第一章工程材料

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第1章 工程材料的分类与键合方式

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。

土建工程基础第一章工程材料

土建工程基础第一章工程材料
材料种类
容重[kg/m3]
导热系数[W/(m·K)]
加气混凝土砌块 烧结实心砖 烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 钢筋混凝土
400~700 1600 1200 1400 2300
0.12~0.18 0.81 0.43 0.44~0.64 1.75
1.1.3 工程材料的力学性质
(一) 强度
强度指材料抵抗外力破坏的能力,即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同,材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。
式中: ——体积吸水率,%; ——干操材料体积,cm3; ——水的密度, g/cm3 。
(2)吸湿性
吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质,以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
式中: ——材料的含水率,%; ——材料在干燥状态下的质量,g; ——材料含水状态下的质量,g。
硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定,如布氏硬度法,是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下,硬度大的材料强度高、耐磨性较强,但不易加工。
物理作用:干湿变化、温度变化及冻融变化等
化学作用:酸、碱、盐等
生物作用:细菌、微生物等 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中,抵抗周围环境各种介质的侵蚀,能长期保持材料原有性质的能力。
材料的含水率受环境影响,随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
3.耐水性
软化系数的范围波动在0~1之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。
材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏,而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。

工程材料的分类与性能

工程材料的分类与性能
400~ 1455 500 23 35~ 0.59 40 60~ 70 80
Fe 7.86
250~ 1539 330 16 25~ 0.84 55 70~ 85 65
Ti 4.51
250~ 1660 300 3 50~ 0.17 70 76~ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 (HRC=20~60) HB≈10HRC (HRC=20~60)
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB (HB=125~175) σb≈3.6HB (HB>175)
四、冲击韧度

是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。

指标为冲击韧
性值a k(通过冲
金属和退火、正火钢等。

HRC用于测量中等硬度材料,如调 质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点:操作简便,压痕

小,适用范围广。

缺点:测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计

维氏硬度用符号HV表示,符号前的数字为硬度值,后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同,规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80~ 660 110 60 32~ 2.09 40 70~ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度,kg/m3×103

说明: ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时,l0,。只有当l0/d0 为常数

工程材料第一章 工程材料简介

工程材料第一章 工程材料简介
图1-9 可锻铸铁的显微组织结构
第二节 金属材料及钢的热处理
(4)可锻铸铁 可锻铸铁是预先浇铸成白口铸铁,再经长时 间石墨化退火完成的。 5.有色金属材料 (1)铜及铜合金 根据所含合金元素的不同,可以分为纯铜、 黄铜、青铜和白铜等。 1)纯铜。 2)加工黄铜,铜和锌的合金称为黄铜,随着含锌量增加, 颜色逐渐变为淡黄。 3)加工青铜。 4)加工白铜。
图1-13 杆件受拉时的计算简图
第四节 构件受力变形及强度条件
(2) 拉伸与压缩时的强度条件 要保证构件工作时不被破 坏,必须使工作应力小于材料的极限应力。 2.剪切
第四节 构件受力变形及强度条件
图1-14 剪切作用的特点
表1-1 洛氏硬度试验原理及应用范围
第一节 工程材料的分类及性质
图1-4 冲击强度试验原理 a)试样安装 b)冲击试验机 1、8—支座 2—冲击点 3、7—试样 4—刻度盘
5—指针 6—摆锤
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
图1-5 钢铁材料的疲劳曲线
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
4.复合材料 二、工程材料的性质
工程材料的性质主要有强度、塑性、硬度、冲击强度 和疲劳强度等。 1.强度
图1-1 拉伸试样
第一节 工程材料的分类及性质
2.塑性 (1) 断后伸长率
第一节 工程材料的分类及性质
图1-2 低碳钢的应力应变曲线
第一节 工程材料的分类及性质
5.疲劳强度
第二节 金属材料及钢的热处理
一、常用金属材料 常用的金属材料有钢、铸铁和有色金属等。 1.钢的分类、牌号和应用 2.碳素钢
图1-6 碳元素对力学性能的影响
第二节 金属材料及钢的热处理

工程材料第一章知识点

工程材料第一章知识点

工程材料第一章一、名词解释晶体晶格晶胞晶面晶向晶体结构各向异性各向同性合金组元二元合金相固溶体金属化合物组织工艺性能使用性能单体二、填空题1、三种常见金属的晶体结构为体心立方晶格、面心立方晶格。

和密排六方晶格。

2、体心立方晶胞中原子个数为 2 ;面心立方晶胞中原子个数为4;密排六方晶体胞中原子个数为 6 。

3、同非金属相比,金属的主要特性是良好的导电性、导热性、塑性,不透明,有光泽,正的电阻温度系数。

4、晶体与非晶体结构上的最根本的区别是晶体内部的原子是按一定几何形状规则排列的,而非晶体则不是。

5、一般可把材料的结合键分为离子键、共价键、金属键和分子键四种。

6、一般将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等四大类。

7、高分子材料种类很多,工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为四大类工程塑料、合成纤维、合成橡胶和胶黏剂。

8、固态物质按其原子(离子或分子)的聚集状态可分为两大类:晶体和非晶体;固态金属一般情况下均是晶体。

9、晶体中的缺陷按其几何形式的特点可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

10、点缺陷主要有空位、间隙原子和异类原子等;面缺陷主要有晶界和亚晶界等;线缺陷又称为错位。

11、固态金属中有两类基本相:固溶体和金属化合物。

12、按溶质原子在溶剂中的溶解度,固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体。

13、按溶质原子在溶剂中的分布是否有规律,固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体。

14、金属化合物主要有正常价化合物、电子化合物、间隙化合物等,这类化合物性能的特点是熔点较高、硬度高、脆性大;合金中含有金属化合物时,强度、硬度和耐磨性提高,而和塑性和韧性降低。

15、金属材料的性能包含工艺性能和使用性能两方面。

16、金属材料的工艺性能主要有铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、等;力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

17、大分子链可呈现几种不同几何形状,主要有线型、支化型和体型等三类。

第一章 工程材料基础知识

第一章 工程材料基础知识
ψ = (S0-S1)/S0 ×100% 塑性意义:δ和ψ的数值越大,表明材料的塑性越好。塑性良好的金属可进行各种塑性加工,同时使用安全性也较好。
δ < 2 ~ 5%
属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属强度与塑性新、旧标准对照表
新标准 GB/T228-2002
性能 断面收缩率
σb
• 硬度测量的应用:硬度测量具有简便、快捷;不破坏试样(非破坏性试验);硬度能综合反映材料的强度等其他 力学性能;硬度与耐磨性具有直接关系,硬度越高,耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛,常把硬度标注于 图纸上,作为零件检验、验收的主要依据。
• 测量方法:可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法(有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏 硬度法等)。
符号 Z
断后伸长率
A
A11.3
屈服强度

上屈服强度 下屈服强度
规定残余伸长强度
ReH ReL Rr 例如:Rr0.2
抗拉强度
Rm
2、硬度测量
旧标准 GB/T228-1987
性能 断面收缩率
符号 ψ
断后伸长率
δ5
δ10
屈服点
σs
上屈服点 下屈服点
规定残余伸长应力
σsU σsL σr 例如:σr0.2
抗拉强度
维氏硬度测量原理
• 维氏硬度特点:测量范围大,可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料;量压痕小。 • 维氏硬度应用:可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。
*上述各种硬度测量法,相互间没有理论换算关系,故试验结果不能直接进行比较,应查阅硬度换算表进行比较。 * 各种硬度的换算经验公式:硬度在 200~600HBS 时 :1HRC 相当于 10HBS ;硬度小于 450HBS 时:1HBS 相当于 1HV * 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度:根据布氏硬度和洛氏硬度换算表,可归纳出一个计算简单且容

金属工艺学第1章-3

金属工艺学第1章-3

依附生长 室温相组成:F + Fe3C
组织组成物:P + Fe3CII
<金属工艺学> 38
过共析钢组织金相图
<金属工艺学>金属工艺学> 40
共晶白口铸铁
1 1' L L Ld Ld ( A Fe3C 共晶 )
Ld ( A Fe3C 共晶 Fe3CII )
AECF线——固相线
共晶点
ES线(Acm线)
PSK线(A1线)——共析线
PQ线
<金属工艺学> 26
铁 碳 合 金 相 图
α单相区
4个单相区 L单相区
γ单相区
Fe3C单相区
<金属工艺学> 27
铁 碳 合 金 相 图
5个两相区 L+γ两相区 L+Fe3C两相区
α+γ两相区
γ+Fe3C两相区
α+Fe3C两相区
2 Ld ( A Fe3C 共晶 Fe3CII )
Ld '[ P ( F Fe3C 共析 ) Fe3C 共晶 Fe3CII] Ld '[ P ( F Fe3C 共析 ) Fe3C 共晶 Fe3CII]
2'
Ld '[ P ( F Fe3C 共析 Fe3CIII Fe3C 共晶 Fe3CII] )
第一章 工程材料导论
Pb与Sb在液态时完全互溶,在固态时完全不互溶
一、合金的相图
第三节 铁碳合金相图和常用钢铁材料
共晶转变 L
13%Sb
2. 共晶合金的概念
(Pb+Sb)共晶
<金属工艺学>

《工程材料》第一章第二节 材料的结合方式及工程材料键性

《工程材料》第一章第二节  材料的结合方式及工程材料键性

要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。

下晶体和非晶体iO2的结构
非晶态
第二节 材料的结合方式 及工程材料键性
一 、结合键
● ●
原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。 一般可把结合键分为
离子键、共价健、金属键和分子键四种。
1. 离子键 正离子和负离子由静电引力相互吸引;同时当它们 十分接近时发生排斥,引力和斥力相等即形成稳定 的离子键。NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成。
2. 共价键
由共用价电子对产生的结合键叫共价键。最具有代 表性的共价晶体为金刚石。属于共价晶体的还有 SiC、Si3N4、BN等化合物。
共价键的结合力很大,所以共价晶体强度高、硬 度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。
3. 金属键
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。
二、工程材料的键性

1. 金属材料
工程应用的金属材料,原子间的结
合键基本上为金属键,皆为金属晶 体材料。

2. 陶瓷材料
存在有一定成分的共价键,但离子
键是主要的。

3. 高分子材料
大分子内的原子之间由很强的共价 键结合,而大分子与大分子之间的结 合力为较弱的范特瓦尔斯力。
三、晶体与非晶体

晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件
金属键无所谓饱和性和方向性。
金属键的特性
1. 良好的导电性和导热性。 2. 正的电阻温度系数。
绝大多数金属具有超导性,即 在温度接近于绝对零度时电阻 突然下降,趋近于零。
3.良好的塑性变形能力,金属材料的强韧性好。

工程材料结构与性能

工程材料结构与性能

工 学 《工

③ 固溶体的溶解度 溶质原子在固溶体中的极限浓 度。溶解度有一定限度的固溶体 称有限固溶体。 称有限固溶体。组成元素无限互 溶的固溶体称无限固溶体。 溶的固溶体称无限固溶体。 组成元素原子半径、 组成元素原子半径、电化学特 性相近, 性相近,晶格类型相同的置换固 溶体,才可能形成无限固溶体。 溶体,才可能形成无限固溶体。 间隙固溶体都是有限固溶体。 间隙固溶体都是有限固溶体。
工 学 《工 》
化合物 Cu-Zn有限固溶体 有限固溶体
工 学 《工 》
Cu-Ni无限固溶体 无限固溶体 固溶体
④ 固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体的 随溶质含量增加 强度、硬度增加 塑性、 强度、硬度增加, 塑性、韧性 下降—固溶强化。 下降 固溶强化。 固溶强化 产生固溶强化的原因是溶 质原子使晶格发生畸变及对 位错的钉扎作用。 位错的钉扎作用。 与纯金属相比,固溶体的强度、硬度高,塑性、 与纯金属相比,固溶体的强度、硬度高,塑性、韧性 低。与化合物相比,其硬度要低得多,塑性韧性要高得多 与化合物相比,其硬度要低得多,
工 学 《工

(3)密排六方晶格 ) 密排六方晶胞它是一个正六面柱体,在晶胞的 个角 密排六方晶胞它是一个正六面柱体,在晶胞的12个角 上各有一个原子,上底面和下底面的中心各有一个原子, 上各有一个原子,上底面和下底面的中心各有一个原子, 上下底面的中间有三个原子。属于这类晶格的金属有 、 上下底面的中间有三个原子。属于这类晶格的金属有Mg、 Zn等。 等
工 学 《工

3. 常见纯金属的晶格类型
(1) 体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞的形状是一个立方体, 体心立方晶格的晶胞的形状是一个立方体,原子位于 立方体的八个顶角和中心。属于这类晶格的金属有 立方体的八个顶角和中心。属于这类晶格的金属有α-Fe、 Cr、V、W、Mo等。 等

工程材料的分类性能及应用范围

工程材料的分类性能及应用范围

工程材料的分类性能及应用范围第一章一、工程材料的分类、性能及应用范畴;工程材料可分为金属材料(黑色金属及有色金属)、非金属材料(高分子材料及无机非金属材料)和复合材料等。

(一)金属材料1 .黑色金属( 1 )生铁、铁合金。

生铁分炼钢生铁和铸造生铁。

铁与任何一种金属或非金属的合金都叫做铁合金。

( 2 )铸铁。

具有优良的铸造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏锐性。

还具有良好的耐热性和耐腐蚀性。

铸铁包括:灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。

(3 )钢。

①钢的分类如下: A .按化学成分分类,可将钢分为碳素钢和合金钢。

B .按冶炼质量分类,可将钢分为一般钢、优质钢和高级优质钢。

C .按用途分类,可将钢分为结构钢、工具钢、专门性能钢等。

D .按冶炼方法分类,可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。

E .按脱氧程度分类,可将钢分为冷静金刚、半冷静钢和沸腾钢。

F .按金相组织分类,在退火状态下,可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢;在正火状态下,可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。

G .按供应时的保证条件分类,可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。

②钢的牌号表示方法。

依照牌号能够看出钢的类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备的性能和用途。

例如甲类钢牌号用“A”字加上阿拉伯数字0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 表示。

又如20 号钢号,表示平均含碳量为0.20% 的钢。

再如9Cr18 表示平均含碳量为0.9% 、含Cr 量为18% 的不锈钢。

③国外钢的牌号的要紧特点方(略)。

④几种常用钢的要紧特点及用途。

A .一般碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。

甲类钢多用于建筑工业使用的钢筋,机械制造中使用的一般螺钉、螺母、垫圈、轴套等,也能轧成板材、型材(如工字钢、槽钢、角钢等);乙类钢的用途与相同数字的甲类钢相同。

B .一般低合金钢是在一般碳素钢的基础上。

加入了少量的合金元素,不仅具有耐腐蚀性、耐磨损等优良性能,还具有更高的强度和良好的力学性能。

工程材料的力学性能

工程材料的力学性能
解: δ5=[(71-50)/50]x100%=42% S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%
练习题二
某工厂买回一批材料(要求: бs≥230MPa;бb≥410MPa;δ5≥23%; ψ≥50%).做短试样(l0=5d0;d 0=10mm)拉伸试验,结果如下: Fs=19KN,Fb=34.5KN;l1=63.1mm; d1=6.3mm;问买回的材料合格吗?
时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf(9.807kN)载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
布氏硬度的优点:测量误差小,数据稳定。 缺点:压痕大,不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
2.洛氏硬度:
延伸率 延伸率与试样尺寸有关;δ5、δ10 (L0=5d,10d)
思考:同一材料δ5 > δ10?
断面收缩率
> 时,无颈缩,为脆性材料表征;

< 时,有颈缩,为塑性材料表征。
伸 试






断裂后
练习题一
拉力试样的原标距长度为50mm,直径为10mm,经拉力试 验后,将已断裂的试样对接起来测量,若最后的标距长度为 71mm,颈缩区的最小直径为4.9mm,试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值?
介质)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出 的力学特征。
指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧
性 、断裂韧度和疲劳强度等。

材料科学基础第一章

材料科学基础第一章
38
5)晶体中原子的堆垛方式
39
40
6)晶体结构的多晶型性
多晶型性:有些金属(如Fe, Mn,Ti,Co,Sn,Zr等) 固 态下在 不同温 度或不 同 范 围内具 有不同 的晶体 结 构的性质。 同素异构转变:多晶型的金属在温度或压力变 化时,由一种结构转变为另一种结构的过程称 为多晶型性转变,也称为同素异构转变。
晶胞-空间点阵中反映晶格特征的最小的几何 单元。
10
通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为 晶胞。 晶胞参数: 点阵常数晶胞大小 晶轴夹角晶胞形状
11
晶胞选取原则:
a 能够充分反映空间点阵的对称性;
b 相等的棱和角的数目最多;
c 具有尽可能多的直角;
d 体积最小。
12
结构晶胞:构成了晶体结构中有代表性的部分 的晶胞。 特点:空间重复堆垛,就得到晶体结构。
44
SiC型:类似于金刚石型 SiO2型:面心立方 点阵,1个硅原子 被4个氧原子所包 围,每个氧原子则 介于两个硅原子之 间,起着连接两个 四面体的作用。单 胞共有24个原子。
45
第三节 原子的不规则排列
原子的不规则排列产生晶体缺陷(在晶体中所 占比例低)。 晶体缺陷:晶体中原子偏离其平衡位置而出现 不完整性的区域。 晶体缺陷是以一定的形态存在,按一定的规律 产生、发展、运动和交互作用,对晶体的性能 和物理化学变化有重要的影响。
53
2)螺型位错 screw dislocation
模型:滑移面//位错线。(位错线//晶体滑移方 向,位错线┻位错运动方向,晶体滑移方向┻位 错运动方向。) 分类:左螺型位错,右螺型位错。 左螺型位错和右螺型位错有着本质的区别。 无论位置如何摆放也不会改变其类型。 螺型位错特征:滑移方向//位错线

第一章工程材料的分类与性能指标

第一章工程材料的分类与性能指标
塑料 合成纤维 橡胶 胶粘剂
高分子材料制品
陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的 化合物。
陶瓷材料属于无机非金属材料
由于大部分无机非金属材料含有 硅和其它元素的化合物,所以又 叫做硅酸盐材料。 它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻 璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和 陶瓷等三类。
对工程师来说,陶瓷包括种类繁 多的物质,例如玻璃、砖、石头、 混凝土、磨料、搪瓷、介电绝缘 材料、非金属磁性材料、高温耐 火材料和许多其它材料。
这就解释了为什么当橡胶暴露在阳光和空气 中时会逐渐地硬化;为什么铝不能用在超音速飞 机中;为什么金属在周期性载荷的作用下会产生 疲劳;为什么普通钢的钻头不能象高速钢钻头那 样飞快地切削;为什么磁体在射频场中会失去它 的磁性;又为什么半导体在核辐射下会损坏。这 类例子是数不清的。
在材料的选用中,不仅要考虑初始要求,而 且要考虑那些将使材料内部结构发生变化,从而 也导致材料性能发生变化的使用条件。
因此,金属材料特别是钢铁材料仍然是机械制造业 使用最广泛的材料。
随着科学技术的进步,非金属材料也得到了迅速的 发展。
非金属材料具有一些金属所不具备的许多性能和特 点。
如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生 产率高、成本低等。
所以非金属材料在工业中的应用日益广泛。 比如高分子材料常常取代金属材料用作化工管道、
因此,要减少零件的弹性变形,提高其 刚度,只能通过合理设计零件的截面形状、 尺寸,并提高其结构刚度来解决。
刚度:
绝大多数机器零件在工作时基本上都是 处于弹性变形阶段,即均会发生一定量的弹 性变形。但若弹性变形量过大,则工件也不 能正常工作,由此引出了材料对弹性变形的 抵抗能力——刚度(或刚性)指标
补充篇 工程材料的分类与性能

工程材料 第一章 材料的性能及应用意义

工程材料 第一章 材料的性能及应用意义

HR = (0.2 - △h) / 0.002 (mm),
其中 △h = h1 - h0
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
洛氏硬度计
一、力学性能
3. 维氏硬度(HV) GB4342 -1984
(1)金刚石正四棱锥压头,精确 操作复杂,适用于科学研究。 (2)压力可选5~120Kg间的特定 值,适用各种硬度值的测量。 (3)压痕小,可测表面硬化层。
冲击吸收功AK
1 2
3
TK
温度T
三种不同冷脆倾向的材料
1—面心立方晶格的金属 2—中、低强度体心立方晶格的金属 3—高强度材料
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
冲击吸收功的测定
一、力学性能
不同材料的冲击抗力:
§1.2 材料的使用性能
冲击能量A
A'
A" N'
K 1
2
N"
冲击破断次数 lgN
1—高强度低韧性材料 2—低强度高韧性材料
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
(六)韧性——材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能 力,它是材料强度和塑性的综合表现。
韧性不足可用脆性来表达。 韧性高低决定是韧性断裂,还是脆性断裂。
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
1. 冲击韧度 Ak ——材料抵抗冲击载荷的能力
二、物理性能
§1.2 材料的使用性能
(一)密度 (二)热学性能:熔点、热容、热膨胀、热传导等。 (三)电学性能:电阻率、电阻温度系数、介电性。 (四)磁学性能:磁导率、饱和磁化强度和磁矫顽力。

第一章 工程材料中的原子排列课件

第一章 工程材料中的原子排列课件

不依靠电子的转移 或共享,靠原子间 的偶极吸引力结合
4
一次键 价电子转移或共用电子云
包括
离子键
价电子的转移 正负离子相互吸引 键合很强 无方向性 熔点高,硬度高 固态不导电 导热差
NaCl、CrO2、Al2O3
共价键
相邻原子 共用电子对 键合强 有方向性 熔点高,硬度高 不导电 导热性有好有差 金刚石、SiO2
金属键
自由电子为 所有阳离子共有 键合较强 无方向性
熔点、硬度有高有低
导电性好 导热性好
Fe、Al、Cu、Hg
5
二次键 原子间的偶极吸引力结合
包括
分子键
分子或分子团的 弱电性相互吸引 键合很弱 无方向性 熔点低、硬度低 不导电 导热性差 塑料、石蜡
氢键
类似分子键 氢原子起关键作用
键合弱 有方向性 熔点、硬度低 不导电 导热性好 水、冰、DNA
1
总目的
有效使用现有材料,发展新型材料
需要
了解决定材料性能的本质(内在)因素

了解材料内部的微观结构
首先掌握
本章目的 晶体结构——键合、原子排列方式及相互作用
2
材料的性能
取决于
内部结构包括
显微组织
晶 体
包括
非晶体
完整
不完整
3
原子键合
分为
一次键

二次键

价电子转移或 共用电子云达 到稳定结构
9
陶瓷材料 ——— 共价键+离子键
天然蓝宝石 MgSO4晶须
Al2O3晶体
蓝宝石头罩
镁铝尖晶石MgAl2O4
10
2. 两种或多种键合独立存在
气体 ——分子内为共价键,分子间为分子键 高分子材料 ——分子内为共价键,分子间为分子键或氢键

第一章 工程材料中的原子排列

第一章 工程材料中的原子排列

第一章1.作图表示立方晶系中的(123)、)210(、(421)晶面和[]021、]112[、[346]晶向。

2.分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和111晶面族的面间距,并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).3.分别计算fcc和bcc中的{100},{110},{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>,<111>晶向族的原子线密度,并指出两种结构的差别.(提示:晶面原子密度为单位面积中的原子数;晶向原子密度为单位长度上的原子数)4.在10)[2晶向。

111(0面上绘出3]5.在六方晶系中画出以下常见晶向[0001],]0112[、]0111[、]0121[等。

[、]01026.若将一块铁进行加热至850度,然后快速冷却到20度的热处理,试计算处理前后空位数应增加多少倍。

(设铁中形成1mol空位所需要的能量为104600J)7.在一个简单立方二维晶体中,画出一个正刃型位错和一个负刃型位错.试求:(1)用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2)若将正、负刃型位错反向时,说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3)具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4)求出此两位错的柏氏矢量和.8.设图1-72所示立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面,该滑移面上有一正方形位错环.如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b//AB,试解答:(1)有人认为”此位错环运动离开晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b”,这种看法是否正确?为什么?(2)指出位错环上各段位错线的类型;并画出位错移出晶体后,晶体的外型、滑移方向及滑移量。

(设位错环线的方向为顺时针方向)9.设图1-73b所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面,晶体中有一位错线fed,de段在滑移面上并平行于AB,ef段垂直于滑移面,位错的柏氏矢量b与de平行而与ef垂直。

工程材料学_第一章-金属学基础知识

工程材料学_第一章-金属学基础知识

晶向(crystal direction) :
通过晶体中任意两个原子中心连线来表示晶体结构的空间的各 个方向。 晶胞原子数:一个晶胞内包含的原子数目。
原子半径:晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间
平衡距离的一半,与晶格常数有一定的关系。 配位数:晶格中任一原子处于相等距离并相距最近原子数
的性能、塑性变形及其组织 转变均有极为重要的作用 。
通过冷塑性变形,提高位错
密度使得金属强度、硬度提
高的方法称为加工硬化。
面缺陷-晶界与亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
金属的晶体结构
合金与合金的相结构
•单相合金组织(homogeneous structure )与多相合金组织 (Heterogenous structure):显微组织为单相的称为单相组织,为 多相的称为多相组织。
•合金组织的相:构成合金组织的各个相称为合金组织的相。 • 相结构:相组成物的晶体结构称为合金的相结构
二、合金的相结构
点位置的异类原子
线缺陷
位错( dislocation ):晶格的一部分相对
于另一部分发生的局部滑移现象,或者说 局部原子发生有规律的位置错排现象
面缺陷
晶界( grain boundary ) 亚晶界( sub-boundary )
点缺陷
置换原子
间隙原子
化合物离子晶体两种常见的缺陷
晶格空位
(1)晶面(crystal face)和晶向( crystal directions ):
晶向指数(indices of directions)和晶面指数(indices of crystal-plane)是分
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第一章工程材料1、按下表要求填出几种力学性能指标(σs、σb、δ、ψ、HBS、HR、αk)的内容。

σs :屈服强度产生屈服现象的应力σs=F s/A。

σb:抗拉强度σb=F b/A。

δ: 伸长率δ=(L1-L0)/L0×100%ψ: 断面伸缩率ψ=(A。

-A k) /A。

×100%HBS: 布氏硬度压痕单位球面积上承受的载荷HR: 洛氏硬度由压痕深度确定其硬度值的方法αk 冲击韧度在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力2、材料的硬度试验方法主要有哪几种?HB和HRC主要用于哪些材料的硬度测量?洛氏硬度:HRC: 硬度高的淬火钢、调质钢布氏硬度:HBS: 退火钢、灰铸铁、有色金属,HBW: 淬火钢4、碳钢按碳的质量分数分,可分为哪三种?各种碳钢碳的质量分数范围是多少?低碳钢≤0.25%中碳钢0.25%≤≤0.60%高碳钢>0.60%5、碳钢的质量好坏是以什么来区分的?按质量分碳钢分为哪三类?钢的质量优劣按钢中所含有害杂质S、P多少划分普通钢s≤0.050% P≤0.045%优质钢S≤0.035% P≤0.035%高级优质钢S≤0.025% P≤0.030%6填出下表内容Q235 Q为“屈”字汉语拼音首字母,数字为屈服强度(MPa)低碳钢普通钢结构钢45 数字表示钢的平均含碳量0.45%中碳钢优质钢结构钢T10A T为“碳”字汉语拼音首字母,钢的平均含碳量0.10%,A表示高级优质高碳钢高级优质钢工具钢7、用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削?为什么?否,红硬性低,硬度太低8、按下表所列合金钢牌号填写有关内容16Mn 平均含碳量0.16%,Mn含量<1.0% 低合金结构钢20CrMnTi Wc为0.20% cr、mn、ti含量均<1.0% 合金渗碳钢40Cr Wc为0.40% Cr含量<1.0% 合金调质钢60Si2Mn Wc为0.60% Si含量2% Mn含量<1.0% 合金弹簧钢GCr15 Wc≥1.0% WG<1.0% Wcr=15% 滚动轴承钢W18Cr4v Wc≥1.0% Ww=18% Wcr=4% Wv<1.0% 高速钢4Cr13 Wc为4% Wcr为13% 不锈钢9、按下表所列铸铁牌号填写内容HT200 HT普通灰铸铁拼音首字母,最低抗拉强度不小于200MPa11、碳的质量分数(含碳量)对碳钢的力学性能有什么影响?为什么?硬度随含碳量的增加而增加,强度随含碳量的减少而减少碳>0.9% C% 增加强度降低σs变小δ变大HB变小αk变大碳<0.9% C% 增加强度增加(……)12、说出20钢、45钢、T12钢碳的质量分数,并比较它们在退火状态下的强度、硬度、塑性、韧度的高低Wc=0.20% Wc=0.45% Wc=1.2%从高至低强度:T12 45 20硬度:T12 45 20塑性:20 45 T12韧性:20 45 T1213、灰铸铁的强度和塑性比钢差的主要原因是什么?灰铸铁中石墨力学性能很低14、试述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的力学性能特点灰铸铁抗拉强度远低于钢,塑性、韧度等于零,是一种脆性材料15、为什么一般机器的机座、机床的床身等常用灰口铸铁制造?铸造性好减震性好耐磨性好成本较低16、什么是热处理?常用的热处理工艺有哪些?将钢件在固态下通过加热、保温和不同方式的冷却,以改变其内部组织,获得所需性能的工艺过程,称为热处理。

整体热处理:退火、正火、淬火及回火表面热处理:表面淬火、表面化学热处理17、何谓退火、正火、淬火?钢经过退火、正火、淬火后的力学性能发生哪些变化?将钢件加热到适当温度,保温后随炉缓冷的热处理工艺称为退火将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温后出炉在空气中冷却的热处理工艺为正火将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温后在水中(碳钢)或油中(合金钢)快冷的热处理工艺过程称为淬火退火:消除内应力,细化组织,降低硬度正火:强度、硬度降低淬火:提高硬度、强度、增加耐磨性19、按下表要求填写热处理的有关内容完全退火临界温度以上30-50℃随炉降低硬度,细化组织,消除内应力正火临界温度以上30-50℃空气提高硬度,细化晶粒,提高性能淬火临界温度以上30-50℃水(油)提高硬度、强度,增加耐磨性20、按下表要求填写回火的有关内容低温回火100-250℃大于等55HRC 滚动轴承、渗碳零件中温回火350-500℃35-50HRC 各种弹簧、弹性零件高温回火500-650℃20-35HRC 齿轮、轴、连轩21、为了提高低碳钢工件的切削加工性,需要采用什么热处理方法?正火22、何谓调质处理?零件调制处理后的力学性能特点如何?淬火和高温回火强度、硬度、韧度都较好23、表面淬火通常适合哪些钢?中碳钢、中碳低合金钢24、表面渗碳通常适合哪些钢?低碳钢、低碳合金钢25、H70、LY12各代表什么材料?H70 黄铜LY12 硬铝第二章铸造2、型砂是由哪些材料组成?原砂,粘合剂,附加物。

3、对型砂的性能有什么要求?强度,耐火性,透气性,退让性。

14、典型浇注系统有哪几部分,各部分的作用是什么?浇口盆,主要承接浇入的金属液体,起缓冲作用;直浇道,使金属液体产生静压和足够流速,利于金属液体注满型腔;横浇道,起挡渣作用;内浇道,截面为梯形,起除渣作用和防止空气进入。

17、浇注温度过高或过低会出现什么问题?过高:铸件厚大部位有不规则的孔洞,孔内壁粗糙;铸件表面粘附着一层砂粒;在夹角处或薄厚交界处的表面或内层产生裂纹;铸件表面有一层突起的金属片状物,表面粗糙,在金属片和铸件之间夹有一层型砂。

过低:铸件形状不完整,金属液未充满铸型;铸件内部的孔洞,圆而亮。

25、总结你实习时做过的手工造型方法(四种以上)。

整模造型,分模造型,挖沙造型,活块造型,三箱造型,刮板造型。

26、简述砂型铸造的工艺流程。

零件图——制造摸样和型芯盒配制造型材料——造型和型芯——(金属熔炼——)合箱、浇注——落砂、清理、检验——铸件第三章锻压1、锻造坯料加热的目的是什么?提高坯料的塑性,降低变形能力,以改善锻造性能。

5、镦粗时,为避免镦弯,坯料的高径比应为多少?小于或等于2.5.6、手工锻造的基本工序有哪些?镦粗,冲孔,拔长,弯曲,切割,扭转,错移。

7、坯料加热时,常产生的主要缺陷有哪些?氧化与脱磺,过热,过烧。

第四章焊接2、焊接的种类分哪三大类?熔化焊、压力焊、钎焊。

5、手工电弧焊如何引弧?有哪几种方法?摩擦引弧。

摩擦法,敲击法。

10、电焊条是由什么组成的?各组成部分的作用是什么?焊芯:作为电极,传导焊接电流,产生电弧;药皮:造气,造渣,稳弧,脱氧和渗合金等作用。

16、什么叫气焊?常用什么气体?气焊是利用气体火焰作热源的焊接方法。

常用氧乙炔焊,由可燃气体乙炔和助燃气体氧气组成。

19、气焊时点火、调节火焰、熄火需注意什么?(1)先微开氧气调节阀阀门,再打开乙炔阀门,然后进行点火。

(2)按要求的火焰性质来调整氧气和乙炔气的混合比例。

(3)首先管乙炔阀门,使火焰熄灭,再关氧气阀门。

第五章车削1、型号C6132机床,其中“C”表示车床“车”字汉语拼音的开头,“6”表示机床组别,“1”表示系列代号:卧式车床,“32”表示床身最大回转直径320mm的1/10。

5、什么是主运动和进给运动?主运动:使刀具和工件之间产生切削的主要相对运动。

进给运动:与主运动配合,以便重复或连续不断的切削,从而形成所需表面的运动。

6、切削用量三要素指什么?切削速度、进给量、背吃刀量。

7、常用的刀具材料种类有几种?常用刀具有几种?常用刀具材料种类有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、涂层刀具陶瓷、立方氮化硼和人造金刚石等。

常用刀具有车刀,铣刀,刨刀,钻头等。

8、安装车刀时应注意什么问题?(1)车刀刀杆应与工件的轴线垂直,其底面应平放在方刀架上;(2)刀尖应与车床主轴轴线等高,装刀时,只要使刀尖与尾座顶尖对齐即可;(3)刀头伸出刀架的距离,一般不超过刀杆厚度的两倍,如果伸长太长,刀杆刚度减弱,切削时容易产生振动,影响加工质量;(4)刀杆下面的垫片应平整,且片数不宜太多(少于2—3片);(5)车刀位置装正后,应用刀架螺钉压紧,一般用两个螺钉,并交替拧紧。

13、刀具性能好坏的主要指标是什么?(1)高硬度和高耐磨性(2)高耐热性(红硬性)(3)足够的强度和韧度19、车工实习中常用的装夹方法有几种?(1)三爪自定心卡盘安装(2)四爪单动卡盘安装(3)花盘和弯板安装(4)顶尖安装(5)用心轴安装第六章刨削9、刨削运动有何特征?刨削时,只有工作行程进行切削,返回的空行程不切削,刨削的切削速度较低,故生产率较低。

14、B6063中的符号及数字表示何意义?“B”是“刨床”汉语拼音的第一个字母,为刨削类机床代号,“6”代表牛头刨床,“63”是刨削工件的最大长度的1/10,即最大刨削长度为630mm。

第七章铣削10、试述分度头原理。

如果在铣床上铣26个齿的齿轮,用简单分度法怎样分度?原理:手柄每转一转,主轴即转过1/40转。

如果要分成z等分,则每分一等分就要求主轴通过1/z转。

1:1/40=n:1/z 则n=40/z 当z=26,n=40/26.第八章磨削2、外圆磨床磨外圆时主运动和进给运动是什么?砂轮的高速旋转运动是主运动,工件缓慢的转动为圆周进给运动,纵向往复移动为纵向进给运动。

3、磨削特点是什么?磨削速度很高,产生大量的切削热,其温度可达1000°C以上,其加工范围很广。

14、常用砂轮磨料有什么?各适用磨削什么材料?氧化铝砂轮用于磨削普通钢材;碳化硅砂轮用于磨削铸铁和硬质合金等材料。

第九章钳工4、锉削较硬材料时应选用何种锉刀?锉削铝、铜等软金属时应选用何种锉刀?锉削较硬材料时应选用细锉刀;锉削铝、铜等软金属时应选用粗锉刀。

15、在钻床上钻孔时的主运动和进给运动是什么?钻头旋转(主运动)轴向运动(进给运动)16、钳工的基本操作内容包括哪些?划线,锯削,锉削,钻孔,扩孔,铰孔,攻螺纹,套螺纹,錾削,刮削,研磨,装配。

19、为什么在加工前要对毛坯或半成品进行划线?作为加工的依据,使加工形状有明确的标志;作为检验加工情况的手段,可以检查毛坯是否正确。

第十章特种加工与数控机床3、电火花加工的必要条件是什么?加工工件必须为导电材料。

第十二章3、(1)T10;因为T10强度高,韧度中等,适合制造不受剧烈冲击的工具,如锯条;而20塑性好,易于焊接和冲压,不适合做锯条。

(2)正火提高强度,硬度,改善切削加工性能。

(3)淬火提高钢件的硬度、强度、增加耐磨性。

8、车削:工件旋转;车刀运动。

铣削:铣刀的旋转;工件随工作台缓慢的直线运动。

刨削:刨刀的直线往复运动;刨刀回程时工作台的横向水平运动。

外圆磨削:砂轮的高速旋转运动;工件缓慢转动,纵向往复移动。

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