【正文】 固態(tài)物質(zhì)的性能與原子在空間的排列情況有著密切的關(guān)系。 缺點：其硬度值需要先測量對角線長度，然后經(jīng)計算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗高。如６４０／ＨＶ３０／２０ ,表示 30kgf () 試驗力，保持時間為 20s 測得維氏硬度值為 640。 式中 Ｆ－作用在壓頭上的試驗力（Ｎ） d－壓痕兩對角線長度的平均值（㎜） ＨＶ值的單位為Ｎ /㎜ 2 ，但習(xí)慣上只寫出硬度值而不標(biāo)出單位。 試驗原理 維氏硬度試驗原理與布氏硬度相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積上的試驗力大小來計算硬度值。 缺點：由于壓痕小，測得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值。在中等硬度情況下，洛氏硬度ＨＲＣ與布氏硬度ＨＢＳ之間關(guān)系約為 1： 10，如 40ＨＲＣ 相當(dāng)于 400ＨＢＳ 。由此獲得的洛氏硬度值ＨＲ為一無名數(shù)，試驗時一般由試驗機指示器上直接讀出。因此采用一個常數(shù) c 減去 h來表示硬度的高低。 3－ 3 是卸除主試驗力后壓頭所處的位置，由于金屬彈性變形得到恢復(fù)，此時壓頭實際壓入深度為 h3。壓入試樣表面之后卸除主試驗力，在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。 布氏硬度試驗常用來測定原材料、半成品及性能不均勻的材料（如鑄鐵）硬度。為了避免壓頭變形，可用硬質(zhì)合金 球壓頭，它適用于測試 HBW＜ 650 的金屬材料。 除了采用鋼球（或硬質(zhì)合金球）直徑Ｄ為 10ｍｍ，試驗力Ｆ為 3000ｋｇｆ（２９４２１Ｎ），保持時間 10－ 15s 的試驗條件外，在其它試驗條件下測得的硬度值，應(yīng)在 符號 HBS 的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗力大小和試驗力保持時間。 HBS(HBW)：用鋼球（硬質(zhì)合金球）試驗的布氏硬度值； F：試驗力（ N）； d：壓痕平均直徑（ mm）； D：鋼球（硬質(zhì)合 金球）直徑（ mm）． 布氏硬度的單位為 N/mm2，但習(xí)慣上只寫明硬度值而不標(biāo)出單位。 一、布氏硬度 試驗原理 用直徑為 D 的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗力 F 壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后卸除試驗力，在試樣表面留下球形 壓痕，如左圖所示。 材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。塑性好的材料，不僅能順利地進行軋制、鍛壓等成形工藝，而且在使用中萬一超截，由于變形而能避免突然斷裂。用符號δ表示。用符號σ s 表示 σ s＝ Fs/So 式中 Fs 表示試樣屈服時所承受的拉伸力（ N） So 表示試樣原始橫截面積（平方毫米） 抗拉強度是指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力，用符號σ b 表示。 －伸長曲線 二、強度 強度 是指金屬材料在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。其過程一般是：彈性變形－塑性變形－斷裂。 工藝性能：在制造機械零件及工具過程中，金屬材料適應(yīng)各種冷、熱加工的性能。 ，通過實驗具有一定的實驗操作技能和正確分析實驗的能力。 ⑵實踐性強 有利于培養(yǎng)實踐技能，提高動手能力，為獲取“雙規(guī)”提供保障。 工程材料是一門內(nèi)容廣泛，理論和實踐相結(jié)合的課程，希望我們共同努力完成本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。現(xiàn)代工業(yè)裝備向著高速、自動、精密等方向發(fā)展。緒 論 材料是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以歷史學(xué)家以石器時代、陶瓷時代、銅器時代來劃分古代史各階段，而今人類正跨入人工合成材料的新時代。我們是繼往開來的接班人，要努力學(xué)好工程材料，為四化做貢獻。 : 機械制造工藝分為 機械工程材料 :機械產(chǎn)品制造所必須的物質(zhì)基礎(chǔ) ,是工業(yè)的＂糧食＂，材料性能的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和可靠性。 3．學(xué)習(xí)這門課的目的 通過理論和實踐，同學(xué)們應(yīng)掌握機械工程材料，金屬加工和熱處理的理論基礎(chǔ)知識。 ，保護環(huán)境和具有質(zhì)量與效益的意識。如鑄造性、鍛造性、焊接性、熱處理性、切削加工 性等。 彈性變形是外力去除后能夠自行恢復(fù)的變形。 應(yīng)力是指材料單位面積上的內(nèi)力。 σ b＝ Fb/So 式中 Fb 表示試樣承受的最大拉伸力（ N） So 表示試樣原始橫截面積（平方毫米） 三、 塑性指標(biāo) 塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生變形而不破壞的能力。 δ =(l1l0)/ l0 100% 斷面收縮率是指試樣斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號Ψ表示。所以大多數(shù)機械零件除要求具用較高的強度外，還必須有一定的塑性。 硬度的測定常用壓入法。布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示。 選擇試驗規(guī)范 在進行布氏硬度試驗時，鋼球直徑Ｄ、施加的試驗力Ｆ和試驗力保持時間、應(yīng)根據(jù)被測試金屬的種類和試樣厚度，按下表所示的布氏硬度試驗規(guī)范正確地進行選擇。 如 120HBS10/1000/30，即表示用 10mm的鋼球作壓頭，在 1000kgf(9807N)的試驗力作用下，保持時間為 30s 后所測得的硬度值為 120。（我國目前布氏硬度試驗機壓頭主要是淬火鋼球。 二、洛氏硬度 試驗原理 洛氏硬度是以頂角為 120176。 如下圖所示， 0－ 0 為金剛石壓頭還沒有和試樣接觸的位置。故由于主試驗力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為 h＝ h3－ h1。并用每 ㎜的壓痕深度為一個硬度單位。 常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 標(biāo) 尺 壓頭類型 總試驗力 kgf 硬度值有效范圍 應(yīng) 用 HRA HRB HRC 120176。 如 50ＨＲＣ，表示用ＨＲＣ標(biāo)尺測定的洛氏硬 度值為 50。 三、維氏硬度 布氏硬度試驗不適用于測定硬度較高的材料。區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為 136176。 常用試驗力及其適用范圍 維氏硬度試驗所用 試驗力視其試件大小、薄厚及其它條件，可在 － 的范圍內(nèi)選擇試驗力。 維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用于測定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理后的表面硬度，其結(jié)果精確可靠。 四、里氏硬度簡介 里氏硬度試驗用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭距試樣表面 1 ㎜處的回彈速度與沖擊速度的比值計算硬度值。固態(tài)物質(zhì)按原子排列特點可分為晶體與非晶體兩大類。 ②具有一定的熔點，如鐵的熔點為 1538℃，銅的熔點為 1083℃。如塑料、玻璃、瀝青 等。晶格中各種不同方位的原子面，稱為晶面。 ③晶格常數(shù) 為了研究晶體結(jié)構(gòu)的需要，在結(jié)晶學(xué)中規(guī)定用晶格常數(shù)來表示晶胞的幾何形狀和大小。 二、常見金屬的晶格類型 ①體心立方晶格 體心立方晶格的晶胞是一個立方體，原子分布在立方體的各結(jié)點和中心處。晶胞中原子數(shù)可參照如下計算方法：晶胞每個結(jié)點上的原子為相鄰的 8 個晶胞所共有，而每個面中心的原子卻為兩個晶胞所共有，所以，每個晶胞中的原子數(shù)為 n=8 1/8+6 1/2=4(個 )。當(dāng)軸比ｃ／ａ為 時，原子排列最緊密。 多晶體即由許多位向不同的晶體組成，且其內(nèi)部還存在著多種晶體缺陷。常見的點缺陷是空位和間隙原子。晶體中的線缺陷通常是指各種類型的位錯。 EF 線稱為位錯線。實驗證明，在實際晶體中存在著大量刃型位錯。多晶體中兩個相鄰晶粒之間的位向不同，所以晶界處實際上是原子排列逐漸從一種位向過渡到另一種位向的過渡層，該過渡層的原子排列是不規(guī)則的，如圖所示。實際上每個晶粒皆是由許多位向 差很?。?2176。亞晶界實際上是由一系列刃型位錯所組成的小角度晶界，如圖所示。如黃銅是銅和鋅的組成合金；碳鋼是鐵和碳組成的合金；硬鋁是鋁、銅是鎂組成的合金等。組元大多數(shù)是元素，如鐵碳合金中的鐵元素和碳元素是組元；銅鋅合金中的銅元素和鋅元素也是組元。另外，也可由構(gòu)成元素來命名，如鐵碳合金。 將金屬試樣的磨面經(jīng)適當(dāng)處理后用肉眼或借助放大鏡觀察的組織，稱為宏觀組織；將用適當(dāng)方法（如浸蝕）處理后的金屬試樣的磨面復(fù)型或制成的薄膜置于光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡下觀察到的組織，稱為顯微組織。 固溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而 仍保持溶劑晶格類型的合金相，稱為固溶體。 間隙固溶體就是溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格的單間隙之中而形成的（如圖）。例如，我國和低合金強度結(jié)構(gòu)鋼，就是利用錳、硅等元素來強化鐵素體，從而使材料的力學(xué)性能大為提高。金屬化合物是許多高合金的重要組成相，與固溶體適當(dāng)配合可以提高合金的綜合力學(xué)性能。如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是原子（或分子）作有規(guī)則排列的晶體，則這種凝固又稱為結(jié)晶。 如圖所示，金屬在無限緩慢冷卻條件下 (即平衡條件下 )所測得的結(jié)晶溫度Ｔ 0 稱為理論結(jié)晶溫度。 過冷度并不是一個恒定值，液體金屬的冷卻速度越大，實際結(jié)晶的溫度Ｔ 1 就越低，即過冷度ΔＴ就越大。所以結(jié)晶過程，就是不斷地形核和晶核不斷長大的過程。依次類推??。為了測量方便，常以單位截面上晶粒數(shù)目或晶粒的平均直徑來表示。 因此，要控制金屬結(jié)晶后晶粒大小，必須控制形核率Ｎ和長大線速度Ｇ這兩個因素，主要途徑如下： ① 增加過冷度 液態(tài)金屬結(jié)晶的形核率Ｎ、長大線速度Ｇ與過冷度之間的關(guān)系如圖所示。實際生產(chǎn)中常常是采用降低鑄型溫度和采用導(dǎo)熱系數(shù)大的金屬鑄型來提高冷卻速度。 還有一種變質(zhì)劑，能附著在晶體前面強烈阻礙晶粒長大，降低長大線速度Ｇ，如往鋁硅鑄造合金中加入鈉鹽，鈉附著在硅的表面，降低硅的長大線速度Ｇ，阻礙粗大片狀硅晶體形成，使合金組織細(xì)化。如黃銅是銅和鋅的組成合金；碳鋼是鐵和碳組成的合金；硬鋁是鋁、銅是鎂組成的合金等。組元大多數(shù)是元素，如鐵碳合金中的鐵元素和碳元素是組元；銅鋅合金中的銅元素和鋅元素也是組元。另外，也可由構(gòu)成元素來命名，如鐵碳合金。 將金屬試樣的磨面經(jīng)適當(dāng)處理后用肉眼或借助放大鏡觀察的組織，稱為宏觀組織；將用適當(dāng)方法（如浸蝕）處理后的金屬試樣的磨面復(fù)型或制成的薄膜置于光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡下觀察到的組織，稱為顯微組織。 固 溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑晶格類型的合金相，稱為固溶體。 間隙固溶體就是溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格的單間隙之中而形成的（如圖）。例如，我國和低合金強度結(jié)構(gòu)鋼，就是利用錳、硅等元素來強化鐵素體，從而使材料的力學(xué)性能大為提高。金屬化合物是許多高合金的重要組成相，與固溶體適當(dāng)配合可以提高合 金的綜合力學(xué)性能。純鐵即具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特征，如圖所示，可見，純鐵在 1538℃結(jié)晶后，具有體心立方晶格，稱為δ鐵；當(dāng)冷卻到 1394℃時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由體心立方晶格的δ鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩描F；繼續(xù)冷卻至912℃時，再次發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，又由有面心立方晶格的γ鐵轉(zhuǎn)變成了具有體心立方晶格的α鐵。 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程相似，實質(zhì)上它是一個重要結(jié)晶過程。 鐵素體（Ｆ） 碳溶于α鐵中的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號Ｆ或α表示。 奧氏體（Ａ） 碳溶于 γ鐵中的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號Ａ或γ表示。奧氏體的力學(xué)性能與其溶碳量及晶粒大小有關(guān)，一般奧氏體的強度、硬度為（σ b 約為 400MPa,160200HBS），但具有良好的塑性和韌性 (δ=40%50%)，無磁性。滲碳體不能單獨使用，在鋼中總是和鐵素體混在一起，是碳鋼中主要強化相。溫度降到 2 點時，液體全部結(jié)晶為奧氏體。故室溫下共析鋼的組織為 P。緩冷至稍低于 1 點，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體，冷卻到 2 點結(jié)晶終了。原鐵素體不變保留了在基體中。 三、 過共析鋼的結(jié)晶過程 圖 36 中合金Ⅲ表示過共析鋼。隨著溫度不斷降低，由奧氏體中析出的二次滲碳愈來愈多，而奧氏體中的含碳量不斷減少，并沿著 ES 線變化。故室溫組織為珠光體＋二次滲碳體。轉(zhuǎn)變是在恒溫下 進行，其中奧氏體的成分是 E 點的成分。 d），其組織由珠光體、二次滲碳體和共晶滲碳體組成（ P+ Fe 3 C Ⅱ +Fe 3 C 共晶）。 1～ 2 點溫度之間組織為液體和奧氏體。因此 2～ 3 點溫度區(qū)間內(nèi)的組織為奧代體、二次滲碳體和高溫萊氏體（ A+Fe 3 C Ⅱ +Ld）。亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程如圖 3－ 11 所示。溫度不斷下降，結(jié)晶出的一次滲碳體不斷增多，剩余液體量相對減少。過共晶白口鐵的結(jié)晶過程如圖 3－ 12 所示。 亞共析鋼的組織是由鐵素體和珠光體組成，隨含碳量的增加。至于塑性和韌性， 則隨著含碳量的增加而不斷降低。如圖 3－ 14 所示。 在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用 鋼在室溫時的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)，才 具有較低的強度，較好的塑性和較小的變形抗力，易于成形。熱處理不僅可用于強化鋼材，提高機械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。 熱處理工藝分類：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下） 整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)； 表面熱處理：包括表面淬火、物理和化學(xué)氣相沉積 等； 化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。 奧氏體長大 由于鐵素體的 晶格改組和滲碳體的不斷溶解， A 晶核一方面不 斷向鐵素體和滲碳體方向長大，同時自身也不斷形成長大。分為 00， 0， 1， 2? 1