第1章 材料
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第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3.1 金属键
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
材料科学基础 绪论和第一章
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
11924B
1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
11924B
1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
11924B
第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
11924B
第四节 晶体材料的组织
第一章2金属材料的性能特点
四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当 的热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢 的切削加工性能。 铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。 含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
断后伸长率
A
A
11.3
δ5 δ10
ψ
%
%
断面收缩率
Z
三、硬度 硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度 一定直径的硬质合金球（或钢球）在一定载 荷作用下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬 度值。 用钢球压头时硬度 用HBS表示 用硬质合金球时硬 度用HBW表示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2、洛氏硬度 采用金刚石压头(或硬质合金球压头)， 加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h。 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。 硬度直接从硬度计表盘上读得。 根据压头的种类和 总载荷的大小洛氏硬度常 用表示方式有: HRA、HRB、HRC
金属材料的强度与其化学成分和工艺有 密切关系。 纯金属的抗拉强度较低； 合金的抗拉强度较高。 纯铜抗拉强度： 60MPa 铜合金抗拉强度：600MPa～700MPa 纯铝抗拉强度： 40MPa 铝合金抗拉强度：400MPa～600MPa
退火状态的三种铁碳合金： 碳质量分数0.2%，抗拉强度为350MPa 碳质量分数0.4%，抗拉强度为500MPa 碳质量分数0.6%，抗拉强度为700MPa
建筑材料第一章
3
第一章 建筑材料基本性质
§2 材料的物理性质
孔隙率： 孔隙率：材料中孔隙体积与材料在自然状态的体 积之比的百分率。 积之比的百分率。 开口孔隙率：材料中能被水饱和（即被水所充满） 开口孔隙率：材料中能被水饱和（即被水所充满） 的孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百 分率。 分率。 闭口孔隙率： 闭口孔隙率：材料中闭口孔隙的体积与材料在自 然状态下的体积之比的百分率。即闭口孔隙率= 然状态下的体积之比的百分率。即闭口孔隙率= 孔隙率-开口孔隙率。 孔隙率-开口孔隙率。 空隙率：散粒材料在自然堆积状态下，其中的空 空隙率：散粒材料在自然堆积状态下， 隙体积与散粒材料在自然状态下的体积之比的百 分率。 分率。 4
问题：你了解憎水又憎油的材料吗？试举一例。 问题：你了解憎水又憎油的材料吗？试举一例。
6
第一章 建筑材料基本性质
§2 材料的物理性质
吸水性：材料吸收水分的能力称为吸水性，用吸 吸水性：材料吸收水分的能力称为吸水性， 水率表示。吸水率有两种表示方法： 水率表示。吸水率有两种表示方法：质量吸水率 和体积吸水率
一般认为水的体积膨胀产生应力是材料破坏的根源。 一般认为水的体积膨胀产生应力是材料破坏的根源。 但更重要的是水的结冰产生的静水压力是材料破坏的 是重要原因。因此不能认为体积越密实， 是重要原因。因此不能认为体积越密实，抗冻性越好 9 相反，含有一定的闭口气孔具有良好的抗冻性。 相反，含有一定的闭口气孔性质
自然状态下的体积是指固体物质的体积与全部孔 隙体积之和 密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身 的体积 堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空 隙之和
提问： 提问：
讨论体积密度与材料性能的关系。 讨论体积密度与材料性能的关系。 哪些建筑物或构筑物根据密度选用材料？ 哪些建筑物或构筑物根据密度选用材料？
第一章 建筑材料基本性质
§2 材料的物理性质
孔隙率： 孔隙率：材料中孔隙体积与材料在自然状态的体 积之比的百分率。 积之比的百分率。 开口孔隙率：材料中能被水饱和（即被水所充满） 开口孔隙率：材料中能被水饱和（即被水所充满） 的孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百 分率。 分率。 闭口孔隙率： 闭口孔隙率：材料中闭口孔隙的体积与材料在自 然状态下的体积之比的百分率。即闭口孔隙率= 然状态下的体积之比的百分率。即闭口孔隙率= 孔隙率-开口孔隙率。 孔隙率-开口孔隙率。 空隙率：散粒材料在自然堆积状态下，其中的空 空隙率：散粒材料在自然堆积状态下， 隙体积与散粒材料在自然状态下的体积之比的百 分率。 分率。 4
问题：你了解憎水又憎油的材料吗？试举一例。 问题：你了解憎水又憎油的材料吗？试举一例。
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第一章 建筑材料基本性质
§2 材料的物理性质
吸水性：材料吸收水分的能力称为吸水性，用吸 吸水性：材料吸收水分的能力称为吸水性， 水率表示。吸水率有两种表示方法： 水率表示。吸水率有两种表示方法：质量吸水率 和体积吸水率
一般认为水的体积膨胀产生应力是材料破坏的根源。 一般认为水的体积膨胀产生应力是材料破坏的根源。 但更重要的是水的结冰产生的静水压力是材料破坏的 是重要原因。因此不能认为体积越密实， 是重要原因。因此不能认为体积越密实，抗冻性越好 9 相反，含有一定的闭口气孔具有良好的抗冻性。 相反，含有一定的闭口气孔性质
自然状态下的体积是指固体物质的体积与全部孔 隙体积之和 密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身 的体积 堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空 隙之和
提问： 提问：
讨论体积密度与材料性能的关系。 讨论体积密度与材料性能的关系。 哪些建筑物或构筑物根据密度选用材料？ 哪些建筑物或构筑物根据密度选用材料？
第1章 工程 材料的种类和力学性能
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同 ，可分为两大类，即普通陶瓷 和特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过 粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生 陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
第一章 材料设计学
专家系统还可以连接(或包括)数据库、模 式识别、人工神经网络以及各种运算模块。
这些模块的综合运用可以有效地解决设计 中的有关问题。 最理想的专家系统是从基本理论出发，通 过计算和逻辑推理，预测未知材料的性能和制 备方法，但由于制约材料结构和性能的因素极 其复杂，在可以预见的将来，这种完全演绎式 的专家系统还难以实现。 目前的专家系统是以经验知识和理论知识 相结合(即归纳与演绎相结合)为基础的。
材料设计学
第 1 章 材料设计综述
1. 1 什么是材料设计
• 材料设计(materials design)，是指通过理论与 计算预报新材料的组分、结构与性能，或者说， 通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材 料。 • 这当然说的是人们所追求的长远目标，并非目 前就能充分实现的。 • 尽管如此，由于凝聚态物理学、量子化学等相 关基础学科的深入发展，以及计算机能力的空 前提高，使得材料研制过程中理论和计算的作 用越来越大，直至变得不可缺少。
(5) 以原子、分子为起始物进行材 料合成，并在微观尺度上控制其结构， 是现代先进材料合成技术的重要发展方 向，例如分子束外延、纳米粒子组合、 胶体化学方法等。 对于这类研究对象，材料微观设计 显然是不可缺少的并且是大有用武之地 的。
1.2.2 当前面临的挑战
•
1969年江崎和朱兆祥提出了由两种不同 半导体薄层构成超晶格、量子阱的概念。后 来借助分子束外延等制备技术代以来 凝聚态物理学和材料科学中最有价值的概念 之一，它开辟了人工设计低维材料并对其能 带结构进行人工剪裁的先例。 • 20年来，从量子阱到量子线、量子点的 研究，一直是最富有生命力的前沿领域之一。
前面已提到1995年美国NRC(国家科学 研究委员会)发表了专门报告，他们专门对 需要从原子水平上进行材料研究的13个领 域进行了调查。提出了材料科学中理论和 计算工作所面临的挑战与机遇。他们认为， 如果说70年代以前还做不到对实际材料的 性能作出理论预言的话，那么，今天由于 理论和计算能力的进步，已经可能实现从 理论上预测新材料。
材料力学第一章知识归纳总结
材料力学
三、材料力学的任务 材料力学的任务就是在满足强度、刚度和 稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。
若：构件横截面尺寸不足或形状 不合理，或材料选用不当 ——不满足上述要求，
不能保证安全工作。
若：不恰当地加大横截面尺寸或 选用优质材料 —— 增加成本,造成浪费
δ 1 < δ 2 << l
B
1 δ
A
FN 1
δ2
θ
A F
θ
C
F F
A1
FN 2
l
求FN1、 FN1 时，仍可 按构件原始尺寸计算。
材料力学
3、小变形前提保证叠加法成立 叠加法指构件在多个载荷作用下产生的变形—— 可以看作为各个载荷单独作用产生的变形之代数和
叠加法是材料力学中常用的方法。
材料力学
a a’
0.025
材料力学
第一章 §1-6 绪论 杆件变形的基本形式
构件的分类：杆件、板壳*、块体*
杆件——纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的 构件。 直杆——轴线为直线的杆 曲杆——轴线为曲线的杆 等截面直杆——横截面的 形状和大小不变的直杆
材料力学
板和壳：构件一个方向的尺寸（厚度）远小于其 它两个方向的尺寸。 块件：三个方向（长、宽、高）的尺寸相差不多 的构件。
}
研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的 力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是 完成材料力学的任务所必需的途径和手段。
均不可取
材料力学
§1-2 变形固体的基本假设
一、变形固体： 在外力作用下可发生变形的固体。 二、变形固体的基本假设： 1、连续性假设： 认为变形固体整个体积内都被物质连续 地充满，没有空隙和裂缝。
清华大学工程材料第五版第一章
晶胞
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形 式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、 化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线 结构分析技术进行测定。
精品课件
一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于 立方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
精品课件
若两个晶向的全部指数数值相同而符
号相反, 则它们相互平行或为同一原子列,
但方向相反。
如[110]与
。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]
与
可用同一个指数[110]表示。
精品课件
晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不 同的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
晶面族用大括号表示, 即{hkl}。
在立方晶胞中
组成{111}晶面族：
精品课件
{111} 晶面族
2. 立方晶系的晶向表示方法
以晶向DA为例：
精品课件
晶向OA ： [100] 晶向OB ： [110] 晶向OB’ ：[111]
立方晶胞中的主要晶向
晶向指数一般标记为[uvw]，
表示一组原子排列相同的平行晶向。
精品课件
在立方晶系中, 一个晶面指数与 一个晶向指数数值和符号相同时, 则 该晶面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
精品课件
3. 六方晶系的晶面指数和 晶向指数
四指数方法表示晶面和晶向。
水平坐标轴选取互相成120°
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形 式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、 化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线 结构分析技术进行测定。
精品课件
一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于 立方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
精品课件
若两个晶向的全部指数数值相同而符
号相反, 则它们相互平行或为同一原子列,
但方向相反。
如[110]与
。
若只研究原子排列情况, 则晶向[110]
与
可用同一个指数[110]表示。
精品课件
晶向族 原子排列情况相同而在空间位向不 同的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
晶面族用大括号表示, 即{hkl}。
在立方晶胞中
组成{111}晶面族：
精品课件
{111} 晶面族
2. 立方晶系的晶向表示方法
以晶向DA为例：
精品课件
晶向OA ： [100] 晶向OB ： [110] 晶向OB’ ：[111]
立方晶胞中的主要晶向
晶向指数一般标记为[uvw]，
表示一组原子排列相同的平行晶向。
精品课件
在立方晶系中, 一个晶面指数与 一个晶向指数数值和符号相同时, 则 该晶面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
精品课件
3. 六方晶系的晶面指数和 晶向指数
四指数方法表示晶面和晶向。
水平坐标轴选取互相成120°
道路工程材料 1第一章
石料的物理性质是石料矿物组成、结构状态和特 征的反映，它与石料的技术性质有密切的联系。 1、物理常数 、 物理常数主要指石料的密度和孔隙率，此类常数 能够直接影响到石料的力学性质，也是将石料用于 混合料配合比设计的参数之一。
（1）密度 ） 定义：在规定条件下（大多指规定的温度）， 定义：在规定条件下（大多指规定的温度）， 石料矿质实体单位体积的质量。 石料矿质实体单位体积的质量。
（1）密度 ） 1）表观密度、毛体积密度、表干密度 表观密度、毛体积密度、 表观密度
表观密度，毛体积密度与石料相应密度在概念上相同， 仅在实际的密度测定方法上有所区别。
集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度 饱和面干毛体积密度，它的计 集料的表干密度 饱和面干毛体积密度 算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干 质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水）。
（1-7）
R2 K= × 100% R1
（1-8）
Q K ——经历冻融循环作用后，石料的质量损失率和耐冻系数，%；
m1 m2
R2
——试验前烘干石料试件的质量，g； ——经历若干次冻融循环作用后，烘干石料试件的质量，g； ——经历若干次冻融循环作用后，石料试件的饱水抗压强度，MPa。
R1 ——试验前石料试件的饱水抗压强度，MPa；
ρh n = (1 − ) × 100% ρt
N——石料的孔隙率，%；
（1-5）
ρ t ——石料的真实密度，g/cm3；
ρ h ——石料的毛体积密度，g/cm3。
2、吸水性 、
吸水性是指石料吸水能力的大小。 吸水性是指石料吸水能力的大小。 这一性质用吸水率和饱水率两种形式表示。分别指常温、 常压（减压）条件下石料最大吸水质量是干燥试样质量的百 分率；两者可采用下试计算：
（1）密度 ） 定义：在规定条件下（大多指规定的温度）， 定义：在规定条件下（大多指规定的温度）， 石料矿质实体单位体积的质量。 石料矿质实体单位体积的质量。
（1）密度 ） 1）表观密度、毛体积密度、表干密度 表观密度、毛体积密度、 表观密度
表观密度，毛体积密度与石料相应密度在概念上相同， 仅在实际的密度测定方法上有所区别。
集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度 饱和面干毛体积密度，它的计 集料的表干密度 饱和面干毛体积密度 算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干 质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水）。
（1-7）
R2 K= × 100% R1
（1-8）
Q K ——经历冻融循环作用后，石料的质量损失率和耐冻系数，%；
m1 m2
R2
——试验前烘干石料试件的质量，g； ——经历若干次冻融循环作用后，烘干石料试件的质量，g； ——经历若干次冻融循环作用后，石料试件的饱水抗压强度，MPa。
R1 ——试验前石料试件的饱水抗压强度，MPa；
ρh n = (1 − ) × 100% ρt
N——石料的孔隙率，%；
（1-5）
ρ t ——石料的真实密度，g/cm3；
ρ h ——石料的毛体积密度，g/cm3。
2、吸水性 、
吸水性是指石料吸水能力的大小。 吸水性是指石料吸水能力的大小。 这一性质用吸水率和饱水率两种形式表示。分别指常温、 常压（减压）条件下石料最大吸水质量是干燥试样质量的百 分率；两者可采用下试计算：
第一章 材料的热学性能(热膨胀)
线膨胀系数和金属熔Байду номын сангаас的关系式
三、影响固体材料热膨胀系数的一些因素
3．晶体缺陷
格尔茨利坎、荻梅斯费尔德等人研究了空位对固体热膨胀的影响。 格尔茨利坎、荻梅斯费尔德等人研究了空位对固体热膨胀的影响。
空位引起的晶体附加体积变化
辐射空位引起热膨胀系数变化
三、影响固体材料热膨胀系数的一些因素
4．结构
结构紧密的晶体膨胀系数大， 结构紧密的晶体膨胀系数大，结构空敞的晶体膨 胀系数小。 胀系数小。这是由于开放结构能吸收振动能及调整 键角来吸收振动能所导致的。 键角来吸收振动能所导致的。
格律爱森（ 定律指出： 格律爱森（Grueisen)定律指出：体膨胀 定律指出 与定容热容成正比， 与定容热容成正比，它们有相似的温度依 赖关系， 赖关系，在低温下随温度升高急剧增大 德拜T 定律），而到高温则趋于平缓。 ），而到高温则趋于平缓 （德拜 3定律），而到高温则趋于平缓。
金属材料
三、影响固体材料热膨胀系数的一些因素
简谐振动是指质点间的作用力与距离成正比，即微观弹性模量β 为常数。（平衡位置不变，只适用于热容分析。） 非简谐振动是指作用力并不简单地与位移成正比，热振动不是 左右对称的线性振动而是非线性振动。 固体材料热膨胀的本质是 源于材料内部的质点(分子或原子)之 间相互作用力关于质点平衡位置的不对称性。
晶格质点振动受力分析
晶格质点振动能量分析
双原子势能曲线： 双原子势能曲线：与合力变化相 对应， 对应，两原子相互势能成一个不 对称曲线变化。温度上升， 对称曲线变化。温度上升，势能 增高，不对称性越明显， 增高，不对称性越明显，导致振 动中心右移，原子间距增大。 动中心右移，原子间距增大。宏 观上表现为热膨胀。 观上表现为热膨胀。
第一章 材料的力学性能
第一章材料的力学性能一、名词解释1、力学性能：材料抵抗各种外加载荷的能力，称为材料的力学性能。
2、弹性极限：试样产生弹性变形所承受的最大外力，与试样原始横截面积的比值，称为弹性极限，用符号σe表示。
3、弹性变形：材料受到外加载荷作用产生变形，当载荷去除，变形消失，试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
4、刚度：材料在弹性变形范围内，应力与应变的比值，称为刚度，用符号E表示。
5、塑性：材料在外加载荷作用下，产生永久变形而不破坏的性能，称为塑性。
6、塑性变形：材料受到外力作用产生变形，当外力去除，一部分变形消失，一部分变形没有消失，这部分没有消失的变形称为塑性变形。
7、强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为强度。
8、抗拉强度：材料在断裂前所承受的最大外加拉力与试样原始横截面积的比值，称为抗拉强度，用符号σb表示。
9、屈服：材料受到外加载荷作用产生变形，当外力不增加而试样继续发生变形的现象，称为屈服。
10、屈服强度：表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，即材料抵抗微量塑性变形的能力，用符号σs表示。
11、σ0.2：表示条件屈服强度，规定试样残留变形量为0.2％时所承受的应力值。
用于测定没有明显屈服现象的材料的屈服强度。
12、硬度：金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力，即材料抵抗局部塑性变形的能力，称为硬度。
13、冲击韧度：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，称为冲击韧度，用符号αk表示。
14、疲劳：在交变载荷作用下，材料所受的应力值虽然远远低于其屈服强度，但在较长时间的作用下，材料会产生裂纹或突然的断裂，这种现象称为疲劳。
15、疲劳强度：材料经无数次应力循环而不发生断裂，这一应力值称为疲劳强度或疲劳极限，用符号σ-1表示。
16、蠕变：材料在高温长时间应力作用下，即使所加应力值小于该温度下的屈服极限，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂，这种现象称为蠕变。
17、磨损：由两种材料因摩擦而引起的表面材料的损伤现象称为磨损。
建筑材料第一章
2.公式：
V
D 100%
V0
3.密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料越
密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。
〔二〕孔隙率 1.定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在
自然状态下体积的百分率。分为总孔隙率〔简 称孔隙率〕、开口孔隙率和闭口孔隙率。 2. 孔隙率公式：
P(1V V 0)10 % 0(10)10 % 0
2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复。
1.3.3 弹性和塑性
1.3.4 韧性和脆性
1.脆性——无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等
2.韧性——产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。
脆性材料的特点：塑性变形很小，且抗压强 度与抗拉强度的比值较大〔5～50倍〕
m
V
' 0
式中：
' 0
——堆积密度，g/cm3
m ——材料的质量，g
V
' 0
——材料堆积体积，cm3
测定散粒材料的堆积密度时，材料的质量是指填充在一定 容器内的材料的质量，其堆积密度是指所用容器的体积。
因此材料的堆积体积包括了颗粒之间的空隙。
1.2.2 材料的密实度与孔隙率—单块材料
〔一〕密实度
1.定义：材料体积〔自然状态〕内被固体物质充 实的程度，称为材料的密实度D。
特点： 晶体的性质还与各质点之间相互作用的情况有关。质点间的距离
越近，其键价越高，其强度也越大，如要拆开这种构造，所需的能量 也越大 。
无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在 共价键又存在离子键。 〔二〕玻璃体 定义：玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的 内部质点无序排列的固体或固态液体 。 特点：玻璃体构造的材料没有固定的熔点和几何形状，其化学稳定性差， 易与其他物质发生化学反响。
第一章 材料的基本性质
9、水附于憎水性材料表面上时，其润湿角为
（
）。
A.0°；B. ＞90°；C. ≤90°；D. ＜90
10、以下四种材料中属于憎水性材料的是
（
）。
A.天然石材；B.钢材；
C.石油沥青；D.混凝土
11、建筑材料可分为脆性材料和韧性材料， 其中脆性材料具有的特征是（ ）。 A.破坏前有明显塑性变形； B.抗压强度比抗拉强度大得多； C.抗冲击破坏时吸收入的能量大； D.破坏前不产生任何变形。
6、材料的耐水性用软化系数表示，其值越大， 则耐水性( )
A．越好
B．越差 C．不变 D．不一定
7、( )是衡量绝热材料性能优劣的主要指 标。
A．导热系数 B．渗透系数
C．软化系数 D．比热
8、对于同一材料，各种密度参数的大小排列 为（ ）。
A.密度＞堆积密度＞表观密度； B.密度＞表观密度＞堆积密度； C.堆积密度＞密度＞表观密度； D.表观密度＞堆积密度＞密度
2．为什么新建房屋的墙体保暖性能差，尤其 是在冬季？
3、孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？ 4、决定材料耐腐性的内在因素是什么？
计算题
1、有一个1.5L的容器，平装满碎石后，碎石 重2.55kg，为测其表观密度，将所有碎石 倒入一个7.78L的容器中，向容器加满水后 称重为9.36kg(水与石子之和），试求碎石 的表观密度。若在碎石的空隙中填以砂子， 问可填多少升的砂子？
2、烧结普通砖的孔隙率为37%，干燥质量为 2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该 砖的表观密度、密度、吸水率、开口孔隙 率及闭口孔隙率。
3、某材料在自然条件下，体积为1m3，孔隙 率为25%，重量为1800kg，其密度是多少？
4、有一石材干试样，质量为256g，把它浸入水中， 吸水饱和后排出水的体积为115cm3，将其取出后 擦干表面，再次放入水中排开水的体积为118cm3， 试样体积无膨胀。求此石材的表观密度、体积密 度、质量吸水率和体积吸水率。
材料科学导论习题解答
材料科学导论作业第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨，为什么不用来制造榔头？[答]因为Al2O3的耐震性不佳，且脆性较高，不适合做榔头的材料。
2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯[答]金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。
陶瓷有氯化钠、碳化硅。
聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。
复合材料有混凝土、玻璃钢。
3.下列用品选材时，哪些力学性能和物理性能具有特别重要性：汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏[答]汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。
电灯泡灯丝的熔点需高，其发光性能要强。
剪刀的刀刃的硬度要强。
汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。
电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。
4. 什么是纳米材料？纳米材料有哪些效应？请举例说明。
[答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm（10nm）的颗粒称为纳米材料纳米材料有以下效应：⑴小尺寸效应⑵表面效应⑶量子尺寸效应⑷宏观量子隧道效应举例略第二章原子结构1.原子序数为12的Mg有三个同位素：78.70%的Mg原子有12个中子，10.13%的Mg原子有13个中子，11.17%的Mg原子有14个中子，计算Mg的原子量。
[答]M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/mol2.试计算原子N壳层内的最大电子数，若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满，试确定该原子的原子序数。
[答]N壳层内最大电子数为2×42= 32。
但考虑能级交错：N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，该原子的原子数为70。
(本题目书上原解：N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个，K、L、M、N壳层中电子共有2+8+18+32 = 60个，故原子序数为60。
材料科学基础第一章材料结构的基本知识
• 理论计算(自学P24例题) 五、结合键与性能
1、对物理性能的影响 1) 熔点：共价键、离子键的最高
，高分子材料
的最低． 2) 密度：金属键的25 最高，共价键
2、对力学性能的影响 （1） 强度：结合键强，则强度
也高，但还受组织的影响． （2） 塑韧性：金属键最好，共
价键、离子键最低. （3） 弹性模量：共价键、离子
键最高，金属键次之，二次键 最低
26
第三节 原子排列方式
• 晶体与非晶体 • 原子排列的研究方法 一、晶体与非晶体 1、晶体
原子(原子团或分子)在空间有规则的周期 性重复排列的固体。
一般情况下，金属、大多数陶瓷、少 数高分子材料为晶体。
27
• 非晶体：
排列无序，不存在长程的周期 规则排列。
二氧化硅结构示意图 28
• 材料最终得到什么结构，必须综合考虑 结构形成的热力学条件和动力学条件。
1、热力学条件 结构形成时必须沿着36 能量降低的方向进
• 等温等容过程：
亥姆过霍程兹自由能变化A，T, V 0
自发
•吉布等斯温自等由压能过变程化：G，T, P 0
程
自发过
2、动力学条件
反应速度。
化学反应动力学的Arhennius方程：
一、一次键 1、离子键 • 通过正负离子间相互吸引力
使原子结合的结10 合键．
• 例如：NaCl, MgO 对于 NaCl： Na：1S22S22P63S1 Cl： 1S22S22P63S23P5 Na 原子失去一个外层电子，变成
正离子，带正电 Cl 原子得到一个外层电子，变成
负离子，带负电
11
12
第一章 材料结构的基本知识
结构分4个层次： • 原子结构 • 结合键 • 原子的排列 • 显微组织
1、对物理性能的影响 1) 熔点：共价键、离子键的最高
，高分子材料
的最低． 2) 密度：金属键的25 最高，共价键
2、对力学性能的影响 （1） 强度：结合键强，则强度
也高，但还受组织的影响． （2） 塑韧性：金属键最好，共
价键、离子键最低. （3） 弹性模量：共价键、离子
键最高，金属键次之，二次键 最低
26
第三节 原子排列方式
• 晶体与非晶体 • 原子排列的研究方法 一、晶体与非晶体 1、晶体
原子(原子团或分子)在空间有规则的周期 性重复排列的固体。
一般情况下，金属、大多数陶瓷、少 数高分子材料为晶体。
27
• 非晶体：
排列无序，不存在长程的周期 规则排列。
二氧化硅结构示意图 28
• 材料最终得到什么结构，必须综合考虑 结构形成的热力学条件和动力学条件。
1、热力学条件 结构形成时必须沿着36 能量降低的方向进
• 等温等容过程：
亥姆过霍程兹自由能变化A，T, V 0
自发
•吉布等斯温自等由压能过变程化：G，T, P 0
程
自发过
2、动力学条件
反应速度。
化学反应动力学的Arhennius方程：
一、一次键 1、离子键 • 通过正负离子间相互吸引力
使原子结合的结10 合键．
• 例如：NaCl, MgO 对于 NaCl： Na：1S22S22P63S1 Cl： 1S22S22P63S23P5 Na 原子失去一个外层电子，变成
正离子，带正电 Cl 原子得到一个外层电子，变成
负离子，带负电
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12
第一章 材料结构的基本知识
结构分4个层次： • 原子结构 • 结合键 • 原子的排列 • 显微组织
第一章金属材料的基础知识
在碳等元素氧化到规定范围后，钢液中 大量的氧在冷凝过程中将以FeO和Fe3O4等形 态析出，使钢的塑性差，轧制时易产生裂纹；
因此，炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂 （锰铁、硅铁和铝）除氧。
Si + FeO = SiO2 +Fe Mn + FeO = MnO + Fe
2Al +3 FeO = Al2O3 +3 Fe 达到要求后，把钢液铸成钢锭ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轧成钢材。
炼钢生铁和铸造生铁都属于铸铁。
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。根 据碳在铸铁中存在的形式不同，铸铁分为 三种。
白口铸铁： 熔融状态的铁液，若快速冷 却Fe3C来不及分解而保留下来，铁的断口呈 白色。白口铁硬而脆、不宜加工一般用来 炼钢。故又称炼钢生铁。Fe-Fe3C状态图中 的亚共晶、共晶、过共晶合金即为此类铸 铁。
只有一种金属元素的物质叫纯金属
由两种或两种以上的金属元素（或 金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体 时，各金属原子与其价电子脱离变成 正离子，按照一定的几何形式排列， 并在其占据的位置上作高频率的振动, 价电子呈自由电子的形式在各离子间 作高速穿梭运动，它们为整个金属公 有，形成“电子气”，金属固体就是 依靠这些公有化了的自由电子与各正 离子之间的引力结合而成。这种方式 叫“金属键”。
钢中不含有特意加入的金属元素，除铁碳外， 有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素。
合金钢：
在碳素钢的基础上，为改善钢的性能冶炼时 特意加入一种或多种合金元素炼成的钢。
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
第一章材料科学与工程基础绪论
• 1-1 材料的定义和分类 材料的定义和分类(Definition and Classfication) • 1-1-1定义 定义 • 1. 材料 Materials • Material：材料科学 （工科） • 物质科学 （理科） • Webster编者“New International Dictionary（1971年）” 中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造 某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整 体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维 等） • 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料 迈尔《新百科全书》 中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始 物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然 纤维和化学纤维等等。 • 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和 物理性状的物质。 物理性状的物质。
3. 高分子材料 polymers, Marcomolecules
(1) 分类 • 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N–C=O –C–O–C– backebone 元素 Si 、P、B 通用塑料、工程塑料； 热塑性、热固性 橡胶 Ruber 天然、合成 人造、合成 按使用性质 纤维 Fiber 粘合剂 Adhesive 涂料 Coating 塑料 Plastics
•
•
function
应用领域分类
•
application
1. 金属材料 metals (1) 黑色金属材料 • 化学成分——碳素钢、合金钢
• • Stell • 品质——普通、优质、高级优质钢 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢 灰铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
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C、Si、Mn、S、P通常称为黑色金属的五大元素 锰和硅在钢中有利于提高钢的强度和硬度，但 也使塑性、韧性降低。 硫可使钢引起热脆性 磷可使钢引起冷脆性 故硫、磷都必须限制含量，通常均≤0.045％
合金元素的影响 为改善钢的某些性能在钢中特意加入的元素
大部份合金元素使钢的强度、硬度提高 ，如Si、 Mn 、N、Cr、 Nb、V、Al、Ti 等
耐磨性能好 灰 铸 铁 的 性 能
减振性能好
对外来缺口（如刀纹、划痕等）的敏感性小。
铸造性能很好、切削加工性能良好； 锻造 性能、焊接性和热处理性能差 抗压性能并不低
铸铁的应用：有抗磨、耐震要求的承压件
类 别
牌 号
应用举例
HT100
普通 灰铸铁 HT150 HT200 HT250 孕育 铸铁
静拉伸试验——弹性、塑性和强度
P ( =P/F0) b •
S • e
• k
• O
(= l/L0) l
P ( =P/F0)
均匀变形
b
非均匀变形 •
S • e
• k
• O
(= l/L0) =(L-L0)/L0100 L’ l
( P =P/F0) b S • e
b •
s
断面收缩率 断后伸长率 屈服点 上屈服强点 下屈服强点
ζsL ζb
Rr 如R0.2 规定残余伸长应力 ζr 如ζr 0.2
屈服强度：试样在试验过程中力不增加（保持恒定）
仍能继续伸长（变形）时的应力 σ s =Fs / S0 Mpa
抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力
σ b=Fb / S0 零件选材的基本依据
塑性
断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 标距的百分比
伸长率：即试样拉断后标距的伸长与原始
δ＝(L1－L0) /L0×100％
金 工 实 训
潘昌实
前言
性质：是建立在金工实习基础上实践性很强的综合
性技术基础课；是金工实习的深化和延续；为学习其 它课程打下有关制造技术的基础。 机械制造过程可作为其它工业生产过程的借鉴
内容：现代机械制造业的生产方式和工艺过程。
主要机械加工方法及所用设备 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制 造中的应用和相互联系。 金属零件的加工工艺过程和结构工艺性; 常用金属材料性能对加工的影响; 加工工艺方法的综合比较。
Label1
常见的疲劳应力多为对称循环应力。当应力按 正弦曲线对称循环时，疲劳强度以符号σ-1表示。
产生疲劳断裂的原因是由于材料含有杂质、表 面划痕及其它能引起应力集中的缺陷，导致产生微 裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩 展，致使零件有效面积逐步缩减，直至不能承受所 加载荷而突然断裂。 提高零件的疲劳强度，除应改善其结构形状、 减少应力集中外，还可采取表面强化方法。同时控 制材料内部质量、避免气孔、夹杂等缺陷。
对任何金属材料，均可通过不同的生产方法来大 幅度改变其力学性能数值，以适应不同零件的需要
GB/T228-2002新标准 名 词 符号
Z A和A11.3 _ ReH ReL
GB/T228-1987旧标准 名 词 符号 ψ δ5 ，δ10 ζs ζsU
断面收缩率 断后伸长率 屈服强度 上屈服强度 下屈服强度 规定残余伸长强度
限制使用→ S 强烈组碍石墨化，且易增加铸铁 的热裂倾向 (2) 冷却速度 冷却速度越慢，越有利于碳的扩散和石墨形成 对冷却速度影响较大的是铸型材料和铸件壁厚
铸铁的分类、牌号及应用
按碳的存在形 式和石墨形态不同 可将铸铁分为白口 铸铁、麻口铸铁、 灰铸铁、球墨铸铁、 可锻铸铁、蠕墨铸 铁等类型
白口铸铁 C → Fe3C
断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面
积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
Ψ＝（S0－S1) /S0 ×100%
良好的塑性是材料塑性加工的必要条件
硬度 材料抵抗局部变形，特别是抵抗
塑性变形、压痕或划痕的能力 (1) 布氏硬度试验：
HBS（HBW)=0.102× 2F/
πD(D-
2 D 2 d)
HT300
HT350
承受高负荷、高耐磨和高气密性的重要零件，如重型 机床的床身、压力机床床身、高压油缸、泵体、齿轮、 凸轮等
类 别
黑心可 锻铸铁
牌 号
应用举例
KTH300-06 承受冲击、振动及扭转负荷的零件，如汽车和拖拉机 KTH330-08 的后桥壳、轮壳、转向机构壳体、机床附件；各种低压 KTH350-10 阀门、管件、纺织机和农机零件 KTH370-12 KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02 负荷较高和耐磨损零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮 轴等
碳素钢σ b≈0.35HBS 硬 铝：σ b≈0.37HBS 黄铜及青铜：σ b≈0.4HBS（冷变形） 灰铸铁：σ b≈0.1HBS
韧性 金属在断裂前吸收变形能量的能力
常用的韧性判据是冲击韧度ak ak= Ak /A= m（h1－h2）/ A 通常将ak值低的材料称为脆性材料，反之称为 韧性材料 冲击韧度一般仅作为选材的参考 ,但ak对材料 的组织缺陷十分敏感，能够灵敏地反映出材料质 量的变化
(2) 洛氏硬度试验
HRA（HRC）= 100- (h2-h1)/0.002
布氏硬度试验测定的硬度值较准确，但不能测薄 片材料，也不宜测成品，主要用于较软的金属材料及 半成品的硬度测定。
洛氏硬度试验测量简便迅速，压痕小而不损伤工 件表面，且可测薄试样和硬材料，常用于成品检验。 布氏硬度值和洛氏硬度值之间可通过硬度换算表进 行比较 。 通常可用 1HRC=10HBS（HBW）估算 布氏硬度HBS值和强度值有如下粗略换算关系
麻口铸铁 C → Fe3C + 石墨
F 普通灰铸铁→ 片墨 + F+P P (孕育铸铁 → 细片墨 + P）
铸 铁
灰 口 铸 铁
HT×××
F KTH×××－×× 可锻铸铁 → 团絮墨 + P (Z)
F 球墨铸铁 → 球墨 + F+P QT×××－×× P
蠕墨铸铁 → 蠕墨 + 基体 RuT ×××
合金铸铁 → 铸铁 + 合金元素
Cu+Zn H×× Cu+Zn(+Sn、Pb ) 黄铜 铜 合 金 工业上应用较多 提高强度和耐蚀性等
锡青铜 Cu+Sn 抗蚀性好，耐磨性高 青铜 特殊青铜 Cu+Al、Be 性能更好 制造轴瓦、轴套等 白铜
QS6-6-3, QS10-1 Cu+Ni等 耐蚀性好、电阻率高
多用来制造船舶仪器零件、 化工机械零件和医疗器械等。属材料的性能 物理、化学性能
机械零件的用途不同，对材料的物理、化学性能 要求也不同 。 金属材料的物理、化学性能对制造工艺也有影 响。
力学性能
金属材料在受到各种作用力时的反应称为力 学性能。 力学性能直接决定了材料的应用。
工艺性能
金属材料对加工工艺的适应性称为工艺性能
静拉伸试验——弹性、塑性和强度
3. 铸铁
铸铁中，碳的存在形式有渗碳体（Fe3C）和游离 状态的石墨（C）两种。 按石墨化程度不同可获得三种不同基体的组织， 珠光体+石墨 铁素体+珠光体+石墨 铁素体+石墨 石墨化程度在一定程度上决定了基体组织的类 型，影响铸铁的性能
影响铸铁石墨化的因素 (1) 化学成分 C 形成石墨的元素 Si 是强烈促进石墨化 调节元素 Mn 阻碍石墨化，但能减弱S的不利影响， 还能促进珠光体形成，强化基体 控制使用→ P 微弱促进石墨化，增加铸铁的流动 性和耐磨性，但也会增加铸铁的冷脆性
机械制造工艺过程
原材料
成形加工
毛坯
机械加工、特种加工
热处理、表面处理
零件
装 配
原材料：金属材料、非金属材料、复合材料 毛坯成形加工：铸、锻、冲、焊等 机械加工、特种加工：切削、磨削、特种加工 热处理、表面处理：材料的改性与处理 检测与质量监控：保证质量的措施 装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。
B×
（2）铝及铝合金
1) 纯铝
1070A
质轻、熔点低，具有良好的塑性、耐蚀 性、导热性和导电性 用于制作电线、电缆、耐蚀器皿和生活用具 变形铝合金 塑性较好，宜于进行压力加工 用于铆钉、滑架、锻件等 LF(Al-Mg,Mn), LY(Al－Cu－Mg), LC(Al－Zn－Mg) 铸造铝合金 力学性能不如变形铝合金， 但铸造性能好 适于制造中、小型形状复杂 的铸件 Al-Si系应用最广
2. 合金钢 1）普通低合金结构钢：二位数字+化学元素符号+数字 ×× × × ××＝平均碳的质量分数（万分数） ×＝合金元素平均质量分数（百分数） 常用来制造重要的机器零件，如齿轮、轴类、弹簧等 2）合金工具钢 × × × × 前面的数字表示碳的平均质量分数（千分数） 广泛用来制造各种刃具、量具、模具等，如钻头、 铰刀、量块和冲模等 3）滚动轴承钢 GCr× × × × G表示滚动轴承钢 数字表示铬和合金元素的平均质量分数（千分数） 用来制造滚动轴承的滚珠、内、外圈
负荷很小的不重要零件或薄壁件，如手轮、防护罩、 盖板、支架、底座等
承受中等负荷的零件，如支柱、机座、箱体、泵体、 阀体、带轮、缝纫机零件等 承受中等负荷的重要零件，如机床床身、齿轮、汽 缸、齿条、飞轮、机体、中等压力阀体等 要求较高的强度、耐磨性、减震性及一定密封性的 零件，如汽缸、油缸、齿轮、衬套等
珠光体 可锻铸 铁
牌
号
应 用 举 例 承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机底盘 零件 负荷大、受力复杂的零件，如汽车和拖拉机的 曲轴、连杆、凸轮轴等 高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速 齿轮等