工程材料及熱加工工藝基礎(chǔ)課件

工程材料及熱加工工藝基礎(chǔ)機(jī)電工程學(xué)院周玉梅zymtky@163.com第1章材料的種類(lèi)與性能材料按化學(xué)組成（或基本組成）分類(lèi)根據(jù)材料的性能分類(lèi)材料按服役的領(lǐng)域來(lái)分類(lèi)材料按結(jié)晶狀態(tài)分類(lèi)材料按尺寸分類(lèi)1.1材料的種類(lèi)1.金屬材料2.無(wú)機(jī)非金屬材料3.高分子材料（聚合物）4.復(fù)合材料材料按化學(xué)組成（或基本組成）分類(lèi)ElementPeriodicTable元素周期表金屬材料：金屬材料是由化學(xué)元素周期表中的金屬元素組成的材料：可分為由一種金屬元素構(gòu)成的單質(zhì)（純金屬）；由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素構(gòu)成的合金。無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱(chēng)。它與廣義的陶瓷材料有等同的含義。無(wú)機(jī)非金屬材料種類(lèi)繁多，用途各異，目前還沒(méi)有統(tǒng)一完善的分類(lèi)方法。一般將其分為傳統(tǒng)的（普通的）和新型的（先進(jìn)的）無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類(lèi)。

高分子材料（高聚物Polymer）高聚物是由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物經(jīng)聚合而組成的分子量很大的化合物。高聚物的種類(lèi)繁多，性能各異，其分類(lèi)的方法多種多樣。按高分子材料來(lái)源分為天然高分子材料和合成高分子材料；按材料的性能和用途可將高聚物分為橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等。復(fù)合材料(Composite)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成。復(fù)合材料是多相材料，主要包括基本相和增強(qiáng)相?；w相是一種連續(xù)相材料，它把改善性能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用；增強(qiáng)相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料MilitaryCommercialHelicoptersSpace復(fù)合材料的的應(yīng)用領(lǐng)域域根據(jù)材料的的性能分類(lèi)類(lèi)結(jié)構(gòu)材料是指具有抵抵抗外場(chǎng)作作用而保持持自己的形形狀、結(jié)構(gòu)構(gòu)不變的優(yōu)優(yōu)良力學(xué)性性能（強(qiáng)度度和韌性等等），用于于結(jié)構(gòu)目的的的材料。。這種材料料通常用來(lái)來(lái)制造工具具、機(jī)械、、車(chē)輛和修修建房屋、、橋梁、鐵鐵路等。是是人們熟悉悉的機(jī)械制制造材料、、建筑材料料，包括結(jié)結(jié)構(gòu)鋼、工工具鋼、鑄鑄鐵、普通通陶瓷、耐耐火材料、、工程塑料料等傳統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)材料料（一般結(jié)結(jié)構(gòu)材料））以及高溫溫合金、結(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷等等高級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)材料。功能材料是具有優(yōu)良良的電學(xué)、、磁學(xué)、光光學(xué)、熱學(xué)學(xué)、聲學(xué)、、力學(xué)、化化學(xué)和生物物學(xué)功能及及其相互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的功能能，被用于于非結(jié)構(gòu)目目的的高技技術(shù)材料。。材料按服役役的領(lǐng)域來(lái)來(lái)分類(lèi)電子信息材材料：指用于信息息的探測(cè)、、傳輸、顯顯示、運(yùn)算算和處理的的光電信息息材料。信信息材料主主要包括信信息的監(jiān)測(cè)測(cè)和傳感（（獲?。┎牟牧?、信息息的傳輸材材料、信息息的存儲(chǔ)材材料、信息息的運(yùn)算和和處理材料料。能源材料：按使用目的的不同分為為新能源材材料、節(jié)能能材料和儲(chǔ)儲(chǔ)氫材料等等。新能源源材料包括括增值堆用用核材料、、聚變堆材材料、太陽(yáng)陽(yáng)能電池（（單晶硅、、多晶硅、、非晶硅等等）；節(jié)能能材料包括括非晶體金金屬磁性材材料（用作作變壓器鐵鐵芯的Fe-Mn-B-Si合金）和和超導(dǎo)材料料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁體體用材料））；儲(chǔ)氫材材料航空航天材材料：主要包括新新型金屬材材料（如先先進(jìn)鋁合金金、超高強(qiáng)強(qiáng)度鋼、高高溫合金、、高熔點(diǎn)合合金、鈹及及其合金））、燒蝕防防熱材料和和新型復(fù)合合材料。此此外，還包包括一些功功能材料，，如涂層材材料、隔熱熱材料、透透明材料、、阻尼材料料、密封材材料、潤(rùn)滑滑材料、粘粘合劑材料料等生物材料：：是一類(lèi)合成成物質(zhì)或天天然物質(zhì)或或這些物質(zhì)質(zhì)的復(fù)合，，它能作用用一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的整體或或部分，在在一定時(shí)期期內(nèi)治療、、增強(qiáng)或替替換機(jī)體的的組織、器器官或功能能。醫(yī)用金金屬及合金金、陶瓷、、高分子、、復(fù)合材料料電子信息材材料Thefirstsolidstatetransistor(1947atBellLabs)Nd:YV04lasercrystalTheopticalfibercableintheforegroundhastheequivalentinformation-carryingcapacityofthecoppercableinthebackgroundMagneticmaterials能源材料HydrogentankofTOYOTAFCHV-3,fuelcellhybridvehicle,usesthealloyproposedbyETRI.Ni-Hbattery航天、航空空材料555-seattwin-deck,four-aisle,Maximumtake-offweight(including

afullload):(617tons).flyadistanceofover10,000milesRolls-RoyceTrent900Engine生物材料DevelopmentofanartificialfingerjointfromHKUCustominplants,Innova,US材料按結(jié)晶晶狀態(tài)分類(lèi)類(lèi)單晶材料是由一個(gè)比比較完整的的晶粒構(gòu)成成的材料，，如單晶纖纖維、單晶晶硅；多晶材料是由許多晶晶粒組成的的材料，其其性能與晶晶粒大小、、晶界的性性質(zhì)有密切切的關(guān)系。。非晶態(tài)材料料是由原子或或分子排列列無(wú)明顯規(guī)規(guī)律的固體體材料，如如玻璃、高高分子材料料。Singlecrystalsilicondiamond材料按材料料的尺寸分分類(lèi)1.零維材料即即超微粒子子。通過(guò)Sol-gel法、多多相沉積或或激光等方方法，可以以制備出亞亞微米級(jí)的的陶瓷或金金屬粉末，，大小1——100nm的超微微粒比表面面積大（可可作為高效效催化劑））、比表面面能高、熔熔點(diǎn)低、燒燒結(jié)溫度下下降、擴(kuò)散散速度快、、強(qiáng)度高而而塑性下降降慢、電子子態(tài)由連續(xù)續(xù)能帶變?yōu)闉椴贿B續(xù)、、光吸收也也發(fā)生異常常現(xiàn)象（可可以成為高高效微波吸吸收材料））。2.一維材料即即纖維材料料。如光導(dǎo)纖纖維由于其其信息傳輸輸量遠(yuǎn)比銅銅、鉛的同同軸電纜大大，而且光光纖有很強(qiáng)強(qiáng)的保密性性，所以發(fā)發(fā)展很快。。再比如脆脆性塊狀材材料在變成成細(xì)絲后便便增加了韌韌性，可以以用來(lái)增強(qiáng)強(qiáng)其它的塊塊狀。實(shí)用用纖維為碳碳纖維、硼硼纖維、陶陶瓷纖維。。3.二維材料即即薄膜材料料，如金剛石薄薄膜、高溫溫超導(dǎo)薄膜膜、半導(dǎo)體體薄膜。由由于薄膜的的電子所處處狀態(tài)和外外界環(huán)境的的影響，可可表現(xiàn)出不不同的電子子遷移規(guī)律律，完成特特定的電學(xué)學(xué)、光學(xué)或或電子學(xué)功功能，如成成為絕緣體體、鐵電體體、導(dǎo)體或或半導(dǎo)體等等，從而有有可能作為為光學(xué)薄膜膜用于非線線性光學(xué)、、光開(kāi)關(guān)、、放大或調(diào)調(diào)幅、敏感感與傳感元元件，用于于顯示或探探測(cè)器，用用于環(huán)保或或表面改性性的保護(hù)膜膜。4.三維材料即即塊狀材料料。1.2材材料的力學(xué)學(xué)性能一、彈性與與剛度二、強(qiáng)度與與塑性三、硬度四、沖擊韌韌度五、疲勞強(qiáng)強(qiáng)度六、斷裂韌韌度材料在承受受各種載荷荷時(shí)的行為為（靜載荷，，動(dòng)載荷，，變載荷））各類(lèi)材料的的應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變行為應(yīng)力=P/F0應(yīng)變=(l-l0)/l0低碳鋼的應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變變曲線拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)spProportionallimit比例例極限seElasticlimit彈性性極限ssYeildstrength(limit)屈屈服強(qiáng)度（（極限）sbTensilestrength抗抗拉強(qiáng)度skBreakingstrength斷裂強(qiáng)強(qiáng)度低碳鋼的應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變變曲線一、彈性和和剛度材料的E越越大，剛度度越大；彈性：指標(biāo)為彈性性極限e，即材料承受最最大彈性變變形時(shí)的應(yīng)應(yīng)力。剛度：材料受力時(shí)時(shí)抵抗彈性性變形的能能力。指標(biāo)為彈性性模量E。。彈性模量的的大小主要要取決于材材料的本性性，除隨溫溫度升高而而逐漸降低低外，其他他強(qiáng)化材料料的手段如如熱處理、、冷熱加工工、合金化化等對(duì)彈性性模量的影影響很小。?？梢酝ㄟ^(guò)過(guò)增加橫截截面積或改改變截面形形狀來(lái)提高高零件的剛剛度。強(qiáng)度:材料在在載荷作用用下抵抗永久變變形和破壞壞的能力。當(dāng)承受拉力力時(shí)，主要要是屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度度。二、強(qiáng)度與與塑性屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度s：材材料料發(fā)發(fā)生生微微量量塑塑性性變變形形時(shí)時(shí)的的應(yīng)應(yīng)力力值值。。即即在拉拉伸伸試試驗(yàn)驗(yàn)過(guò)過(guò)程程中中，，載載荷荷不不增增加加，，試試樣樣仍仍能能繼繼續(xù)續(xù)伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)時(shí)的的應(yīng)應(yīng)力力。。條件件屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度0.2：高碳碳鋼鋼等等無(wú)無(wú)屈屈服服點(diǎn)點(diǎn)，，國(guó)國(guó)家家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定定以以殘余余變變形形量量為為0.2%時(shí)時(shí)的的應(yīng)力力值值作作為為它它的的條條件件屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度，，以以σσ0.2來(lái)表表示示。?？估瓘?qiáng)強(qiáng)度度σσb：：試樣樣在在斷斷裂裂前前所所能能承承受受的的最最大大應(yīng)應(yīng)力力，，表表示示材材料料抵抵抗抗斷斷裂裂的的能能力力。。塑性性—斷裂裂前前材材料料發(fā)發(fā)生生不不可可逆逆永永久久變變形形的的能能力力斷后后延延伸伸率率d=(L-L0)/L0斷面面收收縮縮率率y=(A0-A)/A0d和y越高高材材料料的的塑塑性性越越好好指標(biāo)標(biāo)拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說(shuō)明明：：①用用斷斷面面縮縮率率表表示示塑塑性性比比伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率更更接接近近真真實(shí)實(shí)變變形形。。②直直徑徑d0相同同時(shí)時(shí)，，l0，，。。只只有有當(dāng)當(dāng)l0/d0為常常數(shù)數(shù)時(shí)時(shí)，，塑塑性性值值才才有有可可比比性性。。當(dāng)l0=10d0時(shí)，，伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率用用表示示；；當(dāng)l0=5d0時(shí)，，伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率用用5表示示。。顯顯然然5>③>時(shí)，，無(wú)無(wú)頸頸縮縮，，為為脆脆性性材材料料表表征征<時(shí)，，有有頸頸縮縮，，為為塑塑性性材材料料表表征征硬度度是是材材料料抵抵抗抗表表面面局局部部塑塑性性變變形形的的能能力力硬度度也也反反映映材材料料抵抵抗抗其其它它物物體體壓壓入入的的能能力力通常常材材料料的的強(qiáng)強(qiáng)度度越越高高，，硬硬度度也也越越高高工程程上上常常用用的的硬硬度度指指標(biāo)標(biāo)有有布氏氏硬硬度度洛氏硬度維氏硬度二、硬度布氏硬度HB用一定載荷P，將直徑為D的球體（淬淬火鋼球或硬硬質(zhì)合金球）），壓入被測(cè)測(cè)材料的表面面，保持一定定時(shí)間后卸去去載荷，測(cè)量量被測(cè)試試表表面上所形成成的壓痕直徑徑d，由此計(jì)算壓壓痕的球缺面面積F，其單位面積積所受載荷稱(chēng)稱(chēng)為布氏硬度度。布氏硬度度值HB=P/F當(dāng)測(cè)試壓頭為為淬火鋼球時(shí)時(shí)，只能測(cè)試試布氏硬度小小于450的的材料，以HBS表示當(dāng)測(cè)試壓頭為為硬質(zhì)合金時(shí)時(shí)，可測(cè)試布布氏硬度為450~650的材料，，以HBW表表示120HBS10/1000/30表示直徑為為10mm的的鋼球在1000kgf（9.807kN）載載荷作用下保保持30s測(cè)測(cè)得的布氏硬硬度值為120。在測(cè)定材料的的布氏硬度時(shí)時(shí)，應(yīng)根據(jù)材材料的種類(lèi)和和試樣的厚度度，選擇球體體材質(zhì)、球體體直徑D、施施加栽荷P和和載荷保持時(shí)時(shí)間等布氏硬度的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤誤差小，數(shù)據(jù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大大，不能用于于太薄件、成成品件及比壓壓頭還硬的材材料。適于測(cè)量退火火、正火、調(diào)調(diào)質(zhì)鋼,鑄鑄鐵及有色金金屬的硬度。。材料的b與HB之間的的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：：對(duì)于低碳鋼:b(MPa)≈3.6HB對(duì)于高碳鋼：：b(MPa)≈3.4HB對(duì)于鑄鐵：b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈0.6(HB-40)HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵洛氏硬度HR原理：洛氏硬硬度試驗(yàn)是用用特殊的壓頭頭（金剛石壓頭或或鋼球壓頭）在先后施加加的兩個(gè)載荷荷（預(yù)載荷和和總載荷）的的作用下壓入入金屬表面來(lái)來(lái)進(jìn)行的?？傒d荷P為預(yù)預(yù)載荷P0和和主要載荷P1之和，即即P=P0+P1洛氏硬度值是是施加總載荷P并卸除主載載荷P1引起起的殘余壓入入深度.該值用來(lái)表表示被測(cè)材料料硬度的高低低。HR=k-(h1-h0)/0.002優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓壓痕小，適用用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散散度大。圖1-4洛洛氏硬度試驗(yàn)驗(yàn)示意圖a)HR(A、C、D)標(biāo)尺b)HRB標(biāo)尺尺鋼球壓頭與金剛石壓頭維氏硬度HV維氏硬度的測(cè)測(cè)量原理與布布氏硬度相同同，不同點(diǎn)是是壓頭為一相相對(duì)面夾角為為136°金金剛石正四方方棱錐體，所所加負(fù)荷為5~120kgf（49.03~1176.80N）它所測(cè)定的硬硬度值比布氏氏、洛氏硬度度精確，壓入入深度淺，適適于測(cè)定經(jīng)表表面處理零件件的表面層的的硬度，改變變負(fù)荷可測(cè)定定從極軟到極極硬的各種材材料的硬度，，但測(cè)定過(guò)程程比較麻煩。。在用規(guī)定的壓壓力P將金剛石壓頭頭壓入被測(cè)試試件表面并保保持一定時(shí)間間后卸去載荷荷，測(cè)量壓痕痕投影的兩對(duì)對(duì)角線的平均均長(zhǎng)度d，據(jù)此計(jì)算出出壓痕的表面面積S，最后求出壓壓痕表面積上上平均壓力（（P/S），以此作為為被測(cè)材料的的維氏硬度值值。壓痕維氏硬度用符符號(hào)HV表示示，符號(hào)前的的數(shù)字為硬度度值，后面的的數(shù)字按順序序分別表示載載荷值及載荷荷保持時(shí)間。。根據(jù)載荷范圍圍不同，規(guī)定定了三種測(cè)定定方法—維氏氏硬度試驗(yàn)、、小負(fù)荷維維氏硬度試驗(yàn)驗(yàn)、顯微維氏氏硬度試驗(yàn)。。維氏硬度保留留了布氏硬度度和洛氏硬度的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)三、沖擊韌性性是指材料抵抗抗沖擊載荷作作用而不破壞壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌韌性值ak(通過(guò)沖擊實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。。韌脆轉(zhuǎn)變溫度度韌材料的沖擊韌韌性隨溫度下下降而下降。。在某一溫度度范圍內(nèi)沖擊擊韌性值急劇劇下降的現(xiàn)象象稱(chēng)韌脆轉(zhuǎn)變變。發(fā)生韌脆脆轉(zhuǎn)變的溫度度范圍稱(chēng)韌脆脆轉(zhuǎn)變溫度。。材料的使用用溫度應(yīng)高于于韌脆轉(zhuǎn)變溫溫度。體心立方金屬屬具有韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度，而而大多數(shù)面心心立方金屬?zèng)]沒(méi)有。斷裂（fracture）韌性斷裂（Ductilefracture）斷裂前發(fā)生明明顯的宏觀塑塑性變形，斷斷口為杯形，，暗灰纖維狀狀脆性斷裂（brittlefracture）:：斷裂前不發(fā)生生塑性變形，，斷口平齊，，由無(wú)數(shù)發(fā)亮亮的小平面組組成a軟金屬、、聚合物b低碳鋼c鑄鐵、陶陶瓷、玻璃DuctilefractureBrittlefractureTheRMSTitanicleavesportinthe1998movieTitanic.WreckofTitanic現(xiàn)代造船用鋼鋼（左）與TITANIC號(hào)殘骸上上的鋼（右））沖擊韌性試試樣modernsteelandTitanicsteel四、斷裂韌韌性工作應(yīng)力s[s]=ss/kk為安全全系數(shù)要求材料具有有足夠的dy,指標(biāo)和韌性Ak傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方方法：不能保證不發(fā)發(fā)生低應(yīng)力下下的脆斷！??！斷裂韌度KIc:材料抵抗裂紋紋失穩(wěn)擴(kuò)展的的能力，單位位是MPa?m1/2裂紋尖端強(qiáng)度度場(chǎng)因子KI=Ysa1/2Y是裂紋的的幾何形狀因因子值為為1~2s是零件的工作作應(yīng)力a是裂紋的的半長(zhǎng)度s2a反映材料抵抗抗脆性斷裂能能力的性能指指標(biāo)前面所述的力力學(xué)性能，都都是假定材料料內(nèi)部是完整整、連續(xù)的，，但是實(shí)際上上，內(nèi)部不可可避免的存在在各種缺陷（（夾雜、氣孔孔等），由于缺陷的存存在，使材料料內(nèi)部不連續(xù)續(xù)，這可看成成材料的裂紋紋，在裂紋尖尖端前沿有應(yīng)應(yīng)力集中產(chǎn)生生，形成一個(gè)個(gè)裂紋尖端應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)斷裂微觀機(jī)制制neckingmicrovoidsmallcavititescoalescetocrackscrackspropogateFinalshearfracturewithfibrouspulloutindicatingplasticdeformation韌性斷斷裂微孔，，缺陷陷合并為為裂紋紋裂紋擴(kuò)擴(kuò)展最后剪剪切斷斷裂，，包含含顯示示塑性性斷裂裂的纖纖維斷斷口油輪斷斷裂和和北極極星導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼體體爆炸炸與材材料中中存在在缺陷陷有關(guān)關(guān)北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式1950年年，美美國(guó)北極星星導(dǎo)彈彈固體燃燃料發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼體體在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)發(fā)發(fā)生爆炸，經(jīng)過(guò)過(guò)研究究，發(fā)發(fā)現(xiàn)破破壞的的原因因是材材料中中存在在0.1～～1mm的的裂紋紋并擴(kuò)擴(kuò)展所所致。。五、疲疲勞極極限疲勞（Fatigue））:零件在在交變變載荷荷下經(jīng)經(jīng)過(guò)較較長(zhǎng)時(shí)時(shí)間工工作而而發(fā)生生斷裂裂的現(xiàn)現(xiàn)象（80%的的斷裂裂由疲疲勞造造成）扭轉(zhuǎn):r=-1曲曲軸軸彎曲:r=0齒齒輪輪齒根根壓縮:r=-∞∞球球軸承承小拉大大壓:r<0連連桿桿大拉小小壓0<r<1缸缸蓋螺螺釘常見(jiàn)的的交變變應(yīng)力力r=σσmin/σmax材料在在低于于s的重復(fù)復(fù)交變變應(yīng)力力作用用下發(fā)發(fā)生斷斷裂的的現(xiàn)象象。材料在在規(guī)定定次數(shù)數(shù)應(yīng)力力循環(huán)環(huán)后仍仍不發(fā)發(fā)生斷斷裂時(shí)時(shí)的最最大應(yīng)應(yīng)力稱(chēng)稱(chēng)為疲疲勞極極限。。用-1表示。。鋼鐵材材料規(guī)規(guī)定次次數(shù)為為，，有有色色金屬屬合金金為。。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞斷斷口特特征疲勞源源區(qū)疲勞裂裂紋擴(kuò)擴(kuò)展區(qū)區(qū)最后斷斷裂區(qū)區(qū)一般在在局部應(yīng)應(yīng)力集集中或或強(qiáng)度度較低低部位位首先出出現(xiàn)裂裂紋源源，在在載荷荷繼續(xù)續(xù)作用用后，，裂紋紋隨后后擴(kuò)展展導(dǎo)致致斷裂裂軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）疲勞斷斷口通過(guò)改善材材料的的形狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)，減減少表表面缺缺陷，，提高高表面面光潔潔度，，進(jìn)行行表面面強(qiáng)化化等方法法可提提高材材料疲疲勞抗抗力。。失效(failure)機(jī)械零零件失失去在在一定定的載載荷、、溫度度、介介質(zhì)作作用下下保持持一定定的幾幾何形形狀、、尺寸寸、實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)械運(yùn)運(yùn)動(dòng)、、傳遞遞力和和能的的效能能。失效的的原因因機(jī)械零零件的的失效效形式式(第11章章)零件的的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)材料的的選擇擇材料的的加工工制造造裝配調(diào)調(diào)整使用和和保養(yǎng)養(yǎng)材料的的失效效形式式過(guò)量變變形斷裂磨損腐蝕高溫蠕蠕變過(guò)量變變形彈性變變形塑性變變形抗力指指標(biāo)條件比比例極極限條件彈彈性極極限條件屈屈服極極限σ0.001%-0.01%σ0.005%-0.05%σ0.01%-0.5%彈性變變形量量Δl（剛剛度））精密機(jī)機(jī)床絲絲杠炮筒、、彈簧簧一般機(jī)機(jī)器的的機(jī)座座、機(jī)機(jī)架、、橋梁梁、容容器斷裂韌性斷斷裂脆性斷斷裂抗力指指標(biāo)沖擊韌韌度ak斷裂韌韌度KIC計(jì)算?疲勞斷斷裂靜、沖沖擊載載荷交變載載荷斷口特特征疲勞極極限過(guò)載持持久值值磨損粘著磨磨損磨粒磨磨損腐蝕磨磨損氧化磨磨損接觸疲疲勞：：麻點(diǎn)點(diǎn)磨損損微動(dòng)磨磨損高溫蠕變持久強(qiáng)度蠕變極限腐蝕高溫氧化腐蝕電化學(xué)腐蝕電偶腐蝕小孔腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕防腐蝕措施？磨損失失效一、磨磨損Wear：零件在在磨擦擦過(guò)程程中其其表面面發(fā)生生尺寸寸變化化和物物質(zhì)耗耗損的的現(xiàn)象象粘著磨磨損adhesivewear：摩擦副副局部部發(fā)生生冷焊合合（擠破破潤(rùn)滑滑膜和和部件件表面面的氧氧化膜膜，原原子間間結(jié)合合），，隨后后撕裂裂的過(guò)過(guò)程。。例如如：曲曲軸燒燒瓦了了；蝸蝸輪、、蝸桿咬咬死了了等現(xiàn)現(xiàn)象磨損速速度大大：10～～15μm/h磨粒磨磨損Abrasivewear：：硬質(zhì)磨磨粒使使摩擦擦面產(chǎn)產(chǎn)生塑性變變形或嵌入或切割的過(guò)程程。例如：：礦山山用的的粉碎碎機(jī)，，磨粒粒磨損損嚴(yán)重重。磨損速速度較較大：：0.5～5μm/h；磨粒腐蝕磨磨損corrosivewear：環(huán)環(huán)境介介質(zhì)與與摩擦擦力聯(lián)聯(lián)合腐腐蝕、、磨損損：1，氧氧化腐腐蝕剝剝落：：部件件接觸觸面產(chǎn)產(chǎn)生氧氧化膜膜→剝落→露出新新金屬屬→再生成成新氧氧化膜膜→再剝落落→反復(fù)損損耗的的過(guò)程程磨損速速度：：0.1～0.5μm/h；(屬正常常失效效)2，機(jī)機(jī)械微微動(dòng)磨磨損fretting：：緊配合合構(gòu)件件的微微動(dòng)區(qū)區(qū)內(nèi)，，產(chǎn)生生磨痕痕蝕坑坑，亦亦稱(chēng)咬咬蝕，，微動(dòng)區(qū)區(qū)內(nèi)有有粉末末產(chǎn)生生，因因此微微動(dòng)磨磨損包包含了了：氧氧化磨磨損、、磨粒粒磨損損、粘粘著磨磨損。。蝕坑處dL微動(dòng)磨磨損麻點(diǎn)磨磨損Surfacefatigue（接接觸疲疲勞））：接觸疲疲勞：：滾動(dòng)動(dòng)點(diǎn)接接觸處處，在在交變變應(yīng)力力下產(chǎn)產(chǎn)生的的疲勞勞剝落落，形形成的的小凹凹坑現(xiàn)現(xiàn)象現(xiàn)現(xiàn)象。。例如如：滾滾動(dòng)軸軸承的的滾珠珠，后后期表表面形形成的的麻點(diǎn)。又例例如：：嚙合合的齒齒面會(huì)會(huì)產(chǎn)生生麻點(diǎn)點(diǎn)，使使振動(dòng)動(dòng)、噪噪聲、、沖擊擊增大大，嚴(yán)嚴(yán)重齒齒根可可能沖沖擊斷斷裂。高溫對(duì)對(duì)金屬屬力學(xué)學(xué)性能能的影影響溫度↑強(qiáng)度降降低↓時(shí)間↑強(qiáng)度降降低↓蠕變極極限持久強(qiáng)強(qiáng)度材料高高溫力力學(xué)性性能指指標(biāo)高溫蠕蠕變失失效蠕變：：材料料在長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間間的恒恒溫、、恒應(yīng)應(yīng)力的的作用用下緩緩慢地地產(chǎn)生生塑性性變形形的現(xiàn)現(xiàn)象稱(chēng)稱(chēng)為蠕蠕變a.蠕蠕變極極限應(yīng)變eIIIIII時(shí)間t蠕變極極限：1，在在規(guī)規(guī)定的的溫度度下，，使試試樣產(chǎn)產(chǎn)生穩(wěn)穩(wěn)態(tài)的的蠕變變速率率的應(yīng)應(yīng)力。。(1×10-5%/h)sTes600110-5=60MPa2,在在規(guī)規(guī)定溫溫度下下和規(guī)規(guī)定的的時(shí)間間內(nèi)使使試樣樣產(chǎn)生生一定定蠕變變總變變形量量的d的應(yīng)力力值。。(105小時(shí)總總變形形量為為1%)sTd/ts5001/105=100MPa持久強(qiáng)強(qiáng)度:在給定定溫度度和規(guī)規(guī)定時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)使試試樣發(fā)發(fā)生斷斷裂的的應(yīng)力力（1××103小時(shí)））sTts6001103=300MPa作業(yè)業(yè)題題1.鋼鋼的的s=1000MPa，KIc=170MPa??m1/2鋁合合金金的的s=400MPa，KIc=25MPa??m1/2試問(wèn)問(wèn)這這兩兩種種材材料料制制作作壓壓力力容容器器時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)生生低低應(yīng)應(yīng)力力脆脆斷斷時(shí)時(shí)裂裂紋紋的的臨臨界界尺尺寸寸各各是是多多少少（（假假設(shè)設(shè)裂裂紋紋的的幾幾何何形形狀狀因因子子））?何何者者更更適適宜宜做做壓壓力力容容器器？？2.有一一根根軸軸向向尺尺寸寸很很大大的的軸軸，，在在500oC溫度度下下工工作作，，承承受受交交變變扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)載載荷荷和和交交變變彎彎曲曲載載荷荷，，軸軸頸頸處處承承受受摩摩擦擦力力和和接接觸觸壓壓應(yīng)應(yīng)力力，，試分分析析此此軸軸的的失失效效形形式式可可能能有有哪哪幾幾種種？？設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)需需要要考考核核哪哪幾幾個(gè)個(gè)力學(xué)學(xué)性性能能指指標(biāo)標(biāo)？？3.給給出出汽汽車(chē)車(chē)變變速速箱箱齒齒輪輪可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)的的失失效效形形式式會(huì)會(huì)有有哪哪些些？？9、靜夜四四無(wú)鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃黃葉樹(shù)，，燈下白白頭人。。。13:06:1813:06:1813:0612/29/20221:06:18PM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見(jiàn)見(jiàn)頻。。。12月月-2213:06:1813:06Dec-2229-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。13:06:1813:06:1813:06Thursday,December29,202213、乍乍見(jiàn)見(jiàn)翻翻疑疑夢(mèng)夢(mèng)，，相相悲悲各各問(wèn)問(wèn)年年。。。。12月月-2212月月-2213:06:1813:06:18December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國(guó)國(guó)見(jiàn)青青山。。。29十十二二月20221:06:19下下午13:06:1912月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月221:06下下午12月-2213:06December29,202216、行動(dòng)出成成果，工作作出財(cái)富。。。2022/12/2913:06:1913:06:1929December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時(shí)時(shí)，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。1:06:19下午午1:06下午午13:06:1912月-229、沒(méi)有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒(méi)沒(méi)有有。。。。13:06:1913:06:1913:0612/29/20221:06:19PM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積積累。。。12月-2213:06:1913:06Dec-2229-Dec-2212、世世間