第一章材料的主要性能教材课程
材料化学教材
材料化学教材材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科，它涉及到多种材料的研究和应用，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料等。
在现代科技发展的背景下，材料化学的研究和应用变得越来越重要。
本教材旨在系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
第一章，材料的基本结构和性能。
材料的基本结构决定了其性能特点，本章将介绍材料的晶体结构、非晶结构以及晶体缺陷等内容。
通过对材料结构的深入了解，可以帮助学生理解材料的性能表现，并为后续的材料制备和改性提供基础知识。
第二章，材料的制备方法。
本章将介绍材料的制备方法，包括传统的冶金方法、陶瓷材料的制备工艺、高分子材料的合成方法等。
同时，还将介绍一些现代材料制备的新技术和新方法，如纳米材料的制备技术、材料表面处理技术等。
第三章，材料的性能测试与表征。
材料的性能测试与表征是材料化学研究的重要环节，本章将介绍常见的材料性能测试方法，如力学性能测试、热学性能测试、电学性能测试等。
同时，还将介绍材料表征技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜等先进表征手段。
第四章，材料的应用与发展。
本章将介绍材料在各个领域的应用与发展，如材料在能源领域的应用、材料在环境保护中的应用、材料在生物医学领域的应用等。
同时，还将介绍一些材料化学领域的最新研究成果和发展趋势，帮助学生了解材料化学领域的前沿知识。
结语。
材料化学作为一门综合性学科，涉及面广泛，应用领域广泛。
本教材力求系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
希望本教材能够成为材料化学领域的入门教材，为学生的学习和研究提供帮助。
材料的力学行为和性能
（2）钢的淬透性 1）淬透性的概念 淬透性是在规定条件下，决定钢材有效淬硬层深度 和硬度分布的特性，它是钢材本身固有的属性，也 是钢重要的热处理工艺性能之一。钢的淬透性主要 取决于马氏体的临界冷却速度。凡是增加过冷奥氏 体的稳定性，减小马氏体临界冷却速度的因素，都 可以提高钢的淬透性。
钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性， 它主要决定于M的碳含量。
3.钢的淬火 （1）淬火工艺 将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3 以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢为Ac1 以上30 ℃～50 ℃），保温一定时间后快速 冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬 火。 常用的冷却介质是水和油。 常用的淬火方法有单介质淬火，双介质淬火， 分级淬火和等温淬火等。
洛氏硬度
硬度标尺：HRA、HRB、HRC。其中 C标尺最常 用 。 在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用.
维氏硬度 表示方法： 如：640HV30/20 测量精度高、范围广， 但比较麻烦，主要用于 研究工作。
注： 各硬度值之间大致有以下关系： 布氏硬度值在200-600范围内， HBW≈10HRC； 布氏硬度值小于450HBS， HBW≈HV
二、材料的静态力学性能
1、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有： 屈服强度σ s，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ 和断面收缩率Ψ 。
2、硬
度
硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面 的能力。 布什硬度（HBW）
F 2F HBW S D（D D 2 d 2）
化工新材料教案第一章课件
结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受 载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、 天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、 陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不 同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。
讲授内容
第一讲 化工新材料概论 第二讲 有机硅材料 第三讲 涂料与胶粘剂 第四讲 复合材料概论 第五讲 合成高分子 第六讲 功能材料概论 第七讲 储氢材料和磁性材料 第八讲 功能玻璃材料 第九讲 陶瓷材料 第十讲 智能材料 第十一讲 高分子膜与膜分离技术 第十二讲 纳米材料与纳米技术
课程要求
教材
本科程属专业限选课程
（5）生态环境材料
生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意 义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国 内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境 材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的 材料。
这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污 染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生 循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括： 环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料 （人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装 容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物 降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材 料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂） 等。
（11）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物 为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根 据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、 高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相 容性等优异性能。
汽车工程材料教案
教案一、课题：第一章金属材料力学性能指标二、教材分析：本章是《汽车材料》第一次课，是属于基础性知识，在教材的安排上是符合认知的过程三、（1）基础知识：掌握强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念（2）能力培养：通过本次学习，培养学生在生产和生活中树立善于思考的良好习惯四、教学重点：金属材料的力学性能教学难点：屈服强度和金属疲劳概念五、课型：综合型六、教学方法：讨论+讲授七、教具：铁钉、铁片、铝片等,多媒体幻灯片八、课时：2九、教学过程：第一节课：第一章金属材料力学性能指标（板书）一）、组织教学：安定课堂教学秩序二）、请同学们回顾并思考以下两个问题：1）你所知道的汽车材料有哪些？2）汽车材料的选用与环境有关吗？三）引入新课：（一）、汽车材料分类：1、金属材料---黑色金属、有色金属、合金2、非金属材料----有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料3、汽车运行材料---燃料、润滑剂、工作液（板书）（二）、金属材料性能：（分组讨论每组给出答案，老师点拨）1、使用性能----力学性能、物理性能、化学性能、其他性能2、工艺性能----压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理（板书）（三）、1、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。
2、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（板书）（四）、两个概念：（板书）1、强度---在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力2、塑性---在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力(五)、同学分组讨论你们所知的外力（载荷）指的是哪些？并指出实例（六）强度有关知识：（请同学描述你所知的强度）（板书）（1）强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。
（2）单位截面上的内力称为应力。
（3）用符号σ表示，σ=F/S（4）单位：Pa（5）通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
建筑材料教材
第一章、建筑材料的基本性质
§2、1 材料的基本物理性质
一、 材料的密度、表观密度与堆积密度
1、密度�密度是材料在绝对密实状态下�单位体积的质量。——密度 自身体积
�不含孔隙� 磨成细粉消除内部孔隙�材料的排水体积 V
计算式
ρ = m/v
式中 ρ --- 材料的密度�g/㎝ 3 。
m --- 材料在干燥状态下的质量�g 。 v --- 材料在绝对密实状态下的体积�㎝ 3 。
具有极细孔隙的材料�可以认为是不透水的。开口大孔材料抗渗性最差。此外�亲水性材料
的毛细孔由于毛细作用而有利于水的渗透
六、抗冻性
材料在吸水饱和状态下�能经受多次冻融循环作用而不破坏�同时也不严重降低强度的
性质称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级�D 或 F�表示�即在一定条件下能够经受的冻 融循环次数。
变。当与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。用含水率ω 'm 表示
式中
ω 'm = mw /m×100% mw --- 材料在空气中吸收水分的量, kg 。
m ---材料干燥时的质量, kg 。
-3-
注意 �材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率, 建筑材料在正常状态下, 均 处于平衡含水率状态。
意义�通常把λ <0.23 w/(m·k) 的材料称为绝热材料�在运输、存放、施工及使用过程 中�须保持干燥状态 。
导热系数越小�材料的绝热性越好 材料含水�导热系数会明显增大�高温下比常温下大�顺纤维方向导热系数也会大些。
二、 热容量
热容量�材料受热时吸收热量�冷却时放出热量的性质�称为热容量�其值为比热 C 与 材料重量 m 的乘积。
因空气中的二氧化硫遇水生成亚硫酸�与大理石中的碳酸钙反应�生成易溶于水的硫酸
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)
解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
27
图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展，
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展，断裂路径不再 与晶粒位向有关，主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理，故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时，因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度，使两侧解理裂
纹存在位向差，故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核，裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增，形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能；
a0——原子面间距； E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为： (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得： f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力；
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 （二）、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成，并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段：塑性变形形成裂 纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”，这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章 金属材料的主要性能
教学重点：金属材料的力学性能 教学难点：б-ε曲线特点
2020/9/25
材料的主要性能:
1.使用性能 （1）力学性能 （2）物理性能 （3）化学性能 2.工艺性能——加工成形的性能
2020/9/25
外力作用下材料的变形与失效
F
F
F’
F
F = F’
F' F （MPa）
SS
σ= F’ /S
外力 —— 内力——应力
2020/9/25
一、强度与塑性
强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或断裂 的能力。 塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久变形而 不破坏的能力。 拉伸试验
标准试件
2020/9/25
拉伸试样（GB6397-86 ）
2020/9/25
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
σ0.2 = F0.2 / A0
屈服强度是塑性材料选材和评定的依据。
2020/9/25
（2）抗拉强度
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大应力值，
用符号σb表示，单位 Mpa， σb = Fb / A0 ( Mpa )
式中：Fb—试样承受的最大载荷，N A0—试样原始横截面积，mm2。
屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设计机械和选择、
F
d0
F
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
（2）断面收缩率: A0A110% 0
A0
l0
L d1
l1
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
2020/9/25
二．硬度
金属材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、 压痕、划痕的能力。
硬度是衡量金属软硬的判据。硬度直 接影响到材料的耐磨性及切削加工性
优缺点：压痕大，测量准确，但测
量费时压痕较大不能测量成品件。
2020/9/25
布 氏 硬 度 量
2020/9/25
压头材质表示方法
淬火钢球
HBS
硬质合金钢球 HBW
2020/9/25
布氏硬度值与压头
布氏硬度值450的材料,选用淬火钢球压头
例如：200HBS 350HBS
布氏硬度值450~650的材料，选用硬质合金球压头
2020/9/25
变形的三个阶段
弹性变形
塑性变形
断裂
2020/9/25
常见的几种失效形式 （1）断裂（2）塑性变形（3）过量弹性变（4）磨损（5）腐蚀
2020/9/25
1．强度：
强度——材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 （1） 屈服点（屈服强度）（σS）
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。 σS = Fs / A0 （MPa）
评定金属材料时有重要意义 。 机械零件多以σs作为强度
设计的依据。
对于脆性材料，在强度计算时，则以σb为依据。
2020/9/25
2. 塑性 —材料在外力作用下，产生塑性变形而不引起破坏的能力。
(1)伸长率δ = （L1-L0）/ L0 × 100 %
式中： L0—试样原标距的长度（mm）
L1—试样拉断后的标距长度（mm）
2020/9/25
布氏硬度计
1、布氏硬度
用一定直径的压头（球体），以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面 压痕直径，以此计算出硬度值。
HB
压入载荷N（ ） 压痕的表面积 mm（）
0.102 2F
D2(1 1d2 )
D 应用：测量比较软的材料。测量范围
HBS<450、HBW<650的金属材料。
2020/9/25
2. 洛氏硬度
加初载荷 加主载荷
卸除主载荷
读硬度值
2020/9/25
洛氏硬度试验
0
1 h3
h1
3
2
原 理0 1-1 初载10kg h1
1 2-2 总载150kg h2
3 2
3-3 卸载140kg
h3
h
h2 最后测得：
残余压痕深度增量 h
HR=h/0.002 2020/9/H25 R=C-h/0.002
强度极限B
颈缩阶段
屈服极限S 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
强化阶段
2020/9/25
颈缩现象
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
2020/9/25
低碳钢拉伸曲线
F——Δl：载荷伸长量拉伸曲线 2020σ/9—/25 —ε：应力应变曲线
铸铁拉伸曲线
两种基本变形形式
（1）弹性变形：材料受外力作用时产生变形， 当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失 而消失的变形，称为弹性变形。 （2）塑性变形材料在外力作用下产生永久的不 可恢复的变形，称为塑性变形。
2020/9/25
布氏硬度特点
优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定， 重复性强。
缺点：压痕面积较大，测量费时。 应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、
退火正火钢材的硬度。 不适于测量成品零件或薄件的硬度。
2020/9/25
洛氏硬度试验原理
用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直 径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后卸除 主试验力，以测量的残余压痕深度增量 来计算出硬度值。
例如：550HBW 600HBW
2020/9/25
布氏硬度标 注
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 球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120。
2020/9/25
σ= F/Ao ε= △L / L0
分别以
σ和ε为纵坐标
和横坐标，绘出 应力-应变曲线 。应力-应变曲 线的形状与拉伸 曲线完全相似， 只是坐标与数值 不同。
2020/9/25
退火低碳钢力-伸长曲线
oe——弹性变形阶段；es——屈服阶段； sb——强化阶段；bk——缩颈阶段
s-屈服点 b-开始发生缩颈现象
式中：Fs—试样屈服时的载荷，N A0—试样原始横截面积，mm2。
当材料单位面积上所受的应力σe <σ<σs 时，只产生微量 的塑性变形。当σ > σs 时，材料将产生明显的塑性变形。
2020/9/25
（1）屈服强度
中、高碳钢和其他脆 性金属材料无明显屈服现 象，国家标准以产生0.2% 塑性变形的应力来表示屈 服强度，即：
h=h3-h1
洛氏硬度应用范围
常用洛氏硬度标度的试验范围
HRA
120°金刚 石圆锥体
600N
70~85
1.588mm
HRB 钢球
1000N 25~100
120°金刚
HRC 石圆锥体 1500N 20~67