工程材料(概要).docVIP

绪论 一、本教材的内容及组织形式 了解学生先修课程情况（材料力学、工程材料、金工实习等） 运用实例介绍工程设计制造过程 介绍教材内容及组织形式 二、学习要求： 学习态度 课堂纪律 作业情 第一章 金属材料结构与性能 第一节 概述 一、金属材料分类 二、金属材料特性 共同点：较高强度、良好塑性、高导电性导热性、金属光泽 三、金属材料性能 第二节 金属材料的结构 一、金属的结晶 晶体： 纯金属+合金 特征：原子在空间的有规则排列 结晶过程 过冷度： △T与冷却速度有关。 冷速越大，△T越大。 晶核形成和成长 晶粒大小和形核多少及晶核成长速度有关。 形核越多，长大速度越慢，则晶粒越细。 二、金属的晶体结构 晶体结构：原子排列方式 1．晶格 晶胞（边长为晶格常数，埃） 2．常见晶格类型 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 3．缺陷 空位和间隙、位错和晶界 三、合金的晶体结构 1．固溶体： 定义： 固态下，溶质原子 溶剂，保持溶剂晶格 分类： 置换固溶体：溶质原子置换溶剂原子 间隙固溶体：溶质原子嵌入溶剂原子空隙 固溶强化： 2．金属化合物：相互化合成新晶格，特点：熔点高，硬度高，脆性大。 3．机械混合物：≥两种组元或固溶体 or : 固溶体+金属化合物，保持各自晶格，其性能取决于各组元的性能、相对数量、大小形状及分布。 第三节 金属材料的机械性能 失效： 机械性能：又称力学性能，指材料在外力作用下所显示的性能。 一、静载荷下的机械性能：主要有强度、刚度、弹性、塑性、韧性硬度。 1．静拉伸试验：应力——应变曲线 2．弹性与刚度：刚度：抵抗弹性变形能力（形状、尺寸、材料弹性模量E E=σ/ε弹性：产生弹性变形的能力（对应弹性极限σe的应变εe 3．强度：抵抗塑性变形和断裂的能力。 σs：屈服强度（屈服极限） 对屈服现象不明显（如高强度钢）：σr0.2（对应ε=0.2%）表示 形变强化：σb：抗拉强度，拉断前所承受的最大应力。 强度依据：一般地，塑性材料：σs 脆性材料：σb 4．塑性：断裂前产生塑性变形的能力，延伸率：δ=△L/L0，截面收缩率：ψ=△F/F0 5．硬度：硬物压入时的抵抗能力。布氏硬度：淬硬钢球 HBS(W)=P/F 洛氏硬度：120°锥角金刚石 or：1.588mm（1/16）淬硬钢球，HRA，HRBHRC 维氏硬度：136°正四棱锥金刚石压头，HV=P/F特点：载荷小，压入深度浅，适于成品、薄层检验。 二、动载荷下的机械性能：主要有冲击韧性、抗疲劳性能 冲击韧性αk：破裂前吸收的能量。摆锤式冲击实验 第二章 铁碳合金 第一节 概述 一、钢：2.11% 生铁：2.11% 铁碳合金图：含碳量：6.67%；原因：5%，脆，无实用价值； Fe3C：6.67%C，为一稳定化合物，可看作一组元。 第二节 铁碳合金基本组织和性能 一、铁：≤910℃：α-Fe，体心立方晶格。910~1390℃：γ-Fe，面心立方晶格 铁素体：碳溶于α-Fe 中的固溶体，性能接近纯铁，强度、硬度低，塑性很好。 奥氏体：碳溶于γ-Fe（溶解度大，0.77~2.11%） 二、渗碳体：硬度高（HBS=800），塑性低，一定条件下分解为Fe+C 第三节 铁碳合金状态图的分析 一、初次结晶过程 ACD：液相线 AECF：固相线 C：共晶点 A：纯铁熔点 D：Fe3C熔点 ECF：共晶线 共晶：一定条件（温度、成分），同时结晶出两种不同晶体，形成一特殊共晶体组织（机械混合物）。 1．2.11%（钢）：初次结晶后都由单一奥氏体组成。 2．2.11~4.3%（亚共晶生铁）：降至1147℃时剩余液体进行共晶转变，莱+奥，含碳量越接近于共晶成分，莱氏体越多，奥氏体下降。 3．4.3%（共晶生铁）：恒温（1147℃）结晶，全部形成莱氏体。 4．4.3%（过共晶生铁）：1147℃时进行共晶转变，莱+Fe3C。 二、二次结晶 P：共析点 ES：碳在γ-Fe中溶解度曲线 GS：冷却时奥氏体析出铁素体的转变线（同素异构转变） 共析转变： 1．0.77%（亚共析钢）：常温组织：铁素体+珠光体含碳量越高，则珠光体越多，则硬度、强度越高，塑性、韧性降低。 2．0.77%（共析钢）：珠光体，层片状组织，一层铁素体、一片渗碳体交替排列。 3．0.77%（过共析钢）：常温组织：渗碳体+珠光体。含碳量越高，则渗碳体越多，则硬度越高，韧性降低。 4．生铁： 共晶生铁：莱氏体 珠光体+渗碳体（Ⅱ） 亚共晶生铁：奥+莱氏体 珠光体+渗碳体（Ⅱ）+莱氏体 过共晶生铁：渗碳体（Ⅰ）+莱氏体 莱氏体+渗碳体（Ⅰ） 第四节 碳钢 一、碳及杂质对钢性能的影响 1．碳 亚共析钢：含碳量越高，硬度、强度越高，塑性、韧性降低。 过共