第1章 工程材料
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第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3.1 金属键
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
工程材料学知识点
工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。
一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。
主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si三大类：塑料（低分子量）：聚丙稀树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂橡胶（高分子量）：天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。
陶瓷：结构陶瓷Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力第二章（详见课本）密排面密排方向fcc{111}<110>bcc{110}<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。
类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。
它们可能是同类原子，也可能是异类原子。
异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。
土建工程基础第一章工程材料
材料种类
容重[kg/m3]
导热系数[W/（m·K）]
加气混凝土砌块 烧结实心砖 烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 钢筋混凝土
400～700 1600 1200 1400 2300
0.12～0.18 0.81 0.43 0.44～0.64 1.75
1.1.3 工程材料的力学性质
(一) 强度
强度指材料抵抗外力破坏的能力，即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。
式中： ——体积吸水率，％； ——干操材料体积，cm3； ——水的密度， g/cm3 。
（2）吸湿性
吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
式中： ——材料的含水率，％； ——材料在干燥状态下的质量，g； ——材料含水状态下的质量，g。
硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。
物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等
化学作用：酸、碱、盐等
生物作用：细菌、微生物等 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围环境各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。
材料的含水率受环境影响，随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
3．耐水性
软化系数的范围波动在0～1之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。
材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。
容重[kg/m3]
导热系数[W/（m·K）]
加气混凝土砌块 烧结实心砖 烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 钢筋混凝土
400～700 1600 1200 1400 2300
0.12～0.18 0.81 0.43 0.44～0.64 1.75
1.1.3 工程材料的力学性质
(一) 强度
强度指材料抵抗外力破坏的能力，即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。
式中： ——体积吸水率，％； ——干操材料体积，cm3； ——水的密度， g/cm3 。
（2）吸湿性
吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
式中： ——材料的含水率，％； ——材料在干燥状态下的质量，g； ——材料含水状态下的质量，g。
硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。
物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等
化学作用：酸、碱、盐等
生物作用：细菌、微生物等 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围环境各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。
材料的含水率受环境影响，随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
3．耐水性
软化系数的范围波动在0～1之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。
材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。
工程材料第一章 工程材料简介
图1-9 可锻铸铁的显微组织结构
第二节 金属材料及钢的热处理
(4)可锻铸铁 可锻铸铁是预先浇铸成白口铸铁，再经长时 间石墨化退火完成的。 5.有色金属材料 (1)铜及铜合金 根据所含合金元素的不同，可以分为纯铜、 黄铜、青铜和白铜等。 1)纯铜。 2)加工黄铜，铜和锌的合金称为黄铜，随着含锌量增加， 颜色逐渐变为淡黄。 3)加工青铜。 4)加工白铜。
图1-13 杆件受拉时的计算简图
第四节 构件受力变形及强度条件
(2) 拉伸与压缩时的强度条件 要保证构件工作时不被破 坏，必须使工作应力小于材料的极限应力。 2.剪切
第四节 构件受力变形及强度条件
图1-14 剪切作用的特点
表1-1 洛氏硬度试验原理及应用范围
第一节 工程材料的分类及性质
图1-4 冲击强度试验原理 a)试样安装 b)冲击试验机 1、8—支座 2—冲击点 3、7—试样 4—刻度盘
5—指针 6—摆锤
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
图1-5 钢铁材料的疲劳曲线
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
4.复合材料 二、工程材料的性质
工程材料的性质主要有强度、塑性、硬度、冲击强度 和疲劳强度等。 1.强度
图1-1 拉伸试样
第一节 工程材料的分类及性质
2.塑性 (1) 断后伸长率
第一节 工程材料的分类及性质
图1-2 低碳钢的应力应变曲线
第一节 工程材料的分类及性质
5.疲劳强度
第二节 金属材料及钢的热处理
一、常用金属材料 常用的金属材料有钢、铸铁和有色金属等。 1.钢的分类、牌号和应用 2.碳素钢
图1-6 碳元素对力学性能的影响
第二节 金属材料及钢的热处理
第二节 金属材料及钢的热处理
(4)可锻铸铁 可锻铸铁是预先浇铸成白口铸铁，再经长时 间石墨化退火完成的。 5.有色金属材料 (1)铜及铜合金 根据所含合金元素的不同，可以分为纯铜、 黄铜、青铜和白铜等。 1)纯铜。 2)加工黄铜，铜和锌的合金称为黄铜，随着含锌量增加， 颜色逐渐变为淡黄。 3)加工青铜。 4)加工白铜。
图1-13 杆件受拉时的计算简图
第四节 构件受力变形及强度条件
(2) 拉伸与压缩时的强度条件 要保证构件工作时不被破 坏，必须使工作应力小于材料的极限应力。 2.剪切
第四节 构件受力变形及强度条件
图1-14 剪切作用的特点
表1-1 洛氏硬度试验原理及应用范围
第一节 工程材料的分类及性质
图1-4 冲击强度试验原理 a)试样安装 b)冲击试验机 1、8—支座 2—冲击点 3、7—试样 4—刻度盘
5—指针 6—摆锤
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
图1-5 钢铁材料的疲劳曲线
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
4.复合材料 二、工程材料的性质
工程材料的性质主要有强度、塑性、硬度、冲击强度 和疲劳强度等。 1.强度
图1-1 拉伸试样
第一节 工程材料的分类及性质
2.塑性 (1) 断后伸长率
第一节 工程材料的分类及性质
图1-2 低碳钢的应力应变曲线
第一节 工程材料的分类及性质
5.疲劳强度
第二节 金属材料及钢的热处理
一、常用金属材料 常用的金属材料有钢、铸铁和有色金属等。 1.钢的分类、牌号和应用 2.碳素钢
图1-6 碳元素对力学性能的影响
第二节 金属材料及钢的热处理
工程材料第一章知识点
工程材料第一章一、名词解释晶体晶格晶胞晶面晶向晶体结构各向异性各向同性合金组元二元合金相固溶体金属化合物组织工艺性能使用性能单体二、填空题1、三种常见金属的晶体结构为体心立方晶格、面心立方晶格。
和密排六方晶格。
2、体心立方晶胞中原子个数为 2 ；面心立方晶胞中原子个数为4；密排六方晶体胞中原子个数为 6 。
3、同非金属相比，金属的主要特性是良好的导电性、导热性、塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。
4、晶体与非晶体结构上的最根本的区别是晶体内部的原子是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是。
5、一般可把材料的结合键分为离子键、共价键、金属键和分子键四种。
6、一般将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等四大类。
7、高分子材料种类很多，工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为四大类工程塑料、合成纤维、合成橡胶和胶黏剂。
8、固态物质按其原子（离子或分子）的聚集状态可分为两大类：晶体和非晶体；固态金属一般情况下均是晶体。
9、晶体中的缺陷按其几何形式的特点可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
10、点缺陷主要有空位、间隙原子和异类原子等；面缺陷主要有晶界和亚晶界等；线缺陷又称为错位。
11、固态金属中有两类基本相：固溶体和金属化合物。
12、按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体。
13、按溶质原子在溶剂中的分布是否有规律，固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体。
14、金属化合物主要有正常价化合物、电子化合物、间隙化合物等，这类化合物性能的特点是熔点较高、硬度高、脆性大；合金中含有金属化合物时，强度、硬度和耐磨性提高，而和塑性和韧性降低。
15、金属材料的性能包含工艺性能和使用性能两方面。
16、金属材料的工艺性能主要有铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、等；力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
17、大分子链可呈现几种不同几何形状，主要有线型、支化型和体型等三类。
第1章 工程 材料的种类和力学性能
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同 ，可分为两大类，即普通陶瓷 和特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过 粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生 陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
金属工艺学第1章-3
依附生长 室温相组成：F + Fe3C
组织组成物：P + Fe3CII
<金属工艺学> 38
过共析钢组织金相图
<金属工艺学>金属工艺学> 40
共晶白口铸铁
1 1' L L Ld Ld ( A Fe3C 共晶 )
Ld ( A Fe3C 共晶 Fe3CII )
AECF线——固相线
共晶点
ES线（Acm线）
PSK线（A1线）——共析线
PQ线
<金属工艺学> 26
铁 碳 合 金 相 图
α单相区
4个单相区 L单相区
γ单相区
Fe3C单相区
<金属工艺学> 27
铁 碳 合 金 相 图
5个两相区 L+γ两相区 L+Fe3C两相区
α+γ两相区
γ+Fe3C两相区
α+Fe3C两相区
2 Ld ( A Fe3C 共晶 Fe3CII )
Ld '[ P ( F Fe3C 共析 ) Fe3C 共晶 Fe3CII] Ld '[ P ( F Fe3C 共析 ) Fe3C 共晶 Fe3CII]
2'
Ld '[ P ( F Fe3C 共析 Fe3CIII Fe3C 共晶 Fe3CII] ）
第一章 工程材料导论
Pb与Sb在液态时完全互溶，在固态时完全不互溶
一、合金的相图
第三节 铁碳合金相图和常用钢铁材料
共晶转变 L
13%Sb
2. 共晶合金的概念
(Pb+Sb)共晶
<金属工艺学>
第一章工程材料的力学性能
表示方式：600HBW1/30/20 350HBW5/750
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW
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1.3 钢的热处理
1. 3. 1钢的退火和正火
退火和正火主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件. 由于处理时冷却速度较慢.故对钢的强化作用较小.在许多情 况下不能满足使用要求。除少数性能要求不高的零件外一般 不作为获得最终使用性能的热处理.而主要用于改善其工艺性 能.故称为预备热处理。退火和正火的目的有以下几点: (1)消除残余内应力.防止工件变形、开裂; (2)改善组织.细化晶粒; (3)调整硬度.改善切削性能; (4)为最终热处理做好组织上的准备.
第1章 工程材料
1.1 金属材料的力学性能 1.2 铁碳合金 1.3 钢的热处理 1.4 常用金属材料 1.5 其他材料简介
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1
1.1 金属材料的力学性能
1.1.1强度
强度是金属材料在力的作用下.抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度有多种判据.工程上以屈服强度和抗拉强度最为常用。屈 服强度和抗拉强度可用拉伸试验测定。 1.屈服强度 屈服强度是指拉伸试样产生屈服现象时的应力. 2.抗拉强度 抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.
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1.1 金属材料的力学性能
2)应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积 较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在 较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不 均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、 轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕 较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验 的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载 荷.压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限制; 当压痕较大时不宜在成品上进行试验。
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1.2 铁碳合金
1. Fe-Fe3C相图中的相 (1)液相，铁和碳的液溶体。 (2)高温铁索体。 (3)铁索体 (4)奥氏体 (5)渗碳体
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1.2 铁碳合金
2. Fe-Fe3C相图中的特性点和特性线 Fe-Fe3C相图中部分特性点的温度、碳质量分数及含义如表 1-1所示。 在Fe-Fe3C相图上.有若干合金状态的分界线.它们是不同成 分合金具有相同含义的临界点的连线几条主要特性线的物理 含义如表1-2所示。
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1.1 金属材料的力学性能
2)维氏硬度试验的优缺点 维氏硬度试验的优点是不存在布氏硬度试验时要求载荷与压 头直径之间所规定条件的约束.也不存在洛氏硬度试验时不同 标尺的硬度值无法统一的弊端。维氏硬度试验时不仅载荷可 任意选取.而且压痕测量的精度较高.硬度值较为精确。唯一 的缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计 算或查表.因此工作效率比洛氏硬度试验低得多。 3)显微硬度 显微硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验.其原理和维 氏硬度试验一样.所不同的是载荷以克计量.压痕对角线以μm 计量.显微硬度符号用HM表示。主要用来测定各种组成相的 硬度和表面硬化层的硬度分布。
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1.1 金属材料的力学性能
2.洛氏硬度 1)洛氏硬度试验原理 洛氏硬度试验是以顶角为120°的 金刚石圆锥体为压头.在规定的载荷下.垂直地压人被测金属 材料表面.卸载后依据压人深度h.由刻度盘上的指针直接指示 出硬度值。 2)常用洛氏硬度标尺 采用不同的压头和载荷.可组合成几种不同的洛氏硬度标尺。 每一种标尺用一个字母在HR后注明。我国最常用的标尺的有 A,B, C3种.其硬度值的符号分别用HRA, HRB及HRC表示。 用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系.不能直接进行比较。
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1.1 金属材料的力学性能
2.疲劳强度
1)疲劳的概念
机械上的许多零件是在周期性或非周期性动载荷的作用下工 作的。在疲劳载荷的作用下.虽然零件所承受的应力低于金属 材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发 生完全断裂的现象称为金属材料的疲劳。
2)疲劳破坏的特征
(1)疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形.断裂前没有征兆. 而是突然破坏;
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1.1 金属材料的力学性能
4.里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量 的冲击体(碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样 表面.用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度vR与冲击、速 度vA的比值计算硬度值。 里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及 部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移 动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其 缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度 较低。
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1.3 钢的热处理
3.退火与正火的选择 退火与正火同属钢的预备热处理.在操作过程中如装炉、加热 速度、保温时间都基本相同.只是冷却方式不同.在生产实际 中有时两者可以互相代替。究竞如何选择退火与正火一般可 以从以下几点考虑: 1)从切削加工性考虑 2)从零件形状考虑 3)从经济性考虑
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1.3 钢的热处理
4.钢的淬透性和淬硬性 1)淬透性 钢的淬透性是指在规定条件下.决定钢材淬硬层深度和硬度分 布的特性。 2)淬硬性 钢在理想条件下进行淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力 称为淬硬性。
. 钢的热处理
2.钢的正火 正火主要应用于以下几方面: (1)对于力学性能要求不高的零件.正火可作为最终热处理; (2)低碳钢退火后硬度偏低.切削加工后表面粗糙度高.正火后 可获得合适的硬度.改善切削性能; (3)过共析钢球化退火前进行一次正火.可消除网状二次渗碳 体.以保证球化退火时渗碳体全部球粒化.
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1.1 金属材料的力学性能
3.维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压痕单位面 积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的 压头不是球体.而是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石. 压头在载荷F(kg)的作用下.保持一定时间后卸除载荷.将 在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压痕 对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面 积除载荷的商成比例.
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1.1 金属材料的力学性能
1.1.2塑性
塑性是指在外力作用下金属材料产生永久变形而不被破坏的 能力。塑性指标也是由拉伸试验测得的.在测定金属材料的强 度时.可以同时测定它们的塑性。常用的塑性指标是延伸率和 断面收缩率。
1.1.3硬度
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能。金属材料的硬度 是通过硬度试验来测定的.目前测定金属材料硬度的方法有很 多种.基本上可分为压人法和刻划法两大类。在压人法中.根 据加载速率不同又可分为静载压人法和动载压人法。
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1.3 钢的热处理
2.淬火冷却介质 淬火冷却介质是指工件进行淬火冷却时所使用的介质。在实 际生产中还没有找到一种淬火介质能符合上述的理想淬火冷 却速度.最常用的淬火冷却介质是水、水溶液、油、硝盐浴、 碱浴和空气等
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1.3 钢的热处理
3.淬火方法 为保证淬火时既能得到马氏体组织.又能减小变形.避免开裂 一方面可选用合适的淬火介质.另一方面可通过采用不同的淬 火方法加以解决。工业上常用的淬火方法有以下几种。 1)单放淬火法 2)双液淬火法 3)分级淬火法 4)等温淬火法 5)局部淬火法 6)冷处理
(2)引起疲劳断裂的应力很低.正常低于金属材料的屈服点;
(3)疲劳破坏的宏观断口由两部分组成.即疲劳裂纹的产生及 扩展区和最后断裂区。
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1.1 金属材料的力学性能
3)疲劳曲线和疲劳极限 金属材料的疲劳极限通常都是在旋转弯曲疲劳试验机上测定 的.疲劳试验证明在交变载荷作用下.材料承受的交变应力值 与断裂前的应力循环次数之间的关系称为疲劳曲线.在应力下 降到某值之后.疲劳曲线成为水平线.这表示该材料可经受无 数次应力循环而仍不发生疲劳断裂.这个应力值称为疲劳极限 或疲劳强度.亦即金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起 断裂的最大应力。显然疲劳极限的数值愈大.材料抵抗疲劳破 坏的能力愈强。
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1.3 钢的热处理
1.3.2淬火
1.淬火温度的选择 碳钢的淬火温度可利用Fe-Fe3C相图来选择. 为防止奥氏体 晶粒粗化，一般淬火温度不宜太高.只允许超出临界点3050℃。 对于亚共析碳钢.适宜的淬火温度一般为Ac3+30-50℃.这样 可以获得均匀细小的马氏体组织。 对于过共析碳钢.适宜的淬火温度一般为Ac1+30-50℃.这样 可以获得均匀细小的马氏体和粒状渗碳体的混合组织。 对于合金钢. 淬火温度允许比碳钢稍微高一些.这样可使合金 兀索充分溶解和均匀化.以便取得较好的淬火效果。
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1.1 金属材料的力学性能
2)小能量多次冲击试验 机器零件在实际工作中承受冲击载荷时.很少是在大能量下一 次冲击而破坏的.大多是受到小能量多次重复冲击而破坏的. 因此.在大能量、一次冲断条件下来测定冲击韧度.虽然方法 简便.但对大多数在工作中承受小能量、重复冲击的机器零件 来说就不一定适合。 实践表明一次冲击韧度高的金属材料.在小能量多次冲击试验 条件下其抗力却不一定高.反过来也一样。 试验研究表明.金属材料受大能量的冲击载荷作用时.其冲击 抗力主要取决于冲击韧度的大小.而在冲击载荷不太大的情况 下.金属材料承受多次重复冲击的能力.主要取决于金属材料 的强度.而不要求过高的冲击韧度.
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1.1 金属材料的力学性能
3)优缺点 洛氏硬度试验的优点是操作简便迅速.硬度值可直接读出.压 痕较小.可在工件上直接进行试验.采用不同标尺可测定各种 软硬不同的金属材料和厚薄不一的试样的硬度.因而广泛用于 热处理质量的检验。其缺点是压痕较小.代表性差.由于金属 材料中有偏析及组织不均匀等缺陷.致使所测硬度值重复性差. 分散度大。