【正文】 勻晶相圖：兩元素在液態(tài)、固態(tài)均能無限互溶時所構(gòu)成的相圖（P52 Fig36）。金屬化合物：金屬和非金屬原子形成的化合物。形成條件是溶質(zhì)溶劑原子直徑相差不多（～）。間隙固溶體一般是有限固溶體。固溶體：就是固態(tài)下組成元素之間能互相溶解而形成均勻的合金。重點和難點：典型的共晶相圖，共晶和共析反應(yīng)等。本章小結(jié)：本章主要講述金屬變形的理論，也講述了變形對金屬晶體性能的影響和消除影響的措施。使性能下降。再結(jié)晶溫度：進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。第二，性能變化：強(qiáng)度增加、塑性變差、韌性下降（加工硬化：金屬變形使強(qiáng)度增加、塑性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化，或冷作硬化、形變強(qiáng)化）。由于晶界的存在，首先，滑移不易從一個晶粒傳遞到相鄰的另一個晶粒，表現(xiàn)出阻礙作用，因而需要更大的外力（表現(xiàn)為強(qiáng)度增加）。σsσb應(yīng)力低碳鋼的拉伸試樣和拉伸曲線：P24 Fig21應(yīng)變圖21 低碳鋼的拉伸曲線通過拉伸可以測定金屬材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）、延伸率、斷面收縮率等力學(xué)性能指標(biāo)。決不允許發(fā)生塑性變形。壓力加工方法主要有鍛造、軋制、拉拔、擠壓等。重點和難點：金屬材料在冷、熱加工時所表現(xiàn)的特性及其原因。本章小結(jié)：本章主要講述金屬晶體的種類以及不同晶體所表現(xiàn)出的性能差異。晶粒：由晶界包圍的晶體。自發(fā)形核：直接在液態(tài)金屬中產(chǎn)生晶核，稱為自發(fā)形核。過冷度：金屬的實際凝固溫度與理論凝固溫度之差。這個溫度就是理論結(jié)晶溫度。6金屬的結(jié)晶結(jié)晶：由液態(tài)金屬向原子規(guī)則排列、形成金屬晶體的過程就稱為結(jié)晶。5金屬的特性及其原因第一，良好的導(dǎo)電性：原因是大量的自由電子存在。第三，外形規(guī)則。晶格常數(shù)：晶胞各邊的尺寸。3金屬晶體晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子的分布和排列方式。各向異性：晶體內(nèi)，由于晶面和晶向上原子分布排列緊密程度的不同，使晶體在不同晶面或不同晶向上具有不同性能的這種現(xiàn)象。1晶體與非晶體晶體：原子在空間規(guī)則排列所形成的物體。本章作業(yè)：無。每種材料都具備自己特有的性能，可以應(yīng)用在特定的場合。這是為什么呢？因為每種材料都有自己特殊的性能：黑色金屬強(qiáng)度高、有色金屬導(dǎo)電性好、陶瓷耐高溫、橡膠有良好的耐磨性、鉛可以作為電極。表01 機(jī)械工程材料的分類機(jī)械工程材料金屬材料黑色金屬材料如鐵、鋼等灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼等有色金屬材料如銅、鋁等純銅、黃銅、青銅、純鋁、鋁合金、純鈦、鈦合金等非金屬材料高分子材料如塑料、橡膠等熱塑性塑料、熱固性塑料、天然或合成橡膠等陶瓷材料如普通陶瓷、特種陶瓷等粘土陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷等復(fù)合材料如粒子增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等纖維樹脂復(fù)合材料、纖維金屬復(fù)合材料等資料來源：Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology (4th Edition), 北京：高等教育出版社, 2005年3月, P28在迄今為止的元素周期表的109種元素中，金屬元素有86中，%，居絕對領(lǐng)先地位。1材料的分類機(jī)械有許多種：天上飛的有飛機(jī)、火箭，路上跑的有汽車、自行車，水里游的有船舶、潛艇等。機(jī)械工程材料培訓(xùn)教程作者：日期：第0章 緒論目的和要求：本章主要講授材料與機(jī)械的關(guān)系，其目的是使學(xué)生明確常用機(jī)械工程材料的分類。大到排水幾十萬噸的航空母艦，小到可以鉆進(jìn)人體血管的微型機(jī)器人。另一方面，國際鋼鐵協(xié)會(International Iron and Steel Institute)批露的數(shù)據(jù)顯示，2006年全球粗鋼產(chǎn)量上升9%。材料性能的分類：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等。正確地為機(jī)器零件選用合適的材料是每個工程技術(shù)人員應(yīng)盡的責(zé)任和重要的任務(wù)。第1章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶目的和要求：本章主要講授有關(guān)金屬材料晶體的基本理論和基礎(chǔ)知識。一般而言，固體金屬都是晶體。2金屬鍵金屬原子的特點：外層電子少容易丟失，因而變成正離子和自由電子。也簡稱結(jié)構(gòu)。以埃為單位，埃與米的換算關(guān)系。4常見的金屬晶格類型金屬晶體對稱性高，90%屬于以下三種晶格。第二，良好的導(dǎo)熱性：原因是大量的正離子存在。結(jié)晶產(chǎn)品可以只是半成品（鑄錠），也可以是成品（鑄件）。記為T0。ΔT=T0Tn金屬結(jié)晶必須是一個自由能降低的自發(fā)過程。非自發(fā)形核：依靠外來固體粒子形成的晶核，就是非自發(fā)形核。7實際使用的工程材料——金屬都是多晶體，晶體內(nèi)是有缺陷的：點缺陷（空位、間隙原子、置換原子）、線缺陷（位錯）、面缺陷（亞晶界、晶界）。內(nèi)容抽象不易引起學(xué)生注意，應(yīng)當(dāng)時時提醒，適當(dāng)練習(xí)鞏固理論學(xué)習(xí)成果。學(xué)時的分配：2學(xué)時。以克服鑄件的不足。2變形及其分類變形：金屬在外力作用下，發(fā)生形狀和尺寸的改變。3金屬塑性變形的方式單晶體的塑性變形方式：滑移（一部分相對另外一部分的移動）和孿生（一部分相對另外一部分的轉(zhuǎn)動）。其次，晶界兩側(cè)晶粒的位向可能不同，他們內(nèi)部滑移系有的可能開動，有的不能開動，有的受拉有的受壓甚至受扭，使滑移不能協(xié)調(diào)而變形困難（表現(xiàn)為強(qiáng)度增加）。第三，各向異性。一般T再=（～）Tm二次再晶粒：一次再結(jié)晶后，少數(shù)晶粒擇優(yōu)生長成為特大晶粒、其他晶粒被吞食的這種現(xiàn)象。6金屬的熱加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下對金屬進(jìn)行的加工。教師要使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，從組織結(jié)構(gòu)的變化與表現(xiàn)出的力學(xué)性能上找出聯(lián)系。學(xué)時的分配：2學(xué)時。有間隙固溶體和置換固溶體兩種。通常由于間隙原子的存在而導(dǎo)致晶格發(fā)生正的畸變。置換固溶體一般是無序固溶體，一定條件下可形成有序固溶體。通常具有金屬特性。共晶相圖：兩元素液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶，并有共晶轉(zhuǎn)變構(gòu)成的相圖（如CuNi系構(gòu)成的Fig39，P52）。如PtAg系（P60）1186℃的反應(yīng) αC+LE→βD共析反應(yīng)：從一個固相中析出另外兩個新的固相的轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）。本章作業(yè)：自教材P64～65中選取。學(xué)時的分配：2學(xué)時。典型的例子就是鐵：912℃以下是體心立方的α鐵，912～1394℃是面心立方的γ鐵，1394～1538℃又為體心立方的α鐵（為區(qū)別而稱為δ鐵）。高溫時塑性變形能力強(qiáng)。硬度高、強(qiáng)度低、塑性極差。注意：共析反應(yīng)的產(chǎn)物叫珠光體，是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，記為P。%時，F(xiàn)e3C沿晶界分布成網(wǎng)狀，易產(chǎn)生裂紋，強(qiáng)度反而降低。5鐵碳合金相圖的應(yīng)用第一，在選材方面的應(yīng)用：低碳鋼（～%）強(qiáng)度一般不高，塑性、韌性好，適宜制作建筑結(jié)構(gòu)、容器等。第二，在鑄造方面的應(yīng)用：合金熔點低、結(jié)晶溫度區(qū)間窄有利于增加流動性，對鑄造有利。第四，在熱處理方面的應(yīng)用：熱處理需要將鋼加熱到單一的奧氏體區(qū)域，或加熱到與臨界點有關(guān)的某個溫度，而相圖則清晰反應(yīng)了鐵碳合金成分、溫度、組織的關(guān)系。按質(zhì)量分成普通碳素鋼（S、P含量比較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（、P含量較低）和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S、P含量低）三種。典型牌號：Q19Q21Q23Q25Q275等。典型牌號：460、16Mn、70Mn、08F等。典型牌號：TT8Mn、TT1T8A、T12A等。典型用途：受力不大、韌性良好、可焊接的機(jī)座、殼體；強(qiáng)度較高、有一定塑性、可焊接的軋鋼機(jī)機(jī)架、連桿、曲軸；高強(qiáng)度、高耐磨性、能切削加工的齒輪、棘輪等。重點和難點：金屬材料熱處理后的性能特點。熱處理工藝曲線：表示熱處理工藝的溫度—時間曲線。退火的目的是獲得接近平衡狀態(tài)的組織、消除不平衡的強(qiáng)化狀態(tài)、為最終加工作好組織準(zhǔn)備。淬火的目的是提高鋼的強(qiáng)度和硬度。也稱為表面淬火。通常有滲碳、滲氮、碳氮共滲（氰化）、滲棚、滲鉻、滲鋁等。本章作業(yè)：自教材P133～135中選取。學(xué)時的分配：3學(xué)時。2合金結(jié)構(gòu)鋼第一，工程結(jié)構(gòu)鋼命名方法：2位數(shù)字（名義含碳量1萬倍）+合金元素符號和含量（不足1%不注明含量）（GB/T1591）。典型用途：大型曲軸；汽車半軸、通用或重載軸、鏜床鏜桿。典型牌號：60Si2Mn、50CrA等。典型牌號：Y12Pb、Y45Ca等。典型用途：大型鑄鋼件。第十，高速鋼命名方法：2位數(shù)字（名義含碳量1千倍）或不標(biāo)注（超過1%）+合金元素符號和含量（不足1%不注明含量）（GB/T3080）。典型用途：車、銑、刨、刮以及鑿巖等工具。典型用途：塞規(guī)、樣板、千分尺等。第十六，耐熱鋼耐熱鋼按組織種類劃分，有奧氏體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼（還有珠光體耐熱鋼）兩大類。承受很大沖擊載荷、并摩擦?xí)r使其發(fā)生顯著的加工硬化，硬度從210HB迅速上升到450～550HB。本章小結(jié)：合金鋼涉及的內(nèi)容很多，應(yīng)當(dāng)也只能在有限的學(xué)時內(nèi)擇其重要的重點講授，講授時的“命名牌號性能用途”脈絡(luò)應(yīng)當(dāng)清晰，典型用途務(wù)必重點講述。這都是本章所應(yīng)當(dāng)講授的內(nèi)容。性能特點：抗拉強(qiáng)度低、塑性韌性差、抗震/耐磨性能好、切削加工性好、缺口敏感性低。石墨：六方晶系，碳原子靠共價鍵結(jié)合（結(jié)合力較強(qiáng)）、呈層狀分布，層間為分子鍵結(jié)合（結(jié)合力弱）。鑄鐵的基體有鐵素體（F）、珠光體（P）和鐵素體+珠光體（F+P）三種。其他：灰口鑄鐵冷卻過程中，由于截面或壁厚不均，會產(chǎn)生應(yīng)力。第二，球墨鑄鐵命名方法：QT最低抗拉強(qiáng)度最低延伸率（GB/T1348）。球墨鑄鐵可以進(jìn)行高溫退火（促使自由滲碳體石墨化）、低溫退火（改善塑性）和消除應(yīng)力退火；還可以正火、調(diào)質(zhì)和等溫淬火。其他：減震性優(yōu)于球墨鑄鐵而不及灰口鑄鐵，抗拉強(qiáng)度/疲勞強(qiáng)度/延伸率優(yōu)于灰口鑄鐵接近球墨鑄鐵，切削加工和鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵接近灰口鑄鐵。其他：可鍛鑄鐵并不真正可以鍛造，只是有一定的塑性和韌性。3鑄鐵的性能特點及其原因第一，鑄造性能鑄鐵的熔點低，流動性好，因此有良好的充模性，可以生產(chǎn)薄壁復(fù)雜零件。損害其機(jī)械性能。因而廣泛用做受壓零件如機(jī)座等。一般振動能量衰減率不低于10%（鋼只有2～3%）。本章小結(jié)：本章作業(yè)：自教材P223中選取。學(xué)時的分配：4學(xué)時。2鋁鋁是產(chǎn)量僅次于鋼鐵的金屬材料。3純鋁及其牌號、用途工業(yè)純鋁：～%。牌號L0，L00，數(shù)字大純度高。用于特殊場合、科學(xué)研究等。有不能熱處理強(qiáng)化鋁合金、能熱處理強(qiáng)化鋁合金兩類。人工時效：加熱條件下進(jìn)行的時效。5常用鋁合金命名方法：新國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16474規(guī)定了純鋁和變形鋁合金的四位數(shù)字/字符體系，其中第1位數(shù)字代表組別（1～8，表83），第2位字符代表，3/4位代表鋁的純度。典型牌號及應(yīng)用：2A01（LY1）鉚釘、2A11（LY11）航空軸/銷等。典型牌號及應(yīng)用：3A21（LF21）焊接油箱等。典型牌號及應(yīng)用：4A11（LD11）航空發(fā)動機(jī)活塞等重載荷模鍛件。注意事項：不能時效處理。第六，7系列鋁合金主合金元素：Zn。典型牌號及應(yīng)用：8A06（L6）鉚釘?shù)?。注意事項：一般?jīng)熱處理使用。強(qiáng)度、硬度低，塑性好。牌號為T1，T2，T3（GB/T5231），數(shù)字越大純度越低。用于制作電真空器件等。Zn含量0～50%。命名方法：H（合金元素）銅含量（其他元素及含量）（GB/T5231）。耐磨性極高、耐蝕性好、充模能力強(qiáng)。第二，鑄造青銅命名方法：ZCu合金元素及含量（GB/T1176）?！姘l(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。鑄造鈦合金則在前加Z。本章作業(yè)：自教材P263中選取。本章應(yīng)當(dāng)采取措施針對性地予以講授。2高分子材料高分子材料：以高分子化合物為主要組成部分的材料。實際上，人們所說的高分子化合物，其分子質(zhì)量在1000～1，000，000之間。鏈節(jié)：大分子中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。顯然，聚合度越高，分子鏈的鏈節(jié)數(shù)越多，分子也就越大。碳是組成高分子鏈的主要元素，碳的四個共價鍵呈對稱的三維棱錐形態(tài)。線形和支鏈形分子結(jié)構(gòu)的聚合物，表現(xiàn)為良好的可塑性和高彈性、一定的可溶性、重復(fù)加熱/冷卻的軟化/硬化性，因而稱做熱塑性聚合物。晶體：聚合物中分子鏈規(guī)則排列的部分，就稱為晶體，不規(guī)則的則稱為非晶體。有一定剛度、只能發(fā)生微量彈性變形（普彈形變）?？梢酝ㄟ^噴絲、吹塑、擠壓、模鑄等方法進(jìn)行加工，應(yīng)力、溫度、冷卻方式和模具形狀影響組織和性能。有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。有官能團(tuán)交聯(lián)反應(yīng)和輻射交聯(lián)反應(yīng)兩種。熱固性聚合物：壓塑成形、壓注成形等。還有固化劑、潤滑劑、著色劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等，視情況加入。優(yōu)點：原料來源豐富，價格低廉。應(yīng)用：低壓PE用于制作管道、閥門、高頻絕緣材料（使用溫度100℃）等。熔化溫度220～260C，模具溫度50～95C；注射壓力700~1050bar，建議使用高速注射。適用于注塑模的PEHD分子量分布很窄。熔化溫度180～280C，模具溫度20～40C，注射壓力最大可到1500bar，保壓壓力最大可到750bar，建議使用快速注射速度。優(yōu)點：化學(xué)穩(wěn)定性高、絕緣性好、阻燃耐磨、消聲減震、成本低廉、加工容易。注塑模工藝條件：通常不需要干燥處理?；瘜W(xué)和物理特性：一種非結(jié)晶性材料，在實際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、潤滑劑、輔助加工劑、色料、抗沖擊劑及其它添加劑。PVC在加工時熔化溫度是一個非常重要的工藝參數(shù)，如果此參數(shù)不當(dāng)將導(dǎo)致材料分解的問題。第三，聚酰胺（PA，polyamide）熱塑性工程塑料，俗稱尼龍（有PAPA12和PA66），是最早發(fā)現(xiàn)能承受負(fù)荷的塑料，在機(jī)械工業(yè)中廣泛應(yīng)用。使用溫度100℃。熔化溫度230~280C，模具溫度80~90C（模具溫度顯著影響結(jié)晶度，從而影響塑件的機(jī)械特性）。 化學(xué)和物理特性：熔點較低，工藝溫度范圍很寬?！?（但和流程相垂直的方向還要稍高一些）。精確地控制模具溫度對PA12來說是很重要的。很好的抗沖擊性、化學(xué)穩(wěn)定性。它的流動性很好。熔化溫度260~290C，模具溫