電子教案-機(jī)械基礎(chǔ)(第4版-劉躍南)電子教案-1.機(jī)械工程材料

01機(jī)械工程材料與熱加工成形第一篇

材料的發(fā)展對(duì)人類生活和生產(chǎn)影響巨大，也直接影響機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。在機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，機(jī)械工程技術(shù)需要解決的主要問題是選用什么材料和用什么方法進(jìn)行加工。

本篇將從宏觀角度介紹材料的發(fā)展及其對(duì)人類的影響，以及材料與機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程的關(guān)系，建立從材料選擇、成形加工工藝、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工等產(chǎn)品制造過程的完整概念，以便更好地把握本課程的學(xué)習(xí)。同時(shí)，從專業(yè)技術(shù)工作的需要出發(fā)，對(duì)常用的機(jī)械工程材料和金屬熱加工方面的知識(shí)作一基本介紹。封面頁（設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦）

第一章機(jī)械工程材料機(jī)械基礎(chǔ)高等教育出版社目錄CONTENTS概述§１－１金屬材料的主要性能§１－2常用金屬材料§１－3鋼的熱處理§１－4非金屬材料§１－5新型材料簡介§１－6機(jī)械工程材料的選用§１－7復(fù)習(xí)題§１－１概述1-11-1概述一、機(jī)械工程材料及其分類機(jī)械工程材料是指與機(jī)械工程（結(jié)構(gòu)、零件、工具等）有關(guān)的材料。工程上，通常按材料的化學(xué)屬性將材料分為金屬材料與非金屬材料。

1.金屬材料金屬材料是機(jī)械工程中用量最大、用途最廣的材料，占據(jù)機(jī)械工程材料消費(fèi)的主導(dǎo)地位，金屬材料的這種主導(dǎo)地位還將在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)持續(xù)下去。它包括兩大類型：黑色金屬和有色金屬。

（１）黑色金屬指鐵及鐵基合金材料，即鋼鐵材料。它占金屬材料總量的95%以上。鋼鐵材料又分為鋼與鑄鐵兩種，其中鋼占90%以上。鋼鐵材料對(duì)機(jī)械工業(yè)乃至社會(huì)發(fā)展都起著非常重要的作用，各種機(jī)械、運(yùn)輸車輛、航運(yùn)船舶和各種結(jié)構(gòu)件大量采用了鋼鐵材料。

（２）有色金屬指除鐵基合金之外的所有金屬及其合金材料（又稱非鐵合金）。它又可分為輕金屬（鋁、鎂、鈦等）、重金屬（鉛、銻等）、貴金屬（金、銀、鎳、鉑等）和稀有金屬等。其中以鋁及其合金、銅及其合金用途最廣。概述

2.非金屬材料非金屬材料可分為高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。（1）高分子材料高分子材料又稱聚合物，是由相對(duì)分子質(zhì)量很大的大分子組成，其主要原料是石油化工產(chǎn)品。按其性能用途和使用狀態(tài)，又分為塑料、橡膠、合成纖維和膠粘劑等四大類型。（2）陶瓷材料陶瓷材料是指硅酸鹽、金屬與非金屬元素的化合物（主要是氧化物、氮化物、碳化物等），工業(yè)上常分為三大類，其一是傳統(tǒng)陶瓷，常用作建筑材料使用；其二是特種陶瓷（新型陶瓷），常用作耐熱、耐蝕、耐磨等零件；其三是金屬陶瓷，即金屬粉末與陶瓷粉末的燒結(jié)材料，主要用作工具等。

（3）復(fù)合材料金屬、高分子、陶瓷材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，若將以上兩種或兩種以上的材料組合在一起形成的材料便是復(fù)合材料。復(fù)合材料發(fā)揮了其組成材料的各自長處，又在一定程度上克服了它們的弱點(diǎn)，因而是一種新型的優(yōu)異材料。按其基體不同，復(fù)合材料常分為三大類型：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。1-1概述二、機(jī)械工程材料的發(fā)展歷史及其對(duì)材料加工技術(shù)的推動(dòng)作用

在石器時(shí)代，人類所使用的材料是非金屬材料，如木材、石頭等。從公元前4000年開始，人類從漫長的石器時(shí)代進(jìn)入青銅器時(shí)代，所使用的工具由石器進(jìn)化到金屬，它們的加工對(duì)象已經(jīng)不限于非金屬材料，而包括了金、銀、銅等金屬材料。以銅的熔煉技術(shù)和鑄造技術(shù)的出現(xiàn)為標(biāo)志，人類開始掌握對(duì)自然資源進(jìn)行加工的技術(shù)，人類的生產(chǎn)和社會(huì)活動(dòng)也因此產(chǎn)生了一次飛躍。早在齊家文化時(shí)期（公元前2000年左右），已用天然銅制造器具，出現(xiàn)金屬切削加工的萌芽。鐵質(zhì)工具的出現(xiàn)，使切削加工進(jìn)入了一個(gè)新階段。這一時(shí)期出土的切削工具，分工比較細(xì)致。許多青銅器上，出現(xiàn)了用金屬刻鏤的紋飾和鉆孔的痕跡。在西安出土的唐代文物中，有用銅、銀制造的盤、盒和碗。在這些器具上有明顯的車削痕跡，內(nèi)孔與外圓的不同心度很小，刀痕細(xì)密，子母口配合嚴(yán)緊，體現(xiàn)出當(dāng)時(shí)較高的加工精度。由此推測(cè)，我國最晚在八世紀(jì)時(shí)，就已經(jīng)有了原始的金屬切削車床。1-1概述

第一次工業(yè)革命時(shí)期（18世紀(jì)60年代——19世紀(jì)中期），人類開始進(jìn)入蒸汽機(jī)時(shí)代，材料加工的特點(diǎn)是以機(jī)器取代人力，以大規(guī)模工廠化生產(chǎn)取代個(gè)體工場(chǎng)手工生產(chǎn)。隨著蒸汽機(jī)的廣泛使用，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機(jī)車等大型機(jī)械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用的金屬材料由銅、鐵，發(fā)展到以鋼為主。材料加工包括鍛造、沖壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備，以及切削技術(shù)和機(jī)床、刀具、量具等得到了迅速發(fā)展。

第二次工業(yè)革命時(shí)期（19世紀(jì)下半葉——20世紀(jì)初），人類開始進(jìn)入電氣時(shí)代。20世紀(jì)初期，福特在汽車制造上創(chuàng)造了流水生產(chǎn)線。20

世紀(jì)中后期，材料加工的主要特點(diǎn)是：不斷提高機(jī)床的加工速度和精度，減少對(duì)手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配自動(dòng)化的機(jī)械化和自動(dòng)化程度；利用數(shù)控銑床、加工中心、成組技術(shù)等；發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平；研究和改進(jìn)難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。1-1概述

20世紀(jì)后期以來，由于電子信息、航空航天等尖端技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)新材料的研究與開發(fā)起到了很大的刺激與促進(jìn)作用，以高溫超導(dǎo)材料、精細(xì)陶瓷材料、納米材料為代表的新材料與新材料技術(shù)不斷涌現(xiàn)。但存在一個(gè)較為普遍的問題，即新材料研制與制備加工工藝開發(fā)的非同步發(fā)展。高溫超導(dǎo)材料、金屬陶瓷梯度功能材料等，作為先進(jìn)材料的優(yōu)越性與實(shí)用價(jià)值非常明顯，但尚缺少高效、低成本的制備與加工技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后的較長一段時(shí)期內(nèi)，材料加工的發(fā)展將具有以下兩個(gè)主要特征：（１）按照使用要求來設(shè)計(jì)材料的性能，實(shí)現(xiàn)性能設(shè)計(jì)與制備加工工藝設(shè)計(jì)一體化。（２）在材料設(shè)計(jì)、制備、成形與加工處理的全過程中，對(duì)材料的組織性能和形狀尺寸實(shí)行精確控制。1-11-1概述材料加工技術(shù)的總體發(fā)展趨勢(shì)可以概括為三個(gè)綜合，即“過程綜合、技術(shù)綜合、學(xué)科綜合”。過程綜合主要包括兩個(gè)方面的含義，其一是指材料設(shè)計(jì)、制備、成形與加工的一體化，各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)越來越緊密；其二是指多個(gè)過程（如凝固與成形）的綜合化，或稱短流程化，如噴射成形技術(shù)、半固態(tài)加工技術(shù)和連續(xù)鑄軋技術(shù)等。技術(shù)綜合是指材料加工技術(shù)越來越發(fā)展成為一門多種技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，尤其體現(xiàn)為制備、成形、加工技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)（計(jì)算機(jī)模擬與過程仿真）以及信息技術(shù)的綜合，與各種先進(jìn)控制技術(shù)的綜合等。學(xué)科綜合則體現(xiàn)為傳統(tǒng)三級(jí)學(xué)科（鑄造、塑性加工、熱處理和連接）之間的綜合，與材料物理與化學(xué)、材料學(xué)等二級(jí)學(xué)科的綜合，與計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息工程、環(huán)境工程等材料科學(xué)與工程學(xué)科以外的其他一級(jí)學(xué)科的綜合。概述三、機(jī)械工程材料與機(jī)械設(shè)計(jì)制造

機(jī)械中的任何零件都是由某種材料制成的，沒有材料就沒有機(jī)械。機(jī)械零件質(zhì)量好壞和使用壽命的長短都與它的材料直接相關(guān)。大量事實(shí)說明，許多材料及其工藝問題是我國機(jī)械產(chǎn)品功能差、質(zhì)量低、壽命短的主要原因之一。

機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和先進(jìn)性，除設(shè)計(jì)因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質(zhì)量和性能。在機(jī)械類產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、加工制造等相關(guān)工作中，能否正確、合理地選取材料是從事這類工作的基礎(chǔ)，從某種程度上說決定了產(chǎn)品功能和成本，進(jìn)而決定著產(chǎn)品開發(fā)的成敗。

新型材料的發(fā)展是發(fā)展新型產(chǎn)品和提高產(chǎn)品質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。各種高強(qiáng)度材料的發(fā)展，為發(fā)展大型結(jié)構(gòu)件和逐步提高材料的使用強(qiáng)度等級(jí)，減輕產(chǎn)品自重提供了條件；高性能的高溫材料、耐腐蝕材料為開發(fā)和利用新能源開辟了新的途徑。現(xiàn)代發(fā)展起來的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質(zhì)材料、單晶體材料、精細(xì)陶瓷和新合金材料等，對(duì)于研制新一代的機(jī)械產(chǎn)品有重要意義。1-1§１－2

金屬材料的主要性能1-21-2金屬材料的主要性能簡述：金屬材料的性能包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能，一般機(jī)械零件常以力學(xué)性能作為設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)。金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在外加載荷（外力）作用下表現(xiàn)出來的特性。載荷按其作用形式的不同，分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷等。一、金屬材料的靜態(tài)力學(xué)性能靜態(tài)力學(xué)性能包括塑性、強(qiáng)度、硬度等性能指標(biāo)。（一）塑性、強(qiáng)度與靜載荷拉伸試驗(yàn)

1.塑性塑性是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。常用的塑性指標(biāo)有伸長率δ和斷面收縮率ψ。

2.強(qiáng)度強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。根據(jù)受力狀況的不同，材料的強(qiáng)度可分為抗拉、抗壓、抗彎、抗扭和抗剪強(qiáng)度等。一般以抗拉強(qiáng)度作為最基本的強(qiáng)度指標(biāo)。1-2金屬材料的主要性能

3.靜載荷拉伸試驗(yàn)金屬材料的強(qiáng)度、塑性可通過靜拉伸試驗(yàn)來確定。

目前金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法采用GB/T—2002，由于目前原有的金屬材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)是采用舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定和標(biāo)注的，所以原有舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T228—1987仍然沿用，本教材為敘述方便采用舊標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于金屬材料強(qiáng)度與塑性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名詞和符號(hào)對(duì)照見表1-1。表１－１金屬材料強(qiáng)度與塑性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名詞和符號(hào)對(duì)照1-2金屬材料的主要性能在拉伸試驗(yàn)過程中，通過自動(dòng)記錄或繪圖裝置得到的表示試樣所受載荷F和伸長量Δl的關(guān)系曲線稱為拉伸曲線；經(jīng)計(jì)算，可得到表示試樣所受應(yīng)力σ和應(yīng)變?chǔ)诺年P(guān)系曲線，稱為應(yīng)力－應(yīng)變曲線。圖1-1所示分別為低碳鋼試樣的拉伸曲線和應(yīng)力－應(yīng)變曲線。圖１－１低碳鋼試樣的拉伸曲線和應(yīng)力－應(yīng)變曲線1-2金屬材料的主要性能

由圖1-1可知，在載荷較小的Oe段，試樣的伸長量隨載荷的增加而增加，外力去除后試樣恢復(fù)原狀，此種變形為彈性變形，故Oe

段為彈性變形階段。超過點(diǎn)e后，試樣進(jìn)入彈性－塑性變形階段，在這一階段若去除外力，試樣不能完全恢復(fù)原狀。當(dāng)載荷（應(yīng)力）增加到Fs（σs）時(shí)，拉伸曲線（應(yīng)力－應(yīng)變曲線）到達(dá)s點(diǎn)后出現(xiàn)近于水平的階段，這表示在載荷不增加的情況下，試樣仍明顯繼續(xù)伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服現(xiàn)象之后，試樣又隨載荷的增加而伸長，產(chǎn)生比較均勻的塑性變形，稱為均勻塑性變形階段；由于較大的塑性變形伴隨著形變強(qiáng)化現(xiàn)象（因材料產(chǎn)生塑性變形而使其強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象），故又稱強(qiáng)化階段。當(dāng)載荷（應(yīng)力）增加到Fb（σb）時(shí)，試樣開始出現(xiàn)局部變細(xì)的縮頸現(xiàn)象。之后，所需載荷逐漸減小，變形主要集中縮頸處。當(dāng)載荷（應(yīng)力）增加到Fk（σk）時(shí)，試樣在縮頸處斷裂。1-2金屬材料的主要性能靜拉伸試驗(yàn)條件下材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)有以下幾個(gè)（圖１－１）：（１）彈性極限σe和彈性模量Ｅ

在彈性變形階段，e點(diǎn)對(duì)應(yīng)彈性變形階段的極限值，稱為彈性極限，以σe

表示。對(duì)一些彈性元件，如精密彈簧等，σe是主要的性能指標(biāo)。圖１－１低碳鋼試樣的拉伸曲線和應(yīng)力－應(yīng)變曲線

材料在彈性變形階段內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值表征了材料抵抗彈性變形的能力，其數(shù)值大小反映材料彈性變形的難易程度，稱為彈性模量，以Ｅ表示。在工程上，零件或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力稱為剛度。在零件的尺寸、結(jié)構(gòu)確定的前提下，其剛度取決于材料的彈性模量。（２）屈服強(qiáng)度σs和條件屈服強(qiáng)度σ0.2在屈服階段，材料產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，以σs表示。屈服強(qiáng)度標(biāo)志著材料對(duì)起始塑性變形的抗力。如果在拉伸過程中沒有明顯的拉伸平臺(tái)，則按照GB/T228—2002的規(guī)定以殘余伸長率為0.2％時(shí)的應(yīng)力（σ0.2）來表示，又稱為條件屈服強(qiáng)度。1-2金屬材料的主要性能圖１－１低碳鋼試樣的拉伸曲線和應(yīng)力－應(yīng)變曲線

（３）抗拉強(qiáng)度σb

在塑性變形階段中，曲線的最高點(diǎn)b所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σb

標(biāo)志著材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度。（４）伸長率δ和斷面收縮率ψ試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率，以δ表示。試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比為斷面收縮率，以ψ表示。

δ、ψ都是材料常數(shù)，是材料的塑性指標(biāo)。δ和ψ越大，表示材料的塑性越好。良好的塑性可使材料順利地實(shí)現(xiàn)成形，還可在一定程度上保證零件或構(gòu)件的安全性。一般δ達(dá)5%

、ψ達(dá)10%即可滿足絕大多數(shù)零件或構(gòu)件的使用要求。1-2金屬材料的主要性能（二）硬度硬度是反映材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，它表示材料表面局部區(qū)域內(nèi)抵抗塑性變形、破裂或抵抗硬物壓入的能力。根據(jù)測(cè)定硬度方法的不同，可用布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)等多種硬度指標(biāo)來表示材料的硬度。

1.布氏硬度(HB)布氏硬度的試驗(yàn)原理、方法和條件在GB/T231.1—2002《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》中有詳細(xì)說明。布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是壓痕面積大，測(cè)量結(jié)果誤差小，但測(cè)試過程煩瑣，不宜用于成品零件及薄而小的零件，也不宜用于大批量的生產(chǎn)檢驗(yàn)，常用于退火狀態(tài)下的鋼材、鑄鐵及有色合金的硬度測(cè)試。2.洛氏硬度(HR)

GB/T230.1—2004《金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法》詳細(xì)說明了洛氏硬度的測(cè)試原理、方法和條件。洛氏硬度測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，壓痕小，幾乎不損傷工件表面，故應(yīng)用最廣。但由于壓痕過小，使代表性、重復(fù)性差，測(cè)量誤差較大。1-2金屬材料的主要性能3.維氏硬度(HV)

維氏硬度的測(cè)量原理基本與布氏硬度相同，具體內(nèi)容參看GB/4340.1—1999《金屬維氏硬度試驗(yàn)方法》，不同的是所加載荷較小，壓頭是頂角為136°的正四棱錐金剛石壓頭。維氏硬度測(cè)量的精度高，測(cè)量范圍廣（最高可達(dá)1300HV），應(yīng)用廣泛，特別適用于工件的硬化層及薄片、小件成品。但由于操作復(fù)雜，不宜用于大批量檢測(cè)；由于壓痕很小，致使所測(cè)硬度重復(fù)性差，分散度大。1-2金屬材料的主要性能二、金屬材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能動(dòng)態(tài)力學(xué)性能包括沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等性能指標(biāo)。

（一）沖擊韌性

在沖擊載荷作用下，金屬材料抵抗破壞的能力稱為沖擊韌性，其值以沖擊韌度ａＫ

來表征。ａＫ

值越大，材料的韌性越好，在受到?jīng)_擊時(shí)越不容易斷裂。當(dāng)用沖擊試驗(yàn)方法測(cè)定沖擊韌度時(shí)，ａＫ

值就等于沖斷試樣單位截面積所消耗的沖擊吸收功的大小，數(shù)值可從沖擊試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。

（二）疲勞強(qiáng)度1-2金屬材料的主要性能

（二）疲勞強(qiáng)度

疲勞強(qiáng)度是指材料經(jīng)無數(shù)次的應(yīng)力循環(huán)仍不斷裂的最大應(yīng)力，用以表征材料抵抗疲勞斷裂的能力。測(cè)試材料的疲勞強(qiáng)度，最簡單的方法是旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)得的材料所受循環(huán)應(yīng)力σ與其斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Ｎ的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線，如圖1-2所示。由圖中可以看出，循環(huán)應(yīng)力越小，則材料斷裂前所承受的循環(huán)次數(shù)越多。當(dāng)應(yīng)力降低到某一值時(shí)，曲線趨于水平，即表示在該應(yīng)力作用下，材料經(jīng)無數(shù)次的應(yīng)力作用達(dá)到某一基數(shù)而不斷時(shí)，其最大應(yīng)力就作為該材料的疲勞極限。一般鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取107次。圖１－２疲勞曲線示意圖1-2金屬材料的主要性能三、金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能

（一）物理性能

金屬材料的物理性能主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。由于機(jī)器零件的用途不同，對(duì)金屬材料的物理性能要求也有所不同。

（二）化學(xué)性能

化學(xué)性能是指金屬材料在常溫或高溫條件下抵抗外界介質(zhì)對(duì)其化學(xué)侵蝕的能力。它主要包括耐酸性、耐堿性和抗氧化性等。

（三）工藝性能

金屬材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度。按照加工工藝的不同，工藝性能可分為可鑄性、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理性能等。§１－3

常用金屬材料1-31-3常用金屬材料一、鋼

GB/T13304.1—2008《鋼分類》比較系統(tǒng)、詳細(xì)地規(guī)定了鋼的分類及表示方法。按照用途來分，鋼材料可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼等。以下分別加以簡單介紹。

（一）結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是品種最多、用途最廣、使用量最大的一類鋼。凡用于各種機(jī)器零件及各種工程結(jié)構(gòu)（屋架、橋梁、井架、車輛構(gòu)架等）的鋼都稱為結(jié)構(gòu)鋼。

1.一般工程結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的磷、硫含量較高，多用于工程結(jié)構(gòu)（軋制鋼板、制造型材、工字鋼、鋼筋等），少部分用于機(jī)械零件。碳素結(jié)構(gòu)鋼一般在正火狀態(tài)下使用，必要時(shí)可以進(jìn)行鍛造、焊接等熱加工，亦可通過熱處理調(diào)整其力學(xué)性能。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼的磷、硫含量較低，廣泛用于較重要的機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（如20、30、40、50鋼等）使用前一般都要進(jìn)行熱處理。1-3

（3）低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3%以下）而得到的,主要用于制造橋梁、船舶、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等，具有高的強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性以及良好的焊接性能。低合金結(jié)構(gòu)鋼一般含碳量不超過0.2%，并加入以錳為主的合金元素。2.滲碳鋼

滲碳鋼通常是指經(jīng)滲碳淬火、低溫回火后使用的鋼。一般使用低碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。滲碳鋼主要用于制造高耐磨性并承受動(dòng)載荷的零件，如汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。滲碳鋼具有高硬度、高韌性、高強(qiáng)度和良好的熱處理工藝性能。

3.調(diào)質(zhì)鋼

調(diào)質(zhì)鋼通常是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。主要用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其他機(jī)器上的各種重要零件（如齒輪、軸類件、連桿、高強(qiáng)度螺栓等）。常用調(diào)質(zhì)鋼分為碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼。常用金屬材料1-34.彈簧鋼

彈簧鋼是專用結(jié)構(gòu)鋼，主要制造各種彈簧和彈性元件。彈簧是機(jī)器和儀表中的重要零件，主要在沖擊、振動(dòng)、周期性扭轉(zhuǎn)、彎曲等變化應(yīng)力下工作。彈簧鋼分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。常用碳素彈簧鋼有55Mn和65Mn，常用合金彈簧鋼有55Si2Mn、50CrVA和60Si2Mn。

5.滾動(dòng)軸承鋼

滾動(dòng)軸承鋼主要用來制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。它也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件，具有高的接觸疲勞強(qiáng)度，高的硬度、耐磨性，足夠的韌性和淬透性。常用鋼種有GCr9、GCr15等。常用金屬材料1-3（二）工具鋼工具鋼是指制造各種刃具、模具、量具和其他耐磨工具的鋼。工具鋼按化學(xué)成分可分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼，按用途可分為刃具鋼、模具鋼、耐沖擊工具鋼、量具鋼等。

1.刃具鋼

刃具鋼主要用于制造車刀、銑刀、鉆頭等切削工具，也用于制造一些手動(dòng)工具、木工工具等，具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高熱硬性、足夠的塑性和韌性。刃具鋼主要有碳素工具鋼、合金刃具鋼、高速鋼三種。

2.模具鋼

模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。常用熱作模具鋼有3Cr2W8V、5CrMnMo和4Cr5MoSiV。3.量具鋼

量具鋼用于制造各種測(cè)量工具，如卡尺、千分尺、螺旋測(cè)微儀、塊規(guī)和塞規(guī)等，具有高的硬度、耐磨性和較好的尺寸穩(wěn)定性。量具鋼沒有專用鋼。尺寸小、形狀簡單、精度較低的量具，用高碳鋼制造；復(fù)雜的較精密的量具一般用低合金刃具鋼制造。常用金屬材料1-3（三）不銹鋼、耐熱鋼及耐磨鋼

1.不銹鋼

不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽溶液或其他腐蝕性介質(zhì)中具有高的化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱。在酸、堿、鹽等侵蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)中能抵抗腐蝕作用的鋼，又進(jìn)一步稱為耐蝕鋼或稱耐酸鋼。不銹鋼主要用來制造在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或構(gòu)件，常用不銹鋼有1Cr13、2Cr13、1Cr17及1Cr18Ni9Ti。

2.耐熱鋼

耐熱鋼是指在高溫下具有熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼。耐熱鋼主要用于石油化工的高溫反應(yīng)設(shè)備和加熱爐、火力發(fā)電設(shè)備的汽輪機(jī)和鍋爐、飛機(jī)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備。常用耐熱鋼有3Cr18Ni25Si2、Cr12、Cr13及1Cr18Ni9Ti。

3.耐磨鋼

耐磨鋼具有很高的耐磨性和韌性，主要用于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件，如車輛履帶板、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)顎板和鐵軌分道叉、防彈板等。常見的耐磨鋼為ZGMn13。常用金屬材料1-3二、鑄鐵

鑄鐵是含碳量wc>2.11%的鐵碳合金，工業(yè)上常用鑄鐵的wc

一般為2.5%~4.0%。鑄鐵具有良好的鑄造性能，力學(xué)性能不如鋼，但切削加工性、減摩性及減振性好，而且生產(chǎn)設(shè)備簡單、成本低。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵和合金鑄鐵等。（一）灰鑄鐵

灰鑄鐵中的碳多以片狀石墨形式存在，它是鑄鐵中用量最大的一種。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，灰鑄鐵牌號(hào)冠以HT（灰鐵），后面數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度（σb）。（二）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中石墨呈球狀，它對(duì)基體組織的割裂程度較灰鑄鐵進(jìn)一步減弱，石墨球越細(xì)、球的直徑越小、分布越均勻，則球墨鑄鐵的力學(xué)性能越高。球墨鑄鐵牌號(hào)由QT（球鐵）和兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度（σb），后一組數(shù)字表示最低斷后伸長率（δ）。常用金屬材料1-3（三）蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是一種新型鑄鐵，其中碳主要以蠕蟲狀石墨的形態(tài)存在。蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于相同基體組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。其鑄造性能、減振能力以及導(dǎo)熱性能都優(yōu)于球墨鑄鐵，并接近于灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵的牌號(hào)由RuT（蠕鐵）加一組數(shù)字表示，數(shù)字表示最小抗拉強(qiáng)度值。（四）可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)可鍛化退火而獲得的具有團(tuán)絮狀石墨的鑄鐵。其塑性優(yōu)于灰鑄鐵，實(shí)際上并不能鍛造?？慑戣T鐵的牌號(hào)用KT（可鐵）及其后的Ｈ（表示黑心可鍛鑄鐵）或Ｚ（表示珠光體可鍛鑄鐵），再加上分別表示其最小抗拉強(qiáng)度和伸長率的兩組數(shù)字組成。（五）合金鑄鐵

在鑄鐵熔煉時(shí)加入一些合金元素如Mn、Cr、W、Cu和Mo等，制成合金鑄鐵（或稱特殊性能鑄鐵），使其具有較高的力學(xué)性能和某些特殊的性能。其與相似條件下使用的合金鋼相比，熔煉簡單，成本低廉，基本上滿足特殊性能的要求，但其力學(xué)性能較差，脆性較大。常用的合金鑄鐵有耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵。常用金屬材料1-3三、非鐵金屬及其合金

在工程上通常將鋼鐵材料以外的金屬或合金統(tǒng)稱為非鐵金屬或非鐵合金。非鐵金屬具有特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。

（一）鋁及其合金

純鋁的密度小、強(qiáng)度低、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，抗大氣腐蝕性強(qiáng)。在純鋁中加入Si、Cu、Mg、Mn、Zn等元素制成鋁合金，是提高強(qiáng)度的有效方法。根據(jù)化學(xué)成分和加工工藝特點(diǎn)，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

1.變形鋁合金

（1）防銹鋁合金防銹鋁合金是指以耐蝕性見長的變形鋁合金，具有良好的塑性及低溫韌性，適合于進(jìn)行壓力加工，焊接性能好，但切削加工性能稍差，強(qiáng)度低。防銹鋁合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，特別適用于制造油箱、管道等低載荷的零件。常用的防銹鋁合金有5A50、3A21等。常用金屬材料1-3

（2）硬鋁合金硬鋁合金是具有較高力學(xué)性能的變形鋁合金，可熱處理強(qiáng)化。硬鋁合金在航空工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如制造飛機(jī)構(gòu)架、螺旋槳等，但耐蝕性差，其制品需要進(jìn)行防腐處理，如包鋁、陽極氧化和涂漆等。常用硬鋁合金有2A01、2A12等。（3）超硬鋁合金超硬鋁合金是工業(yè)上使用的室溫力學(xué)性能最高的變形鋁合金。這類鋁合金具有較高的強(qiáng)度和硬度、切削性能良好，但耐蝕性、焊接性差，一般也要進(jìn)行防腐處理，廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的大梁、桁架和起落架等主要受力件。目前使用最廣泛的超硬鋁合金是7A04。（4）鍛鋁合金鍛鋁合金性能與硬鋁合金接近，但耐蝕性和熱塑性好，主要用于制造外形復(fù)雜的鍛件。常用金屬材料1-3

2.鑄造鋁合金

鑄造鋁合金的力學(xué)性能不如變形鋁合金，但其鑄造性能好，可鑄造形狀復(fù)雜的零件毛坯。鑄造鋁合金根據(jù)其主加元素的種類不同可分為Al－Si系、Al－Cu系、Al－Mg系及Al－Zn系四類。

（1）Al－Si系鑄造鋁合金這類鋁合金是鑄造性能與力學(xué)性能配合最佳的一種鑄造鋁合金，在工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，常用合金代號(hào)有ZL101、ZL104、ZL107等。這類鋁合金用于制造輕質(zhì)、耐磨、形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高的零件，如氣缸體、變速箱體、風(fēng)機(jī)葉片等。（2）Al－Cu系鑄造鋁合金這類鋁合金具有較好的高溫性能，但鑄造性能和接觸性差，且密度大，主要用于制造高溫度、高強(qiáng)度要求的零件，如增壓器的導(dǎo)風(fēng)葉輪、靜葉片等。（3）Al－Mg系鑄造鋁合金這類鋁合金具有較高的強(qiáng)度和良好的耐蝕性，密度小，鑄造性能差，主要用于制造在腐蝕介質(zhì)中承受較大沖擊力和外形不太復(fù)雜的鑄件，如艦船和動(dòng)力機(jī)械零件。（4）Al－Zn系鑄造鋁合金這類鋁合金強(qiáng)度較高，熱穩(wěn)定性能和鑄造性能好，但密度較大，耐蝕性差，用于制造形狀比較復(fù)雜的零件，如汽車、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。常用金屬材料1-3（二）銅及其合金

工業(yè)用純銅含銅量高于99.5%，通常呈紫紅色，又稱紫銅。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕和焊接性能，又有一定的強(qiáng)度，廣泛用于制造導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕元器件。銅合金按加入元素可分為黃銅、青銅和白銅，在機(jī)械生產(chǎn)中常用的是黃銅和青銅。

1.黃銅由銅和鋅組成的合金稱為黃銅。不含其他合金元素的黃銅為普通黃銅含有其他合金元素的黃銅為特殊黃銅。普通黃銅的力學(xué)性能、工藝性和耐蝕性較好，應(yīng)用較廣泛。普通黃銅的牌號(hào)用漢語拼音“Ｈ”加數(shù)字表示，數(shù)字表示含銅量。特殊黃銅是在銅鋅合金的基礎(chǔ)上加入Pb、Al、Sn、Ni、Si等元素，這些合金元素的加入可提高合金的強(qiáng)度，其中錫、鋁、硅等還可提高其耐蝕性，鋁能改善切削加工性和提高耐磨性。常用金屬材料1-3

2.青銅（1）錫青銅青銅原指銅錫合金，又稱為錫青銅，以錫為主要加入元素，是人類最早的銅合金。錫青銅按生產(chǎn)方法分為壓力加工錫青銅和鑄造錫青銅兩類。壓力加工錫青銅的耐磨性和耐蝕性好，而且有彈性，適宜于冷、熱壓力加工，常用于制造簧片、電極、齒輪、軸承等；鑄造錫青銅的鑄造收縮率小，但流動(dòng)性差，易形成縮松，常用來生產(chǎn)強(qiáng)度和致密性要求不高但形狀復(fù)雜的鑄件。（2）無錫青銅無錫青銅是指不含錫的青銅，但目前已將含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅合金都包括在青銅內(nèi)。鋁青銅是無錫青銅中用途最廣泛的一種，其強(qiáng)度高，耐磨性、耐蝕性好，主要用來制造各種彈性元件、高強(qiáng)度零件、耐磨零件，如軸承、軸瓦、齒輪、摩擦片、蝸輪等。常用金屬材料1-3（三）鎂及其合金

鎂是常用結(jié)構(gòu)材料中密度最小的金屬。純鎂的強(qiáng)度和硬度低，化學(xué)性質(zhì)很活潑，室溫塑性很差，在空氣中易氧化，因此不能直接用作結(jié)構(gòu)材料，但通過形變硬化、晶粒細(xì)化、合金化、熱處理等多種方法，鎂的力學(xué)性能會(huì)得到大幅度改善。在這些方法中，鎂的合金化是最基本的強(qiáng)化途徑，通過合金化，其力學(xué)性能、耐蝕性和耐熱性能均會(huì)得到提高。鎂合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr、Li及稀土元素。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，可將鎂合金分為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩大類。變形鎂合金的牌號(hào)以“MB”加數(shù)字表示，其中MB2和MB3具有較好的熱塑性和耐蝕性，應(yīng)用較多。鑄造鎂合金的表示方法為“ZM”加數(shù)字，根據(jù)合金的化學(xué)成分和性能特點(diǎn)分為高強(qiáng)度鑄造鎂合金和耐熱鑄造鎂合金兩類。常用金屬材料1-3（四）鈦及其合金

工業(yè)純鈦按純度分為四個(gè)等級(jí)，其代號(hào)為TA0、TA1、TA2、TA3。T為“鈦”的漢語拼音字首，序號(hào)越大純度越低。鈦的力學(xué)性能與純度有關(guān)，工業(yè)純鈦常用于制造350℃以下工作且受力不大的零件及沖壓件，如飛機(jī)骨架、耐海水管道等。工業(yè)用鈦合金按其退火組織可分為α鈦合金、β鈦合金和α＋β鈦合金三大類。鈦中加入鈷、錫和鉿組成的低溫用鈦合金，組織均勻，具有極好的低溫穩(wěn)定性，在低溫下能保持高的塑性和韌性，廣泛用于制造太空飛行器的液氧儲(chǔ)箱、液氮儲(chǔ)箱等。

常用金屬材料1-3（五）軸承合金

用于制作滑動(dòng)軸承軸瓦和軸襯的合金成為軸承合金。常用的軸承合金按主要成分可分為錫基、鉛基、鋁基、銅基等數(shù)種，錫基和鉛基軸承合金又稱為巴氏合金。

1.錫基軸承合金

錫基軸承合金是以錫為基加入銻、銅等元素組合成的合金。錫基軸承合金具有較好的耐磨性能，塑性好，有良好的磨合性、鑲嵌性和抗咬合性，耐熱性和耐蝕性好，適用于制造承受高速度、大壓力和沖擊載荷的軸承，如汽車、拖拉機(jī)、汽輪機(jī)等高速軸瓦，但錫基合金疲勞強(qiáng)度差，工作溫度低于150℃。常用金屬材料1-3

2.鉛基軸承合金

鉛基軸承合金較脆，易形成疲勞裂紋，但強(qiáng)度卻接近或高于錫基合金，而且價(jià)格低，廣泛應(yīng)用于制造中等載荷或高速低載荷、工作中沖擊力不大、溫度較低的軸承，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸軸承及電動(dòng)機(jī)、破碎機(jī)軸承等。

3.其他軸承合金

以鉛為主加元素的銅合金稱為銅基鉛軸承合金。銅基軸承合金的摩擦因數(shù)小，耐疲勞、耐熱性好，承載能力強(qiáng)，廣泛用于高速、高壓下工作的軸承。以銻或錫為主加元素的鋁合金稱為鋁基軸承合金。鋁基軸承合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、高的疲勞強(qiáng)度與硬度、良好的耐蝕性、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，適宜于制造高速、重載荷的汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。常用金屬材料1-3（六）高溫合金

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷等為基體，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料，主要是為滿足噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的要求而發(fā)展起來的，目前也用于核能工業(yè)等特殊場(chǎng)合。高溫合金有較高的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化性和耐蝕性以及良好的抗疲勞性、斷裂韌性、塑性等綜合性能，常用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤、導(dǎo)向葉片、尾噴管等高溫工作零件。常用金屬材料§１－4

鋼的熱處理1-41-4鋼的熱處理簡述：鋼的熱處理是將鋼在固體狀態(tài)下通過加熱、保溫和以不同的方式冷卻這一系列過程來改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的工藝方法。熱處理是機(jī)器零件及工具制造過程中的重要工序，對(duì)發(fā)揮金屬材料的潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命具有極其重要的意義。

一、合金的晶體結(jié)構(gòu)和鐵碳合金狀態(tài)圖（一）金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)

1.金屬的結(jié)晶

金屬由液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)的過程稱為結(jié)晶。在固態(tài)金屬內(nèi)部，由于結(jié)晶而形成許多大小不一、外形不規(guī)則的小晶體稱為晶粒。晶粒的大小對(duì)金屬的力學(xué)性能有很大的影響。一般來說，晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度、硬度、沖擊韌度越高，塑性也越好。

1-4鋼的熱處理純金屬的結(jié)晶是在一定的溫度下進(jìn)行的，它的結(jié)晶過程可以用冷卻曲線表示。純金屬的結(jié)晶是在一定的溫度下進(jìn)行的，它的結(jié)晶過程可以用冷卻曲線表示。圖1－3所示為用實(shí)驗(yàn)方法得到的純金屬凝固時(shí)的冷卻曲線。使液態(tài)純金屬緩慢冷卻，當(dāng)溫度降到T0時(shí)便開始結(jié)晶。由于放出的結(jié)晶潛熱恰好補(bǔ)償了熱的散失，故這時(shí)的溫度不再下降，在冷卻曲線上表現(xiàn)為水平線段，它所對(duì)應(yīng)的溫度T0便是純金屬的理論結(jié)晶溫度。直至液態(tài)金屬全部結(jié)晶成固態(tài)金屬后，溫度才能繼續(xù)下降。圖１－３純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線1-4鋼的熱處理

2.金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

各種晶體內(nèi)部原子的排列規(guī)則可用Ｘ射線分析等方法測(cè)定。為便于分析比較各種晶體內(nèi)部原子的排列規(guī)則，通常把描述原子在晶體中排列的空間格式稱為晶格，金屬晶格有各種不同的形式，最常見的晶格有三種，即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，如圖1－4所示。圖１－４常見金屬晶格類型多數(shù)金屬結(jié)晶后的晶格類型都保持不變。有些金屬（鐵、鈷、錳等）在固態(tài)下，其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生改變。金屬在固態(tài)時(shí)改變其晶格類型的過程，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是原子重新排列的過程，實(shí)際上也是一種結(jié)晶過程，又稱為重結(jié)晶。正是由于純鐵能夠發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中才有可能對(duì)鋼和鑄鐵進(jìn)行熱處理來改變其組織與性能。1-4鋼的熱處理

3.合金的結(jié)構(gòu)

組成合金的最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元（簡稱元）。組元一般指純金屬，但穩(wěn)定化合物也可看成一個(gè)組元。按組元的數(shù)目，合金可分為二元合金、三元合金等。合金在固態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)一般可分為以下三類：（1）化合物是合金各組元按一定的原子數(shù)量比化合而成的一種新的物質(zhì)，它具有與組元原來晶格不同的特殊晶格?；衔锏男阅芘c組元的性能有顯著不同，它的熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。（2）固溶體合金各組元在固態(tài)時(shí)具有相互溶解能力而形成均勻的固體，這種固體合金稱為固溶體。固溶體仍保留基本組元（溶劑）的晶格。固溶體的性能由于是在溶劑元素性能的基礎(chǔ)上得到了強(qiáng)化，所以固溶體不但有較高的強(qiáng)度和硬度，并且還保持有足夠的韌性和塑性。（3）機(jī)械混合物組成合金的各組元在固態(tài)下既不溶解也不形成化合物，而以混合形式組合在一起的組成物稱為機(jī)械混合物，其各組元的原子仍保持原來的晶格和性能。所以，機(jī)械混合物的性能取決于各組元的相對(duì)數(shù)量、形狀、大小和分布情況。1-4鋼的熱處理（二）鐵碳合金及其狀態(tài)圖

1.鐵碳合金

鋼和鑄鐵是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，它們都是以鐵和碳兩種元素為主組成的合金，因此又稱鐵碳合金。在鐵碳合金中出現(xiàn)以下幾種基本組織：（1）鐵素體碳溶于α－Fe中所形成的固溶體稱為鐵素體，用符號(hào)F表示。鐵素體的強(qiáng)度、硬度很低，其硬度值為50~80HBW，但它具有良好的塑性和韌性。（2）奧氏體碳溶于γ－Fe中所形成的固溶體稱為奧氏體，用符號(hào)A表示。奧氏體具有良好的塑性和較低的變形抗力。絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工和熱處理時(shí)，都要求在奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行。（3）滲碳體滲碳體是鐵和碳的化合物，分子式為Fe3C，含碳量為6.69%。滲碳體的硬度很高（大于800HBW），脆性大，塑性和沖擊韌度幾乎等于零，在鋼中起強(qiáng)化作用。鋼中含碳量越高，滲碳體所占比重越大，則其強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性越差。滲碳體在一定條件下，可以分解成鐵和自由狀態(tài)的石墨，即Fe3C→3Fe＋C（石墨），這一分解過程對(duì)鑄鐵有重要的意義。1-4鋼的熱處理（4）珠光體鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為珠光體，用符號(hào)P表示。由于珠光體是硬的滲碳體片和軟的鐵素體片相間組成的混合物，故其力學(xué)性能介于兩者之間。珠光體的平均含碳量為0.77%，它的強(qiáng)度較高，硬度適中（≈180HBW），并具有一定的塑性。（5）萊氏體奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為萊氏體，用符號(hào)Ld表示。由于奧氏體在727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以727℃以下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，通常稱之為低溫萊氏體，用符號(hào)Ld′表示。萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高（≈700HBW），塑性很差。1-4鋼的熱處理

2.鐵碳合金狀態(tài)圖

鐵碳合金狀態(tài)圖是表示在極緩慢冷卻（或加熱）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度所具有的組織或狀態(tài)的圖形。目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為0~6.69%的合金部分，因?yàn)榇笥?.69%的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)值?，F(xiàn)在鐵碳合金狀態(tài)圖因?yàn)橹谎芯縁e-Fe3C部分，實(shí)際上是Fe-Fe3C狀態(tài)圖。圖1-5為簡化的Fe－Fe3C狀態(tài)圖。（1）Fe-Fe3C狀態(tài)圖中點(diǎn)、線的含義。①特性點(diǎn)狀態(tài)圖中主要特性點(diǎn)的意義、溫度及成分見表1-2。圖１－5簡化的Fe－Fe3C狀態(tài)圖圖１－5Fe－Fe3C狀態(tài)圖中的主要特性點(diǎn)1-4鋼的熱處理②特性線狀態(tài)圖中的特性線都是鐵碳合金組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的界線。它們的物理意義如下：

ACD線即液相線。合金冷卻到此線開始結(jié)晶，在此線以上是液態(tài)區(qū)（用L表示）。在AC線以下，從液體中結(jié)晶出奧氏體；在CD線以下，結(jié)晶出滲碳體（又稱一次滲碳體，即Fe3CⅠ）。

AECF線即固相線。合金冷卻到此線全部結(jié)晶為固態(tài)，此線以下為固態(tài)區(qū)。在液相線與固相線之間為合金的結(jié)晶區(qū)域。這個(gè)區(qū)域內(nèi)液體與固體并存；AEC區(qū)域內(nèi)為液體和奧氏體；DCF

區(qū)域內(nèi)為液體和滲碳體。圖１－5簡化的Fe－Fe3C狀態(tài)圖1-4鋼的熱處理

GS線又稱A3線。它是冷卻時(shí)奧氏體析出鐵素體的開始線，也是加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了線。

ES線又稱Acm

線。它是碳在γ-Fe中溶解度隨溫度變化的曲線。此線以下奧氏體開始析出滲碳體（又稱二次滲碳體，即Fe3CⅡ）。

ECF

線稱為共晶線。合金冷卻到此溫度線（1148℃）時(shí)，在恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，從液體中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，即萊氏體。凡是含碳量超過2.11%的鐵碳合金，在ECF線上均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。

PSK

線稱為共析線，又稱A1

線。合金冷卻到此線發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。奧氏體均將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。圖１－5簡化的Fe－Fe3C狀態(tài)圖1-4鋼的熱處理（2）鐵碳合金的分類。根據(jù)狀態(tài)圖所示含碳量的多少，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和生鐵三類。

①工業(yè)純鐵含碳量小于0.0218%的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵，實(shí)際應(yīng)用較少。

②鋼含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金稱為鋼。根據(jù)含碳量及室溫組織的不同，又可分成以下三種：共析鋼——含碳量為0.77%；亞共析鋼——含碳量小于0.77%；過共析鋼——含碳量大于0.77%。

③生鐵含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為生鐵。1-4鋼的熱處理二、鋼的熱處理

鋼的熱處理就是把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度后保溫一段時(shí)間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻，從而改變鋼的組織，以獲得預(yù)期性能的工藝方法。熱處理由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段構(gòu)成。圖1-6是熱處理工藝過程示意圖。

對(duì)鋼加熱的目的一般是使鋼奧氏體化。珠光體全部轉(zhuǎn)變成奧氏體初期的晶粒細(xì)小，但加熱溫度高或保溫時(shí)間長，奧氏體晶粒都會(huì)長大，這就會(huì)影響材料的力學(xué)性能。所以熱處理時(shí)加熱溫度不可太高，保溫時(shí)間不能過長，這樣才能獲得細(xì)小晶粒的奧氏體，冷卻后就得到細(xì)晶粒組織。圖1-6熱處理工藝過程示意圖1-4鋼的熱處理

冷卻過程是鋼的熱處理的關(guān)鍵工序，其冷卻轉(zhuǎn)變溫度決定了冷卻后的產(chǎn)物不同，性能也不同。熱處理分為常規(guī)熱處理和特殊熱處理。常規(guī)熱處理即所說的“四火”工藝，包括退火、正火、淬火、回火，其中退火和正火對(duì)應(yīng)的加熱溫度如圖１－７所示。特殊熱處理包括表面熱處理和化學(xué)熱處理等。圖1-7退火和正火工藝加熱溫度示意圖1-4鋼的熱處理（一）常規(guī)熱處理

1.退火

將鋼件加熱到A3（對(duì)亞共析鋼）或A1（對(duì)過共析鋼）線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中（俗稱“爐冷”），使其緩慢冷卻的熱處理方法叫做退火。退火的目的是降低硬度，以利于切削加工；細(xì)化晶粒，改善組織，提高力學(xué)性能；消除零件中的內(nèi)應(yīng)力（加熱到A1線以下即可）。2.正火

正火的作用與退火相似。正火是將鋼加熱到A3或Acm線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理方法（俗稱“空冷”）。由于正火的冷卻速度比退火快，所以得到的珠光體組織比退火后更細(xì)，強(qiáng)度和硬度都有所提高。另外，正火是爐外冷卻，不占用設(shè)備，生產(chǎn)效率高，所以正火工藝應(yīng)用廣泛。1-4鋼的熱處理

3.淬火

將鋼加熱到A3或A1線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間，在水中或油中急劇冷卻的熱處理方法叫做淬火。淬火可使鋼獲得馬氏體組織。對(duì)于含碳量很低的鋼進(jìn)行一般的淬火處理沒有意義。冷卻是淬火工藝的關(guān)鍵工序，它關(guān)系到淬火質(zhì)量的好壞。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過調(diào)整冷卻介質(zhì)、淬火方法來控制淬火件的冷卻速度。水和油是最常用的冷卻介質(zhì)。水的冷卻能力較強(qiáng)，使用安全，不污染環(huán)境，淬火工件不需要清洗，因此形狀簡單、截面較大的碳鋼零件大多采用水冷。油是另一種常用的冷卻介質(zhì)，常用冷卻油為礦物油。油的冷卻特性較好，冷卻速度較水慢，多用于合金鋼淬火。1-4鋼的熱處理

4.淬火鋼的回火

把淬火后的鋼件重新加熱到A1線以下，保溫一段時(shí)間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理方法叫做回火。回火的目的是為了消除因淬火冷卻速度過高而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂，并減小脆性。此外，回火可使淬火組織趨于穩(wěn)定，使工件獲得適當(dāng)?shù)挠捕?、穩(wěn)定的尺寸和較好的綜合力學(xué)性能等，故回火總是伴隨在淬火后進(jìn)行。根據(jù)加熱溫度的不同，回火可分為低溫回火（250℃以下）、中溫回火（350~500℃）和高溫回火（500℃以上），淬火工件的硬度隨回火溫度的升高而降低。工件淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝又稱為調(diào)質(zhì)處理。低溫回火主要適用于各種刃具、模具、滾動(dòng)軸承等要求硬而耐磨的零件。中溫回火主要適用于處理各種彈簧及熱鍛模等。高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）主要適用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。1-4鋼的熱處理（二）特殊熱處理

1.表面熱處理

僅對(duì)鋼的表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝，稱為表面熱處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，最常用的是表面淬火。鋼的表面淬火是通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化，在心部組織尚未發(fā)生相變時(shí)立即予以淬火冷卻，使表層獲得硬而耐磨的組織，而心部仍保持原來的塑性和韌性。表面淬火加熱可采用感應(yīng)加熱、火焰加熱、激光加熱等不同的加熱方法。目前生產(chǎn)中常用的是感應(yīng)加熱。表面淬火一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼。這類鋼經(jīng)預(yù)先熱處理（調(diào)質(zhì)或正火）后進(jìn)行表面淬火，心部可獲得較好的綜合力學(xué)性能，而表面具有較高的硬度和耐磨性。高碳鋼也可以表面淬火，主要用于受較小沖擊和交變載荷的工具、量具等。1-4鋼的熱處理

2.化學(xué)熱處理

把鋼制零件放在化學(xué)介質(zhì)中，加熱到預(yù)定的溫度，保溫一定的時(shí)間，使該介質(zhì)元素滲入工件的表層，從而改變表層的成分、組織和性能，這種工藝過程稱為化學(xué)熱處理。廉價(jià)的碳鋼或低合金鋼經(jīng)過化學(xué)熱處理后可以代替昂貴的高合金鋼，所以化學(xué)熱處理已成為目前發(fā)展最快的幾種熱處理工藝之一。化學(xué)熱處理的種類很多，一般都以滲入的元素來命名，如滲碳、滲氮、碳氮共滲等。（1）鋼的滲碳為了增加鋼件表層的碳含量和獲得一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入鋼件表層的化學(xué)熱處理稱為滲碳。根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法可以分為固體滲碳、氣體滲碳和液體滲碳三種。氣體滲碳法的生產(chǎn)率較高，滲碳過程容易控制，滲碳層質(zhì)量較好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，應(yīng)用最廣泛。工件滲碳后必須進(jìn)行淬火和低溫回火，這樣才能有效地發(fā)揮滲碳層的作用，從而達(dá)到硬而耐磨的性能要求。1-4鋼的熱處理（2）鋼的滲氮在一定溫度下（一般在A1溫度下）使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮（或稱氮化）。滲氮的目的在于更大地提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。目前廣泛應(yīng)用的是氣體氮化。這種方法是利用氨在加熱過程中分解出的活性氮原子，氮原子被鋼吸收并溶入表面，在保溫的過程中向內(nèi)擴(kuò)散，形成滲氮層。（3）碳氮共滲碳氮共滲就是同時(shí)向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱氰化。在生產(chǎn)中主要采用氣體碳氮共滲。碳氮共滲后，一般要進(jìn)行淬火加低溫回火。碳氮共滲淬火后，耐磨性比滲碳更好。共滲層比滲碳層有較高的壓應(yīng)力，因而有更高的抗拉疲勞強(qiáng)度，耐蝕性也較好。碳氮共滲工藝與滲碳工藝相比，具有時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、表面硬度高、變形小等優(yōu)點(diǎn)，但共滲層較薄，主要用于形狀復(fù)雜、要求變形小的小型耐磨零件。§１－5

非金屬材料1-51-5非金屬材料簡述：非金屬材料通常是指除金屬材料以外的一切工程材料，主要指高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料等。非金屬材料具有金屬材料所不及的某些性能，如絕緣性、高彈性、耐熱性、耐蝕性等，在現(xiàn)代生產(chǎn)中已逐漸取代某些金屬，得到越來越廣泛的應(yīng)用。一、高分子材料

高分子化合物由大量低分子化合物聚合而成，因相對(duì)分子質(zhì)量很大，故稱之為高分子化合物或高聚物。高分子物質(zhì)分人工和天然兩大類。工程上的高分子物質(zhì)主要指人工合成的各種有機(jī)材料，以塑料、橡膠和纖維這三大合成材料為主。高分子化合物的合成就是把低分子的化合物（單體）聚合起來，形成高分子化合物的過程。合成反應(yīng)主要有加成聚合（加聚）反應(yīng)和縮合聚合（縮聚）反應(yīng)兩種。塑料、橡膠、纖維和粘接劑等均可通過合成反應(yīng)來制取，以下分別加以介紹。1-5（一）工程塑料

工程塑料是以合成樹脂為主要成分的高分子合成材料。它具有質(zhì)量輕、摩擦因數(shù)小、耐磨、吸振、耐蝕、絕緣、可以著色、易于加工成形等優(yōu)點(diǎn)，但耐熱性差，易老化。工程塑料可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。

1.熱固性塑料

最常用的熱固性塑料是酚醛塑料和氨基塑料。它們的脆性都較大，常需加入石棉纖維、木屑、紙屑等填充料，以提高其強(qiáng)度和彈性，減少脆性。加入填充料的熱固性塑料制品是在模壓機(jī)上加工成形的，所以也稱模壓塑料。將酚醛塑料浸泡的布料或紙壓制成板料或各種形狀的制品，稱為壓塑料。它比模壓塑料更加堅(jiān)固，并可以切削加工，許多齒輪、軸套、墊板及電器都用它制成。非金屬材料1-5

2.熱塑性塑料

熱塑性塑料的種類很多，常用的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚酰胺等。聚氯乙烯分軟、硬兩種。硬聚氯乙烯可代替金屬材料制作機(jī)械零件，耐酸、堿，但耐熱性差；軟聚氯乙烯為硬聚氯乙烯加軟化劑而成，多用于制作軟管。聚乙烯是由乙烯聚合而成的輕塑料。它無毒、耐酸、耐堿及油脂，且不滲水，有很好的絕緣性，但溶于汽油，常用于容器、包裝和絕緣材料。聚四氟乙烯能耐包括王水的所有化學(xué)藥品的腐蝕，可以在180~250℃長期使用，耐老化，絕緣，不吸水，摩擦因數(shù)很?。é?0.04），素有塑料王之稱，但強(qiáng)度低，高溫蠕變較大，主要用作耐蝕件、耐磨件、絕緣件和密封件等。聚酰胺即尼龍，具有堅(jiān)韌、耐磨、有彈性、無毒等優(yōu)良性能，缺點(diǎn)是吸水性大，尺寸穩(wěn)定性差。主要用作一般機(jī)械零件、減摩耐磨件及傳動(dòng)件等。非金屬材料1-5（二）橡膠

橡膠也是一種高分子材料，有很好的彈性、優(yōu)良的伸縮性能和很好的積儲(chǔ)能量能力，故成為常用的密封、抗振、減振和傳動(dòng)材料。橡膠還有良好的耐磨性、隔聲性和阻尼特性。橡膠有天然橡膠和人工合成橡膠之分，按應(yīng)用范圍不同又可分為通用橡膠和特種橡膠。

（三）合成纖維

合成纖維是指以石油、天然氣、煤及農(nóng)副產(chǎn)品等作為原料，經(jīng)過化學(xué)合成方法而制得的化學(xué)纖維。按用途不同分為普通合成纖維和特種合成纖維兩大類。常見的普通合成纖維以六大綸為主，占合成纖維總產(chǎn)量的90%以上，它們分別是錦綸（尼龍）、滌綸（的確良）、腈綸（人造毛）、纖維、氯綸和丙綸。特種合成纖維的品種較多，而且還在不斷發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用較多的有耐高溫纖維（如芳綸1313）、高強(qiáng)力纖維（如芳綸1414）、防火纖維、離子交換纖維等。非金屬材料1-5（四）粘接劑

粘接工藝簡單、方便、實(shí)用。粘接技術(shù)在連接兩種不同材料或者連接尺寸相差懸殊以及微小、復(fù)雜的零部件時(shí)顯示出鉚、焊等無法比擬的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)今已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)立的邊緣科學(xué)技術(shù)，特別是在航空工業(yè)、汽車工業(yè)等方面顯示出巨大的潛力。而粘接劑更是滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，成為各行各業(yè)不可缺少的重要原材料之一。粘接劑按固化形式可分為三類：

①溶劑型，是一種全溶劑蒸發(fā)型，通過揮發(fā)或吸收固化；

②反應(yīng)型，由不可逆的化學(xué)反應(yīng)引起固化；

③熱熔型，通過加熱熔融粘接，隨后冷卻固化。常用粘接劑有環(huán)氧樹脂膠粘劑、酚醛－丁腈膠粘劑、聚酯酸乙烯酯乳液膠（白膠）、聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酯膠粘劑。非金屬材料1-5二、陶瓷材料

陶瓷是指用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成的一種無機(jī)非金屬固體材料，在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用廣泛。它與傳統(tǒng)的陶瓷材料的概念是不同的。陶瓷一般分為普通陶瓷、特殊陶瓷和金屬陶瓷。陶瓷材料具有硬度高、抗壓強(qiáng)度大、耐高溫、不怕氧化和腐蝕、隔熱和絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。非金屬材料1-5三、復(fù)合材料

復(fù)合材料是指為了達(dá)到某些特殊性能要求而將兩種或兩種以上物理、化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而得到的多相固體材料。復(fù)合材料中至少由兩大類相組成：一類是基體相，起粘接、保護(hù)纖維并把外加載荷造成的應(yīng)力傳遞到纖維上去的作用，基體相可以由金屬、樹脂、陶瓷等構(gòu)成；另一類為增強(qiáng)相，是主要承載相，并起提高強(qiáng)度（或韌性）的作用，增強(qiáng)相的形態(tài)各異，有細(xì)粒狀、短纖維狀、連續(xù)纖維狀、片狀等。工程上開發(fā)應(yīng)用比較多的是用纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。復(fù)合材料的性能特點(diǎn)主要有：①高比強(qiáng)度和高比剛度；②耐疲勞性好；③抗斷裂能力強(qiáng)；④減振能力強(qiáng)；⑤高溫性能好，抗蠕變能力強(qiáng)；⑥其他性能如減摩性、耐蝕性好等。常用復(fù)合材料有玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料、金屬纖維復(fù)合材料等。非金屬材料§１－6新型材料簡介1-61-6新型材料簡介簡述：新型材料是指最近發(fā)展或正在發(fā)展的具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料。新型材料既是高新技術(shù)的產(chǎn)物，同時(shí)它又成為高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。一、納米材料

納米是一個(gè)長度單位，符號(hào)為nm（1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m）。納米是一個(gè)極小的尺寸，對(duì)納米材料的認(rèn)識(shí)是人類對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的新層次，即從微米進(jìn)入納米。納米科技是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過直接操縱和安排原子、分子而創(chuàng)造新材料。納米材料（超微粒材料）是指把晶粒結(jié)構(gòu)的長度尺寸控制在100nm以下的材料。也可以說納米材料的平均粒徑或結(jié)構(gòu)尺寸在100nm以下。通常把納米材料分為兩個(gè)層次，即納米超微粒子（粒子尺寸為1~100nm）與納米固體材料。納米固體是指由納米超微粒子制成的固體材料。目前，按研究內(nèi)容的不同，納米材料又分為納米金屬材料、納米磁性材料、納米陶瓷材料、納米復(fù)合材料、敏感和醫(yī)用材料等。1-6新型材料簡介二、智能材料

智能材料亦稱為靈巧或機(jī)敏材料。所謂智能材料，就是能感知外部刺激（傳感功能）、能判斷并適當(dāng)處理（處理功能）且本身可執(zhí)行（執(zhí)行功能）的材料。智能材料包括形狀記憶合金（SMA）、壓電材料、電致伸縮、磁致伸縮和智能凝膠等材料。

合金的形狀記憶效應(yīng)：SMA在高溫時(shí)處理成一定形狀后急速冷卻，在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形式，然后加熱到高溫相成為穩(wěn)定狀態(tài)的溫度時(shí)，通過馬氏體逆相變使其恢復(fù)到低溫塑性變形前的形狀。顯然，形狀記憶效應(yīng)是由馬氏體相變導(dǎo)致的。合金的特性：

①

超彈性。一般金屬材料在受到外力作用變形后，能自動(dòng)恢復(fù)到原來形狀者只限于0.5%以下變形量。超過這個(gè)限度（彈性極限），就會(huì)產(chǎn)生永久的塑性變形，不再復(fù)原。SMA在應(yīng)變量高達(dá)20%以上時(shí)，卸去載荷后仍能自動(dòng)恢復(fù)原形。這種在變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般彈性極限的條件下仍能復(fù)原的現(xiàn)象稱為超彈性。1-6新型材料簡介

②

變溫喚醒。SMA與超彈性材料的不同在于超彈性材料是在卸載后恢復(fù)原形，而SMA要由轉(zhuǎn)變溫度喚醒其記憶力才能恢復(fù)原狀。

③雙程記憶。普通金屬材料有熱脹冷縮的性質(zhì)，而SMA在受熱后既可伸長又可縮短，即形狀記憶效應(yīng)有單程記憶和雙程記憶兩種。單程記憶是指材料被加熱到逆轉(zhuǎn)變開始溫度以上時(shí)，伴隨逆向馬氏體相變發(fā)生形狀恢復(fù)，而在正向轉(zhuǎn)變時(shí)不發(fā)生形狀恢復(fù)。雙程記憶是指材料在受熱發(fā)生逆向馬氏體轉(zhuǎn)變和冷卻到正向轉(zhuǎn)變溫度以下而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，都發(fā)生形狀恢復(fù)現(xiàn)象。具有雙程記憶效應(yīng)的材料，在一定溫度區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升降變化，其形狀會(huì)反復(fù)重復(fù)變化。另外，SMA在加熱時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)應(yīng)力非常大，可達(dá)500MPa。SMA這種可響應(yīng)溫度、外力變化而產(chǎn)生的彈性特性，在許多智能材料和智能機(jī)械設(shè)計(jì)中有重要價(jià)值。

SMA種類很多，在航天、人工智能、醫(yī)用材料等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。1-6新型材料簡介三、超導(dǎo)材料

超導(dǎo)材料（super-conductingmaterials）是指在超低溫下失去電阻的材料。材料的這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性。具有超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體的主要特性有：①在臨界溫度TC以下，電阻為零，完全導(dǎo)電；②在超導(dǎo)態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)沒有磁感線通過，磁場(chǎng)強(qiáng)度恒為零；③除了溫度外，材料的超導(dǎo)態(tài)還與磁場(chǎng)和電流密度有關(guān)。即使處于TC以下的超導(dǎo)體，若施加足夠的磁場(chǎng)或一定的電流密度，也會(huì)失去超導(dǎo)電性而恢復(fù)常態(tài)。目前，已發(fā)現(xiàn)常壓下具有超導(dǎo)性的元素有二十幾種，但臨界溫度較低，難以實(shí)用。超導(dǎo)合金是超導(dǎo)材料中強(qiáng)度最高、應(yīng)力應(yīng)變小、磁場(chǎng)強(qiáng)度低的超導(dǎo)體。超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如用于以節(jié)能為目標(biāo)的發(fā)電機(jī)、輸電電纜、貯能等電力系統(tǒng)的超導(dǎo)體，核聚變、磁流體發(fā)電等新能源，核磁共振等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。1-6新型材料簡介四、隱身材料

雷達(dá)技術(shù)是探測(cè)空中目標(biāo)的主要手段，因此狹義的隱身技術(shù)即指雷達(dá)隱身技術(shù)。隱身技術(shù)中的關(guān)鍵是吸波材料，吸波材料能夠?qū)⒗走_(dá)和激光照射到其表面的信號(hào)吸收，從而使雷達(dá)和激光探測(cè)不到反射的信號(hào)。吸波材料的主要組分包括吸收劑和基體材料，吸收劑提供吸波性能，基體材料提供粘接或承載等性能。呈納米態(tài)的吸收劑具有極好的吸波特性，同時(shí)具備頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量和厚度小等特點(diǎn)，已成為最重要的吸收劑。五、非晶態(tài)金屬

非晶態(tài)金屬又常稱為金屬玻璃，它是一種新型磁性材料。它是將液態(tài)金屬以106℃/s的冷卻速度快速冷卻，使金屬原子來不及結(jié)晶，處于雜亂無章的狀態(tài)即冷凝而制得。顯然，它與傳統(tǒng)材料不同的是不具有晶體結(jié)構(gòu)。它們由Fe、Co、Ni及半金屬元素B、Si所組成。非晶態(tài)金屬具有優(yōu)異的軟磁性能、力學(xué)性能、耐蝕性、耐輻照、催化等特性，因而可用來制造低能耗的變壓器、磁性傳感器、記錄磁頭、人造衛(wèi)星上的太陽能電池等?！欤保?機(jī)械工程材料的選用1-71-7機(jī)械工程材料的選用一、選材的一般原則（一）使用性能

零件的使用性能是指其在一定的工作條件下工作所必須具有的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。機(jī)械零件在使用過程中喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為失效，其主要失效形式有變形、斷裂和表面損傷三種。進(jìn)行機(jī)械零件選材時(shí)，主要以零件的使用性能要求作為選材的依據(jù)。

1.零件受載情況

（1）脆性材料原則上只適用于靜載荷作用下工作；在受動(dòng)負(fù)荷的情況下，應(yīng)以塑性材料為基本材料。（2）若零件的接觸應(yīng)力較大，則應(yīng)選用可進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的材料。（3）若零件尺寸取決于強(qiáng)度，且尺寸和質(zhì)量又受到某些限制，則應(yīng)選用強(qiáng)度較高的材料。（4）若零件尺寸取決于剛度，則應(yīng)選用彈性模量較大的材料。1-7機(jī)械工程材料的選用

2.零件工作情況

（1）在濕熱或有腐蝕性物質(zhì)環(huán)境下工作的零件，其材料應(yīng)具有良好