机械工程材料课件

机械工程材料概述机械工程材料是现代工程技术的基础它们决定了机械零件的性能和寿命本课程将深入探讨各类工程材料的特性、加工和应用工程材料的种类和特点金属材料非金属材料包括钢铁和有色金属，具有高强如塑料、陶瓷和复合材料，具有度和良好导电性轻质、耐腐蚀等特点新型材料如纳米材料和智能材料，具有独特的物理化学性质金属材料的机械性能强度弹性材料抵抗永久变形或断裂的能力材料在应力去除后恢复原状的能力塑性材料在应力作用下产生永久变形的能力金属材料的热处理退火1缓慢加热后慢冷，用于软化金属、消除内应力正火2加热后空冷，用于细化晶粒、提高强度和韧性淬火3快速加热后急冷，用于提高硬度和强度回火4淬火后再加热，用于减少脆性、增加韧性钢铁材料的分类和性能碳钢合金钢铸铁含碳量决定强度和硬度常用于建筑和机添加其他元素改善性能如不锈钢、工具含碳量高，易于铸造常用于机床底座械制造钢等等有色金属材料铝及其合金铜及其合金轻质、耐腐蚀，广泛用于航空航导电性好，用于电气设备和装饰天和汽车工业品钛及其合金镁及其合金强度高、质量轻，用于航空航天密度最低的工程金属，用于轻量和医疗器械化设计塑料材料热塑性塑料1可重复加热成型，如聚乙烯、聚苯乙烯热固性塑料2一旦成型不可再熔化，如酚醛树脂、环氧树脂弹性体3具有橡胶弹性，如聚氨酯、硅橡胶复合材料基体材料如树脂、金属或陶瓷，提供形状和支持增强材料如纤维或颗粒，提供强度和刚度界面基体和增强材料间的结合，影响性能陶瓷材料高硬度耐高温耐磨性好，适用于切削工具熔点高，可用于高温环境耐腐蚀化学稳定性好，适用于化工设备工程材料的选择原则性能要求使用环境12考虑强度、硬度、韧性等机械评估温度、湿度、腐蚀性等因性能素加工工艺经济性34考虑材料的可加工性和成型方权衡材料成本、加工成本和使法用寿命材料的腐蚀与防护腐蚀类型防护方法均匀腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀开裂等表面处理、阴极保护、添加缓蚀剂等材料的疲劳与断裂裂纹萌生1在应力集中处形成微小裂纹裂纹扩展2在循环载荷作用下，裂纹逐渐扩大突然断裂3当裂纹达到临界尺寸时，材料突然断裂金属材料的焊接熔化焊压力焊如电弧焊、气体保护焊，通过熔如摩擦焊、超声波焊，通过压力化金属实现连接和热量实现连接钎焊使用熔点低于母材的填充金属实现连接金属材料的切削加工车削铣削用于加工旋转体零件用于加工平面、沟槽等钻削磨削用于加工圆孔用于精加工，提高表面质量塑料材料的加工工艺注塑成型将熔融塑料注入模具，冷却后得到成品挤出成型将熔融塑料通过模具挤出，形成连续的型材吹塑成型用于制造中空制品，如塑料瓶热压成型将塑料板材加热后压制成型陶瓷材料的制造工艺原料制备1粉末制备、配料和混合成型2通过压制、注浆或挤出等方法成型干燥3去除成型体中的水分烧结4在高温下使颗粒结合，形成致密结构实验室材料试验概述拉伸试验试验过程获得数据将标准试样在拉伸机上逐渐拉伸至断裂屈服强度、抗拉强度、延伸率等压缩试验试验目的适用材料测定材料在压缩载荷下的强度和混凝土、陶瓷等脆性材料，以及变形特性塑料、复合材料等数据分析压缩强度、弹性模量、屈服点等弯曲试验三点弯曲四点弯曲常用于测试材料的抗弯强度可获得更均匀的应力分布悬臂梁弯曲用于测试薄板或薄膜材料硬度试验布氏硬度洛氏硬度用钢球压入，适用于较软金属用圆锥或钢球压入，适用范围广维氏硬度肖氏硬度用金刚石压头压入，适用于各种测量回弹高度，适用于橡胶等弹材料性材料冲击试验夏皮冲击试验伊佐德冲击试验使用V形缺口试样，测量吸收的能量使用悬臂梁试样，适用于塑料材料断裂韧性试验试样制备1制作含预制裂纹的标准试样加载2在试验机上逐步增加载荷数据采集3记录载荷-位移曲线计算4根据公式计算断裂韧性值金属显微组织分析试样制备切割、磨制、抛光和腐蚀显微观察使用光学显微镜或电子显微镜观察组织分析识别相组成、晶粒大小等特征图像处理使用软件进行定量分析腐蚀试验浸泡试验电化学测试将试样浸入腐蚀介质中，测量质测量腐蚀电位和电流，评估腐蚀量损失速率盐雾试验应力腐蚀试验模拟海洋环境，评估涂层性能在腐蚀环境下施加应力，评估开裂敏感性疲劳试验轴向疲劳旋转弯曲疲劳热疲劳施加交变拉压载荷试样旋转时承受弯曲载荷模拟温度循环引起的疲劳材料分析与表征材料的环境与可持续性生态设计1考虑材料的全生命周期影响可回收性2选择易于回收和再利用的材料能源效率3开发低能耗的材料制造和加工工艺生物基材料4利用可再生资源开发新型材料材料的应用案例航空航天生物医学电子工业轻质高强材料如钛合金、复合材料在飞机结生物相容性材料如钛合金、陶瓷在人工关节半导体材料和纳米材料在集成电路中的应构中的应用中的应用用总结与展望材料基础知识1掌握各类工程材料的性能和特点材料选择与应用2学会根据实际需求选择合适的材料新材料发展3关注纳米材料、智能材料等新兴领域可持续发展4注重材料的环境友好性和可持续利用。