目录

  • 1 绪论
    • 1.1 章节简介
    • 1.2 机械工程材料的分类及应用
    • 1.3 机械工程材料课程的目的和学习要求
  • 2 工程材料的性能
    • 2.1 章节简介
    • 2.2 材料的力学性能
    • 2.3 材料的工艺性能
    • 2.4 章节测验
  • 3 工程材料的结构
    • 3.1 章节简介
    • 3.2 材料的结合键
    • 3.3 金属的晶体结构
    • 3.4 金属的实际晶体结构
    • 3.5 章节测验
  • 4 工程材料的凝固
    • 4.1 章节简介
    • 4.2 纯金属的结晶
    • 4.3 合金的结晶
    • 4.4 Fe-Fe3C相图
    • 4.5 章节测验
  • 5 金属的塑性成形和再结晶
    • 5.1 章节简介
    • 5.2 金属的塑性变形
    • 5.3 塑性变形对金属组织和和性能的影响
    • 5.4 回复与再结晶
    • 5.5 金属的热加工
    • 5.6 章节测验
  • 6 钢的热处理
    • 6.1 概述
    • 6.2 章节简介
    • 6.3 钢在加热时的组织转变
    • 6.4 钢在冷却时的组织转变
    • 6.5 钢的退火与正火
    • 6.6 钢的淬火
    • 6.7 淬火钢的回火
    • 6.8 钢的表面热处理
    • 6.9 章节测验
  • 7 工业用钢
    • 7.1 章节简介
    • 7.2 钢的分类与编号
    • 7.3 钢中的杂质与合金元素
    • 7.4 结构钢
    • 7.5 工具钢
    • 7.6 特殊性能钢
    • 7.7 章节测验
  • 8 铸铁
    • 8.1 章节简介
    • 8.2 概述
    • 8.3 灰铸铁
    • 8.4 球墨铸铁
    • 8.5 可锻铸铁
    • 8.6 章节测验
  • 9 非铁合金
    • 9.1 章节简介
    • 9.2 铝及铝合金
    • 9.3 铜及铜合金
    • 9.4 滑动轴承合金
    • 9.5 章节习题
  • 10 常用非金属材料
    • 10.1 章节简介
    • 10.2 常用高分子材料
    • 10.3 陶瓷材料
    • 10.4 复合材料
    • 10.5 章节习题
  • 11 新型工程材料
    • 11.1 章节简介
    • 11.2 章节习题
  • 12 零部件的失效与选材
    • 12.1 章节简介
    • 12.2 零部件的失效
    • 12.3 零部件的选材
    • 12.4 章节习题
  • 13 实验课程
    • 13.1 金相显微镜的使用
    • 13.2 铁碳合金平衡组织观察与分析
    • 13.3 钢的普通热处理
    • 13.4 钢的硬度测定
    • 13.5 金相互动实验
    • 13.6 典型零件选材、热处理工艺及金相分析综合性试验
    • 13.7 创新实践活动
金属的实际晶体结构



    晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。

 ♦  晶体具有各向异性

       例如:单晶硅、单晶锗等。






 实际工程上用的金属材料都是由许多颗粒状的小晶体组成,每个小晶体内部的晶格位向是一致的,而各小晶体之间位向却不相同,这种不规则的、颗粒状的小晶体称为晶粒晶粒与晶粒之间的界面称为晶界由许多晶粒组成的晶体称为多晶体                   

                                                                                                                                           金属的多晶体结构示意图


据晶体缺陷的几何特点,可将其分为以下三种类型:















点缺陷

点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。

最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。

在晶体中由于点缺陷的存在,将引起周围原子间的作用力失去平衡,使其周围原子向缺陷处靠拢或被撑开,从而晶格发生歪扭,这种现象称为晶格畸变晶格畸变会使金属的强度和硬度提高。     



              

线缺陷

线缺陷是指在一个方向上的尺寸很大,另两个方向上尺寸很小的一种缺陷,主要是各种类型的位错。

所谓位错是晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

位错的形式很多,其中简单而常见的刃型位错,晶体的上半部多出一个原子面(称为半原子面),它像刀刃一样切入晶体中,使上、下两部分晶体间产生了错排现象,因而称为刃型位错



                                 刃型位错示意图

位错的存在对金属的力学性能有很大的影响。例如冷变形加工后的金属,由于位错密度的增加,强度明显提高。


面缺陷

面缺陷是指在两个方向上的尺寸很大,第三个方向上的尺寸很小而呈面状的缺陷。面缺陷的主要形式是各种类型的晶界。

晶界的存在,在常温下对金属塑性变形起阻碍作用。所以,金属的晶粒愈细,则晶界愈多,对塑性变形的阻碍作用愈大,金属的强度、硬度愈高。



                              晶界与亚晶界结构示意图


基本概念

合金:两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。

相:指系统中具有同一聚集状态、同一物理化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。

     

两大类:固溶体和金属化合物。


固溶体

定义:就是固体溶液,是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体,并保持溶剂元素的晶体结构。

结构:同溶剂的晶格结构。

分类置换固溶体和间隙固溶体



        

 

固溶体的性能:与基体金属相比,强度硬度增加,塑性韧性降低,电阻、矫顽力增加。

固溶强化通过溶入某种合金元素形成固溶体而使材料强度增加的现象称为固溶强化。强化材料的方法之一。


金属化合物

定义:合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。

性能特点:三高。


机械混合物

是由两种单相固溶体或固溶体与化合物组成的一种复相物,两相各自保持独立的晶格结构,不互溶,不化合,作为一种金相组织出现在合金中。

机械混合物的性能取决于两相的相对含量及组成相的大小和形状。