第一章工程材料和热处理PPT课件
(建筑工程管理)工程材料及热处理
工程材料及热处理授课教师：李静研究内容科学性a. 从化学角度出发，研究材料的化学组成、键性、 结构与性能的关系b. 从物理角度，阐述材料的组成原子、分子及其运动状态与各物性之间的关系c. 材料的制备工艺技术性d. 材料的性能表征e. 材料的应用(3) 材料工程 Materials Engineering对于工程技术人员：如何选择特定应用环境下需要的材料，来满足使用要求，如何按实际要求设计新材料，须弄清以下三个关系使用性能Performance合成与制备过程 Synthesis and Processing 组成与结构Compositionsand Structures性质Properties（工程）（化学） （物理学）第二节合金及相结构一基本知识：1.合金：有2种或2种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。
2.组元：组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。
3.相：成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分。
二、合金中的相结构固溶体：形成合金时，如果一种组元的晶格中可以包含其他组元，即新相的晶格结构与某一组元的晶格相同，这种新相称为固溶体。
晶格与固溶体相同的组元称为溶剂，其他组元称为溶质。
化合物：形成合金时，新相的晶格结构不同于任一组元的晶格，则新相是组元间形成的一种新的物质，这种新相称为化合物。
（一）固溶体1.分类：置换固溶体和间隙固溶体2.特征：造成晶格畸变，固溶体的强度及硬度升高，物理性能也会发生变化。
——固溶强化（二）化合物1.分类：正常价化合物，电子价化合物及间隙化合物2.各种化合物的比较第四节二元合金相图1.合金系：由给定的的组元可以配制成不同成分的合金，这些合金组成的合金系统称为合金系。
2.（相）平衡：在一定条件下，合金中参与结晶或相变过程中的各相之间的相对重量和相的浓度不再改变的状态。
3.相图：不同温度及成分下，合金中的合金相的构成及相之间的平衡关系的图形。
工程材料及热处理
目 录
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 材料的选择与加工工艺 • 材料性能的检测与评价
工程材料概述
01
定义与分类
定义
工程材料是指在工业生产和工程建设 中使用的各种金属、非金属和复合材 料。
分类
根据材料的组成、结构和性能特点， 工程材料可分为金属材料、非金属材 料和复合材料等。
材料的物理与机械性能
物理性能
包括密度、热膨胀系数、热导率、电导 率等，这些性能决定了材料在不同环境 下的表现。
VS
机械性能
包括硬度、强度、韧性、耐磨性等，这些 性能决定了材料在受力或受冲击时的表现 。
材料的应用领域
航空航天
需要高强度、轻质、耐 高温的材料，如钛合金
和铝合金。
汽车制造
需要高强度、耐腐蚀、 轻质的材料，如高强度
国家标准
行业标准
根据国家制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据行业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
企业标准
客户要求
根据企业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据客户提出的具体要求，对材料的性能 进行评估和比较。
材料性能的优化与改进
材料成分优化
通过调整材料的化学成分，改善其性能， 如提高强度、韧性、耐腐蚀性等。
钢和铝合金。
建筑领域
需要耐久性、防火性能 好的材料，如混凝土和
钢材。
电子产品
需要导电、导热性能好 的材料，如铜和铝。
金属材料
02
钢铁材料
碳钢
碳钢是一种以铁为主要元素，碳 含量一般在2.0%以下的铁碳合金。
根据碳含量的不同，碳钢的性能 和用途也有所不同。
汽车中常用的金属材料ppt课件
三 特殊性能钢
1．不锈钢 2．耐热钢 3．耐磨钢
耐热钢的用途
航空发动机 汽轮机叶片
发动机叶片 汽车阀门
耐磨钢用途
用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号Mn13
四 铸铁
含碳量大于2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等 杂质元素的铁碳合金称为铸铁。
根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中 的石墨呈片状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；球墨铸铁 中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。
用途 较重要的零件，如
齿轮、轴、连杆、弹簧 等。
热处理：
渗碳、淬火、回火等。
上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中 碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后 经中频淬火后再精加工
汽车曲轴
常用钢号及其应用
08 、 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及 焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪 表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.
1.碳钢的分类
杂质元素对钢性能的影响 1. 有益元素
Si — 有很强的固溶强化作用,能脱氧。 Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。 2. 有害元素: P — 有很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷脆 )。 S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。
2.碳钢的牌号及用途
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢
合金结构钢
类型： 合金工具钢
特殊性能钢
合金结构钢的牌号由两位数字＋元素符号（或汉
字）＋数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平 均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含 有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。 合金元素含量小于1.5％时不标。
金属材料与热处理 第2版课件第一单元
导读
• 金属材料之所以在现代工业中获得广泛应用，主要是由于其具有 加工过程和使用过程中所需要的各种优越性能，金属材料的性能 是选择材料的主要依据。
• 掌握各种金属材料的性能及其变化规律，对于正确选择和使用金 属材料、充分发挥其性能潜力、保证构件或零件质量是十分重要 的。
（一） 定义 金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
（二）衡量指标 断后伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 原始横截面积的百分比。
1.断后伸长率（ A ）
l1-l0
A=
×100%
l0
l1——试样拉断后的标距,mm; l0——试样的原始标距,mm。
• 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。
力学性能
• 材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性变形、 断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变形和 断裂能力的衡量指标。
• 常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性 及疲劳极限等。
a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中；
c）金属锻压、轧制、冲压、位拔、冷弯等变形加工。
• 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。 • 在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。
反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 • 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微
的，有时却是互相矛盾的。 • 例如，一些要求高强度或高硬度或耐高温的材料常常会给压力
加工、机械加工、铸造等工艺带来不少困难，有时甚至会达到 否定某些材料的程度。
金属材料与热处理完整ppt课件
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
精选课件
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亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
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七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
工程材料与热处理
绪论工程材料的分类及发展趋势一、工程材料的简述1、工程材料是人类生产生活的物质基础，反映人类的文明程度。
历史上就以材料进行命名的。
例：石器时代、青铜器时代、铁器时代等。
2、材料的性能材料的组织、结构所决定的。
材料的结构：材料中的原子的结构及原子间的具体结合方式。
材料的组织：用肉眼或不同放大倍数显微镜所观察的形貌。
二、工程材料的分类（图0.1）1、根据物质的形状、用途、结构等分类（本课程的研究主要是金属材料）例：工业工程、物质结构、用途…习惯上分类为：金属材料：纯金属、合金金属或黑色金属、有色金属两种分类。
金属：有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性并具有光泽的物质。
纯金属：是某种金属元素组成的物质；强度、硬度低，而且冶炼困难，价格高。
合金：两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。
2、新型号材料的发展三、课程研究金属材料的结构（微观）、物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能。
工程材料的生产过程概述一、钢铁材料生产过程的概述钢铁材料的区别：（含碳量）工业纯铁Wc < 0.0218 %钢Wc = 0.0218 % ~ 2.11 %生铁Wc > 2.11 %1、炼铁原料：铁矿石、焦炭、石灰石设备：氧化转炉/电弧炉产物：生铁、煤气、炉渣生铁分类（含硅量）；Wsi > 1.5%铸铁生铁主要用于生产铸件Wsi ＜ 1.5%炼钢生铁主要用于炼钢原料煤气: 可用于取热炉渣: 可用于生产水泥2、炼钢实质：脱碳、脱氧处理原料：生铁、废钢；设备：氧化转炉/电弧炉产物：钢产物根据脱氧程度不同：特殊镇静钢、镇静钢、半镇静钢、沸腾钢（区别：内部组织致密程度不同。
）3、钢产品生产使用连铸法，生产钢锭和铸坯。
生产率高，质量好，节约能源，生产成本降低。
4、钢的最终产品钢锭进过冷轧、热轧最终生成所需的板材、管材、型材…二、高分子化合物是由低分子化合物组成，是大量低分子的聚合物。
三、陶瓷材料是人工的以硅酸盐为原料，经过制粉、配料、成形、高温烧结而成的无机非金属材料。
汽车机械基础(第一章)ppt课件
例200 HBS10/1000/30
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洛氏硬度
测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载 荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确 定材料的硬度值。
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疲劳试验
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疲劳曲线
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断 裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属 规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。
41
疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖 角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服 点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应 力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横 截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。
3
第一讲 材料科学简介
汽车上常用的材 料有哪些？
4
第一讲 材料科学简介 1.材料与人类生活 材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社 会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。 人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁→合成材 料→复合材料。
5
2.材料在的现代科技中的地位
30
塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性 断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。
脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为 脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。
不同类型的材料，其σ-ε曲线有很大差异。反映出 其所具有不同的抗拉性能特点。
材料与热处理PPT
目录
• 材料科学概述 • 材料的热处理工艺 • 金属材料的热处理 • 非金属材料的热处理 • 材料与热处理的应用案例
01 材料科学概述
材料的定义与分类
总结词
材料的定义与分类是材料科学的基础 ，对材料的认识和应用具有重要意义 。
详细描述
材料是指用于制造有用物体的物质， 具有固、液、气等相态。根据组成和 结构的不同，材料可分为金属材料、 非金属材料、复合材料等。
01
03
陶瓷材料的热处理可以改善其力学性能、电性能、光 学性能等，广泛应用于航空航天、能源、环保等领域。
04
陶瓷材料的热处理方法包括烧成、烧结、熔融等。通 过这些方法，可以制备出具有优异性能的陶瓷材料， 如高强度、高硬度、高耐磨性等。
复合材料的热处理
复合材料的热处理是指通过加热和冷 却等手段，改变复合材料的物理和化 学性质，以达到所需的性能和加工要 求。
05 材料与热处理的应用案例
汽车工业中的材料与热处理
汽车发动机制造
使用高强度钢材和热处理工艺制 造发动机零部件，如连杆、曲轴 等，以提高发动机效率和寿命。
汽车底盘制造
采用合金钢经过热处理后制造汽车 底盘零部件，如悬挂系统、刹车系 统等，以提高其耐磨性和抗疲劳性 能。
汽车轻量化
采用高强度铝合金、镁合金等轻质 材料，经过适当的热处理，以降低 汽车重量，提高燃油经济性和动力 性能。
正火
正火是将材料加热到一定温度，保温一段时间后 ，以适当的方式冷却至室温的热处理工艺。正火 的主要目的是细化材料组织，提高材料的强度和 韧性。
回火
回火是在淬火后将材料加热到一定温度，保温一 段时间后冷却至室温的热处理工艺。回火的主要 目的是消除淬火产生的内应力、稳定组织结构、 提高材料的韧性和塑性。
钢的热处理ppt课件
滚动轴承
7
3.1 概述
3.1.1 热处理的概念
为什么热处理后材料性能会改变？
热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能 改变。
问题1：
加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化（热处理原理）？
问题2：
热处理工艺有哪些？工程实际中有何应用？
8
3.1 概述
3.1.1 热处理的概念
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
11
第3章 钢的热处理
3.适用范围 3.1.3 热处理分类 3.1.4 临界温度与实际转变温度
3.2 钢在加热时的组织转变 3.3 钢在冷却时的组织转变 3.4 钢的基本热处理工艺 3.5 钢的表面热处理 3.6 钢的其它热处理
钢加热时的实际转变温度分别用 Ac1、Ac3、Accm表示。
冷却时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
因加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数 据是以30-50℃/h的速度加热或冷却时测得的。
18
第3章 钢的热处理
3.1 概述 3.2 钢在加热时的组织转变
目录
第0章：绪论 第1章：工程材料的结构与性能 第2章：金属材料的结晶与二元相图 第3章：钢的热处理 第4章：工程材料 第5章：金属的液态成形 第6章：金属的塑性成形 第7章：金属的焊接成形 第8章：非金属材料成形 第9章：新材料及其新工艺 第10章：机械零件材料及成形工艺的选用
1
第3章 钢的热处理
改善钢的性能，主要有 两条途径： 一是合金化，这是 第4章研究的内容。 二是热处理，这是 本章要研究的内 容。
供应窄带钢行业热处理设备
2
第3章 钢的热处理
工程材料与热加工技术课件
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
1工程材料、热处理及表面处理
3、氧化处理的工艺流程：抛光、脱脂去污、清洗、酸洗、氧化、清洗、皂化、清洗、浸油、包装ห้องสมุดไป่ตู้
4、镀锌的工艺流程：表面抛光、脱脂去油、清洗、酸洗、清洗、电镀、清洗、出光、清洗、钝化、清洗、晾干。
6、制造切削刀具常用的热处理工艺是淬火后低温回火。
7、对中碳钢或中碳合金钢的齿轮齿面进行强化，宜采用的热处理工艺方法：高频感应加热淬火和低温回火
8、调质处理：淬火及高温回火的复合热处理。各种重要零件如连杆、螺栓、齿轮及轴类等常进行调质处理。
常用表面热处理技术
1、零件表面热处理技术的特点：（1）可提高零件使用性能，延长其使用寿命；（2）可降低成本，提高经济效益；（3）可获得较好的装饰表面。
热处理
1、热处理是将钢在固态下，通过加热、保温、冷却的方式，使钢的组织结构发生变化，从而获得所需性能的工艺方法。
2、热处理工艺方法：退火、正火、淬火、回火。
3、钢的表面热处理方法：表面淬火热处理、表面化学热处理。
4、正火后钢的强度、硬度比退火后高。
5、淬火能提高零件硬度，便于切削加工。
5.淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。 高温回火的目的是消除内应力，防止开裂，调整硬度，提高韧性，从而获得强度，硬度，塑性和韧性配合适当的力学性能。
第一章 工程材料、热处理及表面处理
工程材料
1、锉刀、锯条的材料是T12A,钻头、铣刀是W18Cr4V，齿轮是45钢。
钢0.0218--2.11% 铁 2.11--6.6% 低碳钢<0.25% 中碳钢0.25--0.6%
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XCHL
《测控装置结构设计》课件
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零件的工作能力衡量参数
• 强度
返回4
是零件抵抗外载荷作用的能力。强度不足时，零件将 产生不可回复的塑性变形甚至断裂，从而失效。
– 载荷和应力
按载荷及其相应应力随时间变化的情况，可分为下 列两类：
• 静载荷和静应力：不随时间变化或变化缓慢，如 零件的重力及其相应应力。
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在比例极限范围内，即σ<σp，应力σ与应变ε成正比， 令 E= σ/ ε，称E为弹性模量。弹性模量的大小反映了 材料抵抗变形的能力，时衡量材料刚度的性能指标。
• 延展性
– 衡量材料塑性的性能，包括伸长率和断面收缩率。
– 伸长率δ：试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长 之比的百分率。
– 断面收缩率ψ ：试件拉断后，断裂处面积的缩小量与 原面积之比的百分率。
低碳钢的应力－应变曲线
B
S b
P a
c
f
d
O e gh l
XCHL
《测控装置结构设计》课件
5
低碳钢在静应力条件下的强度计算参数有下列三种：
• 比例极限σP：
– 弹性应变区的最大应力，所谓弹性应变区，即这段区 域，施加外力N，材料产生从0～εa的相应变形，此时 若去除外力N，则材料的相应应变和应力就沿着a o段 回到o点，材料中无残余变形。
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《测控装置结构设计》课件
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• 冲击韧度ak
衡量材料承受冲击载荷的能力。 在有缺口的试件上，缺口底部单位截面积所能 承受的冲击功即为冲击韧度。
• 硬度
– 材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、 塑性变形或破裂的能力。常见的硬度指标有：
– 布氏硬度（HBS）
– 洛氏硬度（HRC）
– 维氏硬度（HV）
工程材料的分类：
• 按用途分
– 结构材料：对力学性能有要求，如耐磨性、硬度
– 功能材料：对物理性能有要求，如导电性、隔热性等，像电
缆、光缆。
• 按分子结构分
– 金属材料
• 黑色金属：主要成份是铁的材料，如各种炭钢、铸铁等。 • 有色金属：非铁基的材料，如铜、铝及其合金等。
– 无机非金属材料：如玻璃，水泥，陶瓷等。
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e OXCHL
gh l 《测控装置结构设计》课件
6
• 屈服极限σS：
– 从a点开始，外力N再增加，则σ变化很小，而ε则随 之增大，这个阶段被称为屈服阶段。在该阶段去除 外力N后，材料的相应应变和应力就沿着平行于a o 的直线恢复（如b点沿be段回到e点），但ε不能回0， 材料中有残余变形。该阶段的最低应力σS被称为屈 服极限。
件的固有频率与载荷的频率相同，则产生共振。 一般情况下，共振将使零件丧失工作能力而失效。
XCHL
《测控装置结构设计》课件
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§1.3 常用的工程材料
• 黑色金属
– 钢材的产生
– 碳钢：主要元素是铁，其次是碳。
• 低碳钢：C含量<0.25%，如20＃
• 中碳钢： C含量0.25%～0.60%，如45＃,60#
第一章 工程材料和热处理
§1.1 概述 §1.2 金属材料的力学性能 §1.3 常用的工程材料 §1.4 钢的热处理 §1.5 表面精饰
XCHL
《测控装置结构设计》课件1整体概况概况一
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概况二
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02
概况三
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§1.1 概述
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•弹性能Ee和韧性能Et
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物体受外力作用产生变形时，外力所做的功在 数值上等于应变能。
– 弹性能Ee：在弹性变形范围内，应变能将以 势能的形式储存在材料内部，外力撤去后该 能量将立即全部释放。这种应变能称为弹性 能。
– 韧性能Et：当应力超过比例极限，即σ>σp ， 材料将产生永久变形，此时应变能的大部分 将消耗在材料的塑性变形上，并以热的形式 散失。材料在断裂前所能吸收的能量称为韧
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• 表面接触强度：两个零件靠接触面进行力传递时， 在接触区将产生局部应力，称之为接触应力。
• 表面磨损强度：零件的表面现状和尺寸在摩擦的 条件下逐渐改变的过程称为磨损，磨损量超过允 许值时零件也会失效。磨损并非全部有害，如跑 合、研磨都是有益的磨损。
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• 刚度
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反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其 大小用产生单位变形所需的外力或外力矩来表示。
– 静刚度：由静载荷与变形关系所确定的刚度。
– 动刚度：由变载荷与变形关系所确定的刚度。
金属材料的静刚度与动刚度数值基本相同，非金属 材料则常常不同。
• 振动稳定性
在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零
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钢材的生产流程
如板材、型 材、管材、
线材等
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铁矿石
– 有机材料：如塑料、橡胶等。
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§1.2 金属材料的力学性能
• 应力极限 • 弹性模量E • 延展性 • 冲击韧度ak • 弹性能Ee和韧性能Et • 硬度
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•应力极限
定义：在静拉伸实验中所表现的应力－应 变特点。是衡量强度的参数。
• 变载荷和变应力：随时间作周期性变化。变应力 可由变载荷产生，也可由静载荷产生。如轴在不 变弯矩作用下等速旋转时，轴的横截面内将产生 周期性变化的弯曲应力。
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– 零件的整体强度
零件整体抵抗载荷作用的能力称为整体强度。
• 静应力下的强度
• 变应力下的强度
– 零件的表面强度
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• 强度极限σB：
– 材料断裂前的最大应力。自点开始，若外力N↑， 则应力σ ↓，应变ε ↑↑，材料最终断裂。
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• 弹性模量E
• 高碳钢： C含量>0.60%
一般，含碳量增高，钢材的强度和硬度增高，塑性降低。 但含碳量超过1%后，钢材硬度继续增强，强度却降低。
– 合金钢：为改善钢材性能，人为加入一些合金元素, 如Mn，Si，P等。
• 低合金钢：合金元素总含量<5%
• 中合金钢：合金元素总含量 5%~10%
• 高合金钢：合金元素总含量>10%