【大学课件】机械制造基础绪论 金属材料的性能

机械制造基础绪论：金属材料的性能一、绪论本节课将介绍机械制造基础的概念，涵盖机械制造的定义、发展历史、重要性以及金属材料的特性。1.机械制造的定义和特点定义机械制造是指利用各种机械设备和工具，将原材料加工成具有特定形状、尺寸和性能的机械产品特点机械制造涉及多个学科，包括机械设计、材料加工、自动化控制等，需要综合运用理论知识和实践经验2.机械制造的发展历程1手工时代人类使用简单工具进行生产。2机械化时代蒸汽机等动力机械的出现。3自动化时代自动控制技术和计算机技术的应用。4智能化时代人工智能、物联网等技术在机械制造中的应用。3.机械制造的重要性现代社会的基础机械制造是工业生产的基石，为各个行业提供关键设备和产品。科技进步的推动力机械制造不断创新，推动着技术进步，满足社会发展需求。国民经济的重要支柱机械制造产业链庞大，带动众多相关产业发展，促进经济增长。二、金属材料概述金属材料是机械制造中应用最广泛的材料，其优异的性能使其成为制造各种机械零件和产品的理想选择。深入了解金属材料的特性对于设计和制造高性能、可靠的机械产品至关重要。金属材料的分类1黑色金属主要成分为铁，如钢、铸铁。2有色金属除铁之外的其他金属，如铜、铝、锌、锡、铅等。3贵金属金、银、铂等。2.金属材料的性能指标指标描述强度材料抵抗外力破坏的能力硬度材料抵抗压入的能力塑性材料在断裂前发生永久变形的能力韧性材料抵抗冲击的能力疲劳强度材料在交变载荷作用下抵抗断裂的能力耐腐蚀性材料抵抗腐蚀的能力导热性材料传热的能力导电性材料传导电流的能力磁性材料被磁化的能力3.金属材料的结构特点金属材料通常由金属原子组成。金属原子以规则的方式排列形成晶格结构。金属原子之间存在金属键，它们以电子共享的方式相互结合。三、金属材料的力学性能强度、硬度和塑性强度反映材料抵抗外力破坏的能力，硬度则表示材料抵抗局部压痕的能力，而塑性是指材料在外力作用下发生塑性变形而不被破坏的能力。屈服强度、抗拉强度和延伸率屈服强度是材料开始发生永久变形时的应力，抗拉强度是材料断裂时的最大应力，延伸率则是材料断裂前伸长量的百分比。强度、硬度和塑性强度材料在断裂前所能承受的最大拉伸应力。硬度材料抵抗局部压痕的能力。塑性材料在断裂前发生永久变形的能力。屈服强度、抗拉强度和延伸率屈服强度材料开始发生永久性变形时的应力。抗拉强度材料断裂时的最大应力。延伸率材料断裂时伸长长度与原始长度的百分比。金属材料的应力-应变曲线应力-应变曲线是描述金属材料在拉伸或压缩试验中应力与应变之间关系的曲线。该曲线能够反映金属材料的力学性能，包括强度、塑性、弹性等。应力-应变曲线通常分为三个阶段：弹性阶段、屈服阶段和强化阶段。弹性阶段是指材料在应力作用下发生变形，当应力消失后，材料能够完全恢复到原始形状的阶段。屈服阶段是指材料在应力作用下发生塑性变形，当应力消失后，材料不能完全恢复到原始形状的阶段。强化阶段是指材料在应力作用下发生塑性变形，但其抗力随着应变的增加而增大的阶段。四、金属材料的导热性和导电性导热性材料传导热量的能力导电性材料传导电流的能力金属材料的导热性定义金属材料导热性是指金属材料传递热量的能力。影响因素金属材料的导热性主要受其成分、结构和温度等因素影响。2.金属材料的导电性金属中存在大量的自由电子，这些电子在电场作用下定向移动形成电流。金属的导电性可以用电阻率来衡量，电阻率越低，导电性越强。导电性好的金属被广泛应用于制造电线、电器元件等。导热和导电性能的影响因素1材料成分不同的金属元素具有不同的导热性和导电性，例如银的导热性最好，铜次之。2温度温度升高，金属的导热性和导电性都会下降。3合金化合金化可以改变金属的导热性和导电性，例如加入少量其他元素可以提高钢的导热性。4加工工艺冷加工会降低金属的导热性和导电性，而热处理可以提高金属的导热性和导电性。五、金属材料的耐腐蚀性金属材料的耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围环境介质腐蚀的能力，是金属材料的重要性能指标之一。金属材料的腐蚀原因化学腐蚀金属与周围环境中的物质发生化学反应，形成氧化物、氢氧化物等化合物，导致金属表面发生破坏。电化学腐蚀金属表面形成微电池，发生电化学反应，导致金属发生溶解或生成腐蚀产物，破坏金属的完整性。金属材料的防腐蚀措施表面处理通过涂层、镀层等方法在金属表面形成一层保护膜，阻隔腐蚀介质与金属的接触。改变材料成分加入合金元素，提高金属的耐腐蚀性，例如不锈钢中的铬元素。电化学保护利用电化学原理，在金属表面形成保护电位，防止腐蚀发生。常见的防腐蚀方法涂层法通过在金属表面涂覆一层保护层来隔离金属与腐蚀介质的接触，例如油漆、塑料、搪瓷等。电化学保护法利用电化学原理来减缓或阻止金属的腐蚀，例如阴极保护法和阳极保护法。合金化法通过添加其他元素来改变金属的化学成分，提高其耐腐蚀性，例如不锈钢、耐酸合金等。六、金属材料的磁性磁性材料是指在磁场作用下，能被磁化或产生磁场的材料。磁性是指物质对磁场的反应，例如，铁、钴、镍等材料在磁场作用下会被磁化，并能保留一定的磁性。金属材料的磁性分类铁磁性材料铁磁性材料是指在磁场作用下，磁化强度远大于外磁场的材料，如铁、钴、镍等。顺磁性材料顺磁性材料是指在磁场作用下，磁化强度与外磁场方向一致的材料，如铝、铂、氧气等。抗磁性材料抗磁性材料是指在磁场作用下，磁化强度与外磁场方向相反的材料，如水、铜、金等。2.磁性对材料性能的影响强度和硬度磁性材料通常具有较高的强度和硬度，这使得它们能够承受较大的外力作用。导电性和导热性磁性材料的导电性和导热性通常较低，这会影响其在某些应用中的性能。耐腐蚀性磁性材料的耐腐蚀性可能受到磁性的影响，需要根据具体材料进行评估。3.磁性材料的应用领域1电子设备磁性材料在电子设备中应用广泛，例如硬盘驱动器、磁带、磁卡和磁性传感器。2医疗设备在医疗领域，磁性材料用于核磁共振成像(MRI)和磁疗等。3电力系统磁性材料在发电机、电机、变压器等电力设备中发挥着重要作用。七、金属材料的选用原则性能要求选择材料时，首先要考虑材料的性能是否满足使用要求。例如，在需要承受高负荷的部件，应选用高强度、高硬度的材料，而对于需要抗腐蚀的部件，则需要选择耐腐蚀性强的材料。工艺要求材料的加工性能也会影响到产品的生产成本。例如，可焊性、可切削性、可锻造性等都会影响到产品的加工难度和成本。要选择合适的材料，以确保产品能够顺利加工，并控制生产成本。性能要求1强度材料能够承受载荷而不发生断裂或永久变形的能力，例如机械零件在工作时需要承受一定的压力或拉力。2硬度材料抵抗表面压痕的能力，例如切削刀具需要较高的硬度才能保证切削效率。3塑性材料在断裂前发生永久变形的能力，例如一些金属部件在加工过程中需要进行弯曲或拉伸。4耐腐蚀性材料抵抗腐蚀介质侵蚀的能力，例如在潮湿环境中使用的金属零件需要具备良好的耐腐蚀性。工艺要求可加工性材料要易于加工，例如切削、铸造、锻造等。热处理性能材料要能够承受热处理，如淬火、回火等，以获得所需的机械性能。焊接性材料要易于焊接，以满足部件的连接