設(shè)計(jì)材料與工藝課程 課件 1-4 設(shè)計(jì)材料的性能與特性-視頻

04設(shè)計(jì)材料的性能與特性Propertiesandcharacteristicsofdesignmaterials一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04設(shè)計(jì)材料的特性包括固有特性和派生特性。材料的固有特性：即材料的物理特性和化學(xué)特性。如力學(xué)性能、熱性能、電磁性能、光學(xué)性能和防腐性能。材料的派生性能：是由材料的固有特性派生出來(lái)的，即材料的加工特性、感覺(jué)特性，經(jīng)濟(jì)特性等。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04力學(xué)性能熱、光、電磁性能表面特性加工性能經(jīng)濟(jì)性能感覺(jué)特性產(chǎn)品一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.1材料密度密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。即ρ=m/V式中ρ—材料的密度，kg／m3；m——干燥材料的質(zhì)量，kg；V——材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，m3

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設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能強(qiáng)度指材料在外力(載荷)作用下抵抗明顯的塑性變形或破壞作用的最大能力，是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)中選用材料的主要依據(jù)。材料抗壓、抗拉強(qiáng)度的計(jì)算式為：R=P/F式中R——材料的極限強(qiáng)度，Pa(帕)P——材料破壞時(shí)的最大載荷，N(牛)F——材料受力截面積，cm2(平方厘米)一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能硬度硬度是材料抵抗其他物體壓人自己表面的能力，反映出材料局部塑性變形的能力。通常是采用鋼球或金剛石的尖端壓人各種材料的表面，通過(guò)測(cè)定壓痕深度來(lái)測(cè)定材料的硬度。用以測(cè)定金屬材料、塑料及橡膠等硬度的常用方法有布氏(J．A．Brinnell)硬度法、洛氏(S．P．Rockwell)硬度法和維氏(G．S．Viekers)硬度法等。也可通過(guò)測(cè)定材料上下落重錘的回彈高度來(lái)評(píng)定材料的硬度，此為肖氏(Albert.F．shore)硬度法。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能彈性在外力(載荷)作用下材料產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后材料能恢復(fù)原來(lái)形狀的性能稱為材料的彈性，這一變形稱為彈性變形。PU:高分子聚氨脂合成材料，優(yōu)點(diǎn):密度、硬度高、耐磨、彈性佳EVA:乙酸乙烯共聚物，或PHYLON(MD):優(yōu)點(diǎn):輕便、彈性好、柔韌好、不易皺，一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能塑性在外力作用下材料產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后材料仍保持變形后的形狀和尺寸，但不產(chǎn)生裂縫，這一變形稱為永久變形，材料所能承受永久變形的能力稱為材料的塑性。材料的塑性用斷面抗縮率(φ)和延伸率(δ)表示。Φ=（原斷面積-拉斷后斷面積）/原斷面積δ=（拉斷后長(zhǎng)度-拉伸前長(zhǎng)度）/拉伸前長(zhǎng)度一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能脆性與韌性材料的力學(xué)斷裂是由于原子間或分子間的鍵斷開(kāi)而引起的，按斷裂時(shí)的應(yīng)變大小分為脆性斷裂和韌性斷裂。脆性斷裂是指材料未斷裂之前無(wú)塑性變形發(fā)生，或發(fā)生很小塑性變形導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象。韌性斷裂是指材料在斷裂前產(chǎn)生大的塑性變形的斷裂。疲勞特性材料在受到拉伸、壓縮、彎曲、扭曲或這些外力的組合反復(fù)作用時(shí)，應(yīng)力的振幅超過(guò)某一限度即會(huì)導(dǎo)致材料的斷裂，這一限度稱為疲勞極限。疲勞壽命指在某一特定應(yīng)力下，材料發(fā)生疲勞斷裂前的循環(huán)數(shù)，它反映了材料抵抗產(chǎn)生裂縫的能力。疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.2力學(xué)性能耐磨性材料對(duì)磨損的抵抗能力稱為材料的耐磨性，可用磨損量表示。在一定條件下的磨損量越小，則耐磨性越高。一般用在一定條件下試樣表面的磨損厚度或體積(或質(zhì)量)的減少來(lái)表示磨損量的大小。磨損包括氧化磨損、咬合磨損、熱磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損等。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.3熱學(xué)性能熔點(diǎn)純金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度稱為材料的熔點(diǎn)。比熱容將1kg質(zhì)量的材料溫度升高1℃所需要的熱量稱為該材料的比熱容，其單位為焦(耳)每千克開(kāi)(爾文)，即J／(kg·K)。熱脹系數(shù)材料由于其溫度上升或下降會(huì)產(chǎn)生膨脹或收縮，此種變形如果是以材料上兩點(diǎn)之間的單位距離在溫度升高10度時(shí)的變化來(lái)計(jì)算即稱為線脹系數(shù)，如果是以物體的體積變化來(lái)計(jì)算則稱為體脹系數(shù)。線膨脹系數(shù)以高分子材料的最大，金屬材料次之，陶瓷材料的最小。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.3熱學(xué)性能熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))材料中將熱量從一側(cè)表面?zhèn)鬟f到另一側(cè)表面的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。具有單位厚度的材料，其相對(duì)的兩個(gè)面上如果給予單位的溫度差，則在單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量稱為熱導(dǎo)率(或?qū)嵯禂?shù))，其單位為W／(m·K)，即瓦(特)每米開(kāi)(爾文)。耐熱性材料長(zhǎng)期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的能力，通常用耐熱度表示。耐燃性材料對(duì)火焰和高溫的抵抗性能。根據(jù)材料耐燃能力可分為不燃材料和易燃材料。耐火性材料長(zhǎng)期抵抗高熱而不熔化的性能，或稱耐熔性。耐火材料還應(yīng)在高溫下不變形、能承載。耐火材料按耐火度又分為耐火材料、難熔材料和易熔材料三種。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.4電性能導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力。通常用電導(dǎo)率來(lái)衡量導(dǎo)電性的好壞。電導(dǎo)率大的材料導(dǎo)電性能好。材料導(dǎo)電性的量度為電阻率或電導(dǎo)率。電阻R與導(dǎo)體的長(zhǎng)度L成正比，與導(dǎo)體的截面積S成反比。R=ρ(L/S)式中ρ——體積電阻率，Ω·m電絕緣性與導(dǎo)電性相反。通常用電阻率、介電常數(shù)、擊穿強(qiáng)度來(lái)表示。電阻率是電導(dǎo)率的倒數(shù)，電阻率大，材料電絕緣性好；擊穿強(qiáng)度越大，材料的電絕緣性越好；介電常數(shù)愈小，材料的電絕緣性愈好。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.5磁性能磁性能是指金屬材料在磁場(chǎng)中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的性能。鐵磁性材料：在外加磁場(chǎng)中，能強(qiáng)烈被磁化到很大程度，如鐵、鈷、鎳等。順磁性材料：在外加磁場(chǎng)中，只是被微弱磁化，如錳、鉻、鉬等。抗磁性材料：能夠抗拒或減弱外加磁場(chǎng)磁化作用的材料，如銅、金、銀、鉛、鋅等。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性044.6光性能材料對(duì)光的反射、透射、折射的性質(zhì)。如材料對(duì)光的透射率愈高，材料的透明度愈好；材料對(duì)光的反射率高，材料的表面反光強(qiáng)，為高光材料。一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04（1）加工成型性產(chǎn)品都具有一定的形狀和結(jié)構(gòu)特征，這是通過(guò)對(duì)材料的成型加工獲得的，并體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想。因此，設(shè)計(jì)材料必須具備在一定溫度和一定壓力下可對(duì)其進(jìn)行成型加工，并塑制成某種形狀的能力。4.7設(shè)計(jì)材料工藝特性一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04（2）環(huán)境形狀保持性產(chǎn)品都是以一定的形狀出現(xiàn)，并在該形狀下體現(xiàn)出產(chǎn)品功能的使用性。因此，材料應(yīng)具有在所設(shè)計(jì)的使用環(huán)境條件下，保持既定形狀，并可供實(shí)際使用的能力。即材料應(yīng)能經(jīng)得起自然環(huán)境因素的變化和周?chē)橘|(zhì)的破壞作用，即不因外界因素的影響或襲擊而發(fā)生物理、化學(xué)變化，以致引起材料內(nèi)部構(gòu)造改變而出現(xiàn)褪色、粉化、腐朽甚至破壞。4.7設(shè)計(jì)材料工藝特性一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04（3）表面工藝性任何設(shè)計(jì)都不能直接使用基材或毛坯，而應(yīng)通過(guò)一系列的表面處理，改變材料表面狀態(tài)，其目的除得到防腐蝕、防化學(xué)藥品、防污染、提高產(chǎn)品的使用壽命外，還可提高材料的表面裝飾效果，獲得美觀的外形，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。4.7設(shè)計(jì)材料工藝特性點(diǎn)擊添加相關(guān)標(biāo)題文字知識(shí)點(diǎn)一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04知識(shí)點(diǎn)4設(shè)計(jì)材料的力學(xué)性能（1）硬度：硬度是材料抵抗其他物體壓人自己表面的能力，反映出材料局部塑性變形的能力。（2）塑性：在外力作用下材料產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后材料仍保持變形后的形狀和尺寸，但不產(chǎn)生裂縫，這一變形稱為永久變形，材料所能承受永久變形的能力稱為材料的塑性。（3）脆性與韌性：材料的力學(xué)斷裂是由于原子間或分子間的鍵斷開(kāi)而引起的，按斷裂時(shí)的應(yīng)變大小分為脆性斷裂和韌性斷裂。脆性斷裂是指材料未斷裂之前無(wú)塑性變形發(fā)生，或發(fā)生很小塑性變形導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象。韌性斷裂是指材料在斷裂前產(chǎn)生大的塑性變形的斷裂。（4）疲勞特性：材料在受到拉伸、壓縮、彎曲、扭曲或這些外力的組合反復(fù)作用時(shí)，應(yīng)力的振幅超過(guò)某一限度即會(huì)導(dǎo)致材料的斷裂，這一限度稱為疲勞極限。（5）耐磨性：材料對(duì)磨損的抵抗能力稱為材料的耐磨性，可用磨損量表示。點(diǎn)擊添加相關(guān)標(biāo)題文字知識(shí)點(diǎn)一/

設(shè)計(jì)材料的性能與特性04知識(shí)點(diǎn)5設(shè)計(jì)材料的工藝特性（1）加工成型性產(chǎn)品都具有一定的形狀和結(jié)構(gòu)特征，這是通過(guò)對(duì)材料的成型加工獲得的，并體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想。因此，設(shè)計(jì)材料必須具備在一定溫度和一定壓力下可對(duì)其進(jìn)行成型加工，并塑制成某種形狀的能力。（2）環(huán)境形狀保持性產(chǎn)品都是以一定的形狀出現(xiàn)，并在該形狀下體現(xiàn)出產(chǎn)品功能的使用性。因此，材料應(yīng)具有在所設(shè)計(jì)的使用環(huán)境條件下，保持既定形狀，并可供實(shí)際使用的能力。（3）表面工藝性任何設(shè)計(jì)都不能直接使用基材或毛坯，而應(yīng)