金属材料的结构与性能

第一章材料的性能

第一节材料的机械性能

一、强度、塑性及其测定

1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。

二、硬度及其测定

硬度是衡量材料软硬程度的指标。

目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。

三、疲劳

机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。

四、冲击韧性及其测定

材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。。为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

五、断裂韧性

材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。它是材料本身的特性。

六、磨损

由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。

第二节材料的物理化学性能

1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。不同用

途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。

2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能

力。

第三节材料的工艺性能

一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。

二、可锻性能：可锻性是指材料在受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力。

三、焊接性能：焊接性能是指材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。

四、切削加工性能：切削加工性能是指材料是否易于切削。

五、热处理性能：人处理是改变材料性能的主要手段。热处理性能是指材料热处理的难易

程度和产生热处理缺陷的倾向。

第二章材料的结构

第一节材料的结合键

各种工程材料是由不同的元素组成。由于物质是由原子、分子或离子结合而成，其结合键的性质和状态存在的区别。

一：化学键

1：共价键

2：离子键

3：金属键

4：范德。瓦尔键

二：工程材料的键性

化学键：组成物质整体的质点(原子、分子、离子)间的相互作用力，成为化学键。

1：共价键：有些同类原子，例如周期表Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族中大多元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键，如金刚石、单质硅、SiC等属于共价键。

2：离子键：大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不导电的，熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤素元素的原子)相互靠

近是，其中电负姓小的原子失去电子，成为正离子，电负姓大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。

离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系数小，但脆性大，是良好的绝缘体，是无色透明的。

3：金属键：当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动形成电子气。这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合称为金属键。

用金属键可以粗略地解释金属的一般特性：1。良好的导电性和导热性2。正的电阻温度系数3。良好的延展性4。金属不透明并呈现特有的金属光泽。

4：范得.瓦尔键：许多物质其分子具有永久性。分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德。瓦尔键也叫分子键。

分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低。金属与合金这种键不多，而聚合物通常链内是共价键，而链与链之间是范得瓦尔键。

二：工程材料的键性

在实际的工程材料中，原子(或离子、分子)间相互作用的性质，只有少数是上术四种键型的极端情况，大多数是这四种键型的过渡。如果以四种键为顶点，作个四面体，就可把工程材料的结合键范围示意在四面体上。

第二节材料的晶体结构

一：晶体与非晶体

1：晶体

2：非晶体

二：金属晶格的基本类型（重点掌握）

1：体心立方晶格

2：面心立方晶格

3：密排立方晶格

三：晶格的致密度及晶面与晶向指数

1：晶格的致密度

2：晶面及晶向指数

四：晶体的各向异性