材料.docx
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材料
1
11
1.
..
.金属材料导论
金属材料导论金属材料导论
金属材料导论1.1
1.11.1
1.1金属材料的主要性能
金属材料的主要性能金属材料的主要性能
金属材料的主要性能
1.2
1.21.2
1.2金属及合金的晶体结构
金属及合金的晶体结构金属及合金的晶体结构
金属及合金的晶体结构
1.3
1.31.3
1.3合金的结构
合金的结构合金的结构
合金的结构
1.5
1.51.5
1.5铁碳合金
铁碳合金铁碳合金
铁碳合金
1.3
1.31.3
1.3合金的结构
合金的结构合金的结构
合金的结构
1.4
1.41.4
1.4二元合金状态图
二元合金状态图二元合金状态图
二元合金状态图零件的生产工艺过程
零件的生产工艺过程零件的生产工艺过程
零件的生产工艺过程选材
选材选材
选材
选毛坯
选毛坯选毛坯
选毛坯
预先热处理
预先热处理预先热处理
预先热处理
机械加工
机械加工机械加工
机械加工
应根据零件的性能要求
应根据零件的性能要求应根据零件的性能要求
应根据零件的性能要求、
、、
、受载情况
受载情况受载情况
受载情况、
、、
、服役条
服役条服役条
服役条件
件件
件、
、、
、
工作环境等
工作环境等工作环境等
工作环境等：
：
：
：
最终热处理
最终热处理最终热处理
最终热处理
检验
检验检验
检验
其中选材
其中选材其中选材
其中选材：
：
：
：
金属材料种类繁多
金属材料种类繁多金属材料种类繁多
金属材料种类繁多，
，，
，性能不一
性能不一性能不一
性能不一，
，，
，而且材料的发展日
而且材料的发展日而且材料的发展日
而且材料的发展日
新月异
新月异新月异
新月异，
，，
，而零件的性能要求
而零件的性能要求而零件的性能要求
而零件的性能要求、
、、
、服役条件各不相同
服役条件各不相同服役条件各不相同
服役条件各不相同，
，，
，再加上材料的
再加上材料的再加上材料的
再加上材料的
资源
资源资源
资源、
、、
、价格等多方面考虑
价格等多方面考虑价格等多方面考虑
价格等多方面考虑。
。
。
。
毛坯选择
毛坯选择毛坯选择
毛坯选择轴
轴轴
轴
有液态成形毛坯
有液态成形毛坯有液态成形毛坯
有液态成形毛坯
塑性成形毛坯
塑性成形毛坯塑性成形毛坯
塑性成形毛坯
连接成形毛坯
连接成形毛坯连接成形毛坯
连接成形毛坯
粉末冶金成形
粉末冶金成形粉末冶金成形
粉末冶金成形
型材等毛坯
型材等毛坯型材等毛坯
型材等毛坯机械加工方法
机械加工方法机械加工方法
机械加工方法车削
车削车削
车削传统的有
传统的有传统的有
传统的有
现代的有
现代的有现代的有
现代的有车削
车削车削
车削、
、、
、刨
刨刨
刨削
削削
削、
、、
、铣削
铣削铣削
铣削
拉削
拉削拉削
拉削、
、、
、镗削
镗削镗削
镗削、
、、
、磨削等
磨削等磨削等
磨削等
数控加工
数控加工数控加工
数控加工、
、、
、电火花
电火花电火花
电火花
加工
加工加工
加工、
、、
、激光加工等
激光加工等激光加工等
激光加工等
特种加工方法
特种加工方法特种加工方法
特种加工方法一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方
一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方
一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方
法
法法
法，
，，
，而每种加工方法所能达到的加工精度
而每种加工方法所能达到的加工精度而每种加工方法所能达到的加工精度
而每种加工方法所能达到的加工精度、
、、
、加工质量
加工质量加工质量
加工质量
、
、、
、加工范围
加工范围加工范围
加工范围、
、、
、加工效率是不同的
加工效率是不同的加工效率是不同的
加工效率是不同的。
。
。
。
预先热处理
预先热处理预先热处理
预先热处理：
：
：
：
为使切削加工能顺利进行
为使切削加工能顺利进行为使切削加工能顺利进行
为使切削加工能顺利进行，
，，
，
可
可可
可通过预先热处理调整硬度
通过预先热处理调整硬度通过预先热处理调整硬度
通过预先热处理调整硬度，
，，
，为切削加工做好
为切削加工做好为切削加工做好
为切削加工做好可
可可
可通过预先热处理调整硬度
通过预先热处理调整硬度通过预先热处理调整硬度
通过预先热处理调整硬度，
，，
，为切削加工做好
为切削加工做好为切削加工做好
为切削加工做好
组织准备
组织准备组织准备
组织准备。
。
。
。
最终热处理
最终热处理最终热处理
最终热处理：
：
：
：
使材料的性能达到要求
使材料的性能达到要求使材料的性能达到要求
使材料的性能达到要求。
。
。
。
第
第第
第1章
章章
章金属材料导论
金属材料导论金属材料导论
金属材料导论材料
材料材料
材料、
、、
、信息
信息信息
信息、
、、
、能源称为现代技术的三大支柱
能源称为现代技术的三大支柱能源称为现代技术的三大支柱
能源称为现代技术的三大支柱。
。
。
。
金属材料
金属材料金属材料
金属材料
复合材料
复合材料复合材料
复合材料工程材料
工程材料工程材料
工程材料陶瓷材料
陶瓷材料陶瓷材料
陶瓷材料
高分子材料
高分子材料高分子材料
高分子材料1.1金属材料的主要性能
金属材料的主要性能金属材料的主要性能
金属材料的主要性能本节重点
本节重点本节重点
本节重点：
：
：
：
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
主要内容
主要内容主要内容
主要内容：
：
：
：
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料的力学性能
金属材料的力学性能,
,
包括材料的强
包括材料的强包括材料的强
包括材料的强
度
度度
度、
、、
、硬度
硬度硬度
硬度、
、、
、塑性
塑性塑性
塑性、
、、
、冲击韧性
冲击韧性冲击韧性
冲击韧性、
、、
、疲劳
疲劳疲劳
疲劳
本节难点
本节难点本节难点
本节难点：
：
：
：
各性能指标的物理意义和测定方法
各性能指标的物理意义和测定方法各性能指标的物理意义和测定方法
各性能指标的物理意义和测定方法
度
度度
度、
、、
、硬度
硬度硬度
硬度、
、、
、塑性
塑性塑性
塑性、
、、
、冲击韧性
冲击韧性冲击韧性
冲击韧性、
、、
、疲劳
疲劳疲劳
疲劳
强度等
强度等强度等
强度等。
。
。
。
1.1.1金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料的力学性能
金属材料的力学性能强度
强度强度
强度材料在外力作用
材料在外力作用材料在外力作用
材料在外力作用，
，，
，抵抗塑性变形和断裂的
抵抗塑性变形和断裂的抵抗塑性变形和断裂的
抵抗塑性变形和断裂的
能力
能力能力
能力。
。
。
。
工程上常用的金属材料的强度指标
工程上常用的金属材料的强度指标工程上常用的金属材料的强度指标
工程上常用的金属材料的强度指标
有
有有
有屈服强度
屈服强度屈服强度
屈服强度（σs）和
和和
和抗拉强度
抗拉强度抗拉强度
抗拉强度（σb）等
等等
等；
；；
；在低碳钢拉伸曲线中
在低碳钢拉伸曲线中在低碳钢拉伸曲线中
在低碳钢拉伸曲线中，
，，
，把
把把
把F-?
l
坐标换成
坐标换成坐标换成
坐标换成σ-ε（
（（
（应力
应力应力
应力—应变
应变应变
应变）
））
）就可
就可就可
就可
以直接在图上读出力学性能指标
以直接在图上读出力学性能指标以直接在图上读出力学性能指标
以直接在图上读出力学性能指标，
，，
，
并且不需要做成标准试样
并且不需要做成标准试样并且不需要做成标准试样
并且不需要做成标准试样。
。
。
。
塑性
塑性塑性
塑性材料在外力作用下产生永久变形而不破
材料在外力作用下产生永久变形而不破材料在外力作用下产生永久变形而不破
材料在外力作用下产生永久变形而不破
坏的性能
坏的性能坏的性能
坏的性能。
。
。
。
表示材料的塑性指标是
表示材料的塑性指标是表示材料的塑性指标是
表示材料的塑性指标是：
：
：
：
伸
伸伸
伸
长率
长率长率
长率δ和
和和
和断面收缩率
断面收缩率断面收缩率
断面收缩率Ψ；
；；
；对于塑性差的
对于塑性差的对于塑性差的
对于塑性差的
材料
材料材料
材料，
，，
，用
用用
用σ0.2来代替
来代替来代替
来代替σs；
；；
；
1）
））
）使材料具有良好的成形性
使材料具有良好的成形性使材料具有良好的成形性
使材料具有良好的成形性；
；；
；
2）
））
）受到外力变形时
受到外力变形时受到外力变形时
受到外力变形时，
，，
，有强化作用
有强化作用有强化作用
有强化作用。
。
。
。
硬度
硬度硬度
硬度材料抵抗更硬的物体压入其内的能力
材料抵抗更硬的物体压入其内的能力材料抵抗更硬的物体压入其内的能力
材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
。
。
。
最
最最
最
常用的硬度指标有
常用的硬度指标有常用的硬度指标有
常用的硬度指标有：
：
：
：
布氏硬度
布氏硬度布氏硬度
布氏硬度（
（（
（HB）和
和和
和
洛氏硬度
洛氏硬度洛氏硬度
洛氏硬度（HRA-C）。
。
。
。
布氏硬度和洛氏硬
布氏硬度和洛氏硬布氏硬度和洛氏硬
布氏硬度和洛氏硬
度试验原理和使用范围均不相同
度试验原理和使用范围均不相同度试验原理和使用范围均不相同
度试验原理和使用范围均不相同；
；；
；零件发生疲劳破坏是没有预兆而
零件发生疲劳破坏是没有预兆而零件发生疲劳破坏是没有预兆而
零件发生疲劳破坏是没有预兆而突然断裂
突然断裂突然断裂
突然断裂，
，，
，此
此此
此
冲击韧度
冲击韧度冲击韧度
冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的
金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的
金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的
能力
能力能力
能力。
。
。
。
常用的指标有
常用的指标有常用的指标有
常用的指标有冲击韧度
冲击韧度冲击韧度
冲击韧度（Ak）
。
。
。
。
疲劳强度
疲劳强度疲劳强度
疲劳强度金属材料抵抗交变载荷的作用而不
金属材料抵抗交变载荷的作用而不金属材料抵抗交变载荷的作用而不
金属材料抵抗交变载荷的作用而不破坏
破坏破坏
破坏
的能力
的能力的能力
的能力。
。
。
。
常用的指标有
常用的指标有常用的指标有
常用的指标有疲劳强度
疲劳强度疲劳强度
疲劳强度（σ-1）。
。
。
。
零件发生疲劳破坏是没有预兆而
零件发生疲劳破坏是没有预兆而零件发生疲劳破坏是没有预兆而
零件发生疲劳破坏是没有预兆而突然断裂
突然断裂突然断裂
突然断裂，
，，
，此
此此
此
时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度
时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度
时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度，
，，
，甚至比
甚至比甚至比
甚至比
屈服强度还小
屈服强度还小屈服强度还小
屈服强度还小，
，，
，非常危险
非常危险非常危险
非常危险。
。
。
。
小结
小结小结
小结：
：
：
：
金属材料的力学性能是在外力作用下表
金属材料的力学性能是在外力作用下表金属材料的力学性能是在外力作用下表
金属材料的力学性能是在外力作用下表
现出的力学性能
现出的力学性能现出的力学性能
现出的力学性能，
，，
，在实际生产中应用相当广泛
在实际生产中应用相当广泛在实际生产中应用相当广泛
在实际生产中应用相当广泛。
。
。
。
1.1.2
金属材料的物理
金属材料的物理金属材料的物理
金属材料的物理、
、、
、化学性能
化学性能化学性能
化学性能（
（（
（略
略略
略）
））
）思
思思
思考
考考
考题
题题
题1将钟表发条拉成一直线
将钟表发条拉成一直线将钟表发条拉成一直线
将钟表发条拉成一直线，
，，
，问这是弹
问这是弹问这是弹
问这是弹
性变形还是塑性变形
性变形还是塑性变形性变形还是塑性变形
性变形还是塑性变形？
？
？
？
怎样判断它的
怎样判断它的怎样判断它的
怎样判断它的
变形性质
变形性质变形性质
变形性质？
？
？
？
2
22
2疲劳破坏有什么危害
疲劳破坏有什么危害疲劳破坏有什么危害
疲劳破坏有什么危害？
？
？
？
在什么情
在什么情在什么情
在什么情
况下发生疲劳破坏
况下发生疲劳破坏况下发生疲劳破坏
况下发生疲劳破坏，
，，
，产生原因是什
产生原因是什产生原因是什
产生原因是什
么
么么
么？
？
？
？
如何提高零件的疲劳强度
如何提高零件的疲劳强度如何提高零件的疲劳强度
如何提高零件的疲劳强度？
？
？
？
1.2金属及合金的晶体结构
金属及合金的晶体结构金属及合金的晶体结构
金属及合金的晶体结构本节重点
本节重点本节重点
本节重点：
：
：
：
金属结晶的概念
金属结晶的概念金属结晶的概念
金属结晶的概念、
、、
、结晶过程
结晶过程结晶过程
结晶过程
本节难点
本节难点本节难点
本节难点：
：
：
：
合金的结构
合金的结构合金的结构
合金的结构1.
1.1.
1.三种常见的金属的晶格
三种常见的金属的晶格三种常见的金属的晶格
三种常见的金属的晶格
类型
类型类型
类型：
：
：
：
2.
2.2.
2.金属的结晶
金属的结晶金属的结晶
金属的结晶：
：
：
：
原子由无序状态向
原子由无序状态向原子由无序状态向
原子由无序状态向
有序状态转变的过程
有序状态转变的过程有序状态转变的过程
有序状态转变的过程。
。
。
。
有晶体形成
有晶体形成有晶体形成
有晶体形成。
。
。
。
类型
类型类型
类型：
：
：
：
体心立方
体心立方体心立方
体心立方
面心立方
面心立方面心立方
面心立方
密排六方
密排六方密排六方
密排六方基本概念
基本概念基本概念
基本概念凝固
凝固凝固
凝固：
：
：
：
一般非晶体由液态向固态转变的过程
一般非晶体由液态向固态转变的过程一般非晶体由液态向固态转变的过程
一般非晶体由液态向固态转变的过程。
。
。
。
结晶
结晶结晶
结晶：
：
：
：
由液态金属转变为固态晶体的过程
由液态金属转变为固态晶体的过程由液态金属转变为固态晶体的过程
由液态金属转变为固态晶体的过程。
。
。
。
晶体
晶体晶体
晶体：
：
：
：
原子排列时有序的
原子排列时有序的原子排列时有序的
原子排列时有序的，
，，
，原子在三维空间做规则
原子在三维空间做规则原子在三维空间做规则
原子在三维空间做规则
的
的的
的、
、、
、周期性的
周期性的周期性的
周期性的、
、、
、重复排列
重复排列重复排列
重复排列。
。
。
。
有一定的熔点和
有一定的熔点和有一定的熔点和
有一定的熔点和的
的的
的、
、、
、周期性的
周期性的周期性的
周期性的、
、、
、重复排列
重复排列重复排列
重复排列。
。
。
。
有一定的熔点和
有一定的熔点和有一定的熔点和
有一定的熔点和
凝固点
凝固点凝固点
凝固点，
，，
，性能趋向各向异性
性能趋向各向异性性能趋向各向异性
性能趋向各向异性。
。
。
。
非晶体
非晶体非晶体
非晶体:
原子排列杂乱无章呈无序状态
原子排列杂乱无章呈无序状态原子排列杂乱无章呈无序状态
原子排列杂乱无章呈无序状态，
，，
，没
没没
没有一
有一有一
有一
定的熔点和凝固点
定的熔点和凝固点定的熔点和凝固点
定的熔点和凝固点，
，，
，性能趋向
性能趋向性能趋向
性能趋向各向同性
各向同性各向同性
各向同性。
。
。
。
晶体中的原子排列
晶体中的原子排列晶体中的原子排列
晶体中的原子排列金
金金
金属
属属
属的
的的
的结
结结
结晶
晶晶
晶oC
To
L
a
ba
：
结晶开始点
结晶开始点结晶开始点
结晶开始点
b：
：
：
：
结晶终了点
结晶终了点结晶终了点
结晶终了点
纯金属的冷却曲线
纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线
纯金属的冷却曲线（
（（
（理想状态
理想状态理想状态
理想状态）
））
）a
b
S
0τ金
金金
金属
属属
属的
的的
的结
结结
结晶
晶晶
晶oC
L
T0
T1T0
T0T0
T0：
：
：
：
理论结晶温度
理论结晶温度理论结晶温度
理论结晶温度
T1
T1T1
T1：
：
：
：
实际结晶温度
实际结晶温度实际结晶温度
实际结晶温度
ΔT=T0
ΔT=T0ΔT=T0
ΔT=T0--
----
--T1
T1T1
T1（
（（
（过冷度
过冷度过冷度
过冷度）
））
）
纯金属的冷却曲线
纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线
纯金属的冷却曲线（
（（
（实际
实际实际
实际）
））
）T1
S
0τ金
金金
金属
属属
属的
的的
的结
结结
结晶
晶晶
晶oC
a
b
L
L+sa
aa
a：
：
：
：
结晶开始点
结晶开始点结晶开始点
结晶开始点
b
bb
b：
：
：
：
结晶终了点
结晶终了点结晶终了点
结晶终了点
合金的结晶是在一个
合金的结晶是在一个合金的结晶是在一个
合金的结晶是在一个
温度范围内完成
温度范围内完成温度范围内完成
温度范围内完成。
。
。
。
合金的冷却曲线
合金的冷却曲线合金的冷却曲线
合金的冷却曲线bs0τ金
金金
金属
属属
属的
的的
的结
结结
结晶
晶晶
晶结晶的必要条件
结晶的必要条件结晶的必要条件
结晶的必要条件----过冷度
过冷度过冷度
过冷度
金属的结晶过程
金属的结晶过程金属的结晶过程
金属的结晶过程：
：
：
：
原子团
原子团原子团
原子团
形核
形核形核
形核
晶核长大
晶核长大晶核长大
晶核长大
小晶粒
小晶粒小晶粒
小晶粒
晶粒
晶粒晶粒
晶粒（
（（
（外形不规则的
外形不规则的外形不规则的
外形不规则的
小晶粒
小晶粒小晶粒
小晶粒
晶粒
晶粒晶粒
晶粒（
（（
（外形不规则的
外形不规则的外形不规则的
外形不规则的
小晶体
小晶体小晶体
小晶体）
））
）形核
形核形核
形核：
：
：
：
自身晶核
自身晶核自身晶核
自身晶核、
、、
、外来晶核
外来晶核外来晶核
外来晶核
晶核长大方式
晶核长大方式晶核长大方式
晶核长大方式：
：
：
：
树枝状方
树枝状方树枝状方
树枝状方式
式式
式
晶界
晶界晶界
晶界—晶粒间的分界面
晶粒间的分界面晶粒间的分界面
晶粒间的分界面；
；；
；
单晶体
单晶体单晶体
单晶体—结晶方位完全一致的的晶体
结晶方位完全一致的的晶体结晶方位完全一致的的晶体
结晶方位完全一致的的晶体
多晶体
多晶体多晶体
多晶体—由多晶粒组成的晶体结构
由多晶粒组成的晶体结构由多晶粒组成的晶体结构
由多晶粒组成的晶体结构多晶体
多晶体多晶体
多晶体—由多晶粒组成的晶体结构
由多晶粒组成的晶体结构由多晶粒组成的晶体结构
由多晶粒组成的晶体结构细化晶粒的方法
细化晶粒的方法细化晶粒的方法
细化晶粒的方法
增加冷却速度
增加冷却速度增加冷却速度
增加冷却速度，
，，
，增大过冷度
增大过冷度增大过冷度
增大过冷度；
；；
；
增加外来晶核
增加外来晶核增加外来晶核
增加外来晶核;
采用机械
采用机械采用机械
采用机械、
、、
、超声波振动
超声波振动超声波振动
超声波振动、
、、
、电磁搅拌等
电磁搅拌等电磁搅拌等
电磁搅拌等；
；；
；
晶粒粗细对材料力学性能的影响
晶粒粗细对材料力学性能的影响晶粒粗细对材料力学性能的影响
晶粒粗细对材料力学性能的影响
晶粒越细
晶粒越细晶粒越细
晶粒越细，
，，
，强度越高
强度越高强度越高
强度越高，
，，
，塑性和韧性也越好
塑性和韧性也越好塑性和韧性也越好
塑性和韧性也越好。
。
。
。
金属的同素异构转变
金属的同素异构转变金属的同素异构转变
金属的同素异构转变金属的同素异构转变的慨念
金属的同素异构转变的慨念金属的同素异构转变的慨念
金属的同素异构转变的慨念金属在固态下
金属在固态下金属在固态下
金属在固态下，
，，
，随着温度的改变其
随着温度的改变其随着温度的改变其
随着温度的改变其
晶体结构发生变化的现象
晶体结构发生变化的现象晶体结构发生变化的现象
晶体结构发生变化的现象。
。
。
。
金属的同素异构转变的意义
金属的同素异构转变的意义金属的同素异构转变的意义
金属的同素异构转变的意义
1538co1394oc912oc
室温
室温室温
室温
δ-Feγ-Feα-Fe体心立方
体心立方体心立方
体心立方面心立方
面心立方面心立方
面心立方
体心立方
体心立方体心立方
体心立方
可以用热处理的方法即可通过加
可以用热处理的方法即可通过加可以用热处理的方法即可通过加
可以用热处理的方法即可通过加
热
热热
热、
、、
、保温
保温保温
保温、
、、
、冷却来改变材料的组织
冷却来改变材料的组织冷却来改变材料的组织
冷却来改变材料的组织，
，，
，
从而达到改善材料性
从而达到改善材料性从而达到改善材料性
从而达到改善材料性能的目的
能的目的能的目的
能的目的。
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1.3合
合合
合金
金金
金的
的的
的结
结结
结构
构构
构概念
概念概念
概念
合金
合金合金
合金、
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、组元
组元组元
组元、
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、相
相相
相；
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固溶体
固溶体固溶体
固溶体：
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置换固溶体
置换固溶体置换固溶体
置换固溶体、
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、间隙固溶体
间隙固溶体间隙固溶体
间隙固溶体；
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金属化合物
金属化合物金属化合物
金属化合物；
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固溶强化的概念
固溶强化的概念固溶强化的概念
固溶强化的概念。
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本节要点
本节要点本节要点
本节要点：
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研究金
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