机械工程材料课件

三、材料科学技术 ――现代文明的支柱之一
支撑人类文明大厦的四大支柱技术： 材料科学与技术 Байду номын сангаас物科学与技术 能源科学与技术 信息科学与技术
§1.2 工程材料的分类
一、按来源分为天然材料和人工材料 二、按化学成分、结合键的特点分为：
1、金属材料 （1）黑色金属：是指铁和以铁为基的合金材料，即钢铁材料，
1）阶段I （ope）――弹性变形阶段 p: Fp ，e: Fe （不产生永久变形的最大抗力） op段：△L∝ P 直线阶段 pe段：极微量塑性变形（0.001--0.005%)
2）阶段II （ess '）段――屈服变形 S: 屈服点 Fs
3）阶段III （s 'b）段――均匀塑性变形阶段 b: Fb 材料所能承受的最大载荷
2．洛氏硬度 120°圆锥
常用标尺有：A、B、C三种 ① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火。 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；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：易受材料不均匀的影响，重复性差。
表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.807kN ）载荷作用下保持 30s 测得的布氏硬度值为120。
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： 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)
山东科技大学 机械类专业基础课
机械工程材料及热处理
主编：赵 程 杨建民
机械电子工程学院 王凤芹
绪论 第一章 工程材料的力学性能 第二章 金属材料的基础知识 第三章 金属的塑性变形与再结晶 第四章 钢的热处理 第五章 金属材料 第六章 非金属材料 第七章 机械零件的失效与选材 第八章 新材料和新工艺
2. 强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 屈服强度? s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即
在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时 的应力。
条件屈服强度? 0.2 ：对于屈服现
象不明显的材料（高碳钢等），
s
国家标准规定以残余变形量为
0.2%时的应力值作为它的条件
屈服强度，以σ 0.2 来表示。
洛 氏 硬 度 计 洛氏硬度测试示意图
3.维氏硬度
维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的 优点：既可测量
拉
伸
试
样
的
颈
缩
断裂后
现 象
§1.2 材料的硬度
抵抗外物压入的能力，称为硬度 ――综合性能指标。
1．布氏硬度 （淬火钢球或硬质合金球）
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。
硬度表示：120HBS10/1000/30
绪论
1.1 材料与人类文明 1.2 工程材料的分类 1.3 课程性质与任务
§1.1 材料与人类文明
一、材料 材料是人类用来制作各种产品的物质，是先于人类存在的，
是人类生活和生产的物质基础。
二、人类发展与材料 人类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（资本主义大工业时期）→ 合成材料（20世纪）→复合材料（ 20世纪40年代）
组织结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而构成的新型 材料。有树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。
§1.3 课程性质与任务
1、性质 在机械设计过程中不可避免地要对工程 材料的选
择、应用与加工 等问题进行科学系统的分析并予以 全面正确的解决。“机械工程材料”课程是机械类专业 的一门重要的 专业基础课 。 2、任务
抗拉强度? b：材料断裂前所承受
的最大应力值。（材料抵抗外
? 0.2
力而不致断裂的极限应力值）。
?
3. 塑性： 塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变
形的材料特性。
延伸率
断面收缩率 ? =△A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100%
? >? 时，无颈缩，为脆性材料表征；
? <? 时，有颈缩，为塑性材料表征。
1.1 材料的强度与塑性 1.2 材料的硬度 1.3 材料的冲击韧性 1.4 材料的疲劳强度 1.5 材料的断裂韧度
[ 重点掌握 ]
各种力学性能指标（强度, 塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC， HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。
§1.1 材料的强度与塑性
1.拉伸试验及拉伸曲线 2.拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
通过本课程的学习使学生在获得工程材料一般知 识的基础上， 了解常用材料成分、组织、性能和加 工工艺之间的关系及其用途，从而使其初步具备合 理选择材料和使用材料、正确选择加工方法及安排 制定加工工艺路线的能力， 也为后继有关课程的学 习奠定必要的材料学基础。
第一章 工程材料的力学性能
[ 本章内容 ]
4）阶段IV(bK) 段――局部集中塑性变形－－颈缩 铸铁、陶瓷：只有第I 阶段 中、高碳钢：没有第II 阶段
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
1．刚度 刚度：材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料产生弹性变形的难易程度，组织
不敏感的力学指标。
它占金属材料总量的95％以上。 （2）有色金属：是指除铁基合金之外的所有金属及其合金材 料。
2、非金属材料
（1）陶瓷材料：是指硅酸盐、金属与非金属的氧化物、氮 化物、碳化物等。 （2）高分子材料：又称聚合物材料，主要成分为碳和氢。 主要有橡胶、塑料、合成纤维和胶粘剂等。
3、复合材料 ：是指把两种或两种以上具有不同性质或不同
一、静载单向静拉伸应力 ――应变曲线 1. 拉伸试样：
长试样： L0=10d0 短试样： L0=5d0
2. 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：
F
0
ΔL
低碳钢拉伸曲线
脆性材料拉伸曲线
纵坐标为应力单位 MPa(MN/mm ，) 横坐标为应变 . 其中：
σ=F/S 表示材料抵抗变形和断裂的能力
3. 曲线分为四阶段：