ch2讲义工程材料

《工程材料简介》课件

钛合金
钛合金具有高强度、轻量化和耐腐蚀等优点，常用于的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造高温部件和化学反应容器等。
03 非金属材料
混凝土
混凝土是一种常用的建筑材料，由水泥、水、骨料（沙、石）和其他添加剂混合而成。
混凝土具有良好的抗压性能，但抗拉强度较低。
03
钢铁的耐腐蚀性较差，容易生锈，因此需要进行防锈处理。
铜和铝
铜和铝是另一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。
铜常用于制造电线、电缆、水管等，而铝则广泛应用于航空、建
筑和包装等领域。
铜和铝的密度较小，轻便且易于加工，但强度和硬度相对较低。
其他金属材料
01
02
03
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性的合金钢，广泛用于化工、食品、医疗等领域。
防火性能
材料的燃烧性能以及燃烧时释放的烟雾和有毒气体的量。对于高层建筑、化工设施等，防火性能是关键的安全考量因素。
无毒与环保性
材料在使用和处置过程中对环境和人体健康的影响。例如，室内装修材料应尽量选择低甲醛或无甲醛的产品。
机械性能
材料的强度、韧性、耐磨性等机械性能，决定了材料在不同环境和使用条件下的安全性。例如，汽车外壳需要具备足够的强度和
材料的循环利用
资源回收
01
将废旧材料进行回收，提取其中有价值的成分，减少对自然资
源的开采。
再生利用
02
将废旧材料经过处理后，重新加工成新的产品，降低生产成本
。
绿色建筑材料
03
采用环保、低能耗、可再生的建筑材料，减少对环境的负担。
智能材料的应用
自适应材料
能够根据环境变化自动调整性能的材料，如智能传感器、自适应涂层等。

工程材料课堂课件

22
六、冲击韧性 (notch toughness)
－材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
试样冲断时所消耗的冲击功A k为: Ak = mgH – mgh (J)
冲击韧性值ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。
AK
a k=
(J/cm²)
S0
ak值低－脆性材料：断裂时无明显变
形，金属光泽，呈结晶状。
28
5 Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。
－－该科学研究回答了80年未解之谜。
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 29
八、工程材料的其它性能（自学）
2．阶段II（bcd段）―屈服变形 c: 屈服点 Ps
拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线屈服现象：Biblioteka 属材料开始产生明显塑性变形的标志。 8
3．阶段III（dB段）―均匀塑性变形阶段
B: Pb 材料所能承受的最大载荷
4．阶段IV (BK段) ―局部集中塑性变形
颈缩
拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静载拉伸曲线
10
二、材料的强度(strength)
――材料所能承受的极限应力. 物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。
公式：σ=P/Fo 单位： MPa(MN/mm2)
11
1．屈服强度σs (yield strength)和条件屈服强度σ0.02
比例极限：σp=Pp/Fo，应力―应变保持线性关系的极限应力值；弹性极限：σe=Pe/Fo，不产生永久变形的最大抗力。工程上，σp、σe视为同一值，通常也可用σ0.01

工程材料PPT.说课讲解

控表面完整性形
合成
次生相）强化相的形态、
尺寸及分布
尺寸精度
多相合金的相结
设
构
计
组织均匀性
（成分组织）
材料科学与工程
控构
成分均匀性（宏观与微观偏析）
组织致密性
夹杂、气孔等
应力、变形、开
裂等
力学性能
加工
晶体结构缺陷（点缺陷、位错、
控性物理性能
孪晶等）非晶、微晶、纳
化学性能
米晶及非平衡晶
材料的发展
公元前1200年左右，人类进入了铁器时代，开始使用的是铸铁，以后制钢工业迅速发展，称为 18世纪产业革命的重要内容和物质基础。
如图由于铁的熔点较高（1538℃），其出现时间较晚。左图为伊朗出土的铁制器皿。图为铁矿石。铁矿在地球上比铜矿要丰富的多。
材料的发展
20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为“发明之母”和“产业的粮食”的新材料研制更是异常活
零件的毛坯
• 铸造毛坯 • 熔炼金属，制造铸型，
并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。
• 锻造毛坯
零件的毛坯
• 锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。
机械制造基础 Ⅰ--工程材料机械制造基础 Ⅱ--热加工工艺基础 Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
钢铁材料
金属材料
工程材料的分类
非铁金属高分子材料
非金属材料陶瓷材料
复合材料
课程概论
力学性能

工程材料

11. 1.3%C。
12. PSK、GS、ES。
13. C，α-Fe，bcc。
14. Fe3CⅡ，P。
15. α，P。
16. Si、Mn、P、S；P、S，P、S。
17. 杂质P、S含量。
18. ﹤0.25%；0.25-0.6%；﹥0.6。
2. 形核与长大。
3. 大、细、高、好。
4. 液、固相自由能差，液相过冷。
5. 平面、密排面。
6. 表面细等轴晶、柱状晶、中心粗等轴晶。
7. 偏析、疏松、气孔、夹杂物。
8. （1）细，（2）细，（3）细。
四、
1
2
四、
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
A
B
A
A
B
B
C
B
B
C
A
C
B
A
C
B
B
C
A
五、
三、
1. 扩大，上升，下降。
2. 右，降低，提高。
3. 二。
4. S、P、Pb、Ca；改善切削性能。
5. 油，消除第二类回火脆性。
6. 去应力（定型），淬火+中温回火。
7. 降低硬度，淬火，组织准备。
8. 低碳，中碳，高碳。
1
2
3
4
5
6
7
8
9

工程材料第2版课件PDF 版05

钛合金中的魏氏组织
亚
素体魏氏组织
共析碳钢中片状
铁
5.4 钢的普通热处理
5.4.1 退火与正火
2 完全退火
将亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃，保温后随炉缓冷到 600℃ 出炉空冷。组织为α+P 。
目的
利用相变细化晶粒；利用高温扩散消除组织缺陷；利用缓冷去除应力；降低硬度，改善加工性能。
均匀、且未过分长大。
组织
工程材料学——第5章钢的热处理
5.4 钢的普通热处理
AC3 AC1
5.4.2 淬火
淬火介质
理想的淬火介质应具有在中温区冷却快，低温区冷却慢的特性。
温度
Ms
水
油
时间（对数）
工程材料学——第5章钢的热处理
淬火介质
成分
特点
过饱和硝酸盐水溶液
Na2CO3、 NaOH、KNO3
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.2 过冷A连续冷却转变曲线
温度
Ps Pf
K' K
水冷
vk 油冷
vk′
临界点A1
炉冷
空冷
Ms
Mf
时间
工程材料学——第5章钢的热处理
注意
KK′线为P转变终止线 Pf线为P转变终了线
共析碳钢连续冷却时没有贝氏体形成（无贝氏体转变区）。
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.3 过冷奥氏体转变
分级淬火
在Ms点附近的热减小了应力，防止变形、开
态介质中保温，裂。适用于尺寸较小而形状
取出空冷或油冷。
复杂的高碳工具钢。
等温淬火

工程材料第2版课件PDF 版02

工程材料
02—金属的晶体结构
与缺陷
图标
XI’AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY
第二章金属的晶体结构与缺陷
1 材料的结合方式；
2 晶体结构的基本概念；
3 纯金属的晶体结构；
4 金属的实际结构与晶体缺陷；
5 合金的相结构。
工程材料学——第2章金属的晶体结构与缺陷
2.1 材料的结合方式
r=
3
a
4
r=
2
a
4
1
r = 2a
3 配位数 ——晶格中任一原子周围与其最临近且等距离的原子数目。
工程材料学——第2章金属的晶体结构与缺陷
2.3 纯金属的晶体结构
4 致密度
2.3.2 描述晶胞的指标
nv
—— 一个晶胞内原子所占体积的百分数。 K =

×

bcc: =
fcc: =
2.4 实际结构与晶体缺陷
2.4.3 面缺陷
奥氏体不锈钢冷轧100倍
超纯铝阳极化偏振光
Hadfield热变形高锰钢固溶处理
冷拉退火海军黄铜偏光α+β
奥氏体不锈钢热轧及固溶退火
Fe-39%Ni变形退火后奥氏体
工程材料学——第2章金属的晶体结构与缺陷
2.4 实际结构与晶体缺陷
晶粒由许多尺寸很小、位相差也很小
退火态
105～108/cm2
ρ
金属的塑性变形主要是由位错运动引起的，因此，阻碍位错运动
是强化金属的主要途径。
工程材料学——第2章金属的晶体结构与缺陷
2.4 实际结构与晶体缺陷
2.4.2 位错
Ni
Si
中

工程材料讲义(建筑材料)

一级注册建造师讲义《工程材料》（4．1日。

一号教学楼1415，10：00-12：00）1．熟悉混凝土配合比确定程序及无损检测。

1．1混凝土配合比确定程序混凝土理论配合比应根据设计的混凝土强度等级、耐久性能、选定的原材料质量检验结果以及混凝土施工工艺对和易性、凝结时间等混凝土拌合物的技术性能要求，由国家认可的试验室按照国家现行有关试验规程，通过试验确定。

1．1．1混凝土理论配合比的确定∙ 混凝土的施工配制强度按下式确定：σ⨯+=645.1,,k cu o cu f f式中σ为施工单位强度标准差，也可按表1.1选取。

表1.1混凝土强度标准差∙ 混凝土水灰比应根据施工现场的水泥、砂、石等原材料质量，由施工配制强度确定。

∙ 选取合适的单方用水量及合适的砂率，以满足混凝土和易性的要求。

混凝土和易性包括流动性、黏聚性和保水性。

1．1．2混凝土施工配合比的确定混凝土施工前，应根据施工现场砂石的含水率，将理论配合比换算成施工配合比，并应有施工配料单。

1．2混凝土无损检测方法1．2．1进行结构无损检测条件当出现下列情况之一时，应进行无损检测以确定结构混凝土强度：缺乏同条件试件或标准试件数量不足；试件的质量缺乏代表性；试件的抗压试验不符合标准规定；对试件抗压强度测试结果有怀疑；因材料、施工不良而发生混凝土质量问题。

1．2．2结构无损检测主要有以下几种方法。

1）超声法超声法检测的特点：检测过程无损于材料、结构的使用性能；直接在结构物上检测试验并推定其实际强度和缺陷性质；重复和复核检验方便，检验结果重复性好。

2）回弹法回弹法检测的特点：简单方便，但离散性较大。

3）超声回弹综合法超声回弹综合法检测的特点：可以减少各种因素对结果的影响，可弥补两种方法各自不足，测试精度较高。

4）钻芯法钻芯法检测的特点：检测结果直观准确，但操作复杂，对混凝土有轻微破坏。

5）拔出法拔出法检测的特点：检测结果直观准确，但操作复杂，对混凝土有轻微破坏，结果离散性较大。

机械工程材料授课讲义

@《机械工程材料》授课讲义绪论一. 本课程的性质《机械工程材料》课程是机械设计制造及自动化专业的一门必修课，是一门重要的技术基础课。

计划讲课：26学时，实验：6学时，学分：2个。

大家知道不管是服装设计师，还是家用电器设计师，以及各种机械设备、汽车、船舶、飞机和军用装备设计师，在他们精心设计出自己的作品后，都需要选用恰当的材料来制造，从而保证制成的产品具有最佳形貌和性能。

如果选材不当，将会使所设计制造出产品，不能发挥出最佳性能，并可能导致其使用寿命大大降低；或因选材不当，导致成本太高，失去其应有的市场竞争力。

所以，从事机械设计与制造的各类工程技术人员，都必须对其经常使用的各类材料有一定的了解。

工程材料：主要是指机械、船舶、建筑、化工、交通运输、航空航天等各项工程中经常使用的各类材料。

工程材料主要包括金属材料和非金属材料两大类，金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料两类，黑色金属材料主要指各类钢和铸铁，有色金属材料主要指铝及铝合金、铜及铜合金以及滑动轴承合金等；非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料等。

当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，而且使用量也不断增加，但到目前为止，在机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料。

金属材料长期以来得到如此广泛应用，其主要原因是，因为它具优良的使用性能和加工工艺性能。

金属材料的使用性能：机械性能（如强度、硬度、塑性、韧性等），物理性能（如导电、导热、电磁、膨胀等），化学性能（如抗氧化性、耐腐蚀性等）。

金属材料的加工工艺性能：铸造性能（如流动性、收缩性等），锻造性能（如压力加工成型性等），切削加工性能（如车、铣、刨、磨的切削量，光洁度等），焊接性能（如熔焊性、焊缝强度、偏析等），热处理性能（如淬透性、回火稳定性等）。

由于不同的材料具有不同的性能，因此它们的应用场合也就不同。

如在航天工业中铝及铝合金得到了广泛应用，是因为铝合金具有重量轻强度高的特性。

而在电子工业中银、铜、铝得到了广泛的应用,是因为它们具有优良的导电性。

材料科学与工程导论第6章高分子材料

聚酰胺（PA）聚碳酸酯（PC）聚甲醛（POM）聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS） PC
挡风板
6.1.3 高分子材料简介
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
有机玻璃顶棚
29
6.1.3 高分子材料简介
▲工程塑料
热稳定性高是其最突出的特点。使用温度 150~174℃。用于机械设备等工业。
聚砜（PSU）聚醚砜（PES）聚醚醚酮（PEEK）聚苯硫醚（PPS）聚四氟乙烯（PTFE）
30
又称尼龙。强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。
初～40年代末）。
●现代高分子科学阶段（20世纪50年代初～20世纪末）。 ●21世纪的高分子科学—分子设计。
——高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1920年，德国人Staudinger (施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念。
9
6.1.1 高分子材料科学发展简史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它
▲单体用来制备高分子的小分子物质称单体。高分子的单体：通过聚合反应能制备高分
子化合物的物质称做单体。
例如乙烯是单体，能聚合生成聚乙烯。
[ CH2–CH2 ]n
13
6.1.2 高分子材料基本概念
▲结构单元构成大分子的最小重复结构单元，简称结构单元，或称链节。
[ CH2–CH2 ]n
▲聚合度

CH2-工程材料的结构第3-4-5讲工程材料教学课件

45
3、机械混合物单一固溶体：强度、硬度较低单一化合物：硬而脆
机械混合物——不是一种单一相
机械混合物的结构特点
机械混合物的性能特点
具有重量百分比的关系;
溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc bcc + fcc
• 取决于组元的相对数量。 • 取决于组成相的大小和形状。 • 具体数值介于组元性能之间。
37
5、晶粒尺寸的控制
（1）晶粒度---指晶粒的大小单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示。
形核速度大，长大速率慢，晶粒总数目多，晶粒细小。（2）过冷度对形核一长大的影响
过冷度△T提高，N提高、G提高过冷度△ T太高，D降低——N降低、G降低
38Biblioteka （3）控制晶粒度的因素 ①提高过冷度
21
密排面与密排方向
{110}, <111>
{ 111},<110>
底面, 底面上任意相邻原子的连线
22
二．实际晶体
理想晶体+晶体缺陷——实际晶体
单晶体
实际晶体——单晶体和多晶体
单晶体：内部晶格位向完全一致——各向异性多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成——各向同性
多晶体
晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离
第2章工程材料的结构
1
材料的结构——表明材料的组元及其排列和运动方式。对材料内部结构水平的认识：宏观、微观。
2
What? “组织结构”
3
广义的讲—— 组织结构包括了成分、相、组织、结构等概念。
相：凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。元素不一定单一。