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第一章 材料的力学性能
力学性能:材料在各种力的作用下所表现出的特性。力学性能包括强度,塑形,硬度,抗疲乏性和耐磨性等。
强度:材料在外力的作用下抵抗变形和断裂的力量。 塑形:材料在外力作用下显现出的塑性变形力量。 衡量强度和塑性的指标有:弹性模量E,屈服强度 ,抗拉强度 ,延长率 ,断面收缩率 ,
硬度:材料抵抗其他硬物压入其外表的力量。工业上常用的有布氏硬度〔HBW〕,洛氏硬度〔HRA,HRB,HRC〕,维氏硬度〔HV〕
冲击韧度:材料在冲击韧度的作用下,材料抵抗变形和断裂的力量。依据试验式样的缺口形式,U型缺口和V型缺口的冲击韧度值分别以aku和akv表示。
疲乏断裂:材料在交变应力的作用下发生的断裂现象。疲乏极限:当应力低于某数值时,经很屡次应力循环也不会发生疲乏断裂。
断裂韧性:材料抵抗内部裂纹扩展的力量。其次章 金属材料的根底学问
〔一〕工艺性能
铸造性能:液态金属的流淌性,填充性,收缩率,偏析倾向。铸造性能:成型性与变形力量。切削性能:对刀具的磨损,断屑力量及导热性焊接性能:产生焊接缺陷的倾向。热处理性能:淬透性,耐回火性,二次硬化,回火脆性。
〔二〕晶体构造1纯金属的晶体构造
抱负金属〔1〕晶体:金属成规章排列的固体晶格:表示原子排列规律的空间框架
晶胞:晶格中代表原子排列规律的最小几何单元
〔三种常见纯金属的晶体构造〕
体心立方 面心立方
晶格常数 a a
密排立方
A,c
原子个数 2 4
6
配位数 8 12
12
致密度 0.68 0.74
0.74
滑移面 {110}*6 {111}*4
六方底面*1
滑移方向 111*2 110*3
底面对角*3
滑移系 12 12
3
2实际金属
〔1〕多金属构造:由多晶体组成的晶体构造
晶粒:组成金属的方位不同,外形不规章的小晶体晶界:晶粒之间的界面
〔2〕晶粒缺陷——晶格不完整的部位
点缺陷
空位:晶格中空结点;
间隙原子:挤进晶格间隙的原子
置换原子:取代原来原子位置的外来原子
线缺陷:位错
晶格的一局部晶体相对另一局部晶体沿某一晶面发生局部滑移,滑移面上滑移区与未滑移区的交界限
面缺陷——晶界和亚晶界
亚晶界:组成晶粒的尺寸很小,位相差也很小的小晶块。亚晶界:亚晶粒之间的交界面
晶界的特点
原子排列不规章:阻碍位错运动,熔点低,耐蚀性低,产生内吸附,是相变的优先形核部位。金属的晶粒越细,晶面总面积越大,位移障碍越多,需要协调的具有不同相位的的晶粒就越多,获得金属变形的抗力就越高。
晶粒越细,单位体积内同时参与变形的晶粒数目就越多,变形越均匀,在断裂前发生较大的塑形变形,强度和塑形同时增加,在断裂前消耗的功大,故而韧性也好。
结晶强化:通过细化晶粒来提高强度,塑形和韧性的方法。
〔二〕合金的晶体构造
合金:由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
相:金属或合金中凡成分一样,构造一样,并与其他局部有界面分开的均匀组成局部。
固溶体:与组成元素之一的晶体构造一样的固相
置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格节点形成的固溶体
间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。为过渡金属元素和小原子半径非金属元素组成。
铁素体:碳在a-Fe中的固溶体 奥氏体:铁在γ-Fe中的固溶体马氏体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
固溶强化:随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度提高,塑形、韧性下降的现象金属化合物:正常价化合物、电子化合物、间隙化合物
金属化合物形态对性能的影响
①晶体、网状晶界:强韧度低
②晶内片状:强硬度提高,塑韧性降低
③颗粒状:弥散强化:其次相颗粒越多,分布越均匀,合金的强度硬度越高,韧性有所下降的现象
重点:合金元素在钢中的应用
①强化铁素体
②形成化合物
③扩大或缩小A相区
④使S,E点左移
⑤影响A化
⑥提高耐回火性〔淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的力量〕
⑦产生二次硬化
组织
纯金属的组织
结晶:金属由液态变为晶体的过程
①结晶的条件——过冷:在理论结晶以下发生结晶的现象过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差
②结晶的根本过程:晶核形成和晶核长大晶核形成——自发形核和非自发形核
长大——均匀长大和树枝状长大
④结晶晶粒度掌握方法:增加过冷度,变质处理,机械振动搅拌
纯金属中的固态转变
同素异构转变:物质在固态下晶体构造随温度而发生变化的现象固态转变的特点:形核部位特别;过冷倾向大;伴随着体积变化3再结晶
⑴再结晶条件:冷塑性变形
⑵加热时的变化:回复——再结晶——晶粒长大
再结晶:冷变形组织在加热时重彻底被改组的过程。再结晶不是相变过程。
⑶再结晶温度:发生再结晶的最低温度
⑷影响再结晶温度的因素:加热温度和时间,预先变形程度
4塑形变形:金属塑
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