材料的理化性能 (1)讲解

项目一：金属材料力学性能及其测试主讲教师：邓岚金属材料工艺性能的认识金属材料力学性能及测试金属材料理化性能的认识123金属材料工艺性能的认识金属材料力学性能及测试金属材料理化性能的认识123一、材料在社会经济发展中的作用

材料是人类文明的物质基础（以工具材料来划分人类文明发展的几个时代）。人们按照在使用中占主导地位的工具材料划分历史：石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁（资本主义大工业时期）→合成材料（20世纪）→复合材料（20世纪40年代）材料、能源、信息、生物——现代文明的四大支柱石器时代:早在远古的石器时代，人类最初使用的是天然石块，慢慢学会了用石块相互撞击，制造简单工具；后来发展到磨制石器，制成了石刀，石斧，石矛等工具。陶器时代（新石器时代）:中国名扬四海的时代用粘土(主要成分为SiO2，Al2O3)烧制成陶器，由于粘土强度低，可塑性、粘结性好，所以制出了形状更加复杂的各种陶器制品。东汉时期发明了瓷器。我国是最早生产瓷器的国家。中国瓷器畅销全球，名誉四海。于9世纪传到非洲东部和阿拉伯国家，13世纪传到日本，十五世纪传到欧洲。瓷器成为中国文化的象征。铜器时代:中国人最骄傲的时代公元前二千多年的夏代，我国就掌握了青铜冶炼术；到距今三千多年前的殷商、西周时期，技术达到当时世界高峰，用青铜制造的生产工具、生活用具、兵器和马饰，得到普遍应用.铁器时代:中国人最辉煌的时代

春秋战国时期(公元前770年～公元前221年)开始大量使用铁器。西汉时期炼铁技术有很大的提高，采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年。与此同时，铸造、锻造、锡焊、银焊等成形技术相继出现并广泛应用.

创造了三种炼钢方法：自然钢、百炼钢、灌钢两步炼钢技术：先炼铁后炼钢，比其它国家早1600多年。

钢的热处理技术达到相当高的水平：明代科学家宋应星在《天工开物》一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。制剑技术达到登峰造极地步，湖北出土的越王勾践剑的淬火硬度达到很高的地步。新材料时代:中国大发展时代高分子材料迅速发展，高分子材料年增长速度14％；金属材料年增长率4％；陶瓷材料引人注目，脆性和抗热震性获得改善，是最有前途的高温结构材料。复合材料前途广阔：航空、航天、电子、通讯、机械、化工、能源等广泛应用。功能材料发展迅速：超导、磁性、形状记忆、信息等材料迅速发展。纳米材料异军突起：引领新的工业革命用扫描隧道显微镜搬动48个Fe原子到Cu表面上构成的量子围栏我国新材料新工艺的研究和应用取得重大成果航空、航天材料迅速崛起：

1970.4.24年我国成功发射人造卫星；

1999年11月21日我国载人航天工程第一艘试验飞船“神舟”一号飞行成功；

2003年10月15日中国第一艘载人飞船“神舟”五号飞行成功。

2005年10月12日9时许，中国自主研制的神舟六号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空，准确进入预定轨道。

2007年初，中国正式对外宣布“猛龙”歼10列装（将装备新一代国产太行涡扇发动机）。

2011年1月11日，中国歼20隐形战机完成首飞，2017年5月5日，C919完成首飞。C919商飞2008年4月11日，时速350公里“和谐号”动车组从唐山轨道客车有限责任公司开出二、航空材料的意义1、航空材料是制造各种飞行器的物质基础自从1903年12月17日，美国人莱特兄弟成功制造并载人试飞了世界上第一架内燃机动力飞机——“飞行者一号”，揭开了人类有动力飞行（飞机）发展史的序幕。从航空发展史中可以看出，航空材料与航空技术的发展之间存在一个相互促进、相互发展的关系。二十世纪初（1911），硬铝（木布结构：载重几十公斤、16km/h→全金属结构）。二十世纪四十年代，高温合金（活塞式→喷气式、超音速;双翼机→单翼机；固定式起落架→可收放式起落架）。

2～3倍音速，300℃，不锈钢、钛合金。火箭、太空器：1000℃，高温合金+抗氧化涂料2005年国家技术发明奖一等奖（碳/碳复合材料刹车片、摔不烂的陶瓷）。２、材料学对从事飞机维修的工程技术人员来说实用性很强合理选材，决定热处理技术要求和正确的防腐措施。1983年一架美国F-18飞机因不锈钢油管接头发生晶间腐蚀而坠毁。1980年一架苏-27飞机因机身腐蚀引起结构破坏导致机毁人亡。1999年一架波音747客机因发动机涡轮盘腐蚀引起断裂导致机毁人亡。1、种类、品种、规格多；2、高的比强度和高的比刚度是航空结构材料的重要特点；3、抗疲劳性能是航空材料的另一个突出特点；4、质量要求高；5、高温合金是是航空材料极其重要的组成部分；6、成本高、价格贵。三、航空材料的特点举例：1999年一架波音747飞机因发动机涡轮盘断裂，击穿发动机着火，导致机毁人亡。莱特兄弟发明的第一架用布和木头制造的飞机只飞行了12秒就坠毁了。可以说，飞机及发动机上用的材料是保证飞机安全的重要手段之一。如果材料的强度不够，飞机飞行时就容易断裂，严重时导致飞机坠毁。

因此，我们首先要了解并掌握金属材料的性能，尤其是金属材料的力学性能。四、材料的性能1.使用性能——在正常使用工作条件下，材料应具备的性能。

(力学性能，物理性能，化学性能)2.工艺性能——材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。

(铸造性，锻造性，焊接性，切削加工性，热处理性)3.经济性能——原材料价格，加工费用，采购与管理费用。金属材料的性能使用性能工艺性能物理性能：密度、熔点、导电、导热、热膨胀、磁性能等化学性能：耐腐蚀性、热稳定性铸造性、锻造性、焊接性、热处理和切削加工性能五.金属的物理性能：金属固有的属性。1.密度ρ：单位体积的质量。物体质量与其体积之比（ρ=m/v）。应用：选材（飞行器的自重和效能）。比强度σb/ρ（钛）2.熔点：金属材料从固态转变为液态的转变温度。冶炼、铸造、焊接和设计选材的重要工艺参数。应用：选材（1）高温下工作——选高熔点材料。（2）焊丝、保险丝——选低熔点材料。☆：只有纯金属和共晶合金有固定熔点。铝合金制造的机翼3.导电性（电阻率）：传导电流的能力（Ω·mm2/m)。设计导电、绝缘零件的重要性能应用：选材（1）ρ高——电阻丝。（2）ρ低——导线（超导性）。金属越纯→导电性越好。温度越高→导电性越差。4.导热性（导热系数λ）：传导热量的能力。应用：散热器（铝）；钢的热处理。金属越纯→导热性越好5.热膨胀性（线膨胀系数α）：热胀冷缩的特性。线膨胀系数α=（L1-L2）/（L1·Δt）。应用：（1）发动机涡轮叶片。（2）钢轨间的间隙。（3）精密机床及仪表的恒温工作环境。（4）水泥路面的切割。6.磁性能：能否被铁吸引和被磁化的能力。能磁化材料不能磁化材料硬磁性材料：外加磁场去除后，材料磁性保留。软磁性材料：外加磁场去除后，材料磁性消失。居里点：磁性转变温度（铁磁性——顺磁性）。铁磁性物质的磁化不可逆（须消磁）。顺磁性和抗磁性物质的磁化可逆。铁磁性：铁、钴、镍（变压器、电动机）顺磁性：铬、锰、钛、钒（防磁构件）抗磁性：铜、锌、银、金（防磁构件）电机磁瓦六.金属的化学性能（化学稳定性）：抵抗周围介质腐蚀的能力。1.耐腐蚀性：常温下，抗氧、水蒸气及化学侵蚀的能力。（1）化学腐蚀：与介质发生化学反应引起破坏。（2）电化学腐蚀：与电解质溶液接触，形成原电池，其中电极电位较低的部分受腐蚀。应用：合理选择材料（根据工作环境），采取防腐措施，节约金属，延长寿命。2.热稳定性（高温抗氧化性）：高温下，抵抗氧化的能力。举例：燃气腐蚀。应用：涡轮发动机、燃气轮机、内燃机、锅炉等在高温下工作的设备的选材。燃汽轮机涡轮叶片