金屬材料基礎(chǔ)知識

1、 緒緒 論論一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)二、材料的分類二、材料的分類三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展四、材料的成形簡介四、材料的成形簡介 一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué) 1、材料、材料材料是指人類用以制造材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類生產(chǎn)和生活材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手手錘錘銼刀銼刀國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機石器石器鐵器鐵器 象形尊象形尊( (西周西周) ) 石器時代石器時代 青銅器時代青銅器時代 鐵器時代鐵器時代由于材料的重要性，由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用

2、的材料來劃分時代。歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標(biāo)志。標(biāo)志。 材料的發(fā)展與人類社會簡圖材料的發(fā)展與人類社會簡圖龍芯龍芯聯(lián)想計算機聯(lián)想計算機 沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術(shù)。的計算機技術(shù)。沒有高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航?jīng)]有高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)?？展I(yè)和宇航工業(yè)。 在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片飛機發(fā)動機葉片飛機發(fā)動機葉片波音客機波音客機沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也

3、就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。 二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。 前蘇聯(lián)在前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認(rèn)識到在導(dǎo)太空，令美國人震驚不已，認(rèn)識到在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，年里，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約科學(xué)研究中心，并把約2/3大學(xué)的冶金大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學(xué)系或系或礦冶

4、系改建成了冶金材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。材料科學(xué)與工程系。其涉及的材料由金其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料。屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?，可見，高技術(shù)需要先進材料的支持。高技術(shù)需要先進材料的支持。 前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重大貢獻。過重大貢獻。 早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器時代，年的新石器時代，中華民族的先人就能中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。瓷

5、器，并流傳海外。 4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。 司母戊鼎司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造青銅鑄造高高133厘米厘米 重重875kg飾紋優(yōu)美飾紋優(yōu)美越王勾踐劍越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 長長55.7厘米厘米 劍鍔鋒芒犀利劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)鋒能割斷頭發(fā) 古代劍刃制造中的特殊技術(shù)古代劍刃制造中的特殊技術(shù)春秋戰(zhàn)國時代的春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及青銅劍，劍身及

6、劍鋒由不同成分劍鋒由不同成分的青銅組成，是的青銅組成，是復(fù)合材料很好的復(fù)合材料很好的例子例子梯度材料古已有之梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖這是古代劍刃截面圖黃石銅礦遺址黃石銅礦遺址 春秋晚期春秋晚期 礦井深達(dá)礦井深達(dá)50m50m 煉銅爐渣多達(dá)煉銅爐渣多達(dá)4040萬噸萬噸 實屬罕見實屬罕見 我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)家宋應(yīng)星在家宋應(yīng)星在天工開物天工開物一書中就記載了古代的滲碳一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在金屬材料及熱處在金屬材料及熱處理方面

7、就已經(jīng)有了較高的成就。理方面就已經(jīng)有了較高的成就。 生鐵炒熟鐵圖生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星宋應(yīng)星鞍鋼攀鋼夜景新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由鐵基地。鋼產(chǎn)量由49年的年的15.8萬噸上升到現(xiàn)在的一億噸。萬噸上升到現(xiàn)在的一億噸。 中國第一顆人中國第一顆人造衛(wèi)星造衛(wèi)星長征火箭大家族長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈、氫原子彈、氫彈的爆炸，彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船衛(wèi)星、飛船的上天等都的上天等都說明了我國說明了我國在材料的開在材料的開發(fā)、研究及發(fā)、研究及應(yīng)用等方面應(yīng)用等方

8、面有了飛躍的有了飛躍的發(fā)展。發(fā)展。 中國的航天事業(yè)中國的航天事業(yè)-“神舟神舟”號飛船號飛船“神舟二號神舟二號”飛船運往飛船運往發(fā)射工位發(fā)射工位 “神舟神舟”一號飛船一號飛船 “神舟神舟”一號一號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”二號發(fā)射成二號發(fā)射成功功中國的航天事業(yè)中國的航天事業(yè)-“神舟神舟”號飛號飛船船“神舟神舟”三號三號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”四號四號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”三號飛船三號飛船 “神舟神舟”四號飛船四號飛船 中國的航天事業(yè)中國的航天事業(yè)-“神舟神舟”五號載人飛五號載人飛船船楊利偉楊利偉升空返回全人類共同的家園飛天返回艙 18631863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用年，光學(xué)顯微鏡首

9、次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來。觀組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織共晶組織人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。1912年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體的作用并在隨后被用于射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實。從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實。 Si表面的重構(gòu)圖象表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀射線衍射儀1932年發(fā)明了電子年發(fā)明

10、了電子顯微鏡，把人們帶顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更到了微觀世界的更深層次（深層次（10-7m） 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下 1934年位錯理論的提年位錯理論的提出，解決了晶體理論出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾，的巨大差別的矛盾，對于人們認(rèn)識材料的對于人們認(rèn)識材料的力學(xué)性能及設(shè)計高強力學(xué)性能及設(shè)計高強度材料具有劃時代的度材料具有劃時代的意義。意義。 金屬鈦中的位錯金屬鈦中的位錯材料發(fā)展的歷程示意圖材料發(fā)展的歷程示意圖2、材料科學(xué)、材料科學(xué) 主要研究內(nèi)容：主要研

11、究內(nèi)容： 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系； 研究材料的形成機理和制取方法；研究材料的形成機理和制取方法； 研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)； 分析材料的損壞機理；分析材料的損壞機理； 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案l材料科學(xué)是以材料為研材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。究對象的一門科學(xué)。挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間二、工程材料的分類二、工程材料的分類 工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。要要求力學(xué)性

12、能的結(jié)構(gòu)材料。 按組成與結(jié)合鍵分：按組成與結(jié)合鍵分： 1 1、金屬材料、金屬材料 2 2、高分子材料、高分子材料 3 3、陶瓷材料、陶瓷材料 4 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料金屬材料金屬材料 以金屬鍵結(jié)合為主以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金熱性、延展性和金屬光澤屬光澤 用量最大、應(yīng)用最用量最大、應(yīng)用最廣泛廣泛黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬輕金屬, ,重金屬重金屬, ,貴金屬貴金屬, ,稀有金屬稀有金屬 鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界年產(chǎn)量已達(dá)年產(chǎn)量已達(dá)10億噸，在機械產(chǎn)品中的用量已占整億噸，在機械產(chǎn)品中的

13、用量已占整個用材的個用材的60%以上。以上。 帶材帶材異形材異形材板材板材管材管材金屬材料制品金屬材料制品陶瓷材料陶瓷材料 以共價鍵和離子鍵以共價鍵和離子鍵為主為主 熔點高、硬度高、熔點高、硬度高、耐腐蝕、脆性大耐腐蝕、脆性大 分為傳統(tǒng)陶瓷、特分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷種陶瓷和金屬陶瓷三類三類 傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料又稱普通陶瓷，是以天然材料( (如黏土、石如黏土、石英、長石等英、長石等) )為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特種陶瓷特種陶瓷又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工

14、程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷發(fā)動機陶瓷發(fā)動機高分子材料高分子材料 以分子鍵和共價鍵以分子鍵和共價鍵為主為主 塑性、耐蝕性、電塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，絕緣性、減振性好，密度小密度小 包括塑料、橡膠及包括塑料、橡膠及合成纖維等合成纖維等 分子鍵分子鍵共價鍵共價鍵高分子材料高分子材料在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運輸、航空航天等工業(yè)船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。中被廣泛應(yīng)用。 烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯復(fù)合材料復(fù)合材料 包括：包括

15、： 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 l是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強高分子復(fù)合材料玻璃纖維增強高分子復(fù)合材料 現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室溫度最高的材料就是通溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強化的鎳化物粒子彌散強化的鎳基合金復(fù)合材料。很多基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合器械等是由碳纖維復(fù)合材

16、料制成的，它們具有材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強度重量輕，彈性好，強度高等優(yōu)點。高等優(yōu)點。 航空發(fā)動機航空發(fā)動機三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，對材料的要隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強、高剛度、高韌性、求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。 國產(chǎn)東風(fēng)國產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車美國美國F-117隱身飛機隱身飛機新材料在不斷地涌現(xiàn)。新材料在不斷地涌現(xiàn)。機械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。機械工業(yè)

17、是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。 在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。及材料加工方面的問題。 要求機械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料要求機械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。排加工工藝路線的能力。 鑄造一級渦輪盤鑄造一級渦輪盤四、材料的成形簡介四、材料的成形簡介 鑄造鑄造 鍛壓鍛壓 焊接焊接 五、機械材料課程的性質(zhì)和任務(wù)五、機械材

18、料課程的性質(zhì)和任務(wù) 課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：是機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課是機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課 課程任務(wù)：課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識；了解工程材料的一般知識； 建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系；間的關(guān)系； （3 3）掌握常用的材料成形方法掌握常用的材料成形方法工藝工藝- -組織組織- -性能之間關(guān)系的例子性能之間關(guān)系的例子Steel with 0.4%C 化學(xué)成分化學(xué)成分(成分成分)：組成材料各元素在材料中的濃度。組成材料各元素在材料中的濃度。 組織：組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀用肉眼或借助于不同放大

19、倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。察到的金屬內(nèi)部的情景。 習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍稱低倍組織組織或或宏觀組織宏觀組織。 放大放大100 2000倍的組織稱倍的組織稱高倍組織高倍組織或或顯微組織顯微組織。 在電子顯微鏡下放大幾千在電子顯微鏡下放大幾千 幾十萬倍的組織稱幾十萬倍的組織稱精細(xì)組精細(xì)組織織或或電鏡組織電鏡組織。鋼的宏觀組織、顯鋼的宏觀組織、顯微組織和電鏡組織微組織和電鏡組織鋼錠的宏觀組織鋼錠的宏觀組織顯微組織顯微組織電鏡組織電鏡組織 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：材料中各原材料中各原子的具體組合狀態(tài)。子的具體組合狀態(tài)。一般通過一般通過X-

20、射線衍射線衍射射或或透射電鏡透射電鏡研究。研究。Al的高分辨透射電鏡象的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的純鐵晶體的X-射線衍射譜射線衍射譜 了解常用材料的用途了解常用材料的用途和加工工藝。和加工工藝。 初步具備合理選材、初步具備合理選材、正確確定加工方法、妥正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力。善安排工藝路線的能力。 課程特點：課程特點：基本概念多，基本概念多，與實際聯(lián)系緊密，是一與實際聯(lián)系緊密，是一門應(yīng)用科學(xué)。門應(yīng)用科學(xué)。在在Au-Pa薄膜上用薄膜上用AFM探探針的納米雕刻（北大）針的納米雕刻（北大）第一章 金屬材料的力學(xué)性能 使用性能：使用性能：材料在使用過程材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。中

21、所表現(xiàn)的性能。包括包括力學(xué)力學(xué)性能、物理性能性能、物理性能和和化學(xué)性能?；瘜W(xué)性能。 工藝性能：工藝性能：材料在加工過程材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。中所表現(xiàn)的性能。包括包括鑄造、鑄造、鍛壓、焊接、熱處理鍛壓、焊接、熱處理和和切削切削性能等性能等。神舟一號飛船 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為為變形變形。 外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。 外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。 五萬噸水壓機五萬噸水壓機 強度：強度：材料在外力作用下材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能

22、力。抵抗變形和破壞的能力。 屈服強度屈服強度 s：材料發(fā)生微材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。量塑性變形時的應(yīng)力值。 條件屈服強度條件屈服強度 0.2：殘余變殘余變形量為形量為0.2%時的應(yīng)力值。時的應(yīng)力值。 抗拉強度抗拉強度 b：材料斷裂前材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。所承受的最大應(yīng)力值。s0.2第一節(jié)第一節(jié) 強度和塑性強度和塑性 彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e，即即材料承受最大彈性變形時材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。的應(yīng)力。 剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性材料受力時抵抗彈性變形的能力。變形的能力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模量量E E。 ）（MPatgE e彈性模量的大小主要取

23、決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗機拉伸試驗機應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0塑性：塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長率：

24、伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 說明：說明： 用斷面收縮率表示塑性比伸長率更接近用斷面收縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。真實變形。 直徑直徑d0 相同時，相同時，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時，塑性值才有可比性。為常數(shù)時，塑性值才有可比性。 當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時，伸長率用時，伸長率用 表示；表示； 當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時，伸長率用時，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 時，無頸縮，為脆性材料表征時，無頸縮，為脆性材料表征 時，有頸縮，為塑性材料表征時，有頸縮，為塑性材料表征第二節(jié)

25、第二節(jié) 硬度硬度 材料抵抗表面局部塑性變形材料抵抗表面局部塑性變形的能力。的能力。 1 1、布氏硬度、布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度計布氏硬度計 壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號HBW表示，適用于布表示，適用于布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示硬度值硬度值, 符號后面的數(shù)字按順序分符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷

26、及載荷保載荷及載荷保持時間。持時間。如如 120HBS10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷）載荷作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕 布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。還硬的材料。 適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗關(guān)系：之間的

27、經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵2、洛氏硬度、洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計 洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為常用的標(biāo)尺為A、B、C。 符號符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。

28、lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點：洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。l缺點：缺點：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕3 3、維氏硬度、維氏硬度維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬

29、度壓痕 維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示表示，符號前的數(shù)字為硬度值，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。 根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度維氏硬度試驗試驗 、小負(fù)荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。、小負(fù)荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。 維氏硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點洛氏硬度的優(yōu)點。 小負(fù)荷維氏硬度計小負(fù)荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計第三節(jié)第三節(jié) 沖擊韌度沖擊韌度 是指材料抵抗沖擊載荷是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力

30、。作用而不破壞的能力。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實驗過沖擊實驗測得測得)。韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度 材料的沖擊韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。度下降而下降。在某在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象性值急劇下降的現(xiàn)象稱稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料材料的使用溫度應(yīng)高于韌的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。方金屬沒有。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）（左圖）