金属材料基本知识上课讲义.ppt

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1、金属材料基本知识一、金属材料力学性能1、刚度：材料抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量：E=/2、强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：抗拉强度b—材料断裂前承受的最大应力。屈服强度s—材料产生微量塑性变形时的应力。屈强比越小,构件万一超载时，产生塑性变形的时间越长，则离断裂的时间长，易发现和马上采取措施（如停机、换构件等），即时间裕度大，可靠性高。屈强比大，则屈服强度高，材料强度利用率高。屈强比增大，则材料塑性段距离减小，固将增加材料的脆性趋势。屈强比概念：σs/σb4金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。相互关系：HBS≈10HRC≈H

2、VHB：HBS－淬火钢球测定硬度值450以下的材料HBW－硬质合金球测定硬度值650以下的材料HR：HRA适用硬质合金、表面淬火层、渗碳钢HRB适用有色金属、退火钢、正火钢HRC适用淬火钢、调质钢3、硬度54、韧性（冲击韧度）定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功，用符号Ak表示，Ak=mgH-mgh(J)，冲击韧度值ak就是试样缺口处单位面积上所消耗的冲击功。ak﹦AK/A，单位J/cm2。5、疲劳强度疲劳强度：指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值。对于对称循环交变应力的疲劳强度

3、用用σ-1表示，单位为MPa。疲劳现象：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。（80%的断裂由疲劳造成）国标规定：对于钢铁材料，一般规定疲劳极限对应的应力循环次数为107，有色金属及合金为108。合理选材；注意其结构形状，避免应力集中，减少缺陷；提高表面光洁度和表面强化等方法。那么怎样提高零件的疲劳强度呢？?σ-1=(0.45～0.55)σb碳素钢的疲劳强度和抗拉强度关系：二、晶体结构㈠纯金属的晶体结构1、理想金属⑴晶体：原子呈规则排列的固体。晶格：表示原子排列规律的空间

4、格架。晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.⑵三种常见纯金属的晶体结构Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常见金属31212滑移系底面对角×3<110>×3<111>×2滑移方向六方底面×1{111}×4{110}×6滑移面0.740.740.68致密度12128配位数642原子个数原子半径a、caa晶格常数密排六方面心立方体心立方2、实际金属⑴多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体.晶界：晶粒之间的交界面。⑵晶体缺陷—晶格不完整的部位①点缺陷空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间

5、隙中的原子。置换原子：取代原来原子位置的外来原子。②线缺陷——位错晶格中一部分晶体相对另一部分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接线.③面缺陷——晶界和亚晶界亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。④晶界的特点：原子排列不规则；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。㈡合金合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。1、固溶体：与组成元素之一的晶

6、体结构相同的固相.⑴置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。⑵间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。铁素体：碳在-Fe中的固溶体。奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。马氏体：碳在-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，塑性、韧性下降的现象。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。2、金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相.①正常价化合物如Mg2Si②电子化合物如Cu3Sn③间隙化合物：由过度

7、族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。三、金属的结晶㈠纯金属1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程⑴结晶的条件——过冷：在理论结晶温度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。⑵结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大形核——自发形核与非自发形核长大——均匀长大与树枝状长大⑶结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③机械振动、搅拌2、纯金属中的固态转变同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化

8、。1394℃912℃铁的同素异构转变：-Fe⇄-Fe⇄-Fe㈡合金1、相图匀晶L共晶L+共析+包晶L+杠杆定律：只适用于