工程材料及机械制造基础复习（I）
工程材料
工程材料
I. 1 材料的力学性能 性能指标 强? 定义 形和斷裂的能力 金弱材料在外力作用下产生变 弹性 形，当外力去除后能恢复其原来 形状的性能 旬性 硬度 韧性 疲劳强度 金K材料在臓荷作用下产生覆 性变形而不破坏的能力 金属材料抵抗更硬的物体压入 其内的能力 金风材料在冲击載荷作用下抵, 抗破坏的能力 金属材料经无数次交变載荷作用 伸长率5 断面收端率& 布氏硬度HB 洛氏硬度HR 冲由协性J 我劳强度0.（ 并性极限叭 标 强度叭 a）布氏枝度测的枝度值比较准确& 条注 金属材料在力的作用抵抗塑 性变屈K点叭 抗拉定；不能测太理的密体（＜45OHBS 或＜650HBW）o洛氏硬度的测试简 机迅速?适用范閘广；可测成品和薄 件;测■的结果不如布氏疑度准确 ②初性ff（不K接用于设计计算，受 多次小施■冲击敘倚的*件主婴取 决于强度和切性的良好配合 而不致引起断裂的最大应力值 注:屈K点是指材料产生屈眼现象时所对应的应力。施性材料没有明总的林脱现钦?则以0=0.2%时所 对应的应力作为谏材料的条件屈嚴点6AM
1. 2. 1 金属的晶体结构 （1） 基本概念
%1 晶体与非晶体： 两者的主要区别是：
a. 晶体屮原子（或分子）按一定的几何规律作周期的重复排列； b. 晶体具有固定的熔点； c. 晶体具有各向异性。
%1 晶格；为了便于表明晶体内部的原子排列规律，把每个原子看成一个点, 点与点之间用直线连接起來而形成的空间格子。
%1 晶胞：能完全反映晶格原子排列特征的最小几何单元。
%1 晶格常数；晶胞的棱边长度，晶格常数和棱面夹角表示晶胞的形状和大小。 （2） 常见金属晶格类型
關格类型 体心立方胡格 面心立方品格 ■（子分布 在立方体的中心和八个頂角上各有一个 ■（子 在立方体六个表面的中心和八个頂角上各 有一个■子 除在骷胞的十二个頂角上和上下两个六方 底密排六方船格 面的中心备有一个原尹外?在品匏的中间 还
■子效 2 4 原子半径 4 致密度 0.68 n 41 Tfl Ta 0. 74 6 0.74 有三个原子 单晶体的各项界性：由于各晶面和各晶向上的原子排列密度不同，因而导致在同 一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能也不同——各项并性。
多晶体
晶粒大小对材料性能影响很大，在常温下，晶粒愈细，材料的强度高，塑性、 韧性愈好。
晶体的缺陷形式：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
晶体的缺陷对金属的许多性能有很大的影响，特别对金属的須性变形、强化、 固态相变等都有重要的影响。
1. 2. 2金属的结晶
(1) 结晶的概念
物质从液态转变为固态的过程称为凝固。而结晶是指由液态转变为晶体的过 程，即金属与合金从液态的无序状态转变为原子有规则排列的晶体结构的过程。 理解结晶的概念应着重掌握以下几点：
?纯金属的结晶在恒温下进行，其结晶过程可用冷却曲线表示。
?纯金属的结晶需要一定的过冷度，即过冷是金属结晶的必要条件。过冷度 AT是指理论结晶温度To与实际结晶温度Tn之差(AT=To—Tn)o冷却速度越大, 过冷度越大。
?金属的结晶包括两个过程：晶核的形成和晶核的长大。
(2) 晶粒大小及其控制
晶粒越细，则金属的强度、破度、塑性和韧性越好。控制晶粒大小的方法有: 增加过冷度(或增加冷却速度，如用金属型代替砂型、降低浇注温度、慢速浇注 等)、变质处理、附加振动(机械振动、超声波振动、电磁搅拌等)。
(3) 金属的同素异晶转变
金属在固态下发生晶格类型改变的过程称为同索并晶转变。它与液态金属结 晶相比具有以下特点：
%1 遵循金属结晶的一般规律(生核与长大)； %1 具有较大的过冷倾向；
%1 常伴随着体积的变化，因而在金属屮引起较大的内应力，故易引起金属材料 的变形。
铁的同素异晶转变式为:
a -Fe ￡ 亠 y -Fe「丄严工—8 -Fe 体心立方
面心立方
体心立方
(4)实际金■的晶体结构 空位
间隙原子
「点缺陷
线缺陷:主要形式是位错
晶界 亚晶
界
刃型位错 螺型位错
面缺陷
(4) 实际金属的晶体结构 1. 3 金属的塑性变形
单晶体的塑性变形的基本形式：滑移和李晶两种。
多晶体的塑性变形包括晶粒内部的变形与晶粒2间的变形两部分。晶内变形仍以 滑移与挛晶两种基本方式进行，晶间变形包括晶粒之间的微量和互位移与转动。 多晶体議性变形的特点是：变形的不均匀性，变形抗力比单晶体大，形成纤维组 织与各向异
性。
体心鼻方枯格
滑移系数愈多，金属的塑性愈好，特别是其屮的滑移方向的作用更大。 塑性变形对金属组织和性能的影响
变形金属在加热吋的组织和性能的变化：回复、再结晶和晶粒长大。
变形金属经过再结晶后其变形组织、性能完全消失，所以硬度、强度显著下降， 塑性、韧性明显提高，内应力基本消除，金属恢复到变形前的性能。
金属的冷热加工(按低于或高于金属的再结晶温度來分) 热加工对金属组织和性能的影响三方而：
粗大的柱状晶和枝晶经热塑性变形被击碎并形成等轴细晶粒组织，改善了力 学性能；
铸余金属屮的疏松、气孔、微裂纹等缺陷，经热塑性变形被圧实或焊合，从 而使组织致密，性能提高；
使金属具有明显的各向异性，如某些纵向的性能明显大于横向(流线)。 I. 4合金的结构和二兀合金相图
(1)基本概念 %1 组元：组成合金的最基本的物质。
%1 相：合金屮具有相同化学成分、相同晶体结构的均匀部分。 %1 固溶强化：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现彖。
%1 合金相图：用来表示合金在不同成分、温度下的组织状态，以及它们之问 相互关系的一种图形，亦称状态图或平衡图。 (2)合金的结构
合金的结构 固溶体’ 定义 两姐元在固杰下彼此互相涪解.从而形 成成分和性能均匀的囲态合金 合金中备组成元素原子按一定比例互 骷格类型特点 保持溶剂的品格类型 性能待点 产生同洛强化?且具冇 较好的创性和曲性 8WK 化合物 相作用而生成的一种新的具有金层特 性的詢JK 组成合金两组元既不互相溶解?也不产 形成-种新的晶格类型 机械混合物 生化合反应?而是按一定16■比混合而 成的一种物质 各自保持各自的胡格 介于两组元之间 注：①固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。
②根据溶质原了在溶剂晶格屮分布情况不同可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体 两种。
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