機(jī)械工程材料教材:朱張校主編、鄭明新主審《工程材料》清華大學(xué)出版社2001年1月第3版參考書:戈曉嵐主編《機(jī)械工程材料》北京大學(xué)出版社

中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院1機(jī)械工程材料教材:朱張校主編、鄭明新主審《工程材料》清華1課程的性質(zhì)：《機(jī)械工程材料》是機(jī)械專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，重點(diǎn)是研究金屬材料的性能與成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理之間的關(guān)系。2課程的目的：獲得金屬學(xué)基礎(chǔ)知識；掌握熱處理的基本理論及方法；掌握鋼的合金化基本原則、常用機(jī)械工程材料等方面的基本知識；為學(xué)習(xí)其它有關(guān)課程及以后從事的機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、維修、管理等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。緒論21課程的性質(zhì)：緒論2了解金屬材料的主要力學(xué)性能；了解金屬學(xué)基礎(chǔ)，掌握Fe-Fe3C狀態(tài)圖，熟悉金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)及其對組織和性能的影響；熟悉熱處理的基本理論，掌握常用的熱處理方法的目的、工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍；了解鋼中合金元素的作用，掌握常用合金（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金等）的種類、牌號、性能及用途；了解常用非金屬材料的種類、特性及應(yīng)用；熟悉選用材料的基本原則，根據(jù)零件的使用性能、工藝性能以及經(jīng)濟(jì)性，能比較合理地選用材料和提出相應(yīng)的熱處理技術(shù)要求；了解金屬材料及熱處理的新材料、新工藝、新技術(shù)。3、課程的基本要求3了解金屬材料的主要力學(xué)性能；3、課程的基本要求3１）材料性能:重點(diǎn)介紹金屬材料的機(jī)械性能及其物理、化學(xué)、工藝性能的含義；２）金屬學(xué)基礎(chǔ)：重點(diǎn)研究金屬和合金組織結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過程、塑性變形與再結(jié)晶及主要二元合金狀態(tài)圖的基本理論；３）熱處理基礎(chǔ)：重點(diǎn)研究改變鋼鐵材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及性能的原理和方法；４）常用機(jī)械工程材料：具體研究各種常用機(jī)械工程材料的種類、性能及用途。

4課程教學(xué)內(nèi)容

4１）材料性能:重點(diǎn)介紹金屬材料的機(jī)械性能及其物理、總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)本科課堂教學(xué)

26學(xué)時(shí)緒論、金屬材料的性能:1學(xué)時(shí)金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶：2學(xué)時(shí)金屬的塑性變形與再結(jié)晶：2學(xué)時(shí)鐵碳合金相圖5學(xué)時(shí)鋼的熱處理：4學(xué)時(shí)工業(yè)用鋼：4學(xué)時(shí)鑄鐵：2學(xué)時(shí)有色金屬及其合金：2學(xué)時(shí)非金屬材料及復(fù)合材料:2學(xué)時(shí)機(jī)械零件的選材與工藝分析；2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

6學(xué)時(shí)5學(xué)時(shí)分配5總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一、鐵碳合金平衡組織的觀察及金相顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)二、碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)三、碳鋼不平衡組織、合金鋼、鑄鐵及有色合金的觀察6、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6實(shí)驗(yàn)一、鐵碳合金平衡組織的觀察及金相顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn)；

1.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.1.1晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體——內(nèi)部原子（或離子）按一定幾何形狀有規(guī)則排列的固體。如天然金剛石、鉆石、水晶、氯化鈉、明礬等。

固體金屬均為晶體。非晶體——原子排列無規(guī)則的固體。如玻璃、松香、石臘、棉花、木材等?？臻g點(diǎn)陣（晶格）

——將構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）抽象為純粹的幾何陣點(diǎn)，并用直線連接起來構(gòu)成的三維空間格架。晶胞——能夠反映晶格特征的最小組成單元。圖1-1晶體中的原子堆垛剛球模型（a）、晶格（b）和晶胞（c）示意圖第一章材料的結(jié)構(gòu)與性能71.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.1.1晶晶格參數(shù)——晶格的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長a、b、c和三條棱邊之間的夾角、、六個(gè)參數(shù)來描述

晶格常數(shù)－－a、b、c。1.1.1晶體結(jié)構(gòu)的基本概念圖1-2晶格參數(shù)8晶格參數(shù)——晶格的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長a、b、c和體心立方晶格------金屬中如Ti、V、Cr、Mo、W及-Fe等屬此種晶格。面心立方晶格------金屬中如Al、Mn、Ni、Cu、Ag、Pt、Au、Pb及-Fe等屬此種晶格。密排六方晶格------金屬中如Zn、Mg、Be、Cd、-Ti及-Co等等屬此種晶格。1.1.2三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)(a)體心立方（b）面心立方（c）密排六方9體心立方晶格------金屬中如Ti、V、Cr、Mo、W及1.1.3常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征（1）晶胞中的原子數(shù)面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格101.1.3常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征（1）晶胞中的原子數(shù)面心（2）原子半徑面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格11（2）原子半徑面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格11配位數(shù)——晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子周圍最近鄰的且等距離的原子數(shù)。配位數(shù)越大，晶體中原子排列就越緊密。（3）配位數(shù)和致密度面心立方晶格：12密排六方晶格：12體心立方晶格：812配位數(shù)——晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子周圍最近鄰的且等距離的致密度------晶胞中所含原子的體積與晶胞體積的比值，即K=nU/V

配位數(shù)大，則致密度亦大。式中：K------晶體的致密度；n------晶胞中所含原子的數(shù)目；U------每個(gè)原子的體積；V------晶胞的體積。

面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格13致密度------晶胞中所含原子的體積與晶胞體積的比值，即表1—1三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征晶格類型晶胞中的原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度體心立方280.68面心立方4120.74密排六方6120.7414表1—1三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征晶格類型晶胞中的原子數(shù)（1）晶面------晶體中通過原子中心的平面

。晶面指數(shù)------用以表示晶面的數(shù)字符號稱為晶面指數(shù)（hkl）。晶面指數(shù)的確定：設(shè)定一空間坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于待定晶面之外。求出待定晶面在各坐標(biāo)軸上的截距為：11∞、11。取截距的倒數(shù)：110、112。將截距的倒數(shù)化為最小整數(shù)，放在圓括號內(nèi)。1.1.4晶面、晶向及晶體的各向異性15（1）晶面------晶體中通過原子中心的平面。1.1.晶面族------在同一種晶體結(jié)構(gòu)中，原子排列情況完全相同的一組晶面，用

{HKL}表示。如：{100}晶面族有：（100）、（010）和（001）晶面。{111}晶面族有：（111）、（11）、（11）和（11）晶面。16晶面族------在同一種晶體結(jié)構(gòu)中，原子排列情況完全相同的晶向族------原子排列情況相同但空間位向不同的所有晶向，用<uvw>表示

。如：<110>晶向族包括：[110]、[101]、[011]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]12個(gè)晶向；<111>晶向族包括：[111]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]8個(gè)晶向。

（2）晶向--------晶體中原子列所表示的方向。晶向指數(shù)------表示晶向的數(shù)字符號稱為晶向指數(shù)。[uvw]晶向指數(shù)的確定：設(shè)定一空間坐標(biāo)系，原點(diǎn)在待定晶向的一結(jié)點(diǎn)上。寫出該晶向上另一結(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)值：即為001、10。將坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)：001、210。將化好的整數(shù)記在方括號中。17晶向族------原子排列情況相同但空間位向不同的所有晶向，（3）金屬晶體的各向異性------金屬晶體沿不同方向性能不相同的現(xiàn)象。晶體與非晶體最根本的差別之一是：晶體具有明顯各向異性，而非金屬具有各向同性。金屬的各向異性一般表現(xiàn)在純金屬的單晶體中，而對于實(shí)際晶體，其各向異性就顯示不出來了。與晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而它們之間的結(jié)合力大小不同有關(guān)。18（3）金屬晶體的各向異性------金屬晶體沿不同方向性能不

1.1.5實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本概念：單晶體－－金屬內(nèi)部的晶格方位完全一致。多晶體－－多晶粒組成的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)。晶粒－－組成多晶體的外形不規(guī)則的小晶體。晶界－－晶粒與晶粒間的界面。組織－－用金相的方法，在金屬及合金內(nèi)部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系的構(gòu)造情況。顯微組織－－顯微鏡所觀察到的組織。亞晶粒－－晶粒內(nèi)存在的、相互間晶格位向差很小的晶塊。亞晶界－－亞晶粒之間的界。191.1.5實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本概念：19（1）點(diǎn)缺陷：包括：晶格空位、間隙原子和異類原子。晶格空位——在晶體晶格中，某結(jié)點(diǎn)上沒有原子的結(jié)點(diǎn)稱為空位。間隙原子——位于晶格間隙之中的原子叫做間隙原子。異類原子——金屬中存在的其他元素（即雜質(zhì)），這些原子稱為異類原子。危害：點(diǎn)缺陷的存在會使晶格發(fā)生畸變，金屬的性能發(fā)生變化。20（1）點(diǎn)缺陷：包括：晶格空位、間隙原子和異類原子。20（2）線缺陷：主要是位錯(cuò)。

位錯(cuò)－－在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生的有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。包括：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)21（2）線缺陷：主要是位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)（3）面缺陷：是指晶體中二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷，它包括晶體的表面、晶界、亞晶界、相界等，

晶界——晶粒與晶粒之間的接觸面。亞晶界——亞晶粒之間的邊界。

作用：晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬的塑性變形能力越大，塑性越好。晶界亞晶界22（3）面缺陷：是指晶體中二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷，1.2.1合金的基本概念合金——一種金屬元素同另一種或幾種金屬（或非金屬）元素，通過熔化或其他方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元——組成合金最基本的獨(dú)立物質(zhì)。二元合金——由兩個(gè)組元組成的合金稱為二元合金。相——在金屬或合金中，化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。組織組成物——合金組織中那些具有確定本質(zhì)，一定形成機(jī)制和特殊形態(tài)的組成部分。1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)231.2.1合金的基本概念1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)23（1）固溶體

——合金組元通過溶解形成的一種成分和性能均勻、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。置換固溶體——在溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)上，其原子被溶質(zhì)原子所替代而形成的固溶體。無限固溶體——溶質(zhì)與溶劑能以任何比例相互溶解的固溶體。有限固溶體——若溶質(zhì)超過某個(gè)溶解度有其他相形成，即兩個(gè)元素之間的相互溶解度有一定的限度的固溶體。間隙固溶體——溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中形成的固溶體。固溶強(qiáng)化——通過形成固溶體使金屬的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象。原因：溶質(zhì)原子的溶入，造成了不同程度的晶格畸變，阻礙了晶體的滑移，從而使合金固溶體的強(qiáng)度和硬度得到提高。1.2.2固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)24（1）固溶體——合金組元通過溶解形成的一種成分和性能均勻、（2）中間相（金屬化合物）——合金組元之間相互作用形成的、晶格類型和特性均不同于任一組元的新相。正常價(jià)化合物——由元素周期表上相距較遠(yuǎn)而化學(xué)性質(zhì)相差較大的兩元素形成的、嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律的化合物。電子化合物——不遵守一般的化合價(jià)規(guī)律但符合一定的電子濃度（化合物的價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比值）的化合物。間隙相——原子半徑比值γX/γM（M代表金屬、X代表非金屬）小于0.59時(shí)形成的簡單形式的晶格，如VC、TiN、TiC、NbC、Fe4N等。間隙化合物——當(dāng)γX/γM大于0.59時(shí)形成的具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的化合物，如鋼中的Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、FeB、Fe2B等。。25（2）中間相（金屬化合物）——合金組元之間相互作用形成的、晶1.3.1高分子材料的結(jié)構(gòu)（1）高分子材料概述高分子聚合物（簡稱高聚物）——以高分子化合物為主要組分的有機(jī)材料，其相對分子質(zhì)量在5000以上。分類：天然：天然橡膠、蠶絲、羊毛、纖維素、油脂、蛋白質(zhì)淀粉等；人工合成：合成橡膠、塑料、合成纖維、涂料和膠粘劑等。單體——彼此能相互連接起來而形成高分子化合物的低分子化合物。鏈節(jié)——組成高分子化合物的長鏈中的基本結(jié)構(gòu)單元。

1.3非金屬材料的結(jié)構(gòu)261.3.1高分子材料的結(jié)構(gòu)1.3非金屬材料的結(jié)構(gòu)26高分子化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：高分子化合物的分子量很大，化學(xué)組成比較簡單，同有機(jī)化合物一樣僅由幾種元素所組成。其結(jié)構(gòu)像一條長鏈，這個(gè)長鏈?zhǔn)怯稍S多結(jié)構(gòu)相同的重復(fù)單元（即鏈節(jié)）組成。高分子鏈的所有原子之間的結(jié)合鍵都是共價(jià)鍵。高分子化合物總含有各種大小不同（鍵長不同、分子量不同）的分子。高分子化合物的分子量是一個(gè)平均值。27高分子化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：27（2）大分子鏈的結(jié)構(gòu)均聚物——只含有一種單體鏈節(jié)，若干個(gè)鏈節(jié)由共價(jià)鍵按一定方式重復(fù)連接起來，像一根又細(xì)又長的鏈子一樣。

圖1－16均聚物結(jié)構(gòu)示意圖（a）線型結(jié)構(gòu)（b）支鏈型結(jié)構(gòu)（c）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)28（2）大分子鏈的結(jié)構(gòu)圖1－16均聚物結(jié)構(gòu)示意圖28共聚物——由兩種以上不同的單體鏈節(jié)聚合而成的高分子聚合物。

圖1－17共聚物結(jié)構(gòu)示意圖（●表示M1，○表示M2）29共聚物——由兩種以上不同的單體鏈節(jié)聚合而成的高分子聚合物?？煞譃椋?.使用性能-----指金屬材料在使用過程中反映出來的特性。包括：a機(jī)械性能----金屬材料必須具備的抵抗外力而不破壞或變形的性能，即金屬材料在外力作用下所反映出來的力學(xué)性能。b物理性能：密度、密度、導(dǎo)電性…...c化學(xué)性能：抵抗化學(xué)浸蝕的能力。2.工藝性能-----指金屬材料在制造加工過程中反映出來的各種特性。如：鑄造性、可鑄性、可焊性、可切削加工性、熱處理性…...

1.4金屬材料的性能30可分為：1.4金屬材料的性能301強(qiáng)度－－金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。包括：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度

圖1.2低碳鋼拉伸曲線彈性變形－－將外力去掉試樣將回復(fù)到原來的形狀和尺寸。塑性變形－－將外力去掉，試樣不能恢復(fù)原狀，而被伸長。

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能σsεσσb311強(qiáng)度－－金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。2塑性－－金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力。

用延伸率（）和斷面收縮率（）來表示。3剛性－－金屬材料在外力的作用下抵抗彈性變形的能力。

常用材料的彈性模量來（E）表示。E愈大，剛性愈大。4彈性－－是材料開始塑性變形前的最大彈性變形量。5硬度－－金屬材料抵抗集中負(fù)荷作用的性能，即金屬材料抵抗硬物壓入的能力。硬度可反映耐磨性。衡量指標(biāo)有：布氏硬度HB球壓頭、測壓痕直徑洛氏硬度HRC圓錐體壓頭、測壓痕深度維氏硬度HV

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能(續(xù))322塑性－－金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力。5沖擊韌性------金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力。一次擺錘沖擊小能量多次沖擊6疲勞強(qiáng)度------金屬材料在重復(fù)或交變負(fù)荷的作用力下，循環(huán)一定周次后，斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。7斷裂韌性------金屬材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的韌性性能。

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能（續(xù)）335沖擊韌性------金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力。1.4.2金屬材料的其它性能物理性能------包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等?；瘜W(xué)性能------主要是指金屬抵抗活潑介質(zhì)化學(xué)侵蝕的能力。工藝性能------是反映金屬材料在各種加工過程中，適應(yīng)加工工藝要求的能力。它是物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)。工藝性能主要有鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理性等。341.4.2金屬材料的其它性能物理性能------包括密第2章金屬材料組織和性能的控制2.1、純金屬的結(jié)晶金屬結(jié)晶的概念一、結(jié)晶的概念結(jié)晶－－液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成固態(tài)形成晶體的過程。凝固即結(jié)晶。近程有序狀態(tài)－－液態(tài)金屬內(nèi)部，原子在短距離的小范圍內(nèi)作近似于固態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)則排列。不穩(wěn)定。結(jié)晶過程實(shí)質(zhì)上是原子由近程有序狀態(tài)過渡為長程有序狀態(tài)的過程。35第2章金屬材料組織和性能的控制2.1、純金屬的結(jié)晶35

二結(jié)晶的條件結(jié)晶只能在低于平衡溫度下才能進(jìn)行，即必須有一定的過冷度。為什么呢？熱力學(xué)指出：在自然界中，一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，是由一種較高的能量狀態(tài)趨向于最低能量的穩(wěn)定狀態(tài)，就象小球由高處滾向低處，降低自己的勢能一樣。所以，在恒溫狀態(tài)下結(jié)晶，只有那些引起體系自由降低的過程，才能自發(fā)進(jìn)行。36二結(jié)晶的條件結(jié)晶只能在低于平衡溫度下才能進(jìn)行三冷卻曲線及過冷度冷卻曲線------金屬在結(jié)晶的過程中，其溫度與時(shí)間的變化關(guān)系曲線。該曲線表明：液態(tài)金屬由高溫開始冷卻時(shí)，周圍環(huán)境吸熱，溫度均勻下降，當(dāng)溫度降到Tn后開始結(jié)晶，并放出結(jié)晶潛熱，補(bǔ)償了向周圍散失的熱量。過冷-----液態(tài)金屬實(shí)際冷卻到結(jié)晶溫度以下而暫不結(jié)晶的現(xiàn)象過冷度T-----實(shí)際結(jié)晶溫度Tn與理論結(jié)晶溫度To之差。37三冷卻曲線及過冷度冷卻曲線------金屬在結(jié)晶的2.2金屬的結(jié)晶過程１、形核：自發(fā)晶核----液態(tài)金屬在接近結(jié)晶溫度時(shí)，原子已在短距離范圍內(nèi)近似固態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)則排列，存在著大量尺寸不同的近程有序的原子集團(tuán)。這些原子集團(tuán)是不穩(wěn)定的，時(shí)聚時(shí)散。當(dāng)溫度降低到理論結(jié)晶溫度以下，達(dá)到一定的過冷度以后，液態(tài)金屬中那些超過臨界晶核尺寸的近程有序原子集團(tuán)開始變得穩(wěn)定，不再消失，成為結(jié)晶的核心，這種晶核則稱為自發(fā)晶核。非自發(fā)晶核----實(shí)際的金屬并不純凈，存在一些雜質(zhì)，它常可以促進(jìn)晶核在其表面形成，這種晶核稱為非自發(fā)晶核。382.2金屬的結(jié)晶過程１、形２、長大：晶核形成后，隨著時(shí)間的推移，新的晶核不斷產(chǎn)生，同時(shí)其他一些原子也按一定的規(guī)律排列在晶核四周，使晶核不斷長大。當(dāng)過冷度較大，特別是有雜質(zhì)存在的情況下，晶核往往是以樹狀的形式長大，開始形成晶軸，再在其上形成枝芽，最后發(fā)展成樹枝狀結(jié)晶。在晶核不斷長大的同時(shí)，新的晶核也在不斷地生成，直至各個(gè)晶粒互相接觸，液體全部消失，結(jié)晶成外形不規(guī)則的多晶體晶粒，結(jié)晶才告完成。39２、長大：39３、晶體的長大方式平面長方式樹枝長大方式40３、晶體的長大方式平面長方式40

3.3晶粒大小一、晶粒度的概念

晶粒度－－晶粒大小。金屬的性能在很大程度上與晶粒的大小有關(guān)。

晶粒細(xì)化是提高金屬機(jī)械性能的最重要的途徑之一。晶粒愈小，則金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性愈好。413.3晶粒大小一、晶粒度的概念41二、影響晶粒大小的因素細(xì)晶強(qiáng)化－－生產(chǎn)上常通過細(xì)化晶粒的方法來改善金屬材料的機(jī)械性能，以達(dá)到強(qiáng)韌化的目的。變質(zhì)處理－－在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，以細(xì)化晶粒和改善組織。

影響晶粒大小的因素：

１）過冷度：增加過冷度使晶粒細(xì)化

２）未熔雜質(zhì)42二、影響晶粒大小的因素細(xì)晶強(qiáng)化－－生產(chǎn)上常通過二、影響晶粒大小的因素過冷度的影響難熔雜質(zhì)（孕育處理）非自發(fā)形核43二、影響晶粒大小的因素過冷度的影響難熔雜質(zhì)（孕

3.4、鑄錠的結(jié)構(gòu)鑄錠的組織一般分為三個(gè)區(qū)域：１）細(xì)晶粒層－－最外層緊靠錠模，液態(tài)金屬冷卻快，過冷度大，晶核多，很快形成。２）柱狀晶－－中間區(qū)域的液態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)，是垂直于模壁向外散熱，冷卻速度比外層慢，晶體朝著與散熱相反方向向液體內(nèi)部平行長大而形成。晶質(zhì)較致密，但存在弱面部夾雜及低熔點(diǎn)雜質(zhì)富集于晶面。３）等軸晶粒－－中心部分的液態(tài)金屬冷卻更慢，過冷度也更小，散熱方向的影響也不明顯，晶核可向各個(gè)方向均勻長大成粗大的。無弱面，晶枝結(jié)合較牢，性能均勻，無方向性。443.4、鑄錠的結(jié)構(gòu)鑄錠的組織一般分為三個(gè)區(qū)域：44

3.5、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變----固態(tài)金屬由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化過程。Fe、Co、Mn、Ti等金屬結(jié)晶以后，在繼續(xù)冷卻時(shí)，隨著溫度等外界條件的改變，晶體結(jié)構(gòu)還會發(fā)生變化。-Fe-Fe-Fe1394℃

912℃

453.5、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變----固態(tài)金屬由鋼管鋼的分類與編號鋼管鋼的分類與編號6..鋼的分類鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用、管理，可按以下幾種方法分類。.按化學(xué)成分分類按化學(xué)成份可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼根據(jù)含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼根據(jù)合金元素含量分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。2.按質(zhì)量分類鋼的質(zhì)量是以硫、磷的含量來劃分的。根據(jù)硫、磷的含量可將鋼分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼。3.按冶煉方法分類根據(jù)冶煉所用煉鋼爐不同，可將鋼分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。4.按金相組織分類在退火組織可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。按正火組織可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。5.按用途分類按用途可將鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。46鋼管鋼的分類與編號鋼管鋼的分類與編號46企業(yè)的成功，20%在策略，80%在執(zhí)行P197企業(yè)的核心競爭力，就在于執(zhí)行力。沒有執(zhí)行力，一切都是空談。執(zhí)行力決定企業(yè)的成敗，任何企業(yè)的失敗都是執(zhí)行的失敗，任何企業(yè)的成功都必然是執(zhí)行的成功。84、制定正確的戰(zhàn)略固然重要，但更重要的是戰(zhàn)略的執(zhí)行——聯(lián)想集團(tuán)總裁兼CEO楊元慶85、戰(zhàn)略越精煉，就越容易被徹底地執(zhí)行——花旗銀行董事長約翰?里德86、三流的點(diǎn)子加一流的執(zhí)行力，永遠(yuǎn)比一流的點(diǎn)子加三流的執(zhí)行力更好?！毡拒涖y公司董事長孫正義87、讓流程說話，流程是將說轉(zhuǎn)化為做的惟一出路——戰(zhàn)略專家姜汝祥88、企業(yè)的執(zhí)行力靠的就是紀(jì)律——中國臺灣華建公司總裁盧正昕第十三章現(xiàn)代企業(yè)離不開危機(jī)管理P211斯坦福大學(xué)教授理查德?帕斯卡爾說過一句至理名言：“21世紀(jì)，沒有危機(jī)感是最大的危機(jī)?！睕]有危機(jī)感，其實(shí)就有了危機(jī)；有了危機(jī)感，才能有效地避免危機(jī)。89、一個(gè)偉大的企業(yè)，對待成就永遠(yuǎn)都要戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，如覆薄冰——海爾集團(tuán)總裁張瑞敏90、危機(jī)不僅帶來麻煩，也蘊(yùn)藏著無限商機(jī)——美國大陸航空公司總裁格雷格?布倫尼曼91、微軟離破產(chǎn)永遠(yuǎn)只有18個(gè)月——世界首富比爾?蓋茨92、預(yù)防是解決危機(jī)的最好方法——英國危機(jī)管理專家邁克爾?里杰斯特93、21世紀(jì)，沒有危機(jī)感是最大的危機(jī)——哈佛商學(xué)院教授理查德?帕斯卡爾第十四章獎(jiǎng)勵(lì)什么，就會得到什么P223管理者必須在工作與獎(jiǎng)勵(lì)之間建立恰當(dāng)?shù)穆?lián)系。想要什么就應(yīng)該獎(jiǎng)勵(lì)什么，獎(jiǎng)勵(lì)什么，你就會得到什么，有效的獎(jiǎng)勵(lì)可以引導(dǎo)員工努力工作。94、獎(jiǎng)勵(lì)什么，就會得到什么——管理專家米契爾?拉伯福95、我們宣布講究實(shí)績、注重實(shí)效，卻往往獎(jiǎng)勵(lì)了那些專會做表面文章、投機(jī)取巧的人?！芾韺＜颐灼鯛?拉伯福96、不能搞平均主義，平均主義懲罰表現(xiàn)好的，鼓勵(lì)表現(xiàn)差的，得來的只是一支壞的職工隊(duì)伍——管理學(xué)者史蒂格97、不只獎(jiǎng)勵(lì)成功，而且獎(jiǎng)勵(lì)失敗——通用電器公司總裁杰克?韋爾奇98、無法評估，就無法管理——管理學(xué)家瓊?瑪格麗塔99、你不能衡量它，就不能管理它——管理大師彼得?杜拉克100、如果強(qiáng)調(diào)什么，你就檢查什么“不恥最后?！奔词孤?，馳而不息，縱令落后，縱令失敗，但一定可以達(dá)到他所向往的目標(biāo)。——魯迅

2、不經(jīng)一翻徹骨寒，怎得梅花撲鼻香。——宋帆3、不要失去信心，只要堅(jiān)持不懈，就終會有成果的?！X學(xué)森4、常常是最后一把鑰匙打開了門?！獜┱Z5、成大事不在于力量的大小，而在于能堅(jiān)持多久?！s翰生6、達(dá)到重要目標(biāo)有兩個(gè)途徑——努力及毅力。努力只有少數(shù)人所有，但堅(jiān)韌不拔的毅力則多數(shù)人均可實(shí)行?！闷苼?、點(diǎn)點(diǎn)滴滴的藏，集成了一大倉。——德國諺語8、讀不在三更五鼓，功只怕一曝十寒?！?、告訴你使我達(dá)到目標(biāo)的奧秘吧，我惟一的力量就是我的堅(jiān)持精神。——巴斯德10、革命道德不是從天上掉下來的。它是從日常的堅(jiān)持不懈的斗爭和鍛煉中發(fā)展和鞏固起來的，正如玉石越磨越亮，黃金越煉越純一樣?！久?1、茍有恒，何必三更起五更眠；最無益，只怕一日曝十日寒?！珴蓶|12、古今之成大事業(yè)、大學(xué)問者，必經(jīng)過三種之境界：“昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨(dú)上高樓，望盡天涯路”，此第一境界也；“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”，此第二境界也；“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”，此第三境界也?！鯂S13、古人學(xué)問無遺力，少壯工夫老始成。——陸游14、故天將降大任于是人也，必先苦其心志，勞其筋骨，餓其體膚，空乏其身，行拂亂其所為，所以動(dòng)心忍性，增益其所不能?！陷V15、貴有恒，何必三更起五更眠。最無益，只怕一日曝十日寒?！珴蓶|16、堅(jiān)持對于勇氣，正如輪子對于杠桿，那是支點(diǎn)的永恒更新?！猍法]雨果17、進(jìn)銳退速?！乡妗睹献印?8、精誠所至，金石為開?！体?9、涓滴之水終可以磨損大石，不是由于它力量強(qiáng)大，而是由于晝夜不舍的滴墜?！惗喾?0、科學(xué)的永恒性就在于堅(jiān)持不懈地尋求之中，科學(xué)就其容量而言，是不枯竭的，就其目標(biāo)而言，是永遠(yuǎn)不可企及的?！āゑT·伯爾21、逆水行舟用力撐，一篙松勁退千尋?！匚?2、騏驥一躍，不能十步；駑馬十駕，功在不舍。（騏驥：俊馬。駑馬：跑不快的馬。駕

，馬行一日為一駕。——先秦《荀子·勸學(xué)》；你不檢查，就等于不重視——IBM公司總裁郭士納影響世界的100條管理名言世界上最偉大的管理大師和世界著名企業(yè)家的最實(shí)用、最經(jīng)典的100條管理名言，這些千錘百煉、流傳甚廣的管理名言融匯了管理大師們的思想精華，濃縮了世界著名企業(yè)的管理智慧。很多管理者在管理實(shí)踐中經(jīng)常引用這23、鍥而舍之，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤?！鳑r24、取得成就時(shí)堅(jiān)持不懈，要比遭到失敗時(shí)頑強(qiáng)不屈更重要?！_什夫科25、人們還往往把真理和錯(cuò)誤混在一起去教人，而堅(jiān)持的卻是錯(cuò)誤?！璧?6、忍耐和堅(jiān)持雖是痛苦的事情，但卻能漸漸地為你帶來好處?！獖W維德27、日日行，不怕千萬里；常常做，不怕千萬事?！饳选陡裱月?lián)壁》28、思誠為修身之本，而明善又為思誠之本?！?9、泰山不讓土壤，故能成其大；河海不擇細(xì)流，故能就其深?！钏?0、為學(xué)須剛與恒，不剛則隋隳，不恒則退?！T子咸31、為學(xué)猶掘井，井愈深土愈難出，若不快心到底，豈得見泉源乎？——張九功32、偉大變?yōu)榭尚χ挥幸徊?，但再走一步，可笑又會變?yōu)閭ゴ?。——佩?3、偉大的作品不是靠力量，而是靠堅(jiān)持來完成的?！s翰遜34、我們應(yīng)有恒心，尤其要有自信心！我們必須相信，我們的天賦是要用來做某種事情的?！永锓蛉似髽I(yè)的成功，20%在策略，80%在執(zhí)行P19747

機(jī)械工程材料教材:朱張校主編、鄭明新主審《工程材料》清華大學(xué)出版社2001年1月第3版參考書:戈曉嵐主編《機(jī)械工程材料》北京大學(xué)出版社

中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院48機(jī)械工程材料教材:朱張校主編、鄭明新主審《工程材料》清華1課程的性質(zhì)：《機(jī)械工程材料》是機(jī)械專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，重點(diǎn)是研究金屬材料的性能與成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理之間的關(guān)系。2課程的目的：獲得金屬學(xué)基礎(chǔ)知識；掌握熱處理的基本理論及方法；掌握鋼的合金化基本原則、常用機(jī)械工程材料等方面的基本知識；為學(xué)習(xí)其它有關(guān)課程及以后從事的機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、維修、管理等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。緒論491課程的性質(zhì)：緒論2了解金屬材料的主要力學(xué)性能；了解金屬學(xué)基礎(chǔ)，掌握Fe-Fe3C狀態(tài)圖，熟悉金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)及其對組織和性能的影響；熟悉熱處理的基本理論，掌握常用的熱處理方法的目的、工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍；了解鋼中合金元素的作用，掌握常用合金（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金等）的種類、牌號、性能及用途；了解常用非金屬材料的種類、特性及應(yīng)用；熟悉選用材料的基本原則，根據(jù)零件的使用性能、工藝性能以及經(jīng)濟(jì)性，能比較合理地選用材料和提出相應(yīng)的熱處理技術(shù)要求；了解金屬材料及熱處理的新材料、新工藝、新技術(shù)。3、課程的基本要求50了解金屬材料的主要力學(xué)性能；3、課程的基本要求3１）材料性能:重點(diǎn)介紹金屬材料的機(jī)械性能及其物理、化學(xué)、工藝性能的含義；２）金屬學(xué)基礎(chǔ)：重點(diǎn)研究金屬和合金組織結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過程、塑性變形與再結(jié)晶及主要二元合金狀態(tài)圖的基本理論；３）熱處理基礎(chǔ)：重點(diǎn)研究改變鋼鐵材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及性能的原理和方法；４）常用機(jī)械工程材料：具體研究各種常用機(jī)械工程材料的種類、性能及用途。

4課程教學(xué)內(nèi)容

51１）材料性能:重點(diǎn)介紹金屬材料的機(jī)械性能及其物理、總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)本科課堂教學(xué)

26學(xué)時(shí)緒論、金屬材料的性能:1學(xué)時(shí)金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶：2學(xué)時(shí)金屬的塑性變形與再結(jié)晶：2學(xué)時(shí)鐵碳合金相圖5學(xué)時(shí)鋼的熱處理：4學(xué)時(shí)工業(yè)用鋼：4學(xué)時(shí)鑄鐵：2學(xué)時(shí)有色金屬及其合金：2學(xué)時(shí)非金屬材料及復(fù)合材料:2學(xué)時(shí)機(jī)械零件的選材與工藝分析；2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

6學(xué)時(shí)5學(xué)時(shí)分配52總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一、鐵碳合金平衡組織的觀察及金相顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)二、碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)三、碳鋼不平衡組織、合金鋼、鑄鐵及有色合金的觀察6、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容53實(shí)驗(yàn)一、鐵碳合金平衡組織的觀察及金相顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn)；

1.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.1.1晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體——內(nèi)部原子（或離子）按一定幾何形狀有規(guī)則排列的固體。如天然金剛石、鉆石、水晶、氯化鈉、明礬等。

固體金屬均為晶體。非晶體——原子排列無規(guī)則的固體。如玻璃、松香、石臘、棉花、木材等?？臻g點(diǎn)陣（晶格）

——將構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）抽象為純粹的幾何陣點(diǎn)，并用直線連接起來構(gòu)成的三維空間格架。晶胞——能夠反映晶格特征的最小組成單元。圖1-1晶體中的原子堆垛剛球模型（a）、晶格（b）和晶胞（c）示意圖第一章材料的結(jié)構(gòu)與性能541.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.1.1晶晶格參數(shù)——晶格的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長a、b、c和三條棱邊之間的夾角、、六個(gè)參數(shù)來描述

晶格常數(shù)－－a、b、c。1.1.1晶體結(jié)構(gòu)的基本概念圖1-2晶格參數(shù)55晶格參數(shù)——晶格的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長a、b、c和體心立方晶格------金屬中如Ti、V、Cr、Mo、W及-Fe等屬此種晶格。面心立方晶格------金屬中如Al、Mn、Ni、Cu、Ag、Pt、Au、Pb及-Fe等屬此種晶格。密排六方晶格------金屬中如Zn、Mg、Be、Cd、-Ti及-Co等等屬此種晶格。1.1.2三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)(a)體心立方（b）面心立方（c）密排六方56體心立方晶格------金屬中如Ti、V、Cr、Mo、W及1.1.3常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征（1）晶胞中的原子數(shù)面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格571.1.3常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征（1）晶胞中的原子數(shù)面心（2）原子半徑面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格58（2）原子半徑面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格11配位數(shù)——晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子周圍最近鄰的且等距離的原子數(shù)。配位數(shù)越大，晶體中原子排列就越緊密。（3）配位數(shù)和致密度面心立方晶格：12密排六方晶格：12體心立方晶格：859配位數(shù)——晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子周圍最近鄰的且等距離的致密度------晶胞中所含原子的體積與晶胞體積的比值，即K=nU/V

配位數(shù)大，則致密度亦大。式中：K------晶體的致密度；n------晶胞中所含原子的數(shù)目；U------每個(gè)原子的體積；V------晶胞的體積。

面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格60致密度------晶胞中所含原子的體積與晶胞體積的比值，即表1—1三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征晶格類型晶胞中的原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度體心立方280.68面心立方4120.74密排六方6120.7461表1—1三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征晶格類型晶胞中的原子數(shù)（1）晶面------晶體中通過原子中心的平面

。晶面指數(shù)------用以表示晶面的數(shù)字符號稱為晶面指數(shù)（hkl）。晶面指數(shù)的確定：設(shè)定一空間坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于待定晶面之外。求出待定晶面在各坐標(biāo)軸上的截距為：11∞、11。取截距的倒數(shù)：110、112。將截距的倒數(shù)化為最小整數(shù)，放在圓括號內(nèi)。1.1.4晶面、晶向及晶體的各向異性62（1）晶面------晶體中通過原子中心的平面。1.1.晶面族------在同一種晶體結(jié)構(gòu)中，原子排列情況完全相同的一組晶面，用

{HKL}表示。如：{100}晶面族有：（100）、（010）和（001）晶面。{111}晶面族有：（111）、（11）、（11）和（11）晶面。63晶面族------在同一種晶體結(jié)構(gòu)中，原子排列情況完全相同的晶向族------原子排列情況相同但空間位向不同的所有晶向，用<uvw>表示

。如：<110>晶向族包括：[110]、[101]、[011]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]12個(gè)晶向；<111>晶向族包括：[111]、[]、[]、[]、[]、[]、[]、[]8個(gè)晶向。

（2）晶向--------晶體中原子列所表示的方向。晶向指數(shù)------表示晶向的數(shù)字符號稱為晶向指數(shù)。[uvw]晶向指數(shù)的確定：設(shè)定一空間坐標(biāo)系，原點(diǎn)在待定晶向的一結(jié)點(diǎn)上。寫出該晶向上另一結(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)值：即為001、10。將坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)：001、210。將化好的整數(shù)記在方括號中。64晶向族------原子排列情況相同但空間位向不同的所有晶向，（3）金屬晶體的各向異性------金屬晶體沿不同方向性能不相同的現(xiàn)象。晶體與非晶體最根本的差別之一是：晶體具有明顯各向異性，而非金屬具有各向同性。金屬的各向異性一般表現(xiàn)在純金屬的單晶體中，而對于實(shí)際晶體，其各向異性就顯示不出來了。與晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而它們之間的結(jié)合力大小不同有關(guān)。65（3）金屬晶體的各向異性------金屬晶體沿不同方向性能不

1.1.5實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本概念：單晶體－－金屬內(nèi)部的晶格方位完全一致。多晶體－－多晶粒組成的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)。晶粒－－組成多晶體的外形不規(guī)則的小晶體。晶界－－晶粒與晶粒間的界面。組織－－用金相的方法，在金屬及合金內(nèi)部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系的構(gòu)造情況。顯微組織－－顯微鏡所觀察到的組織。亞晶粒－－晶粒內(nèi)存在的、相互間晶格位向差很小的晶塊。亞晶界－－亞晶粒之間的界。661.1.5實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本概念：19（1）點(diǎn)缺陷：包括：晶格空位、間隙原子和異類原子。晶格空位——在晶體晶格中，某結(jié)點(diǎn)上沒有原子的結(jié)點(diǎn)稱為空位。間隙原子——位于晶格間隙之中的原子叫做間隙原子。異類原子——金屬中存在的其他元素（即雜質(zhì)），這些原子稱為異類原子。危害：點(diǎn)缺陷的存在會使晶格發(fā)生畸變，金屬的性能發(fā)生變化。67（1）點(diǎn)缺陷：包括：晶格空位、間隙原子和異類原子。20（2）線缺陷：主要是位錯(cuò)。

位錯(cuò)－－在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生的有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。包括：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)68（2）線缺陷：主要是位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)（3）面缺陷：是指晶體中二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷，它包括晶體的表面、晶界、亞晶界、相界等，

晶界——晶粒與晶粒之間的接觸面。亞晶界——亞晶粒之間的邊界。

作用：晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬的塑性變形能力越大，塑性越好。晶界亞晶界69（3）面缺陷：是指晶體中二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷，1.2.1合金的基本概念合金——一種金屬元素同另一種或幾種金屬（或非金屬）元素，通過熔化或其他方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元——組成合金最基本的獨(dú)立物質(zhì)。二元合金——由兩個(gè)組元組成的合金稱為二元合金。相——在金屬或合金中，化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。組織組成物——合金組織中那些具有確定本質(zhì)，一定形成機(jī)制和特殊形態(tài)的組成部分。1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)701.2.1合金的基本概念1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)23（1）固溶體

——合金組元通過溶解形成的一種成分和性能均勻、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。置換固溶體——在溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)上，其原子被溶質(zhì)原子所替代而形成的固溶體。無限固溶體——溶質(zhì)與溶劑能以任何比例相互溶解的固溶體。有限固溶體——若溶質(zhì)超過某個(gè)溶解度有其他相形成，即兩個(gè)元素之間的相互溶解度有一定的限度的固溶體。間隙固溶體——溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中形成的固溶體。固溶強(qiáng)化——通過形成固溶體使金屬的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象。原因：溶質(zhì)原子的溶入，造成了不同程度的晶格畸變，阻礙了晶體的滑移，從而使合金固溶體的強(qiáng)度和硬度得到提高。1.2.2固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)71（1）固溶體——合金組元通過溶解形成的一種成分和性能均勻、（2）中間相（金屬化合物）——合金組元之間相互作用形成的、晶格類型和特性均不同于任一組元的新相。正常價(jià)化合物——由元素周期表上相距較遠(yuǎn)而化學(xué)性質(zhì)相差較大的兩元素形成的、嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律的化合物。電子化合物——不遵守一般的化合價(jià)規(guī)律但符合一定的電子濃度（化合物的價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比值）的化合物。間隙相——原子半徑比值γX/γM（M代表金屬、X代表非金屬）小于0.59時(shí)形成的簡單形式的晶格，如VC、TiN、TiC、NbC、Fe4N等。間隙化合物——當(dāng)γX/γM大于0.59時(shí)形成的具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的化合物，如鋼中的Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、FeB、Fe2B等。。72（2）中間相（金屬化合物）——合金組元之間相互作用形成的、晶1.3.1高分子材料的結(jié)構(gòu)（1）高分子材料概述高分子聚合物（簡稱高聚物）——以高分子化合物為主要組分的有機(jī)材料，其相對分子質(zhì)量在5000以上。分類：天然：天然橡膠、蠶絲、羊毛、纖維素、油脂、蛋白質(zhì)淀粉等；人工合成：合成橡膠、塑料、合成纖維、涂料和膠粘劑等。單體——彼此能相互連接起來而形成高分子化合物的低分子化合物。鏈節(jié)——組成高分子化合物的長鏈中的基本結(jié)構(gòu)單元。

1.3非金屬材料的結(jié)構(gòu)731.3.1高分子材料的結(jié)構(gòu)1.3非金屬材料的結(jié)構(gòu)26高分子化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：高分子化合物的分子量很大，化學(xué)組成比較簡單，同有機(jī)化合物一樣僅由幾種元素所組成。其結(jié)構(gòu)像一條長鏈，這個(gè)長鏈?zhǔn)怯稍S多結(jié)構(gòu)相同的重復(fù)單元（即鏈節(jié)）組成。高分子鏈的所有原子之間的結(jié)合鍵都是共價(jià)鍵。高分子化合物總含有各種大小不同（鍵長不同、分子量不同）的分子。高分子化合物的分子量是一個(gè)平均值。74高分子化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：27（2）大分子鏈的結(jié)構(gòu)均聚物——只含有一種單體鏈節(jié)，若干個(gè)鏈節(jié)由共價(jià)鍵按一定方式重復(fù)連接起來，像一根又細(xì)又長的鏈子一樣。

圖1－16均聚物結(jié)構(gòu)示意圖（a）線型結(jié)構(gòu)（b）支鏈型結(jié)構(gòu)（c）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)75（2）大分子鏈的結(jié)構(gòu)圖1－16均聚物結(jié)構(gòu)示意圖28共聚物——由兩種以上不同的單體鏈節(jié)聚合而成的高分子聚合物。

圖1－17共聚物結(jié)構(gòu)示意圖（●表示M1，○表示M2）76共聚物——由兩種以上不同的單體鏈節(jié)聚合而成的高分子聚合物?？煞譃椋?.使用性能-----指金屬材料在使用過程中反映出來的特性。包括：a機(jī)械性能----金屬材料必須具備的抵抗外力而不破壞或變形的性能，即金屬材料在外力作用下所反映出來的力學(xué)性能。b物理性能：密度、密度、導(dǎo)電性…...c化學(xué)性能：抵抗化學(xué)浸蝕的能力。2.工藝性能-----指金屬材料在制造加工過程中反映出來的各種特性。如：鑄造性、可鑄性、可焊性、可切削加工性、熱處理性…...

1.4金屬材料的性能77可分為：1.4金屬材料的性能301強(qiáng)度－－金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。包括：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度

圖1.2低碳鋼拉伸曲線彈性變形－－將外力去掉試樣將回復(fù)到原來的形狀和尺寸。塑性變形－－將外力去掉，試樣不能恢復(fù)原狀，而被伸長。

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能σsεσσb781強(qiáng)度－－金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。2塑性－－金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力。

用延伸率（）和斷面收縮率（）來表示。3剛性－－金屬材料在外力的作用下抵抗彈性變形的能力。

常用材料的彈性模量來（E）表示。E愈大，剛性愈大。4彈性－－是材料開始塑性變形前的最大彈性變形量。5硬度－－金屬材料抵抗集中負(fù)荷作用的性能，即金屬材料抵抗硬物壓入的能力。硬度可反映耐磨性。衡量指標(biāo)有：布氏硬度HB球壓頭、測壓痕直徑洛氏硬度HRC圓錐體壓頭、測壓痕深度維氏硬度HV

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能(續(xù))792塑性－－金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力。5沖擊韌性------金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力。一次擺錘沖擊小能量多次沖擊6疲勞強(qiáng)度------金屬材料在重復(fù)或交變負(fù)荷的作用力下，循環(huán)一定周次后，斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。7斷裂韌性------金屬材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的韌性性能。

1.4.1金屬材料的機(jī)械性能（續(xù)）805沖擊韌性------金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力。1.4.2金屬材料的其它性能物理性能------包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等?；瘜W(xué)性能------主要是指金屬抵抗活潑介質(zhì)化學(xué)侵蝕的能力。工藝性能------是反映金屬材料在各種加工過程中，適應(yīng)加工工藝要求的能力。它是物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)。工藝性能主要有鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理性等。811.4.2金屬材料的其它性能物理性能------包括密第2章金屬材料組織和性能的控制2.1、純金屬的結(jié)晶金屬結(jié)晶的概念一、結(jié)晶的概念結(jié)晶－－液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成固態(tài)形成晶體的過程。凝固即結(jié)晶。近程有序狀態(tài)－－液態(tài)金屬內(nèi)部，原子在短距離的小范圍內(nèi)作近似于固態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)則排列。不穩(wěn)定。結(jié)晶過程實(shí)質(zhì)上是原子由近程有序狀態(tài)過渡為長程有序狀態(tài)的過程。82第2章金屬材料組織和性能的控制2.1、純金屬的結(jié)晶35

二結(jié)晶的條件結(jié)晶只能在低于平衡溫度下才能進(jìn)行，即必須有一定的過冷度。為什么呢？熱力學(xué)指出：在自然界中，一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，是由一種較高的能量狀態(tài)趨向于最低能量的穩(wěn)定狀態(tài)，就象小球由高處滾向低處，降低自己的勢能一樣。所以，在恒溫狀態(tài)下結(jié)晶，只有那些引起體系自由降低的過程，才能自發(fā)進(jìn)行。83二結(jié)晶的條件結(jié)晶只能在低于平衡溫度下才能進(jìn)行三冷卻曲線及過冷度冷卻曲線------金屬在結(jié)晶的過程中，其溫度與時(shí)間的變化關(guān)系曲線。該曲線表明：液態(tài)金屬由高溫開始冷卻時(shí)，周圍環(huán)境吸熱，溫度均勻下降，當(dāng)溫度降到Tn后開始結(jié)晶，并放出結(jié)晶潛熱，補(bǔ)償了向周圍散失的熱量。過冷-----液態(tài)金屬實(shí)際冷卻到結(jié)晶溫度以下而暫不結(jié)晶的現(xiàn)象過冷度T-----實(shí)際結(jié)晶溫度Tn與理論結(jié)晶溫度To之差。84三冷卻曲線及過冷度冷卻曲線------金屬在結(jié)晶的2.2金屬的結(jié)晶過程１、形核：自發(fā)晶核----液態(tài)金屬在接近結(jié)晶溫度時(shí)，原子已在短距離范圍內(nèi)近似固態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)則排列，存在著大量尺寸不同的近程有序的原子集團(tuán)。這些原子集團(tuán)是不穩(wěn)定的，時(shí)聚時(shí)散。當(dāng)溫度降低到理論結(jié)晶溫度以下，達(dá)到一定的過冷度以后，液態(tài)金屬中那些超過臨界晶核尺寸的近程有序原子集團(tuán)開始變得穩(wěn)定，不再消失，成為結(jié)晶的核心，這種晶核則稱為自發(fā)晶核。非自發(fā)晶核----實(shí)際的金屬并不純凈，存在一些雜質(zhì)，它常可以促進(jìn)晶核在其表面形成，這種晶核稱為非自發(fā)晶核。852.2金屬的結(jié)晶過程１、形２、長大：晶核形成后，隨著時(shí)間的推移，新的晶核不斷產(chǎn)生，同時(shí)其他一些原子也按一定的規(guī)律排列在晶核四周，使晶核不斷長大。當(dāng)過冷度較大，特別是有雜質(zhì)存在的情況下，晶核往往是以樹狀的形式長大，開始形成晶軸，再在其上形成枝芽，最后發(fā)展成樹枝狀結(jié)晶。在晶核不斷長大的同時(shí)，新的晶核也在不斷地生成，直至各個(gè)晶粒互相接觸，液體全部消失，結(jié)晶成外形不規(guī)則的多晶體晶粒，結(jié)晶才告完成。86２、長大：39３、晶體的長大方式平面長方式樹枝長大方式87３、晶體的長大方式平面長方式40

3.3晶粒大小一、晶粒度的概念

晶粒度－－晶粒大小。金屬的性能在很大程度上與晶粒的大小有關(guān)。

晶粒細(xì)化是提高金屬機(jī)械性能的最重要的途徑之一。晶粒愈小，則金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性愈好。883.3晶粒大小一、晶粒度的概念41二、影響晶粒大小的因素細(xì)晶強(qiáng)化－－生產(chǎn)上常通過細(xì)化晶粒的方法來改善金屬材料的機(jī)械性能，以達(dá)到強(qiáng)韌化的目的。變質(zhì)處理－－在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，以細(xì)化晶粒和改善組織。

影響晶粒大小的因素：

１）過冷度：增加過冷度使晶粒細(xì)化

２）未熔雜質(zhì)89二、影響晶粒大小的因素細(xì)晶強(qiáng)化－－生產(chǎn)上常通過二、影響晶粒大小的因素過冷度的影響難熔雜質(zhì)（孕育處理）非自發(fā)形核90二、影響晶粒大小的因素過冷度的影響難熔雜質(zhì)（孕

3.4、鑄錠的結(jié)構(gòu)鑄錠的組織一般分為三個(gè)區(qū)域：１）細(xì)晶粒層－－最外層緊靠錠模，液態(tài)金屬冷卻快，過冷度大，晶核多，很快形成。２）柱狀晶－－中間區(qū)域的液態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)，是垂直于模壁向外散熱，冷卻速度比外層慢，晶體朝著與散熱相反方向向液體內(nèi)部平行長大而形成。晶質(zhì)較致密，但存在弱面部夾雜及低熔點(diǎn)雜質(zhì)富集于晶面。３）等軸晶粒－－中心部分的液態(tài)金屬冷卻更慢，過冷度也更小，散熱方向的影響也不明顯，晶核可向各個(gè)方向均勻長大成粗大的。無弱面，晶枝結(jié)合較牢，性能均勻，無方向性。913.4、鑄錠的結(jié)構(gòu)鑄錠的組織一般分為三個(gè)區(qū)域：44

3.5、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變----固態(tài)金屬由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化過程。Fe、Co、Mn、Ti等金屬結(jié)晶以后，在繼續(xù)冷卻時(shí)，隨著溫度等外界條件的改變，晶體結(jié)構(gòu)還會發(fā)生變化。-Fe-Fe-Fe1394℃

912℃

923.5、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變----固態(tài)金屬由鋼管鋼的分類與編號鋼管鋼的分類與編號6..鋼的分類鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用、管理，可按以下幾種方法分類。.按化學(xué)成分分類按化學(xué)成份可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼根據(jù)含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼根據(jù)合金元素含量分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。2.按質(zhì)量分類鋼的質(zhì)量是以硫、磷的含量來劃分的。根據(jù)硫、磷的含量可將鋼分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼。3.按冶煉方法分類根據(jù)冶煉所用煉鋼爐不同，可將鋼分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。4.按金相組織分類在退火組織可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。按正火組織可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。5.按用途分類按用途可將鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。93鋼管鋼的分類與編號鋼管鋼的分類與編號46