机械工程材料课件大连理工大学

机械工程材料机械工程材料课件课件大纲材料概述介绍机械工程材料的基本概念、特性和分类，为后续学习打下基础。金属材料深入探讨铁基合金和有色金属合金的性质、应用和加工工艺，并分析其性能。非金属材料涵盖陶瓷、高分子材料和复合材料，重点介绍其结构、性能和应用领域。材料选择与设计讲解材料选择原则、力学性能设计和耐蚀性设计，并结合实例进行分析。绪论本课程将介绍机械工程材料的基础知识。内容涵盖各种材料的特性、应用、选择和设计。1.1工程材料的定义自然界物质经过加工和处理后，可用于建造工程或制造机器的材料。工程应用具有特定性能，可满足工程需求，例如强度、韧性、耐腐蚀性等。工程结构组成工程结构的基本材料，例如钢筋、混凝土、木材等。1.2工程材料的特性机械性能材料承受外力作用时的抵抗能力，例如强度、硬度、塑性、韧性等。这些性能决定了材料在承受载荷和冲击时的表现。物理性能材料的物理性质，例如密度、熔点、导热率、导电率等。这些性能影响了材料的热传导、电传导和在不同环境下的表现。化学性能材料与化学物质或环境相互作用时的表现，例如腐蚀性、抗氧化性等。这些性能决定了材料在各种化学环境中的耐久性和稳定性。工艺性能材料在加工制造过程中的表现，例如可加工性、可焊性、可铸性等。这些性能决定了材料的加工难度和最终产品的质量。1.3工程材料的分类金属材料包括铁、铜、铝等，具有高强度、高韧性、可塑性好等特点，广泛应用于机械制造、建筑、交通等领域。陶瓷材料包括氧化铝、硅酸盐等，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高等特点，应用于航空航天、电子器件等领域。高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等，具有重量轻、易加工、成本低等特点，应用于包装、纺织、汽车等领域。复合材料由两种或两种以上材料复合而成，例如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料，具有高强度、高模量、重量轻等特点，应用于航空航天、汽车等领域。2.金属材料金属材料是指由金属元素或以金属元素为主组成的材料。广泛应用于机械制造、航空航天、电子信息等领域。具有良好的导电性、导热性、延展性和强度等特性。2.1铁基合金11.钢钢铁是最常见的铁基合金，具有强度高、韧性好、价格低廉等优点，广泛应用于建筑、机械、交通等领域。22.生铁生铁含碳量高，硬度高、脆性大，主要用于铸造。33.合金钢合金钢是指在铁中加入其他金属元素，例如铬、镍、锰等，以提高其性能。44.工具钢工具钢具有高硬度、耐磨性和耐热性，适用于制造刀具、模具等工具。2.2有色金属合金铝合金铝合金重量轻，耐腐蚀，具有优异的强度和延展性。广泛应用于航空航天、汽车制造、电子产品和建筑领域。铜合金铜合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性。常用于电力设备、管道、装饰材料和艺术品。镁合金镁合金强度高，密度低，具有良好的减震性能。被广泛应用于汽车、航空航天和电子产品领域。钛合金钛合金具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优异性能。主要应用于航空航天、医疗器械、化学工业和军事领域。2.3金属材料的性能机械性能金属材料在承受外力作用时的性能，例如强度、硬度、塑性、韧性等。这些性能决定了金属材料在机械加工、制造和使用过程中的应用。物理性能金属材料的物理性质，例如密度、熔点、导电性、导热性等。这些性质影响金属材料在不同环境条件下的使用特性。化学性能金属材料在与其他物质发生化学反应时的性能，例如耐腐蚀性、抗氧化性等。这些性能影响金属材料的使用寿命和安全性。工艺性能金属材料在加工和制造过程中的性能，例如可加工性、焊接性、铸造性等。这些性能影响金属材料的生产效率和加工难度。3.陶瓷材料陶瓷材料是一种无机非金属材料，通常由金属和非金属元素组成。它们具有高硬度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在许多工业领域中得到广泛应用。3.1陶瓷材料的概述陶瓷材料是由金属和非金属元素组成的无机非金属材料。陶瓷材料通常具有高硬度、高熔点、耐高温、耐腐蚀等特性。陶瓷材料广泛应用于建筑、电子、机械、航空航天等领域。3.2陶瓷材料的性能高强度陶瓷材料具有很高的抗压强度和抗弯强度，在高温下依然能保持良好的性能。耐高温陶瓷材料具有很高的熔点，能耐受高温环境，适用于高温应用场景，如航空航天等。耐腐蚀陶瓷材料具有良好的化学稳定性，不易被腐蚀，可用于制造耐酸耐碱的器皿和部件。耐磨陶瓷材料具有很高的硬度，不易磨损，可用于制造耐磨部件，如轴承、刀具等。3.3陶瓷材料的制造工艺1粉末制备陶瓷材料通常以粉末形式作为原料，粉末的粒度、形状和均匀性对陶瓷材料的性能有很大影响。2成型粉末经过混合、压制或注浆等工艺成型，形成所需的形状。3烧结成型后的坯体在高温下进行烧结，使粉末颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷体。4后处理烧结后的陶瓷体可能需要进行表面处理、涂层或切割等后处理工艺，以满足特定应用的需求。4.高分子材料高分子材料是由许多重复的结构单元组成的长链分子，也称为聚合物。这些材料在机械工程领域有广泛的应用。4.1高分子材料的概述11.结构特点高分子材料是由许多重复的结构单元组成的长链状分子，这些单元通过共价键连接在一起。22.物理性质具有柔韧性、弹性、耐腐蚀性等优异的性能，在各种领域得到广泛应用。33.化学性质高分子材料通常具有良好的化学稳定性，不易与其他物质发生反应。44.应用领域广泛应用于制造塑料、橡胶、纤维、涂料等，在机械、电子、建筑等领域发挥重要作用。4.2热塑性塑料聚乙烯（PE）PE是一种用途广泛的热塑性塑料，通常用于制造各种产品，包括瓶子、薄膜和包装。聚丙烯（PP）PP是另一种常见的热塑性塑料，具有良好的耐热性和化学抗性，适用于食品容器和医疗设备。聚氯乙烯（PVC）PVC是一种坚固且耐用的热塑性塑料，广泛用于管道、地板和窗户。聚酯（PET）PET是合成纤维中的常见材料，也是饮料瓶和其他包装产品的常用选择。4.3热固性塑料定义热固性塑料在成型加工后会发生化学交联反应，形成固化结构。固化后的热固性塑料无法再次熔融，只能通过热分解破坏其结构。特性热固性塑料具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域。常见类型常见热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。它们在化学组成、结构和性能方面存在差异，适用于不同的应用场景。5.复合材料复合材料由两种或多种不同材料组成，具有优异的性能。其组成材料保持其独立的特性，并相互结合，从而赋予复合材料新的特性。5.1复合材料的概述定义复合材料是由两种或多种不同材料组合而成，具有各自材料的优点，性能优越。增强相增强相通常为纤维或颗粒，提高材料的强度、刚度和抗疲劳性能。基体基体将增强相结合，并赋予复合材料整体结构和形状。5.2纤维增强复合材料增强材料纤维增强复合材料通常以玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维为增强材料，这些材料强度高，重量轻。基体材料基体材料通常为树脂，如环氧树脂或聚酯树脂，它们将纤维结合在一起，并传递载荷。优异的性能纤维增强复合材料具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优异的性能。应用广泛纤维增强复合材料在航空航天、汽车、建筑、电子等领域得到了广泛应用。5.3层状复合材料结构特点层状复合材料由不同材料的薄层交替叠加构成，各层之间以粘合剂或其他方式连接在一起。性能优势层状复合材料能够有效地结合不同材料的优点，例如高强度、高刚度、耐高温、耐腐蚀等。应用领域层状复合材料在航空航天、汽车、电子、建筑等领域得到了广泛的应用。典型材料常见的层状复合材料包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、陶瓷基复合材料等。6.材料的选择与设计机械工程中，材料选择与设计是至关重要的步骤，直接影响产品的性能、成本和寿命。6.1材料的选择原则性能要求材料应满足机械零件的功能需求，如强度、刚度、塑性、耐磨性、耐腐蚀性等。成本因素材料成本是重要考量因素，需在满足性能要求的前提下选择价格合理的材料。加工工艺材料的加工性能直接影响制造成本，应选择易于加工的材料。可获得性材料的供应稳定性，材料市场供应状况，材料是否易于获得。6.2材料的力学性能设计11.强度设计材料在承受外力时不发生断裂或过大塑性变形的性能。22.刚度设计材料抵抗外力变形的能力，即材料的硬度。33.韧性设计材料在断裂前吸收能量的能力，