《机械工程材料(第4版)》教学课件-第8章陶瓷
《机械工程材料(第4版)》课程大纲
“工程材料基础”课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Engineering Materials课程编号：MATL300102（10位）学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时））学分：3适用对象：本科生先修课程：大学物理、材料力学使用教材及参考书：[1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版社，2007.[2] 席生岐等。
《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出版社.2014[3] 朱张校等。
《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。
二、课程内容简介（200字左右）工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材料基础理论课程。
课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。
课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。
一、教学基本要求(1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。
(2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。
(3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。
(5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
工程材料第八章PPT
原理：大量人工晶核→结晶均匀→截面上组织均匀 →性能均匀→断面敏感性小
应用：
孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸
变化较大的大型铸件，如:箱体,重型机床的床身、
液压件、齿轮和导轨《工,程缸材料体第八等章》。PPT课件
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《工程材料第八章》PPT课件
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《工程材料第八章》PPT课件
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2. 球墨铸铁 球墨铸铁的石墨呈球状。 具有很高的强度，良好的塑性和韧性。综合机 械性能接近于钢，铸造性能好，成本较低，生产 方便，得到广泛应用。
可锻铸铁应用： 制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件， 如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门 等。
与球墨铸铁比，可锻铸铁成本低、质量稳定、 铁水处理简单、容易组织流水生产。尤其对于 薄壁件，若采用球墨铸铁易生成白口，需要进 行高温退火，采用可锻铸铁更为适宜。
《工程材料第八章》PPT课件
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5. 特殊性能铸铁 铸铁中加入合金元素，得到具有特殊性能的合 金铸铁。 (1) 耐磨铸铁 激冷铸铁 白高口磷铸铁耐磨。采用激冷的办法使铸件表面获 得白磷高口的 铬铸质 耐铁量 磨。分 铸数 铁提、高奥到－贝0.4球%墨～铸0铁.6%，生成磷共 晶，用加呈金入断属Cr续型、网铸M状造o、形铸W 态件分、的布C耐u在磨等珠表合光面金体，元基其素体它，上部提。位高磷采基共用 砂晶体型硬强。度调 高 和整 ， 韧铁 改 性水 善 ，化珠铸学光铁成体的分灰耐（口磨高铸性碳铁能、的等低 耐 得硅 磨 到） 性 更， 。 大保 提证 高。 白口层的深度。表面为白口铸铁，心部为灰口铸 铁组织，有一定的强度。 应用：制造轧辊、车轮等。
（3）石墨有良好的润滑作用，并能储存 润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。
（4）石墨对振动的传递起削弱作用，使铸 铁有很好的抗振性能。
机械工程材料ppt课件
渗碳体硬度极高（800HBW）,塑性和韧性极低，脆 性大，是一种硬而脆的相。在铁碳合金中，渗碳体常以 片状、网状、粒状等形态与其他相共存。渗碳体主要作 为强化相存在于钢铁中，它的数量、形态（片状、网状、 粒状等）、大小和分布对钢铁材料的性能有重要影响。 渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下可以分解出石墨。
维氏硬度试验原理——将顶部两相对面具有规定角度的 正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面， 保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角 线长度，以压痕单位面积上承受的平均压力大小表示材 料的硬度。（与布氏硬度有相似之处）
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维氏硬度的特点及其应用：
优点：硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的 材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变，使维氏硬 度在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。目 前工业上所用到的几乎全部金属材料，维氏硬度试验都 可以测量，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬 的材料（3000个维氏硬度单位）。维氏硬度试验的试验 力可以很小，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
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+ 铁碳合金基本相
铁素体——碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“F” 表示。铁素体保持α-Fe的体心立方晶格类型。铁素体的 强度、硬度较低，塑性、韧性较好。是工业纯铁的主要 组织。
奥氏体——碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“A” 表示。奥氏体保持γ-Fe的面心立方晶格类型。奥氏体具 有一定的强度和硬度，塑性、韧性较好。奥氏体属于高 温组织，具有良好的塑性和小的变形抗力，是锻造加工 的理想组织。
高分子材料（橡胶、塑料等）
非金属材料 无机非金属材料（S、P）
复合材料（金属陶瓷复合材料）
2
材料的性能是机械制造过程中正确选用零件材料的重要 依据。
《材料工程基础》课件——第八章 材料的连接
工件 接触引弧
钢焊条焊接钢材时的焊 接电弧
焊接电弧是在电极和工件间的气体介质中长时间放电的现象。 电弧引燃时，弧柱中充满了高温电离气体，发出大量的光和热
手工电弧焊的焊接过程
焊缝附近 基体金属
焊条
焊芯 药皮
电
电
弧
弧
熔化 焊缝
熔 渣 CO2↑ 保护熔池
手工电弧焊的优缺点
优点：设备简单，易于维护，使用灵活；适于多种 钢材和有色金属等，是应用最广泛的焊接方法。
熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适 于大量生产；
陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强 度低。
埋弧自动焊的特点
焊接质量高且稳定； 熔深大，节省焊接材料； 无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少； 自动化操作，生产效率高。 设备昂贵，工艺复杂，适于长的直线焊缝和圆筒形
工件的纵、环焊缝的批量生产。
栓接
由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类 紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零 件。 这种连接形式就称为螺栓连接，即栓接。如把螺母从 螺栓上旋下，又可以
使这两个零件分开， 故螺栓连接是属于可 拆卸连接。
焊接
焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接 过程的实质是用加热或加压等手段，借助于金属原 子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连 接起来。
硬钎焊
硬钎焊是指使用的钎料熔点高于480℃的钎焊。其主 要加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、 炉内加热、盐浴加热等。软钎焊的接头强度不高 （＞800MPa）。
硬钎焊所用的钎剂主要有：硼砂、硼酸和氟化物等。 硬钎料主要用于钎焊受力大，工作温度较高的工件。
钎焊接头的形成过程
钎焊接头的形成包括两个过程： ⑴ 钎料熔化和流入、填充接头间歇形成钎料充满焊缝
机械工程材料课件幻灯片-讲义
铸铁及有色金属的硬度。
钢
b(MPa)
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
b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
黄铜球墨铸铁
HB
洛氏硬度
n 洛 氏 硬 度 用 符 号 HR 表 示 ， HR=k-(h1h0)/0.002
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金
有色金属 铜合金
其它有色金属 塑料
高分子材料 橡胶
非金属材料
陶瓷材料 合成纤维
复合材料
第一章 材料的性能
n 使用性能：材料在使用过
程中所表现的性能。包括
船神
舟
力学性能、物理性能和化
一
号
学性能。
飞
n 工艺性能：材锻压、焊接、热处
韧
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。
TITANIC
建造中的 Titanic 号
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
四、疲劳
n 材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
e
即材料承受最大弹性变形时
的应力。
n 刚度：材料受力时抵抗弹性
变形的能力。指标为弹性模 量E。
Etg（MP） a
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升
高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷
热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过
《机械工程材料（第4版）》答案-A卷
《机械工程材料（第4版）》答案-A卷xx交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准（A）课程名称：工程材料基础课时：48 考试时间：一填空题（20分，每空0.5分）1 （1）过量变形、（2）断裂、（3）腐蚀、（4）磨损。
2 （5）体心立方，（6）面心立方，（7）同素异构转变3 （8）交变（9）裂纹源区、（10）疲劳裂纹扩展区、（11）最后断裂区。
4 （12）退火、（13）正火、（14）淬火、（15）回火；（16）表面淬火、（17）表面化学热处理5（18）热脆，（19）冷脆，（20）氢脆。
6（21）回复、（22）再结晶、（23）晶粒长大。
7（24）片状，（25）球状，（26）团絮状，（27）蠕虫状。
8（28）变形强化（加工硬化）、（29）细晶强化（变质处理）、（30）时效强化。
9（31）线型、（32）枝化型、（33）体型。
10（34）晶相、（35）玻璃相、（36）气相（气孔），（37）晶相12（38）零电阻、（39）抗磁性、（40）约瑟夫效应。
二名词解释(20分，每个2分)1 固溶体：即固体溶液，溶质原子溶于溶剂原子中形成的晶体，仍保持溶剂原子晶体结构。
2 加工硬化：金属材料经过冷变形后强度、硬度增加、塑性韧性降低的现象。
3 缩聚反应：由含有两种或两种以上官能团的单体互相缩合聚合生成高聚物的反应称为缩聚反应。
4 时效强化：淬火后铝合金在室温或者低温下保温一段时间，随着时间延长其强度、硬度显著增加的现象。
5 断裂韧度：评定材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。
6 韧性断裂：断裂前发生明显塑性变形的断裂。
7 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力（钢在淬火时获得淬硬层深度大小能力）称为淬透性。
8 结晶度：聚合物中晶体部分所占的百分数。
9 老化：高分子材料在长期存储或者使用中由于受到氧、光、热、机械力和微生物等长期作用性能逐渐恶化而丧失使用价值的现象称为老化。
10 蠕变：材料在长时间的恒温、恒应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。
《机械工程材料(第4版)》教学课件 第10章-功能材料
高矫顽力，磁能面积最大，而且体积小、重量轻、比功 率大、效率高、成本较低
硬磁材料的应用实例
可以单独使用或者组成磁器件，在发电机、发动机、测量仪器、发 声装置、微波器件、质谱仪、核磁共振成像仪等。
核磁共振 成像仪
需要10吨的钕铁硼永磁铁
超声波装置 医学B超影像 超声波确定位置
第四节 热功能材料
热功能材料：随着温度的变化，有些材料的某些物理性 能发生变化，比如热胀冷缩、形状记忆效应和热电效应 等，将其称为热功能材料。
形状记忆材料
热功能材料
膨胀材料
测温材料
一 形状记忆合金
1 问题的提出 • 历史事件回放
1969年7月20日晚上10时56分，全世界 数以万计的科学家，数以亿计的公众凝视着 电视屏幕，关注着那远在38万公里以外、乘 坐“阿波罗” 11号登月舱的美国宇航员阿
4) 铁氧体软磁材料 以 Fe2O3 为主要成分的复相氧化物，广泛用 于广播、通讯和电视工业，是制作磁性天线、
中周变压器、增感线圈、电视聚集线圈的重
要材料
二、硬磁材料
——在外磁场作用下不容易磁化，去掉 外磁场时又不容易去磁的磁性材料。
1. 硬磁材料的特性
• 低磁导率，高矫顽力
剩磁高、磁滞损耗大、抗干扰性好
Ti-Ni-Nb、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Fe 等是新型 的形状记忆合金。
Ti-Ni 系合金性能优良, 但成本高、难加工
（2） Cu 系合金 Cu-Zn-Al、Cu-Ni-Al 是比较实用的 Cu 系
形状记忆合金。 与Ti-Ni 合金相比，Cu-Ni-Al 功能要差一
些，但加工容易，成本低。
《机械工程材料》说课稿PPT29页
Abstract: Creativity needs talents. With the further teaching reform continually, education for all-around development that emphasizes on the cultivation of a creative mind and practice ability has become the consensus of current education reform. Teachers in the future education not only make students the main role but act as helpers and instructors. To realize the combination of physics teaching and innovation education, teachers ought to strengthen innovation consciousness and update teac
第8章中南大学机械系工程材料教学资料
? 表面损伤失效：指零件的表面及附近材料失去正常工作所必 须的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效。
4
除上述几种失效形式外，材料的老化也会导致失效。例如， 高分子材料在贮存和使用过程中发生变脆、变硬或变软、变 黏，从而失去原有性能指标，通常称为高分子材料的老化。 老化是高分子材料不可避免的现象。 失效的原因 （1）设计不合理 （2）选材不合理 （3）装配使用不当 （4）加工工艺不当
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失效分析实例 某型号面包车正常行驶256km后，半轴发生断裂。
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断裂汽车半轴的材料为40Cr，直径为
48mm。
加工工艺路线：下料→锻造→正火→
粗加工→调质→精车、钻孔、制齿键
→中频淬火、回火→磨削→探伤。
在凸缘与杆连接的轴台阶转角处起裂，
并向内扩展至轴的中心部位最后断裂。
整个断口呈斜坡状，未见明显塑性变
1943年美国T-2油轮断裂
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失效的概念与形式
? 失效的概念：零件丧失使用功能，称为失效。零件在达到或 超过设计的预期 寿命发生的失效称为正常失效；在低于设计 预期寿命时发生的失效称为非正常失效。
? 失效的形式：零件常见的失效形式一般可分为断裂失效、过 量变形失效和表面损伤失效三大类。
? 断裂失效：零件失效的主要形式，也是最严重的失效形式， 它是因零件承载过大或因疲劳损伤等发生破断。
提高，严重时材料无法使用。当工艺性能与使用性能相矛盾 时，有时也从工艺性能考虑，这时工艺性能成为选材考虑的 主导因素。
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根据经济性能选材： ? 选材时应立足于国内和较近地区的资源，考虑货源的生产
机械工程材料电子课件
03 非金属材料
高分子材料
高分子材料定义
高分子材料是由高分子化合物 （单体）聚合而成的一类材料
。
高分子材料的特性
高分子材料具有优良的绝缘性 、耐腐蚀性、质轻、强度高、 加工性能好等特性。
高分子材料的分类
高分子材料按来源分为天然高 分子材料和合成高分子材料， 按应用领域分为塑料、橡胶、 纤维等。
高分子材料的应用
金属材料的热处理
退火
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种 热处理工艺。退火的主要目的是消除内应力、提高塑性和韧性，常用于铸件和焊 接件的预先热处理。
正火
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一段时间，然后快速冷却至室温的一种 热处理工艺。正火的主要目的是细化晶粒、提高机械性能，常用于低碳钢和部分 合金钢的热处理。
高分子材料广泛应用于航空航 天、汽车、电子、建筑等领域
。
陶瓷材料
01
02
03
04
陶瓷材料的定义
陶瓷材料是指以粘土为主要原 料，经高温烧制而成的无机非
金属材料。
陶瓷材料的特性
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨 性、耐腐蚀、耐高温等特性。
陶瓷材料的分类
陶瓷材料按用途可分为结构陶 瓷和功能陶瓷，按组成可分为 氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。
复合材料的应用
复合材料广泛应用于航 空航天、汽车、船舶、
体育器材等领域。
04 新材料技术
新型金属材料
总结词
具有优异性能的金属材料
详细描述
新型金属材料如钛合金、镍基合金等，具有高强度、耐腐 蚀、高温稳定性等优异性能，广泛应用于航空航天、石油 化工、医疗等领域。
总结词
具有特殊功能的金属材料
汽车材料教学课件第四版第八章非金属材料及复合材料及其在汽车上的应用
3. 增强材料 增强材料主要用来提高橡胶的力学性能，如强度、硬度、耐磨性和刚性等。
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二、橡胶的分类
1. 按原料来源分类 橡胶的种类很多，按其原料来源不同，橡胶分为天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶 三大类。 （1）天然橡胶天然橡胶是指以天然生胶制成的橡胶材料。天然橡胶是一种综合 性能优良的高弹性物质，大量用于制造各类轮胎以及各种胶带、胶管等橡胶制品。
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一、汽车塑料件
汽车塑料零部件主要有三类：内饰件、外饰件和功能件。内饰件主要有仪表板、 车门内饰板、座椅、车厢内饰等。外饰件除要求具有内饰件的功能外，还要求强度 高、韧性好、耐环境条件及耐冲击性能好，主要有前后保险杠、挡泥板等。塑料材 料的前保险杠如下图所示，保险杠饰板和泡沫塑料碰撞吸能器可吸收车速低于 4 km/h时的轻微碰撞力，这些部件碰撞后会自动恢复原样。
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（2）合成橡胶 合成橡胶是指以合成生胶制成的橡胶材料。合成橡胶品种繁多，通常分为通用合 成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶是汽车工业的重要材料，常用的有氯丁橡胶、 丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
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（3）再生橡胶 再生橡胶是利用废旧橡胶制品经再加工而成的橡胶材料。再生橡胶强度较低，但 有良好的耐老化性，且加工方便，价格低廉。汽车上常用于制造橡胶地毡、各种封 口胶条等。
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2. 按性能和用途分类 橡胶按其性能和用途不同，分为通用橡胶和特种橡胶两大类。 （1）通用橡胶通用橡胶是指产量大、应用广，在使用上没有特殊性能要求的橡 胶，如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等。汽车上使用的一般都是通用 橡胶。 （2）特种橡胶特种橡胶是指具有耐热、耐寒、耐油和耐化学腐蚀等特殊性能的 橡胶。主要用于在特殊环境下工作的零件，如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。
《机械工程材料》教案
《机械工程材料》教案第一章：金属材料1.1 金属的晶体结构介绍金属晶体的基本结构解释金属键的概念探讨金属的晶体缺陷1.2 金属的力学性能讨论金属的强度、韧性、硬度等力学性能解释影响金属力学性能的因素探讨金属的疲劳和腐蚀性能1.3 常用金属材料介绍铁合金、铜合金、铝合金等常用金属材料分析各种金属材料的特性及应用领域第二章：非金属材料2.1 陶瓷材料介绍陶瓷材料的组成、制备和特性探讨陶瓷材料的烧结过程及影响因素分析陶瓷材料在工程中的应用2.2 塑料材料介绍塑料的组成、制备和特性讨论塑料的成型加工方法探讨塑料在工程中的应用及限制2.3 复合材料介绍复合材料的定义及分类解释复合材料的特点及优势分析复合材料在工程中的应用案例第三章：材料的力学性能测试3.1 拉伸试验介绍拉伸试验的原理及设备探讨拉伸试验中应力、应变、塑性、弹性等概念分析拉伸试验结果及应用3.2 压缩试验介绍压缩试验的原理及设备探讨压缩试验中应力、应变、脆性等概念分析压缩试验结果及应用3.3 冲击试验介绍冲击试验的原理及设备探讨冲击试验中冲击吸收能量、冲击韧性等概念分析冲击试验结果及应用第四章：材料的焊接4.1 焊接概述介绍焊接的定义、分类及原理解释焊接过程中的热影响区、冷却速度等概念探讨焊接接头的缺陷及影响因素4.2 常见焊接方法介绍熔化焊接、压力焊接、摩擦焊接等常见焊接方法分析各种焊接方法的适用范围及特点4.3 焊接质量控制讨论焊接质量的检测方法解释焊接质量标准及要求探讨焊接质量控制的具体措施第五章：材料的选用及应用5.1 材料选用原则介绍材料选用的基本原则解释材料选用时需要考虑的因素分析材料选用的重要性和必要性5.2 工程材料应用案例分析分析具体工程材料应用案例探讨材料在工程应用中的优势和局限性总结材料应用的经验教训《机械工程材料》教案第六章：材料的热处理6.1 热处理的基本概念介绍热处理的定义、目的和分类解释热处理过程中温度、时间等参数的作用探讨热处理的基本方法（如退火、正火、淬火等）6.2 热处理工艺及设备介绍各种热处理工艺的具体步骤和操作要点探讨热处理设备的类型及选用原则分析热处理过程中的热量传递和相变规律6.3 热处理的应用及效果分析热处理在改善材料性能方面的作用讨论热处理对材料组织结构的影响探讨热处理在实际工程中的应用案例第七章：表面处理技术7.1 表面处理技术概述介绍表面处理技术的定义、目的和分类解释表面处理技术在工程中的应用重要性探讨表面处理技术的选择原则7.2 常见表面处理方法介绍抛光、喷砂、电镀、阳极氧化等常见表面处理方法分析各种表面处理方法的特点、适用范围及优缺点7.3 表面处理技术的应用案例分析表面处理技术在实际工程中的应用案例探讨表面处理技术在提高材料性能、延长使用寿命等方面的作用第八章：材料的疲劳与断裂8.1 疲劳与断裂的基本概念介绍疲劳与断裂的定义、类型和特点解释疲劳失效的过程及影响因素探讨断裂力学的相关概念（如应力强度因子、断裂韧性等）8.2 材料的疲劳性能测试与评估介绍疲劳试验的方法、设备及参数测定分析疲劳试验结果及疲劳寿命的预测方法探讨材料的疲劳裂纹扩展行为及影响因素8.3 疲劳与断裂的控制与应用讨论材料和构件在防止疲劳与断裂方面的设计原则分析实际工程中的疲劳与断裂控制案例总结疲劳与断裂研究的新进展及发展趋势第九章：材料的磨损与腐蚀9.1 磨损与腐蚀的基本概念介绍磨损与腐蚀的定义、类型和特点解释磨损与腐蚀对材料性能和寿命的影响探讨磨损与腐蚀的常见原因和机理9.2 材料的磨损与腐蚀性能测试方法介绍磨损试验（如摩擦磨损试验、冲击磨损试验等）及设备分析腐蚀试验（如浸泡试验、电化学腐蚀试验等）及方法探讨磨损与腐蚀试验结果的分析与评估9.3 磨损与腐蚀的控制与应用讨论材料选择、表面处理等在防止磨损与腐蚀方面的作用分析实际工程中的磨损与腐蚀控制案例总结磨损与腐蚀研究的新进展及发展趋势第十章：材料的环境适应性10.1 环境适应性的基本概念介绍环境适应性的定义、类型和重要性解释材料在不同环境（如大气、水、土壤等）中的行为探讨环境适应性评价的方法和指标10.2 材料的环境老化与性能变化分析环境因素（如温度、湿度、紫外线等）对材料老化的影响讨论材料老化过程及性能退化的机制探讨材料环境老化试验的方法和设备10.3 提高材料环境适应性的策略与应用介绍提高材料环境适应性的方法（如改性、表面防护等）分析实际工程中提高材料环境适应性的应用案例总结材料环境适应性研究的新进展及发展趋势《机械工程材料》教案第十一章：材料的设计与性能优化11.1 材料设计的基本概念介绍材料设计的目标和方法解释材料设计的意义和挑战探讨计算机辅助材料设计的发展趋势11.2 材料性能优化的策略讨论单一材料性能优化的方法（如合金化、微合金化等）分析复合材料性能优化的途径（如纤维增强、颗粒填充等）探讨材料性能优化时的权衡与取舍11.3 材料设计及性能优化的应用案例分析具体材料设计及性能优化的成功案例探讨材料设计及性能优化在工程应用中的价值第十二章：材料的可持续性与环保12.1 可持续发展的基本概念介绍可持续发展的定义、原则和目标解释材料在可持续发展中的作用和责任探讨可持续发展的评价方法和指标体系12.2 环保材料的选择与应用介绍环保材料的分类和特点（如生物降解材料、再生材料等）分析环保材料在工程中的应用优势和限制探讨环保材料的发展趋势及挑战12.3 材料可持续性的实施与案例分析讨论材料生产、使用和回收过程中的可持续性措施分析实际工程中实现材料可持续性的成功案例总结材料可持续性研究的新进展及发展趋势第十三章：材料的经济性分析13.1 材料成本的构成与分析介绍材料成本的构成要素分析材料成本的影响因素探讨降低材料成本的策略和方法13.2 材料的经济性评价方法介绍经济性评价的基本原则和方法（如成本效益分析、生命周期成本分析等）分析各种经济性评价方法的适用范围和优缺点探讨经济性评价在材料选择中的应用13.3 材料经济性分析的应用案例分析实际工程中材料经济性分析的成功案例探讨材料经济性分析在工程项目中的价值第十四章：材料在机械工程中的应用14.1 机械零件的材料选择介绍机械零件设计中材料选择的重要性分析机械零件在不同工作条件下的材料要求探讨机械零件材料选择的依据和流程14.2 典型机械工程材料的应用案例分析机械工程中常用材料（如钢、铝、陶瓷等）的应用案例探讨不同材料在提高机械性能、降低成本等方面的作用14.3 材料在机械工程领域的创新应用介绍材料科学和技术在机械工程领域的最新进展分析新型材料（如记忆合金、纳米材料等）在机械工程中的应用前景第十五章：总结与展望15.1 课程总结回顾本课程的主要内容和知识点强调材料在机械工程中的重要性总结学习过程中掌握的关键技能和思维方法15.2 展望未来分析材料科学和技术的发展趋势探讨材料在机械工程领域的潜在应用激发学生对材料科学和工程的兴趣和热情重点和难点解析重点：理解不同类型材料（金属、非金属、复合材料等）的结构、性能及其应用；掌握材料的力学性能测试方法及其结果分析；了解材料的热处理工艺、表面处理技术以及疲劳与断裂、磨损与腐蚀的基本原理和控制方法；熟悉材料的经济性分析以及在机械工程中的应用。
《机械工程材料(第4版)》教学课件-第8章陶瓷1
• 高比强度、比模量 • 主要用于宇航器上的结构件，飞机的门、
5. Kevlar 纤维增强塑料 • 抗拉强度高于玻璃钢，与碳纤维－还氧 树脂复合材料相近
• 延性好，与金属相近 • 抗耐冲击性超过碳纤维增强塑料 • 优良的疲劳抗力和减振性
• 主要用于：飞机机身，雷达天线罩， 火
4. 减振性能好 • 结构自振频率∝材料比模量的平方根， 避免构件共振 • 纤维与基体界面吸收振动能量，使振动 很快衰减
第二节 增强材料及其增强机制
一、纤维增强
1. 纤维增强材料
高强度碳纤维(Ⅱ型) 高模量碳纤维(Ⅰ型)
1. 玻璃纤维
• 高抗拉强度．比块状玻璃高几十倍， 比 • 块弹状性高模强量度较合高金．钢比还其高他人造纤维高5～
2. 碳纤维增强塑料
• 性能优于玻璃钢 • 低密度，高强度，高弹性模量，高比强
度，高比模量，优良的抗疲劳性能、耐 冲击性能、自润滑性、减磨耐磨性、耐 腐蚀性、耐热性
• 碳纤维与基体结合力低，各向异性严重 • 航天航空工业：飞机机身，螺旋桨，尾
翼，发动机风扇叶片，卫星壳体，航天
飞行器外表面防热层… 机器制造工业：轴承，齿轮，磨床磨
• 常用的增强相：Al2O3 ThO2 MgO BeO • 常用基体金属：Al Cu Ti Cr Niຫໍສະໝຸດ (1) 弥散强化铝（烧结铝）
• 先将片状铝粉的表面氧化成 Al2O3 薄膜， 再经压制、烧结、挤压
• 高温强度好
• 主要制作：飞机的结构件（如机翼，机 身），飞机发动机压气机叶轮、高温活 塞，大功率柴油机活塞，冷却反应堆中 核燃料元件的包套材料
(2) 弥散强化铜
• 先制成Cu-Al2O3合金粉，再热挤或锻造 • 既有良好导电性，又有良好的高温强度
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(2) 钨钴钛类硬质合金( WC + TiC + Co )
YT×
比钨钴类: 高硬度，耐
硬 钛 wTiC % 磨,热硬性好,强硬度低
(3) 通用硬质合金( WC+TiC+TaC+NbC+Co )
YT×
热硬性高，其他介于钨
硬 万 顺序号 钴类和钨钴钛类之间
2) 硬质合金的应用
钨钴类：适于切削脆性材料，如 铸铁、有色金属、胶木及其他非 金属材料
3) 加工及装夹 • 电加工切削
电火花加工 线切割 金刚砂轮磨削
粘结
• 装夹 钎焊 机械装夹
2. 硬质合金的分类、编号及应用
1) 硬质合金分类及编号
(1) 钨钴类硬质合金( WC + Co )
YG××
C: 粗颗粒，如 YG8C X: 细颗粒，如 YG6X
A: 加少量TaC，如 YG6A
硬 钴 wCo %
1) 组成：碳
粘结剂
可机加工：锻造，焊接，机械切削 2) 特点 可热处理 锻造退火后，40～45HRC
淬火低温回火,69～73HRC
形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀等 3) 应用 较高温度下工作的模具、耐磨零件等
切削刀具
钨钴钛类：适于切削韧性材料， 如各种钢
通用硬质合金：既可切削韧性材 料，又可切削脆性材料，如不锈 钢、耐热钢、高锰钢
冷作模具: 冷拔模,冷冲模,冷挤压模,冷镦模
量 具: 镶嵌于易磨损工作面
耐磨零件: 机床顶尖，无心磨导杠、导板
硬质合金制作的冷冲压模和冷拉模具
挤压型材
拉伸模
钻齿
3. 钢结硬质合金
第八章 陶瓷材料
CERAMICS MATERIALS
陶瓷材料 — 用一些化合物粉末，通 过成型和高温烧结而制成的具有高硬度高 脆性等特性的多晶固体材料
第一节 概 述
一、陶瓷材料的分类与制备
1. 陶瓷材料的分类
按原料来源
普通陶瓷（黏土，石英，长石） 特种陶瓷（SiC, BN, Al2O3…）
按用途
日用陶瓷 工业陶瓷
2) 玻璃相：一种熔点较低的非晶态固体．黏 结分散的晶相颗粒；降低烧结温度；减小 将体相颗粒尺寸；填充气孔
3) 气相：气孔 有害：↓强度，↓电性能 利用：↓比重，吸震，储油
2. 陶瓷材料的性能特点 1) 力学性能
• 高硬度,高耐磨 • 高弹性模量,低弹性 • 高脆性 • 低抗拉强度,较高抗压强度,优良的高温
• 用途：内燃机火花塞的绝缘体，坩埚， 刀具，活塞，轴承，密封环…
2. 氮化硅陶瓷
• 主晶相: Si3N4 • 性能：高硬度，小摩擦系数，高蠕变抗
力，绝缘，高抗热震性，耐蚀
• 用途：气轮机叶片，高温轴承，密封 环…
3. 碳化硅陶瓷
• 主晶相: SiC • 性能：高温强度高，导热性好，高热稳
定性，高蠕变抗力，绝缘，耐蚀
• 用途：气轮机叶片，火箭尾喷管的喷 嘴，高温轴承…
THE END
THE END
第三节 金属陶瓷
一、粉末冶金方法及其应用
1. 粉末冶金法的基本工艺过程 粉末制备→压制成型→烧结→后处理
2. 粉末冶金的应用
1) 减摩材料 如,含油轴承
铁基,如Fe+石墨,Fe+S+石墨 铜基,如Fe+Sb+Pb+Zn+石墨
2. 组织：
莫来石（ 3Al2O3·2SiO2 ）＋ 玻璃相 ＋ 气相
25～30%
35～60% 1～3%
3. 性能特点：高硬度，低强度，绝缘，低耐 高温性
4. 用途：绝缘子，导纱器，耐蚀容器等
瓷瓶
二、特种陶瓷
1. 氧化铝陶瓷
• 主晶相: Al2O3 • 性能：高硬度，高强度，高耐磨，良好
的高温性能，耐蚀，绝缘，高脆 性，低抗热震性
强度 • 低抗热震性
陶瓷与金属的拉伸应 力－应变曲线示意图
2) 理化性能
• 热性能：高熔点，小热胀系数，低导 热，小热容
• 电性能：绝缘体，半导体，超导体 • 磁性能：磁性材料，如铁氧体 • 光性能：光导纤维，固体激光器
• 化学稳定性：抗高温氧化，抗腐蚀
第二节 工程结构陶瓷材料
一、普通陶瓷
1. 原料：黏土，石英，长石
2) 结构材料
如,用碳钢、合金钢粉末烧结成油泵齿轮、 电钻齿轮、凸轮、衬套…
3) 高熔点金属材料
如,金属陶瓷，钨丝，Mo,Ta,Nb…
二、金属陶瓷硬质合金
——以金属碳化物（如WC, TiC, TaC等） 为基体，再加入适量金属（如Co, Ni, Mo等） 粉末作黏结剂烧结而成的、具有高硬度的粉
末冶金材料 1. 硬质合金的性能特点及加工装夹 1) 优点
• 高硬度,86～93HRA (相当于69～81HRC) • 高热硬性,可维持到 900～1000℃ • 高耐磨性 • 高抗压强度，可达6000MPa, 高于高速钢 • 高弹性模量，约为高速钢的 2～3倍 • 良好的耐蚀性、抗氧化性, 热膨胀系数小
2) 缺点
• 抗弯强度低,只有高速钢的1/3～1/2左右 • 韧性很差,约为淬火钢的 30%～50% • 导热性差
工程结构陶瓷 功能陶瓷
高强度陶瓷
氧化物陶瓷
按性能
高温陶瓷 耐酸陶瓷
按化学成分
碳化物陶瓷 氮化物陶瓷
…
…
2. 陶瓷制品的制备
坯料制备→成型 →烧结
二、陶瓷材料的结构与性能特点
1. 陶瓷材料的结构 晶相 ＋ 玻璃相 ＋ 气相
陶瓷显微组织示意图
1) 晶相：陶瓷材料中的主要组成相 晶相中的结合键 离子键：CaO, Al2O3 … 共价键：SiC, BN…