工程传热学-第01章绪论课件

工程材料学机械类专业Tel:Email:第一章绪论第二章晶体结构第三章结晶相图第四章钢铁材料第五章塑性变形第六章热处理第七章合金钢第八章有色金属第九章其他材料第十章材料选择目录第一章绪论工程材料简介工程材料的分类工程材料的性能本课程内容考试方式一.什么是材料?其重要意义是什么？第一节材料及材料的重要性Nature457(7231),868-872(2009)ActaMaterialia59(2011)2243–2267Thenextgenerationultra-highdensityofinformationdatastoragematerial.Microfuelcellsmadeofglass第一节材料及材料的重要性世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致时代的变迁，推动人类的物质文明和社会进步。在人类即将进入知识经济的新时代，材料与能源和信息并列为现代科学技术的三大支柱、其作用和意义尤为重要。一.什么是材料?其重要意义是什么？二.材料的重要性

1。材料是人类赖以生存和发展，征服及改造自然的物质基础。

2。材料是社会生产力发展的标志远古时代：石头，兽骨，木材原始社会：火烧陶器第一节材料及材料的重要性石刀石斧半坡变体鸟纹盆越王勾践剑2400年前主要的成份：青铜和锡，还含有少量的铅、铁、镍和硫等，剑身的黑色菱形花纹是经过硫化处理的，剑刃精磨技艺水平可同现在精密磨床生产的产品相媲美。

二.材料的重要性

2。材料是社会生产力发展的标志

20世纪50年代：高分子材料，先进陶瓷，复合材料

60年代：半导体材料

80年代：液晶，光纤

90年代：纳米材料（小尺寸效应，

面效应，量子尺寸效应）第一节材料及材料的重要性第一节材料及材料的重要性PoemofTangDynasty“YellowCraneTower”withtheminimumlinewidthof5µm第二节材料分类

一、按材料用途分1工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。

主要有：建筑材料、结构材料

力学性能：强度、塑性、硬度、韧性等2功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.

主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料超导材料二、按材料成分分

金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料

1金属材料：纯金属和合金

纯金属：在元素周期表中带“金”旁的元素都是金属

合金：由两种或两种以上的元素组成，其中至少有一种是金属元素，组成具有金属性的材料：金属性：导电性（自由电子）

金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属，铁、锰、

铬以外的所有金属的统称）

3陶瓷材料：

由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。

陶瓷：结构陶瓷：Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷：铁电，压电等4复合材料：

由两种或两种以上性质不同的材料组合起来的一种固体材料。如：金属＋C纤维

金属＋陶瓷

特点：密度小、强度高、耐磨损，耐腐蚀

应用：航空航天、化工、机械等领域第三节材料的性能

材料的性能主要包含以下几个方面：力学性能物理性能化学性能工艺性能材料的性能：力学性能材料在外力或能量以及环境因素（温度、介质）作用下表现出反抗变形或破坏的能力。材料的主要力学性能有：

弹性强度塑性硬度

冲击韧性疲劳特性耐磨性弹性与刚度弹性变形：弹性模量：线性部分斜率

σ＝E×εE＝σe/εe

材料变形曲线中的线性部分（OA）。线性部分的应变弹性大小，即弹性极限。弹性模量表示材料抵抗弹性变形能力，是材料的刚度指标。这是材料的固有特性，反映了材料内部原子结合键的强弱。弹性与刚度汽车板簧强度与塑性屈服强度：σsσ0.2在BC段，σ不变，但ε持续增加。发生均匀塑性变形的开始应力，即B点时对应的应力，称为屈服强度。屈服强度反映了材料抵抗塑性变形的能力，但实际上许多材料没有明显的屈服。此时，将残余形变量为0.2％处的应力定义为屈服强度。

记为：σ0.2=σs塑性变形：当σ超过A点后，试样除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当外力卸载后，材料仍保持部分残余变形――塑性变形。强度与塑性抗拉强度：σb

塑性：断裂前可发生永久变形的能力。塑性大小用断裂时的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）来表示。材料屈服后，σ随ε增加而增加。这一现象称为加工硬化。到达的最大应力点D。此处对应的应力的抗拉强度，记为σb。抗拉强度反应材料在破断之前所承受的最大应力。材料发生断裂前能承受的最大应力。硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映材料抵抗局部塑性变形的能力。布氏硬度洛氏强度维氏强度莫氏硬度根据测量方法不同分：布氏硬度

用直径D钢球在力P的作用下压在试样上一定时间,压痕直径为d。实用于较软的塑性材料。硬度符号：HB150HBS10/1000/30?500HBW5/750?冲击韧性冲击韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。用ak表示。冲击韧性是材料强度和塑性综合作用的结果。ak=mg(H2-H1)/s试样尺寸试验方法疲劳强度

零件在低于屈服应力的交变应力的反复作用下，而发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂是损伤的积累过程，包括疲劳裂纹的产生、扩展、瞬间断裂三各阶段。应力大小和循环次数有关。疲劳极限，是指材料在无限次(>107)交变应力作用下而不断裂的最大应力，即－N曲线开始趋于水平处对应的应力。疲劳曲线：测量在不同的交变应力作用下，材料发生断裂的循环次数，即得疲劳曲线，记为：－N曲线。

愈小，N愈大巴哈马籍油轮“威望号”断裂沉没过程材料的断裂现象1988,aBoeing737failedafter19yearsofservice.Thefailurewascausedbyfatigue(multi-sitedamage).2009年12月22日，美国航空客机在牙买加金斯敦国际机场客机降落时冲出跑道后机身断裂。断裂韧性断裂韧性20世纪80年代初，某电站大型汽轮机转子轴断裂。物理性能

材料的物理性能：是指材料的具有各种物理量(热、电、光、磁等)以及环境变化时他们的变化程度。密度与比容导热性热膨胀系数α单位体积物质的质量Kg/M3单位质量的物质所占的体积M3/Kg物体内温度梯度为1℃/M时，在单位时间、单位面积内传递的热量W/(M2.K)

温度上升1℃时，单位长度的伸长量mm/(℃.mm)或℃-1

物理性能电阻与电导电阻温度系数熔点磁导率物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间结合力。电阻率为单位长度和单位截面积导体的电阻。单位是M，其倒数称为电导率温度上升1℃时，电阻率的变化系数，单位℃-1

电子导电的特点是温度升高，电阻率上升；离子导电是热激活过程，温度升高，电阻率下降。磁通密度随磁场强度的变化率，也是仅与材料性质有关的固有物理量，是铁合金、铁氧体的特有性能。化学性能材料的化学性能反映材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。

工程材料主要考虑其耐腐蚀性。

材料由于周围环境介质侵蚀而造成的损伤和破坏均称为腐蚀。发生腐蚀的化学过程有：

化学腐蚀(氧化)、

电化学腐蚀

应力腐蚀工艺性能材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。1.材料可生产性：材料是否易获得或易制备。2.铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力。3.锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量。4.焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力