教學(xué)課件·機(jī)械工程材料

1、機(jī)械工程材料相 關(guān) 事 宜主要參考書(shū)：機(jī)械工程材料（丁曉非 主編）大連理工大學(xué)出版社成績(jī)?cè)u(píng)定方法：平時(shí)成績(jī)（出勤+提問(wèn)+測(cè)試+作業(yè)）占50%；實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%（缺一次實(shí)驗(yàn)成績(jī)，本門(mén)課程計(jì)0分）；課程結(jié)束時(shí)的期末考試成績(jī)占30%。實(shí)驗(yàn)課安排：根據(jù)各班實(shí)際課程時(shí)間情況安排。三次曠課，本門(mén)課成績(jī)以0分計(jì)。緒 論一、材料和材料科學(xué)二、工程材料的分類(lèi)三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)緒 論一、材料和材料科學(xué)1、材料哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)材料是指人類(lèi)用以制造各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類(lèi)生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手錘銼刀“神舟”四號(hào)飛船成功返回國(guó)產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)石器鐵器 象形尊

2、(西周)石器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代材料是人類(lèi)進(jìn)化的里程碑。由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類(lèi)所使用的材料來(lái)劃分時(shí)代。 在人類(lèi)的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器。我們的祖先用堅(jiān)硬的容易縱裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。早在新石器時(shí)代(公元前6000年公元前5000年)，中華民族的先人們用粘土(主要成分為SiO2，Al2O3)燒制成陶器。馬家窯(甘肅)文化時(shí)期的陶器以砂質(zhì)和泥質(zhì)紅陶為主，表面彩繪有條帶紋、波紋和舞蹈紋等，制品有炊具、食具、盛儲(chǔ)器皿等 我國(guó)在東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器，成為最早生產(chǎn)瓷器的國(guó)家。瓷器于9世紀(jì)傳到非洲東部和阿拉伯國(guó)家，13世紀(jì)傳到日本，十五世紀(jì)傳到歐洲。瓷器成

3、為中國(guó)文化的象征，對(duì)世界文明產(chǎn)生了極大的影響。直到今天，中國(guó)瓷器仍暢銷(xiāo)全球，名譽(yù)四海。中華民族在人類(lèi)歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過(guò)重大貢獻(xiàn)。早在公元前6000 5000年的新石器時(shí)代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時(shí)期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。 我國(guó)青銅的冶煉在夏朝(公元前2140年始)以前就開(kāi)始了，到殷、西周時(shí)期已發(fā)展到很高的水平。青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。從河南安陽(yáng)晚商遺址出土的司母戊鼎重達(dá)8750 N, 外型尺寸為1.33 m0.78 m1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青銅器。從湖北隋縣出土的戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘是我國(guó)古代文化藝術(shù)高度發(fā)達(dá)的見(jiàn)證。 春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期周禮

4、考工記中記載了鐘鼎、斧斤等六類(lèi)青銅器中的錫含量，稱(chēng)為“六齊(劑)”。 書(shū)中寫(xiě)道：“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊”。這是世界上最古老的關(guān)于青銅合金成分的文字記載。這表明我們的祖先已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了青銅的性能與成分之間的密切關(guān)系。 我國(guó)從青秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前770年公元前221年)已開(kāi)始大量使用鐵器。 從興隆戰(zhàn)國(guó)鐵器遺址中發(fā)掘出了澆鑄農(nóng)具用的鐵模，說(shuō)明冶鑄技術(shù)已由泥砂造型水平進(jìn)入鐵模鑄造的高級(jí)階段。 到了西漢時(shí)期, 煉鐵技術(shù)又有了很大的提高，采用煤作

5、為煉鐵的燃料，這要比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并有鼓風(fēng)裝置和鑄造坑?？梢?jiàn)當(dāng)年生產(chǎn)規(guī)模之壯觀(guān)。4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時(shí)期，我國(guó)的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。 司母戊鼎河南安陽(yáng)晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米 重875kg飾紋優(yōu)美越王勾踐劍春秋晚期越國(guó)青銅兵器出土于湖北江陵楚墓 長(zhǎng)55.7厘米 劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā) 古代劍刃制造中的特殊技術(shù)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分的青銅組成，是復(fù)合材料很好的例子梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖黃石銅礦遺址春秋晚期礦井深達(dá)50m煉銅爐渣多達(dá)4

6、0萬(wàn)噸實(shí)屬罕見(jiàn) 我國(guó)從春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期便開(kāi)始大量使用鐵器，明朝科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開(kāi)物一書(shū)中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說(shuō)明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國(guó)在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。 生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星鋼的熱處理技術(shù)也達(dá)到了相當(dāng)高的水平。西漢史記天官書(shū)中有“水與火合為淬”一說(shuō)， 正確地說(shuō)出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點(diǎn)。漢書(shū)王褒傳中記載有“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開(kāi)物一書(shū)中對(duì)鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。鋼鐵生產(chǎn)工具的發(fā)展，對(duì)社會(huì)進(jìn)步起了巨大的推動(dòng)作用。在材料領(lǐng)域中還應(yīng)該提到的是絲綢。 絲綢是一種天然高分子材料，它在我國(guó)有著悠

7、久的歷史，于十一世紀(jì)傳到波斯、阿拉伯、埃及，并于1470年傳到意大利的威尼斯，進(jìn)入歐洲。中國(guó)絲綢，名揚(yáng)四海。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類(lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志。 材料的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)簡(jiǎn)圖龍芯聯(lián)想計(jì)算機(jī)沒(méi)有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)。 沒(méi)有高溫高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。 在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片波音客機(jī)沒(méi)有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒(méi)有現(xiàn)代的光纖通訊。 二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱(chēng)作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。 鞍鋼攀鋼夜景新中國(guó)成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由49年的15.8萬(wàn)噸上升到現(xiàn)

8、在的一億噸。 中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星長(zhǎng)征火箭大家族中國(guó)第一顆原子彈爆炸中國(guó)第一顆氫彈爆炸原子彈、氫彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船的上天等都說(shuō)明了我國(guó)在材料的開(kāi)發(fā)、研究及應(yīng)用等方面有了飛躍的發(fā)展。 中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”號(hào)飛船“神舟二號(hào)”飛船運(yùn)往發(fā)射工位 “神舟”一號(hào)飛船 “神舟”一號(hào)發(fā)射成功“神舟”二號(hào)發(fā)射成功中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”號(hào)飛船“神舟”三號(hào)發(fā)射成功“神舟”四號(hào)發(fā)射成功“神舟”三號(hào)飛船 “神舟”四號(hào)飛船 中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”五號(hào)載人飛船楊利偉升空返回全人類(lèi)共同的家園飛天返回艙中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”六號(hào)飛船中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”七號(hào)載人飛船翟志剛 中國(guó)的航天事業(yè)-“神舟”八號(hào)飛船中國(guó)的航天

9、事業(yè)-“神舟”九號(hào)載人飛船前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國(guó)人震驚不已，認(rèn)識(shí)到在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約2/3大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。其涉及的材料由金屬擴(kuò)展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?jiàn)，高技術(shù)需要先進(jìn)材料的支持。 前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運(yùn)載火箭1863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^(guān)性能與微觀(guān)組織聯(lián)系起來(lái)?；诣T鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織人類(lèi)對(duì)材料的認(rèn)識(shí)是逐步深入的。1912年發(fā)現(xiàn)了X-射線(xiàn)對(duì)晶體的作用并在隨后被用于晶體

10、衍射分析，使人們對(duì)固體材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。 Si表面的重構(gòu)圖象X-射線(xiàn)衍射儀1932年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀(guān)世界的更深層次（10-7m） 透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡 光鏡下電鏡下1934年位錯(cuò)理論的提出，解決了晶體理論計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的巨大差別的矛盾，對(duì)于人們認(rèn)識(shí)材料的力學(xué)性能及設(shè)計(jì)高強(qiáng)度材料具有劃時(shí)代的意義。 金屬鈦中的位錯(cuò)材料發(fā)展的歷程示意圖2、材料科學(xué)主要研究?jī)?nèi)容： 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系； 研究材料的形成機(jī)理和制取方法； 研究材料物理性能的測(cè)試方法和技術(shù)； 分析材料的損壞機(jī)理； 研究材料的合理加工方法和最佳使用方

11、案材料科學(xué)是以材料為研究對(duì)象的一門(mén)科學(xué)。挑戰(zhàn)者號(hào)爆炸瞬間二、工程材料的分類(lèi)工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。按組成與結(jié)合鍵分： 1、金屬材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、復(fù)合材料金屬材料以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤 用量最大、應(yīng)用最廣泛黑色金屬有色金屬輕金屬,重金屬,貴金屬,稀有金屬 鐵及鐵合金稱(chēng)為黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界年產(chǎn)量已達(dá)10億噸，在機(jī)械產(chǎn)品中的用量已占整個(gè)用材的60%以上。 帶材異形材板材管材金屬材料制品陶瓷材料以共價(jià)鍵和離子鍵為主熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大 分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類(lèi) 傳統(tǒng)陶瓷又稱(chēng)

12、普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、長(zhǎng)石等)為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特種陶瓷又稱(chēng)精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)高分子材料 以分子鍵和共價(jià)鍵為主塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小 包括塑料、橡膠及合成纖維等 分子鍵共價(jià)鍵高分子材料在機(jī)械、電氣、紡織、汽車(chē)、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。 烯丙酰氯-苯乙烯復(fù)合材料 包括：金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀(guān)或宏觀(guān)的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料現(xiàn)代航

13、空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室溫度最高的材料就是通過(guò)粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強(qiáng)化的鎳基合金復(fù)合材料。很多高級(jí)游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料的要求越來(lái)越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。 國(guó)產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機(jī)車(chē)美國(guó)F-117隱身飛機(jī)新材料在不斷地涌現(xiàn)。機(jī)械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，會(huì)遇到越來(lái)越多的材料及材料加工方面的問(wèn)題。 要求機(jī)械工程技術(shù)人員掌握必

14、要的材料科學(xué)與材料工程知識(shí)，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線(xiàn)的能力。 鑄造一級(jí)渦輪盤(pán)四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：是機(jī)械類(lèi)和近機(jī)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識(shí)； 建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系：工藝-組織-性能之間關(guān)系的例子Steel with 0.4%C 化學(xué)成分(成分)：組成材料各元素在材料中的濃度。 組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀(guān)察到的金屬內(nèi)部的情景。習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀(guān)察到的組織稱(chēng)低倍組織或宏觀(guān)組織。放大1002000倍的組織稱(chēng)高倍組織或顯微組織。在電子顯微鏡下放大幾千幾十萬(wàn)倍的組織稱(chēng)精細(xì)組織

15、或電鏡組織。鋼的宏觀(guān)組織、顯微組織和電鏡組織鋼錠的宏觀(guān)組織顯微組織電鏡組織 結(jié)構(gòu)：材料中各原子的具體組合狀態(tài)。一般通過(guò)X-射線(xiàn)衍射或透射電鏡研究。Al的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的X-射線(xiàn)衍射譜透射電鏡衍射斑點(diǎn) 了解常用材料的用途和加工工藝。 初步具備合理選材、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線(xiàn)的能力。 課程特點(diǎn)：基本概念多，與實(shí)際聯(lián)系緊密，是一門(mén)應(yīng)用科學(xué)。在A(yíng)u-Pa薄膜上用AFM探針的納米雕刻（北大）機(jī)械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程63目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機(jī)械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能64第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能第2章 金屬材料的性

16、能 第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3365章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.1 晶體與非晶體第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性。非晶體是指原子呈無(wú)序排列的固體。在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。金屬的結(jié)構(gòu)（a）晶態(tài)（b）非晶態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)66章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.2 金屬材料的特性和金屬鍵第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤 用量最大、應(yīng)用最廣泛正

17、離子電子云67章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.3 晶體結(jié)構(gòu)的概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶格：用假想的直線(xiàn)將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空間格架。2.晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。晶格和晶胞示意圖68章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.3 晶體結(jié)構(gòu)的概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.晶格常數(shù)：晶胞個(gè)邊的尺寸 a、b、c。各棱間的夾角用、表示。*晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。立方六方四方菱方正交單斜三斜90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系

18、。69章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見(jiàn)的晶格類(lèi)型-體心立方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)金屬：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等。70章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見(jiàn)的晶格類(lèi)型-面心立方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)金屬：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等71章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見(jiàn)的晶格類(lèi)型-密排六方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)金屬：M

19、g、Zn、 Be、Cd等72章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.5 晶格的致密度第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。2.晶胞中原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。3.配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。4.致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。73章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.5 晶格的致密度第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶格類(lèi)型晶胞中原子數(shù)原子半徑致密度配位數(shù)體心立方晶格20.688面心立方晶格40.7412

20、密排六方晶格60.6812三種典型金屬晶格的相關(guān)數(shù)據(jù)74章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶面：晶體中通過(guò)一系列原子中心所構(gòu)成的平面。晶向：通過(guò)兩個(gè)以上原子中心的直線(xiàn)，可代表某一原子列在晶格空間的位向。表示晶面的符號(hào)稱(chēng)晶面指數(shù)。表示晶向的符號(hào)稱(chēng)晶向指數(shù)。75章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶面指數(shù)： 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。

21、 取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。76章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶面指數(shù)：例一 求截距為、1、 晶面的指數(shù) 截距值取倒數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（010）例二 求截距為2、3、 晶面的指數(shù) 取倒數(shù)為1/2、1/3 、0, 化為最小整數(shù)加圓括弧得（320）例三 畫(huà)出（112）晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成最小整數(shù)為2、2、1，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距77章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶

22、體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.晶向指數(shù)： 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的平行線(xiàn)。 求直線(xiàn)上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為uvw。78章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)79章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)例一 已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1、1.5、2，求該直線(xiàn)的晶

23、向指數(shù)。將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。 例二 已知晶向指數(shù)為110, 畫(huà)出該晶向。 找出1、1、0坐標(biāo)點(diǎn),連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線(xiàn)即所求晶向。11023480章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*晶面族與晶向族:(hkl)與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱(chēng)作晶向族或晶面族。分別用hkl和表示。(111)其它的( 111)晶面81章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1

24、.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*立方晶系常見(jiàn)的晶面為：82章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋?3章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)XZY(221)221110110說(shuō)明： 在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。 遇到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)放在該指數(shù)的上方。 晶向具有方向性， 如110與110方向相反。84章節(jié)內(nèi)

25、容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.密排面和密排方向：?jiǎn)挝幻娣e晶面上的原子數(shù)稱(chēng)晶面原子密度。單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱(chēng)晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向稱(chēng)密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格11064面心立方晶格11146密排六方晶格六方底面1底面對(duì)角線(xiàn)385章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.密排面和密排方向：體心立方(110)面面心立方(11

26、1)面密排六方底面86章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)4.晶體的各向異性：同一晶格 不同晶面 不同晶向 原子排列疏密不同原子結(jié)合力不同不同晶面和晶向顯示不同的性能力學(xué)性能 物理性能 化學(xué)性能 表現(xiàn) 各向異性87章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：晶粒：實(shí)際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱(chēng)

27、為晶粒。純鐵組織晶粒示意圖88章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)沿晶斷口鉛錠宏觀(guān)組織89章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶界：晶粒之間的交界面。晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖90章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)

28、構(gòu)晶體缺陷：晶格的不完整部位稱(chēng)晶體缺陷。實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形狀可分三類(lèi)，即點(diǎn)、線(xiàn)、面缺陷。91章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 點(diǎn)缺陷 空間三維尺寸都很小的缺陷?？瘴婚g隙原子置換原子92章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)a.空位：晶格中某些缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。b.間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子?？梢允腔w金屬原子，也可以是外來(lái)原子。體心立方的四面體和八面體間隙9

29、3章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)c.置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子稱(chēng)置換原子。*晶格畸變：點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲。從而使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降?？瘴婚g隙原子小置換原子大置換原子94章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 線(xiàn)缺陷位錯(cuò)晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)排的現(xiàn)象。分為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)95章節(jié)內(nèi)容:1.1純金

30、屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)。半原子面在滑移面以上的稱(chēng)正位錯(cuò)，用“ ”表示。半原子面在滑移面以下的稱(chēng)負(fù)位錯(cuò)，用“ ”表示。刃位錯(cuò)96章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)螺型位錯(cuò)：上下兩部分原子排列沿晶面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)位區(qū)的原子用線(xiàn)連接起來(lái)，表現(xiàn)出螺旋特征，這種線(xiàn)缺陷稱(chēng)為螺型位錯(cuò)。97章

31、節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線(xiàn)總長(zhǎng)度。 = L/V 位錯(cuò)密度，m-2；L位錯(cuò)線(xiàn)總長(zhǎng)度，m；V體積, m-2。位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。98章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 面缺陷晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，位向差一般為204

32、0。99章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實(shí)際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)亞晶界是一系列刃型位錯(cuò)組成的小角度晶界。亞晶粒大角度和小角度晶界位錯(cuò)壁100章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.1 合金的基本概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.合金由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。Al-Cu兩相合金黃銅101章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.1 合金的基本概念第1章

33、金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.組元：組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)；組元是純?cè)鼗蚍€(wěn)定的化合物；組元數(shù)目為二元、三元或多元。3.合金系：給定組元，按照不同比例配制出一系列成分不同的合金。4.相：是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。 合金的組織是合金中各種相的結(jié)合體。102章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體（1）固溶體的定義及分類(lèi)合金組元在液態(tài)時(shí)相互溶解，在固態(tài)時(shí)仍能互相溶解而形成一種成分和性能均勻且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相；與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱(chēng)溶劑

34、。其它元素稱(chēng)溶質(zhì)；按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。103章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。有限固溶體 無(wú)限固溶體Cu-Ni置換固溶體104章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑0.59。間隙固溶體都是有限固溶體。Fe-C間隙固溶體

35、105章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)（2）固溶體的性能：隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強(qiáng)度、硬度增加, 塑性、韌性下降固溶強(qiáng)化。原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。106章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.金屬化合物：合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱(chēng)金

36、屬化合物。較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成；提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑性。鐵碳合金中的Fe3C107章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 正常價(jià)化合物符合正常原子價(jià)規(guī)律。如Mg2Si。 電子化合物符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。電子濃度為價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值。 間隙化合物由過(guò)渡族元素與C、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。Al-Mg-Si合金中的Mg2SiPb基軸承合金中的電子化合物108章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金

37、的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)a.間隙相：r非/r金0.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C稱(chēng)滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格?；衔镆部扇苋肫渌卦?，形成以化合物為基的固溶體。Fe3C的晶格 高溫合金中的Cr23C6章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.機(jī)械混合物：純金屬、固溶體、金屬化合物各自的混合物或它們之間的混合物。各組成相仍保持各自的晶格和性能，顯微鏡可分辨；性能介于各組成相的性能之間；工業(yè)合金組織多

38、數(shù)為固溶體和金屬化合物的混合組織。The End of Chapter 1.機(jī)械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程113目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機(jī)械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能114第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能第2章 金屬材料的性能 第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)33115第2章 金屬材料的性能使用性能是指金屬材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能是指金屬材料在各種加工過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能等。 哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)116力學(xué)性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)金屬材

39、料在外力（載荷）作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度等。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 117變形第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱(chēng)為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1181.強(qiáng)度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在外力作用下抵抗變形或斷裂的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 應(yīng)力R = P

40、/F0應(yīng)變 = (l-l0)/l0拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)1191.強(qiáng)度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 應(yīng)力R = P/F0應(yīng)變 = (l-l0)/l01201.強(qiáng)度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)彈性極限材料在外力作用下發(fā)生純彈性變形的最大應(yīng)力值稱(chēng)為彈性極限Re。屈服強(qiáng)度在拉伸過(guò)程中，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值而不再增加時(shí)，其變形卻繼續(xù)增加，這個(gè)拉應(yīng)力值稱(chēng)為屈服強(qiáng)度Rs。抗拉強(qiáng)度金屬材料在破壞前所承受的最大拉應(yīng)力稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限Rm。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1

41、212.塑性第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的能力。指標(biāo)：斷后伸長(zhǎng)率A斷面收縮率ZA和Z越大 材料塑性越好本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象1223.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。布氏硬度HB本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 布氏硬度計(jì)1233.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)壓頭為淬火鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在650

42、以下的材料。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1243.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。洛氏硬度HRHRA：用于測(cè)量高硬度材料, 如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB：用于測(cè)量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC：用于測(cè)量中等硬度材料， 如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 洛氏硬度計(jì)1253.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)洛氏硬度HR洛氏

43、硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕1263.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。維氏硬度HV保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 維氏硬度計(jì)1274.疲勞強(qiáng)度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在低于屈服強(qiáng)度的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限。用R-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為

44、107，有色金屬合金為108。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1284.疲勞強(qiáng)度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）1295.韌性第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)沖擊韌性ak是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 Titanic近代船用鋼板1305.韌性第

45、2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)斷裂韌性KIC應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂1311.物理性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)密度：物質(zhì)單位體積所具有的質(zhì)量。導(dǎo)電性：金屬傳導(dǎo)電流的能力。導(dǎo)熱性：金屬傳導(dǎo)熱量的性能。熱膨脹性：金屬受熱時(shí)體積發(fā)生脹大的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的熱膨脹。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 銀 銅 鋁1322.化學(xué)性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)抗氧化性：金屬材料抵抗各種介質(zhì)(大氣、酸、堿、鹽等)侵蝕破壞的

46、能力稱(chēng)為耐腐蝕性。耐腐蝕性：金屬材料在高溫時(shí)抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱(chēng)為抗氧化性。高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱(chēng)為熱化學(xué)穩(wěn)定性。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1331.鑄造性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬的流動(dòng)性凝固過(guò)程中的收縮和偏析程度本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1342.可鍛性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料易于鍛壓成型的能力。可使材料組織更加均勻致密。塑性變形溫度范圍寬，變形抗力小，則可鍛性好。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的

47、工藝性能 低碳鋼 中高碳鋼 碳鋼 合金鋼 鑄鐵 鍛造1353.焊接性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料易于焊接到一起并獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 焊接性 - 材料 焊接方法 構(gòu)件類(lèi)型 使用要求 低碳鋼 高碳鋼 鑄鐵 含碳量越低 焊接性越好電弧焊1364.切削加工性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料是否易于切削的性能。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 硬度要適中180250HBS1375.熱處理性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)改變材料性能的主要手段。材料的組織結(jié)構(gòu)等將發(fā)

48、生變化，從而引起了材料機(jī)械性能變化。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐The End of Chapter 2.機(jī)械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程140目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機(jī)械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能141第2篇 金屬材料組織和性能的控制 第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3 第8章 鋼的合金化3 第4章 二元合金相圖3 第5章 鐵-碳合金相圖3 第6章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶3第7章 鋼的熱處理3142晶體的結(jié)晶第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)

49、變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為凝固。物質(zhì)通過(guò)凝固能形成晶體稱(chēng)為結(jié)晶。物質(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè) 相的過(guò)程稱(chēng)為相變。因而結(jié)晶過(guò)程是相變過(guò)程。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 玻璃制品水晶143晶體的結(jié)晶-熱力學(xué)定律第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)诘葔簵l件下，一切自發(fā)過(guò)程都是朝著系統(tǒng)自由能降低的方向進(jìn)行。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化144晶體的結(jié)晶-冷卻曲線(xiàn)第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。曲線(xiàn)上水平階段所對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)實(shí)際結(jié)晶溫度T1。曲線(xiàn)上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出結(jié)

50、晶潛熱引起的。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 純金屬的冷卻曲線(xiàn)145晶體的結(jié)晶-過(guò)冷與過(guò)冷度第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷現(xiàn)象。過(guò)冷度 T=T0-T1過(guò)冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過(guò)冷度越大。金屬在過(guò)冷的情況下結(jié)晶。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1463.2.1 純金屬的結(jié)晶過(guò)程第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變形核 和 長(zhǎng)大 兩個(gè)基本過(guò)程液態(tài)中近程有序的小集團(tuán)中的一部分成為穩(wěn)定的結(jié)晶核心，稱(chēng)為晶核。晶核不斷形成，不斷長(zhǎng)大，直到液體完全消失。每個(gè)晶核最終長(zhǎng)成一個(gè)晶粒

51、，兩晶粒接觸后形成晶界。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1473.2.2 晶核的長(zhǎng)大方式第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變均勻長(zhǎng)大和樹(shù)枝狀長(zhǎng)大過(guò)冷度小，均勻長(zhǎng)大過(guò)冷度大，樹(shù)枝狀長(zhǎng)大本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1483.2.2 晶核的長(zhǎng)大方式第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 平面長(zhǎng)大的規(guī)則形狀晶體 冰的樹(shù)枝晶 1493.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 晶粒度表示晶粒大小的尺度?？捎镁Я５钠骄娣e或平均直徑表示。本章內(nèi)容

52、:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分8級(jí)：1-4級(jí)為粗晶粒5-8 級(jí)為細(xì)晶粒顯微鏡下放大100倍 與標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)照評(píng)級(jí) 1503.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制晶粒的大小取決于晶核的形成率N和長(zhǎng)大速度G。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率(N)。單位時(shí)間內(nèi)晶核生長(zhǎng)的長(zhǎng)度叫長(zhǎng)大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越細(xì)小.過(guò)冷度對(duì)N、G的影響1513.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制 控制過(guò)冷

53、度：隨過(guò)冷度增加，N/G值增加，晶粒變細(xì)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 緩冷快冷1523.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 變質(zhì)處理：即有意向液態(tài)金屬內(nèi)加入非均勻形核物質(zhì)從而細(xì)化晶粒的方法。變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后變質(zhì)處理使組織細(xì)化1533.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 振動(dòng)、攪拌：一方面可靠外部輸入的能量來(lái)促進(jìn)形核，另一方面

54、也可使成長(zhǎng)中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。1543.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織 表層細(xì)晶粒層：澆注時(shí)，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過(guò)冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1553.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織柱狀晶粒層：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過(guò)冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異

55、構(gòu)轉(zhuǎn)變 1563.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織中心等軸晶粒層：由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長(zhǎng)停止，當(dāng)心部液體全部冷至實(shí)際結(jié)晶溫度T1以下時(shí)，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1573.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 鑄錠的缺陷鑄造缺陷的類(lèi)型較多，常見(jiàn)的有縮孔、氣泡、疏松、偏析、非金屬夾雜物等。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 縮孔氣泡疏松158同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變概念第3章

56、 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變159同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。由于固態(tài)下擴(kuò)散困難，因而過(guò)冷傾向大。固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力，使材料變形或開(kāi)裂。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過(guò)程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 The End of Chapter 3.機(jī)械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程162目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機(jī)械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬

57、材料的結(jié)構(gòu)與性能163第2篇 金屬材料組織和性能的控制第4章 二元合金相圖3 第8章 鋼的合金化3 3 第5章 鐵-碳合金相圖3 第6章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶3第7章 鋼的熱處理3第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1641. 組元第4章 二元合金相圖組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對(duì)于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組元, 如Fe-C合金中的Fe3C。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析1652. 合金系第4章 二元合金相圖由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金。本章內(nèi)容:4.1二元

58、合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。166相圖第4章 二元合金相圖根據(jù)組元數(shù), 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析Fe-C二元相圖三元相圖167二元相圖的建立方法第4章 二元合金相圖幾乎所有的相圖都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的，最常用的是熱分析法。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析168二元相圖的建立步驟第4章 二元合金相圖1.配制不同成分的合金，測(cè)出各合金的冷卻曲線(xiàn)，找出曲線(xiàn)上的臨界點(diǎn)（停歇點(diǎn)或轉(zhuǎn)折

59、點(diǎn)）。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析2.將臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)中的成分垂線(xiàn)上。3.將垂線(xiàn)上相同意義的點(diǎn)連接起來(lái)，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。169二元相圖的建立步驟第4章 二元合金相圖由凝固開(kāi)始溫度連接起來(lái)的相界線(xiàn)稱(chēng)為液相線(xiàn)；由凝固終結(jié)溫度連接起來(lái)的相界線(xiàn)稱(chēng)為固相線(xiàn)。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析(a)Cu-Ni合金的冷卻曲線(xiàn) (b) Cu-Ni 合金相圖1704.2.1 二元?jiǎng)蚓鄨D-相圖分析第4章 二元合金相圖兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無(wú)限互溶時(shí)所構(gòu)成的相圖。相圖由兩條線(xiàn)構(gòu)成，上面是液相線(xiàn)，下面是固相線(xiàn)。相圖被兩條線(xiàn)分為三個(gè)相

60、區(qū)，液相線(xiàn)以上為液相區(qū)L ，固相線(xiàn)以下為固溶體區(qū)，兩條線(xiàn)之間為兩相共存的兩相區(qū)（L+)。 本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析LL+成分（wt%Ni）溫度（）CuNi液相線(xiàn)固相線(xiàn)1714.2.1 二元?jiǎng)蚓鄨D-合金的結(jié)晶過(guò)程第4章 二元合金相圖當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到t1溫度時(shí)，開(kāi)始結(jié)晶出成分為1的固溶體，其N(xiāo)i含量高于合金平均成分。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類(lèi)型與分析LL+除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過(guò)程相似，以合金為例說(shuō)明。1724.2.1 二元?jiǎng)蚓鄨D-合金的結(jié)晶過(guò)程第4章 二元合金相圖隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。同時(shí)，