工程材料的結(jié)構(gòu)與性能

工程材料的結(jié)構(gòu)與性能第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日二.力學(xué)性能(一)強度在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力1.靜載強度(1)彈性和剛度不產(chǎn)生永久變形的性能：彈性不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力：彈性極限彈性變形階段的應(yīng)力/應(yīng)變值E：

剛度(彈性模量)E表征材料抵抗彈性變形的能力8第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日(2)屈服(點)強度材料產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力:屈服點零件工作時一般不允許發(fā)生塑性變形，是設(shè)計選材的主要依據(jù)(3)抗拉強度材料斷裂前能承受的最大應(yīng)力:抗拉強度對要求不發(fā)生斷裂的零件，是設(shè)計選材的主要參數(shù)說明:(1)屈強比(

)小，零構(gòu)件安全性好，但材料強度有效利用率低(2)各種加工處理對

、有顯著影響9第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.變載強度材料在無數(shù)次交變載荷作用下不斷裂的最大應(yīng)力：疲勞強度

與抗拉強度關(guān)系:(二)塑性材料產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力1.伸長率：試樣至拉斷的伸長程度2.斷面收縮率：至拉斷的斷面收縮程度3.實際意義(1)提高零件使用安全性(2)材料能承受變形加工10第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日(三)硬度表示材料表面抵抗外物壓入的能力1.布氏硬度(HB)淬火鋼球：HBS≤450(如259HBS)硬質(zhì)合金球：HBW≤650(如550HBW)測量誤差小，試驗壓痕大用于半成品件檢驗2.洛氏硬度(HR)HRC20～67表示：55HRC試驗壓痕小,測量迅速簡便成品件，較薄工件、硬化表層硬度測定11第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.維氏硬度(HV)用于薄工件或表面薄層硬度測定,軟硬均可測定范圍：0～1000HV硬度特點：(1)測定簡便、迅速，不破壞測試件(2)與強度、耐磨性關(guān)系密切

圖紙技術(shù)條件標(biāo)注硬度12第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

(四)沖擊性能1.沖擊韌度材料抵抗大能量沖擊載荷的能力,用ak表示工作中承受大能量沖擊載荷的零件，選材時應(yīng)考慮ak值

ak受溫度影響很大,可用以評定材料冷脆性2.多沖抗力

材料承受小能量多次沖擊載荷的能力，主要取決于強度13第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日(五)耐磨性

相對運動的接觸表面會因摩擦損耗,引起尺寸、形狀變化材料抵抗磨損的能力,用磨損量(體積、重量和長度)表示提高材料硬度與減摩可提高耐磨性(六)材料的強韌化關(guān)系材料的強韌化：提高強度、硬度、塑性、韌性的綜合效應(yīng)措施：1.強、硬、塑、韌應(yīng)合理搭配2.探索強韌化方法14第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.2結(jié)合鍵

一.金屬鍵強鍵1.具良好塑性2.強度、硬度較高強而韌3.剛度較大二.離子鍵三.共價鍵強鍵

1.硬度高2.剛度大硬而脆3.脆性大

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第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日

四.分子鍵弱鍵1.強度、硬度低2.剛度小3.易變形五.四大材料結(jié)合鍵金屬材料以金屬鍵為主陶瓷材料以共價鍵或離子鍵為主有機高分子材料分子內(nèi)共價鍵，分子間分子鍵復(fù)合材料取決于組成物結(jié)合鍵

16第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.3晶體結(jié)構(gòu)

一.理想晶體結(jié)構(gòu)

(一)晶格17第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日(二)常見金屬晶體結(jié)構(gòu)

1.體心立方

-Fe、Cr、Mo、V、W等2.面心立方-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag等

3.密排六方Mg、Cd、Zn、Be等二.實際晶體結(jié)構(gòu)存在原子偏離規(guī)則排列的區(qū)域：晶體缺陷(1)相對數(shù)量很少(2)對金屬性能有極重要影響(3)會隨條件而發(fā)生變動

18第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日(一)點缺陷

1.空位2.間隙原子3.置換原子產(chǎn)生的影響(1)結(jié)構(gòu)上：會造成晶格畸變(2)性能上：電阻增大強度、硬度提高

19第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日(二)線缺陷位錯晶體中一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)則的錯排造成晶格畸變

(1)位錯對金屬的強度有極大影響(2)形變、熱處理可改變位錯密度20第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日(三)面缺陷

1.晶界2.亞晶界(1)晶界、亞晶界對金屬強度有重要作用(2)熱處理、形變等會改變晶粒大小21第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.4非晶體結(jié)構(gòu)

一.短程有序

晶體非晶體長程有序—規(guī)則排列各向異性短程有序—長程無規(guī)則排列各向同性二.亞穩(wěn)定性非晶體晶體(亞穩(wěn)定)(穩(wěn)定)22第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.5合金的晶體結(jié)構(gòu)一.合金的相、組織及其關(guān)系(一)合金的概念合金：為獲得某些性能，有意在金屬中加入其它元素所形成的金屬材料加入的其它元素稱為合金元素組成合金的元素稱“元”(二)相與組織的概念1.相合金的組成元素之間形成“相”

23第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日同一種“相”成分一致、結(jié)構(gòu)相同，并以界面與其它部分分開

合金中的相按結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物兩大類

2.組織

在顯微鏡下看到的由組成相構(gòu)成的形貌灰鑄鐵組織石墨相鐵素體相24第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日(三)相與組織的關(guān)系二.固溶體(一)固溶體的概念其它原子溶入金屬晶格中形成的固態(tài)合金相溶質(zhì)溶劑固溶體固溶體的晶格與溶劑相同溶質(zhì)原子溶于固溶體的量，稱固溶體的濃度。其極限濃度稱固溶度25第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日(二)置換固溶體溶劑溶質(zhì)溶質(zhì)原子占據(jù)晶格結(jié)點位置造成晶格畸變按固溶度分：1.有限固溶體2.無限固溶體如Cu-Ni(三)間隙固溶體溶質(zhì)原子分布在晶格間隙造成晶格畸變均為有限固溶體26第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日三.金屬化合物

合金組元間相互化合形成的固態(tài)合金相

晶體結(jié)構(gòu)與組成元素均不同，通常比較復(fù)雜化學(xué)成分通常一定，可用分子式表示如滲碳體：成分為6.69%C，分子式為Fe3C，結(jié)構(gòu)復(fù)雜四.合金性能(一)固溶體性能及作用1.固溶強化(晶格畸變引起)隨溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的強度、硬度提高間隙溶質(zhì)原子比置換溶質(zhì)原子的固溶強化效應(yīng)大27第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.仍具良好塑性韌性(因以溶劑金屬為基)3.單相固溶體合金制作冷成形件復(fù)相合金中作為基體相，以保證合金韌性(二)化合物性能與應(yīng)用1.高熔點，高硬度，高脆性2.分布在固溶體基體上起第二相強化作用強化效果受第二相性質(zhì)、形狀、大小(粗細)、分布(均勻程度)數(shù)量(多少)影響顆粒細小,分布均勻,數(shù)量適當(dāng)?shù)那驙畹诙?使金屬的強度、硬度顯著提高,而塑性、韌性下降較小——彌散強化

28第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二相形狀球片網(wǎng)第二相大小(粗細)粗細第二相分布均勻不均29第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.6高聚物的結(jié)構(gòu)一.高聚物的組成高聚物又稱高分子化合物，分子量很大，是由一種或幾種低分子化合物重復(fù)連接(聚合)而成高分子內(nèi)原子間為共價鍵結(jié)合30第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日二.大分子鏈的結(jié)構(gòu)具良好塑性與彈性熱可軟、熔可反復(fù)冷則凝、硬易加工成形，反復(fù)使用硬度、強度高，彈性、塑性低固化后不熔不軟，硬脆，耐熱不能反復(fù)使用線型不帶支鏈帶支鏈體型交聯(lián)點(一)大分子鏈的形態(tài)31第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日(二)大分子鏈的柔順性

鍵長、鍵角不變,鍵可以旋轉(zhuǎn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)分子鏈出現(xiàn)不同構(gòu)象，獲得不同蜷曲柔順性使高聚物具有高彈性

影響因素：(1)主鏈結(jié)構(gòu):Si-O>C-O>C-C(2)側(cè)基性質(zhì)分子鏈柔順性降低，高聚物剛硬性提高，彈性下降32第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日三.高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)(一)非晶態(tài)

分子鏈排列遠程無序(無規(guī)則)體型分子鏈與部分線型分子鏈為非晶態(tài)高聚物(二)晶態(tài)

晶區(qū)內(nèi)大分子鏈規(guī)則緊密排列