工程零构件对材料性能的要求.pptxVIP

1.1 负荷概述（ load） 负荷→零件→可能产生各种损伤→（严重时）失效 1.1.1 力学负荷（ mechanical load ） ?加载形式：拉伸与压缩 、 剪切、扭转、弯曲、以及组合 加载(如车床主轴)。 ?效应：变形→严重时破坏（断裂等）。; 1.1.2 热负荷(thermal load) ?温度因素（temperature effects ） ：高温、低温、热冲击。 ⑴T↑ ，材料强度↓ 。普通钢材从室温上升到 600℃, 强度下降一半之多。 ⑵ T>0.3Tm，很小应力下的缓慢变形（蠕变creep ）。 ⑶急热急冷产生的热应力（ thermal stress ）。 ⑷低温下的材料脆化 （ embrittlement ）。; 1.1.3 环境介质的作用（environmental effect） 产生物理、化学作用；磨损作用等。 ?①腐蚀（corrosion）： 化学腐蚀、电化学腐蚀和物理溶解（详细情况和选材见第12章）。 ?②摩擦磨损（friction and wear）： 接触零件间相对运动时发生，引起功和能消耗、噪声等。磨损是零件表面材料的逐渐失去，常见类型有粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损和麻点磨损（接触疲劳）。（详细叙述和选材见第10章）。; ③老化作用（degradation）： 各种环境因素作用下材料性能的逐渐退化、变坏，最终丧失使用价值的现象。例轮胎龟裂、发粘，塑料变硬变脆。 老化的环境因素：温度、日光、电、辐射、应力、化学介质等。? ; 1.2 工程设计与加工工艺所需要的材料性能 零件（如齿轮、螺钉）→部件（如变速器?、齿轮箱）→机器（如机床）。 1.2.1 整机性能→零部件性能→材料性能的关系 （material property） ? 在合理设计制造基础上，机器的性能主要由其零部件尤其关键件的强度及其它相关性能所决定。 ? 机械零件的强度很大程度上由材料的强度及其它力学性能所决定。 例1：机床（参考教材P3） 例2：柴油机（参考教材P3）;1.2.2 工程材料力学性能（mechanical property） (1)拉伸试验和应力—应变曲线（tension test and stress–strain curve） 弹性变形 —— 塑性变形 —— 断裂 (2)弹性和刚度（elasticity and stiffness） σe 弹??极限 σ∝ε σ＝E·ε E＝σ/ε E 称为材料的刚度 弹性模量的比较：陶瓷＞金属＞＞高分子材料。 ?工程应用： 要求低E（易弹性变形且变形能力大），如沙发垫子。 要求高E（保持固有形状能力强），如主轴 ，钻杆。 要求比刚度（E/ρ）大（轻而不易变形），如航空航天 碳纤维复合材料＞ Ti合金＞ Al合金＞＞钢铁;(3)强度和塑性（strength and plasticity） 强度——材料抵抗变形和断裂的能力。 塑性——材料产生塑性变形的能力。 ?屈服强度σs（σ0.2）=Ps/F（MPa）,是零件最重要的设计指标。 ?抗拉强度σb=Pb/F，也是重要的设计指标，数据易得。 ?比强度σs/ρ及σb/ρ，单位质量的强度：水泥 0.8，木材 12.5，钢 5.2，铝 11.1，Ti 13.3，碳纤维 160.9。 ?延伸率 δ=（l1－l0）/l0×100%。 ?断面收缩率 ψ=（F0－F1）/F0×100%。 塑性不能直接作为设计指标，但可作为参考指标。 ?课堂讨论：塑性指标的作用。 ?粘弹性（自学，高分子材料明显）。; (4)硬度（hardness） 材料的软硬程度，用压痕深度或面积表征。 ①压痕深或面积大，材料软；反之硬。 ②测量方便，一般属无损检测。 ③硬度与强度、塑性存在一定的关系。硬度是零件设计时的主要力性技术要求。 ④零件中、高硬度要求时，用洛氏硬度 30 ～ 70HRC 标注公差 3～5HRC。 零件中、低硬度要求时，用布氏硬度