材料的结构与性能 §1.1.2 合金的晶体结构 一、合金相结构 合金 一种金属元素同另一种或几种其它元素, 通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。 组元 组成合金的独立的最基本单元。例如：元素、稳定化合物。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。 相 凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。 合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀等物理、化学性能。因此合金的应用比纯金属广泛得多。 1、固溶体 组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多；另一组元为溶质，含量较少。    固溶体用α、β、γ等符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示, 亦可表示为Cu(Zn)。

固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子; 间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。 材料的结构与性能 固溶体的分类 （1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：   固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子; 间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。

固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。 （2）按溶质原子在溶剂中的溶解度分 固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。     固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分数或摩尔分数表示。在一定温度和压力条件下，溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。若超过这个溶解度有其它相形成，则此种固溶体为有限固溶体。若溶质可以任意比例溶入，即溶质溶解度可达100%，则固溶体为无限固溶体。 组成元素原子半径、电化学性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才可能形成无限固溶体. 间隙固溶体都是有限固溶体。 Cu-Ni无限固溶体 Cu-Zn有限固溶体 固溶体 化合物

（3）按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分 固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。 材料的结构与性能 ①固溶体的分类    （3）按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分  固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。     溶质原子有规则分布的为有序固溶体；无规则分布的为无序固溶体。在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。

晶格类型相同,原子半径相 差不大,电化学性质相近 材料的结构与性能 固溶体的分类 —— 晶格类型相同,原子半径相 差不大,电化学性质相近 置换固溶体 溶质原子的位置 间隙固溶体 原子半径较小 有限固溶体 溶解度 无限固溶体 有序固溶体 分布有 序度 无序固溶体 固溶体的特点 原子半径、电化学特性、晶格类型相同的组元，容易形成置换固溶体，且有可能形成无限固溶体。 组元原子半径相差较大，容易形成间隙固溶体。 间隙固溶体都是有限固溶体，且一定无序。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置分  固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子; 间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。 按溶质原子在溶剂中的溶解度分  固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。    固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分数或摩尔分数表示。在一定温度和压力条件下，溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。若超过这个溶解度有其它相形成，则此种固溶体为有限固溶体。若溶质可以任意比例溶入，即溶质溶解度可达100%，则固溶体为无限固溶体。    （3）按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分  固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。    溶质原子有规则分布的为有序固溶体；无规则分布的为无序固溶体。在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。

固溶体的性能 1.固溶体晶格畸变对性能的影响 由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。 固溶体会由于溶质原子溶入晶格而发生畸变 对于置换固溶体： 溶质原子大，正畸变 溶质原子小，负畸变 对于间隙固溶体：晶格总是正畸变 2. 固溶强化 由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。 产生固溶强化的原因见图2-4，因为溶质原子与溶剂原子的尺寸大小不同，当它溶入溶剂形成固溶体时会造成晶格畸变，一般大的溶质原子使点阵常数增大，产生正畸变；而小的溶质原子使点阵常数减小，产生负畸变；间隙溶质原子总是使点阵常数增大，产生正畸变（其原子尺寸大于晶格间隙尺寸），

2、金属化合物 材料的结构与性能 金属化合物：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相为金属化合物，或称为中间相。 （1）. 正常价化合物     严格遵守化合价规律的化合物称正常价化合物。它们由元素周期表中相距较远、电负性相差较大的两元素组成，可用确定的化学式表示。这类化合物性能的特点是硬度高、脆性大。     （2）. 电子化合物     不遵守化合价规律但符合于一定电子浓度(化合物中价电子数与原子数之比)的化合物叫做电子化合物。它们由ⅠB族或过渡族元素与ⅡB族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA族元素所组成。一定电子浓度的化合物相应有确定的晶体结构, 并且还可溶解其组元, 形成以电子化合物为基的固溶体。 Al-Mg-Si合金中的Mg2Si 金属化合物一般熔点较高, 硬度高, 脆性大。合金中含有金属化合物时, 强度、硬度和耐磨性提高, 而塑性和韧性降低。 Sb锑 Pb基轴承合金中的电子化合物

Cu-Zn合金和Cu-Al合金中电子化合物及其结构类型 材料的结构与性能 2、金属化合物 Cu-Zn合金和Cu-Al合金中电子化合物及其结构类型 电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差，在许多有色金属中为重要的强化相。 电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差。

（3）. 间隙化合物 由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。 2、金属化合物 材料的结构与性能 （3）. 间隙化合物    由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。 尺寸较大的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的非金属原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据结构特点，间隙化合物分间隙相和复杂结构的间隙化合物两种。    ①间隙相    当非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相。间隙相具有金属特性，有极高的熔点和硬度, 非常稳定。 ②复杂结构的间隙化合物    当非金属原子半径与金属原子半径之比大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。 VC的结构 电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差，在许多有色金属中为重要的强化相。 Fe3C的晶格

1.1.3 金属材料的组织 组织（显微组织） 组织由相构成， 金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。 1.1.3 金属材料的组织 组织（显微组织） 指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌 组织由相构成， 观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。 金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。

图(c)是碳质量分数为0.77%的铁碳合金的室温平衡组织, 叫珠光体。它是由粗片状的α相和细片状的Fe3C相两相相间所组成。 1.1.3 金属材料的组织     将一小块金属材料用金相砂纸磨光后进行抛光, 然后用侵蚀剂侵蚀, 即获得一块金相样品。在金相显微镜下观察，可以看到金属材料内部的微观形貌。这种微观形貌称做显微组织(简称组织)。组织由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成。金属材料的组织可以由单相组成，也可以由多相组成。 图(c)是碳质量分数为0.77%的铁碳合金的室温平衡组织, 叫珠光体。它是由粗片状的α相和细片状的Fe3C相两相相间所组成。                                                                                                     (a) 0.01%C 铁素体 500倍 (b) 0.45%C 铁素体+珠光体  500倍 (c) 0.77%C 珠光体 (d) 1.2%C  珠光体+二次渗碳体

1.1.3 金属材料的组织 影响组织的因素 片状珠光体 球状珠光体 金属材料的组织取决于它的化学成分和工艺过程。 1.1.3 金属材料的组织 影响组织的因素     金属材料的组织取决于它的化学成分和工艺过程。     不同碳含量的铁碳合金在平衡结晶后获得的室温组织不一样。     金属材料的化学成分一定时, 工艺过程则是其组织的最重要的影响因素。     纯铁经冷拔后, 其组织由原来的等轴形状的铁素体晶粒变成拉长了的铁素体晶粒。     碳含量为0.77%的铁碳合金经球化退火后, 得到的组织为球状珠光体。这种组织与室温平衡组织片状珠光体的形态完全不一样。 片状珠光体 球状珠光体

1.1.3 金属材料的组织 组织与性能的关系 图为三种不同组织的灰口铸铁。 1.1.3 金属材料的组织 组织与性能的关系     图为三种不同组织的灰口铸铁。    灰口铸铁(a)的组织为铁素体和片状石墨;     灰口铸铁(b)的组织为铁素体和团絮状石墨;     灰口铸铁(c)的组织为铁素体和球状石墨。    它们的基体都是铁素体, 但石墨的形态不同, 使它们的抗拉强度相差很大。(a)、(b)、(c)三种灰口铸铁的抗拉强度分别为150 MPa、350 MPa和420 MPa。冲击韧性最高的是灰口铸铁(c), 其次为(b), 最低的是(a)。                                                                                                                                                                                 （a） （b） （c）      灰口铸铁的组织

1.1.3 金属材料的组织 组织与性能的关系      冷变形：纯铁经冷拔后,晶粒被拉长变形, 同时其内部位错密度等晶体缺陷增多, 其强度与硬度均比未变形前要高得多。纯铁经变形度为80%的冷拔变形后, 其抗拉强度由冷拔前的180 MPa提高到500 MPa。冷变形对纯铁的物理、化学性能也有较大的影响, 如导电性、耐蚀性降低。     热处理：碳含量为0.77%的铁碳合金, 室温平衡组织中含有片状的Fe3C相, 其硬度高达800 HB。切削加工时, 车刀要不断切断Fe3C, 因此刀具的磨损很厉害。但球化退火后, Fe3C相变为分散的颗粒状, 切削时对刀具的磨损较小, 使切削性能得到提高。    金属的组织结构由材料的成分、工艺所决定。金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。不同组织结构的材料具有不同的性能。

1.2 金属材料的性能 包括两方面 力学性能（强度、塑性韧性等） 物理性能（光、热、电、磁等） 材料使用性能 化学性能（氧化、腐蚀等） 1.2 金属材料的性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造性、锻压性、焊接性、热处理和切削性能等。 力学性能（强度、塑性韧性等） 物理性能（光、热、电、磁等） 化学性能（氧化、腐蚀等） 材料使用性能 包括两方面 加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化） 锻造性能 材料工艺性能

1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能 一、铸造性能 1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能 一、铸造性能     铸造性能：金属材料铸造成形获得优良铸件的能力，可以用流动性、收缩性和偏析三个指标衡量； 1. 流动性：熔融金属的流动能力；     2. 收缩性       铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。铸造用金属材料的收缩率越小越好。     3. 偏析       金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。

1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能   二、锻造性能     金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。 锻造 锻造

1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能   三、焊接性能     金属材料对焊接加工的适应性称焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。钢材的碳含量是焊接性好坏的主要因素。低碳钢和碳的质量分数低于0.18 %的合金钢有较好的焊接性能。碳含量和合金元素含量越高, 焊接性能越差。 锻造电弧焊气焊 电弧焊 气焊

1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能  四、切削加工性能     切削加工性能一般用切削后的表面质量(以表面粗糙度高低衡量)和刀具寿命来表示。金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS)和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(如加入少量铅、磷等元素)和进行适当的热处理可提高钢的切削加工性能。铜有良好的切削加工性能。 锻造电弧焊气焊 切削加工

1.2 金属材料的性能 1.2.1 金属材料的工艺性能  五、热处理工艺性能     钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好, 碳钢的淬透性较差。铝合金的热处理要求较严。铜合金只有几种可以用热处理强化。 锻造电弧焊气焊

1.2.2 机械性能 一、强度 二、塑性 三、硬度 四、韧性 五、疲劳 六、断裂韧性

1.2 金属材料的性能 1.2.2 金属材料的机械性能     金属材料的机械性能，即是指金属材料在外力（载荷）作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 锻造电弧焊气焊                                                                                                                                                                             载荷的形式 

1.2 金属材料的性能 1.2.2 金属材料的机械性能 一、强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力, 材料的强度用拉伸试验测定。 1.2 金属材料的性能 1.2.2 金属材料的机械性能    一、强度        金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力, 材料的强度用拉伸试验测定。                                                                                                        锻造电弧焊气焊 (a)原始试样  （b)拉伸后试样 圆形拉伸试样 拉伸试验

强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 一、强度 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。 1. 弹性极限（σe）      表示材料保持弹性变形, 不产生永久变形的最大应力, 是弹性零件的设计依据。     2. 屈服点（ σs）       表示金属开始发生明显塑性变形的抗力, 铸铁等材料没有明显的屈服现象, 则用条件屈服点（ σ0.2 ）来表示: 产生0.2%残余应变时的应力值。

拉伸试验机 曲线分为四阶段： 1．阶段I（oe）――弹性变形阶段 2．阶段II（es）段――屈服变形阶段 3．阶段III（sb）段――强化阶段 4．阶段IV(bz) 段――缩颈阶段 5. Z点：试样发生断裂 拉伸试验机 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线 颈缩 0.2  

二、弹性和塑性 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 弹性：即材料承受最大弹性变形时的应力，指标为弹性极限e。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。

塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力指标为： 伸长率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 断面收缩率：

三、硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 布氏硬度HB 布氏硬度计

压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，之后的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间； 如120HBS10/1000/30：表示直径为10mm的钢球在1000kgf载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比 压头还硬的材料。

根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 洛氏硬度测量原理图：P35,图1－32 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计

HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 钢球压头与金刚石压头 洛氏硬度压痕

维氏硬度 维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕 维氏硬度计 利用顶角为136度的金刚石四方角锥体作压头，在一定的载荷下压入试件表面，留下方形压痕，根据对角线的长度，即可查出硬度值 钢材硬度最常用的指标有三种：布氏硬度，洛氏硬度和维氏硬度。 布氏硬度的含意：用一定直径的淬硬钢球，在一定的载荷（p）作用下，压入试件表面，停留一段时间，然后除去载荷，测量压痕的面积，压痕越小表示抵抗塑性变形能力（即硬度）越大，越大硬度越小，用“HB”来表示。 洛氏硬度的含意：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。简单说就是压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。用"HRC"来表示。比如HRC60，即代表在试验载荷为150kg下，使用顶角为120度的金刚石圆锥压头时，试件的压痕深度为0.08mm。 维氏硬度的含意：是利用顶角为136度的金刚石四方角锥体作压头，在一定的载荷下压入试件表面，留下方形压痕，根据对角线的长度，即可查出硬度值，用“HV”来表示。通常不锈钢丸硬度应在洛氏威尔硬度40s以上，60s以下,简而言之，硬度越高，抗磨损能力越高，但脆性也越大. 维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕 维氏硬度计

维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间. 小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间. 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。

四、冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。

韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。

由于早年的Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。

五、疲劳强度 材料在低于s重复交变应力作用下发生断裂的现象. 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 疲劳曲线示意图

疲劳断口 轴的疲劳断口 疲劳辉纹（扫描电镜照片） 通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，强化等方法可提高材料提高表面光洁度，提高表面疲劳抗力.

六、断裂韧性 应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 C为断裂应力， aC为临界裂纹半长，单位为

当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。 KI＝KIC时，裂纹处于临界状态 KI<KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。 第一章 绪论 当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。 KI＝KIC时，裂纹处于临界状态 KI<KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。 KIC可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。 断裂韧性——KIC

密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。 1.2.3 理化性能 ● 物理性能： 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。 ● 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性。

Engineering Materials 1.2 金属材料的性能 1.2.3 金属材料的理化性能 一、金属的物理性能     1. 密度      单位体积物质的质量称为该物质的密度。密度小于5×103 kg/m3 的金属称为轻金属, 如铝、镁、钛及它们的合金。密度大于5×103 kg/m3的金属称为重金属, 如铁、铅、钨等。轻金属多用于航天航空器上。     2. 熔点      金属从固态向液态转变时的温度称为熔点，纯金属都有固定的熔点。     熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等，可以用来制造耐高温零件，如在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。     熔点低的金属称为易熔金属如锡、铅等，可用于制造保险丝和防火安全阀零件等。    锻造电弧焊气焊 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

Engineering Materials 1.2 金属材料的性能 1.2.3 金属材料的理化性能 一、金属的物理性能     3. 导热性      导热性通常用热导率来衡量。热导率越大, 导热性越好。金属的导热性以银为最好, 铜、铝次之。合金的导热性比纯金属差。在热加工和热处理时，必须考虑金属材料的导热性，防止材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力，以免零件变形或开裂。导热性好的金属散热也好，在制造散热器、热交换器与活塞等零件时，要选用导热性好的金属材料。     4. 导电性      传导电流的能力称导电性，用电阻率来衡量。电阻率越小，金属材料导电性越好，金属导电性以银为最好，铜、铝次之。合金的导电性比纯金属差。电阻率小的金属(纯铜、纯铝)适于制造导电零件和电线。电阻率大的金属或合金(如钨、钼、铁、铬、铝)适于做电热元件。 锻造电弧焊气焊 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

Engineering Materials 1.2 金属材料的性能 1.2.3 金属材料的理化性能 一、金属的物理性能     5. 热膨胀性      金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。由膨胀系数大的材料制造的零件, 在温度变化时, 尺寸和形状变化较大。轴和轴瓦之间要根据其膨胀系数来控制其间隙尺寸；在热加工和热处理时也要考虑材料的热膨胀影响, 以减少工件的变形和开裂。     6. 磁性     铁磁性材料  在外磁场中能强烈地被磁化，如铁、钴等。     顺磁性材料  在外磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬等。     抗磁性材料  能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌等。     铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则用于要求避免电磁场干扰的零件和结构材料，如航海罗盘。     铁磁性材料当温度升高到一定数值时，磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770 ℃。 锻造电弧焊气焊 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

Engineering Materials 1.2 金属材料的性能 1.2.3 金属材料的理化性能 一、金属的物理性能     附表1-1 一些金属的物理性能及机械性能 金属 铝 铜 镁 镍 铁 钛 铅 锡 锑 元素符号 Al Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn Sb 密度/(kg/m3×103 ) 2.70 8.94 1.74 8.9 7.86 4.51 11.34 7.3 6.69 熔点/℃ 660 1083 650 1455 1539 1660 327 232 631 线膨胀系数/  (1/℃)×10-6 23.1 16.6 25.7 13.5 11.7 9.0 29 23 11.4 相对导电率/(%) 60 95 34 16 3 7 14 4 导热系数/W/(m.℃) 2.09 3.85 1.46 0.59 0.84 0.17 — 磁化率 χ 21 抗磁 12 铁磁 182 2 弹性模量E/MPa 72400 130000 43600 210000 200000 112500 抗拉强度 σb/ MPa 80～110 200～240 200 400～500 250～330 250～300 18 20 4～10 伸长率 δ/(%) 32～40 45～50 11.5 35～40 25～55 50～70 45 40 断面收缩率ψ/(%) 70～90 65～75 12.5 60～70 70～85 76～88 90 布氏硬度HB 36 80 65 100 5 30 色泽 银白 玫瑰红 白 灰白 暗灰 苍灰 锻造电弧焊气焊 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

Engineering Materials 1.2 金属材料的性能 1.2.3 金属材料的理化性能 二、金属的化学性能     主要指耐腐蚀性和抗氧化性。金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性统称化学稳定性。在高温下的化学稳定性称为热稳定性。     1. 耐腐蚀性       金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其它化学介质腐蚀破坏作用的能力称耐腐蚀性，碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差；钛及其合金、不锈钢的耐腐蚀性好。铝合金和铜合金有较好的耐腐蚀性。     2. 抗氧化性      金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称抗氧化性。加入Cr、Si等元素, 可提高钢的抗氧化性。如4Cr9Si2可制造内燃机排气阀及加热炉炉底板, 料盘等。     锻造电弧焊气焊 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

Engineering Materials 本章小结 本章重点　 1. 晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。单晶体，晶粒，多晶体。 固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用 3. 相和组织的概念。 一般要求 1. 晶面，晶向，晶格常数，晶格的致密度；晶体的各向异性。 2. 晶体缺陷（点、线、面缺陷，位错等概念）。 结束放映 下一页 上一页 本章首页 Engineering Materials 教程首页

第一章 复习要点 1、解释名词：晶体、晶格、晶胞、金属键、离子键、分子键、共价键 2、简述体心立方晶胞、面心立方晶胞、密排六方晶胞的特征。 3、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？ 4、解释名词：强度、弹性极限e、屈服强度s 、强度极限b、塑性、延伸率、布氏硬度、洛氏硬度、疲劳强度、断裂韧性。

作业 1.简述金属组织的决定因素及与性能之间的关系。 2.金属材料的性能都包括哪些方面？ 3.什么是屈服现象？它的物理意义是什么？为什么有的材料还要规定条件屈服强度？