【正文】 二 剛度 金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 — 1 材料本質(zhì) 彈性模量 — 在彈性范圍內(nèi) ,應(yīng)力與應(yīng)變的比值 .其大小主要決定材料本身 . 相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力 . σ =Εε , Ε =σ /ε =tgα 2幾何尺寸 \形狀 \受力 相同材料的 E相同 ,但尺寸不同 ,則其剛度也不同 .所以考慮材料剛度時(shí)要把 E\形狀 \尺寸同時(shí)考慮 .還要考慮受力情況 . 三 強(qiáng)度 強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力 . 按作用力性質(zhì)的不同 ,可分為 : 抗拉強(qiáng)度 σ + 抗壓強(qiáng)度σ 抗彎強(qiáng)度σ w 抗剪強(qiáng)度τ b 抗扭強(qiáng)度σ n 常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo) : 屈服強(qiáng)度 : (Pa N/m2) Ps產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力 , F0原截面 抗拉強(qiáng)度 (Pa N/m2) Pb斷裂前最大應(yīng)力 . σ s \σ b在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇評(píng)定材料時(shí)有重要意義 .因金屬材料不能在超過σ s的條件下工作 ,否則會(huì)塑變 .超過σ b工作 ,機(jī)件會(huì)斷裂 . σ sσ b之間塑性變形 ,壓力加工 四 硬度 金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力 — 是材料性能的綜合物理量 ,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形 \塑性變形或斷裂的能力 . 1布式硬度 HB 用直徑 D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球 ,在一定壓力 P下 ,將鋼球垂直地壓入金屬表面 ,并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷 ,測壓痕直徑 d(用刻度放大鏡測 )則 HB=P/F (N/mm2) 單位一般不寫 . F壓痕面積 . HBS— 壓頭用淬火鋼球 , HBW— 壓頭用硬質(zhì)合金球 l 因鋼球存在變形問題 ,不能測太硬的材料 ,適于 HBS450, 如鑄鐵 ,有色金屬 ,軟鋼等 . 而 HＢＷ＜６５０． l 特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面 l 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件 ２ 洛式硬度ＨＲ 用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù) 載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無單位． 不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表： HRB ｄ＝ 淬火鋼球 退火鋼 灰鐵 有色金屬 HRC 1200金剛石圓錐 1471 淬火 回火件 HRA 硬質(zhì)合金 碳化物 優(yōu)點(diǎn) :易操作 ,壓痕小 ,適于薄件 ,成品件 缺點(diǎn) :壓痕小 ,代表性不全面需多測幾點(diǎn) . *硬度與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系 ,故應(yīng)用廣泛 .根據(jù)硬度可近似確定強(qiáng)度 ,如灰鐵 : σ b=1HBS 3顯微硬度 (Hm) 用于測定金屬組織 中個(gè)別組成體 ,夾雜物等硬度 . 顯微放大測量 顯微硬度 (查表 )與 HR有對(duì)應(yīng)關(guān)系 .如 :磨削燒傷表面 ,看燒傷層硬度變化 . 五 沖擊韌性 ak 材料抵抗沖擊載荷的能力 常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測定金屬材料的沖擊韌性 ,標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷 ,用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表示 ak ak=Ak/F(J/m2) Ak=G(Hh) G重量 F缺口截面 脆性材料一般不開口 ,因其沖擊值低 ,難以比較差別 . 1 ak↑ ,沖擊韌性愈好 . 2 Ak不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算 :在生產(chǎn)中 ,工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞 ,多是小沖擊載荷 ,多次沖擊引起破壞 ,而此時(shí) ,主要取決于強(qiáng)度 ,故設(shè)計(jì)時(shí) , ak只做校核 . 3 ak對(duì)組織缺陷很敏感 ,能夠靈敏地反映出材料品質(zhì) ,宏觀缺陷 ,纖維組織方面變化 . 所以 ,沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。 1 疲勞曲線 —— 交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù) N之間的關(guān)系。 l 1 什么是應(yīng)力 ,應(yīng)變 (線應(yīng)變 )? l 2 頸縮現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點(diǎn) ? 如果沒發(fā)生頸縮 ,是否表明該試樣沒有塑性變形 ? l 3 σ 的意義 ?能在拉伸圖上畫出嗎 ? l 4 將鐘表發(fā)條拉成一直線 ,這是彈性變形還是塑性變形 ?如何判定變形性質(zhì) ? l 5為什么沖擊值不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算 ? 第二章 金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一基本概念 : 固體物質(zhì)按原子排列的特征分為 : 晶體 : 原子排列有序 ,規(guī)則 ,固定熔點(diǎn) ,各項(xiàng)異性 . 非晶體 :原子排列無序 ,不規(guī)則 ,無固定熔點(diǎn) ,各項(xiàng)同性 如 : 金屬 ,合金 ,金剛石 — 晶體 玻璃 ,松香 瀝青 — 非晶體 晶格 : 原子看成一個(gè)點(diǎn) ,把這些點(diǎn)用線連成空間格子 . 結(jié)點(diǎn) : 晶格中每個(gè)點(diǎn) . 晶胞 : 晶格中最小 單元 ,能代表整個(gè)晶格特征 . 晶面 : 各個(gè)方位的原子平面 晶格常數(shù) : 晶胞中各棱邊的長度 (及夾角 ), 以 A(1A=108cm)度量 金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于晶格類型 ,晶格常數(shù) . 二 常見晶格類型 1 體心立方晶格 : Cr ,W, α Fe, Mo , V 等 ,特點(diǎn) :強(qiáng)度大 ,塑性較好 ,原子數(shù) :1/8 X8 +1=2 20多種 2 面心立方晶格 : Cu Ag Au Ni Al Pb γ Fe塑性好 原子數(shù) :4 20多種 4 密排六方晶格 : Mg Zn Be β Cr α Ti Cd(鎘 ) 純鐵在室溫高壓 (130x108N/M2)成ε Fe 原子數(shù) =1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30 多種 三 多晶結(jié)構(gòu) 單晶體 晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致 . 多晶體 — 許多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu) .各項(xiàng)同性 . 晶粒 — 外形不規(guī)則而內(nèi)部晶各方位一致的小晶體 . 晶界 — 晶粒 之間的界面 . 第二節(jié) 金屬的結(jié)晶 一 金屬的結(jié)晶過程 (初次結(jié)晶 ) 1 結(jié)晶 : 金屬從液體轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過程 . 晶核形成 : 自發(fā)晶核 :液體金屬中一些原子自發(fā)聚集 ,規(guī)則排列 . 外來晶核 :液態(tài)金屬中一些外來高熔點(diǎn)固態(tài)微質(zhì)點(diǎn) . 晶核長大 :已晶核為中心 ,按一定幾何形狀不斷排列 . *晶粒大小控制 : 晶核數(shù)目 : 多 — 細(xì) (晶核長得慢也細(xì) ) 冷卻速度 : 快 — 細(xì) (因冷卻速度受限 ,故 多加外來質(zhì)點(diǎn) ) 晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響 ,若晶粒需細(xì)化 ,則從上述兩方面入手 . 結(jié)晶過程用冷卻曲線描述 ! 2 冷卻曲線 溫度隨時(shí)間變化的曲線 — 熱分析法得到 1) 理論結(jié)晶溫度 實(shí)際結(jié)晶溫度 時(shí)間 (s) T(℃ ) 過冷 : 液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度以下才開始結(jié)晶的現(xiàn)象 . 2) 過冷度 :理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié) 晶溫度之差 . (實(shí)際冷卻快 ,結(jié)晶在理論溫度下 ) 二 金屬的同素異購轉(zhuǎn)變 (二次結(jié)晶 \重結(jié)晶 ) 同素異構(gòu)性 — 一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì) . 同素異購轉(zhuǎn)變 — 金屬在固體時(shí)改變其晶格類型的過程 . 如 :鐵 錫 錳 鈦 鈷 以鐵為例 : δ Fe(1394℃ )γ Fe(912℃ )α Fe 體心 面心 體心 因?yàn)殍F能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ,才有對(duì)鋼鐵的各種熱處理 . (晶格轉(zhuǎn)變時(shí) ,體積會(huì)變化 ,以原子排列不同 ) 第三 節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一 合金概念 合金 : 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì) . 組元 :組成合金的基本物質(zhì) .如化學(xué)元素 (黃銅 :二元 )金屬化合物 相 :在金屬或合金中 ,具有相同成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻組成部分 .相與相之間有明顯的界面 . 如 :純金屬 — 一個(gè)相 ,溫度升高到熔點(diǎn) ,液固兩相 . 合金液態(tài)組元互不溶 ,幾個(gè)組元 ,幾個(gè)相 . 固體合金中的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物，還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的混合物。 根據(jù)溶質(zhì)在溶劑晶格中所占的位置不同，分為： 1） 置換固溶體 溶質(zhì)原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，所形成的固溶體。 Cu—— Ni 溶解度無限 晶格畸變 —— 固溶強(qiáng)化：畸變時(shí)塑性變形阻力增加，強(qiáng)，硬增加。 2） 間隙固溶體 溶質(zhì)原子嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的空隙 ，形成固溶體。溶解度有限。 2 金屬化合物 合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)，可用分子式表示的物質(zhì)。 （ 2）在合金中作強(qiáng)化相，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如 WC、 TiC。 4 二元合金狀態(tài)圖的構(gòu)成 合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金，這些合金組成一個(gè)合金系統(tǒng) —— 為研究合金系的合金成分、溫度、結(jié)晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來描述。 實(shí)質(zhì)：溫度 —— 成分作標(biāo)圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。 2 做出每個(gè)合金的冷卻曲線 3將每個(gè)合金的臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度 — 成分坐 標(biāo)上，并將相通意義的點(diǎn)連接起來，即得到 PbSb 合金的狀態(tài)圖。 兩相區(qū)：兩個(gè)相。 c— 共晶點(diǎn) *作業(yè)： 第三章 鐵碳合金 167。 固態(tài)：固溶體 金屬化合物 t ℃ 1538 δ Fe+C —— 鐵素體 F 1394 γ Fe+C—— 奧氏體 A 912 α Fe+C—— 鐵素體 F s 一鐵素體 碳溶于α Fe形成的固溶體 —— 鐵素體 F 體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。δ =45~50%， HBS= σ b=250Mpa 含碳： 727℃， % 二 奧氏體 碳溶于γ Fe中形成的固溶體 — “ A” 面心立方 ,顯微鏡下多邊形晶粒 ,晶界較 F平直 . 性能 :塑性好 ,壓力加工所需要組織 .含碳最高 。 2鐵碳合金狀態(tài)圖 是表明平衡狀態(tài)下含 C不大于 %的鐵碳合金的成分 ,溫度與組織之 間關(guān)系 ,是研究鋼鐵的成分 ,自治和性能之間關(guān)系的基礎(chǔ) ,也是制定熱加工工藝的基礎(chǔ) . 含 C ,而含 %時(shí) ,Fe與 C形成 Fe3C,故可看成一個(gè)組元 ,即鐵碳合金狀態(tài)圖實(shí)際為 FeFe3C 的狀態(tài)圖 . 一鐵碳合金狀態(tài)圖中點(diǎn)線面的意義 1 各特性點(diǎn)的含義 1)A: 純鐵熔點(diǎn) 含 C: 0% 1538℃ 2)C: 共晶點(diǎn) % 1148 3)D: Fe3C 熔點(diǎn) 1600 4)E: C 在 A中最大溶解度 1148 5)F: Fe3C成分點(diǎn) 1148 6)G: α Fe 與γ Fe 轉(zhuǎn)變點(diǎn) 0% 912 7)K: Fe3C 成分點(diǎn) 727 8)P: C 在α Fe 中最大溶解度 727 9)S: 共析點(diǎn) 727 10) Q: C 在α F