第一讲 性能及晶体.ppt

机械工程材料 第一讲 工程材料的基础知识 机电产品的制造过程，首先要解决的是根据产品的使用条件，分析对材料的性能要求，确定所用的材料。 本讲主要介绍材料的种类、组织结构与性能。 一、工程材料的分类 二、金属材料的性能 材料的性能包括工艺性能和使用性能两类。 工艺性能：是指材料对某种加工工艺的适应性。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。 使用性能：是指金属材料在使用过程中所表现出来的性能，是保证工件的正常工作应具备的性能。包括力学性能、物理性能、化学性能。 本节主要介绍使用性能，工艺性能以后介绍。 一、力学性能 力学性能是材料在各种载荷作用下表现出来的性能。它不仅是产品设计的依据，还是对产品加工过程实行质量控制的重要参数。 常用的力学性能有：强度，塑性，硬度，冲击韧度，疲劳极限，弹性，刚度 1、强度 定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。 意义：强度是零件设计和选材的主要依据。 指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度 测量：拉伸试验机 （1）弹性极限σe 材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。 （2）屈服强度σs 材料发生屈服现象时的应力值，表征材料开始发生明显的塑性变形。 （3）抗拉强度σb 材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值，表征材料的断裂抗力。 2．塑性 定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。 指标：工程上常用断后伸长率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。材料的δ和ψ值越大，塑性越好。 3．硬度 定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。 指标：与试验方法有关：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 （2）洛氏硬度HR： 锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。 洛氏硬度与布氏硬度相比压痕小，软硬材料都可以测量。 （3）维氏硬度HV： 锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压头，适于测定薄件和经表面处理零件的表面层的硬度，如渗碳层、表面淬硬层、电镀层等，以及微观组织的硬度。 维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确，压痕小，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度。 由于硬度测量简便、快捷、不破坏试样，在一定条件下能反映材料的其它力学性能，所以硬度测量应用极为广泛。 4、冲击韧性 定义：指在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，是材料强度和塑性的综合表现。 指标：冲击韧度αk 测定：一次弯曲冲击实验法 对材料的意义： （1）αk 对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的冶金质量、热加工质量）； （2）αk 随温度降低而下降，可用来评定材料的冷脆现象。 5、疲劳强度 σ-1 交变应力：大小、方向随时间周期性变化的应力。 疲劳现象：材料在交变载荷长期作用下，无明显塑性变形就断裂。 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。 疲劳极限： 材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力。它表示材料抵抗疲劳断裂的能力。（纯弯曲疲劳极限用σ-1表示） 第二讲 金属的晶体结构与结晶 不同的材料具有不同的性能，即使成分相同的材料，经不同的热处理后也会使性能产生很大的差异，其根本原因在于材料的内部结构不同。因此，研究金属材料的内部组织结构，对于掌握材料的性能是非常有意义的。 一、纯金属的晶体结构 2、常见的晶格类型 二、纯金属的实际晶体结构 1、多晶体结构 单晶体：各部分位向完全一致的晶体（各向异性） 多晶体：许多位向不同的单晶体的聚合体（各向同性） 晶粒：多晶体中外形不规则的小晶体 晶界：晶粒之间的界面 2、晶体缺陷 （1）点缺陷——空位和间隙原子 点缺陷 →导致晶格畸变→强度高，硬度大 空位和间隙原子都处于运动和变化之中，是原子扩散主要方式之一。温度↑，空位↑ （2）线缺陷——位错 位错密度大→ 强度高 （3）面缺陷——晶界、亚晶界 晶粒细→晶界面积大→强度高 三、 合金的晶体结构 同纯金属相比，合金材料的应用要广泛得多。碳钢、合金钢、铸铁、黄铜、硬铝等都是常用的合金材料。 1、合金的基本概念 合金：由两种或两种以上金属，或金属与非金属组成，具有金属特征的物质。 组元：组成合金的基本物质。（二元合金、三元合金） 相：结构相同，成分相同，与其它部分有界面分开的部分 组织：相的聚合体。(单相组织，多相组织) 2、合金的相结构 合金的性能一般都是由组成合金的各相的成分、结构、形态、性能和各相的组合情况所决定的。因此，在研究合金的组织与性能之前