工程材料性能及应用简介(绪论)
合集下载
机械工程材料-绪论-第一章
.
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
2 （1）零构件发生过量弹性变形失效： 3 Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 4 或者 q [q] （扭转条件下） 5 （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 6 （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
3 （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 4 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
，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。
3 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；
三、高温下零件的失效和防止
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
.
三、 学习《机械工程材料》的目的
（1） 获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知 识，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围；
（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根 据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材；
.
第五节 零件的腐蚀失效
问题 1 什么是腐蚀？可分为几类？ 2 高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热
钢为什么具有抗高温氧化能力？ 3 发生电化学腐蚀的条件是什么？ 4 改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么
.
一、腐蚀的定义和分类
1 腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反 应或者电化学反应所引起的表面损伤现 象。
5 （2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
2 （1）零构件发生过量弹性变形失效： 3 Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 4 或者 q [q] （扭转条件下） 5 （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 6 （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
3 （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 4 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
，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。
3 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；
三、高温下零件的失效和防止
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
.
三、 学习《机械工程材料》的目的
（1） 获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知 识，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围；
（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根 据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材；
.
第五节 零件的腐蚀失效
问题 1 什么是腐蚀？可分为几类？ 2 高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热
钢为什么具有抗高温氧化能力？ 3 发生电化学腐蚀的条件是什么？ 4 改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么
.
一、腐蚀的定义和分类
1 腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反 应或者电化学反应所引起的表面损伤现 象。
5 （2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
土木工程材料(绪论)
承重结构材料如钢筋、混凝土等
具有特殊如防水、装饰、绝热材料等
二、土木工程材料的分类 (1) 按材料在工程中的功能分类 结构材料 它们在建筑中承受各种荷载，起骨架 作用，其质量好坏直接危及结构安全，属 于这类材料的有钢材、水泥混凝土等。
二、土木工程材料的分类
围护与隔绝材料 它们在建筑中起围护与隔绝作用，以
•10 [香港]中国银行大厦
一、土木工程材料在工程中的地位和作用 • 材料的质量直接关系到工程的质量
例如:记忆深刻的1998年抗洪救灾，长江流域发生了千年 一遇的洪水。南京九江大堤决口，原因是防洪大堤的 防渗墙应采用水泥浆，结果用泥浆替代。朱镕基怒斥 为“豆腐渣工程”。 例如:重庆綦门垮桥事故 。 1999年1月4日18时52分，横 跨重庆綦江县新旧城区的虹桥随着一声巨响在一瞬间 全部塌垮据不完全统计，这次人行桥梁塌垮事故至少 造成24人死亡，11名武警士兵和部分群众下落不明， 14人受轻重伤。
楼脆脆
楼歪歪
一、土木工程材料在工程中的地位和作用的分类 通过对诸多工程事故的分析，工程质 量与材料有关的比例是相当高的。主要表
现在以次充好，偷工减料，选择、使用材
料不当等原因。
二、土木工程材料的分类
土木工程材料品种繁多，我们可按不同原则进行分
类：
化学成分
无机材料
有机材料 复合材料
建筑结构材料 功能 建筑功能材料
四、土木工程材料的标准化
• 各级标准均有相应的代号，其表示方法由 标准名称、标准代号、发布顺序号和发布 年号组成。例如：
《烧结普通砖》GB/T 5101－1998
发布年号：1998年 发布顺序号：5101 推荐标准：T 标准代号：GB 标准名称：烧结普通砖
土木工程材料教材：绪论及第一章土木工程材料的基本性质
一般硬度越大耐磨性越章 土木工程材料的基本性质
§1-3 材料与水有关的性质
一、材料的亲水性与憎水性： 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现 为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。 润湿角： θ
θ≤90o 亲水材料 90o＜ θ≤180o 憎水材料
体积吸水率:
WV
m
b
mg V0
W
100 % Wm 0
mb——吸水饱和后质量 mg ——干燥状态下质量 V0——干燥时自然体积 0 ——干燥时体积密度
第一章 土木工程材料的基本性质
2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。
含水率
Wh ms mg mg 100%
绪
论
20世纪——预应力混凝土、高分子材料 21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材
2、土木工程材料的发展趋势： （1）轻质、高强；（2）发展多功能材料； （3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展 （5）扩大装配式预制构件的工厂化生产； （6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环 保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。
例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状
态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，
烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙 率、闭口孔隙率。
解：密度=干质量/密实状态下的体积
=82.30/40×（1-0.24）=2.7g/cm3 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积
第一章 土木工程材料的基本性质
2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用 耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的 部位，选择材料需考虑其耐磨性）。
§1-3 材料与水有关的性质
一、材料的亲水性与憎水性： 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现 为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。 润湿角： θ
θ≤90o 亲水材料 90o＜ θ≤180o 憎水材料
体积吸水率:
WV
m
b
mg V0
W
100 % Wm 0
mb——吸水饱和后质量 mg ——干燥状态下质量 V0——干燥时自然体积 0 ——干燥时体积密度
第一章 土木工程材料的基本性质
2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。
含水率
Wh ms mg mg 100%
绪
论
20世纪——预应力混凝土、高分子材料 21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材
2、土木工程材料的发展趋势： （1）轻质、高强；（2）发展多功能材料； （3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展 （5）扩大装配式预制构件的工厂化生产； （6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环 保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。
例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状
态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，
烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙 率、闭口孔隙率。
解：密度=干质量/密实状态下的体积
=82.30/40×（1-0.24）=2.7g/cm3 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积
第一章 土木工程材料的基本性质
2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用 耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的 部位，选择材料需考虑其耐磨性）。
建筑工程材料性能与应用概览
• 环境影响与可持续性：采用环保型混凝土，减少水泥用量，增加工业废渣利用率，降低碳排 放，符合绿色建筑标准。
3/13
钢材应用
• 结构钢的种类：包括碳素钢、合金钢等，每种钢材因其化学成分不同而具有独特的机械性能 和适用范围。
• 焊接与连接技术：采用电弧焊、激光焊等方法，确保结构件的牢固连接，同时保证焊接质量 以避免应力集中和裂纹产生。
天花板与隔断
• 吊顶材料的防火性能：采用 A 级不燃材料，有效阻隔火势蔓延，保障建筑内部安全。 • 吊顶材料的隔音性能：通过吸音棉等隔音材料的嵌入，降低噪音传播，提升室内环境的舒适
度。 • 玻璃隔断的采光效果：利用透明或半透明玻璃材质，增加自然光线渗透，营造明亮通透的空
间感。 • 玻璃隔断的美观设计：结合现代设计理念，玻璃表面可进行磨砂、喷绘等艺术加工，增添空
建筑工程材料性能与应用概览
Overview
1. 结构工程材料篇 2. 装饰装修材料篇 3. 防水保温材料篇
2/13
结构工程材料篇
混凝土材料
• 强度等级与适用范围：混凝土根据抗压强度分为不同等级，适用于各类建筑结构，从普通住 宅到大型桥梁，确保结构稳定与安全。
• 耐久性与维护要求：优质混凝土具有良好的耐久性，能抵抗风化、腐蚀。定期检查裂缝和渗 漏，及时修补，延长使用寿命。
• 耐用性与舒适度：地板材料需平衡耐磨性和脚感，硬木与复合地板兼具自然美感和适度弹性， 适合家庭与商业空间。
• 隔音与保暖：地毯以其卓越的吸音特性及保温效果，成为卧室与会议室的首选，尤其适用于 寒冷地区。
• 保养与修复：石材地面虽显豪华，但需定期打蜡抛光以维持光泽，裂缝修复技术可延长其使 用寿命。
7/13
• 屋顶保温材料的热工性能：屋顶保温材料需具备低导热系数和高抗压强度，以确保隔热效果 并承受屋面荷载，常用的如聚氨酯泡沫板。
3/13
钢材应用
• 结构钢的种类：包括碳素钢、合金钢等，每种钢材因其化学成分不同而具有独特的机械性能 和适用范围。
• 焊接与连接技术：采用电弧焊、激光焊等方法，确保结构件的牢固连接，同时保证焊接质量 以避免应力集中和裂纹产生。
天花板与隔断
• 吊顶材料的防火性能：采用 A 级不燃材料，有效阻隔火势蔓延，保障建筑内部安全。 • 吊顶材料的隔音性能：通过吸音棉等隔音材料的嵌入，降低噪音传播，提升室内环境的舒适
度。 • 玻璃隔断的采光效果：利用透明或半透明玻璃材质，增加自然光线渗透，营造明亮通透的空
间感。 • 玻璃隔断的美观设计：结合现代设计理念，玻璃表面可进行磨砂、喷绘等艺术加工，增添空
建筑工程材料性能与应用概览
Overview
1. 结构工程材料篇 2. 装饰装修材料篇 3. 防水保温材料篇
2/13
结构工程材料篇
混凝土材料
• 强度等级与适用范围：混凝土根据抗压强度分为不同等级，适用于各类建筑结构，从普通住 宅到大型桥梁，确保结构稳定与安全。
• 耐久性与维护要求：优质混凝土具有良好的耐久性，能抵抗风化、腐蚀。定期检查裂缝和渗 漏，及时修补，延长使用寿命。
• 耐用性与舒适度：地板材料需平衡耐磨性和脚感，硬木与复合地板兼具自然美感和适度弹性， 适合家庭与商业空间。
• 隔音与保暖：地毯以其卓越的吸音特性及保温效果，成为卧室与会议室的首选，尤其适用于 寒冷地区。
• 保养与修复：石材地面虽显豪华，但需定期打蜡抛光以维持光泽，裂缝修复技术可延长其使 用寿命。
7/13
• 屋顶保温材料的热工性能：屋顶保温材料需具备低导热系数和高抗压强度，以确保隔热效果 并承受屋面荷载，常用的如聚氨酯泡沫板。
工程材料-详细介绍
铁碳合金的分类
–
–
工业纯铁 钢
亚共析钢 共析钢 过共析钢 亚共晶白口铁 共晶白口铁 过共晶白口铁
–
白口铁
典型铁碳合金的结晶过程
–
共析钢( Wc = 0.77% )
–
亚共析钢( Wc = 0.45% )
–
过共析钢( Wc = 1.2% )
–
共晶白口铁( Wc = 4.3% )
静拉伸试验 (Tensile test)
– –
–
测量材料抵抗缓慢增加的拉力作用时表现出来的性 能，包括弹性、刚度、强度以及塑性。 应力 (stress)：单位面积上试样承受的载荷，用试样 承受的载荷除以试样的原始横截面积表示，单位： 帕斯卡。 应变 (strain)：单位长度的伸长量，用试样的伸长量 除以试样的原始标距表示。
金属的热加工(hot working)
–
–
热加工的概念 热加工对金属组织和性能的影响
细化晶粒，改善机械性能 消除铸态组织缺陷 形成“锻造流线”
二元合金相图
合金的相结构
– –
基本概念
合金(alloy)、组元(component)、相(phase)
晶格结构与溶剂相同 间隙固溶体、置换固溶体 固溶体的溶解度 组元间以化合键结合，晶格类型与组元不同 熔点高、硬度高、脆性大
拉伸试验机 拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– –
–
–
弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 弹性模量 (Young’s modulus)：弹性下应力与应变的 比值，表示材料抵抗弹性变形的能力。
工程材料绪论全解PPT课件
石器
陶器
瓷器 4
我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水 平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750 N, 外型尺寸为1.33 m×0.78 m×1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战 国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。
1、离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变
成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力 相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。NaCl、CaO 、Al2O3等由离子键组成。
离子键的结合力很大，因此离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键 中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子 的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以
工程材料课程介绍
工程材料课程是高等院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课。课程的任务是从机械工 程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与 性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力 。
近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果。 ➢ 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢； ➢ 研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)； ➢ 镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。 ➢ 材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。
第一章绪论习题答案(建筑材料)
第一章绪论习题1．建筑工程材料主要有哪些类别?1）按使用功能分类根据建筑材料在建筑物中的部位或使用性能，大体上可分为三大类，即建筑结构材料、墙体材料和建筑功能材料。
根据材料的化学成分，可分为有机材料、无机材料以及复合材料三大类2．建筑工程材料的发展趋势如何?1．生产所用的原材料要求充分利用工业废料、能耗低、可循环利用、不破坏生态环境、有效保护天然资源。
2．生产和使用过程不产生环境污染，即废水、废气、废渣、噪音等零排放。
3．做到产品可再生循环和回收利用。
4．产品性能要求轻质、高强、多功能，不仅对人畜无害，而且能净化空气、抗菌、防静电、防电磁波等等。
5．加强材料的耐久性研究和设计。
6．主产品和配套产品同步发展，并解决好利益平衡关系。
第二章习题一、选择题1.脆性材料的如下特征，其中何者是正确的？_a_______A．破坏前无明显变形 B．抗压强度与抗拉强度均较高C．抗冲击破坏时吸收能量大 D．受力破坏时，外力所做的功大2.材料的密度指的是_c_______。
A.在自然状态下，单位体积的质量B.在堆积状态下，单位体积的质量C.在绝对密实状态下，单位体积的质量D.在材料的体积不考虑开口孔在内时，单位体积的质量3.材料在空气中能吸收空气中水分的能力称为_b_______。
A.吸水性B.吸湿性C.耐水性D.渗透性4．孔隙率增大，材料的____b____降低。
A、密度B、表观密度C、憎水性D、抗冻性5．材料在水中吸收水分的性质称为____a____。
A、吸水性B、吸湿性C、耐水性D、渗透性6．含水率为10%的湿砂220g，其中水的质量为____a____。
A、19.8gB、22gC、20gD、20.2g7．材料的孔隙率增大时，其性质保持不变的是___c_____。
A、表观密度B、堆积密度C、密度D、强度8普通混凝土标准试件经28d标准养护后测得抗压强度为22.6MPa，同时又测得同批混凝土水饱和后的抗压强度为21.5MPa，干燥状态测得抗压强度为24.5MPa 。
《工程材料的性能》PPT课件
化工学院
§1-3 断裂韧性
有的大型转动零件、高压容器、桥梁等，常在其工件应力远低于屈服 点σ s的情况下突然发生低应力脆断。产生这种现象的原因与机件内部存 在着微裂纹和其它缺陷以及它们的扩展。 材料中存在裂纹时，在裂纹尖端就会产生应力集中，从而形成裂纹尖 端应力场，按断裂力学分析，应力场的大小可用应力强度因子K1来描述， 其单位为MPa ·m1/2，脚标Ｉ表示Ｉ型裂纹强度因子。
第一章 工程材料的性能
引言：
1、金属材料的性能 使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
2、金属材料力学性能 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有弹性、刚度、
5、F1点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。
化工学院
§1-1 刚度、强度与塑性
二、弹性、强度和刚度
弹性是材料即刻恢复原状，不产生永久变形的性能。 刚度表征材料弹性变形抗力的大小。
1、弹性模量
E =σ /ε σ 符号： 材料产生弹性变形现象时的应力
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表示。 如：120HBS 500HBW 3、优缺点
（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
化工学院
§1-1 静载荷时材料的力学性能
引言：
硬度
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
§1-3 断裂韧性
有的大型转动零件、高压容器、桥梁等，常在其工件应力远低于屈服 点σ s的情况下突然发生低应力脆断。产生这种现象的原因与机件内部存 在着微裂纹和其它缺陷以及它们的扩展。 材料中存在裂纹时，在裂纹尖端就会产生应力集中，从而形成裂纹尖 端应力场，按断裂力学分析，应力场的大小可用应力强度因子K1来描述， 其单位为MPa ·m1/2，脚标Ｉ表示Ｉ型裂纹强度因子。
第一章 工程材料的性能
引言：
1、金属材料的性能 使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
2、金属材料力学性能 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有弹性、刚度、
5、F1点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。
化工学院
§1-1 刚度、强度与塑性
二、弹性、强度和刚度
弹性是材料即刻恢复原状，不产生永久变形的性能。 刚度表征材料弹性变形抗力的大小。
1、弹性模量
E =σ /ε σ 符号： 材料产生弹性变形现象时的应力
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表示。 如：120HBS 500HBW 3、优缺点
（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
化工学院
§1-1 静载荷时材料的力学性能
引言：
硬度
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。