機械工程材料及熱處理主編：趙程緒論第一章工程材料的力學性能第二章金屬材料的基礎知識第三章金屬的塑性變形與再結晶第四章鋼的熱處理第五章金屬材料第六章非金屬材料第七章機械零件的失效與選材第八章新材料和新工藝緒論1.1材料與人類文明1.2工程材料的分類1.3課程性質(zhì)與任務三、材料科學技術――現(xiàn)代文明的支柱之一

支撐人類文明大廈的四大支柱技術：材料科學與技術生物科學與技術能源科學與技術信息科學與技術§1.2工程材料的分類一、按來源分為天然材料和人工材料二、按化學成分、結合鍵的特點分為：

1、金屬材料

（1）黑色金屬：是指鐵和以鐵為基的合金材料，即鋼鐵材料，它占金屬材料總量的95％以上。（2）有色金屬：是指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料。2、非金屬材料（1）陶瓷材料：是指硅酸鹽、金屬與非金屬的氧化物、氮化物、碳化物等。（2）高分子材料：又稱聚合物材料，主要成分為碳和氫。主要有橡膠、塑料、合成纖維和膠粘劑等。3、復合材料

：是指把兩種或兩種以上具有不同性質(zhì)或不同組織結構的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構成的新型材料。有樹脂基、金屬基和陶瓷基復合材料。

§1.3課程性質(zhì)與任務1、性質(zhì)在機械設計過程中不可避免地要對工程材料的選擇、應用與加工等問題進行科學系統(tǒng)的分析并予以全面正確的解決?！皺C械工程材料”課程是機械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。2、任務通過本課程的學習使學生在獲得工程材料一般知識的基礎上，了解常用材料成分、組織、性能和加工工藝之間的關系及其用途，從而使其初步具備合理選擇材料和使用材料、正確選擇加工方法及安排制定加工工藝路線的能力，也為后繼有關課程的學習奠定必要的材料學基礎?！?.1材料的強度與塑性1.拉伸試驗及拉伸曲線2.拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義1.1材料的強度與塑性一、靜載單向靜拉伸應力――應變曲線1.拉伸試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d01.1材料的強度與塑性3.曲線分為四階段：1）階段I（ope）――彈性變形階段p:Fp

，e:Fe（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）op段：△L∝P

直線階段pe段：極微量塑性變形（0.001--0.005%)2）階段II（ess’）段――屈服變形S:屈服點

Fs3）階段III（s’b）段――均勻塑性變形階段b:

Fb

材料所能承受的最大載荷

4）階段IV(bK)段――局部集中塑性變形－－頸縮

鑄鐵、陶瓷：只有第I階段中、高碳鋼：沒有第II階段

1.1材料的強度與塑性二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義1．剛度

剛度：材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。E=σ/ε彈性模量

GPa,MPa

本質(zhì)是：反映了材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度，組織不敏感的力學指標。

2.強度：材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。

屈服強度s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。即在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應力。1.1材料的強度與塑性條件屈服強度0.2：對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料（高碳鋼等），國家標準規(guī)定以殘余變形量為0.2%時的應力值作為它的條件屈服強度，以σ0.2來表示?？估瓘姸萣：材料斷裂前所承受的最大應力值。（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應力值）。

s0.21.1材料的強度與塑性§1.2材料的硬度抵抗外物壓入的能力，稱為硬度――綜合性能指標。1．布氏硬度（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）1.2材料的硬度

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。1.2材料的硬度材料的b與HB之間的經(jīng)驗關系：對于低碳鋼:b(MPa)≈3.6HB對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB對于鑄鐵：b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。硬度表示：120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。1.2材料的硬度維氏硬度試驗原理維氏硬度計3.維氏硬度1.2材料的硬度維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點：既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。

由于各種硬度的試驗條件不同，它們之間沒有直接的換算關系。標注某種材料的硬度值必須說明它們的硬度測試方法。§1.3沖擊韌性韌性：指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力。是材料的塑性和強度的綜合表現(xiàn)。沖擊韌性：是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak。影響因素：材料本身特性式樣尺寸缺口形狀加工粗糙度試驗環(huán)境。1.3沖擊韌性ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/標準試樣斷口截面積S(J/cm2)ak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時無明顯變形，金屬光澤，呈結晶狀。ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。1.3沖擊韌性交變應力：力的大小和方向都隨時間呈周期性的循環(huán)變化的應力?！?.4疲勞強度（80%的斷裂由疲勞造成）疲勞：承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應力作用下，往往在遠小于強度極限，甚至小于屈服極限的應力下發(fā)生斷裂。疲勞強度σ-1：材料經(jīng)無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。條件疲勞極限：經(jīng)受107應力循環(huán)而不致斷裂的最大應力值。陶瓷、高分子材料的疲勞抗力很低，金屬材料疲勞強度較高，纖維增強復合材料也有較好的抗疲勞性能。影響因素：循環(huán)應力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應力等。1.4疲勞強度軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。1.4疲勞強度IKIC可通過實驗測得。是評價阻止裂紋失穩(wěn)擴展能力的力學性能指標。是材料的一種固有特性，與裂紋本身的大小、形狀、外加應力等無關，而與材料本身的成分、熱處理及加工工藝有關。1.5材料的斷裂韌性當KI>KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展，發(fā)生脆斷。KI＝KIC時，裂紋處于臨界狀態(tài)KI<KIC