机械工程材料课件西安交大1
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西安交大工程材料
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、性能特点及用途的基本知识。
(3) 初步掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 基本掌握根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及制造工艺的思路。
(5) 初步了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
教学内容及要求绪论工程材料在机械设计及制造工程中的作用，工程材料的分类本课程的目的及任务，课程的基本内容，学习要求等。
第一章--机械零件和器件的失效分析掌握：常温静载下的过量变形；静载和冲击载荷下的断裂；交变载荷下的疲劳断裂；磨损失效；腐蚀失效；高温下的蠕变变形和断裂失效。
第二章--碳钢1. 掌握：纯铁的组织和性能；铁碳合金中的相和组织组成物；Fe-Fe3C 相图；钢中常存杂质元素对钢性能的影响；压力加工对钢组织和性能的影响；碳钢的分类、牌号及用途。
2. 了解：钢锭的组织及缺陷。
第三章--钢的热处理1. 掌握：钢在加热时的转变；奥氏体等温转变图；钢的普通热处理；钢的表面热处理。
2. 了解：奥氏体连续转变图。
3. 自学：钢的特种热处理。
第四章--合金钢1. 掌握：合金元素在钢中的作用；合金钢的分类及编号；低合金高强度钢；合金渗碳钢；合金调质钢；合金刃具钢；合金模具钢.2. 了解：合金弹簧钢；滚动轴承钢；量具钢；不锈钢；耐热钢；低温钢；高耐磨钢。
3. 自学：超高强度合金钢；新型合金工具钢。
第五章--铸铁 1. 掌握：合金元素在钢中的作用；合金钢的分类及编号；低合金高强度钢；合金渗碳钢；合金调质钢；合金刃具钢；合金模具钢.2. 了解：合金弹簧钢；滚动轴承钢；量具钢；不锈钢；耐热钢；低温钢；高耐磨钢。
3. 自学：超高强度合金钢；新型合金工具钢。
第六章--有色金属及其合金1. 掌握：铝及铝合金；滑动轴承合金。
2. 了解：铜及铜合金；钛及钛合金。
机械工程材料课件10181
本章主要内容
过量变形 断裂 疲劳断裂 磨损失效 腐蚀失效 蠕变变形和断裂失效
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
外力去除 ？ 变形恢复
弹性变形：变形能够恢复 塑性变形：变形不能够恢复
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
3. 现代材料学
现代材料学是以金属学、高分子材料、陶瓷材料为基础， 研究所有固体材料的成分、组织和性能之间关系的的一门科学。
现代社会对材料的要求：具有高性能或具有特殊性能的金属、 非金属及复合材料。
一、材料科学与社会发展
信息社会的材料产业结构及材料发展趋势： 从工业社会向信息社会过渡中
产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密 集型发展
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
学习失效的目的
机械设计者→→为了防止零件失效 ↓ ↓
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件-对材料的性能要求→→正确选材→→制定 工艺路线→→确定失效的抗力指标
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
第一节 零件在常温静载下的过量变形
二. 静载性能指标
1. 刚度和强度指标 （2） 强度
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
是材料应力和应变成正比的最大应力 是不产生塑性变形的最大应力 是材料开始产生塑性变形的应力
是材料产生最大均匀塑性变形的应力 是材料发生断裂的应力
第一节 零件在常温静载下的过量变形
O
过量变形 断裂 疲劳断裂 磨损失效 腐蚀失效 蠕变变形和断裂失效
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
外力去除 ？ 变形恢复
弹性变形：变形能够恢复 塑性变形：变形不能够恢复
第一节 零件在常温静载下的过量变形
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
3. 现代材料学
现代材料学是以金属学、高分子材料、陶瓷材料为基础， 研究所有固体材料的成分、组织和性能之间关系的的一门科学。
现代社会对材料的要求：具有高性能或具有特殊性能的金属、 非金属及复合材料。
一、材料科学与社会发展
信息社会的材料产业结构及材料发展趋势： 从工业社会向信息社会过渡中
产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密 集型发展
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
学习失效的目的
机械设计者→→为了防止零件失效 ↓ ↓
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件-对材料的性能要求→→正确选材→→制定 工艺路线→→确定失效的抗力指标
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
第一节 零件在常温静载下的过量变形
二. 静载性能指标
1. 刚度和强度指标 （2） 强度
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
是材料应力和应变成正比的最大应力 是不产生塑性变形的最大应力 是材料开始产生塑性变形的应力
是材料产生最大均匀塑性变形的应力 是材料发生断裂的应力
第一节 零件在常温静载下的过量变形
O
机械工程材料ppt课件
13
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）
8
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。
12
+ 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。
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）
8
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。
机械工程材料培训课件
机械工程材料培训课件1. 概述机械工程材料是指用于制造机械和机械零件的材料。
机械工程材料的性能和质量直接影响着机械产品的性能和使用寿命。
本课程将向您介绍机械工程材料的基本知识，包括材料分类、性能评价、选择与应用等内容。
2. 机械工程材料的分类机械工程材料可分为金属材料和非金属材料两大类。
2.1 金属材料金属材料是指由金属元素组成的材料，具有良好的导热性、导电性和可塑性等特点。
常见的金属材料包括钢、铁、铜、铝等。
根据金属的组织结构和性能，金属材料可进一步分为：•铸造材料：包括铸铁、铝合金等，用于制造铸件。
•锻造材料：包括碳素钢、合金钢等，用于制造锻件。
•特种金属材料：包括钛合金、镍基合金等，具有特殊的物理和化学性能，用于制造特殊要求的零件。
2.2 非金属材料非金属材料是指由非金属元素或化合物组成的材料，具有较低的导热性和导电性，但具有良好的耐腐蚀性和绝缘性等特点。
常见的非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
根据非金属材料的结构和性质，非金属材料可进一步分为：•聚合物材料：包括聚乙烯、聚苯乙烯等塑料，用于制造各种塑料制品。
•复合材料：包括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，具有优良的强度和刚度，用于制造高性能零件。
•高分子材料：包括橡胶、硅胶等，具有良好的弹性和耐磨性，用于制造密封件和橡胶制品。
3. 机械工程材料的性能评价机械工程材料的性能评价是指对材料进行力学性能和物理性能测试，以评估材料的可靠性和适用性。
常用的性能评价指标包括：•强度：材料的抵抗外部力量的能力。
•韧性：材料在受力过程中能吸收的能量。
•硬度：材料的抵抗划伤和压痕的能力。
•耐磨性：材料的抵抗磨损和磨蚀的能力。
•耐腐蚀性：材料的抵抗腐蚀介质侵蚀的能力。
通过性能评价，可以选择合适的材料，确保机械产品在正常工作条件下具有良好的性能和寿命。
4. 机械工程材料的选择与应用在机械工程中，根据不同零件的功能和使用条件，选择合适的材料至关重要。
一般来说，选择合适的材料需要考虑以下几方面因素：•功能要求：根据零件的功能需求，如承载能力、密封性能等，选择具有相应性能的材料。
《机械工程材料》说课稿PPT29页
机械工程材料》说课稿21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。 24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。《机械工程材料》说课稿XX学院说课比赛 《机械工程材料》 一选自机电一体化专业 主讲人:XXX ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■量■■■ 说课提纲 、课程设置 二、教学内容 三、学情分析与教学设计 四、教学组织与实施
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
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
机械工程材料西安交大资料PPT课件
A
(WNi > 9%)
(3)形成致密氧化膜，如 Cr,Si,AL；
（4）形成稳定碳化物，防止晶间腐蚀。金属间化合物Ni3Al,Ni3(Ti,Nb) 。防止晶间 腐蚀，提高强度，Ti,Nb等。
二 常用不锈钢
1 马氏体型不锈钢 成分：Wc：0.1—1.0%， WCr:12—18% 特点：淬透性好，空冷可到马氏体.
2 奥氏体型不锈钢（用量最多，占65—70%； ）
典型成分：Wc: < 0.12% (称为18-8不锈钢）
WCr: 18%； WNi: 8%；
第19页/共21页
组织：单相A 固溶处理：加热至A体区快冷（水冷）。
性能：高塑性、高的低温韧性、高的加工硬化能力、焊接性能好、无磁性及高的 耐腐蚀性。 应用：化工行业居多，酸（硝酸、有机酸）、碱、盐工业中的机械零件。
Cr: --4% 提高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。 V：--1% 提高硬度和红硬性，细化晶粒（形成细少的高硬度的VC，改善韧性）
第14页/共21页
2 工艺路线（用高速钢W18Cr4V制造车刀）
下料
三镦三拔
锻造
球化退火
机加工
回火(三次）
成品
550-570°C
淬火
3 组织分析 M回（细针状） 碳化物（粒状） A’（很少量 ）
阻碍晶粒长大，细化奥氏体晶粒，
提高淬透性 （Co除外）；
提高回火抗力，防止回火脆性
使钢具有特殊的性能，耐热、抗腐 蚀、耐磨性能等；
提高强度硬度等性能，固溶强化， 第二相强化，细晶强化
第2页/共21页
二 合金钢的分类
1 合金钢的分类
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
机械制造技术基础西安交大通用课件
应用
常用于加工不同类型和尺寸的孔，如圆孔、方孔 、锥孔和螺纹孔等。
磨削加工
定义
01
磨削加工是一种使用磨床进行的金属切削加工方法，通过旋转
工件并沿轴向移动砂轮来去除材料。
应用
02
常用于加工各种形状的零件，如轴、套筒和圆盘等，也可用于
精加工已粗加工的零件。
类型
03
包括外圆磨、内圆磨、平面磨和成型磨等，分别用于加工不同
机械制造是国家安全的重要保 障，对于国防、航空航天、能
源等领域具有关键作用。
机械制造技术的发展历程
01
02
03
传统机械制造技术
现代机械制造技术
智能制造技术
以手工加工和简单机械加工为主，生产效 率低，精度不高。
以数控机床、加工中心、柔性制造系统等 为主，实现了自动化、高精度、高效率的 生产。
以物联网、大数据、人工智能等技术为基 础，实现生产过程的智能化、自适应化、 高效化。
根据加工方法和产品的不同，机械制造可分为金属切削加工、金属铸 造、金属压力加工、焊接、塑料加工等。
机械制造的重要性
01
满足社会需求
机械制造是现代工业社会的基 础，能够满足人们对于各种机
械设备的需求。
02
推动经济发展
机械制造是经济发展的重要支 柱，对于提高国家的工业水平
和综合实力具有重要作用。
03
保障国家安全
使用寿命和工件加工质量。
机床与夹具
01
02
03
机床
机床是用于切削加工的设 备，按其加工性质可分为 车床、铣床、钻床、磨床 等。
夹具
夹具是用于装夹工件的辅 助工具，以保证工件在加 工过程中的定位和固定， 提高加工精度和效率。
常用于加工不同类型和尺寸的孔，如圆孔、方孔 、锥孔和螺纹孔等。
磨削加工
定义
01
磨削加工是一种使用磨床进行的金属切削加工方法，通过旋转
工件并沿轴向移动砂轮来去除材料。
应用
02
常用于加工各种形状的零件，如轴、套筒和圆盘等，也可用于
精加工已粗加工的零件。
类型
03
包括外圆磨、内圆磨、平面磨和成型磨等，分别用于加工不同
机械制造是国家安全的重要保 障，对于国防、航空航天、能
源等领域具有关键作用。
机械制造技术的发展历程
01
02
03
传统机械制造技术
现代机械制造技术
智能制造技术
以手工加工和简单机械加工为主，生产效 率低，精度不高。
以数控机床、加工中心、柔性制造系统等 为主，实现了自动化、高精度、高效率的 生产。
以物联网、大数据、人工智能等技术为基 础，实现生产过程的智能化、自适应化、 高效化。
根据加工方法和产品的不同，机械制造可分为金属切削加工、金属铸 造、金属压力加工、焊接、塑料加工等。
机械制造的重要性
01
满足社会需求
机械制造是现代工业社会的基 础，能够满足人们对于各种机
械设备的需求。
02
推动经济发展
机械制造是经济发展的重要支 柱，对于提高国家的工业水平
和综合实力具有重要作用。
03
保障国家安全
使用寿命和工件加工质量。
机床与夹具
01
02
03
机床
机床是用于切削加工的设 备，按其加工性质可分为 车床、铣床、钻床、磨床 等。
夹具
夹具是用于装夹工件的辅 助工具，以保证工件在加 工过程中的定位和固定， 提高加工精度和效率。
机械工程材料培训课件
n
n 课堂教学 n 绪论、金属材料的性能: n 金属的结构与结晶： n 金属的塑 性变形与再结晶： n 铁碳合金相图 n 钢的热处理： n 工业用钢： n 铸铁： n 有色金属及其合金： n 非金属材料及复合材料: n 机械零件的选材与工艺分析；
n 实验教学
本科 26学时 1学时 2学时 2学时 5学时 4学时 4学时 2学时 2学时 2学时 2学时 6学时
•1.1.1 晶体结构的基本概念
晶格参数——晶格的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a 、b、c和三条棱边之间的夹角、、 六个参数来描述
晶格常数－－a、b、c。
•图1-2 晶格参数
•1.1.2 三种常见的金属晶体结 构
体心立方晶格------金属中如Ti、V、Cr、Mo、W及-Fe等属此种晶格。 面心立方晶格------金属中如Al、Mn、Ni、Cu、Ag、Pt、Au、Pb 及-Fe等属此种晶格。 密排六方晶格------金属中如Zn、Mg、Be、Cd、 -Ti及 -Co等等属此种晶格。
•面心立方晶格
密排六方晶格
•表1—1 三种典型金属晶体结构的特征 晶格类型 晶胞中的原子数 原子半径 配位数
致密度
体心立方
2
8
0.68
面心立方
4
12
0.74
密排六方
6
12
0.74
1.1.4 晶面、晶向及晶体的各向异性
（1） 晶面------晶体中通过原子中心的平面 。 晶面指数------用以表示晶面的数字符号称为晶面指数（hkl）。 晶面指数的确定： ① 设定一空间坐标系，原点位于待定晶面之外。 ② 求出待定晶面在各坐标轴上的截距为：1 1 ∞ 、1 1 。 ③ 取截距的倒数：1 1 0、1 1 2。 ④ 将截距的倒数化为最小整数，放在圆括号内。
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断面收缩
3 硬度
硬度：表征材料软硬程度的一种性能。 硬度指标：物理意义与试验方法有关
• 滑痕法硬度值（莫氏硬度） • 弹性回跳法硬度值（肖氏硬度） • 压入法硬度值（工业中应用广泛） 布氏硬度（HBS)淬火钢球 洛氏硬度(HRC)（锥角为120°的金刚石圆锥体） 维氏硬度(HV)（锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压
2 失效的定义和形式
定义: 零件失去设计所要求的效能 （功能）称为失效。
常见的失效形式：过量变形、断裂、 磨损、腐蚀
第一节 零件在常温静载下的过量变形
问题
• 材料的静载性能指标有哪些? • 什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性
变形的原因是什么?设计时应选择什么性 能指标? • 发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指 标有哪些?
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
强度和塑性指标：屈服强度 和塑性用于一般零件的抗断 裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承、活塞环 等.
第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂
问题
1 断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？ 2 断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断
2 电化学腐蚀
条件：存在电极电位差，并且相互接触并处于相互 联通的电介质溶液中形成微电池。
电化学腐蚀的过程
• 阳极：失去电子，MM n++ne(被腐蚀） • 阴极：发生析氢反应或者吸氧反应
三、零件防止腐蚀的措施
• 对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择 抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷 材料等；零件表面涂层。
疲劳曲线
疲劳极限
条件疲劳 极限
图1－11 两种类型的疲劳曲线
a)钢铁材料 b)部分有色金属（如铝合金）
过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作 用下发生疲劳断裂的循环周次。
N1,N2,N3,N4都是过载持久值
疲劳曲线
高周疲劳：Nf>105 低周疲劳: Nf<105
四、影响疲劳抗力的因素
1 载荷类型 2 材料本质 3 零件表面状态 4 工作温度 5 腐蚀介质
3 疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩 展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断是 否发生疲劳断裂。
第四节 零件的磨损失效
本节主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳 磨损的发生过程、机理以及防止措施。
一、磨损的基本概念 1 产生磨损的条件 2 磨损的定义：在摩擦过程中零件表面发生尺寸
变化和物质耗损的现象叫做磨损。
要求：主要保证力学性能，在牌号上直接体现。不经过热处 理，直接在供应状态下用
牌号
Q 数字
例 Q275, Q210 子 Q数字-A(B,C,D)·F(b)
“屈”的汉语 拼音第一个字
母、
屈服强 度
A,B,C,D 钢的含硫、磷量依次降低，质量变好 F 沸腾钢 b 表示半镇定钢
，符号为
s
T
（2）给定温度下，在规定时间内使试样产生一定
蠕变总变形量d的应力值，符号为：s
T d
/
t
2 持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂 的能力。 表示方法：用给定温度和规定时间内试样发生断 裂时的应力表示，sTt t---时间；T----温度；
四、高温下零件的失效和防止
高温下零件的失效形式：过量塑性变形（蠕变变形）、断裂、 磨损、氧化腐蚀等。
防止措施：正确选材；（选熔点高、组织稳定的材料） 表面处理（表面渡硬铬、热喷涂铝和陶瓷等）
第一章 的作业
• 习题与思考题 1 、3、4、5、9、12、13
第二章 碳 钢
碳钢：以铁、碳为主要成分的合金。
合金：指通过熔炼、烧结或者其它方法， 将一种合金元素和另一种或者几种元素 结合在一起形成具有金属特性的新物质。
吸收能量的能力。
韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌
韧性 断口
脆性 断口
二、冲击韧性及衡量指标
1 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综 合表现。
2 衡量指标：冲击吸收功Ak 冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk )
3 应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结 合用于一般零件抗断裂设计。
头
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
（1）零构件发生过量弹性变形失效： Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 或者 q [q] （扭转条件下） （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
2 过量塑性变形及抗力指标
（1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑性
变形的能力不够 （3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服极
限
总结
零构件发生过弹性变形的原因：刚度不足 抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
强 调！ 金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、 冷变形等方法改变。
本节中 所讲的 材料的 力学性 能指标 及应用
刚度：在设计中，考虑构件在 受力时发生的弹性变形量，需 要用刚度。主要力学性能是材 料的弹性模量。如镗床的镗杆、 齿轮轴等
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被划 伤
（4）防止措施
提高表面硬度（从选材方面）； 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
3 接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）
（1）定义：零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交 变接触压应力的长期作用下引起的表面疲劳剥落破坏的 现象。
（2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
（3）主要防止措施 提高材料硬度；提高材料纯度；提高零件心部和表面强度； 减小表面粗糙度。
总结
• 磨损是机械零件常见的一种失效形式， 总是从零件表面开始发生。各种磨损的 过程和机理不同，因此其主要的预防措 施也不同。
• 提高零件表面硬度，合理设计减小压应 力，以及提高表面光洁度等对降低磨损 都有利。
（4）防止措施 合理选材，摩擦幅配对材料选用硬度差较大的异类 材料； 提高表面硬度； 合理设计减小接触压应力； 减小表面粗糙度。
2 磨粒磨损 （1）定义：又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件
表面存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变 形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而导致 零件表面逐渐损耗的一种磨损。
（2）过程
二 蠕变和蠕变曲线
1 蠕变：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑 性变形的现象称为蠕变。
2 蠕变曲线
I 减速蠕变阶段 II 恒速蠕变阶段 III 加速蠕变阶段
三、评价材料高温力学性能的指标
1 蠕变极限：是高温长期载荷作用下材料对塑性变 形的抗力指标。
表示方法（1）在规定温度下使试样产生规定稳
态蠕变速率的应力值
第一章 机械零件的失效分析
本章主要内容
零件的过量变形以及性能指标 零件的断裂及性能指标 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标 零件的磨损失效以及防止 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效
关于失效的基本概念
1 零件（构件）的功能 （1）在一定的压力、温度、介质下，保持
规定的形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。
二、磨损的过程和机理
1 粘着磨损 （1）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦
幅的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑 动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来 或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。
滑动
（2）过程
局部粘着
粘着处 被撕掉
金属表面被 划伤或者金 属屑粒脱落
（3）粘着磨损的特点：磨损速度大；破坏严重。
3 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、 最后断裂。
二、疲劳断口的特点
示意图
疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌
一个疲 劳源
疲 劳 源 区
疲劳 条纹
疲 劳 裂 纹 扩 展 区
两个疲 劳源
微裂纹
三、疲劳抗力指标
疲劳极限
无裂纹构件的疲劳抗力指标： 过载持久值
疲劳极限：材 料经过无限次 应力循环不发 生断裂的最大 应力。对应于 疲劳曲线上水 平部分对应的 应力值。
3 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和 火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、 大型发电机转子等。
四、影响脆性断裂的因素
• 加载方式 • 材料本质
• 温度和加载速度
• 应力集中 • 零件尺寸
总结
• 材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂
• 材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材 料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价 材料韧性的好坏，也可用于一般零件的抗断裂 设计；断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆性断 裂的设计。
• 对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表 面涂层；电化学保护；加缓蚀剂
第六节 零件在高温下的蠕变变形和 断裂失效
问题 •金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？ •什么是材料的蠕变？ •评价金属材料高温力学性能指标有哪些？ •高温下零件的失为
1 材料的强度随温度的升高而降抵。 2 高温下材料的强度随时间的延长而降抵。 3 高温下材料的变形量随时间的延长而增加。
一、材料的静载性能指标
• 刚度和强度指标 • 弹性和塑性指标 • 硬度指标 • 韧性指标（放在断裂中讲）
1、刚度
• 刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。 等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
• 刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。 （在同样的载荷下）
2、强度、弹性塑性指标
试样的静拉伸过程
弹性变形
• 材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等 方法改变。
第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂
问题 1 什么是疲劳断裂？ 2 疲劳断口由哪几个部分组成？ 3 疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使
3 硬度
硬度：表征材料软硬程度的一种性能。 硬度指标：物理意义与试验方法有关
• 滑痕法硬度值（莫氏硬度） • 弹性回跳法硬度值（肖氏硬度） • 压入法硬度值（工业中应用广泛） 布氏硬度（HBS)淬火钢球 洛氏硬度(HRC)（锥角为120°的金刚石圆锥体） 维氏硬度(HV)（锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压
2 失效的定义和形式
定义: 零件失去设计所要求的效能 （功能）称为失效。
常见的失效形式：过量变形、断裂、 磨损、腐蚀
第一节 零件在常温静载下的过量变形
问题
• 材料的静载性能指标有哪些? • 什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性
变形的原因是什么?设计时应选择什么性 能指标? • 发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指 标有哪些?
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
强度和塑性指标：屈服强度 和塑性用于一般零件的抗断 裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承、活塞环 等.
第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂
问题
1 断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？ 2 断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断
2 电化学腐蚀
条件：存在电极电位差，并且相互接触并处于相互 联通的电介质溶液中形成微电池。
电化学腐蚀的过程
• 阳极：失去电子，MM n++ne(被腐蚀） • 阴极：发生析氢反应或者吸氧反应
三、零件防止腐蚀的措施
• 对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择 抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷 材料等；零件表面涂层。
疲劳曲线
疲劳极限
条件疲劳 极限
图1－11 两种类型的疲劳曲线
a)钢铁材料 b)部分有色金属（如铝合金）
过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作 用下发生疲劳断裂的循环周次。
N1,N2,N3,N4都是过载持久值
疲劳曲线
高周疲劳：Nf>105 低周疲劳: Nf<105
四、影响疲劳抗力的因素
1 载荷类型 2 材料本质 3 零件表面状态 4 工作温度 5 腐蚀介质
3 疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩 展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断是 否发生疲劳断裂。
第四节 零件的磨损失效
本节主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳 磨损的发生过程、机理以及防止措施。
一、磨损的基本概念 1 产生磨损的条件 2 磨损的定义：在摩擦过程中零件表面发生尺寸
变化和物质耗损的现象叫做磨损。
要求：主要保证力学性能，在牌号上直接体现。不经过热处 理，直接在供应状态下用
牌号
Q 数字
例 Q275, Q210 子 Q数字-A(B,C,D)·F(b)
“屈”的汉语 拼音第一个字
母、
屈服强 度
A,B,C,D 钢的含硫、磷量依次降低，质量变好 F 沸腾钢 b 表示半镇定钢
，符号为
s
T
（2）给定温度下，在规定时间内使试样产生一定
蠕变总变形量d的应力值，符号为：s
T d
/
t
2 持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂 的能力。 表示方法：用给定温度和规定时间内试样发生断 裂时的应力表示，sTt t---时间；T----温度；
四、高温下零件的失效和防止
高温下零件的失效形式：过量塑性变形（蠕变变形）、断裂、 磨损、氧化腐蚀等。
防止措施：正确选材；（选熔点高、组织稳定的材料） 表面处理（表面渡硬铬、热喷涂铝和陶瓷等）
第一章 的作业
• 习题与思考题 1 、3、4、5、9、12、13
第二章 碳 钢
碳钢：以铁、碳为主要成分的合金。
合金：指通过熔炼、烧结或者其它方法， 将一种合金元素和另一种或者几种元素 结合在一起形成具有金属特性的新物质。
吸收能量的能力。
韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌
韧性 断口
脆性 断口
二、冲击韧性及衡量指标
1 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综 合表现。
2 衡量指标：冲击吸收功Ak 冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk )
3 应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结 合用于一般零件抗断裂设计。
头
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
（1）零构件发生过量弹性变形失效： Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 或者 q [q] （扭转条件下） （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
2 过量塑性变形及抗力指标
（1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑性
变形的能力不够 （3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服极
限
总结
零构件发生过弹性变形的原因：刚度不足 抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
强 调！ 金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、 冷变形等方法改变。
本节中 所讲的 材料的 力学性 能指标 及应用
刚度：在设计中，考虑构件在 受力时发生的弹性变形量，需 要用刚度。主要力学性能是材 料的弹性模量。如镗床的镗杆、 齿轮轴等
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被划 伤
（4）防止措施
提高表面硬度（从选材方面）； 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
3 接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）
（1）定义：零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交 变接触压应力的长期作用下引起的表面疲劳剥落破坏的 现象。
（2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
（3）主要防止措施 提高材料硬度；提高材料纯度；提高零件心部和表面强度； 减小表面粗糙度。
总结
• 磨损是机械零件常见的一种失效形式， 总是从零件表面开始发生。各种磨损的 过程和机理不同，因此其主要的预防措 施也不同。
• 提高零件表面硬度，合理设计减小压应 力，以及提高表面光洁度等对降低磨损 都有利。
（4）防止措施 合理选材，摩擦幅配对材料选用硬度差较大的异类 材料； 提高表面硬度； 合理设计减小接触压应力； 减小表面粗糙度。
2 磨粒磨损 （1）定义：又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件
表面存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变 形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而导致 零件表面逐渐损耗的一种磨损。
（2）过程
二 蠕变和蠕变曲线
1 蠕变：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑 性变形的现象称为蠕变。
2 蠕变曲线
I 减速蠕变阶段 II 恒速蠕变阶段 III 加速蠕变阶段
三、评价材料高温力学性能的指标
1 蠕变极限：是高温长期载荷作用下材料对塑性变 形的抗力指标。
表示方法（1）在规定温度下使试样产生规定稳
态蠕变速率的应力值
第一章 机械零件的失效分析
本章主要内容
零件的过量变形以及性能指标 零件的断裂及性能指标 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标 零件的磨损失效以及防止 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效
关于失效的基本概念
1 零件（构件）的功能 （1）在一定的压力、温度、介质下，保持
规定的形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。
二、磨损的过程和机理
1 粘着磨损 （1）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦
幅的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑 动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来 或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。
滑动
（2）过程
局部粘着
粘着处 被撕掉
金属表面被 划伤或者金 属屑粒脱落
（3）粘着磨损的特点：磨损速度大；破坏严重。
3 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、 最后断裂。
二、疲劳断口的特点
示意图
疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌
一个疲 劳源
疲 劳 源 区
疲劳 条纹
疲 劳 裂 纹 扩 展 区
两个疲 劳源
微裂纹
三、疲劳抗力指标
疲劳极限
无裂纹构件的疲劳抗力指标： 过载持久值
疲劳极限：材 料经过无限次 应力循环不发 生断裂的最大 应力。对应于 疲劳曲线上水 平部分对应的 应力值。
3 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和 火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、 大型发电机转子等。
四、影响脆性断裂的因素
• 加载方式 • 材料本质
• 温度和加载速度
• 应力集中 • 零件尺寸
总结
• 材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂
• 材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材 料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价 材料韧性的好坏，也可用于一般零件的抗断裂 设计；断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆性断 裂的设计。
• 对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表 面涂层；电化学保护；加缓蚀剂
第六节 零件在高温下的蠕变变形和 断裂失效
问题 •金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？ •什么是材料的蠕变？ •评价金属材料高温力学性能指标有哪些？ •高温下零件的失为
1 材料的强度随温度的升高而降抵。 2 高温下材料的强度随时间的延长而降抵。 3 高温下材料的变形量随时间的延长而增加。
一、材料的静载性能指标
• 刚度和强度指标 • 弹性和塑性指标 • 硬度指标 • 韧性指标（放在断裂中讲）
1、刚度
• 刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。 等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
• 刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。 （在同样的载荷下）
2、强度、弹性塑性指标
试样的静拉伸过程
弹性变形
• 材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等 方法改变。
第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂
问题 1 什么是疲劳断裂？ 2 疲劳断口由哪几个部分组成？ 3 疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使