机械制造基础 第2版 第一章 工程材料基础.pptx

第1章工程材料基础;材料是人类用来制作各种产品的物质；机械工程中使用的材料按化学组成可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料三大类。;高分子和陶瓷材料的某些力学性能不如金属，但具有金属材料不具备的某些特性，如耐腐蚀、电绝缘、隔音、减震、耐高温、质轻、来源丰富、价廉、成形加工容易等优点，近年发展较快。;第一节金属材料的结构;;;;固溶强化：当溶质原子溶解在溶剂晶体中时，溶剂的晶格将发生畸变，晶格常数发生变化，如图1-5所示。原子尺寸相差大，化学性质不同，都使畸变增大，结果合金的强度、硬度和电阻增高，塑性，韧性下降。溶入的溶质原子越多，引起的晶格畸变也越大。这种由于溶质原子的溶入，使基体金属（溶剂）的强度、硬度升高的现象就叫固溶强化。;;三、金属的结晶：;4、结晶过程：晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则排列的原子团，成为结晶的核心，即晶核（形核过程）。然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属也完全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。;5、单晶体：结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为单晶体。;为了合理地使用和加工金属材料，必须了解其使用性能和工艺性能。;金属材料的刚度、强度、弹性、塑性是通过拉伸实验来测定的，标准试样如图1-8所示，把试样安装在拉伸试验机上，并对试样施加一个缓慢增加的轴向拉力，试样产生变形，直至断裂。;拉伸曲线：以低碳钢为例，其拉伸曲线如图1-9所示，负荷为纵坐标，绝对伸长量为横坐标。;;;2、塑性：指金属材料在静载荷作用时，在断裂前产生塑性变形的能力，反映材料塑性的力学性能指标有延伸率和断面收缩率。;3、硬度：指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。;在??布氏试验时，只需测量出d值即可从有关表格上查出相应的布氏硬度值。压头为钢球时，为HBS,适用于布氏硬度450以下的材料，压头为硬质合金球时，为HBW，适用于布氏硬度650以下的材料。优点：测量结果准确，缺点：压痕大，不适合成品检验。;3）维氏硬度HV：测试的基本原理与布氏硬度相同，但压头采用锥面夹角136°的金刚石正四棱锥体，维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅，适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度；试验载荷可任意选择，故可测硬度范围宽，工作效率较低。;3）疲劳曲线：反映承受的交变应力与断裂前的应力周期次数间的关系曲线，如图1-12。;5、冲击韧性（度）:指金属材料抵抗冲击负荷的能力，可用摆锤冲击试验机来测定金属材料的冲击值。如图1-13，1-14所示。冲击韧度值可用下式计算：;材料的物理性能指不发生化学反应就能表现出来的性能，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性。;1、铸造性能：指利用金属的可熔性将其熔化后，注入铸型制成铸件的难易程度；包括金属液体的流动性和收缩性。;;1、强度：金属材料一般用拉伸试验测定，而脆性材料如陶瓷和玻璃采用弯曲试验，高聚合物的应力—应变用拉伸试验。;;3、孔隙：用孔隙率作为衡量指标，即材料内部空隙体积占材料总体积的百分比。即;;1、导热性：与金属材料的导热系数相同。;;第三节铁碳合金;;6、莱氏体Ld：在7270C以上，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在7270C以下，该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体Ld’；其显微组织如图1-18，其机械性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。;二、铁碳合金相图;;相图上的特性线和点如下：;;10、PSK线（共析线）：含碳量在0.02%～6.69%的铁碳合金，冷却到此线时（7270C），将发生共析反应，从奥氏体中同时结晶出铁素体和渗碳体的共析混合物珠光体。即A1线。;;;;铸铁根据含碳量的不同可分为共晶白口铸铁（4.3%C）、亚共晶白口铸铁（4.3%C）、过共晶白口铸铁（4.3%C）；其简化的铁碳合金相图如图1-22所示，下面分别分析其结晶过程。;;;思考题：;第四节常用工程材料;;;;;;2、合金结构钢;;铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，一般含碳量2.5%--4.0%；含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。;3、可锻铸铁：碳主要以团絮状石墨形态存在，如图1-25，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动的薄壁小件。由白口铸铁经高温退火处理获得。;;（四）有色金属;;;;;;;