《材料性能学,》课件

《材料性能学》课程讲义本课程将介绍材料性能学的基本概念和应用。我们将探讨不同材料的特性，包括强度、硬度、韧性、延展性、疲劳强度、断裂韧性、蠕变、高温性能等。第一章材料的结构与性能材料的结构决定了材料的性能，而性能决定了材料的应用。本章将介绍材料的原子结构、晶体结构、缺陷和相变等基础知识，并探讨这些因素如何影响材料的性能。材料的原子结构1原子核原子核包含质子和中子,决定元素的种类.2电子云电子在核外特定区域运动,形成电子云,影响材料的化学性质.3能级电子在不同能级上运动,能级跃迁导致材料吸收或释放能量.晶体结构与缺陷原子排列规则的固体材料。晶格点位移或空缺等影响性能。点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。相图与相变1相图描述物质在不同温度和压力下的相态2相变物质在相图中发生的状态改变3固态相变金属材料常见的相变类型第二章材料的力学性能力学性能是材料在受力作用下的响应行为，是材料的重要性能指标之一。强度材料抵抗变形或断裂的能力。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程度。韧性材料吸收能量的能力。应力与应变应力材料内部由于外力作用而产生的内力，用单位面积上的内力表示。应变材料在外力作用下发生的形变程度，用形变量与原尺寸之比表示。关系应力和应变之间存在着密切的联系，在弹性范围内，应力与应变成正比。拉伸试验与塑性变形施加拉力在拉伸试验中，对试样施加拉力，使其发生拉伸变形。应力-应变曲线记录拉伸过程中试样产生的应力和应变，绘制应力-应变曲线。弹性变形在较小的拉伸应力下，材料发生弹性变形，去除应力后可恢复原状。塑性变形当应力超过弹性极限时，材料发生塑性变形，即使去除应力也不能完全恢复原状。屈服与加工硬化屈服材料在受到外力作用时，开始发生永久变形时的应力。加工硬化金属材料在冷加工过程中，由于内部晶体结构发生改变，强度和硬度提高的现象。断裂与韧性脆性断裂断裂前几乎没有塑性变形，断裂面光滑平整。韧性断裂断裂前有明显的塑性变形，断裂面粗糙不平。第三章金属材料的热处理热处理通过加热、保温和冷却等工艺，改变金属材料的内部组织结构，从而获得所需的性能。用途提高强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等性能。钢及其热处理钢材的特性钢材的强度、硬度、韧性等性能会因其成分和热处理工艺而异。热处理的目的通过热处理，可以改变钢材的微观结构，从而获得所需的性能。热处理方法常见的热处理方法包括淬火、回火、正火、退火等。时效硬化及其应用1定义时效硬化是指在一定温度下将过饱和固溶体保持一段时间，使其中析出第二相，从而提高材料硬度和强度的过程。2原理时效硬化通常发生在固溶体中含有可析出第二相的元素，例如铝合金中的铜。3应用时效硬化广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域，用于提高材料的强度和耐磨性。表面热处理技术淬火通过加热材料到一定温度，然后快速冷却，使材料表面硬度和强度提高。回火将淬火后的材料再加热到低于淬火温度的温度，并保温一段时间，然后冷却，以降低其硬度和脆性。渗碳将钢件加热到900-1000℃，在碳化的气氛中保温，使表面层渗入碳，提高表面硬度和耐磨性。第四章金属腐蚀与防护腐蚀的原理金属腐蚀是金属材料与周围环境发生化学或电化学反应，导致金属表面发生破坏的过程。腐蚀的类型常见的腐蚀类型包括化学腐蚀、电化学腐蚀、生物腐蚀等。腐蚀的原理及类型电化学腐蚀金属与电解质溶液发生化学反应，形成金属离子，溶解到溶液中，同时产生电子，电子在金属表面流动，形成电流，从而导致金属的腐蚀。化学腐蚀金属与非电解质溶液或气体直接发生化学反应，形成金属氧化物、硫化物等腐蚀产物，导致金属的破坏。生物腐蚀由生物或生物体产生的物质导致的腐蚀，例如细菌、真菌、藻类等。常见金属的腐蚀行为钢铁生锈，是常见的腐蚀现象。铜在潮湿空气中形成绿色的铜绿。铝在空气中形成致密的氧化膜，起到保护作用。腐蚀防护措施涂层保护涂层通过在金属表面形成一层保护膜来阻止腐蚀。常见的涂层材料包括油漆、塑料和陶瓷。电化学保护电化学保护方法通过改变金属的电位来抑制腐蚀。常用的方法包括阴极保护和阳极保护。材料选择选择耐腐蚀的材料，例如不锈钢、铝合金和钛合金，可以有效地防止腐蚀。第五章陶瓷材料与复合材料陶瓷材料和复合材料在现代工业中发挥着重要作用，具有耐高温、耐腐蚀、高强度等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息、能源化工等领域。陶瓷材料的特点耐高温陶瓷材料具有极高的熔点，能够在高温环境下保持稳定性。硬度高陶瓷材料的硬度通常很高，可以抵抗磨损和刮擦。耐腐蚀陶瓷材料对大多数化学物质具有很强的抵抗力。陶瓷的制备与性能1原料选择陶瓷材料的性能取决于原料的组成和性质。2粉体制备将原料粉碎、混合、成型，形成陶瓷坯体。3烧结工艺高温烧结，使粉体颗粒相互结合，形成致密的陶瓷体。4性能测试测试陶瓷材料的机械强度、耐腐蚀性、热稳定性等。复合材料的设计与应用轻量化设计复合材料的轻质特性使其成为航空航天、汽车、运动器材等领域的首选材料。结构强度复合材料的优异强度和刚度使其能够用于建造高性能的结构，例如桥梁、建筑物和船舶。耐腐蚀性复合材料能够抵抗各种环境条件，包括腐蚀、高温和低温，使其在恶劣环境中发挥作用。第六章高分子材料高分子材料的特性高分子材料是由许多小分子通过共价键连接而成的长链结构，具有柔韧性、可塑性、耐腐蚀等特点。种类繁多常见高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚酯等，广泛应用于各种工业领域。高分子材料的结构单体高分子材料由重复的结构单元（单体）组成。每个单体都包含一个或多个原子，并具有特定的化学键合方式。聚合反应单体通过化学反应相互连接，形成长链结构，称为聚合物。线性结构单体以直线形式连接，形成线性聚合物。例如，聚乙烯。支化结构单体以树枝状形式连接，形成支化聚合物。例如，淀粉。高分子材料的性能机械性能高分子材料通常具有良好的柔韧性和弹性，这使得它们成为各种应用的理想选择。热性能高分子材料的热性能取决于其化学结构，它们可以具有良好的耐热性或良好的耐寒性。电性能一些高分子材料是良好的绝缘体，这使得它们成为电气应用的理想选择。化学性能高分子材料通常对化学物质具有良好的耐受性，这使得它们成为各种环境的理想选择。高分子材料的应用汽车车身、内饰、轮胎等部件电子产品手机壳、电脑外壳、线缆建筑门窗、管道、地板、隔热材料纺织衣物、地毯、家具布料结束语本课程旨在为同学们提供材料性能学的基本知识，帮助大家理解材料的微观结构与宏观性能之间的关系，以及材料在实际应用中的性能表现。本课程主要内容总结材料的结构原子结构、晶体结构、缺陷、相图和相变。材料的力学性能应力、应变、拉伸试验、塑性变形、屈服、加工硬化、断裂、韧性。金属材料的热处理钢的热处理、时效硬化、表面热处理技术。金属腐蚀与防护腐蚀的原理、