【正文】 小、產(chǎn)生裂紋危險(xiǎn)性低；變形后晶粒細(xì)小、組織均勻；產(chǎn)生具有一定方向的流線（金屬組織呈現(xiàn)纖維狀）、性能體現(xiàn)各向異性。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。以大晶粒吞并小晶粒的方式進(jìn)行，通常粗化晶粒。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。再結(jié)晶：變形金屬由于加熱重新形成晶核和晶核長大的這個(gè)過程。第三，各向異性。4金屬塑性變形的結(jié)果第一，組織變化：晶粒破碎、亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、位錯(cuò)密度增加；晶粒沿變形方向延伸拉長（纖維、流線）；形成織構(gòu)。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(dòng)，有的不能開動(dòng)，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）。晶粒內(nèi)部的變形方式與單晶體相同，有滑移和孿生兩種方式。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(dòng)）和孿生（一部分相對另外一部分的轉(zhuǎn)動(dòng)）。塑性變形：外力去除后，不能恢復(fù)而保留下來的這種變形稱為塑性變形。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。人們希望，機(jī)械零件的變形必須在彈性變形的范圍內(nèi)，并且越小越好。以克服鑄件的不足。重要的機(jī)械零件總是采用壓力加工的方法成形。學(xué)時(shí)的分配：2學(xué)時(shí)。第2章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶目的和要求：本章主要講授金屬材料的變形機(jī)理，讓學(xué)生了解在使用情況下金屬材料的變形及其對機(jī)械正常工作的影響。內(nèi)容抽象不易引起學(xué)生注意，應(yīng)當(dāng)時(shí)時(shí)提醒，適當(dāng)練習(xí)鞏固理論學(xué)習(xí)成果。8對技術(shù)工作者的要求通過細(xì)化晶粒獲得鑄件的高性能（適當(dāng)增大過冷度、加孕育劑進(jìn)行變質(zhì)處理、）、設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用尖角。7實(shí)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(diǎn)缺陷（空位、間隙原子、置換原子）、線缺陷（位錯(cuò)）、面缺陷（亞晶界、晶界）。晶界：金屬結(jié)晶時(shí)，將雜質(zhì)推擠到兩晶體交界處形成的不規(guī)則邊界。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。金屬結(jié)晶是一個(gè)過程，要經(jīng)歷形核與核心長大兩個(gè)階段。ΔT=T0Tn金屬結(jié)晶必須是一個(gè)自由能降低的自發(fā)過程。而總是在低于T0的某個(gè)溫度（實(shí)際結(jié)晶溫度Tn）時(shí)才真正開始結(jié)晶。記為T0。在某個(gè)時(shí)刻二者自由能剛好相等。結(jié)晶產(chǎn)品可以只是半成品（鑄錠），也可以是成品（鑄件）。第四，不透明和特殊的金屬光澤。第二，良好的導(dǎo)熱性：原因是大量的正離子存在。最密排方向原子密度大，結(jié)合力強(qiáng)。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，各向異性：比如bcc的鐵在[111]方向的彈性模量為248200Mpa，而在[100]方向僅有132300Mpa。以埃為單位，埃與米的換算關(guān)系。晶胞：組成晶格的最基本幾何單元。也簡稱結(jié)構(gòu)。金屬鍵：固態(tài)金屬中，通過金屬正離子和自由電子云的相互吸引而結(jié)合的這種方式，就稱作金屬鍵。2金屬鍵金屬原子的特點(diǎn)：外層電子少容易丟失，因而變成正離子和自由電子。典型的有玻璃、塑料、橡膠、瀝青等。一般而言，固體金屬都是晶體。學(xué)時(shí)的分配：2學(xué)時(shí)。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(shí)。在講授本章內(nèi)容時(shí)，要通過講述汽車使用的黑色金屬、有色金屬、塑料、橡膠、玻璃等不同工程材料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械工程材料的興趣。正確地為機(jī)器零件選用合適的材料是每個(gè)工程技術(shù)人員應(yīng)盡的責(zé)任和重要的任務(wù)。3材料的應(yīng)用表03 一輛典型汽車所含有的常用材料/kg金屬材料非金屬材料鋼鑄鐵鋁銅鋅鉛塑料橡膠玻璃木頭陶瓷153035030162615556052少量少量黑色金屬1880/%有色金屬87/%高分子材料115/%其他52/%資料來源：：P．N．Rao, Manufacturing Technology——Foundry, Forming and Welding, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2003年2月, P22圖01常用材料在汽車中的典型應(yīng)用資料來源：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, P27圖02常用材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的典型應(yīng)用資料來源：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, P86由此可見，金屬材料是最重要、應(yīng)用最廣泛的機(jī)械工程材料。材料性能的分類：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等。表02 中國和全球鋼鐵、塑料產(chǎn)量/萬噸2006全球2006中國2007全球2007中國鋼鐵產(chǎn)量121,70041,900134,40048,900工程塑料（合成樹脂）18,029（05）2142（05）2984鋼鐵：塑料約7：1約20：1約16：12材料的性能人們用金屬制作汽車，用銅或鋁制成電線，用陶瓷制作火花塞，用橡膠制作皮帶，用鉛制作蓄電池，等等。另一方面，國際鋼鐵協(xié)會(huì)(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%。按照構(gòu)成材料的組成不同，人們通常將機(jī)械工程材料分成金屬材料、非金屬材料兩大類（表01）。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。學(xué)時(shí)的分配：2學(xué)時(shí)。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。重點(diǎn)和難點(diǎn)：常用機(jī)械工程材料的分類。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。它們都是用各種各樣的材料制作而成的。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。中國投資網(wǎng)數(shù)據(jù)表明，中國為2142萬噸，2006年中國為2984萬噸（表02）。這是為什么呢？因?yàn)槊糠N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。其中，力學(xué)性能又包括硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性等等。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。本章小結(jié)：興趣是學(xué)習(xí)任何知識(shí)的前提，機(jī)械工程材料也不例外。本章作業(yè)：無。重點(diǎn)和難點(diǎn)：常見金屬的三種晶體結(jié)構(gòu)及其在金屬變形時(shí)的表現(xiàn)。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。非晶體：原子在空間不規(guī)則排列所形成的物體。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。處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的自由電子在原子核外形成電子云。3金屬晶體晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子的分布和排列方式。晶格：組成晶體的原子作有規(guī)則排列所形成的空間格架。晶格常數(shù)：晶胞各邊的尺寸。金屬晶體的特點(diǎn)：第一，熔點(diǎn)一定：比如Fe的熔點(diǎn)是1538℃。第三，外形規(guī)則。表11 常見金屬晶體的單胞晶格種類體心立方/bcc面心立方/fcc密排六方/hcp圖示P4 Fig13P5 Fig14P5 Fig15單胞內(nèi)原子數(shù)246致密度68%74%74%最密排面（110）（111）最密排方向[111][110]典型金屬αFe，Cr，Mo，W，V，Nb，βTi等γFe，Ni，Cu，Al，Au，Ag等Mg，Zn，Cd，Be等最密排面之間的距離大，作用力小。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，良好的塑性：原因是靠金屬鍵結(jié)合。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。液態(tài)金屬和固態(tài)金屬的自由能都隨著溫度而降低，但是，液態(tài)金屬降低的、得比固態(tài)金屬快。這個(gè)溫度就是理論結(jié)晶溫度。實(shí)際上，在T0溫度下，液態(tài)和固態(tài)金屬互相轉(zhuǎn)變，不會(huì)真正發(fā)生結(jié)晶。過冷度：金屬的實(shí)際凝固溫度與理論凝固溫度之差。這也說明了為什么需要一定的過冷度。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。晶核的長大總是與溫度梯度的方向相反，并且總是長成樹枝狀（P13 Fig111）。晶粒：由晶界包圍的晶體。鑄錠組織分成細(xì)晶粒區(qū)（很薄，性能良好）、柱狀晶粒區(qū)（發(fā)達(dá)，性能有方向性、顯微孔洞少、組織致密、但交界薄弱）和中心等軸晶粒區(qū)（較發(fā)達(dá)，性能沒有方向性、但顯微孔洞多、不太致密）。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。本章作業(yè)：自教材P21～22中選做。重點(diǎn)和難點(diǎn)：金屬材料在冷、熱加工時(shí)所表現(xiàn)的特性及其原因。1為什么要研究塑性變形一方面，鑄態(tài)組織存在不足：晶粒粗大、組織不均勻、成分存在偏析、性能不高。壓力加工方法主要有鍛造、軋制、拉拔、擠壓等。另一方面，機(jī)械零件工作過程中，總是受力的，因而也總會(huì)發(fā)生變形。決不允許發(fā)生塑性變形。彈性變形：外力去除后，能恢復(fù)到原來形狀的這種變形稱為彈性變形。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)。對多晶體（常用工程材料）而言，塑性變形比單晶體要復(fù)雜得多。由于晶界的存在，首先，滑移不易從一個(gè)晶粒傳遞到相鄰的另一個(gè)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）。第三，多晶體內(nèi)滿足滑移系可以開動(dòng)條件的晶粒數(shù)量較多，使變形分散在較多的晶粒內(nèi)，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，結(jié)果允許承受較大的塑性變形（表現(xiàn)為塑性良好）。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）。5變形金屬在加熱時(shí)的變化回復(fù)：變形金屬由于加熱而導(dǎo)致缺陷密度降低、畸變消除的現(xiàn)象。再結(jié)晶溫度：進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。這是一種異常晶粒長大。使性能下降。熱加工：在再結(jié)晶溫度以上對金屬進(jìn)行的加工。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。本章作業(yè)：自教材P42～43中選做。重點(diǎn)和難點(diǎn)：典型的共晶相圖，共晶和共析反應(yīng)等。1合金及其種類合金：金屬元素與另外的元素（一種或多種、金屬或非金屬）組成的、具有金屬特性的物質(zhì)。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。間隙固溶體：溶質(zhì)原子存在于溶劑晶格的間隙位置而形成的固溶體。間隙固溶體一般是有限固溶體。典型的間隙固溶體有鋼（碳在鐵中的固溶體）。形成條件是溶質(zhì)溶劑原子直徑相差不多（～）。置換固溶體的畸變可正也可負(fù)。金屬化合物：金屬和非金屬原子形成的化合物。金屬化合物有正常價(jià)化合物（離子鍵、少量共價(jià)鍵）、電子化合物（金屬鍵）和間隙化合物（簡單結(jié)構(gòu)金屬化合物或間隙相、復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物）三種。2相圖的種類勻晶相圖：兩元素在液態(tài)、固態(tài)均能無限互溶時(shí)所構(gòu)成的相圖（P52 Fig36）。共晶反應(yīng)：從液體中結(jié)晶出兩種晶體的轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）。包晶反應(yīng)：液體和一個(gè)固相反應(yīng)、生成另一個(gè)固相的反應(yīng)。這與前三種反應(yīng)不同，這是一種純粹發(fā)生在固態(tài)的反應(yīng)，因而速度慢（受擴(kuò)散控制）、晶粒細(xì)（過冷度大，形核多）、有應(yīng)力存在（相與相比容不同）。講授本章的內(nèi)容時(shí)，教師要特別強(qiáng)調(diào)共晶和共析這兩類反應(yīng)，以及對金屬材料性能的影響。第4章 鐵碳合金目的和要求：本章是鋼鐵材料的重要理論基礎(chǔ)，還是具體講述碳素鋼的具體章節(jié)。重點(diǎn)和難點(diǎn)：鐵碳合金相圖、鐵碳合金的組織組成相、碳素鋼。1鐵碳合金相圖奧氏體溫度，℃碳含量，%液相鐵碳合金：以鐵為主、加入少量碳而形成的合金。也稱為同素異型轉(zhuǎn)變或多型性轉(zhuǎn)變。2鐵碳合金的組成相L相 鐵與碳形成的液體。γ相 碳溶入γ鐵形成的間隙固溶體，面心立方結(jié)構(gòu)，記為γ（相圖中）或A（文字中），稱為奧氏體。α相：碳溶入α鐵形成的間隙固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，記為α（相圖中）或F（文字中），稱為鐵素體。Fe3C 鐵和碳形成的金屬化合物，復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬化合物，記為C，稱為滲碳體。3鐵碳合金的分類工業(yè)