硬度HRC8.0转换为HRA是多少度？
洛氏硬度HRA 8.0换算为HRA 53.9 可自已到以下地址核对一下。
大概在55-60HRC
HV10应该指10kgf
25 45钢一般HRC硬度能达到
Q235是低碳钢
我国钢号表示方法的分类说明
1．碳素结构钢
①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示...
有，不过不在实验室温度变化的情况下，影响不大，几乎可以不计
答: 安装太阳能光伏发电需要注意的事项，求分享 ？
答: 考试合格啊！
答: 当前世界上有四个最大的科学难题，全球各专业的科学家都在设法揭开大自然的这些秘密，如能解开这些谜团，那么人类的生活以及对世界的看法将发生根本的变化。
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答: 　2011年二级建造师考试时间(部分省市时间不统一)
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大工13秋《机械工程材料》复习资料
大连理工大学网络教育学院《机械工程材料》辅导资料一主 内 题：第 0 章 绪论学习时间：2013 年 9 月 30 日－10 月 6 日 容： 这周我们将学习本课程课件的第 0 章，即绪论部分，希望通过下面内容的总 结能使同学们加深对本课程的理解。 一、学习要求 1.掌握工程材料、材料科学的基本概念； 2.掌握工程材料的分类及各类材料的性质； 3.理解本门课程的教学目的、性质和学习要求； 4.了解材料与材料科学的发展历史。 二、主要内容 （一）材料与材料科学的发展历史 材料是用来制作有用器件的物质，是人类生产和生活所必需的物质基础。从 日常生活用的器具到高技术产品，从简单的手工工具到复杂的航天器、机器人， 都是用各种材料制作而成或由其加工的零件组装而成。纵观人类历史，每当一种 新材料出现并得以利用，都会给社会生产与人类生活带来巨大的变化。 历史学家按照人类所使用材料的种类将人类历史划分为石器时代、 青铜器时 代、铁器时代。材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志之一。例 如，没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术；没有高温高 强度的结构材料，就不可能有今天的航空航天工业；没有光导纤维，也就没有现 代的光纤通讯。20 世纪 70 年代，人们把材料与能源、信息并列，称为现代文明 的三大支柱，而材料又是后两者的基础。 中华民族在人类历史上为材料的发展和应用做出过重大贡献。 1. 早在公元前 6000 年至公元前 5000 年的新石器时代，中华民族的先人就 能用黏土烧制陶器，到东汉时期又出现了瓷器，并流传海外。 2. 4000 年前的夏朝时期，我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商时期，我国 的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。 从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎质 量达 875 千克，且饰纹优美。从湖北江陵楚墓中发掘出的两把越王勾践的宝剑， 至今锋利异常，是我国青铜器的杰作。 3. 我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学家宋应星在其所著 《天工开物》 一书中就记载了古代的渗碳热处理工艺。这说明早在欧洲工业革命 之前，我国在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。 4. 中华人民共和国成立后，我国先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢 铁基地， 钢产量由 1949 年的 15.8 万吨上升到 2005 年的 3.52 亿吨，成为世界上 钢产量大国之一。原子弹、氢弹的爆炸，卫星、飞船的上天等都说明了我国在材 料的开发、研究及应用等方面有了飞跃性的发展，达到了一定的水平。 从简单地利用天然材料、 冶铜炼铁到使用热处理工艺，人类对材料的认识是 逐步深入的。18 世纪欧洲工业革命后，人们对材料的质量和数量的要求越来越 高，促进了材料科学的进一步发展。 1. 1863 年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使人们步入第1页 共 98 页大连理工大学网络教育学院了材料的微观世界， 能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来，标志着材料研 究从经验走向科学。 2. 1912 年发现了 X 射线对晶体的作用并在随后用于晶体衍射分析，使人们 对固体材料微观结构的认识从最初的假想到科学的现实。 3. 19 世纪末，晶体的 230 种空间群被确定，至此人们已经可以完全用数学 的方法来描述晶体的几何特征。 4. 1932 年发明了电子显微镜，把人们带到了微观世界的更深层次。 5. 1934 年位错理论的提出，解决了晶体理论计算强度与实验测得的实际强 度之间存在巨大差别的问题， 对于人们认识材料的力学性能及设计高强度材料具 有划时代的意义。 一些与材料有关的基础学科的发展，有力地促进了材料研究的深化。 （二）材料与材料科学的基本概念 1. 材料： 用来制作有用器件的物质，是人类生产和生活所必需的物质基础。 是现代文明的三大支柱（材料、能源及信息）之一。 2. 材料科学： 以材料为研究对象的一门科学。它以凝聚态物理和物理化学、 晶体学为理论基础， 结合冶金、 机械、 化工等领域的研究成果， 探讨材料的成分、 工艺、 组织结构及性能之间的内在规律， 并联系具体器件或构件的使用功能要求， 力求用经济合理的办法制备出有效的器件或构件。 因此，材料科学是现代机械工程、电子技术和高技术工业发展的基础。它的 研究内容包括：材料的化学组成、组织结构与性能之间的关系，材料的形成机理 和制取方法，材料物理性能的测试方法和技术，材料的损坏机理，材料的合理加 工方法和最佳使用方案等。 特别是材料的组织结构与性能之间的关系，是材料科 学研究的重点。 3. 材料科学的研究内容： ? 材料的化学组成、组织结构与性能之间的关系。 ? 材料的形成机理和制取方法。 ? 材料物理性能的测试方法和技术。 ? 材料的损坏机理。 ? 材料的合理加工方法和最佳使用方案等。 4. 材料的化学成分：组成材料的各元素在材料中的浓度，简称“成分” 。 5. 材料的组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到的金属内 部的状态，简称“组织” 。 6. 材料的结构：材料中各原子的具体组合状态，一般通过 X 射线或透射电 子显微镜来研究。 （三）工程材料的分类及应用 工程材料是指在机械、船舶、化工、建筑、车辆、仪表、航空航天等工程领 域中用于制造工程构件和机械零件的材料。 按照材料的组成、结合键的特点，可将工程材料分为四大类。具体内容如表 1 所示。 1. 金属材料键合方式为“金属键” ，分为黑色金属和有色金属两大类。铁及 铁合金称为黑色金属，即钢铁材料。其它金属通称为有色金属。其中，黑色金属 用量占工程金属的 60％以上。黑色金属之外的所有金属及其合金称为有色金属。 有色金属的种类很多，根据其特性的不同又可分为轻金属、重金属、贵金属、稀 有金属等。第2页 共 98 页大连理工大学网络教育学院2. 陶瓷材料是以共价键和离子键结合为主的材料，其性能特点是熔点高、 硬度高、耐腐蚀、脆性大。陶瓷材料分为：传统陶瓷、特种陶瓷以及金属陶瓷三 类。 传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料为原料的陶瓷，主要用做建筑材料； 特种陶瓷又称精细陶瓷， 是以人工合成材料为原料的陶瓷， 常用做工程上的耐热、 耐蚀、耐磨零件；金属陶瓷是金属与各种化合物粉末的烧结体，主要用做工具和 模具。 3. 高分子材料是以分子键和共价键为主结合的材料，具有塑性好、耐蚀性 好、电绝缘性好、减震性好及密度小等特点。 工程上使用的高分子材料主要包括塑料、 橡胶及合成纤维等， 在机械、 电气、 纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中有广 泛应用。 4. 复合材料是把两种（或两种以上）不同性质（或不同结构）的材料以微 观（或宏观）的形式组合在一起而形成的材料，以进一步提高材料的性能。复合 材料分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子复合材料等。 如现代航空发动机燃烧室中耐热温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备 的氧化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育器械等 是由碳纤维复合材料制成的，它们具有密度低、弹性好、强度高等优点。 表 1 材料按其组成与结合键特点分类 材料名称 材料组成 金属材料（黑色金属、 金属为主 有色金属） 陶瓷材料 金属和非金属的化合物 为主 高分子材料 碳氢化合物为主 复合材料 两种或两种以上上述材 料的组合结合键 金属键为主 共价键和离子键 为主 共价键和分子键 为主 混合键（四）机械工程材料课程的目的、性质和学习要求 随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要求越来越苛刻，工程材 料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展， 新材料也在不断地涌现。 机械工程材料课程是机械类和近机类各专业的重要技术基础课， 它主要是应 用晶体学、物理学、化学、冶金学等学科理论和实验的最新成就，课程内容以定 性描述为主，具体表现为“三多” ：内容中名词、概念、术语“多” ，定性描述、 经验性总结“多” ，需记忆性的内容、规律“多” 。 作为一名机械工程技术人员， 时刻都会遇到有关材料及其制造加工方面的问 题。无论设计一台机器设备、机械零件，还是改造、加工一套工夹具，都将面临 材料的选择、 应用与零件加工工艺路线的制定等问题，这一切都涉及材料及其成 形技术方面的问题。 课程的目的是使学生获得工程材料的基本理论知识，掌握材料的化学成分、 组织结构、加工工艺与性能之间的关系，了解常用材料的应用范围和加工工艺，第3页 共 98 页大连理工大学网络教育学院初步具备合理选用材料、正确确定加工方法、妥善安排加工工艺路线的能力。 本科课程理论性和实践性都很强，基本概念多，与实际联系密切。学习时应 注意联系物理、化学、工程力学及金属工艺学等课程的相关内容，并结合生产实 际，注重分析、理解前后知识的整体联系及综合应用。 三、重要考点 多项选择题 （1）在下列各项学科中，与材料科学有关的是（） 。 A．凝聚态物理 B．物理化学 C．晶体学 D．冶金、机械、和化工学 答案：ABCD （2）工程材料被划分为金属材料、陶瓷材料等的依据是（） 。 A．用途 B．组成 C．结合键特点 D．质量 答案：BC （3）有色金属的种类很多，根据其特性的不同可以分为（）等。 A．轻金属 B．重金属 C．贵金属 D．稀有金属 答案：ABCD （4）下列各项属于陶瓷材料性能特点的是（） 。 A．熔点高 B．硬度高 C．耐腐蚀 D．脆性大 答案：ABCD《机械工程材料》辅导资料二主 内 题：第 1 章 材料的性能学习时间：2013 年 10 月 7 日―10 月 13 日 容： 这周我们将开始对本课程课件第 1 章的学习，即材料的性能。具体的学习内 容如下： 一、学习要求 1.掌握材料的力学性能、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳、断裂韧性、 热疲劳的概念。 2.掌握材料的应力-应变曲线。第4页 共 98 页大连理工大学网络教育学院3.掌握材料的物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性的 概念；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性的概念。 4.理解布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的公式、测量方式及适用范围。 二、主要内容 一、材料的应力-应变曲线 （一）基本概念 选用材料时首先要考虑材料的有关性能，使之与构件的使用要求相匹配。材 料性能分为：使用性能和工艺性能两大类。 1. 使用性能：材料在使用过程中所表现出来的性能。包括力学性能、物理 性能、化学性能等。 2. 工艺性能：材料在加工过程中所需要的性能。包括铸造性能、锻造性能、 焊接性能、热处理性能以及切削性能等。 3. 材料的力学性能：材料在外力作用下，所表现出来的力学行为。 4. 变形：材料在外力作用下，将发生形状尺寸上的变化，即产生变形。变 形分为两大类，即弹性变形和塑性变形。 5. 弹性变形：材料在外力下产生变形，当外力去除以后仍能恢复原来形状 的变形。 6. 塑性变形：材料在外力下产生的永久变形，而材料本身并不发生破坏的 变形。 （二）各类曲线 1. 拉伸曲线：材料在外力作用下，力与伸长量之间的关系。图 1 低碳钢的力-伸长曲线 2. 工程应力－应变曲线第5页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 2 低碳钢的应力-应变曲线 二、强度与塑性 （一）强度 强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 1. 屈服强度图 3 条件屈服强度的确定 2. 抗拉强度 抗拉强度是指材料拉伸过程中， 在拉断以前能承受的最大外力所对应的应力 值。反映材料抵抗断裂的能力。第6页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 4 低碳钢的力-伸长曲线（二）塑性 塑性是指材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性质。 指标为延伸率 ? 和断面收缩率? 。??l ? l0 F ?F ? 100% ? ? 0 ? 100% l0 F 0 ，（三）任性 韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量， 即拉伸曲线与横坐标所 包围的面积。 三、硬度 硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。 硬度测试有很多种方法，如压入法、回弹法、划痕法等，工业上主要用的是 压入法。 压入法是将比工件更硬的物质压入工件表面，利用所得到的压痕测量工 件的硬度的方法。常用的压痕法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 四、冲击韧性第7页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 5 冲击试验机 五、疲劳 疲劳是指构件在低于屈服强度的条件下，在交变载荷作用下发生破坏的现 象。这种断裂被称为“疲劳断裂”。引起疲劳断裂的最低应力值，即疲劳强度。 六、断裂韧性 低应力脆断是指工程上金属材料经常会出现材料在名义应力远低于屈服强 度的情况下产生脆断的现象。 七、热疲劳 由于热循环致使温度反复变化，引起的热应力、热应变，使材料受到疲劳损 伤而破坏的现象。 八、材料的物理和化学性能 物理、化学性能虽然不是结构设计的主要参数，但在某些特定的情况下却是 必须加以考虑的因素。 1. 物理性能即材料本身所具有的特性。 2. 化学性能即材料在某些介质中所表现出的抵抗化学侵蚀的能力 。 （一）材料的物理性能 1. 密度：单位体积材料的质量。 2. 熔点：材料的熔化温度。 3. 热膨胀性：材料随温度的增加，体积增大的性质。 4. 导热性：材料单位截面积传导热量的能力。 5. 导电性：材料对电流的传导特性。 6. 磁性：材料在磁场中的表现出来的特性。 （二）材料的化学性能 1. 耐腐蚀性：材料抵抗各种介质腐蚀破坏的能力。 2. 抗氧化性：材料在含氧环境中抵抗氧化的能力。 九、材料的工艺性能 工艺性能：材料在某种加工条件下，所表现出来的加工难易程度。包括铸造 性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能以及机械加工性能等。 1. 铸造性能 ? 铸造：将液体金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，冷却凝 固以后获得毛坯、铸件或原材料的工艺方法。第8页 共 98 页大连理工大学网络教育学院铸造性能： 液体金属浇注到铸型空腔中， 待冷却凝固以后获得结构完整、 轮廓清晰的铸件的能力。 ? 铸造性能包括充型能力、收缩等。 2. 锻造性能 ? 锻造：金属材料在外力作用下，产生变形，从而获得具有一定形状、尺 寸和力学性能的毛坯、锻件或原材料的工艺方法。 ? 锻造性能：金属材料在外力作用下，获得优质锻件的能力。 ? 锻造性能取决于金属材料的塑性和变形抗力。 ? 材料的塑性好、变形抗力小，则锻造性能好。 3. 焊接性能 ? 焊接：通过加热或加压力（或同时加热并加压力） ，借助于原子或分子 之间的结合作用，使分离的金属结合起来的工艺方法。 ? 可焊性：金属材料在一定的焊接方法、焊接材料、焊接规范以及结构形 式的条件下，形成优质连接的难易程度。 ? 材料的含碳量越低，则可焊性越好。 4. 切削加工性 ? 切削加工：借助于机械，将材料加工成零件的过程。 ? 切削加工性：材料被切削加工成形并得到精确的形状、尺寸以及高的表 面光洁度的能力。 5. 热处理性能 ? 热处理：通过加热、保温、冷却等手段，通常在不改变外形的条件下， 改变其内部组织，以获得所需性能的工艺方法。 ? 热处理性能：通过热处理改变材料的性能的难易程度。 ? 热处理性能包括淬硬性、淬透性、扩散能力等。 三、重要考点 多选题 1．下列各项中属于材料的工艺性能的是（） 。 A．铸造 B．锻压 C．焊接 D．热处理 答案：ABCD 2．材料的力学性能包括下列的（） 。 A．强度 B．塑性 C．硬度 D．疲劳强度 答案：ABCD 3．大多数材料的（）几乎相等，一般不做区分。 A．弹性极限 B．比例极限 C．屈服极限 D．抗拉强度 答案：AB第9页 共 98 页?大连理工大学网络教育学院《机械工程材料》辅导资料三主 内 题：第 2 章 材料的结构学习时间：2013 年 10 月 14 日－10 月 20 日 容： 这周我们将开始对本课程课件第 2 章的学习，即材料的结构。具体学习内容 如下： 一、学习要求 1.掌握各类结合键的概念：离子键、共价键、金属键、分子键。 2.掌握晶体结构的基本概念：包括晶格、晶胞、立方晶系的晶面和晶向表示 方法。 3.掌握高分子化合物的组成及大分子链的结构。 4.掌握扩散的宏观规律的基本内容。 5.理解各类材料的结构：金属的晶态结构与非晶态结构，陶瓷的晶相、玻璃 相及气相。 6.理解影响扩散的因素。 二、主要内容 一、原子的结合方式 工程材料是由各种元素通过原子、离子或分子结合而成的。它们之间的结合 力称为“结合键”。 根据结合力的强弱，结合键分为强键和弱键两类：强键（离子键、共价键、 金属键） ；弱键（分子键） ； （一）离子键 正负离子通过静电吸引相互接近，当离子间的引力与斥力相等时，两者之间 达到平衡，而行成“离子键”。 通过离子键结合的材料强度、硬度高，脆性大，是绝缘材料。多为无色透明 的物体。图 1 NaCl 离子键的形成过程 （二）共价键 通过共用电子对而达到稳定结构结合的键接方式称为“共价键”。 通过共价键结合的材料，同样具有强度高、熔点高、脆性大的特点。导电性 依共价键的强弱而不同。第 10 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 2 共价键示意图 （三）金属键 通过金属离子和自由电子结合而形成的键接方式称为“金属键”。 由金属原子上脱离下来的最外层电子，称为“自由电子” 。它们在金属中 聚集成为“电子云”，并可以自由移动。 失去价电子的原子成为“正离子”，通过电子云将它们连接在一起。 由于电子云在金属中可以自由移动，所以金属具有良好的导电性和导热性， 同时，在光照的条件下使其激发，继而产生金属光泽。 当金属原子之间产生位移时，由于自由电子的存在，使原子之间不致产生破 坏，因而，金属具有良好的塑性。图 3 金属键示意图 （四）分子键 分子键又被称作“范德华键”。 它是由于分子中的共价电子对非对称分布而 引起的电位不均允分布，使分子在某方向上显正电性，而另一方向显负电性，继 而形成偶极矩，使两个分子键接在一起。图 4 分子键示意图第 11 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院氢键： 由于氢原子只有一个电子，所以当和某个电负性很大的原子结合成分 子时，电子强烈偏移，另一个方向会显示很强的正电性，当和另一个电负性较大 的原子相遇时，产生较强的引力，使三个原子连接在一起，形成桥接，故单独形 成一种键接方式，称为“氢键或氢桥”。 由于形成分子键的范德华力很弱，因而分子键结合的材料熔点和硬度均较 低。又因无自由电子的存在，所以这些材料都是良好的绝缘体。 二、晶体结构的基本概念 （一）晶体与非晶体 1. 晶体：内部原子在三维空间呈规则排列的物质。如金属、食盐、单晶硅 等。 2．非晶体：内部原子在空间无序排列的物质。如玻璃、石蜡、松香等。 3. 晶体与非晶体在某些条件下可以互相转化。 4. 非晶体在适当的条件下，可以转化为晶体，称为“晶化”。晶体在适当 的条件下也可出现非晶状态。 5. 晶体具有固定的熔点，具有各向异性，非晶体原子混乱排列，各向同性。 （二）晶格 为了研究原子的排列规律， 把每个原子看成是一个既无大小，又无质量的几 何点，称为“结点”。由结点的排列阵列称为“点阵”。将点阵中各结点用想象 中的线条连接起来所得到的空间格架，称为“晶格”。 （三）晶胞 1. 晶胞：晶格中能够代表晶格原子排列规律的最小几何单元称为晶胞。 为了表达晶胞的形状、尺寸，将晶胞放入坐标系中，单个晶胞在坐标系中的 尺寸（棱边截距） 、及各棱边之间的夹角，称为“晶格常数”，又称为“晶格尺 寸”。 晶格常数 （晶格尺寸） 分别用 a、b、c 和 ?、?、? 等来描述。 根据这些参数， 可将晶体分为七大晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。 2. 原子半径：晶体中原子最紧密排列方向上,相邻原子间距尺寸的一半。 3. 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的实际原子数。 4. 致密度：晶胞中原子所占的体积百分数。 5. 配位数：晶体中与任意原子距离相等的原子数。 显然,不同结构的晶体晶胞原子数、配位数和致密度也不相同，配位数越大 的晶体致密度越高。 （四）立方晶系的晶面和晶向表示方法 1. 晶面：晶体中，由原子组成的平面称为“晶面”。 2. 晶向：由原子组成的原子列的方向称为“晶向”。 3. 晶面指数：表示晶面的符号称为“晶面指数”。 4. 晶向指数：表示晶向的符号称为“晶向指数”。 三、金属的结构 金属的晶体结构包括：金属的“晶态结构”和金属的 “非晶态结构”两大 类。 （一）金属的晶体结构 1.纯金属的晶体结构第 12 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院金属键没有方向性和饱和性，大多数金属晶体都具有排列紧密、对称性 高的简单结构。 在纯金属中，最常见最典型的晶体结构有面心立方、体心立方和密排六 方结构。前两种属于立方晶系，后者属于六方晶系。 2. 实际金属的晶体结构 实际金属中不可避免的存在着各种缺陷。晶体缺陷对金属性能有着重要 的影响。 根据缺陷的几何特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种 类型。 （二）金属的非晶态结构 1. 描述方法 比较气态、非晶态和晶态，非晶态金属的结构与液态金属相似，原子排列没 有长程的周期性。 在非晶态金属中没有晶界、位错等晶态金属所特有的晶体缺陷。 2. 模型 非晶态的原子结构模型多数人认为是“硬球无规密堆模型”。 四、陶瓷的结构 陶瓷材料是利用氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等原料经制坯、成型和烧 结工艺加工制成的材料。陶瓷材料中的基本相及其结构要比金属复杂的多。 通常由三种相组成，分别是晶相、玻璃相和气相。 （一）晶相 晶相是陶瓷材料的主要组成相。陶瓷材料主要物理化学性质均取决于晶相。 多数陶瓷材料是离子键和共价键晶体。 陶瓷材料中的晶体类型及其复杂程度都超过金属晶体。 晶相中的晶粒大小对陶瓷材料的性能影响很大， 晶粒越细， 晶界总面积越大， 裂纹越不容易扩展，材料的强度越高。 （二）玻璃相 玻璃相是非晶态结构中的低熔点固体，其作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、 提高材料的致密程度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。 玻璃相的强度低、 绝缘性及热稳定性差，工业陶瓷中玻璃相的数量一般控制 在 20～40％。 陶瓷坯体在烧结过程中还会产生一种含有复杂结构的聚合体的熔体， 这种熔 体的粘度很大，冷却时不利于晶体形核长大，从而转变为玻璃体。 玻璃化温度：陶瓷冷却过程中，由熔体变为玻璃体的温度。 软化温度：玻璃体加热时显著软化时的温度。 （三）气相 气相是在生产过程中形成的气孔，气孔往往是裂纹源，降低陶瓷的强度。 通常除了多孔陶瓷以外，普通陶瓷的气孔率为 5-10%，特种陶瓷在 5%以下。 五、高分子材料的结构 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。 高分子化合物是指相对分子量大于 104 的有机化合物。常称为聚合物或高聚 物。 实际上， 高分子化合物和低分子化合物之间没有严格的区别，主要由它是否第 13 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院显示高分子化合物的特性来判断。 高分子化合物具有一定的强度和弹性，而低分子化合物则没有。 高分子化合物是由简单结构单元重复连接而成。 组成聚合物的低分子化合物称为“单体”，如乙烯、氯乙烯等。 聚合物的分子为很长的链条，称为“大分子链”。 六、扩散 扩散：由浓度梯度或热运动引起的原子定向运动。 固态金属中的扩散是金属固态转变的重要机制之一， 也是固态加工的重要理 论基础 。 （一）扩散的宏观规律 1.菲克第一定律 菲克第一定律： 在稳态扩散条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位 截面积的扩散物质的流量，与该截面处的浓度梯度成正比。 2.菲克第二定律 非稳态扩散过程中， 扩散物质的浓度是随时间变化的，为此菲克给出了第二 方程。 （二）扩散机制 1.空位扩散 空位扩散是扩散原子通过与相邻的空位交换位Z进行迁移的扩散。 2.间隙扩散 间隙扩散是位于晶格间隙中的原子跃迁到相邻间隙位Z所引起的扩散。 小原子半径的间隙原子， 在间隙固溶体中的扩散就是以这种机制进行的。多 数合金中，间隙扩散比空位扩散要快得多。 3.其他扩散机制 除了上述两种扩散机制以外，位错中心和晶界也是良好的扩散通道。 三、重要考点 判断题 1.（ ）自然界有些物质不是由原子组成的。 2.（ ）金属、食盐、单晶硅等属于非晶体。 3.（ ）在非晶态金属中没有晶界、位错等晶态金属所特有的晶体缺陷。 答案：1.错；2.错；3.对。《机械工程材料》辅导资料四主 内 题：第 3 章 材料的凝固学习时间：2013 年 10 月 21 日－10 月 27 日 容： 这周我们将开始本课程课件的第 3 章的学习，即材料的凝固。具体学习内容 如下： 一、学习要求 1.掌握纯金属结晶的热力学条件，包括液体和晶体的自由能-温度曲线和纯 金属的冷却曲线。 2.掌握金属及合金结晶后的晶粒大小及其控制：晶粒度、决定晶粒尺寸的因第 14 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院素、控制晶粒尺寸的方法、晶粒大小对金属性能的影响。 3.理解纯金属的结晶过程以及同素异构转变。 4.理解合金结晶二元相图的建立方式、基本类型。 5.理解合金结晶中的“杠杆定律” 。 6.理解铁碳合金相图的分析原理以及典型铁碳合金的平衡结晶过程： 工业纯 铁、共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白 口铸铁。 7.理解含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。 二、主要内容 一、纯金属的结晶 材料由液态变为固态的过程称为“凝固”。 材料的凝固分为两种类型,一种是“结晶”，另一种是“凝固”。结晶是物 质内部原子由混乱排列到有序排列的转变过程，是一种相变过程。 非晶体材料冷却过程中，熔融态随着温度的下降，逐渐变粘，变硬，直至完 全固化成固态，这个过程称为“凝固”。 （一）结晶的热力学条件 热力学定义指出：在等压条件下，自然界一切自发过程，都是朝着自由能降 低的方向进行的。 同一物质的液体和晶体，自由能随温度变化曲线如下图所示。图 1 液体和晶体的自由能-温度曲线 冷却曲线表明， 材料的结晶是在理论结晶温度以下，一定的过冷度条件下发 生，并且是在恒定的温度下进行的。第 15 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 2 纯金属的冷却曲线 （二）纯金属的结晶过程 任何一种液体物质结晶都包括晶核生成和长大的过程。 液态金属的结构是短程有序 （称为“晶坯”） ,长程无序的,而短程有序是时 聚时散的。图 3 气体、液体和晶体结构示意图 1.结晶的基本过程 液态金属中存在着许多晶坯，在 T0 温度以上，固相的自由能高于液相，它们 时聚时散，不可能长大。 在 T0 温度以下，固相自由能低于液相，这些晶坯聚集长大，经过一段时间的 孕育，最后形成晶核。结晶就以这些晶核稳为核心开始长大。 同时，在一个晶核长大的瞬间，其他部为也有晶核生成，并开始长大，直至 晶粒间相互接触，形成晶界，结晶结束。见下图所示。图 4 纯金属结晶过程示意图第 16 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院2.晶核的形成方式 形成条件： ? 热力学条件：温度低于 T0 固相自由能低于液相。 ? 动力学条件：要有足够的过冷度， ? 结构条件：有足够尺寸的晶坯，以形成晶核。 晶核的形成方式主要有： ? 自发形核（均匀形核） ：完全是由液体中瞬时的短程有序原子团形成的 晶核。 ? 非自发形核（非均匀形核） ：依靠液体中存在的外来固体物质或容器壁 形成的晶核。 3.晶核长大方式 晶核的长大方式也有两种，即均匀长大，和树枝状长大。 在过冷度足够小的情况下， 结晶以均匀长大方式进行，由于自由晶体表面总 是能量最低的密排面， 因而晶粒在结晶过程中保持着规则的外形，直至晶粒间相 互接触时规则的外形才被破坏。 （三）同素异构转变 某些物质在固态下， 随着温度的变化，可以以不同晶体结构存在的现象称为 “同素异构性”。 由一种结晶形式转变为另一种结晶形式的过程称为“同素异构转变”。 同素异构转变也是结晶过程，也遵循形核与核长大的规律。 它是一个在固态下相变的过程。 除锡以外，铁、锰、钴、钛等也都存在着同素异构转变。 二、合金的结晶 合金：以金属元素为基础加入金属（或非金属）元素，经熔炼（或烧结）而 成的具有金属性质的物质。 合金的结晶过程比纯金属复杂，通常用相图（或组织图）来分析。相图合金 结晶以后，随着温度的变化，成分与结晶组织之间的简明图解。由于该图是在极 缓慢的冷速下测量的，故又被称为“平衡图”。 （一）二元相图的建立 合金按照组元的数量可以分为，二元、三元 或多元合金，最基本的是二元 合金。主要介绍二元合金相图，二元合金现图通常是用试验方法测出的。 1. 测量二元合金相图的基本条件： ? 选材要选二元合金。 ? 其次要在接近平衡冷速的条件下冷却。 2. 二元相图的建立 ? 配Z合金； ? 分别加热、冷却，测出冷却曲线。 ? 找出各曲线上的临界点。如图 3－10a。 ? 在温度－成分坐标上绘图（做成分垂线） ，降临界点标在成分垂线上。 ? 将成分垂线上各相同意义的点连线，并标上相应的字母和数字。 图中，结晶开始点的连线，称为“液相线”。结晶终了点的连线，称为“固 相线”。第 17 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 5 Cu-Ni 合金二元相图建立示意图 （二）铁碳合金的组元和相 1.纯铁及铁基固溶体 ? 纯铁在固态下有三种同素异构体，δ－Fe、γ－Fe、α－Fe。 ? 通常所说的工业纯铁是指室温下的α－Fe,它的强度、 硬度低， 塑性、 韧性好。 2. 铁与碳形成的化合物 （Fe3C） 称为“渗碳体”。 用符号“Fe3C”或“Cm” 表示。 ? 复杂斜方晶格；最高存在温度 1227?。 ? 含碳量：6.69%c； ? 性能：硬而脆，HB≈800;δ、ψ、aK≈0;是钢中的重要强化相。 三、重要考点 多选题 1．在下列各元素中，存在同素异构转变的是（） 。 A．铁 B．锰 C．钴 D．钛 2．固态转变的特点包括下列的（） 。 A．形核在特定部位发生，如晶界、晶内缺陷等 B．过冷倾向大 C．过冷倾向小 D．伴随体积变化，产生很大内应力 3．下列关于二元匀晶相图的描述，正确的是（） 。 A．液、固相线是相区分界线 B．液、固相线是结晶时两相的成分变化线 C．匀晶转变是变温转变 D．结晶过程中，液、固两相的成分随温度变化而变化 4. 下列关于枝晶偏析的说法中，正确的是（） 。 A. 枝晶偏析的大小与冷却速度有关 B．枝晶偏析与给定成分合金的液、固相线间距有关第 18 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院C．枝晶偏析影响合金性能 D．生产上常以扩散退火来消除枝晶偏析 答案：1.ABCD 2.ABD 3.ABCD 4.ABCD《机械工程材料》辅导资料五主 内 题：第 3 章 材料的凝固学习时间：2013 年 10 月 28 日－11 月 3 日 容： 这周我们将结束本课程课件第 3 章的学习，即材料的凝固。具体学习内容如 下： 一、学习要求 1、掌握纯金属结晶的热力学条件，包括液体和晶体的自由能-温度曲线和纯 金属的冷却曲线。 2、掌握金属及合金结晶后的晶粒大小及其控制：晶粒度、决定晶粒尺寸的 因素、控制晶粒尺寸的方法、晶粒大小对金属性能的影响。 3、理解纯金属的结晶过程以及同素异构转变。 4、理解合金结晶二元相图的建立方式、基本类型。 5、理解合金结晶中的“杠杆定律” 。 6、理解铁碳合金相图的分析原理以及典型铁碳合金的平衡结晶过程：工业 纯铁、共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶 白口铸铁。 7、理解含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。 二、主要内容 1、铁碳合金相图 2、凝固组织及其控制 一、铁碳合金相图 铁碳合金是碳钢和铸铁的总称。含碳量 0.0218％c-2.11%c 的称为“碳 钢”。大于 2.11%c，小于 6.69%c 的称为“铸铁”。 铁碳合金相图实际上是 Fe―Fe3C 相图，因为含碳量大于 6.69%c 铁碳合 金脆性过大，在工业上无意义。 （一）铁碳合金的组元和相 1、纯铁及铁基固溶体 ? 纯铁在固态下有三种同素异构体，δ－Fe、γ－Fe、α－Fe。 ? 通常所说的工业纯铁是指室温下的α－Fe，它的强度、硬度低，塑 性、韧性好。 ? 工业纯铁的力学性能大致在：σ0.2=100-170MPa；σb=180-270MPa； δ=30-50%；ψ=70-80%，HB=50-80，aK=18-25J/cm2。 ? 铁素体：碳溶解在α－Fe 中形成的固溶体，代表符号“F”。 ? 体心立方晶格，最高存在温度：912?。 ? 含碳量:727?；0.0218%c；室温:0.0008%C； ? 显微组织：明亮的，多边形颗粒。如下图所示；第 19 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院? 性能：与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性高。图 1 铁素体组织 2、铁与碳形成的化合物（Fe3C）称为“渗碳体”。用符号“Fe3C”或“Cm” 表示。 ? 复杂斜方晶格；最高存在温度 1227?。 ? 含碳量：6.69%c； ? 性能：硬而脆，HB≈800；δ、ψ、aK≈0；是钢中的重要强化相。 ? 显微组织：根据析出的母相不同分别为：板状、蜂窝状、网状、片 状、微量的。 ? 渗碳体是亚稳相，在一定的条件下发生分解： Fe3C→3Fe＋C，所分 解出的单质碳称为“石墨”。这一分解在铸铁中有着重要意义。 ? 由于碳在α－Fe 中的溶解度很低，所以铁碳合金常温下碳主要是以 渗碳体或石墨的形式存在。 （二）铁碳合金相图的分析 1、Fe－Fe3C 相图图 2 以相组成物标注的铁碳合金相图 ? ? 图中，共有三个基本相图组成（包晶、共晶、共析相图） 。 有 5 个基本相：液相 L、高温铁素体相δ、铁素体相 F、奥氏体 A、第 20 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院? ? ? 渗碳体相 Fe3C。 5 个单相区，L、δ、F、A、Fe3C； 7 个两相区：L＋δ、L＋A、L＋Fe3C、 δ＋A、A＋Fe3C、A＋F、F ＋Fe3C；ABCD 液相线、AHJECF 固相线； 各特征点的温度、成分及含义见表 1。 表 1 铁碳合金相图中各特征点的说明三条水平线（三相区） ： ? HJB 线，包晶线（1495?） ? 成分范围：0.09%-0.53%c； ? 发生包晶反应：L0.53+δ0.09→A0.17； ? 转变产物：奥氏体； ? ECF 线，共晶线（1148?） ? 成分范围：2.11%-6.69%c ? 共晶反应：L4.3→A2.11＋Fe3C； ? 转变产物：莱氏体 Le（A＋Fe3C 共晶)； ? 莱氏体是 Fe3C 基分布着 A 的机械混合物。显微组织形态：蜂窝状； ? 性能：硬而脆（HB700） 。 ? PSK 线，共析线（727?） ， A1 线； ? 成分范围：0.%c； ? 共析反应：A0.77→F0.0218+Fe3C 共析 ? 反应产物：珠光体 P（F0.0218+Fe3C 共析） ? 珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物 ? 显微组织：片层状 ? 性能：介于两相之间。第 21 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院2、根据母相、组织形态渗碳体可分为五种： ? 一次渗碳体（由液体中直接结晶，呈板状） ? 二次渗碳体（由奥氏体析出，呈网状） ? 三次渗碳体（由铁素体析出，微量） ? 共晶渗碳体（共晶直接结晶，蜂窝状） ? 共析渗碳体（共析过程析出，片状） （三）典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： 1、工业纯铁（＜0.0218%c） 显微组织铁素体晶粒，工业上很少使用。 2、碳钢（0.0218%c-2.11%c） 高温组织为奥氏体塑性好，适于变形加工。 碳 钢又分为亚共析钢 (0.0218%c-0.77%c ；共析钢（ 0.77%c ） ；过共析钢 （0.77%c-2.11%c）三种。 3、白口铸铁（2.11%c-6.69%c） 特点铸造性能好，硬而脆。 亚共晶白口铁（ 2.11%c-4.3%c ） ；共晶白口铁（ 4.3%c ） ；过共晶白口铁 （4.3%c-6.69%c） 。 白口铸铁通常在工业上很少直接应用，因为其硬度高，不利于机械加工，铸 造性能也不如灰口铸铁。 二、凝固组织及其控制 对于单相合金而言晶粒的尺度对性能的影响很大， 对于多相合金第二相的尺 寸、形态、分布状态往往是合金性能的决定因素。 此外，合金在结晶过程中的边缘效应，对结晶过程的影响，以及结晶后的组 织影响也是不容小觑的。 （一）晶粒度 晶粒度通常是指对晶粒的大小的度量。通常使用长度、面积、体积或晶粒度 级别数来评定或测定晶粒的大小。 在 100 倍下 645。16mm2 面积所包含的晶粒个数 N 与显微晶粒度级别数 G 的 关系为：N＝2G－1。 比较法详见 GB/T。 （二）决定晶粒尺寸的因素 结晶后晶粒的尺寸决定于形核速率和长大速度。 形核率：单位时间、单位体积内形成晶核的数目称为“形核率”用“N”来 表示。 长大速度：单位时间内晶核生长的长度。用“G”来表示。可见，N/G 越大 晶粒越细小。 （三）控制晶粒尺寸的方法 1、控制过冷度 通常，冷却速度增大，过冷度增加，N/G 值增大，晶粒越细。过冷度对 N 和 G 的影响见图 3。第 22 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 3 过冷度对形核率和长大速度的影响 2、变质处理 有意相液态金属中加入非自发形核物质，从而细化晶粒的方法。所加入的物 质称为“变质剂”。金属不同所加入的变质剂不同。 3、振动的、搅拌 结晶时，通过机械振动、电磁搅拌及超声波等方法，打碎树枝晶，并输入能 量，促进形核，从而细化晶粒。 4、晶粒大小对金属性能的影响 常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度、硬度越高。同时，晶粒 越细，可同时变形的晶粒越多，故塑性韧性越好，这被称为“细晶强化”。 高温下，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产生滑动和迁移，对强度无益。 但晶粒过于粗大，易产生应力集中。因而高温下晶粒过粗，过细均无好的结 果。 三、重要考点 判断题 1、 （ ）金属材料在正常条件下通常是以结晶的形式凝固的。 2、 （ ）凝固是物质内部原子由混乱排列到有序排列的转变过程，是一种相变过 程 。 3、 （ ）任何一种液体物质结晶都包括晶核生成和长大的过程。 答案：1、对；2、错；3、对。《机械工程材料》辅导资料六主 内 题：第四章 金属的塑性变形与再结晶学习时间：2013 年 11 月 4 日－11 月 10 日 容： 这周我们将结束本课程课件第 4 章的学习，即金属的塑性变形与再结晶。具 体学习内容如下： 一、学习要求第 23 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院1、掌握单晶体和多晶体金属的塑性变形原理。 2、掌握单相固溶体合金、多相混合物合金的塑性变形与固溶强化过程。 3、掌握残余内应力的概念。 4、掌握冷加工与热加工的区别。 5、理解冷变形金属在加热时的组织和性能变化过程曲线。 6、理解再结晶温度-变形度曲线。 7、理解热加工对金属组织和性能的影响。 二、主要内容 一、金属的塑性变形 金属在外力作用下，产生“永久变形”,而不破坏的性质称为“塑性”。 当外力去除以后所残留的变形称为“塑性变形”。 （一）单晶体金属的塑性变形 单晶体受力后， 外力 P 在任何晶面上都可以分解成正应力σ和切应力τ，见 图 1。 正应力只能引起弹性变形和解理断裂， 只有在切应力作用下才能使金属晶体 产生塑性变形。正常情况下，塑性变形有两种形式：滑移和孪生，多数情况下金 属的塑性变形是以滑移形式进行的。图 1 单晶体的拉伸变形 （二）多晶体金属的塑性变形 1、晶界与晶粒位向差的影响 晶界对金属塑性变形的阻碍作用：晶界原子排列混乱，故位错移动到晶界， 引起位错的塞积， 要想继续使位错运动则必须增加外力，宏观上体现为变形抗力 的增加，即强度增加。 晶界两侧的晶粒位向差不同，位错穿过晶界进入另一个晶粒时，必引起位向 上的变化，开动新的位错，使强度增加。 2、多晶体金属的塑性变形过程 金属滑移的不均允性和不同时性：软位向晶粒首先滑移（滑移系和外力成 45°角的晶粒称为“软位向晶粒”） 。 其他晶粒的转动和晶界的滑移：软位向晶粒滑移的同时，伴随着晶粒的转动第 24 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院（如前所述） 带来其它较硬位向的晶粒朝着软位向的转动使得这些晶粒相继发生 滑移，使塑性变形连续进行。 3、晶粒大小对金属力学性能的影响 晶粒越细，晶界总面积越大，金属强度越高。晶粒越细位于软位向的晶粒越 多，同时开始滑动的晶粒数越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，金属 的变形量越大。故“细晶强化”既可以提高金属的强度、硬度，又可以提高金属 的塑性、韧性。 二、合金的塑性变形与强化 就合金的组织而言， 基本上可分为单相固溶体和多项混合物两种。由于合金 元素的存在，使得合金的塑性行为与纯金属有着显著的不同。 （一）单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化 固溶体合金的组织与纯金属相同， 因而其塑性变形过程也与多晶体纯金属相 似。但由于溶质原子的存在，使晶格发生畸变，从而 产生了“固溶强化”。 产生固溶强化的原因： 溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子不仅使晶 格畸变产生畸变，而且易吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错钉扎住从而是变 形抗力增加。 （二）多相合金的塑性变形与弥散强化 当合金的由多相混合物组成时，合金的塑性变形除与合金的基本性质有关 外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关。 第二相可以是纯金属， 也可以是固溶体或化合物，工业合金中的第二相多数 是化合物。 当第二相呈网状分布时，对合金的强度和塑性都不利； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度和硬度，但会降低塑性和韧性； 当在晶内呈颗粒状分布时，虽塑性、韧性略有下降，但强度、硬度可显著提 高，而且第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，这种方法称为 “弥散强化”或“沉淀强化”。 弥散强化的原因：由于硬的颗粒不易被切变，从而阻碍了位错运的运动，提 高了变形抗力。 三、塑性变形对金属组织和性能的影响 （一）塑性变形对金属组织结构的影响 组织影响：晶粒沿最大变形方向被拉长；变形量足够大时，晶界变得模糊不清； 使晶粒破碎形成碎晶（亚晶粒） ；晶格产生畸变；如图 2 所示。第 25 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 2 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 （二）塑性变形对金属性能的影响 金属发生冷塑性变形后，产生加工硬化。原因是： 1、随变形量的增加，位错密度增加。使变形抗力增加； 2、随变形量的增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动起阻碍作用； 3、随变形量的增加，空位密度增加； 4、硬位向晶粒数量增加，发生几何硬化，变形抗力增加。 （三）残余内应力 内应力：平衡于金属内部的应力。它是金属在外力作用下，内部不均允塑性 变形而引起的。金属在塑性变形过程中，大约 10％的功残留在金属内部成为内 应力。 内应力分为三类： 1、第一类内应力，又称为“宏观内应力”，平衡于金属内部一部分与另一 部分之间， （如表面与心部之间） ； 2、第二类内应力，又称为“微观内应力”，它存在于金属内部晶粒与晶粒 （或晶粒内不同区域）之间； 3、第三类内应力，又称为“超微观内应力”，它平衡于金属内部原子之间， 是由晶格缺陷引起的畸变应力。 第三类内应力是形变金属的主要内应力，也是金属强化的主要原因。第一、 二类内应力都使金属的强度降低。内应力的存在，使金属的耐蚀性下降，并易引 起零件在加工、淬火过程中变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行 退火处理，以消除或降低内应力。 四、回复与再结晶 （一）冷变形金属在加热时的组织和性能变化第 26 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院金属冷变形之后处于不稳定状态，有自发恢复到稳定状态的趋势，但因温度 低，原子扩散困难，达到暂时的平衡。一旦温度增加，是原子的扩散条件得以改 善金属将依次发生回复、再结晶、晶粒长大过程，塑性变形金属加热时段的组织 与性能的变化如图 3 所示。图 3 冷塑性变形金属的组织性能随温度变化示意图 1、回复 冷变形以后的金属重新加热到(0.25-0.3)T 熔温度时,晶内原子就近迁移到 接近平衡位Z， 境内缺陷减少,由塑性变形带来的第三类应力部分消除,由位错运 动带来的无序状态垂直分布 . 形成亚晶界 , 这一过程称为 “ 多边形化 ”,即 “ 回 复”。 在回复阶段强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著 下降。在工业上这种处理方法称为“稳定化处理或定型处理” 。冷拉钢丝的低 碳钢弹簧经缠绕后，要在 250～300?条件下进行定形处理，使其定型。 经深冲工艺制成的黄铜弹壳要进行 260?的稳定化处理，以防止以防止晶间应力 腐蚀开裂等。 2、再结晶 当温度 T 再达到 0.4T 熔时金属内部以碎晶或杂质为核心.再次生成等轴晶粒, 这一过程称为“再结晶”。 再结晶不是相变过程,只是一个晶粒恢复的过程,再结 晶前后新、 旧晶体的晶格类型和成分完全相同。由于再结晶的作用,金属的强度、 硬度下降,塑性、韧性提高,加工硬化完全消失。 3、结晶后的晶粒长大 再结晶完成后,继续加热或延长加热时间,将发生晶粒长大,这是一个自发的 过程。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。 晶粒粗大会使金属的强度尤其是塑性、韧性下降。 （二）再结晶温度 再结晶不是一个恒温过程.受某些条件限制,它是自某一温度开始,在一个温 度范围内连续进行的过程,发生再结晶的最低温度称为“再结晶温度”。 影响再结晶温度的因素如下： 1、金属的预先变形度第 27 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院金属变形度越大,则再结晶温度越低。 当变形度达到一定值后,再结晶温度趋于某 最低值称为“最低再结晶温度”。 2、金属的纯度 金属中的杂质或合金元素,特别是高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用， 使再结晶温度显著提高。如纯铁的再结晶温度为 724K（451?） ，加入少量的碳 变成低碳钢后，提高到 813K（540?） 。 3、加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶温度提高，而保温时间延长，则使原子扩散充分， 再结晶温度降低。工业生产中，把消除加工硬化的热处理称为“再结晶退火”。 再结晶退火温度比再结晶温度高 100～200?。 （三）再结晶退火后的晶粒度 1、加热温度和保温时间 加热温度越高， 保温时间越长， 金属的晶粒越大。 加热温度的影响更为明显。 2、预先变形度 预先变形度影响实际上是变形均匀程度的影响。 五、金属的热加工 （一）冷加工与热加工的区别 金属在再结晶温度以下加工，称为“冷加工”。在再结晶温度以上加工称为 “热加工”。 热加工在冷作硬化产生的同时，就被再结晶消除了，故热加工以后的金属没 有冷作硬化现象。 （二）热加工对金属组织和性能的影响 热加工使铸态金属与合金中的孔洞焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从 而，使组织致密、成分均匀、晶粒细化、力学性能提高。 热加工使金属晶粒变长夹杂物沿晶界成链状分布，再结晶使晶粒定向排列， 产生纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向抗正应力能力增加，垂直于变 形方向抗剪应力能力增加， 而且该组织稳定性极高无法用热处理方法改善。所以 选用材料时应特别注意。 带状组织与枝晶偏析与晶粒加工时被沿加工方向拉长有关， 它的存在将降低 钢的强度、塑性和韧性，可通过多次正火或扩散退火来消除。 热加工能量消耗小，但表面易氧化，因而热加工一般用于截面尺寸大、变形 量大、在室温下加工困难的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸 精度及表面粗糙度要求高的工件。 三、重要考点 判断题 1.（ ）金属的塑性变形及其加热对金属材料的组织和性能无显著影响。 2.（ ）加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越大。加热温度的影响更为 明显。 3.（ ）提高加热速度会使再结晶温度提高，而保温时间延长，则使原子扩散充 分，再结晶温度降低。 1.错 2.对 3.对《机械工程材料》辅导资料七第 28 页共 98 页大连理工大学网络教育学院主 内 题：第五章 钢的热处理学习时间：2013 年 11 月 11 日－11 月 17 日 容： 改善钢的性能主要有两条途径：合金化和热处理。本周介绍热处理，即课件 中的钢的热处理。具体学习内容如下： 一、学习要求 1、掌握热处理的概念及工艺分类。 2、掌握奥氏体的形成过程。 3、掌握几种金属材料表面处理新技术的概念。 4、理解过冷奥氏体的转变产物及转变过程。 5、理解正火、淬火、回火的原理。 6、了解过冷奥氏体的 C 曲线的形成原因及过程。 二、主要内容 一、概述 1、热处理的概念 将钢在固态下，通过加热、保温、冷却，通常不改变钢的形状，改变钢的组 织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 2、热处理的特点 不改变形状，改变内部组织；只在固态下发生相变；只适用于有固态相变的 金属，没有固态相变的金属不能用热处理强化。 3、为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度－时间坐标绘出热处理 工艺曲线。 4、热处理的分类 （1）普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 （2）表面热处理：表面淬火、化学热处理。 （3）其他热处理：真空热处理 、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处 理等。 预备热处理：为随后的加工或进一步热处理做准备的热处理。 最终热处理：赋予工件最终性能的热处理。 二、钢在加热时的转变 加热分两种，其一，在 A1 以下加热，不发生相变；其二，在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为“奥氏体化”。 （一）奥氏体的形成过程 奥氏体形成过程是固态相变过程，也存在形核与核长大的过程。 奥氏体形成过程的热力学条件： 1、环境温度高于奥氏体转变温度，使 A 的自由能低于 P。 2、动力学条件：必须有足够的过热度。 以共析钢为例，其奥氏体化过程可简单的分为四个步骤。如图 1 所示。第 29 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 1 共析钢的奥氏体形成过程示意图 （1）奥氏体形成 （2）奥氏体晶核的长大 （3） 残余渗碳体的分解， F 在成分和结构上根接近于 A， 因而首先完成转变。 （4）奥氏体成分均匀化 （二）奥氏体的晶粒大小及其影响因素 1、奥氏体的晶粒度 2、影响奥氏体晶粒大小的因素 （1）加热温度和保温时间：加热温度高，保温时间长，晶粒粗大。 （2）加热速度：加热速度越快，形核率越高，晶粒越细。 （3）合金元素：奥氏体含碳量增加，晶粒长大倾向增大，碳化物含量增加， 晶粒长大倾向减小。 三、钢在冷却时的转变 冷却过程决定了钢的最终热处理状态。 钢在不同的过冷度下可以获得不同的 组织，包括平衡组织、非平衡组织。 （一）过冷奥氏体的转变产物及转变过程 过冷奥氏体： 在临界温度以下， 未发生组织转变的奥氏体组织， 即为“A′”。 过冷奥氏体属非稳定组织，要向相对稳定的方向变化。随过冷度的不同，碳 的扩散能力不同，A′将发生三种类型的转变。 1、珠光体型转变 2、贝氏体型转变 3、马氏体型转变 （二）过冷奥氏体转变图 在热处理中，通常有两种冷却方式，即等温冷却和连续冷却。 过冷奥氏体转变图： 描述在在这两种冷却方式下过冷奥氏体的转变量与转变 时间之间关系的曲线图。过冷奥氏体转变图是对钢材进行热处理的重要依据。第 30 页共 98 页大连理工大学网络教育学院图 2 两种冷却方式示意图 四、钢的退火与正火 机械零件的一般加工工艺路线为： 毛坯（铸、锻件）→预备热处理→机加工→最终热处理。 退火和正火工艺主要用于预备热处理， 只有当工件性能要求不高时才作为最 终热处理。 （一）退火 将钢加热到适当的温度、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺称为“退火”。 退火后的组织接近于平衡状态下的组织。 1、退火目的 （1）调整硬度，便于切削加工。最佳硬度范围：170HB～250HB； （2）消除残余内应力，防止后续加工中变形和开裂。 （3）细化晶粒，提高力学性能或为最终热处理做组织准备。 2、退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去 应力退火、再结晶退火等。 （二）正火 正火：将亚共析钢加热到 Ac3 ＋ (30 ～ 50) ? , 共析钢加热到 Ac1 ＋ (30 ～ 50) ?,过共析钢加热到 Accm＋(30-50) ?保温后空冷的热处理工艺。 正火比退火组织更细，强度、硬度也比退火高。 当碳钢的含碳量小于 0.6％c 时，正火后的组织为 F+S,当碳含量大于 0.6%c 时，组织为 S。 对于中、低碳钢，正火的目的和退火相同,即调整硬度，便于切削加工；细 化晶粒，为淬火作组织准备；消除内应力。 对于过共析钢，正火是为了消除网状 Fe3CII,为球化退火做组织准备。 对于普通结构件，正火可增加 P 数量并细化晶粒，提高强度、硬度和韧性， 作为最终热处理。 从改善切削加工性能的角度出发，低碳钢宜采用正火；中碳钢宜采用退火， 也可用正火；过共析钢在消除网状 Fe3CII 后采用球化退火。 五、钢的淬火与回火 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于 Vk 的速度冷却，使 A 转变为 M 的热处理工艺。 淬火的目的：为了获得 M，提高钢的力学性能。淬火使强化钢的重要方法。第 31 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院回火是将淬火钢加热到 A1 以下的某温度保温后冷却的热处理方法。 六、钢的表面热处理 对于承受弯曲、扭转、磨差或冲击的零件,一般要求其表面具有高的强度、 硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部在保持一定强度硬度的条件下，具有足够的塑 性和韧性,即表硬里韧。对零件进行表面热处理是满足这些要求的有效办法。 （一）表面淬火 表面淬火： 在不改变钢的化学成分及心部组织的条件下，利用快速加热将表 层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 （二）化学热处理 化学热处理：将工件Z于特定介质中加热保温，使活性原子渗入工件表层， 从而改变工件表层的化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。 化学热处理由三个基本过程组成： 1、介质（渗剂）的分解，释放出活性原子。 2、工件表面的吸收，活性原子向固溶体中溶解或与钢中某些元素形成化合 物。 3、原子向内部扩散，即溶入元素的原子在浓度梯度的作用下由表层向钢内 部扩散。 七、金属材料表面处理新技术 （一）热喷涂技术 1、涂层的结构 热喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状结构， 粒子 之间不可避免的存在着孔隙和氧化物夹杂缺陷。 2、热喷涂方法 （1）火焰喷涂 （2）电弧喷涂 （3）等离子喷涂 3、热喷涂工艺 热喷涂等额工艺一般为：表面预处理→预热→喷涂→喷后出理 4、热喷涂的特点及应用 （1）工艺灵活：小到φ10 的内孔，大到铁塔、桥梁、整体，局部均可喷涂。 （2）基体及喷涂材料广泛；基体材料金属，非金属均可。喷涂材料金属、 合金、塑料、陶瓷等。 （3）工件变形小；冷工艺，基体温生不超过 250?。 （4）涂层厚度可控，几十μm～几 mm。 （5）生产效率高。 （二）气相沉积技术 气相沉积技术是： 将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积 在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。 根据沉积过程的原理不同， 可分为物理气相沉积 （PVD） 合化学气相沉积 （CVD） 两大类。 （三）三束表面改性技术 三束：激光束、电子束和离子束。 三束改性技术是将以上三种高能量高密度的能源（一般大于 103W/cm）施加 到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。第 32 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院三束对材料表面的改性是通过改变材料的成分和结构来实现的。 由于这些束 流具有极高的能量密度，可对 材料表面进行快速加热和快速冷却，使表层的结 构和成分发生大幅度的改变（如形成微晶、纳米晶、非晶、亚稳成分固溶体和化 合物等） ，从而获得所需要的特殊性能。此外，束流技术还具有能量利用率高、 工件变形小、生产效率高的特点。 三、重要考点 多选题 1、热处理是指将钢在固态下（ ） ，以改变钢的组织结构，从而获得所需 要性能的一种工艺。 A．加热 B．保温 C．冷却 D．拉伸 2、普通热处理工艺包括下列的（ ） 。 A．退火 B．正火 C．淬火 D．回火 3、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，热处理工艺可分为 （ ） 。 A．普通热处理 B．表面热处理 C．其他热处理 D．预备热处理 答案：1、ABC；2、ABCD；3、ABC。《机械工程材料》辅导资料八主 内 题：第六章 工业用钢学习时间：2013 年 11 月 18 日－11 月 24 日 容： 这周我们将完成对本课程课件第 6 章的学习，即工业用钢这一章。具体的学 习内容如下： 一、学习要求 1、掌握钢的不同方式分类、钢的牌号表示方法和钢铁及合金牌号统一数字 代号体系。 2、掌握钢中几种常存杂质元素对性能的影响以及合金元素在钢中的主要作 用。 3、掌握结构钢的概念及分类。 4、掌握工具钢的概念及分类。 5、掌握特殊性能钢的概念及分类。 7、理解各类结构钢的性能、成分、热处理等特点。第 33 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院8、理解各类工具钢的用途、性能、成分等特点。 二、主要内容 一、钢的分类与编号 （一）钢的分类与编号 1、钢的分类 （1）按化学成分分类 工业用钢按化学成分分为碳钢和合金钢两大类。 （2）按质量分类 根据钢含硫磷含量的不同分类。 表 1 各质量等级钢的磷、硫含量（3）按冶金方法分类 根据冶炼所用炼钢炉的不同，分为平炉钢、转炉钢及电炉钢。 根据脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。 沸腾钢成材率高，但不致密主要用于普通冲压材料。 镇静钢、特殊镇静钢组织致密，但成材率低。 （4）按金相组织分类 按退火组织分类，可分为：亚共析钢（ P＋F） ；共析钢（P） ；过共析钢（P ＋Fe3CII） ； 按正火组织分类，分为：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏 体钢、莱氏体钢等。 （5）按用途分类 可分为，结构钢、工具钢、特殊性能钢。 结构钢又分为：工程用钢和机器用钢； 工程用钢；用于建筑、桥梁、船舶、车辆等 机器用钢：用于渗碳钢 、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和耐磨钢等； 工具钢：包括模具钢、刃具钢、量具钢； 特殊性能钢：包括不锈钢、耐热钢等。 （二）钢的编号 我国钢的牌号一般采用汉语拼音字母、 化学符号和阿拉伯数字相结合的方法 表示。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般采用第 34 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中第一个字母。采用汉语拼音字母，原则上只 取一个，一般不超过两个。见表 2。 表 2 常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号二、钢中杂质与合金元素 （一）钢中常存杂质元素对性能的影响 钢中常存杂质主要包括 Mn、Si、S、P、及 N、H、O 等。 这些杂质元素是由冶炼时原料、燃料及耐火材料带入钢中，或者由大气进入 钢中，或者脱氧时残留于钢中，它们的存在会对钢的性能产生影响。 （二）合金元素在钢中的主要作用 1、合金元素对钢中基本相的影响 F 和 Fe3C 是铁碳合金中的基本相，合金元素进入钢中将对这两个基本相的 成分、结构和性能产生影响。 2、合金元素对铁碳相图的影响 3、合金元素对钢中相变过程的影响 三、结构钢 结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类。 工程用钢主要用于各种工程结构，包括低碳钢和低合金高强度结构钢。 这类钢冶炼方便、成本低、用量大，一般不进行热处理。 机器用钢采用优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一般都经过热处理后使 用。 （一）碳素结构钢 含碳量 0.06%c-0.38%c,硫、磷含量较高。这类钢通常在热轧空冷状态下使 用,f 塑性高,可焊性好,使用状态下的组织为 F＋P。第 35 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院碳素结构钢通常做热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的 70％。 适合于焊接、铆接、栓接等。 （二）优质碳素结构钢 这类钢硫、磷含量较低（均不大于 0.035%）,力学性能优于碳素结构钢，多 用于制造比较重要的机械零件 。 （三）低合金高强度钢 低合金高强度钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来 的，原称“普通低合金钢”。这类钢号的牌号、化学成分和力学性能； （四）渗碳钢 渗碳钢是经渗碳处理后使用的钢种，主要用于制造要求高耐磨性、承受高接 触应力和冲击载荷的重要零件。 常用于汽车、拖拉机的变速箱齿轮，内燃机凸轮轴、活塞销等。 （五）调质钢 调质钢是指调质处理后使用的钢种。 主要用于汽车、拖拉机、机床及其他机器的各种重要零件，如齿轮、连杆、 螺栓、轴类件等。 （六）弹簧钢 制造弹簧的材料分为两大类：低碳钢冷拉钢丝；弹簧钢；主要用于制造各种 弹簧或类似的储能元件。 （七）滚动轴承钢 滚动轴承钢是用于制造滚动体和轴承套的专用钢种，分为高碳铬轴承钢、渗 碳轴承钢、不锈轴承钢和高温轴承钢四类。 （八）耐磨钢 耐磨钢主要是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的铸造高锰钢， 共有 5 个牌 号。 四、工具钢 工具钢是用来制造各种工具的钢种。 按用途可分为刃具钢、模具钢和刃具钢。 （一）刃具钢 性能要求： 1、高硬度：刃具硬度必须大于被切削材料硬度,一般要求大于 60HRC; 2、高耐磨性：耐磨性不仅取决于硬度,还和钢中硬质相的性质、数量、大小 和分布有关。 3、高热硬性：为了防止刀具在高速切削时因摩檫升温而软化。 4、足够的韧性：避免刃具在受冲击震动时发生崩刃或脆断。 （二）模具钢 模具钢是用来制造各种冷热成型模具的钢种，分为冷作模具钢和热作模具 钢。 （三）量具钢 量具钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规、塞规及螺旋测位移 等。 五、特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理、 化学性能的钢， 这里只介绍不锈钢和耐热钢。 不锈钢：在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢第 36 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院耐热钢和高温合金：在高温下具有高的化学稳定性和热强性的特殊钢和合 金。 （一）不锈钢 1、金属腐蚀的概念 腐蚀： 材料在外部介质的作用下发生逐渐破坏的现象。金属腐蚀分为化学腐 蚀和电化学腐蚀两大类。 化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。如钢的高温氧化、脱碳等。 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的腐蚀，是电流参与作用的腐蚀。大部分 金属的腐蚀属于电化学腐蚀。 不同电极电位的金属在电解质溶液中构成原电池,使低电极电位的阳极被腐 蚀,高电极电位的阴极被保护。 金属中不同组织、成分、应力区域之间都可以构成原电池。 为了防止电化学腐蚀,从合金化的角度可采取以下措施： ? 使合金呈均匀的单相组织,避免形成原电池 ? 提高合金的电极电位。 ? 使合金表面形成致密稳定的保护膜,切断原电池电流。 2、用途及性能要求 不锈钢主要在石油、化工、海洋开发、原子能、宇航、国防工业等领域用于 制造各种腐蚀介质中工作的零件和结构。 对不锈钢的要求主要是耐蚀。此外,根据零件或构件工作条件的不同，要求 其具有适当的力学性能。对某些不锈钢还要求具有良好的工艺性能。 （二）耐热钢和高温合金 耐热钢和高温合金是指在高温下具有高的化学稳定性和热强性的特殊合金。 它们广泛用于热工动力、石油化工、航空航天等领域制造工业加热炉、锅炉、热 交换器、汽轮机、内燃机、航空发动机等在高温条件下工作的构件和零件。 1、性能要求 ? 高的热化学稳定性 ? 高的热强性 2、成分特点 ? 提高抗氧化性 ? 提高热强性 三、重要考点 （一）不定项选择题 1. 下列各项不属于钢中常存杂质元素的是（ ） 。 A．锰 B．硅 C．碳 D．硫 2. 按正火组织分类，钢可以分为（ ） 。 A．珠光体钢 B．贝氏体钢 C．马氏体钢 D．铁素体钢 （二）判断题第 37 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院1.（ ）钢的质量是以磷和碳的含量来划分的。 2． （ ）硫元素在钢中是有害元素，磷元素在钢中是有利元素。 答案： （一）1.C；2.ABCD。 （二）1.错；2.错。《机械工程材料》辅导资料九主 内 题：第七章 铸铁学习时间：2013 年 11 月 25 日－12 月 1 日 容： 这周我们将结束对本课程课件第七章铸铁的学习。具体的学习内容如下： 一、学习要求 1、掌握铸铁的特点及分类； 2、掌握几种常用铸铁的概念； 3、理解几种常用铸铁的组织、热处理及用途。 二、主要内容 一、概述 铸铁是含碳量大于 2.11%c，并含有较多 Si、Mn、S、P 等元素的多元铁合金。 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材 料之一。例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可 以用铸铁来制造。 （一）铸铁的石墨化过程 1、Fe－Fe3C 和 Fe－G（石墨）双重相图图 1 铁碳合金的双重相图第 38 页共 98 页大连理工大学网络教育学院铸铁中的碳除少量固溶于基体中以外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游 离态的石墨（G）两种形式存在。石墨是碳的单质态之一，其强度、塑性、韧性 都几乎为零。渗碳体是亚稳相，在一定条件下发生分解： Fe3C→3Fe＋C，形成游离石墨。 2、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为“铸铁的石墨化”。 3、影响石墨化的因素 铸铁的化学成分及冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。 （1）化学成分的影响 （2）冷却速度的影响 （二）铸铁的特点和分类 1、铸铁的组织特点 铸铁的组织是由基体和石墨组成的。基体有三种，及 F、P、F+P，因此铸铁 实质上在钢的基体上分布着不同形态石墨的组织。 2、铸铁的性能特点 （1）力学性能低(σb≤200MPa)； （2）耐磨性好(石墨润滑剂，现成的储油槽)； （3）消振性能好（石墨吸收震动能量） ； （4）铸造性能好（流动性好、收缩小） ； （5）切削性能好（石墨可以断屑） 。 3、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁是跟据石墨的形态来分类的。铸铁中的石墨形态有片状、团絮状、球状 和蠕虫状 4 种， 其对应的铸铁称为“灰铸铁、 可锻铸铁、 球墨铸铁、 蠕墨铸铁”。 表 1 铸铁的石墨形态、基体组织和牌号表示方法第 39 页共 98 页大连理工大学网络教育学院二、常用铸铁 （一）灰铸铁 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。价格便宜，应用广泛，其产量约占 铸铁总量的 80％以上。铸铁大致的成分范围为： 2.5%-4%c，1.0%-3.0%Si，0.25%-1.0%Mn，0.05%-0，5%P，0.02%-0.20%S。 1、组织 灰铸铁的组织根据基体分为 F＋G、P＋G、F＋P＋G 三种。灰铸铁的石墨呈片 状。为提高灰铸铁的性能 ，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用 的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为“孕育铸铁”。 2、热处理 热处理只能改变铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布。由于石墨 对基体的割裂作用，产生应力集中，其基体强度利用率仅有 30～50％，因而热 处理对灰铸铁强化作用不大。 灰铸铁的常用热处理有： （1）消除内应力退火（人工时效） 加热温度：500～550?，加热速度 60～120?/h，适当保温，缓冷至 150～ 220?出炉空冷。 （2）消除白口组织退火 加热温度：850～900?，保温 2～5h 缓冷至 250～400?，出炉空冷。 （3）表面淬火：机件局部表面淬火+低温回火处理。 3、用途 灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的机件。 （二）可锻铸铁 可锻铸铁是白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状。大致成分范围 为： 2.4-2.7%C；1.4-1.8%Si；＜0.08%P；＜0.25%S；＜0.06%Cr。 要求碳、硅含量不能过高，以保证获得白口组织（100％） ，又不能过低，否 则将延长石墨化退火周期。 1、组织 可锻铸铁的组织主要取决于第二阶段石墨化的充分程度。 第一阶段石墨化组 织为 A＋G 团絮。在共析温度长时间保温 ，使化合碳不同程度的分解，则可得到 P ＋G 团絮、P＋F＋G 团絮、F＋G 团絮。 可锻铸铁主要有两种类型：黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。 2、性能 由于可锻铸铁的团絮状石墨对基体的割裂作用及引起的应力集中较灰铸铁 轻，因而其强度、塑性和韧性均较灰铸铁小，接近于铸钢，但不能锻造，其强度 利用率达到基体的 40～70％。为缩短石墨化退火的周期，细化晶粒，提高力学 性能，可在铸造时进行孕育处理，常用的孕育剂为 B、Al 和 Bi。 3、用途 可锻铸铁常用于铸造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小件，如汽车、拖拉机 的前后轮壳、管接头、低压阀门等。这些零件如用铸钢铸造则铸造性能差，若用 灰铸铁制造则韧性等性能达不到要求。 （三）球墨铸铁 球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。第 40 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院球墨铸铁的大致成分范围为： 3.8-4.0%C；2.0-2.8Si；0.6-0.8Mn；＜0.04%S；＜0.1%P。 与灰铸铁相比，它的碳当量(C%＋1/3Si%)较高，一般为过共晶成分，这有过 利于石墨球化。 1、组织 球墨铸铁是由基体和球状石墨组成的，铸态下的基体组织有 F、F＋P 和 P3 种。 石墨球是在球化剂的作用下形成的，常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁。镁 是阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨细小且分布均匀，在球化处理的 同时还必修进行孕育处理。常用的孕育剂是硅铁和硅钙合金。 2、性能 球状石墨对基体割裂作用和产生的应力集中较小，基体强度利用率可达 70～90％，接近于钢，塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。 球墨铸铁的突出特点是屈强比高， 约为 0.7-0.8， 而钢 AAN 一般只有 0.3-0.5。 3、热处理 由于石墨球对基体危害较小，因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化。球 墨铸铁的热处理特点是： （1）A 化温度比碳钢高，这是由于 Si 含量较高， S 点上升所致。 （2）淬透性比碳钢高， Si 可提高淬透性。 （3）A 中的碳含量可控，以石墨形式存在的碳溶入 A 的量和加热温度及保 温时间有关。 球墨铸铁的热处理主要有： （1）退火 目的是为了获得 F 基体。改善基体塑性，改善切削性能，消除铸造内应力。 （2）正火 目的获得 P 基体(占基体 75％以上)，细化组织提高球铁的强度和耐磨性。 （3）淬火加回火 目的为了获得 M 回和 S 回基体。 （4）等温淬火 目的获得 B 下， 获得最佳的综合力学性能。 此外， 还可进行表面淬火、 渗氮、 渗硼等工艺。 4、用途 蠕墨铸铁是在钢的基体上分布着蠕虫状石墨构成的，其大致成分范围为： 3.5-3.9%C， 2.2-2.8%Si，0.4-0.8%Mn，＜0.1%S，＜0.1%P 它是有铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用的蠕化剂有稀土硅铁镁合 金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等，蠕墨铸铁的显微组织由基体和蠕虫状石 墨组成， 其基体组织与球墨铸铁类似。与片状石墨相比蠕虫状石墨的长厚比值明 显减小，尖端变钝，对基体的割裂作用和应力集中明显减轻，所以蠕墨铸铁的强 度、塑性和抗疲劳性能由于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁和球铁之间，但导热 性、抗生长性好于球铁。常用于制造承受热循环载荷的零件。 三、重要考点 单选题 1．铸铁中的铁和硅是强烈促进石墨化的元素， （ ）的硅相当于 1%碳的作 用。第 41 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院A．1% B．2% C．3% D．4% 2. 灰铸铁的石墨形态是（ ） 。 A．片状 B．团絮状 C．球状 D．蠕虫状 3. 可锻铸铁的石墨形态是（ ） 。 A．片状 B．团絮状 C．球状 D．蠕虫状 答案：1.C；2.A；3.B。《机械工程材料》辅导资料十主 内 题：第八章 有色金属及其合金学习时间：2013 年 12 月 2 日－12 月 8 日 容： 这周我们将开始本课程课件第八章的学习，即有色金属及其合金。具体学习 内容如下： 一、学习要求 1、掌握铝及铝合金的性能特点及铝合金的分类； 2、掌握铜及铜合金的性能特点及铜合金的分类； 3、掌握钛及钛合金的性能特点及钛合金的分类； 4、掌握常用轴承合金的分类。 二、主要内容 一、铝及铝合金 （一）铝及铝合金的性能特点 纯铝具有白色光泽，密度小（2.72g/cm3),熔点低（660.4?） ，导电、导热 性能优良； 具有面心立方晶格， 无同素异构转变， 无磁性； 纯铝在空气中易氧化， 在其表面形成致密的氧化膜， 因而抗大气腐蚀性能好； 具有的塑性和低的强度 （纯 度为 99.99％时， σb=45MPa,δ=50％） ， 易于加工成型还具有良好的低温塑性 （－ 253?塑性仍不下降） 。 纯铝的主要用途是配Z铝合金，制作导线、包覆材料及耐蚀容器等。纯铝不 适合做机械零件。铝合金可改变其组织结构，提高力学性能。常加入的主要元素 有在：Cu、Mn、Si、Mg、Zn 等，此外还有 Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。由于以 上元素的加入， 使得铝合金既具有高的强度又保持了纯铝的优良特性。因此铝合 金可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件， 成为工业中广泛应用的有色金属 材料；又由于铝合金具有高的比强度，又成为飞机工业的主要结构材料。第 42 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院（二）铝合金的分类图 1 铝合金分类示意图 根据该相图铝合金是一种具有共晶结构的合金。 以 D 点为界可将铝合金分为 变形铝合金合铸造铝合金两大类。 D 点以左的合金为变形铝合金，其特点为 DF 线以上为单相α固溶体组织， 塑性好，适于压力加工；D 点以右为铸造铝合金，其组织中具有共晶组织适于铸 造。F 点以左的铝合金，其固溶体成分不随温度变化，不能依靠热处理强化，为 不可热处理强化的铝合金；成分在 F、D 点之间的合金，其固溶体成分随温度变 化，可通过热处理强化，为可热处理强化的铝合金。 （三）铝合金的热处理 对于可热处理强化的变形铝合金，其热处理方法为固溶处理加时效。 固溶处理是指：降变形铝合金加热到固溶温度（DF 线）以上，保温，然后 快冷，获得过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。 时效是指： 将过饱和固溶体在固溶线以下保温，以析出弥散强化相的热处理 方法。 室温下进行的称为“自然时效”，加热状态下进行的称为“人工时效”。 时效强化的实质是： 第二相从不稳定的过饱和固溶体中析出和长大，当与母 相晶格常数不同的第二相（GP 区及θ″中间相）与母相共格时晶格畸变严重， 位错运动阻力很大，强化效果最好； 当形成稳定化合物θ相，共格关系被破坏时，强化效果下降即产生过时效。 强化效果与加热温度和保温时间有关。 （四）铝合金的牌号、性能及用途 1、变形铝合金 2、铸造铝合金 二、铜及铜合金 （一）铜及铜合金的性能特点 纯铜呈紫红色，故又称为“紫铜”。其密度为 8.9g/cm3,熔点为 1083?；具 有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；具有良好的导电性和导热性；在大 气、淡水和冷凝水中具有良好的耐蚀性。第 43 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院纯铜的强度不高(σb＝200MPa-250MPa),硬度较低(40 HB-50HB),塑性好(δ ＝45～50％)。 冷变形后， 其强度可提高到 400～500MPa,硬度可达到 100～200HB， 但伸长率下降。纯铜主要用于配制铜合金、制作导线及耐蚀材料等。 铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的，常用合金元素为 Zn、Sn、Al、Mn、 Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr 等。 由于合金元素的固溶强化及第二相强化作用，使得铜合金既提高了强度，又 保证了纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广泛的应用。 根据化学成分，铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 （二）黄铜 以 Zn 为主要合金元素的铜合金称为“黄铜”。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜； 按加工方法可分为加工黄铜和 铸造黄铜。 1、普通黄铜 2、特殊黄铜 （三）青铜 1、锡青铜 锡青铜是以 Sn 为主加元素的铜合金，锡含量一般为 3～14％Sn。含 5～7％ Sn 的锡青铜塑性好，适于冷加工。＞10％Sn 的锡青铜强度较高，适于铸造。锡 青铜铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件密度低，高压下渗露，但体积收缩率 很小，适于铸造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。 2、铝青铜 铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，铝含量一般为 5-11%。铝含量为 10％左 右时强度最高，多在铸态或经过热加工后使用。铝青铜的强度、硬度、耐磨性、 耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但收缩率比锡青铜大，焊接 性能差。 3、铍青铜 铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量一般为 1.7-2.5%。铍青铜是时 效强化合金，经淬火加时效处理后，其抗拉强度达 1200MPa～1400MPa,硬度达 350HB～400HB。铍青铜具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性、良好的导电 性、导热性和耐低温性，无磁性，受冲击时不起火花，以及良好的冷热加工性能 和铸造性能，但价格昂贵。 （四）白铜 以镍为主加元素的铜合金称为“白铜”。白铜分为普通白铜和特殊白铜。 普通白铜的牌号为：B＋镍的平均百分含量，如 B5，为含镍 5％的白铜；特 殊白铜的牌号为：B＋主加元素符号（镍除外）＋镍平均百分含量＋主加元素平 均百分含量。如 BMn40－1.5 为含 40％Ni、1.5%Mn 的锰白铜。 三、钛及钛合金 （一）工业纯钛 纯钛是灰白色金属，密度小(4.507g/cm3),熔点高(1688?)，在 882.5?发 生同素异构转变α-Ti←→β-Ti。β-Ti 存在于 882.5?以上，具有体心立方晶 格， α-Ti 存在于 882.5?以下， 具有密排六方晶格。 纯钛的强度低， 比强度高， 塑性、低温韧性和耐蚀性好，具有良好的加工工艺性能,切削加工性能与不锈钢 接近。纯钛的性能受杂质影响很大，少量杂质即可显著提高其强度。纯钛主要用 于 350?以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用的热交换器、反应器，第 44 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院海水净化装Z及舰船零部件。 （二）钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。根据合金元素对钛同素异构的影响，可将其 分为三类。第一类是α相稳定元素，该元素能使钛的同素异构转变温度升高，形 成α固溶体如 Al、C、N、B 等。第二类是β相稳定元素，能使钛的同素异构转变 温度降低，形成β固溶体，如 Fe、Mo、Mg、Cr、Mn、V 等。第三类是中性元素， 对同素异构转变温度无影响，如 Sn、Zr 等。 几乎所有钛合金中都含有铝， 因为铝能提高钛合金的强度、 比强度和再结晶温度。 按退火组织，钛合金可分为α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金 ，三类。 他们的牌号分别用 TA、TB、TC 加顺序号表示，如 TA5、TB2、TC4 等，其中 TA0～ TA3 为工业纯钛。 四、轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为“轴承合金”。 滑动轴承是许 多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。与 滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。 （一）组织性能要求 当轴高速旋转时， 轴瓦除与轴颈发生强烈磨差外，还要承受轴颈施加的交变 载荷和冲击力。因此要求轴承合金具有以下性能： 1、足够的 强韧性，承受轴颈施加的压力、冲击及交变载荷。 2、较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐磨性，防止轴与轴瓦之间咬合。 3、较小的摩檫系数，良好的耐磨性和磨合性，减少轴颈磨损，保证轴与轴 瓦良好的跑合 为满足上述要求， 轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬度质点或硬的基 体上分布着软的质点。当轴旋转时，软的基体(或质点)被磨损凹陷，减少了轴颈 与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点(或基 体)则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。此外，软基体(或质点)还能嵌藏外来硬 杂质颗粒的作用，以避免檫伤轴颈。 （二）常用轴承合金 工业上应用的轴承合金很多， 常用的有锡基、 铅基、 铜基和铝基轴承合金等， 其中锡基和铅基轴承合金又称为“巴氏合金”。是应用最广的轴承合金。 三、重要考点 1、简述各种青铜合金的特点。 2、以（ ）为主要合金元素的铜合金称为白铜。 A．锌 B. 锡 C. 铝 D. 镍 答案 1. （1） 锡青铜： 锡青铜是以 Sn 为主加元素的铜合金， 锡含量一般为 3～14％ Sn。含 5～7％Sn 的锡青铜塑性好，适于冷加工。＞10％Sn 的锡青铜强度较高， 适于铸造。锡青铜铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件密度低，高压下渗露， 但体积收缩率很小，适于铸造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。 （2）铝青铜：铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，铝含量一般为 5-11%。 铝含量为 10％左右时强度最高，多在铸态或经过热加工后使用。铝青铜的强度、第 45 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但收缩率比 锡青铜大，焊接性能差。 （3） 铍青铜： 铍青铜是以铍为主加元素的铜合金， 铍含量一般为 1.7-2.5%。 铍青铜是时效强化合金， 经淬火加时效处理后， 其抗拉强度达 1200MPa～1400MPa, 硬度达 350HB～400HB。铍青铜具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性、良 好的导电性、导热性和耐低温性，无磁性，受冲击时不起火花，以及良好的冷热 加工性能和铸造性能，但价格昂贵。 2. D《机械工程材料》辅导资料十一主 内 题：第九章 高分子材料学习时间：2013 年 12 月 9 日－12 月 15 日 容： 这周我们将开始本课程课件第九章的学习，即高分子材料。具体学习内容如 下： 一、学习要求 1、掌握高分子材料的分类及命名方式。 2、理解高分子材料的力学状态曲线。 3、理解工程上常用的高分子工程材料的组成、分类、性能特点。 4、理解合成橡胶的组成及性能特点。 二、主要内容 一、概述 高分子材料分为天然高分子材料和人工高分子材料两类，天然的有：松香、 淀粉、天然橡胶等；人工的有：塑料、合成橡胶等。工业用的高分子材料大都是 人工合成的。 （一）高分子材料的分类和命名 高分子材料的分类方法很多，常用的有以下几种： 1、按用途分为：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 塑料在常温下有固定的形状，强度较大，受力后能发生一定的变形。橡胶在 常温下具有很高的弹性， 而纤维的单丝强度高。有时把聚合后未加工的聚合物称 为树脂，如电木未固化前称为“酚醛树脂” 。 2、按聚合物反应类型可分为加聚物和缩聚物。 加聚物是由加成聚合反应（简称“加聚反应”）得到，链节结构与单体结构 相同，如聚乙烯。缩聚物是由缩合聚合反应（简称“缩聚反应”）得到，聚合过 程中有小分子副产品放出。 3、按聚合物的热行为可分为热塑性聚合物和热固性聚合物。 热塑性聚合物的特点是热软冷硬，如聚乙烯。热固性聚合物受热时固化，成 形后再受热不软化，如环氧树脂。 4、按主链上的化学组成可分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 碳链聚合物的主链由碳原子一种元素组成，如－C－C－C－C－C－。 杂链聚合物的主链除碳外还有其他元素，如 -－C－C－O－C－，－C－C－N －C－，－C－C－S－C－等。第 46 页 共 98 页大连理工大学网络教育学院元素有机聚合物的主链由氧和其他元素组成，如－O－Si－O－Si－O－等。 高分子材料多采用习惯命名。常用的有： （1）在原料单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙稀等； （2）在原料单体名称后加“树脂”，如环氧树脂、酚醛树脂等。 （3） 采用商品名称， 如聚酰胺称为“尼龙”或“棉纶”、 聚酯称为“涤纶”、 聚甲基丙烯酸称为“有机玻璃”等。 （4）采用英文字母缩写，如聚乙烯用“PE”、聚氯乙稀用“PVC”等。 （二）高分子材料的力学状态 1、线型非晶态高聚物的力学状态