机械工程材料课件

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常见金属晶体结构的特征
晶格 晶胞中 晶胞原 配位 型式 原子数 子半径 数 体心 2 √3. a/4 8 立方 面心 立方 密排 六方 4 6
√3. a/2 a/4
致密 度
例如
68% α -Fe Cr Mo W V 12 74% γ -FeCu Al Ni Pb 12 74% Zn Mg Be Ti Co Cd
机械工程材料
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第一章
金属材料的性能
可分为: 1. 使用性能-----指金属材料在使用过程中反映出来的特性。包括: a 机械性能----金属材料必须具备的抵抗外力而不破坏或变形 的性能,即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。 b 物理性能:密度、密度、导电性…... c 化学性能:抵抗化学浸蚀的能力。 2. 工艺性能-----指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特 性。如:铸造性、可铸性、可焊性、可切削加工性、热处理性…...
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3、常见金属的晶格形式
体心立方晶格------金属中如-Fe、Cr、Mo、W、V等都属此种晶格。 面心立方晶格------金属中如-Fe、Cu、Al、Ni、Pb等均属此种晶格。 密排六方晶格------金属中如Zn、Mg、Be、Ti、Co、Cd等均属此种晶 格。
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二、常见金属晶体结构的特征


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(2)配位数------是晶格中任一原子周围最近邻的等距离的原子数。 表示原子排列的紧密程度。




(3)致密度------是指晶胞中所含原子数的体积与晶胞体积之比。 即 K=nU/V 配位数大,则致密度亦大. 式中:K------晶体的致密度; n------晶胞中所含原子的数目; U------每个原子的体积; V------晶胞的体积。
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第二章
2.1 金属的特性
金属的结构
1、良好的导电性、导热性; 2、正的电阻温度系数 绝大多数金属具有超导性; 3、不透明、有金属光泽; 4、良好的塑性。
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2.2
金属的晶体结构
一、纯金属的典型晶体结构 1、固态物质按其结构可分为: 晶体------内部原子(或离子)按一定几何形状有规则排列的 固体。固体金属均为晶体。 非晶体-----原子排列无规则的固体。如松香、玻璃。
物理性能------包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、 导电性、磁性等。 化学性能------主要是指金属抵抗活泼介质化学侵蚀的 能力。 工艺性能------是反映金属材料在各种加工过程中,适 应加工工艺要求的能力。它是物理性能、化学性能和 机械性能的综合表现。工艺性能主要有铸造性、可锻 性、可焊性、切削加工性和热处理性等。
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三、金属晶体中晶面和晶向的表示方法

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1) 晶面--------通过晶体中原子中心的平面。 晶面指数------用以表示晶面的数字符号称为晶面指数(hkl) 晶面指数的确定 晶面族 {HKL}
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2) 晶向--------是晶体中原子列所表示的方向。 晶向指数------表示晶向的数字符号称为晶向指 数[uvw] 晶向指数的确定 晶向族 <uvw>
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四、金属晶体的各向异性
定义--金属晶体沿不同方向性能不相同的现象。
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1.1
金属材料的机械性能(续)
5 冲击韧性------金属材料抵抗冲击负荷的能力。

一次摆锤冲击 小能量多次冲击
6 疲劳强度------金属材料在重复或交变负荷的作用力 下,循环一定周次后,断裂时所能承受的最大应力。 7 断裂韧性------金属材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性 能。
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1.2 金属材料的其它性能
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1.3
零件失效
1、失效------金属材料的各种机器零件(或构件) 在 服役条件下失去了最初的功能叫失效。 2、零件失效------是由于外界损害作用超过了材料抵抗 损害能力的结果。 3、失效形式: 过量变形--各种机器零件受力后总要产生变形。当变 形量超过允许限度时,就会影响零件之间的配合关系, 严重时可使零件最终失效,这种现象称为过量变形。 断裂:由裂纹的萌生和扩展两个阶段组成。 过量磨损:包括磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损、腐蚀 磨损 腐蚀


(1)晶胞原子数及原子半径
体心立方晶格------每个体心立方晶胞中包含的实际原子数为 1/8*8+1=2个原子。因体心立方晶格常数为a=b=c, 所以原子半径的 尺寸为r= √3. a/4。 面心立方晶格------每个面心立方晶胞中包含的实际原子数为 1/8*8+1/2*6=4个原子,原子半径的尺寸为r= √ 2.a/4。 密排六方晶格------每个密排六方晶胞中包含有1/6*12+1/2*2+3=6个 原子,原子半径的尺寸为r=a/2。
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2、晶体学的几个基本概念:




晶格------为便于研究晶体结构,用假想的方法通 过原子的中心画出许多的空间直线,形成空间格 架,这种假想的格架在晶体学上称为晶格。 晶胞--组成晶格的最基本的几何单元。 晶格常数--晶胞的几何特征可用晶胞三条棱边 长a、b、c和三条棱边的夹角、、等六个参数 来描述,其中a、b、c称为晶格常数。 晶格参数--a、b、c、 、、
金属材料的机械性能(续)
2 塑性--金属材料在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力。
用延伸率()和断面收缩率( )来表示。 3 刚性--金属材料在外力的作用下抵抗弹性变形的能力。
常用材料的弹性模量来(E)表示。E愈大,刚性愈大。 4 弹性--是材料开始塑性变形前的最大弹性变形量。 5 硬度--金属材料抵抗集中负荷作用的性能,即金属材料抵抗 硬物压入的能力。硬度可反映耐磨性。 衡量指标有: 布氏硬度HB 球压头、测压痕直径 洛氏硬度HRC 圆锥体压头、测压痕深度 维氏硬度HV
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1.1
金属材料的机械性能
1 强度--金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。包括:
抗拉强度、 抗压强度 、 抗弯强度、抗扭强度

σ σb σs

图1.2 低碳钢拉伸曲线
ε

弹性变形--将外力去掉试样将回复到原来的形状和尺寸。 塑性变形--将外力去掉,试样不能恢复原状,而被伸长。
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1.1
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