山东大学 材料成形基础 第1章
1-材料成形理论基础
材料成形工艺基础1第一章 材料成形理论基础液态成形--铸造 固态成形--锻造 固态连接--焊接21第一节 液态成形基础1、液态金属的结构液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间 仍然具有很高的结合能。
液态金属的结构特征 液态金属内存在近程有序的原子集团。
这种原子集团是不稳定 的，瞬时出现又瞬时消失。
所以，液态金属结构具有如下特 点： l）液态金属是由游动的原子团构成。
2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相 同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起 伏。
3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时 大时小，此起彼伏的，称为结构起伏。
3第一节 液态成形基础1、液态金属的性质液态金属是有粘性的流体。
粘度的物理本质是原子间作 相对运动时产生的阻力。
表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各 向均等的张力421.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
当液态金属冷却至熔点以下，经过一定时间的孕 育，就会涌现一批小晶核，随后这些晶核按原子规则 排列的各自取向长大，与此同时又有另一批小晶核生 成和长大，直至液体全部耗尽为止。
51.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
一次结晶从物理化学观点出发，研究液态金属的 生核Formation of stable nuclei 、长大Growth of crystals、结晶组织的形成规律。
凝固从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过 程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与 铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。
631.2铸件的凝固组织凝固组织分宏观和微观。
宏观组织：铸态晶粒的形态、大小、取向、分布 微观组织：晶粒内部的亚结构的形状/大小/相 对分布/缺陷等 晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑 性和韧性越好。
71.3铸件的凝固方式和控制铸件的工艺原则铸件的凝固方式逐层凝固方式(skin-forming solidification) 糊状凝固方式(mushy solidification) 中间凝固方式(middle solidification)。
材料成型第一章
2 本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 液态材料铸造成形技术过程 第3章 固态材料塑性成形过程 第4章 粉末压制和常用复合材料复合成形过程 第5章 固态材料的连接过程 第6章 非金属材料成形过程 第7章 模具 材料成形方案拟定及品质控制、 第8章 材料成形方案拟定及品质控制、再制造技术
4
现代制造过程分类
1.质量不变过程 1. 质量不变过程 2.质量减少过程 2. 质量减少过程 3.质量增加过程 3. 质量增加过程
教材及参考书
首选教材：
胡亚民主编， 《材料成形技术基础》第二版 胡亚民主编，重庆大 材料成形技术基础》 2008年 学出版社 2008年
参考书目：
施江澜主编， 1、《材料成形技术基础》第二版 施江澜主编，机 材料成形技术基础》 2007年 械工业出版社 2007年 2、《材料成型基础》 胡城立主编 武汉理工大学出 材料成型基础》 2001年 版社 2001年
非金属材料成形
锻造 Forging
1
应用背景
2 本课程的主要内容
材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 《材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 学习本课程的主要目的是使学生比较全面系统的获得机械制造中铸
造、压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以 压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。其主要任
务是介绍以下内容： 务是介绍以下内容： 1）制定铸造过程图，了解合金的熔炼与浇注过程的基本知识以及砂型 制定铸造过程图， 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律； 2）制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律；了解粉末成 塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 形、塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 了解常用金属材料焊接过程基本知识； 3）了解常用金属材料焊接过程基本知识；
材料成型工艺基础(第三版) 第1章
晶胞可以描述晶格的排列规律，组成晶胞的结构就是该 金属的晶格结构，不同的晶格结构具有不同的性能，而相同 的晶胞类型若有不同的晶格常数，也会使金属具有不同的性 能。
3.常见金属的晶体结构 在金属原子中，约有90%以上的金属晶体都属于以下三 种密排的晶格结构。 1)体心立方晶格 如图1-2所示，体心立方晶格是一个正立方体。原子位 于立方体的中心和八个顶点上，顶点上的每个原子为相邻的 八个晶胞所共有。其晶格常数a＝b＝c，晶胞棱边夹角α＝β ＝γ＝90°。属于这种晶格类型的金属有铬(Cr)、钨(W)、钼 (Mo)、钒(V)及α-铁(Fe)等。晶胞中原子排列的紧密程度可用 致密度来表示。
金属材料是现代机械制造工业中应用最广泛的材料之一。 它不仅资源丰富，具有优良的物理、化学和力学性能，而且 还具有较简单的成型方法和良好的成型工艺性能。因此，金 属材料在各种机械设备中所占的比例达90%以上。
金属材料的性能主要与其成分、组织和表面结构特性有 关。热处理就是通过改变金属材料的组织以及改变表面成分 和组织来改变其性能的一种热加工工艺。
致密度是指晶胞中原子所占的体积与该晶胞体积之比。体心 立方晶格中的晶胞的致密度为0.68，表明体心立方晶格中有 68%的体积被原子占据，其余32%的体积为空隙。
图1-2 体心立方晶格示意图
2)面心立方晶格 如图1-3所示，面心立方晶格也是一个正立方体，原子 位于立方体六个面的中心和八个顶点，顶点上的每个原子为 相邻八个晶胞所共有，面心的每个原子与其相邻晶胞所共有。 其晶格常数a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°。属于这种晶格类型的 金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、γ-铁(Fe)等。其致 密度为0.74。
图1-4 密排六方晶格示意图
4.实际金属的晶体结构 上述讨论的晶体中，原子排列规律相同，晶格位向完全 一致，这种晶体称为单晶体，见图1-5(a)。生产中只有采用 特殊的方法才能制成单晶体。单晶体材料只在特定情况下使 用，如制造半导体硅元件所用的材料就是单晶硅。实际使用 的金属材料都是由许多小晶体组成的。由于每个小晶体外形 不规则，且呈颗粒状，因而称为“晶粒”。每个晶粒内的晶 格位向是一致的，但各个晶粒之间彼此位向都不同(相差 30°～40°)，晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”，如图 1-5(b)所示。
最新材料成形参考习题及答案
材料成形理论基础习题第一部分 液态金属凝固学1. 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。
答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。
原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。
实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。
（2）例如钢液，在钢液中主要为Fe ，含有C 、Si 、S 、P 、Mn 、O 、H 等元素。
这些元素或以原子集团存在，或以高熔点化合物如SiO 、CaO 、MnO 等形式存在，共同构成有较大成分起伏的钢液主体以及杂质、气体和空穴等。
2. 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？答：（1）液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。
表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。
（2）表面张力与附加压力符合下列公式的关系：1211r r ρσ=+（）式中r 1、r 2分别为曲面的曲率半径。
附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
3. 液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？答：（1）液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的充型能力，是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。
而充型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。
（2）提高液态金属的冲型能力的措施：1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L 要大；③比热、密度、导热系大；④粘度、表面张力大。
2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。
3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。
4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。
材料成形基础原理
第一章液态金属的结构与性质1液体结构宏观上不具备平移、对称性、，表现出长程无序性；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的进程有序。
2实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。
3粘度的意义：作用于液体表面的应tao大小与垂直于该平面方向上的速度梯度（dVx\dy）的比例系数。
4原子间结合力Uo越大，表面内能越大，因此表面的自由能越大，表面张力也就越大。
其熔点和沸点高，其固体和液体的表面能和表面张力也大。
5界面张力大小也可以湿润角（C塔）的大小为标志。
6固-液界面张力（西给吗）越小，cos（C塔）越趋近于1，也就是（C塔）趋近于0，这种情况是湿润的。
总之，不同物质之间结合力越大时，界面张力越小，越容易湿润，其间的接触角越小。
7液态金属表面张力通常随温度升高而下降。
8液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件能力，简称液态金属充型能力。
9液态金属流动性是液态金属的工艺性能力之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
10 影响充型能力的因素a．金属性质方面的因素合金液的比热容、密度越大，热导率越小，停止流动前的时间越长，，故充型能力好。
b．铸型性质方面的因素湿砂型的b2是干砂型的2倍左右。
B2与造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。
c．浇注条件方面的因素浇注温度越高、充型压越大，则液态金属的充型能力越好。
d．铸件结构第二章凝固温度场1 R为铸件的折算厚度，称为“模数”。
杆状>板状>块体>球体模数最大的单元的凝固时间即为铸件的凝固时间。
2凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式和中间凝固方式。
第三章金属凝固热力学与动力学1 溶质平衡分配系数（K）实际k大小受压力、合金类别及成分、微量元素存在的影响。
材料成形工艺基础word精品文档7页
材料成形工艺基础复习资料第一章金属材料成形基本原理一名词解释逐层凝固：逐层凝固就是随着温度的降低，铸件外层已凝固的固相区不断向内层未凝固的液相区推进，液相区不断减小，直至到达铸件中心的凝固方式。
顺序凝固：指在铸件上建立一个从元力冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，使合金由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固。
糊状凝固：在凝固的过程中，固相和液相并存的凝固区贯穿铸件的整个断面的凝固方式。
同时凝固：指采取一定的工艺措施，尽量减少铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时凝固。
液态收缩：从浇注温度冷却到凝固开始温度期间发生的收缩。
凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度期间发生的收缩。
缩孔和缩松：逐渐在凝固的过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积收到得不到补充，就会在铸件的最后凝固部位形成孔洞，大而集中的孔洞为缩孔，细而分散的孔洞为缩松。
浇不足：液态合金充型过程中共，由于冷却过快而不能充满型腔。
冷隔：金属液充型后，在金属液的交接处融合不好，而且在铸件中产生穿透的或不穿透的缝隙称为冷隔。
纤维组织：金属内部的晶粒发生塑性变形时，当变形量很大是，晶粒形成细条形的组织。
锻造流线：铸态金属组织中分布在晶界上的夹杂物随着晶粒的变形而在金属流动最大方向上被拉长或呈现链状分布而且不会因晶粒的再结晶而改变形状和分布，锻后依然沿被拉长的方向保留在金属中呈现出链状或断续的流线形状的组织。
再结晶：在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。
新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶。
动态再结晶：动态再结晶(dynamic reerystallization)，是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象热影响区：焊接或切割过程中，母材因受热(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域过热区：焊接时被加热到Ac3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。
《材料成型金属学》教学资料：第一章位错理论基础
位错密度
单位体积中位错的总长度：
ρ = L , cm / cm3 V
将位错线看作于垂直某一平面的直位错线
ρ = nL = n ,1/ cm3 AL A
位错密度
在金属材料中，退火状态下，接近平衡状态所得 到的材料，这时位错的密度较低，约在106-8的数量级；
经过较大的冷塑性变形，位错的密度可达1011-12 的数量级。
1 位错理论基础
Fundamentals of dislocation theory
理想晶体 完全按照空间点阵有规则排列
实际晶体 不可能完全规则排列，存在晶格缺陷 lattice defect
1.1 晶体缺陷概述
晶体中的缺陷： 原子排列偏离完整性的区域
点缺陷－在三个方向上尺寸都很小 线缺陷－在二个方向上尺寸很小 面缺陷－在一个方向上尺寸很小
特征： 无多余半原子面，原子错排呈轴对称； 螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线； 纯螺型位错的滑移面不唯一； 螺型位错周围发生点阵畸变； 线缺陷。
混合位错(mixed dislocation)
滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错 线相交成一定角度。
Screw Dislocation
点缺陷的类型 ：
1) 空位 在晶格结点位置应有原子的 地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往 往是晶格的间隙，出现了多余的原 子。它们可能是同类原子，也可能 是异类原子。
3) 异类原子 在一种类型的原子组成 的晶格中，不同种类的原子替换原 有的原子占有其应有的位置。
空位平衡浓度
Edge Dislocation
Has both edge and
screw character.
材料成型第一章
拉伸试验
常用的力学性能有：强度，刚度，塑性，硬度，韧性， 疲劳强度和断裂韧度，弹性
变形过程：
oe为纯弹性变形阶段
外力去除后试样完全恢 复原状 F(N) Fb
拉伸曲线
Fs
Fe
e以上为弹塑性变形阶段 es为屈服阶段
外力不增加，试样明显 伸长
sb为大量塑性变形阶段
外力增加不多，试样明 显伸长
bk为缩颈阶段
洛氏硬度试验
洛氏硬度特点
洛氏硬度测量的优点：操作简便，压痕小 可用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散
HRC洛氏硬度适用于：淬火钢，调质钢 批生产零件 当HRC20-70 时有效
维氏硬度
采用夹角为136的四棱锥体金刚石压头，在 10~1000N的载荷作用下压入材料表面，计算 出单位压痕面积上的力，为维氏硬度，HV
在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。
1．使用纯天然材料的初级阶段
在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥 土等），相当于人们通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用的材料都是 纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方 面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。
4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、 铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型 实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明程度的提高而产生的。到 这时，人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材 料。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想 办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。严格来说，复合材料并不只限于两类材 料的复合。只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料。 5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能。如所有的动物或植物都 能在没有受到绝对破坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到这 一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备了其中的部分功能。 这就是目前最吸引人们注意的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。 尽管近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是离理想智能材料的目标 还相距甚远，而且严格来讲，目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。
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温度℃
AECF线—固相线
AC—奥氏体开始析出线
1538 ℃
A
L
AE—奥氏体析出终了线
CD—Fe3C析出开始线 ECF—共晶线
C
A E 1148℃
Ld
PSK线 — 共析线
912℃
G
S 727℃
ES线—C在γ-Fe中的溶解度
FP
曲线。析出二次Fe3CⅡ Q
P
GS线—铁素体开始析出线
0.02 0.77 2.11
在冲击载荷下工作的零件，很少是受 大能量一次冲击而破坏的；往往是受 小能量多次重复冲击而破坏的。
冲击试验
§1 工程材料的力学性能
五、疲劳强度
材料能够承受无数次应力循环时的最大应力 承受规定循环次数而不失效的最大应力
受交变载荷作用的零件，
在其所受应力远远低于该材
料的屈服强度时，会发生突 1
珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物
（5）莱氏体
高温莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物 低温莱氏体：珠光体和渗碳体组成的机械混合物
2. 铁碳合金相图分析 ☆☆☆☆☆
1538 ℃
点
A
D
温度℃
A—1538/0 纯铁熔点
C
E 1148℃
F
C—1148/4.3 共晶点
912℃ G S
Ld
727℃
D—1227/6.69 Fe3C的熔点
L Pb+Sb共晶
§3 铁碳合金相图
二、铁碳合金相图（Fe-Fe3C合金相图） 1. 铁碳合金中的相结构
（1）纯铁 同素异构转变
1538 ℃ -1394 ℃ 1394 ℃ -912 ℃
Fe Fe
912 ℃以下
Fe
温度℃
1538 ℃
Fe
（体心立方）
1394 ℃
4.3
GP线—铁素体析出终了线
C%
PQ线— 碳在α-Fe中的溶解度曲
线，铁素体析出渗碳体开始线
D
F
Fe3 KC
6.69
2. 铁碳合金相图分析 ☆☆☆☆☆
相区
四个单相区：
温度℃
1538 ℃
A
1. ACD以上为液相区L 2. AESGA为奥氏体区A 3. GPQG为铁素体区F
AE
912℃
G
S
FP
Q
4. DFK为渗碳体区Fe3C
P P
K
Q
0.02 0.77 2.11
E—1148/2.11 C在γ-Fe中的最大溶解度点
4.3
6.69
C%
G— 912/0 α-Fe 和γ-Fe的同素异构转变点 P— 727/0.0218 C在α-Fe中的最大溶解度
S —727/0.77 共析点
2. 铁碳合金相图分析 ☆☆☆☆☆ 线
ACD线—液相线
合金 — 以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，
所形成的具有金属特性的物质。
组元 — 组成合金的元素。
相 — 合金中结构相同、成分和性能均一，并以界面相互隔
开的组成部分。 组织 — 合金中不同相的组合。
固态合金的结构是由组元在结晶时彼此之间所起的作用所
决定的。
固溶体
合金的组织结构 金属化合物
机械混合物
工程材料
钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢 钢铁合金 铸铁：白口铸铁、灰口铸铁等
金属材料
铜及其合金
有色合金 铝及其合金
其它：轴承合金、钛合金、镁合金等
高分子材料
纤维：天然纤维、合成纤维 橡胶：通用橡胶、特殊橡胶
塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料
无机非金属材料
水泥
玻璃 耐火材料
陶瓷：普通陶瓷、特殊陶瓷
复合材料
过冷度=理论结晶温度-实际结晶温度 T1
T T0 T1
过冷度 ΔT
时间
冷却曲线
2．金属的结晶过程
晶核形成与长大
金属是由许多大小、 形状、晶格排列方向 均不相同的晶粒所组 成的多晶体。
§2 材料的微观结构基础
三、 金属的同素异构转变
同素异构转变—同一元素金属在固态下随着温度的变化 而发生晶体结构类型变化的现象。
o
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。
§1 工程材料的力学性能
二、 塑性
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
塑性指标：δ 和 ψ 。 F
伸长率： Lk L0 100%
L0
d0
F
L0
断面收缩率: A0 Ak 100%
A0
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
伸长率
塑性 断面收缩率
布氏硬度 硬度 洛氏硬度
冲击韧度
疲劳强度
HBW HRA、HRB、HRC aK -1
§2 材料的微观结构基础
晶体： 原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。 非晶体： 原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。
一、金属的晶体结构（晶体中的原子排列）
晶格—原子排列形成的空间格子 晶胞—代表原子排列规律的最小单元
§3 铁碳合金相图
一、合金的相图 1. 合金相图的建立—热分析法
（1）配制一系列成分不同的合金； （2）测出各种不同成分合金的冷却曲线； （3）找出冷却曲线上转折点的温度；
（结晶开始温度、结晶终了温度） （4）建立一个以温度为纵坐标、成分为横坐标的直角坐标 系，将转折点分别标记在坐标系内； （5）把意义相同的各转折点连成曲线（所有上相变点相连， 所有下相变点相连）。
Fe
（面心立方）
912 ℃
Fe（体心立方）
时间
§3 铁碳合金相图
二、铁碳合金相图（Fe-Fe3C合金相图） 1. 铁碳合金中的相结构 （2）铁的固溶体
铁素体（F或）：碳溶解于 Fe 中形成的间隙固溶体
碳在F中的最大溶解度为0.0218%，F力学性能接 近纯铁，强度硬度低，塑性韧性好。
1083
1452 1083
1452
上相变点的连线为液相线：表示各种不同成分的合金 结晶开始温度或加热过程完全熔化时的温度。
下相变点的连线为固相线：表示合金结晶终了温度或 加热过程熔化开始时的温度。
§3 铁碳合金相图
一、合金的相图 2. 共晶合金
共晶转变——液相在恒温下同时结晶出两种成分不同的固相的转变
金属的典型晶体结构
体心立： 面心立方： 密排六方：
Cr、Mo、W、V、 -Fe Cu、Ni、Al、 -Fe Mg、Zn、 Ti
§2 材料的微观结构基础
二、金属材料的结晶
温度℃
结晶: 金属由液态向固态 转变的过程，也是原子排列 由无规则状态向规则状态的 转变过程。
1．金属结晶的过冷现象
T0
金属化合物的性能特点： 脆性大，强度、硬度高，塑性、韧性差，熔点高。
3. 机械混合物
合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合 物，而是按一定的重量比混合而成的新物质。
机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化 合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。
性能特点： 性能介于各组成物的性能之间。一般具有良好
dk
Lk
§1 工程材料的力学性能
三、硬度 材料抵抗更硬的物体压入其内的能力
1. 布氏硬度（HBW）：
在外力作用下迫使钢球压向工件表 面，测量凹痕直径计算压痕球面面 积，进而求出单位面积所受的力。
HBW
压入载荷（N） 压痕的表面积（mm2）
2. 洛氏硬度（HRC）
用锥顶角为 120的o 金刚石圆锥或 一定直径的钢球压头，在规定 载荷下压入被测材料表面，根 据压痕深度计算硬度。
然的断裂。
n0 — 循环基数 钢：n0 10 7
有色金属：n0 108
n0
n
疲劳强度曲线
§1 工程材料的力学性能
力学性能与失效形式的关系
力学性能
强度
b s
塑性
硬度 韧度 疲劳强度
失效形式
断裂 变形 磨损
§1 工程材料的力学性能
小结
力学性能指标及其代表符号
屈服强度 s 强度 抗拉强度 b
第一章 工程材料导论
§1 工程材料的力学性能 §2 材料的微观结构基础 §3 铁碳合金相图和常用钢铁材料 §4 钢的热处理 §5 常用有色金属及其合金 §6 金属材料的微观检验
第一章 工程材料导论
材料是工业和科学技术的物质基础，是 人类社会赖以生存和发展的重要条件，是衡 量一个国家经济实力与技术水平的重要标志， 它与信息、能源并列为现代化技术的三大支 柱，而能源和信息的发展又依托于材料材料。 因此世界各国都把对材料的研究开发放在突 出的地位。
奥氏体（A或 ） ：碳溶解于 Fe 中形成的间隙固溶体
碳在A中的最大溶解度为2.11%，硬度不高，塑 性好。
§3 铁碳合金相图
二、铁碳合金相图（Fe-Fe3C合金相图） 1. 铁碳合金中的相结构 （3）渗碳体：铁和碳形成的金属化合物Fe3C，C 6.69%
硬度高，脆性大，塑性很差 （4）珠光体
布氏硬度
测试范围窄，适用于中等硬度 操作繁琐 测试重复性好
洛氏硬度
测试范围宽，适用于较高硬度 操作方便简捷 测试重复性较差
§1 工程材料的力学性能
四．冲击韧度 材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力
冲击试件在一次冲击试验时的冲击吸收功除以原 试件缺口处横截面积所得的值。单位J/cm2
aK
AK A0
G(H1 H2 ) A0
0.02 0.77 2.11
4.3
D
L+ Fe3CⅠ F
Fe3CⅠ+Ld
Fe3C