绪论 材料与成形技术的经济地位 材料的发展史:石器时代、青铜器时代、铁器时代 材料的分类:金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料 材料的应用 :人造卫星天线、隐形飞机、磁性材料、 本课程在人才培养中的地位和作用 是机械类专业的一门重要的技术基础课 是机械设计的重要基础之一 在机械制造中占有重要地位 本课程的内容和要求 内容和要求:基本原理、基本知识、工程应用（及三者之间的关系） 特点: 内容多、广而浅、够用为度 方法：前后贯通、灵活应用 基本原理明确三种关系： 1.材料的三要素(成分、结构、微观组织)与使用性能的关系. 2.材料改性及表面强化工艺与材料成分、性能间的关系. 3.材料成形工艺与材料组织、性能间的关系.简而言之：材料的成分、改性工艺及成形工艺结构、微观组织、性能变化规律第一章工程材料的结构与性能基本知识1.各类工程材料(金属材料、工程陶瓷材料、高分子材料、复合材料)的特点及应用. 2.材料改性工艺的特点及应用(热处理工艺、表面改性). 3.各种成形工艺的特点及应用(液态成形技术、固态成形技术和连接技术).主要以金属材料的铸造、塑性加工及焊接工艺为主. 4.零件材料的质量控制(质量检验标准、检验项目及方法). 5.新材料的发展及现代改性与成形工艺的进展.第一章工程材料的结构与性能工程应用1.掌握工程材料和成形工艺的合理选用. 2.合理安排材料改性与成形工艺在流程中的位置. 3.掌握成形零件的结构工艺性. 4.掌握材料及其加工中图样和技术条件的标注方法. 5.了解材料质量检验方法与分析方法. 6.具有对工程材料及改性与成形的工艺的分析能力.第一章工程材料的结构与性能车床齿轮火箭球形容器第一章工程材料的结构与性能1.1材料原子的相互作用1.2晶体材料的原子排列 1.3非晶态材料中的原子排列1.4合金的晶体结构1.5高聚物的结构1.6陶瓷的结构 1.7工程材料的性能本章小结 1.1材料原子的相互作用第一章工程材料的结构与性能离子键 共价键 金属键 分子键 原子结合键类型 1.2晶体材料的原子排列 1.2.1理想晶体结构1).晶格2).常见的金属晶体结构3).晶面和晶向的表示方法 1.2.2实际晶体结构1).单晶体与多晶体2).晶体缺陷第一章工程材料的结构与性能原子排列模型晶格晶胞1.2.1理想晶体结构第一章工程材料的结构与性能晶体、非晶体晶格、点阵、阵点、晶面、晶向2).常见的金属晶体结构第一章工程材料的结构与性能体心立方晶格 面心立方晶格密排六方晶格1.2晶体材料的原子排列 1.2.1理想晶体结构1).晶格2).常见的金属晶体结构3).晶面和晶向的表示方法 1.2.2实际晶体结构1).单晶体与多晶体2).晶体缺陷第一章工程材料的结构与性能晶面和晶向的表示方法分别采用晶面指数 (hkl)和晶向指数uvw形式（以立方晶系为例）。 3).晶面和晶向的表示方法第一章工程材料的结构与性能XYZ晶向指数（hkl)的确定方法晶面第一章工程材料的结构与性能 以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢 为坐标轴，并以点阵基矢的长度作为三 个坐标的单位长度； 过原点作一直线OP，使其平行于待 标志的晶向AB,这一直线必定会通过 某些阵点； 在直线OP上选取距原点O最近的一个阵 点P，确定P点的坐标值； 将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、 v、w,加上方括号，uvw即为AB的晶向指数。晶面指数的确定方法第一章工程材料的结构与性能-ZYXZ-YX(326) 在点阵中设置参考坐标系，方法与确定晶 向指数时相同，但不能将坐标原点选在待 确定指数的晶面上； 以点阵基矢的长度为单位，量出待定晶面 在各坐标轴上的截距； 取三个截距的倒数，并以最小 公倍数乘这三个倒数，得到三个 最小的整数h、k、l; 将求得的h、 k、 l用圆括号括 起来，（hkl)即为该晶面的晶面 指数。单晶体的各向异性单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密 度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性能也 不同，这种现象称为各向异性。第一章工程材料的结构与性能1.2.2实际晶体结构第一章工程材料的结构与性能单晶体多晶体晶粒晶界2).晶体缺陷种类第一章工程材料的结构与性能点缺陷线缺陷面缺陷亚晶界第一章工程材料的结构与性能材料强度与位错密度的关系晶体缺陷的影响晶体缺陷晶体缺陷的出现,将使其周围的晶格产生畸变,而晶格畸变使材 料的强度、硬度等力学性能和电阻率、耐蚀性等物理及化学性能发 生改变。第一章工程材料的结构与性能1.3非晶态材料中的原子排列 1.3.1短程有序 1.3.2亚稳态性熔体、晶体、非晶体的能量关系第一章工程材料的结构与性能1.4.1合金的相结构、组织及其关系 1.4.2固溶体 1.4.3金属间化合物 1.4.4合金性能1.4合金的晶体结构第一章工程材料的结构与性能溶质原子溶剂原子间隙固溶体置换固溶体1.4.2固溶体第一章工程材料的结构与性能1.4.3金属间化合物1)正常价化合物2)电子化合物3)间隙化合物 1.4.4合金性能1)固溶体与固溶强化2)化合物与第二相强化第一章工程材料的结构与性能1.5高聚物的结构高聚物又称高分子化合物,通常由一种或几种简单的 低分子化合物聚合而成。高聚物的分子量很大，一般在 104107的范围内。高聚物的结构主要是指大分子链的结构，即大分子 链的形态、和大分子的聚集态结构。1.5.1大分子链的结构1.5.2高聚物的聚集态结构第一章工程材料的结构与性能1.5.1大分子链的结构大分子链的结构包括大分子结构单元的化学组成、键接方式、 空间构型等。1)结构单元的化学组成：由C、H、N、O、Si等元素构成。其中 碳原子之间以共价键结合的碳链高分子是最重要的高聚物。2)结构单元的键接方式和链的构型（头_尾连接、头_头连接、 尾_尾连接等连接方式；空间构型有全同立构、间同立构和无规立 构3)大分子链的形态： （大分子链的几何形态、大分子链的构 象及柔顺性）第一章工程材料的结构与性能大分子链的几何形态第一章工程材料的结构与性能线型带有支链体型高聚物的结构示意图大分子链的构象及柔顺性单键内旋转示意图第一章工程材料的结构与性能1.5.2高聚物的聚集态结构第一章工程材料的结构与性能1.6陶瓷的结构陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。其组 织示意图见下图 陶瓷的性能主要取决于晶相。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物。第一章工程材料的结构与性能相1.7工程材料的性能第一章工程材料的结构与性能1.7.1工程材料的力学性能1. 强度 2. 塑性3. 硬度4. 冲击韧性5. 断裂韧性6. 耐磨性7.粘弹性 1.7.2工程材料的物理性能 1.7.3工程材料的化学性能 1.7.4工程材料的工艺性能拉伸实验现在播放录象，请 同学把视频放大。1.强度第一章工程材料的结构与性能 1)静载时的强度(1) 弹性和刚度(2) 屈服点(3) 抗拉强度 2)变载时的强度 3)高温强度E PPE变载时的强度第一章工程材料的结构与性能金属疲劳强度与抗拉强度间的关系:碳素钢: -1(0.40.5) b;灰铸铁: -1 0.4 b;有色金属:-1(0.30.4) b第一章工程材料的结构与性能2.塑性材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性能称为 塑性。其大小用伸长率和断面收缩率来表示。3.硬度第一章工程材料的结构与性能布氏硬度原理洛氏硬度原理维氏硬度原理硬度第一章工程材料的结构与性能布氏硬度用HB表示:当试验压力的单位为kgf时当试验压力的单位为牛顿(N)时低碳钢:b=3.53HB,高碳钢: b=3.33HB,合金调质钢: b=3.19HB 灰铸铁: b=0.98HB,退火铝合金: b=4.70HB硬度第一章工程材料的结构与性能符号压头类型压力 Kgf硬度值 有效范围应用举例HRC120 金刚石圆锥1502060 HRC淬火钢件HRB1/16inch淬火钢球10025100 HRB软钢、退火钢、铜合金HRA120 金刚石圆锥6070HRA硬质合金、表面淬火钢布氏硬度洛氏硬度4.冲击韧性第一章工程材料的结构与性能Ak=G(H-h) JJ/cm2温度对冲击韧性的影响第一章工程材料的结构与性能多次冲击试验原理图第一章工程材料的结构与性能5.断裂韧性第一章工程材料的结构与性能Mpa.m1/2M200型磨损试验机示意图相对磨损量试验试样磨损量参考试样磨损量=6.耐磨性第一章工程材料的结构与性能蠕变 应力松弛 滞后与内耗7.粘弹性第一章工程材料的结构与性能1.7.2工程材料的物理性能材料第一章工程材料的结构与性能1.电性能(1)导电性能(2)介电性能2.磁性能3.光学性能4.热性能（1）导电性能第一章工程材料的结构与性能定义:导电性能是指材料传导电流的能力。用电导 率表示，（电阻率的倒数1/），单位为cm-1。材料的超导性（2）介电性能第一章工程材料的结构与性能1）材料在电场中的极化 2）介电常数和介电强度： 介电常数K是材料的电容率与真空电容率的比值 （K=/0）。 介电强度是极板间介电体可保持不被击穿的最大电 场强度，它决定了电容C和电荷量Q的上限。 3）压电现象和电致伸缩现象 4）电铁现象2.磁性能(1)磁导率为磁场强度与磁感应强度的比值(=B/H).相对磁导率r= / 0 (2)抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性 (3)磁畴结构第一章工程材料的结构与性能3.光学性能第一章工程材料的结构与性能(1)连续光谱和特征谱线 (2)材料与光子的交互作用能量E14.热性能第一章工程材料的结构与性能(1)热容: 摩尔热容是将1mol材料的温度升高1K所需要的能量。 比热容是指将单位质量的材料的温度升高1K所需要的能量。其