【正文】 1— 高強度低韌性材料 2— 低強度高韌性材料 ? ? （ 1）零件的斷裂，尤其是脆性斷裂，危害非常大。 ? 另外，在材料的沖擊韌性對多沖抗力的影 ? 響與強度水平有關。對于高強度低韌性 /低強度高韌性 ? 材料比較時，在不同形式的外力作用 圖 13 三類不同冷脆傾向的材料： 1—面心立方金屬 2—中低強度體心立方金屬 3—高強度材料 第一章 材料的使用性能 ? 下，其結果并不相同。 ? ? 過分強調(diào)韌性指標，會犧牲強度 ? 指標。 ? kA0/ SAkk ??)( hHmgA k ??圖補充 17 夏比沖擊試樣 圖補充 18 沖擊試驗原理 第一章 材料的使用性能 ? ? （ 1）反應了材料的冶金質(zhì)量。常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定。材料的脆性是引起構件脆斷的重要原因。構件未經(jīng)明顯的變形而發(fā)生的斷裂。 ? 材料韌性的大小決定了材料斷裂的方式 延性斷裂（韌性斷裂）或脆性斷裂。△ h 越大 , 表示材料硬度越低 , 實際測量時硬度可直接從洛氏硬度計表盤上讀得。通常可用 HB來表示。 第一章 材料的使用性能 ? （ HB） ? 一定直徑的球體 (鋼球或硬質(zhì)合金球 )在一定載荷作用下壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，測量其壓痕直徑 , 計算硬度值。其原因在于：硬度試驗設備簡單，操作迅速方便；試驗時可以在零件上直接進行而不破壞零件，并且零件的尺寸不受限制，不需要加工專門的試樣；可以按照硬度的數(shù)值對強度進行估計，從而使復雜的拉伸試驗得以免去；硬度可以反映材料的工藝性能如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等；可以敏感地反映材料成分和組織的變化，從而用來檢驗原材料控制冷熱加工質(zhì)量。常采用壓痕深度或壓痕單位面積所承受的載荷值作為硬度值高低的指標。 ? ? ②斷面收縮率：試樣拉斷處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的比值。 (彈性滯后 ):材料在加載和卸載的過程中，應力與應變不保持同步，應變滯后于應力的現(xiàn)象。 ? ? 對于金屬基體而言，是結構不敏感參數(shù)，不能通過合金化、熱處理、冷熱加工等手段來改變；對于陶瓷材料、高分子材料、復合材料，則是結構敏感參數(shù)，可以通過不同的方法改變。剛度代表了材料產(chǎn)生單位彈性變形時所需要的能量。經(jīng)常將這個指標作為質(zhì)量指標。鑄鐵、高碳鋼、陶瓷沒有明顯的屈服現(xiàn)象。通常用 ? 表示。在圖 11中， e點所對應的應力，即為彈性極限。在圖 11中， P點所對應的應力，即為比例極限。 ? e?b?s?s?圖補充 13拉伸試樣頸縮 第一章 材料的使用性能 ? 總結：變形的幾個階段及其特征： oe段、 eb段（包括 es、 sb兩段）、bk段。此時，變形不均勻，出現(xiàn)“頸縮”，如圖補充 13所示。這一階段，也稱為屈服階段；當外力超過而低于抗拉強度極限 時，金屬產(chǎn)生塑性變形。 圖補充 11 拉伸試驗儀器 第一章 材料的使用性能 ? （ 2）試樣 :5倍或 10倍試樣，如圖補充 12所示。 ? 在實驗過程中，可以記錄 F△ L曲線，也可以將曲線進行處理，從而得到應力 應變 ( )曲線。 ? 材料的強度，可以通過拉伸試驗來測得。 ? 塑性變形：當載荷（外力）消除后，尺寸和形狀能夠不能恢復的變形。 ? 力學性能指標：在不同的標準試驗條件下測出的相關參量的臨界值或規(guī)定值。 ? 晶體的特點： ? （ 1）具有固定的熔點； ? （ 2）具有各向異性； ? （ 3）具有規(guī)則的點陣排列。 ? 。 ? 先進的材料、合理的設計、正確的加工、有效地檢驗是工業(yè)發(fā)展得關鍵！ 緒 論 ? 五、本課程的教學目的、內(nèi)容與學習要求、價值 ? 。 緒 論 ? 四、材料及材料科學的地位與作用 ? ? （ 1）美國：材料科學的進展決定了經(jīng)濟關鍵部門增長速率的極限范圍；“材料科學史美國最重要的學科”； 1972年以來， 25%的美國人直接從事材料的研究， 25%的人間接從事材料的研究。 緒 論 ? 三、材料的分類與概況 ? ：機械工程材料、電子工程材料、建筑工程材料、航空航天材料、能源材料、生物材料等。 ? ，可以選擇不同的材料 將所選擇的材料制造成設計零件 材料科學與工程 材料科學內(nèi)涵。在這些領域，我們還存在較大差距。美國在80年代初制定了一個詳細計劃，重點發(fā)展高頻芯片，投入了國家力量，以至于 90年代初大幅領先。對于半導體芯片，我們最常接觸到的是 CPU、內(nèi)存等芯片，這些統(tǒng)稱通用芯片。這種最尖端的產(chǎn)品以及技術，我們是買不到的。美國全是買日本的碳纖維，再用美國的樹脂加工，就直接壓成機體框架。我國生產(chǎn)的碳纖維斷面，碳鏈是光滑的，而發(fā)達國家的碳鏈帶很多倒刺，像尼龍搭扣一樣勾在一起，所以強度很高。目前，上述領域，我們的技術還不過關，直接影響發(fā)動機壽命。 ? 背景資料：現(xiàn)代試驗型發(fā)動機的渦輪進口溫度已達到 1650176。 ? ，與國家安全密切相關。? 材料：材料是人類社會經(jīng)濟地制造有用器件的物質(zhì)。 ? 引用：依靠金錢買不來核心技術 如航空發(fā)動機、高分辨率的光學成像系統(tǒng)等。 C，更高的要求達到 1930176。 緒 論 緒 論 ? 目前我國自制的太行發(fā)動機 WS10A，大修周期只有 400小時左右，而進口俄羅斯的 AL31FN發(fā)動機 ,則可以達到 800小時。另外我國的碳纖維有雜質(zhì)，一拉就容易斷。像波音 787上用了大約 37%的這種材料。 緒 論 圖補充 3 碳纖維飛機零件 圖補充 4 波音 787飛機 緒 論 （ 3）引用高頻芯片，指出我國在反導領域的技術差距。在各種機載、彈載、星載的各傳感器里承擔電子功能的芯片大部分可歸納為高頻芯片。它能用一個很小的無人機甚至蒼蠅做到的功能，我們還得用很笨重的設備才能實現(xiàn)。如果差距縮短了，我們的武器水平都會大大前進一步。 ? 引入：材料的組成與結構、材料的性能、材料的合成與生產(chǎn)、材料的使用效能。 ? ：結構材料（以力學性能為主，兼有一定的物理、化學性能如熱導率、耐腐蝕、抗氧化等）；功能材料（以特殊的物理、化學或生物性能為主，如電、磁、聲、光、熱等）。 ? （ 2）歐盟： 1984年以來，在歐盟執(zhí)行的 5個科技框架中，材料是其中最關鍵的領域，是高技術發(fā)展的突破口。 ? 。 ? 六、若干思考問題 ? ？ ? ，性能也不同？ ? ？ ? ，改變材料的性能。 ? 非晶體：與晶體對應的物質(zhì)是非晶體，如玻璃等。 ? 力學性能的類型：按照加載方式分為拉伸、壓縮、扭轉、彎曲、剪切等；按照載荷的變化特性，分為動載荷與載荷。 ? 力學性能指標：強度、塑性、剛性、彈性、硬度、韌性、疲勞性能及耐磨性能。 ? 金屬在外力作用下的行為自始至終表現(xiàn)為三個階段：彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂階段。 ? 拉伸試驗的過程，如補充圖 1 所示。 ????ddl105 試驗方法 —— 拉力 F 從 0 漸增 。此時，需要通過外力的不斷增加，變形才能持續(xù)。此時，維持變形所需要的外力減小。 ? 提問學生每個階段的特征。 ? 在工程上，炮筒、槍管等，需要按照比例極限來設計。 ? 在工程上，彈性元件（如彈簧等）按照彈性極限來設計。低碳鋼等材料具有明顯的屈服現(xiàn)象。 ? 在工程上，絕大部分材料，都需要按照屈服強度來設計。 s?s? ??b?bF第一章 材料的使用性能 ? 二、剛度 ? ：材料在外力作用下，抵抗彈性變形的能力。 ? ：材料在外力作用下，產(chǎn)生的彈性變形量。 ? 各類材料的室溫彈性模量 E如表 11所示。 彈性吧變形過程中的參量，如圖 12所示。 ? 材料的塑性指標是結構敏感性參數(shù)。常用的檢測硬度方法有布氏硬度、洛氏硬度及維氏硬度。某些脆性較大的材料，只能通過檢測硬度來進行評價。 布氏硬度值用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來表示。 ? 圖補充 14 布氏硬度試驗原理圖 第一章 材料的使用性能 ? ? 將金剛石壓頭 (或鋼球壓頭 ), 在先后施加兩個載荷 (預載荷 F0和總載荷 F)的作用下壓入金屬表面。根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有 HRA、 HRB、 HRC三種。 ? 延性斷裂（ ductile fracture）：伴隨明顯塑性變形而形成延性斷口（斷裂面與拉應力垂直或傾斜，其上具有細小的凹凸，呈纖維狀）的斷裂。斷裂時材料幾乎沒有發(fā)生過塑性變形。 ? 脆性斷裂的危害更大。測得試樣沖擊吸收功，用符號表示 。 ? （ 2）反應了材料對一次或少數(shù)次大能量沖擊的抵抗能力。從而使材料的強度潛力無法發(fā) ? 揮。具體如圖 14所示。在中低強度范圍內(nèi)， ? 提高沖擊韌性意義不大；只有在高強度范 ? 圍內(nèi)，提高沖擊韌性才有意義。為了防止材料發(fā)生斷裂，往往要求零件在工作時所受到的最大工作應力小于材料的許用應力。這就要求使用新的指標來評價抵抗脆性斷裂的能力，這個指標，稱為斷裂韌度。其根本原因在于裂紋的擴展。當其達到某一個臨界值 KⅠ C時，零件內(nèi)部的裂紋會發(fā)生快速失穩(wěn)而擴展，導致脆性斷裂。 ? （ 3）應用意義 ? ①給定工作應力與裂紋長度，預測 KⅠ C值，確定材料。斷口呈現(xiàn)疲勞區(qū)和粗晶粒區(qū)。如圖補充 1 11所示。：周期拉伸循環(huán)；：周期拉伸循環(huán)；：拉壓應力對稱；0,00,00,0,1,0m i nm i nm i n??????????RRRRamm??????a?第一章 材料的使用性能 圖補充 110常見的循環(huán)應力 圖補充 111典型的 SN曲線 第一章 材料的使用性能 ? ? 疲勞由三個基本過程組成：裂紋萌生、擴展、斷裂。 ? ? （ 1）疲勞強度是指 材料 在無限多次交變 ? 載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞 ? 強度或疲勞極限。注意， R=1。 ? ? （ 1）材料本質(zhì)。 ? （ 5）工作溫度。如氧化等。 ? 反應條件：不同金屬之間或同一金屬不同部位之間存在電位差，他們之間相互接觸并處于相互連通的電解質(zhì)中構成原電池。 （ 2）提高耐電化學腐蝕的措施有： ①選擇耐蝕材料如不銹鋼、銅合金、陶瓷材料、高分子材料等； ②表面處理如鍍層 (Ni、 Cr)、熱噴涂陶瓷、噴涂塑料與涂料等，典型的如自行車零件鍍 Cr； ③電化學保護如采用犧牲陽極保護法，可在輪船體外掛 Zn塊； ④加緩蝕劑以降低電解質(zhì)的電解能力，如在含氧水中加入少量重鉻酸鉀等。 ? 。 ? ： 1 1 1 1 1 1 1 1 110。 ? 材料的鑄造性能包括合金的流動性、不均勻性（宏觀成分偏析、微觀成分偏析）以及收縮性。 ? 材料的切削加工性能。 ? 一、產(chǎn)品的總成本構成 ??? 固定成本可變成本造者）產(chǎn)品的總成本（對于制???????????????就、環(huán)保等運行、維護、保險、這使用成本制造廠利潤研究開發(fā)成本）固定成本（管理費制造成本）可變成本（材料成本直接購入成本用者）產(chǎn)品的總成本（對于使21CCC第二章 材料的其他性能 ? （一）材料價格成本的度量 ? ? ? ? （二）影響材料價格成本因素 ? ? ? ? ? ? ? ? 第二章 材料的其他性能 ? 第三節(jié) 材料的環(huán)境性能 ? 一、材料的環(huán)境適應性 ? 二、材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性 ? 本章小結 ? 。 第三章 原子結構與結合鍵 ? 第一節(jié) 原子結構、第二節(jié) 結合鍵類型第三節(jié) 材料的結核鍵與性能 第四章晶體結構 ? 第一節(jié) 晶體與非晶體 ? ? 晶體：內(nèi)部粒子（原子、離子、分子、原子集團）在空間中呈規(guī)