工程材料与机械制造基础.pdf

第一章材料的种类与性能

1.2材料的性能

1使用性能：在正常使用的条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括材料的力学

性能（机械性能）、物理性能、化学性能等。

2静载时材料的力学性能

强度：强度是指材料在外力的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

弹性极限：在弹性变形范围内所对应的弹性阶段的最大应力，称为弹性极限。

弹性模量：表示材料产生弹性变形的难易程度。

屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

抗拉强度：试样拉断前所能承受的最大应力值。

塑性：断裂前材料产生塑性变形的能力。

伸长率：试样断裂时的相对伸长量。

断面收缩率：试样断裂后截面的相对收缩量。

硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力。

布氏硬度：压痕面积大，不受微小不均匀硬度的影响，实验数据稳定，重复性好。但不

适用于成品零件和薄壁零件的硬度检测。

洛氏硬度：将一个标准压头压入式样表面，再根据压痕的深度来确定式样的硬度。

操作迅速、简便，压痕面积小，适用于成品检验，但由于接触面积小，当硬

度不均匀时，数值波动较大。需要多打几个点。取其平均值。

维氏硬度：将四棱锥体的金刚石压入式样表面，再测量压痕对角线长度，再根据所加压

力和对角线平均长度查表得到硬度值。

测量精度、硬度测量范围大，尤其能很好的测量薄试样的硬度。

其他载荷作用下的力学性能

冲击韧度：材料抵抗冲击载荷的能力。

断裂能力：材料抵抗裂纹裂纹扩展的能力。

疲劳强度

磨损：机器运转时，任何零件在接触状态下的相对运动都会产生摩擦。导致零件磨损，

最后失效。

第二章材料的组织结构

晶胞：晶体是周期性重复排列的，通常取出晶格中的一个基本单元来描述晶体构造。

晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）

称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。

体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞如图所示，在立方体的8个顶角上和立方体中心各有1

个原子。

面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞如图所示，在立方体的8个顶角上和6个面的中心各有

1个原子。

密排六方晶格：密排六方晶格的晶胞如图所示，在六棱柱的上、下六角形面的顶角上和面的

中心各有1个原子，在六棱柱体中间还有3个原子。具有这种晶格的金属有镁、锌、镉和铍

等。

晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体

称为晶粒

晶界：晶粒之间的交界面。

晶粒越细小，晶界面积越大。

多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。

晶体缺陷：在晶体内部及边界存在偏离晶体完整性的微观区域，称为晶体缺陷称晶体缺陷。

点缺陷：空间三维尺寸都很小的缺陷。

空位：晶格中某些缺排原子的空结点。

间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。

置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。

晶格畸变：点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬

度提高，塑性、韧性下降。

线缺陷—晶体中的位错

位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的

交界线称作位错。分刃型位错和螺型位错。

刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，

这个多余原子面的边缘就是刃型位错。

面缺陷—晶界

晶界是不同位向晶粒的过度部位。

晶体缺陷的影响：一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，而且晶体缺陷常常降

低金属的耐腐蚀性能，可以通过腐蚀观察金属的各种缺陷。

合金：合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。

固溶体

合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体。与固溶体晶体结构相同的元

素称溶剂。其它元素称溶质。

固溶体的性能

随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降—称作固溶强化。

金属化合物

合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。合金中出现金属化

合物,可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。

结晶：金属从液态变为固态的过程。

细晶强化：金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称为细晶强化。

细晶强化的方法

增加液态金属结晶时的过冷度变质处理附加振动。

重结晶：金属的同素异晶转变是金属从一种晶格类型的固态转变为另一种晶格类型固态的转

变。

共