機(jī)械工程材料緒論$第一章

1、工程材料學(xué)（工程材料學(xué)（Engineering Materials） Presentation：Chris Liu （劉卓承）（劉卓承） TelephoneEmail: 緒論緒論1、工程材料及其發(fā)展概況：、工程材料及其發(fā)展概況：工程材料工程材料：與工程有關(guān)的材料，包括：金屬材料、：與工程有關(guān)的材料，包括：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料四大類。高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料四大類。發(fā)展史：發(fā)展史：2、學(xué)習(xí)內(nèi)容：、學(xué)習(xí)內(nèi)容：本書中將介紹：金屬學(xué)、熱處理原理與工藝、金本書中將介紹：金屬學(xué)、熱處理原理與工藝、金屬材料三部分的內(nèi)容；屬材料三部分的內(nèi)容；金屬學(xué)金屬學(xué)：介

2、紹：介紹晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、二元合金二元合金相圖相圖、鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖、金屬的塑性變金屬的塑性變形和再結(jié)晶形和再結(jié)晶。熱處理原理與工藝：熱處理原理與工藝：熱處理：將金屬在固態(tài)下加熱到預(yù)定溫度、熱處理：將金屬在固態(tài)下加熱到預(yù)定溫度、并在該溫度下保溫一段時(shí)間，然后以一定的并在該溫度下保溫一段時(shí)間，然后以一定的速度冷卻下來的熱加工工藝。速度冷卻下來的熱加工工藝。本書中將介紹有關(guān)熱處理原理與工藝的一些本書中將介紹有關(guān)熱處理原理與工藝的一些知識(shí)（知識(shí)（鋼的熱處理鋼的熱處理）。）。金屬材料：金屬材料：研究合金鋼的成分、組織、性能、研究合金鋼的成分、組織、性能、特點(diǎn)等（特點(diǎn)等（合金鋼合金鋼

3、）。）。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 一個(gè)中心：一個(gè)中心：金屬及合金的成分、組織結(jié)構(gòu)間的變化規(guī)律； 二個(gè)圖形二個(gè)圖形：相圖、曲線 ； 五大轉(zhuǎn)變：五大轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變、奧氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、回火轉(zhuǎn)變； 四把大火：四把大火：正火、退火、淬火、回火； 八大鋼種：八大鋼種：滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、刃具鋼、模具鋼、量具鋼、特殊性能鋼。3、學(xué)習(xí)方法：、學(xué)習(xí)方法： 課堂上的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)堂消化課堂上的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)堂消化溫故而知新溫故而知新4、學(xué)習(xí)特點(diǎn)：、學(xué)習(xí)特點(diǎn)：概念性強(qiáng)；概念性強(qiáng)；連貫性強(qiáng)；連貫性強(qiáng)；實(shí)踐性強(qiáng)；實(shí)踐性強(qiáng)；抽象性強(qiáng)；抽象性強(qiáng)；參考書：參考書：金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 史美堂主編、史美堂

4、主編、 工程材工程材料學(xué)料學(xué) 燕來生主編、金屬學(xué)與熱處理燕來生主編、金屬學(xué)與熱處理 崔忠圻主編崔忠圻主編教材：教材：工程材料工程材料陳積偉陳積偉 機(jī)械工業(yè)出版社；機(jī)械工業(yè)出版社； 第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1、晶體的概念：、晶體的概念： 1.1晶體：內(nèi)部的原子呈一定規(guī)律重復(fù)排列著的固態(tài)晶體：內(nèi)部的原子呈一定規(guī)律重復(fù)排列著的固態(tài)物質(zhì)。書物質(zhì)。書P2圖圖1-1；例如：鉆石、冰等。；例如：鉆石、冰等。第一章第一章 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能 特點(diǎn)特點(diǎn)1.2晶體的特性晶體的特性：有一定的熔點(diǎn)；各向異性有一定的熔點(diǎn)；各向異性晶體晶體非晶體非晶體時(shí)間時(shí)間溫溫度度晶體和非

5、晶體的晶體和非晶體的熔化曲線熔化曲線非晶體非晶體 ： 蜂蠟、玻璃蜂蠟、玻璃 等。等。液體液體晶體晶體金剛石、金剛石、NaClNaCl、冰、冰 等。等。 1.3空間點(diǎn)陣：空間點(diǎn)陣：用以表示晶體中原子（離子或分子）排用以表示晶體中原子（離子或分子）排列形式的空間格子，也叫晶格。列形式的空間格子，也叫晶格。（在這里將晶體的實(shí)際（在這里將晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)忽略而抽象為純粹的幾何點(diǎn)，稱為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)，用質(zhì)點(diǎn)忽略而抽象為純粹的幾何點(diǎn)，稱為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)，用許多平行的直線將這些陣點(diǎn)連接所構(gòu)成的三維空間格架）許多平行的直線將這些陣點(diǎn)連接所構(gòu)成的三維空間格架）1.4晶胞：從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映原子晶胞：從晶格中選取

6、一個(gè)能夠完全反映原子排列規(guī)律的最小幾何單元。排列規(guī)律的最小幾何單元。晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長度晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長度a、b、c ，單位為埃單位為埃（）；）；以及軸間夾角以及軸間夾角、。例如：例如：a=b=c，而而=90就是簡單立方就是簡單立方晶胞。晶胞。晶格常數(shù)晶格常數(shù)a，b，c晶胞晶胞2 2 、金屬的特性、金屬的特性2.1 2.1 外觀外觀 特征：金屬光澤和不透明性特征：金屬光澤和不透明性2 2.2 .2 正的電阻溫度系數(shù)正的電阻溫度系數(shù)2.3 2.3 良好的機(jī)械性能、良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性良好的機(jī)械性能、良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性3、金屬晶體中常見的三種晶格類型：、金屬晶體中常見的三種晶格類型：

7、3.1 3.1 體心立方晶胞（體心立方晶胞（Body Centered Cubic) Body Centered Cubic) （簡稱簡稱bccbcc）書書P4P4圖圖1-31-3 3.1.1 3.1.1 原子分布：原子分布：8 8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，在體心處還有一個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，在體心處還有一個(gè)原子。個(gè)原子。 3.1.2 3.1.2 原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)： 281813.1.3 原子半徑原子半徑：原子半徑r= a。3.1.4 致密度與配位數(shù)致密度與配位數(shù)： 致密度致密度：晶胞中所含的原子所占的體積與該晶晶胞中所含的原子所占的體積與該晶胞的體積之比，用胞的體積之比，用K表示表示。 k=n V

8、a /Vc43 bcc的k=0.68 （n=2;v=4/3r3;V=a3 配位數(shù)配位數(shù)：晶格中與任一原子最近鄰、且等距的原子數(shù)目，用N表示。而bcc的N=8。3.1.5晶格常數(shù)晶格常數(shù)： a=b=c； = = =90 3.2 、面心立方晶胞（面心立方晶胞（Face Centered Cubic）（）（英文簡英文簡稱稱fcc）3.2.1 原子分布：8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，立方體的每個(gè)面?zhèn)€頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，立方體的每個(gè)面的中心還各有一個(gè)原子。的中心還各有一個(gè)原子。書書P6圖圖1-43.2.2 原子個(gè)數(shù)：3.2.3 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a=b=c； =903.2.4 原子半徑：在每個(gè)面的對(duì)角線上原子是

9、緊密接觸的，原子半徑：在每個(gè)面的對(duì)角線上原子是緊密接觸的，r= a3.2.5 致密度與配位數(shù)：K=0.74 ；N=12。 4246218813.3.1 原子分布：六方體的原子分布：六方體的12個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，上下個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，上下底面的面中心各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)還有底面的面中心各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)還有3個(gè)原子。個(gè)原子。3.3.2 原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)： 6322112613.3 密排六方晶胞（密排六方晶胞（hcp） 書書P7圖圖1-53.3.3 晶格常數(shù)：底邊棱長晶格常數(shù)：底邊棱長a；兩底面間的高度兩底面間的高度c。3.3.4 原子半徑與致密度與配位數(shù)：原子半徑與致密度與配位數(shù)：r=a

10、/2 ，K=0.74，N=12。晶格類型原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度bcc280.68fcc4120.74hcp6120.74a43a42a21表表11三種典型金屬晶格的數(shù)據(jù)三種典型金屬晶格的數(shù)據(jù)三種典型金屬晶格的各種數(shù)據(jù)見書三種典型金屬晶格的各種數(shù)據(jù)見書 P7表表1-14.1 定義：定義：晶向：在晶體的晶格中晶向：在晶體的晶格中穿過兩個(gè)以上原子中心穿過兩個(gè)以上原子中心的方向的方向（直）線（直）線。晶面：在晶體的晶格中晶面：在晶體的晶格中通過原子中心通過原子中心所構(gòu)成所構(gòu)成的平面的平面。晶面、晶向指數(shù)：表示各種晶面和晶向位向的統(tǒng)一符晶面、晶向指數(shù)：表示各種晶面和晶向位向的統(tǒng)一符號(hào)，以表示它們?cè)诰?/p>

11、體中的方位和方向。號(hào)，以表示它們?cè)诰w中的方位和方向。 4、晶向指數(shù)與晶面指數(shù)：、晶向指數(shù)與晶面指數(shù)：確定步驟如下： 設(shè)坐標(biāo)軸設(shè)坐標(biāo)軸 ：以晶胞的三條棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z，坐標(biāo)軸的原點(diǎn)應(yīng)在待定晶面之外。 求截距求截距：以晶格常數(shù)a、b、c為度量單位，求出晶面在各軸上的截距。 求倒數(shù)求倒數(shù)：將各截距值求倒數(shù)。 化整數(shù)化整數(shù)： 將前面的三個(gè)倒數(shù)化為最小簡單整數(shù)，并放在圓括號(hào)內(nèi)。一般表示為（hkl），如果截距為負(fù)值，則在相應(yīng)的指數(shù)上加負(fù)號(hào)，例如（kl）。4.2 4.2 晶面指數(shù)晶面指數(shù)注意：注意：1、這里所謂的晶面指數(shù)并非僅指一個(gè)晶格、這里所謂的晶面指數(shù)并非僅指一個(gè)晶格中的某一個(gè)晶面，而是泛指該晶

12、格中所有那些與其中的某一個(gè)晶面，而是泛指該晶格中所有那些與其相平行的位向相同的晶面。相平行的位向相同的晶面。 2、在同一晶格中，有些晶面雖然在空間位、在同一晶格中，有些晶面雖然在空間位向上不同，但其原子排列情況完全相同，將這些晶向上不同，但其原子排列情況完全相同，將這些晶面列為同一晶面族，用面列為同一晶面族，用hkl表示，（晶面在空間表示，（晶面在空間位向上不同但其原子排列情況完全相同表現(xiàn)在指數(shù)位向上不同但其原子排列情況完全相同表現(xiàn)在指數(shù)上是數(shù)字不變，而對(duì)這些數(shù)字進(jìn)行排列組合）上是數(shù)字不變，而對(duì)這些數(shù)字進(jìn)行排列組合）確定步驟： 設(shè)坐標(biāo)軸：以晶胞的三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z。 引平行線：過原點(diǎn)引

13、一條有向直線平行于待定晶向求坐標(biāo)值：以晶格常數(shù)為度量單位，在該方向上求出最近原子的坐標(biāo)值。化整數(shù) ：將三個(gè)坐標(biāo)值化為最小簡單整數(shù)，放入方括號(hào)內(nèi)，一般用uvw表示。 4.3 晶向指數(shù)：晶向指數(shù)：用來表示晶向在晶體中的原子排列情況及位向的符號(hào)。v注意：注意：所有互相平行，方向一致的晶向具有相同的晶向指數(shù)。當(dāng)晶向指數(shù)某一坐標(biāo)為負(fù)方向時(shí)，則該坐標(biāo)值為負(fù)值，同一直線有相反的兩個(gè)晶向，其晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但符號(hào)相反。晶向族：原子排列相同，但空間位向不同的所有晶向構(gòu)成晶向族，用uvw表示。 特點(diǎn)：立方結(jié)構(gòu)的晶體中，晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但排列順序不同，則具有相同的原子排列在立方結(jié)構(gòu)的晶體中，當(dāng)一晶向uvw位

14、于或平行于某一晶面（hkl）時(shí)，則hu+kv+lw=0；當(dāng)某一晶向與某一晶面垂直時(shí)，則u=h、v=k、w=l。晶面及晶向的原子密度晶面原子密度=該面積上實(shí)際包含的原子數(shù)/晶面面積晶向原子密度=該長度上實(shí)際包含的原子數(shù)/晶向長度體心立方晶體中110 、111面心立方晶體111、 110密排六方晶體 底面 底面對(duì)角線4.4 晶體的各向異性晶體的各向異性由于晶體中而不同晶面或晶向上原子密度不同，原子間距由于晶體中而不同晶面或晶向上原子密度不同，原子間距離不同，導(dǎo)致原子結(jié)合力不同，從而引起性能不同的現(xiàn)象離不同，導(dǎo)致原子結(jié)合力不同，從而引起性能不同的現(xiàn)象XYZXYZ作業(yè)：作業(yè)：1、解釋下列名詞：晶體，、

15、解釋下列名詞：晶體， 晶胞，致密度，配位數(shù)，晶胞，致密度，配位數(shù)，晶體的各向異性，晶面指數(shù)，晶向指數(shù)晶體的各向異性，晶面指數(shù)，晶向指數(shù)2、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數(shù)有什么特點(diǎn)？列和晶格常數(shù)有什么特點(diǎn)？ -Fe、 -Fe、Al、Cu、Ni、Cr、Mg、Zn各屬何種晶體？各屬何種晶體？3、在立方晶體中，一平面通過、在立方晶體中，一平面通過Y=0.5、Z=3并平并平行于行于X軸，它的晶面指數(shù)是多少？繪圖表示。軸，它的晶面指數(shù)是多少？繪圖表示。1、單晶體與多晶體幾個(gè)名詞：晶粒：晶粒：在實(shí)際使用的金屬材料中，晶體是由許多細(xì)小的顆粒組成，

16、這些細(xì)小的顆粒，叫做晶粒。 單晶體：單晶體：內(nèi)部晶格位向完全一致的晶體（理想晶體），由一個(gè)晶粒所組成。如單晶Si半導(dǎo)體。 多晶體：多晶體：由許多位向不同的晶粒構(gòu)成的晶體 晶界晶界：晶粒與晶粒之間的界面。第二節(jié)實(shí)際金屬中的晶體缺陷2. 2. 實(shí)際金屬晶體的缺陷實(shí)際金屬晶體的缺陷晶體缺陷類型晶體缺陷類型（1 1）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子（2 2）線缺陷：位錯(cuò)）線缺陷：位錯(cuò)（3 3）面缺陷：晶界與亞晶界）面缺陷：晶界與亞晶界實(shí)際晶體中原子排列不規(guī)律的地方統(tǒng)稱為實(shí)際晶體中原子排列不規(guī)律的地方統(tǒng)稱為“晶體缺陷晶體缺陷2、晶體的缺陷：、晶體的缺陷：2.1 點(diǎn)缺陷：其特征是在三個(gè)方向上

17、的尺寸都很小，常點(diǎn)缺陷：其特征是在三個(gè)方向上的尺寸都很小，常見的有見的有“空位空位”、“間隙原子間隙原子”。 空位：當(dāng)晶格中的某些原子由于某種原因，脫離原來空位：當(dāng)晶格中的某些原子由于某種原因，脫離原來的平衡位置，則在原處出現(xiàn)了一個(gè)空結(jié)點(diǎn)，叫做空位。的平衡位置，則在原處出現(xiàn)了一個(gè)空結(jié)點(diǎn)，叫做空位?？瘴豢瘴?間隙原子間隙原子 間隙原子：處于晶格間隙中的原子，叫做間隙原子。間隙原子：處于晶格間隙中的原子，叫做間隙原子。由于空位和間隙原子的存在，會(huì)使其周圍的晶格發(fā)生畸變。由于空位和間隙原子的存在，會(huì)使其周圍的晶格發(fā)生畸變。 位錯(cuò)：在晶格中，發(fā)生一列或幾列原子有規(guī)律的錯(cuò)排的位錯(cuò)：在晶格中，發(fā)生一列或幾

18、列原子有規(guī)律的錯(cuò)排的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 類型：刃型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)。類型：刃型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)。 2.2 線缺陷線缺陷: 刃型位錯(cuò)：使晶體的右上部分相對(duì)右下部刃型位錯(cuò)：使晶體的右上部分相對(duì)右下部分發(fā)生了局部的滑移，結(jié)果在晶格的上半部分分發(fā)生了局部的滑移，結(jié)果在晶格的上半部分中擠出了一層多余的原子面，猶如用一把鋒利中擠出了一層多余的原子面，猶如用一把鋒利的尖刀將晶體的上半部分切開，沿切口硬插入的尖刀將晶體的上半部分切開，沿切口硬插入額外的半層原子面，將刃口處的原子列額外的半層原子面，將刃口處的原子列EF稱稱為刃型位錯(cuò)。為刃型位錯(cuò)。在晶體右上角施加一切應(yīng)力，促使右上部晶體中的原子沿滑移面自左向右移動(dòng)一個(gè)原子

19、間距，由于此時(shí)左上角的原子尚未滑移，于是在晶體內(nèi)部就出現(xiàn)了已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。在邊界附近，原子排列的規(guī)則性遭到了破壞，此邊界線就相當(dāng)于額外半原子面的邊緣。 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)： 在立方晶體的右端施加一切應(yīng)力，使右端的上下兩部分沿滑移面ABCD發(fā)生了一個(gè)原子間距的相對(duì)切變，于是就出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BC，BC就是螺型位錯(cuò)。A從滑移面上下相鄰兩層晶面上原子排列的情況可以看出，在aa的右側(cè)晶體的上下兩個(gè)部分相對(duì)錯(cuò)動(dòng)了一個(gè)原子間距，但在aa和BC之間，則發(fā)現(xiàn)上下兩層相鄰原子發(fā)生錯(cuò)排和不對(duì)齊的現(xiàn)象，這一地帶稱為過渡地帶。此過渡地帶的原子被扭曲成了螺旋形狀。如果從a開始，按順時(shí)針方向依次連接

20、過渡地帶的各原子，每旋轉(zhuǎn)一周，原子面就沿滑移方向前進(jìn)一個(gè)原子間距，就如一個(gè)右旋螺紋一樣。螺位錯(cuò)螺位錯(cuò) 晶界：由于各晶粒的位向不同，故晶界實(shí)際上是不晶界：由于各晶粒的位向不同，故晶界實(shí)際上是不同位向晶粒之間原子排列無規(guī)律的過渡層。同位向晶粒之間原子排列無規(guī)律的過渡層。 2.3 面缺陷：面缺陷： 亞晶界：在金屬晶體的每一個(gè)晶粒內(nèi)部，其亞晶界：在金屬晶體的每一個(gè)晶粒內(nèi)部，其晶格位向也并不像理想晶體那樣完整，它是由晶格位向也并不像理想晶體那樣完整，它是由許多位向很小的小晶塊組成，這些小晶塊稱為許多位向很小的小晶塊組成，這些小晶塊稱為亞晶粒，亞晶粒之間的界面叫做亞晶界。亞晶粒，亞晶粒之間的界面叫做亞晶界

21、。亞晶界亞晶界 以上我們討論的是晶體缺陷，凡是晶格缺陷以上我們討論的是晶體缺陷，凡是晶格缺陷處及其附近，均有明顯的晶格畸變，因而會(huì)處及其附近，均有明顯的晶格畸變，因而會(huì)引起晶格能量的提高，并使金屬的物理、化引起晶格能量的提高，并使金屬的物理、化學(xué)和機(jī)械性能顯著變化。例如：由于晶界上學(xué)和機(jī)械性能顯著變化。例如：由于晶界上存在著晶格畸變，因而在室溫下對(duì)金屬材料存在著晶格畸變，因而在室溫下對(duì)金屬材料的塑性變形起著阻礙作用，在宏觀上表現(xiàn)為的塑性變形起著阻礙作用，在宏觀上表現(xiàn)為使金屬材料具有更高的強(qiáng)度和硬度使金屬材料具有更高的強(qiáng)度和硬度，顯然，顯然，晶粒越細(xì)，金屬材料的強(qiáng)度、硬度就越高。晶粒越細(xì)，金屬材

22、料的強(qiáng)度、硬度就越高。 晶體缺陷對(duì)金屬性能的影響 第三節(jié)第三節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 3.1 概念概念 1.合金合金 一種金屬元素與另外一種或幾種金屬或非一種金屬元素與另外一種或幾種金屬或非金屬元素相互溶合而形成的具有金屬特性的物質(zhì)。金屬元素相互溶合而形成的具有金屬特性的物質(zhì)。 2.組元：組元： 組成合金的最基本的、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)叫做組組成合金的最基本的、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)叫做組元。元。它是組成合金的元素或穩(wěn)定的化合物；例如：碳它是組成合金的元素或穩(wěn)定的化合物；例如：碳鋼的組元是鐵和碳，也可以認(rèn)為是鐵和金屬化合物鋼的組元是鐵和碳，也可以認(rèn)為是鐵和金屬化合物（Fe3C）。）。 由兩個(gè)

23、組元由兩個(gè)組元組成的合金，稱組成的合金，稱為為二元合金。二元合金。3.二元合金二元合金 碳鋼（碳鋼（carbon steel）：是鐵與碳所組成的合金。）：是鐵與碳所組成的合金。 白銅：主要是銅與鎳所組成的合金。白銅：主要是銅與鎳所組成的合金。 黃銅黃銅(brass)：是銅與鋅等元素組成的合金。：是銅與鋅等元素組成的合金。合金舉例：合金舉例： 合金合金除具備純金屬的基本特性外，還可以擁有除具備純金屬的基本特性外，還可以擁有純金屬所不能達(dá)到的一系列機(jī)械特性與理化特性純金屬所不能達(dá)到的一系列機(jī)械特性與理化特性,如如高強(qiáng)度高強(qiáng)度、高硬度高硬度、高耐磨性高耐磨性、 強(qiáng)磁性強(qiáng)磁性、耐蝕性耐蝕性等。等。 在

24、金屬或合金中，凡是在金屬或合金中，凡是具有相同成分，相同晶體結(jié)具有相同成分，相同晶體結(jié)構(gòu)并與其他部分有界面分開構(gòu)并與其他部分有界面分開的均勻組成部分，稱為的均勻組成部分，稱為相相。相相3.2固態(tài)合金相的種類及特點(diǎn)n在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是多相的。多相的。n純金屬在固態(tài)時(shí)為一個(gè)相（固相），在熔點(diǎn)以上純金屬在固態(tài)時(shí)為一個(gè)相（固相），在熔點(diǎn)以上為另一個(gè)相（液相）。為另一個(gè)相（液相）。n合金中有兩類基本相：合金中有兩類基本相：固溶體固溶體和和金屬化合金屬化合物物。 (1 )固溶體的分類：固溶體的分類： 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的所占的位置，可將固溶體按溶質(zhì)

25、原子在溶劑晶格中的所占的位置，可將固溶體分為兩大類：分為兩大類：置換固溶體置換固溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。溶劑溶劑能夠保持其原有晶格類能夠保持其原有晶格類型并與固溶體晶格相同型并與固溶體晶格相同的組元稱為的組元稱為溶劑溶劑。溶質(zhì)溶質(zhì)失去原有晶格類型的組失去原有晶格類型的組元稱為元稱為溶質(zhì)溶質(zhì)，一般在合，一般在合金中含量較少。金中含量較少。+1、固溶體固溶體： 在固態(tài)下，溶質(zhì)原子可以不同方式進(jìn)入溶劑金屬在固態(tài)下，溶質(zhì)原子可以不同方式進(jìn)入溶劑金屬組元的晶格中去，這樣所形成的新相，稱之為固溶體。組元的晶格中去，這樣所形成的新相，稱之為固溶體。固溶體固溶體一種固相一種固相根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分

26、布是否有規(guī)律可根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布是否有規(guī)律可將固溶體分為：將固溶體分為：有序固溶體有序固溶體和和無序固溶體無序固溶體。 溶質(zhì)原子有規(guī)則地占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)中的溶質(zhì)原子有規(guī)則地占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)中的固定位置，溶質(zhì)與溶劑原子數(shù)之比為一定固定位置，溶質(zhì)與溶劑原子數(shù)之比為一定值時(shí)，所形成的固溶體稱為值時(shí)，所形成的固溶體稱為有序固溶體有序固溶體。否則為否則為無序固溶體無序固溶體。銅和金形成的銅和金形成的置換固溶體置換固溶體n間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比應(yīng)小于之比應(yīng)小于059方可。方可。溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格的結(jié)溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置而是進(jìn)入溶劑晶格的間

27、隙點(diǎn)位置而是進(jìn)入溶劑晶格的間隙時(shí)，所形成的固溶體時(shí)，所形成的固溶體。過渡族元素過渡族元素(溶劑溶劑)與尺寸較小的元素與尺寸較小的元素C 、N、H、B等易形成間隙固溶體。等易形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很小小,所以間隙固溶體都是所以間隙固溶體都是有限固溶體有限固溶體。溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變，溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變，其濃度越大，畸變?cè)酱蟆Ｆ錆舛仍酱?，畸變?cè)酱?。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的分布是隨機(jī)的，的分布是隨機(jī)的，間隙固間隙固溶體都是溶體都是無序固镕體無序固镕體。-19碳在碳在 Fe中中的間隙固溶的間隙固

28、溶體體（2）固溶體中的溶解度）固溶體中的溶解度C及其影響因素：及其影響因素： C=溶質(zhì)元素的重量（原子數(shù)）溶質(zhì)元素的重量（原子數(shù)）/固溶體的總重固溶體的總重量（總原子數(shù)）量（總原子數(shù)）100%。 當(dāng)當(dāng)C有一定限度時(shí)，這種固溶體叫做有限固溶有一定限度時(shí)，這種固溶體叫做有限固溶體。體。 當(dāng)當(dāng)C沒有一定限度時(shí)，（即溶質(zhì)元素與溶劑元沒有一定限度時(shí)，（即溶質(zhì)元素與溶劑元素之間可以形成任何比例的固溶體素之間可以形成任何比例的固溶體,固溶度達(dá)固溶度達(dá)100 ），這種固溶體叫做無限固溶體。只有），這種固溶體叫做無限固溶體。只有當(dāng)溶質(zhì)元素與溶劑元素之間形成置換固溶體時(shí)，當(dāng)溶質(zhì)元素與溶劑元素之間形成置換固溶體時(shí)，

29、才有可能形成無限固溶體；而形成間隙固溶體才有可能形成無限固溶體；而形成間隙固溶體時(shí)，只能是有限固溶體。時(shí)，只能是有限固溶體。rl晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)： 溶質(zhì)與溶劑溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同晶體結(jié)構(gòu)相同的元素之的元素之間具有較大的溶解度，可形成無限固溶體間具有較大的溶解度，可形成無限固溶體或有限固溶體。晶體結(jié)構(gòu)不同的元素之間或有限固溶體。晶體結(jié)構(gòu)不同的元素之間的溶解度較小，形成有限固溶體。的溶解度較小，形成有限固溶體。（例如，具有（例如，具有fcc晶格的晶格的Mn、Cu、Ni等在等在fcc的的-Fe中的溶解度較大，而在具有中的溶解度較大，而在具有bcc的的-Fe中的溶解度較小。）中的溶解度較小。）影響固

30、溶體溶解度的因素影響固溶體溶解度的因素：l原子大小因素原子大小因素：當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子直徑：當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子直徑差別（差別（d=d溶劑溶劑-d溶質(zhì)溶質(zhì)） 小時(shí)，易形成置換小時(shí)，易形成置換固溶體，而且差別越小，固溶體，而且差別越小，C越大，當(dāng)差別越大，當(dāng)差別小到一定程度時(shí)，小到一定程度時(shí)，C。當(dāng)當(dāng)d14%-15%時(shí)，可形成無限固溶體。時(shí)，可形成無限固溶體。例如，以鐵例如，以鐵為基的固溶體此差別為基的固溶體此差別8%時(shí)，時(shí)，C。反之，當(dāng)差別大時(shí)，易形成間隙固溶體。反之，當(dāng)差別大時(shí)，易形成間隙固溶體。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子造成間隙原子造成的晶格畸變比置換原子造成的晶格畸變大得多，所以其溶

31、解度一般不的晶格畸變大得多，所以其溶解度一般不會(huì)很大。會(huì)很大。 l電負(fù)性：得電子成為負(fù)離子的能力電負(fù)性：得電子成為負(fù)離子的能力 負(fù)電性相差越大，他們的化學(xué)親和力就越大，就越容易形成負(fù)電性相差越大，他們的化學(xué)親和力就越大，就越容易形成化合物，而不易形成固溶體，即使形成固溶體，溶解度也很小?；衔铮灰仔纬晒倘荏w，即使形成固溶體，溶解度也很小。二組元電負(fù)性差別小，易形成固溶體且溶解度大，即兩組元在周二組元電負(fù)性差別小，易形成固溶體且溶解度大，即兩組元在周期表中位置接近。期表中位置接近。它是強(qiáng)化金屬材料的它是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。重要途徑之一。固溶體的強(qiáng)度硬度逐漸升高，固溶體的強(qiáng)度硬度逐漸升

32、高，而塑性、韌性有所下降，而塑性、韌性有所下降，所以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相所以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相 通過向溶劑中溶入溶質(zhì)元素形成固溶通過向溶劑中溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，而使固溶體合金強(qiáng)度、硬度升高體，而使固溶體合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象的現(xiàn)象稱為稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。(3)固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：固溶體與純金屬相比電阻率矯頑力逐漸升高，導(dǎo)電固溶體與純金屬相比電阻率矯頑力逐漸升高，導(dǎo)電率下降等。率下降等。固溶強(qiáng)化的原因固溶強(qiáng)化的原因 ？ 由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃篌w的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使

33、金屬滑移變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從變得更加困難，變形抗力增大，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。而提高合金的強(qiáng)度和硬度。-252、金屬化合物、金屬化合物： 它是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一它是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相，又稱為中間相。新相的晶格結(jié)構(gòu)與合金種新相，又稱為中間相。新相的晶格結(jié)構(gòu)與合金的各組元的晶格結(jié)構(gòu)的各組元的晶格結(jié)構(gòu)都不相同都不相同。一般可用分子式。一般可用分子式來大致表示其組成。來大致表示其組成。 在化合物中具有相當(dāng)程度的金屬鍵及一定的金在化合物中具有相當(dāng)程度的金屬鍵及一定的金屬性質(zhì)，所以又稱為金屬化合物。如：碳鋼中屬性質(zhì)，所以又稱

34、為金屬化合物。如：碳鋼中 的的Fe3C；n金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆熔點(diǎn)高，硬而脆。n合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐 磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。可以作為功能材料使用，難以作磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。可以作為功能材料使用，難以作為結(jié)構(gòu)材料使用。為結(jié)構(gòu)材料使用。2.1、分類：分類：(1 )正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物：符合一般化合物的原：符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，有嚴(yán)格的化合比，成分固定不子價(jià)規(guī)律，有嚴(yán)格的化合比，成分固定不變，并可用化學(xué)式來表示。例如：變，并可用化學(xué)式來

35、表示。例如：Mg2Si、MnS等，正常價(jià)化合物具有較高的硬度等，正常價(jià)化合物具有較高的硬度和脆性。和脆性。CaF2型的晶格形式和型的晶格形式和ZnS型晶格形式型晶格形式-28(2)電子化合物電子化合物： 不遵守原子價(jià)規(guī)律但符合電子濃度（組元貢不遵守原子價(jià)規(guī)律但符合電子濃度（組元貢獻(xiàn)的價(jià)電子數(shù)與合金相原子數(shù)目之比值）規(guī)律的獻(xiàn)的價(jià)電子數(shù)與合金相原子數(shù)目之比值）規(guī)律的化合物?；衔铩電子濃度電子濃度(即電子數(shù)原于數(shù)即電子數(shù)原于數(shù))為為32的電子化合物，皆具有體的電子化合物，皆具有體心立方晶格稱之為心立方晶格稱之為相。如相。如CuZn、 Cu5Sn、 FeAl、 NiAl等。等。n電子濃度為電子濃度

36、為2113的電子化合物皆具有復(fù)雜立方晶格，稱的電子化合物皆具有復(fù)雜立方晶格，稱為為相如相如Cu5Zn8、Cu31Sn8等。等。n電子濃度為電子濃度為74的電子化合物，皆具有密排六方晶格，稱的電子化合物，皆具有密排六方晶格，稱作作相。如相。如CuZn3 、Cu8Sn等等電子化合物主要以金屬鍵結(jié)合，有明顯的金屬特性，電子化合物主要以金屬鍵結(jié)合，有明顯的金屬特性，它的熔點(diǎn)、它的熔點(diǎn)、硬度很高，但塑性較低硬度很高，但塑性較低，在許多有色金屬中為重要的強(qiáng)化相。，在許多有色金屬中為重要的強(qiáng)化相。(3)間隙化合物間隙化合物(interstitial compounds)是由過渡族金屬是由過渡族金屬(Fe、C

37、r、Mn 、 Mo、W、V等等)同原子同原子直徑較小的非金屬元素直徑較小的非金屬元素(C、N、H、B等等)形成的化合物。形成的化合物。在不同于組成元素的新晶格中，尺寸較大的過渡族元素占在不同于組成元素的新晶格中，尺寸較大的過渡族元素占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬原子則有規(guī)則的嵌據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬原子則有規(guī)則的嵌入晶格的間隙中。入晶格的間隙中。間隙化合物種類間隙化合物種類間隙相間隙相復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物-30l間隙相間隙相： 當(dāng)當(dāng)r非非/r金屬金屬0.59時(shí)時(shí)，形成的間隙化合物，形成的間隙化合物具有具有比較簡單的晶格結(jié)構(gòu)比較簡單的晶格結(jié)構(gòu)，稱為間隙相。例

38、，稱為間隙相。例如：如：VC具有具有fcc結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 間隙相具有十分突出的金間隙相具有十分突出的金屬特性，有金屬光澤和良好的導(dǎo)電性，熔點(diǎn)和硬度極高，屬特性，有金屬光澤和良好的導(dǎo)電性，熔點(diǎn)和硬度極高，間間隙化合物的合理存在，可有效地提高鋼的隙化合物的合理存在，可有效地提高鋼的強(qiáng)度強(qiáng)度、熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性、紅紅硬性硬性及及耐磨性耐磨性。是高速鋼和硬質(zhì)合金中的重要組成相，。是高速鋼和硬質(zhì)合金中的重要組成相，也是也是合金工具鋼和高溫金屬陶瓷中的重要組成相。合金工具鋼和高溫金屬陶瓷中的重要組成相。如如TiC、WC 、 TiN、VC、NbC 、Mo2N、Fe4N等等 l間隙化合物間隙化合物： 當(dāng)當(dāng)r非非/r金

39、屬金屬0.59時(shí)時(shí)，所形成的化合所形成的化合物具有較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，物具有較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙化稱為間隙化合物。例如：合物。例如： Fe3C，具有正交晶格。具有正交晶格。 間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但與間隙相相比，它們的熔點(diǎn)和硬度，但與間隙相相比，它們的熔點(diǎn)和硬度要低一些，而且在加熱時(shí)，容易分解。度要低一些，而且在加熱時(shí)，容易分解。VC晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)Fe3C晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 定義：工程中的合金常常以固溶體為主，輔以金屬工程中的合金常常以固溶體為主，輔以金屬化合物彌散分布，來提高合金整體的強(qiáng)度、硬度和化合物彌散分布，來提高合金整體的強(qiáng)度、硬度和耐磨性

40、，這種強(qiáng)化方式成為彌散強(qiáng)化或第二相質(zhì)點(diǎn)耐磨性，這種強(qiáng)化方式成為彌散強(qiáng)化或第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化強(qiáng)化(3)彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之關(guān)系 現(xiàn)代材料科學(xué)的核心第四節(jié)第四節(jié) 金屬材料的組織金屬材料的組織 5.1 金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能 1.1.鑄造性能鑄造性能 定義：金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力 用流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向來衡量。 2.2.鍛造性能鍛造性能 定義：金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應(yīng)能力金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應(yīng)能力。 主要取決于金屬材料的塑性和變形抗力。 3.3.焊接性能焊接性能 定義：金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。金屬材料

41、對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。 4 4、切削加工性能、切削加工性能 一般用切削后的表面質(zhì)量和刀具壽命來表示。一般用切削后的表面質(zhì)量和刀具壽命來表示。 5 5、熱處理性能、熱處理性能 定義：金屬材料適應(yīng)各種熱處理工藝的性能。金屬材料適應(yīng)各種熱處理工藝的性能。 衡量： 熱導(dǎo)率、淬硬性、淬透性、淬火變形、開裂趨勢(shì)、表面氧化及脫碳趨勢(shì)、過熱過燒的敏感趨勢(shì)、晶粒長大趨勢(shì)、回火脆性等。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬材料的性能特點(diǎn)金屬材料的性能特點(diǎn)5.2 金屬材料的使用性能金屬材料的使用性能1. 了解力學(xué)性能的種類了解力學(xué)性能的種類、概念及指標(biāo)。概念及指標(biāo)。2. 了解拉伸實(shí)驗(yàn)過程及相關(guān)指標(biāo)概念和意義。了解拉伸實(shí)驗(yàn)過程及相關(guān)指標(biāo)

42、概念和意義。3. 了解各種硬度實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。了解各種硬度實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。4. 了解沖擊實(shí)驗(yàn)方法和所測(cè)指標(biāo)的意義。了解沖擊實(shí)驗(yàn)方法和所測(cè)指標(biāo)的意義。一一、金屬材料的機(jī)械性能金屬材料的機(jī)械性能 是指金屬材料在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能。是指金屬材料在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能。機(jī)械性能機(jī)械性能外力形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等外力形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等。載荷形式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等載荷形式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。指標(biāo)指標(biāo)：強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等。：強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等。1.強(qiáng)度強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的

43、能力金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。 單位單位: MPa(MN/mm2) 分：抗拉強(qiáng)度分：抗拉強(qiáng)度b、抗壓、抗壓bc、抗彎、抗彎bb、抗剪、抗剪b、抗扭、抗扭t。靜載單向靜拉伸應(yīng)力靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：彈性變形階段彈性變形階段屈服階段屈服階段強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段縮頸階段縮頸階段試樣斷裂試樣斷裂5靜載單向靜拉伸應(yīng)力靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：ob彈性變形階段彈性變形階段bcd屈服階段屈服階段db強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段Bk縮頸階段縮頸階段k試樣斷裂試樣斷裂根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)確定一些強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)確定一些強(qiáng)度指標(biāo) 彈性極限彈性極限e（

44、elastic limit） 材料拉伸時(shí)保持彈性變形，不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力。材料拉伸時(shí)保持彈性變形，不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力。 彈性極限彈性極限：e=Fe/Ao =E 剛度剛度 表示材料彈性變形抗力的大小。表示材料彈性變形抗力的大小。 彈性模量彈性模量E是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。E愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。E=/ 楊氏彈性模量楊氏彈性模量 ,應(yīng)力應(yīng)變的比值。單位應(yīng)力應(yīng)變的比值。單位 MPa 屈服極限屈服極限s（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)）（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)） 金屬材料開始發(fā)生微量塑性變形的

45、抗力。金屬材料開始發(fā)生微量塑性變形的抗力。s=Fs/Ao 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度0.2 產(chǎn)生產(chǎn)生0. 2%殘余塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值。殘余塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值。 用于無屈服點(diǎn)的中高碳鋼。用于無屈服點(diǎn)的中高碳鋼。脆性材料：脆性材料：b=s 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b （強(qiáng)度極限）（強(qiáng)度極限）是試樣被拉斷前的最大承載能力，是試樣被拉斷前的最大承載能力， b=Fb/Ao（MPa）（MPa）材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 s與與b的比值。的比值。 屈強(qiáng)比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，屈強(qiáng)比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高， 屈強(qiáng)比太小，

46、則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。屈強(qiáng)比太小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。延伸率延伸率拉伸試樣斷裂后，標(biāo)距長度的伸長量占原來標(biāo)距長度的百分?jǐn)?shù)，成為材料拉伸試樣斷裂后，標(biāo)距長度的伸長量占原來標(biāo)距長度的百分?jǐn)?shù)，成為材料在拉伸時(shí)的斷后伸長率，用在拉伸時(shí)的斷后伸長率，用 表示。表示。3. 硬度硬度 布氏硬度布氏硬度材料抵抗另一更硬物體壓入其內(nèi)的能力。材料抵抗另一更硬物體壓入其內(nèi)的能力。 硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念，硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念， 硬度試驗(yàn)簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出硬度試驗(yàn)簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出材料的其它機(jī)械性能，因此在生產(chǎn)

47、和科研中應(yīng)用廣泛。材料的其它機(jī)械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用廣泛。硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來測(cè)定硬度，硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來測(cè)定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。等。 布氏硬度值布氏硬度值HB是以試樣單位壓痕球形面積上所承擔(dān)的載是以試樣單位壓痕球形面積上所承擔(dān)的載荷數(shù)表示。荷數(shù)表示。即單位面積所承受的壓力即單位面積所承受的壓力 。 布氏硬度測(cè)定的原理布氏硬度測(cè)定的原理是把一定直徑的淬火鋼球，以規(guī)是把一定直徑的淬火鋼球，以規(guī)定的載荷定的載荷P壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除載壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除載

48、荷，測(cè)出壓痕直徑荷，測(cè)出壓痕直徑d，求出壓痕面積，求出壓痕面積F計(jì)算出平均應(yīng)力值，計(jì)算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)HB表。表。 布氏硬度測(cè)定主要適用于布氏硬度測(cè)定主要適用于各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、正火狀態(tài)的鋼；結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地正火狀態(tài)的鋼；結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地輕軟的軸承合金等原材料。輕軟的軸承合金等原材料。 標(biāo)注：標(biāo)注：D/P/T如如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值，即表示此硬度值120 在在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的條件下得到的秒的條件下得到的

49、。簡單標(biāo)注：簡單標(biāo)注：200230HB或或300330HBS 布氏硬度試驗(yàn)只可用來測(cè)定小于布氏硬度試驗(yàn)只可用來測(cè)定小于HB450的金屬材料，的金屬材料， 洛洛氏硬度氏硬度（HR） 基本原理基本原理洛氏硬度屬壓入法洛氏硬度屬壓入法用一個(gè)頂角為用一個(gè)頂角為120的的金鋼石圓錐為壓印頭，先將金鋼石圓錐為壓印頭，先將98N初載使壓印頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)將初載使壓印頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)將硬度儀刻度盤上的指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，然后加上硬度儀刻度盤上的指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，然后加上1373N主載荷，金剛石圓錐壓入試樣表面一定時(shí)間后，卸主載荷，金剛石圓錐壓入試樣表面一定時(shí)間后，卸去主載，材料回彈少許，此時(shí)壓痕

50、的深度作為測(cè)量去主載，材料回彈少許，此時(shí)壓痕的深度作為測(cè)量硬度的依據(jù)，通過換算，此時(shí)的硬度可由刻度盤上硬度的依據(jù)，通過換算，此時(shí)的硬度可由刻度盤上直接讀出。直接讀出。 布氏硬度實(shí)驗(yàn)布氏硬度實(shí)驗(yàn)硬度符號(hào)壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色常用硬度值范圍使用范圍HRA金鋼石圓錐60黑 色7085碳化物、硬質(zhì)合金表面淬火等HRB100紅 色25100有色金屬、退火及正火鋼等HRC金鋼石圓錐150黑 色2067調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等洛氏硬度測(cè)定僅產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)洛氏硬度測(cè)定僅產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn) 設(shè)備簡單，操作迅速方便。但測(cè)一點(diǎn)無代表性，不準(zhǔn)確，需多點(diǎn)測(cè)

51、量，設(shè)備簡單，操作迅速方便。但測(cè)一點(diǎn)無代表性，不準(zhǔn)確，需多點(diǎn)測(cè)量，然后取平均值。洛氏硬度雖可用來測(cè)定各種金屬材料的硬度然后取平均值。洛氏硬度雖可用來測(cè)定各種金屬材料的硬度 。維氏硬度（維氏硬度（HV） 為了從軟到硬的各種金屬材料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，為了從軟到硬的各種金屬材料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，因而制定了維氏硬度試驗(yàn)法。因而制定了維氏硬度試驗(yàn)法。維氏硬度試驗(yàn)法維氏硬度試驗(yàn)法是壓入試驗(yàn)法中較精確的一種，它與洛氏硬度試驗(yàn)法相同，是壓入試驗(yàn)法中較精確的一種，它與洛氏硬度試驗(yàn)法相同，是用一種頂角為是用一種頂角為136的金鋼石角錐壓頭，在載荷的金鋼石角錐壓頭，在載荷F（kgf）作用下，試樣）作用下，試樣表面壓出一個(gè)四方錐形壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長度表面壓出一個(gè)四方錐形壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長度D（mm）。）。HV為壓痕單位為壓痕單位面積上所受的壓力，可根據(jù)測(cè)得的面積上所受的壓力，可根據(jù)測(cè)得的D平均值，從手冊(cè)中的有關(guān)表格上查出維氏平均值，從手冊(cè)中的有關(guān)表格上查