是Mpa。
显微维氏硬度计 小 负 荷 维 氏 硬 度 计
第三节 冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷作 用而不破坏的能力。
指标为冲击
韧性值Ak(通
过冲击实验
测得)。
韧脆转变温度
材料的冲击韧性随温度 下降而下降。在某一温 度范围内冲击韧性值急 剧下降的现象称韧脆转 变。发生韧脆转变的温
第一章工程材料的分类与性能指标
塑料 合成纤维 橡胶 胶粘剂
高分子材料制品
陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的 化合物。
陶瓷材料属于无机非金属材料
由于大部分无机非金属材料含有 硅和其它元素的化合物，所以又 叫做硅酸盐材料。 它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻 璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和 陶瓷等三类。
对工程师来说，陶瓷包括种类繁 多的物质，例如玻璃、砖、石头、 混凝土、磨料、搪瓷、介电绝缘 材料、非金属磁性材料、高温耐 火材料和许多其它材料。
这就解释了为什么当橡胶暴露在阳光和空气 中时会逐渐地硬化；为什么铝不能用在超音速飞 机中；为什么金属在周期性载荷的作用下会产生 疲劳；为什么普通钢的钻头不能象高速钢钻头那 样飞快地切削；为什么磁体在射频场中会失去它 的磁性；又为什么半导体在核辐射下会损坏。这 类例子是数不清的。
在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而 且要考虑那些将使材料内部结构发生变化，从而 也导致材料性能发生变化的使用条件。
因此，金属材料特别是钢铁材料仍然是机械制造业 使用最广泛的材料。
随着科学技术的进步，非金属材料也得到了迅速的 发展。
非金属材料具有一些金属所不具备的许多性能和特 点。
如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生 产率高、成本低等。
所以非金属材料在工业中的应用日益广泛。 比如高分子材料常常取代金属材料用作化工管道、
因此，要减少零件的弹性变形，提高其 刚度，只能通过合理设计零件的截面形状、 尺寸，并提高其结构刚度来解决。
刚度：
绝大多数机器零件在工作时基本上都是 处于弹性变形阶段，即均会发生一定量的弹 性变形。但若弹性变形量过大，则工件也不 能正常工作，由此引出了材料对弹性变形的 抵抗能力——刚度（或刚性）指标
补充篇 工程材料的分类与性能
高分子材料制品
陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的 化合物。
陶瓷材料属于无机非金属材料
由于大部分无机非金属材料含有 硅和其它元素的化合物，所以又 叫做硅酸盐材料。 它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻 璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和 陶瓷等三类。
对工程师来说，陶瓷包括种类繁 多的物质，例如玻璃、砖、石头、 混凝土、磨料、搪瓷、介电绝缘 材料、非金属磁性材料、高温耐 火材料和许多其它材料。
这就解释了为什么当橡胶暴露在阳光和空气 中时会逐渐地硬化；为什么铝不能用在超音速飞 机中；为什么金属在周期性载荷的作用下会产生 疲劳；为什么普通钢的钻头不能象高速钢钻头那 样飞快地切削；为什么磁体在射频场中会失去它 的磁性；又为什么半导体在核辐射下会损坏。这 类例子是数不清的。
在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而 且要考虑那些将使材料内部结构发生变化，从而 也导致材料性能发生变化的使用条件。
因此，金属材料特别是钢铁材料仍然是机械制造业 使用最广泛的材料。
随着科学技术的进步，非金属材料也得到了迅速的 发展。
非金属材料具有一些金属所不具备的许多性能和特 点。
如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生 产率高、成本低等。
所以非金属材料在工业中的应用日益广泛。 比如高分子材料常常取代金属材料用作化工管道、
因此，要减少零件的弹性变形，提高其 刚度，只能通过合理设计零件的截面形状、 尺寸，并提高其结构刚度来解决。
刚度：
绝大多数机器零件在工作时基本上都是 处于弹性变形阶段，即均会发生一定量的弹 性变形。但若弹性变形量过大，则工件也不 能正常工作，由此引出了材料对弹性变形的 抵抗能力——刚度（或刚性）指标
补充篇 工程材料的分类与性能
材料的性能PPT课件
切削参数
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
《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
工程材料力学性能1PPT课件
k：体积弹性模量，在三向压缩下，压强p与体 积变化率之间的线性比例关系
18.07.2020
工程材料力学性能
30
E=2G(1+υ) E=3k(1-2 υ) 因此，各向同性材料只有两个独立分量。 弹性模量的意义是以零件的刚度体现出来
18.07.2020
工程材料力学性能
6
18.07.2020
1)力学性能是工程结构 或部件设计中最重要的 数据来源。
工程材料力学性能
7
18.07.2020
2)力学性能通常是新 材料能否由研制状态 进入工程应用的基本 考核指标。
工程材料力学性能
8
3）失效分析中应用。
18.07.2020
工程材料力学性能
18.07.2020
工程材料力学性能
27
f
f
a0
吸引力－－金属正离子与公有电子间库仑引力 作用的结果，这是一种长程力，在比原子间距 大得多的距离处它仍然起作用并占优势。
排斥力－－由同性电荷（离子，电子）间的库 仑斥力以及相邻原子电子层互相重叠的泡里斥 力所造成的，这是一种短程长，只有当原子距 离接近时才起主导作用。
18.07.2020
工程材料力学性能
16
圆形试样
板状试样
18.07.2020
工程材料力学性能
17
试样为什么要确定比例？
标距内的绝对伸长由均匀伸长和颈缩处
的集中伸长两部分组成：
l lb lu
l lb lu
lb l0
lb l0
lu S0
lu
d0 2
l l0 S0
l
l0
d0 2
有形状和尺寸的能力。
5.
塑性－－材料在外力作用下发生不
18.07.2020
工程材料力学性能
30
E=2G(1+υ) E=3k(1-2 υ) 因此，各向同性材料只有两个独立分量。 弹性模量的意义是以零件的刚度体现出来
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工程材料力学性能
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1)力学性能是工程结构 或部件设计中最重要的 数据来源。
工程材料力学性能
7
18.07.2020
2)力学性能通常是新 材料能否由研制状态 进入工程应用的基本 考核指标。
工程材料力学性能
8
3）失效分析中应用。
18.07.2020
工程材料力学性能
18.07.2020
工程材料力学性能
27
f
f
a0
吸引力－－金属正离子与公有电子间库仑引力 作用的结果，这是一种长程力，在比原子间距 大得多的距离处它仍然起作用并占优势。
排斥力－－由同性电荷（离子，电子）间的库 仑斥力以及相邻原子电子层互相重叠的泡里斥 力所造成的，这是一种短程长，只有当原子距 离接近时才起主导作用。
18.07.2020
工程材料力学性能
16
圆形试样
板状试样
18.07.2020
工程材料力学性能
17
试样为什么要确定比例？
标距内的绝对伸长由均匀伸长和颈缩处
的集中伸长两部分组成：
l lb lu
l lb lu
lb l0
lb l0
lu S0
lu
d0 2
l l0 S0
l
l0
d0 2
有形状和尺寸的能力。
5.
塑性－－材料在外力作用下发生不
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27
二、 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
塑性的指标为：
断后伸长率： l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 10% 0
拉 伸
F0
试 样
的
颈
缩
现
象
断裂后
28
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
② 对于直径d0 相同的试样，l0，。
只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。
第一章 工程材料的分类与性能
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况三
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2
第一节 工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主 要要求力学性能的结构材料。
23
3. 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。刚度与弹性模量成正比，刚度越大， 则材料在一定应力下承受的弹性变形越 小。
24
二、强度
s
材料在外力作用下抵抗变形和
断裂的能力。
1、 屈服点s：材料发生微量塑 性变形时的应力值。
2、规定残余伸长应力0.2：残余
0.2
变形量为0.2%时的应力值。
3、抗拉强度b：材料断裂前所
D(D D2d2)
32
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于 布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面
的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持
时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球
当l0=10d0 时，伸长率用 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然，5 > ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征
29
三、硬度
硬度：材料抵抗局部变形的能力。软硬的指标。表征强 度与塑性的一个综合判据。
实验特点：
1）设备简单、操作迅速方便、直接、非破坏性试验。 2）近似估计抗拉强度和耐磨性。 3）硬度与切削加工性、焊接性、冷成型性能间联系，加工工艺
按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高聚物材料 3、无机非金属材料（陶瓷） 4、复合材料
3
材料分类
4
金属材料
黑色金属 有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属
工业用金属及合金的总称 良好的导电性、导热性、延
展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛
5
金属材料
6
金属材料制品
7
无机非金属材料（陶瓷）
在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布
氏硬度值为120，10~15s不注。图纸上标注时在30~40
个范围。
33
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的
材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间的经验关系：
高温力学性能（蠕变、其它力学性能） 断裂韧性
17
金属拉伸实验
标准拉伸试样
拉伸试验
18
力—伸长曲线：以拉伸载荷和试样伸长量为坐 标所绘制的曲线。
典型的拉伸过程 分为四个阶段— —弹性变形、塑 性变形、颈缩和 断裂
19
20
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，
以共价键和离子键为主 熔点高、硬度高、耐腐
蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特种陶
瓷和金属陶瓷三类
8
陶瓷材料
9
高聚物材料
以分子键和共价键为主
塑性、耐蚀性、电绝缘 性、减振性好，密度小
包括塑料、橡胶及合成
纤维等
共价键
10
高聚物材料
11
复合材料
是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以 微观或宏观的形式组合
参考。 4）检验材料和热处理质量、热处理工艺合理性及评定工艺性能
参考。
30
硬度试验方法三类： 压力法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、
显微硬度、超声波硬度； 划痕法：莫氏硬度、锉刀硬度； 回跳法:肖氏硬度. 机械制造最广泛的是布氏硬度、洛氏硬度和
维氏硬度。
31
1. 布氏硬度HB
H B0.102 2P
外力去处后不能恢复 的变形称为塑性变形。
21
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
22
一、弹性
1. 弹性极限：材料承受最大弹性变形 e
2. 时的应力。指标为弹性极限e。
2、弹性模量：材料在弹性状态下
的应力和应变比值。
Etg（MP） a
E表征材料产生弹性变形的难易程度。
第二节 材料的力学性能
材料的力学性能是指材料在承受各种载荷时的行 为。
载荷类型通常分为：静载荷、动载荷和变载荷。
15
载荷的形式
16
通过不同的实验可测得材料各种性质的性能判据。
静载时材料的力学性能 – 静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性） – 硬度（布氏硬度、洛氏硬度）
动载时材料的力学性能 – 冲击韧性 – 疲劳强度
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)
2. 洛氏硬度
0
120℃
1
3 2
0
1 F0 3 F0 2 F0+F1
a b
d c
HRK bd 0.002
金钢石作压头，K为100；淬火钢球作压头，K为130
承受的最大应力值。
25
26
说明：
机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所 以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依 据也是评定金属材料承载能力的重要机械性能指标。 材料的屈服强度越高，允许的工作应力越高，零件 所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。
屈服强度与抗拉强度的比值σS/σb称为屈强比。屈 强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载或某 些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但屈 强比过小，则材料强度的有效利用率太低。Biblioteka 在一起而形成的材料。 包括：
金属基复合材料
陶瓷基复合材料
高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
12
复合材料
13
材料的性能
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括 力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括 铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
14
二、 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
塑性的指标为：
断后伸长率： l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 10% 0
拉 伸
F0
试 样
的
颈
缩
现
象
断裂后
28
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
② 对于直径d0 相同的试样，l0，。
只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。
第一章 工程材料的分类与性能
1
整体概述
概况一
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2
第一节 工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主 要要求力学性能的结构材料。
23
3. 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。刚度与弹性模量成正比，刚度越大， 则材料在一定应力下承受的弹性变形越 小。
24
二、强度
s
材料在外力作用下抵抗变形和
断裂的能力。
1、 屈服点s：材料发生微量塑 性变形时的应力值。
2、规定残余伸长应力0.2：残余
0.2
变形量为0.2%时的应力值。
3、抗拉强度b：材料断裂前所
D(D D2d2)
32
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于 布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面
的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持
时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球
当l0=10d0 时，伸长率用 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然，5 > ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征
29
三、硬度
硬度：材料抵抗局部变形的能力。软硬的指标。表征强 度与塑性的一个综合判据。
实验特点：
1）设备简单、操作迅速方便、直接、非破坏性试验。 2）近似估计抗拉强度和耐磨性。 3）硬度与切削加工性、焊接性、冷成型性能间联系，加工工艺
按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高聚物材料 3、无机非金属材料（陶瓷） 4、复合材料
3
材料分类
4
金属材料
黑色金属 有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属
工业用金属及合金的总称 良好的导电性、导热性、延
展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛
5
金属材料
6
金属材料制品
7
无机非金属材料（陶瓷）
在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布
氏硬度值为120，10~15s不注。图纸上标注时在30~40
个范围。
33
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的
材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间的经验关系：
高温力学性能（蠕变、其它力学性能） 断裂韧性
17
金属拉伸实验
标准拉伸试样
拉伸试验
18
力—伸长曲线：以拉伸载荷和试样伸长量为坐 标所绘制的曲线。
典型的拉伸过程 分为四个阶段— —弹性变形、塑 性变形、颈缩和 断裂
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20
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，
以共价键和离子键为主 熔点高、硬度高、耐腐
蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特种陶
瓷和金属陶瓷三类
8
陶瓷材料
9
高聚物材料
以分子键和共价键为主
塑性、耐蚀性、电绝缘 性、减振性好，密度小
包括塑料、橡胶及合成
纤维等
共价键
10
高聚物材料
11
复合材料
是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以 微观或宏观的形式组合
参考。 4）检验材料和热处理质量、热处理工艺合理性及评定工艺性能
参考。
30
硬度试验方法三类： 压力法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、
显微硬度、超声波硬度； 划痕法：莫氏硬度、锉刀硬度； 回跳法:肖氏硬度. 机械制造最广泛的是布氏硬度、洛氏硬度和
维氏硬度。
31
1. 布氏硬度HB
H B0.102 2P
外力去处后不能恢复 的变形称为塑性变形。
21
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
22
一、弹性
1. 弹性极限：材料承受最大弹性变形 e
2. 时的应力。指标为弹性极限e。
2、弹性模量：材料在弹性状态下
的应力和应变比值。
Etg（MP） a
E表征材料产生弹性变形的难易程度。
第二节 材料的力学性能
材料的力学性能是指材料在承受各种载荷时的行 为。
载荷类型通常分为：静载荷、动载荷和变载荷。
15
载荷的形式
16
通过不同的实验可测得材料各种性质的性能判据。
静载时材料的力学性能 – 静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性） – 硬度（布氏硬度、洛氏硬度）
动载时材料的力学性能 – 冲击韧性 – 疲劳强度
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)
2. 洛氏硬度
0
120℃
1
3 2
0
1 F0 3 F0 2 F0+F1
a b
d c
HRK bd 0.002
金钢石作压头，K为100；淬火钢球作压头，K为130
承受的最大应力值。
25
26
说明：
机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所 以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依 据也是评定金属材料承载能力的重要机械性能指标。 材料的屈服强度越高，允许的工作应力越高，零件 所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。
屈服强度与抗拉强度的比值σS/σb称为屈强比。屈 强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载或某 些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但屈 强比过小，则材料强度的有效利用率太低。Biblioteka 在一起而形成的材料。 包括：
金属基复合材料
陶瓷基复合材料
高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
12
复合材料
13
材料的性能
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括 力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括 铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
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