工业生产技术基础第一章　材料学基础.pptx

工业生产技术基础第一章　材料学基础第一节　材料的性能第二节　金属的结构与结晶第三节　合金的结构及二元合金相图第四节　铁碳合金相图第一节　材料的性能一、金属材料的力学性能二、金属材料的物理、化学及工艺性能一、金属材料的力学性能1.强度2.塑性3.硬度4.冲击韧度5.疲劳强度1.强度 强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。按照作用力性质的不同，强度可分为屈服点(屈服强度)、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度，它们都由拉伸试验测定。图1-1　拉伸试样a)标准拉伸试样　b)拉断后1.强度图1-1　拉伸试样a)标准拉伸试样　b)拉断后2.塑性金属材料在外力作用下，断裂前发生不可逆永久变形的能力称为塑性。通常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示，即δ=(L1-L0)/L0×100%ψ=(A0-A1)/A0×100%式中　L0——试样的原始长度(mm)；L1——试样拉断后的长度(mm)；A0——试样的原始横截面积(m2)；A1——试样拉断后断口处的截面积(m2)。δ或ψ越大，材料的塑性越好。良好的塑性是金属材料进行塑性成形的必要条件。3.硬度(1)布氏硬度　布氏硬度测定时，通常用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，在一定的静载荷下压入试件表面(图1-3)，保持压力至规定的时间后卸载。(2)洛氏硬度　洛氏硬度与布氏硬度的测定原理基本相同，所不同的是，它不测压痕的面积大小，而是根据压痕的深度来衡量硬度。3.硬度图1-3　布氏硬度试验示意图(1)布氏硬度　表1-1　布氏硬度试验规范(2)洛氏硬度　图1-4　洛氏硬度试验原理(2)洛氏硬度　表1-2　洛氏硬度试验规范4.冲击韧度图1-5　冲击试验的试样a)标准试样　b)试样安放4.冲击韧度图1-6　摆锤冲击试验原理5.疲劳强度许多机械零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，是在大小或方向反复改变的交变载荷下工作的。虽然零件所受的应力远低于材料的抗拉强度，甚至远低于屈服点，但在使用中往往会发生突然断裂，这种现象称为疲劳破坏。据统计，约有80%的机械零件的失效是属于疲劳造成的。产生疲劳破坏的原因，一般认为是由于材料有杂质、表面划痕及其他能引起应力集中的缺陷，而导致微裂纹的产生。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致使零件不能承受所加载荷而突然断裂。金属材料在无数次重复交变载荷作用下不致引起断裂的最大应力称为疲劳强度。二、金属材料的物理、化学及工艺性能1.物理性能2.化学性能3.工艺性能1.物理性能金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性等。由于机械零件的用途不同，对其物理性能的要求也有所不同，例如飞机零件要选用密度小的铝合金来制造；制造内燃机活塞的金属材料应具备较小的热膨胀系数；设计电机电器的零件时，常要考虑金属材料的导电性等。金属材料的一些物理性能，对于热加工也有一定的影响。例如高速钢的导热性较差，在热处理和锻造时就应该用较低的速度进行加热，否则会产生裂纹；又如铸铝、铸铁和铸钢的熔点不同，在铸造时三者的熔炼工艺就有较大的差别。2.化学性能金属材料的化学性能是指其抵抗各种化学作用的能力，主要是抵抗活泼介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性等。对于在腐蚀介质中或在高温下工作的零件，比在空气中或室温下的腐蚀更为强烈。设计这类零件时，应选用化学稳定性好的金属材料，如化工设备、食品机械、医疗器具等可采用不锈钢来制造。3.工艺性能工艺性能是物理、化学、力学性能的综合。按工艺方法的不同，可分为铸造性能、可锻性、焊接性和切削加工性等。如果某种材料的工艺性好，就意味着能用简单的工艺加工成高质量、低成本的零件或毛坯。因此，设计机械零件和选择工艺方法时，都要考虑金属材料的工艺性能。第二节　金属的结构与结晶一、晶体与晶格二、晶体结构与晶格缺陷三、金属的结晶与铸锭组织一、晶体与晶格1.晶体与晶格的概念2.晶格类型3.晶面与晶向1.晶体与晶格的概念图1-7　简单立方晶格与晶胞的示意图a)晶体中的原子排列　b)晶格　c)晶胞2.晶格类型(1)体心立方晶格　在体心立方晶格的晶胞(图1-8a)中，八个角上各有一个原子，构成立方体。(2)面心立方晶格　在面心立方晶格的晶胞(图1-8b)中，八个角上各有一个原子，构成立方体。(3)密排六方晶格　在密排六方晶格的晶胞(图1-9)中，六方体的十二个角上各有一个原子，上下两个正六边形表面的中心也各有一个原子，在六方体的中间还规则地分布着三个原子。(1)体心立方晶格　图1-8　体心立方晶胞和面心立方晶胞(2)面心立方晶格　图1-8　体心立方晶胞和面心立方晶胞(3)密排六方晶格图1-9　密排六方晶胞3.晶面与晶向晶格中各方位上的原子面称为晶面。晶面在晶胞中的位置与方向用晶面指数表示。晶格中原子列在空间的位置和方向称为晶向。晶向在晶胞中的