第一章材料的性能
第一节材料的机械性能
一、强度、塑性及其测定
1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定
硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳
机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。。为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性
材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。它是材料本身的特性。
六、磨损
由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能
1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。不同用
途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能
力。
第三节材料的工艺性能
一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
二、可锻性能：可锻性是指材料在受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力。
三、焊接性能：焊接性能是指材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。
四、切削加工性能：切削加工性能是指材料是否易于切削。
五、热处理性能：人处理是改变材料性能的主要手段。热处理性能是指材料热处理的难易
程度和产生热处理缺陷的倾向。
第二章材料的结构
第一节材料的结合键
各种工程材料是由不同的元素组成。由于物质是由原子、分子或离子结合而成，其结合键的性质和状态存在的区别。
一：化学键
1：共价键
2：离子键
3：金属键
4：范德。瓦尔键
二：工程材料的键性
化学键：组成物质整体的质点(原子、分子、离子)间的相互作用力，成为化学键。
1：共价键：有些同类原子，例如周期表Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族中大多元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键，如金刚石、单质硅、SiC等属于共价键。
2：离子键：大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不导电的，熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤素元素的原子)相互靠
近是，其中电负姓小的原子失去电子，成为正离子，电负姓大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。
离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系数小，但脆性大，是良好的绝缘体，是无色透明的。
3：金属键：当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动形成电子气。这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合称为金属键。
用金属键可以粗略地解释金属的一般特性：1。良好的导电性和导热性2。正的电阻温度系数3。良好的延展性4。金属不透明并呈现特有的金属光泽。
4：范得.瓦尔键：许多物质其分子具有永久性。分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德。瓦尔键也叫分子键。
分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低。金属与合金这种键不多，而聚合物通常链内是共价键，而链与链之间是范得瓦尔键。
二：工程材料的键性
在实际的工程材料中，原子(或离子、分子)间相互作用的性质，只有少数是上术四种键型的极端情况，大多数是这四种键型的过渡。如果以四种键为顶点，作个四面体，就可把工程材料的结合键范围示意在四面体上。
第二节材料的晶体结构
一：晶体与非晶体
1：晶体
2：非晶体
二：金属晶格的基本类型（重点掌握）
1：体心立方晶格
2：面心立方晶格
3：密排立方晶格
三：晶格的致密度及晶面与晶向指数
1：晶格的致密度
2：晶面及晶向指数
四：晶体的各向异性
一：晶体与非晶体
1：晶体：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体，如水晶、食盐、黄铜矿等。
2：非晶体：非晶体在整体上无序的，当原子间也靠化学键结合在一起，所以在有限的小范围内观察还有一定规律，可将非晶体的这种结构称为近程有序。
二：金属晶格的基本类型
1：体心立方晶格：具有体心立方晶胞的金属有α－Fe，W，Mo，V，Cr，β-Ti等。
2：面心立方晶格：具有面心立方晶格的金属有γ－Fe，Al，Au，Pb，β-Co等。
3：密排六方晶格：
三：晶格的致密度及晶面和晶面指数
1：晶格的致密度
1）致密度：晶格中原子排列的紧密程度常用晶格的致密度表示。致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。
2）配位数：所谓配位数即指晶格中任一原子周围紧邻的最近且等距离的原子数。配位数越大，原子的排列就越紧密。
2：晶面和晶面指数：在金属晶体中，通过一系列原子所构成的平面，称为晶面。通过两个以上原子中心的直线，表示了晶格空间的各个方向，称为晶向。
1）：晶面指数：确定晶面指数的方法包括如下三个步骤：
（1）：设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边做OX，OY，OZ三坐标轴，以晶格常数a，b，c分别作出相应的三个坐标轴的量度单位，求出所需确定的晶面在三坐轴上的截距；
（2）：将所得三截距之值变为倒数；
（3）：再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上圆括号，既为晶面指数。晶面指数的一般形式用（hkl）表示。
2)：晶向指数：晶向指数确定的方法是：
（1）：通过坐标原点引一条直线，使其平行于所求的晶向；
（2）：求出该直线上任意一点的三个坐标值；
（3）：将三个坐标值按比例化为最小整数，加上方括号，即为所求的晶面指数；
3：晶面及晶向的原子密度：所谓某晶面的原子密度即指单位面积中的原子数，而晶向原子
密度则指其单位长度上的原子数。在各种晶格中，不同晶面和晶向上的原子密度都是不同的。
四：晶面的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上原子的密度不同，因此在晶体中不同的晶面和晶向上原子结合力也就不同，从而在不同晶面和晶向上显示出不同的性能，这就是晶体具有各向异性的原因。
第三节实际金属的晶体结构及晶体缺陷
一：多晶体结构与亚结构
1：多晶体的概念
2：亚结构
二：晶体缺陷
1：点缺陷－空位和间隙原子
2：线缺陷－位错
3：面缺陷－晶界和亚晶界
一：多晶体的结构和亚结构
1：单晶体与多晶体
如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致时，我们称这块晶体为“单晶体”。
2：亚结构
在实际金属晶体中，一个晶粒内部，其晶格位向也并不是像理想晶体那样完全一致，而是存在着许多尺寸更小。位向差也很小（一般为几十分到1~2度）的小晶块，它们相互镶嵌成一颗晶粒，这些小晶块称为亚结构（或称亚晶粒、镶嵌块）。
二：晶体缺陷
根据缺陷产生的原因，分为热缺陷、杂质缺陷和非化学计量结构缺陷（即电荷缺陷）。
1、热缺陷：当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热运动，使一部分能量较大的
原子离开平衡位置造成的缺陷。如Frankel缺陷、Schttky缺陷。
2、杂质缺陷：杂质原子进入晶体而产生的缺陷。原子进入晶体的数量一般小于0.1%。种
类——间隙杂质、置换杂质。特点——杂质缺陷的浓度与温度无关，只决定于溶解度。存在的原因——本身存在或有目的加入(改善晶体的某种性能)。
3、非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）：存在于非化学计量化合物中的结构缺陷，化合物化
学组成与周围环境气氛有关；不同种类的离子或原子数之比不能用简单整数表示。价带产生空穴，导带存在电子，产生附加电场，周期排列不变、周期势场畸变、产生电荷缺陷。
根据应力集中原理物体内部应力越大，破坏该物体所需的外力就越小。
1：点缺陷－空位和间隙原子。
在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占有，这种空着的位子称为“空位”。
同时又可能在个别晶格间隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格间隙之间的原子称为“间隙原子”。
这种晶格中原子偏离平衡位置的现象称为晶格畸变。
2：线缺陷－位错
线缺陷即晶格中的＂位错线＂，或简称为＂位错＂。所谓位错可视为晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成的结果，晶体已滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。由于晶体中局部滑移的方式不同，可形成不同类型的位错。
3：面缺陷－晶界和亚晶界
面缺陷即晶界和亚晶界，这两种晶体中不同区域之间的晶格位向过渡所造成的，但在小角度位向差的亚晶界情况下，则可把它看成是一种位错线的堆积或称“位错壁”。
通过上述讨论可见，凡晶体缺陷处及其附近，均有明显的晶格畸变，因而会引起晶格能量的提高，并使金属物理。化学和机械性能发生显著的变化，如晶界和亚晶界愈多，位错密度愈大，金属的强度愈高。
第四节合金的晶体结构
一：合金的概念
1：合金
2：相
二：合金的相结构
1：固溶体
2：金属化合物
一：合金的概念
1：合金的概念
1）：合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质，称为合金。
2）组元：组成合金最基本的，独立的物质叫组元。组元通常是元素，但也可以是稳定的化合物。根据组成合金数目的多少，合金可以分为二元合金，三元合金和多元合金等。2：相：合金中具有一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。合金中相和相之间有明显的界面。
二：合金的相结构
1：固溶体：当合金有液态结晶为固态时，组成元素间会像合金溶液那样相互溶解，形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原子的新相，称为固溶体。
1）：固溶体的结构与分类：按照溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，将固溶体分为以下两类：
<1>：置换固溶体：当溶质原子代替一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格中某些结点位置时，
所形成的固溶体称为置换固溶体。
<2>：间隙固溶体：若溶质原子在溶剂晶格中并不占据结点的位置，而是处于各结点间的空
隙中，则这种形式的固溶体称为间隙固溶体。
2)：固溶体的性能：
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化是材料的一种主要的强化途径。
2：金属化合物：金属化合物的晶格类型与组成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般具有复杂的晶格结构、熔点高、硬而脆。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的强度，硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。
1)：正常价化合物：
金属化合物的种类很多，常见的有以下三种类型。
组成正常价化合物的元素是严格按原子价规律结合的，因而其成分固定不变，并可用化学式表示。
正常化合价具有很高的硬度和脆性，在合金中，当它在固溶体基体上合理分布时，将使合金得到强化，因而起着强化相的作用。
2)：电子化合物：
它们与正常价化合物不同，不遵循原子价规律，而是按照一定的电子浓度组成一定晶格结构的化合物。
电子化合物的熔点和硬度都很高，但塑性很差，因此与正常价化合物一样，一般只能作为强化相存在与合金中。
3)：间隙化合物：间隙化合物的晶格结构特点是：直径较大的过渡族元素的原子占据了新晶
格的正常位置，而直径较小的非金属元素的原子则有规律地嵌入晶格的间隙中，因而称为间隙化合物。
<1>：间隙相：是具有简单晶格结构的间隙化合物
<2>：间隙化合物：是具有复杂晶格结构的间隙化合物。
第五节非金属材料的结构
一：高分子合成材料的聚态结构。
1：高聚物的结构
2：高聚物的聚集态结构
二：陶瓷材料的组织结构
1：晶相
2：玻璃相
3：气相
一：高分子合成材料的聚集结构
高分子合成材料是分子量很大的材料，由许多单体(低分子)用共价键连接(聚合)起来的大分子化合物。所以高分子又称大分子，高分子化合物又称高聚物或聚合物。
1：高聚物的结构
高聚物的结构可分为两种类型：均聚物和共聚物。
1)：均聚物：只含有一个单链节，若干个链节用共价键按一定方式重复连接起来，像一根又细又长的链子一样。此结构称为线型结构。支链型高聚物好象一根“节上生枝”的枝干一样，主链较长，支链较短，其性质和线性高聚物结构基本相同。因此线型高聚物易于加工成型，并可重复使用。一些合成纤维和热塑性塑料（如聚氯乙烯。聚苯乙烯等）就属此类结构。
网状高聚物是在一根根长链之间有若干个支链把它们交连起来，构成一种网状形状。如果这种网状的支链像空间发展的话，变得到体型高聚物结构。这种高聚物结构的特点是在任何情况下都不熔化也不溶解并且在保持形状稳定，耐热及耐溶剂作用发面有起优越性。热固性塑料（如酚醛，脲醛等塑料）就属于这一类。
2)：共聚物：共聚物是由两种以上不同的单体链节聚合而成的，由于各种单体的成分不同共聚的高分子排列形式也多种多样，可归纳为：无规则型、交替型、嵌段型、接支型。例如将M1和M2两种结构的单体分别以有斜线的圆圈和空白圆圈表示。
共聚物在实际应用上具有十分重要的意义。因为共聚物能把两种或多种自聚的特性综合到一种聚合物中来。因此有人把共聚物称为非金属的“合金”，这是一个很恰当的比喻。例如ABS树脂是丙烯腈、丁而烯和苯乙烯三元共聚物具有较好的耐冲击、耐热、耐油、耐腐蚀及易加工等综合性能。
2：高聚物的聚集态结构
高聚物的聚集态结构是指高聚物材料本体内部高分子链之间的几何排列和堆砌结构，也称为超分子结构。
高聚物按照大分子排列是否有序。可分为结晶态和非结晶态两类。结晶态聚合物分子排列规则有序；非结晶态高聚物分子排列杂乱不规则。
高聚物材料的性能不仅与高分子的分子量和大分子链结构有关，而且和高聚物的聚集状态有直接关系。
二：陶瓷材料的聚集状态
金属是以金属键结合，高聚物是以共价键相结合，而陶瓷材料的结合键主要是离子键和共价键的混合键。
1：晶相：晶相是陶瓷材料的主要组成相，它由某些固溶体或化合物所组成。陶瓷材料的晶相常常不止一个，而是多相多晶体。多相中又可分为主晶相、次晶相、第三晶相等。组成陶瓷晶相的晶体一般有两类：一类是氧化物（如氧化铝、氧化钛等），另一类是含氧酸盐（如硅酸盐、钛酸盐等）。
2：玻璃相：玻璃相是非晶态的低熔点固体相，它的作用是粘结分散的晶相，填充气孔空隙。降低烧结温度及抑制晶体长大等，但玻璃相的热稳定差，机械强度比晶相低。
3：气相：气相是指陶瓷内孔隙中的气体，均匀分布的气孔可是陶瓷材料的绝缘。绝热性能大大提高，但由于气孔是产生应力集中的地方，固导致机械强度降低，并引起陶瓷材料的介电损耗增大，抗电击穿能力下降。
第三章材料的凝固与结晶
第一节凝固的概念
一、晶体的凝固
二、非晶体的凝固
一、晶体的凝固
物质从液态到固态的转变过程统称为“凝固”，如果通过凝固能形成晶体结构，则可称为“晶体”。凡纯元素（金属或非金属）的结晶都具有一个严格的“平衡结晶温度”（即理论结晶温度T0），高于此温度（即实际结晶温度T1）才能进行结晶；两者之差ΔT＝T0－T1称为过冷度，处于平衡结晶温度时，液体与晶体同时共存，达到可逆平衡。
为什么纯元素的结晶都具有一个严格不变的平衡结晶温度呢？这是因为它们的液体与晶体之间的能量在该温度下能够达到平衡的缘故。这一能量叫做＂自由能（F）。同一物质的液体与晶体，由于其结构不同，它们在不同温度下的自由能变化是不同的，如图3-1所示。
由此可见，要使液体进行结晶，就必须使其温度低于理论温度，造成液体与晶体间的自由能差：（ΔF=F液－F晶），即具有一定的结晶驱动力才行。
二：非晶体的凝固
若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那就不能称之为结晶，只能称为凝固。
非晶体的凝固与晶体的晶体，都是由液体转化为固体，但本质上又有区别。非晶体的凝固实质上是靠熔体粘滞系数连续加大完成，即非晶体固态可看作粘滞系数很大的“熔体”，需在一个温度范围内逐渐完成凝固。
第二节金属的结晶和铸锭
一：金属的结晶过程
二：金属结晶后的晶粒大小
1：晶粒大小与性能的关系
2：晶粒大小的控制
三：金属铸锭组织
1：表面细晶粒层
2：柱状晶粒层
3：中心等轴晶
一：金属的结晶过程
纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
二：金属结晶后的晶粒大小
1：晶粒大小与性能的关系
金属结晶后是由许多晶粒组成的多晶体，而晶粒的大小是金属组织的重要标志之一。一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度就愈高，塑性和韧性也愈好。
2：晶粒大小的控制
金属结晶后单位体积中晶粒数目Z，取决于结晶时的形核率N(晶核形核数目/S?m㎡)与晶核生长速率G(㎜/s)，它们存在着以下的关系：Z∝√N/G，由上可知，当晶粒生长速率G 一定时，晶核形核率N愈大，晶粒数目就愈多，反之则愈细。
1)：增大过冷度：
金属结晶时的冷却速度愈大，其过冷度便愈大，不同过冷度ΔT对晶核形核率N和生长速率G的影响。
2)：变质处理：
在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使金属结晶时的晶核形核率N增加或生长速率G降低，这种细化晶粒的方法，称为变质处理。
3)：附加振动：
金属结晶时，如对液态金属附加机械振动。超声波振动。电磁振动等措施，由于振动能使液态金属在铸模中运动加速，造成枝晶破碎，这就不仅可以使已长成的晶粒因破碎而细化，而且破碎的枝晶可以作为晶核，增加形核率N。所以，附加振动也能使晶粒细化。三：金属的铸锭组织
典型的金属的铸锭组织有三个区域组成：表面细晶粒区；柱状晶区；中心等轴晶区。
1：表面细晶粒层：
表面细晶粒的形成主要是因为钢液刚浇入铸模后，由于模壁温度较低，表面金属遭到剧烈的冷却，造成了较大的冷却所致，此外，模壁的人工晶核作用也是这层晶粒细化的原因之一。
2：柱状晶粒层：
柱状晶粒的形成主要是因为铸锭模壁散热的影响。
3：中心等轴晶粒
随着柱状晶粒成长到一定程度，铸锭中心部的剩余液体温度差也愈来愈小，趋于均匀冷却的状态;同时由于一些未熔杂志推移至铸锭中心，或将柱状晶的枝晶分枝冲断，漂移到铸锭中心，它们都可以成为剩余液体的晶核，这些晶核由于在不同方向上的成长速度相同，因而便形成较粗大的等轴晶粒区。
第三节合金的结晶过程
一：二元合金相图的建立
1：相图的意义及几个名词的解释
2：二元相图的建立
二：二元匀晶相图
1：相图分析
2：合金的结晶过程
3：二元相图的杠杆定律
三：二元共晶相图
1：相图分析
2：合金结晶过程
3：比重偏析
四：二元包晶相图
1：相图分析
2：合金的结晶过程
五：形成稳定化合物的二元合金相图
六：具有共析反应的二元合金相图
七：合金的性能与相图间的关系
一：二元相图的建立
1：相图的定义及几个名词的解释
1)：组元：通常把组成合金的最简单。最基本。能够独立存在的物质称为组元。
2)：合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金
系。
3)：相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图，有城状态图或平衡
图，相图上所表示的组织都是十分缓慢冷却的条件下获得的，都是接近平衡状态的组织。
2：二元相图的建立
以Pb-Sn合金系为例，说明用热分析实验方法测定相图的过程。（图3－9，42页）
1)：配制一系列不同成分的Pb-Sn合金。
配制的合金数目愈多，合金成分的间隔愈小，测绘出来的合金相图就愈精确。
2)：在非常缓慢冷却条件下，测定这些合金从液态到固态在平衡结晶过程中的冷却曲线，如
图3-10所示。
3)：如图3-10所示：找出各合金冷却曲线上的临界点，并将它们标注在成分--温度坐标系。
4)：将各成分线上具有相同意义的点连接成线，并根据已知条件和实际分析结果写上数字。
字母和各区所存在的像或组织名称，就得到一个完整的二元合金相图。（图3－10，43页）
二：二元匀晶相图
当两组元在液态和固态均无限互溶时所构成的相图，称为二元匀晶相图，具有这类相图的合金系主要有：Cu-Ni，Cu-Au，Au-Ag，Fe-Ni及W-Mo等。
1：相图分析
图3-11(a)为Cu-Ni合金相图（45页，图3－11）。下面就此合金为例进行分析。
这类相图很简单，只有两条线，其中AB︿为液相线;AB︶为固相线，在液相线以上，称为液相区;在固相线以下称为固相区;在液相线与固相线之间称为液。固两相并存区。固相线的两个端点A和B是合金系统的两个组元Cu和Ni的熔点。
2：合金的结晶过程
如图3-11(a)所示，设有合金K，其成分垂线ok与相图上的相区分界线交于1，4两点，分析合金在冷却曲线上的各段所发生的结晶或相变过程，如图3-11(b)所示。通过分析可知，液(固)相线也表示在无限缓慢的冷却条件下，液。固两相平衡存在时，液(固)相化学成分随温度的变化情况。理论和实践都已证明了这一结论的正确性。必须着重指出：除了液。固两相并存时的情况以外，在其他性质相同的两相区中也是这样，即相互处于平衡状态的两个相的成分，分别沿着两相区的两个边界线改变。
3：二元相图的杠杆定律
在两相区结晶过程中，两相的成分和相对量都在不断变化。杠杆定律就是确定状态图
中两相区内两平衡相的成分和相对重量的重要工具。
如图3-12所示，假设：合金的总重量为WO，液相的重量为WL，，固相的重量为WS。若已知液相中的含Ni量为X1，合金的含Ni量为X，则可写出
WL+WS=WO
｛WL×X1+WS×X2=W0×X（３－１）
解方程式（３－１）得
WL/WS=(X2-X)/(X-X1)=bo/oa（３－２）
式（３－２）好象力学中的杠杆定律，故称之为杠杆定律。式（３－２）可写成
WL/WO=bo/ba×100% (３－３)
WS/WO=oa/ba×100% (３－４)
必须指出，杠杆定律只适用于二元私合金相图中两相区，对其他区域就不适应，自然就不能在用杠杆定律。
４：固溶体合金中的偏析
在平衡条件下结晶，由于冷速极为缓慢，原子可充分进行扩散，最后仍能得到成分均匀的固溶体。但在实际生产条件下，由于冷速较快，最后将得到晶体内部化学成分不均匀的树枝壮晶体，这种现象，称为枝晶偏析或晶内偏析。
枝晶偏析的存在，会严重降低合金的机械性能和加工工艺性能。因此在生产上常把有枝晶偏析的合金加热到高温，并经长时间保温，使原子进行充分扩散，以达到成分均匀的目的，这种热处理方法称为扩散退火或均匀化退火，用以消除枝晶偏析。
三：二元共晶相图
当两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，而且发生共晶反应时，所构成的相图称为二元相图。具有这类相图的合金系主要有：Pb-Sn，Pb-Sb)。
1：相图分析：
图3-14（48页）表示Pb-Sb合金相图及成分线。下面就以此合金相图为例进行分析。
图中A。B分别表示组元Pb。Sn的熔点，ACB线为液相线，AECDB为固相线。
L。α。β是该合金系的三个基本相，α为Sb溶于Pb中的固溶体，EF为溶解度曲线，β为Pb溶于Sb中的固溶体，DG为溶解度曲线。相图中三个单相区为L。α。β三个双相区为L+α。L+β。α+β。
ECD为三相平衡线。在该恒定温度下，c点成分的液相LC同时结晶出两种成分和结构不同的固相αE和βD。其反应式为LC≒(共晶温度)αE＋βD。此反应称为共晶转变。
2：合金的结晶过程
<1>：共晶合金的结晶过程
合金在共晶温度以上△L在此共晶温度时发生共晶反应：LC≒(恒温)αE＋βD其转变产物称为共晶体。
<2>：亚共晶合金和过共晶合金的结晶过程。
成分在共晶线上的E点和C点之间的合金称为亚共晶合金;在C点和D点之间的合金称为过共晶合金。
如图3-17（49页）所示，合金Ⅱ为亚共晶合金。当液相的温度降低至1点时开始结晶出α固溶体。当温度降低至3点时，剩余的液相恰好只有共晶成分，因此发生共晶转变，得到共晶体。在3点以下由于α和β溶解度曲线的变化分别从α。β析出αⅡβⅡ，由于共晶体中的次生相可以不予考虑，因而只需考虑先从先共晶α固溶体中析出的βⅡ的数量。合金Ⅱ的最终组织应为α＋(α+β)C＋βⅡ，如图3-18（50页）所示。
过共晶合金的冷却曲线及结晶过程，其分析方法和步骤与上述亚共晶合金基本相同，只是先共晶为β固溶体，所以合金Ⅳ的最终组织应为β＋(α+β)C＋αⅡ。
<3>：含Sb量小于E点的合金结晶过程。
以合金Ⅰ为例，其冷却曲线及结晶过程如图3-19（51页）所示。
含量在1点以上为液相，1至3点为匀晶转变得到α固溶体。3点以下，由于α固溶体溶解度的变化，伴随次生相βⅡ的析出，最终组织为α＋βⅡ。
3：比重偏析。
亚共晶或过共晶合金结晶时，若初晶的比重与剩余液相的比重相差很大时，则比重小的初晶将上浮，比重大的初晶将下沉。这种由于比重不同而引起的偏析，称为比重偏析或区域偏析。比重偏析的存在，也会降低合金的机械性能和加工工艺性能。
四：二元包晶相图。
两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解，并发生包晶反应时，所构成的相图，称为包晶相图。
Pt-Ag相图如图3-20（52页）所示。图中abc为液相线，abcdb为固相线，cf为Ag组元在α固溶体中的溶解度曲线，dg是Pt组元在β固溶体中的溶解度曲线，cde是包晶线，d 是包晶线，d是包晶点，包晶线cde代表在这个合金系统中发生包晶反应的温度和成分范围。现已合金Ⅰ为例，分析其结晶过程。
从0→1段为液相，此时结晶尚未未开始。1→2段自液相中不断析出α固溶体，至2点
时液相成分为e，α相成分为c。
此时合金在恒温条件下发生包晶反应，因此在合金的冷却曲线上出现代表包晶反应的水平台阶。
五：形成稳定化合物二元合金相图。
所谓稳定化合物是指：在熔化前，即不分解也不产生任何化学反应的化合物。如Mg 和Si即可形成分子式为Mg2Si的稳定化合物，Mg-Si相图就是形成稳定化合物的二元合金相图(图3-23，53页)。
这类相图的主要特点是在相图中有一个代表稳定化合物的垂直线，以垂直线的垂足代表稳定化合物的成分，垂直线的顶点代表它的熔点。十分明显，若把稳定化合物Mg2Si视为一个组元，即可认为这个相图是由左。右两个简单共晶相图所组成(Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si)，因此可以分别对它们进行研究，使问题大大简化。
六：具有共析反应的二元合金相图。
自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格完全不同的新固相的转变过程称为共析反应。同共晶反应相似，共析反应也是一个恒温转变过程，有是与共晶线及共晶点相似的共析线和共析点。共析反应的产物称为共析体。最常见的共析反应是铁碳合金中的珠光体转变。最简单的具有共析反应的二元合金相图如图3-24所示（54页）。
图中A和B代表两组元，c点为共析点，dce为共析线，(β1＋β2)是共析体。共析反应为
α≒(β1d＋β2e)。
七：二元相图的识别方法
由上述可知：二元合金相图的类型很多，但基本类型还是匀晶，共晶和包晶三大类。在分析二元合金相图时，应掌握以下要点：
<1>：相图中每一点都代表某一成分的合金在某一温度下所处的状态，此点称为合金的表象
点。
<2>：在单相区中合金由单相组成，相的成分即等于合金的成分，它由合金的表象点来决定。
<3>：在两个单相区之间必存在一个两相区，在此两相区合金处于两相平衡状态，，两相的
相对量运用杠杆定律可以计算。
<4>：在二元合金相图中三相平衡共存表现为一条水平线---三相平衡线。三相平衡线的图形
特征及性质如表3-2所示。
八：合金的性能与相图间的关系。
合金的性能取决于合金的化学成分和组织，合金的化学成分与组织间的关系体现在合
金相图上，因此合金相图与合金的性能之间必然存在着一定的联系。
1：合金形成单相固溶体时的情况
当合金形成单相固溶体时，合金的性能显然与组成元素的性质及溶剂元素的溶入量多少有关。对于一定的溶剂和溶质来说，溶质的溶入量越多，则合金的强度，硬度愈高，电阻率愈大，电阻温度系数愈小，如图3-25所示。单相固溶体合金不宜制做铸件而适于承受压力加工。在材料选用中应注意固溶体合金的这一特点。
2：合金形成两相混合物的情况。
合金形成两相混合物时，分成两种情况：一种通过包晶反应形成的普通混合物;另一种是通过共晶或共析反应形成的机械混合物。当合金形成普通混合物时，合金的性能将随合金化学成分的改变在两种性能之间按直线变化。当合金形成机械混合物时，合金的性能主要取决于组织的致密程度，组织愈细密，组织敏感的合金性能如强度，硬度，电阻率等提高愈多。当合金形成两相混合物时，通常合金的压力加工性能较差，当切削加工性能较好。3：合金形成化合物时的情况
当合金形成化合物时，合金具有较高的硬度，硬度和某些特殊的物理化学性能，但塑性，韧性及各种加工性能极差，因而不宜用于做结构材料。当它们可以作为烧结合金的原料用来生产硬质合金，或用以制造其他要求某中特殊物理，化学性能的制品或零件。
第四章金属塑性变形与再结晶
第一节金属的塑性变形
一：单晶体的塑性变形
单晶体塑性变形的方式：1：滑移2：孪生
二：多晶体的塑性变形
1：晶界和晶粒位向的影响
2：多晶体塑性变形过程
一：单晶体的塑性变形
为了研究金属多晶体的塑性变形过程，应先了解金属单晶体的塑性变形。单晶体塑性变形的方式有两种：滑移和孪生。
1：滑移
滑移是单晶体中最主要的一种塑性变形方式。所谓滑移是晶体中的一部分相对于另一
部分沿一定晶面发生相对的滑动。滑移变形有如下特点：
<1>;滑移只能在切应力的作用下发生。
<2>：滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
<3>：滑移时晶体的一不能粉相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数
倍，滑移结果在晶体的表面上造成台阶。
<4>：滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
2：孪生：
在切应力作用下，单晶体有时还可以通过另一种方式发生塑性变形，即晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面(孪生面)产生一定角度的切变(即转动)，这种变形方式叫做“孪生”。
二：多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形与单晶体比较无本质上的差别。但由于晶界的存在，晶粒间位向的差异，以及变形过程中晶粒之间的相互牵制等等，多晶体的塑性变形过程要比单晶体复杂得多。
1：晶界和晶粒位向的影响
晶界和晶粒位向对塑性变形有显著的阻碍作用。因此，多晶体的塑性变形抗力总是高于单晶体。
2：多晶体塑性变形过程
当金属受力产生塑性变形时，处于软位向与外力成45度夹角方向的晶粒首先发生塑性变形，但它的塑性变形要受到周围不同位向晶粒的阻碍，特别是受到处于硬位向的晶粒阻碍，这使得塑性变形的抗力增大，即强度，硬度增加。
第二节塑性变形对金属组织和性能的影响
一：塑性变形对金属组织结构的影响
1：晶粒形状的变化
2：亚结构的形成
3：形变结构的产生
二：塑性变形对金属性能的影响
三：内应力的产生
1：第一类内应力
2：第二类内应力
3：第三类内应力
一：塑性变形对金属组织结构的影响。
1：晶粒形状的变化
塑性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长形成“纤维”组织。
2：亚结构的形成
随着塑性变形的发生，位错之间产生一系列复杂的交互作用，产生了位错缠结现象。随着变形的增加，位错缠结现象进一步发展，便会把各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒，随着变形的方向被拉长。
3：形变织构的产生
在定向变形情况下，当变形量达到一定值(70%~90%以上)，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致，这种现象称为＂织构＂现象，或称“择优取向”。
二：塑性变形对金属性能的影响
组织上的变化，必然引起性能上的变化。如纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向。晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化(或冷作硬化)现象。
三：内应力的形成
1：第一类内应力
它是由于金属的表面和心部塑性变形不均匀造成的，存在于宏观范围内，故又称宏观内应力。
2：第二类内应力
它是由于晶粒之间变形不均匀造成的，存在于晶粒间，故称微观内应力或晶间内应力。3：第三类内应力
它是由于晶格畸变，原子偏离平衡位置造成的，存在于原子之间，又称晶格畸变应力。第三类内应力是使金属强化的主要原因，也是变形金属中的主要内应力。
第三节回复与再结晶
一：变形金属在加热时组织和性能的变化
1：回复
2：再结晶
3：晶粒长大
二：金属的再结晶温度
三：再结晶退火后的晶粒度
一：变形金属在加热时组织和性能的变化
1：回复
加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程，称为回复。由于回复阶段原子活动能力不大，金属的晶粒大小和形状无明显变化(仍为纤维组织)，故金属的强度和塑性变化不大，而内应力和电阻等理化性能显著降低。因此生产中要求保留加工硬化性能而需要降低内应力或改善某些理化性能所用的低温退火，就是利用回复的原理。
2：再结晶
变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能再破碎的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的，内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，而晶格的类型无任何变化，故称为＂再结晶＂。经过再结晶得到了新的等轴晶，消除了变形金属的一切组织特征，加工硬化核内应力也被完全消除，各种性能完全回复到变形前的状态。所以再结晶退火常作为金属进一步加工时的中间退火工序。
3：晶粒长大
再结晶完成后继续升高温度或延长加热时间，晶粒会不断长大。晶粒长大是靠晶界的迁移，小晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中，晶界本身趋于平直化，晶粒粗大，使金属的机械性能显著降低，故一般不希望发生。
二：金属的再结晶温度
变形金属开始进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。影响再结晶温度的因素如下：<1>：预先的变形程度。变形程度愈大，金属畸变能愈高，向低能状态变化的倾向也愈大，
因此再结晶温度愈低。
<2>：原始晶粒大小。金属原始晶粒越小，则变形的抗力越大，变形后存储的能量较高，再
结晶温度则较低。
<3>：金属的纯度及成分。金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂，当金属中含有少
常见八种金属材料及其加工工艺 1、铸铁——流动性 下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分，很少会有人留意它们。铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途，主要是因为其出色的流动性，以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称，它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高，在浇注过程中其流动特性就越好。碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。 铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。铁锈一般只出现在最表层，所以通常都会被磨光。虽然如此，在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施，即在铸件表面加覆一层沥青涂层，沥青渗入铸铁表面的细孔中，从而起到防锈作用。金属加工微信，内容不错，值得关注。生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。 材料特性：优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。 典型用途：铸铁已经具有几百年的应用历史，涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。 2、不锈钢——不生锈的革命 不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜，这层薄膜是我们肉眼所看不见的。我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18：10。 20世纪初，不锈钢开始作为元才来噢被引入到产品设计领域中，设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品，涉及到了很多以前从未涉足过的领域。这一系列设计尝试都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。 不锈钢分为四大主要类型：奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体(复合式)、马氏体。家居用品中使用的不锈钢基本上都是奥氏体。 材料特性：卫生保健、防腐蚀、可进行精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。 典型用途：奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性，主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能，所以经常应用于侵蚀性环境。
金属材料的分类及性能 一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。 二、金属材料分类： ①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。 ②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属 三、金属材料性能： ①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等 ②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等 1. 工艺性能 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。 （2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。可锻性：塑性和变形抗力 （3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。 （4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 （5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。 2. 机械性能：
1.2 常用金属材料 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。 金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。 1.2.1 钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 1．碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢，含碳量0.25%； 中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%； 高碳钢，含碳量0.60%。 （2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类： 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%； 优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%； 高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。 （3）按钢的用途分类分为两类： 碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件； 碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 （1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。 （2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 （3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例 Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。
第一章材料的性能 第一节材料的机械性能 一、强度、塑性及其测定 1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。 2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。 二、硬度及其测定 硬度是衡量材料软硬程度的指标。 目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。 三、疲劳 机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。 四、冲击韧性及其测定 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。。为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。 五、断裂韧性 材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。它是材料本身的特性。 六、磨损 由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。 按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能 1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。不同用 途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。 2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能 力。 第三节材料的工艺性能 一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。 二、可锻性能：可锻性是指材料在受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力。 三、焊接性能：焊接性能是指材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。 四、切削加工性能：切削加工性能是指材料是否易于切削。 五、热处理性能：人处理是改变材料性能的主要手段。热处理性能是指材料热处理的难易 程度和产生热处理缺陷的倾向。 第二章材料的结构 第一节材料的结合键 各种工程材料是由不同的元素组成。由于物质是由原子、分子或离子结合而成，其结合键的性质和状态存在的区别。 一：化学键 1：共价键 2：离子键 3：金属键 4：范德。瓦尔键 二：工程材料的键性 化学键：组成物质整体的质点(原子、分子、离子)间的相互作用力，成为化学键。 1：共价键：有些同类原子，例如周期表Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族中大多元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键，如金刚石、单质硅、SiC等属于共价键。 2：离子键：大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不导电的，熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤素元素的原子)相互靠
常用金属材料中各种化学成分对性能的影响 ．生铁： 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性 能均有一定的影响。 碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在 于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化 铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生 铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低， 它的存在能增加生铁的铸造性能。 硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件 的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会 使生铁变硬变脆。 锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可 提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。 磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了 生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬 脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达 1.2%。硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁 化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高 的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。 2．钢： 2．1元素在钢中的作用 2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是 由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定 影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格 的规定。 1）硫 硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 部分常用钢的牌号、性能和用途 1 《信息来源：无缝钢管》
一．金属材料分类 1．黑色金属钢铁 2．有色金属通常指铜、铝、铅、钛
三．金属材料力学性能代号及含义
1．钢板 a.按轧制方法分为：热轧、冷轧 b.按性能及用途可分为： ①碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带，一般厚度不大于4mm。 ②碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带，厚度不大于4mm。 ③碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带，4-200mm钢板及小于25mm钢带。 ④优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑤优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑥合金结构钢薄钢板，厚度不大于4mm的热轧或冷轧。 ⑦锅炉用钢板 ⑧压力容器用钢板 ⑨不锈钢冷轧或热轧钢板 ⑩耐热钢板 ?花纹钢板 2．型钢 ①热轧扁钢，厚度3-60，宽度10-150。 ②碳素结构钢和低合金热轧圆钢、方钢、六角钢 ③热轧角钢，分为等边及不等边，宽度20-200。 ④热轧槽钢，宽度50-300。 ⑤热轧工字钢，高度100-560。 ⑥热轧T型钢，宽度100-300。 ⑦冷弯空心型钢。 3．钢管 A．直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992） a.以热轧或冷轧钢带，经焊接或焊后冷加工方法制造。钢管以不热处理状态交货。 b.规格：直径5.0—121，壁厚0.5—3.5。 c. a.以热轧或冷拔（轧）管加工，有热轧或热处理状态交货。 b.规格：直径6.0—245，壁厚0.25—24。 c.
4．钢丝 材料可有多种材料加工而成， a.普通结构钢丝：Q195、Q215、Q235主要制钉及建筑用。 b.优质碳素结构钢丝：08F、10F、15、20、25、35、40、45、50，冷拉状态交货，可后热处理， c.碳素弹簧钢丝：65、70、75、85，一般淬火—回火状态交货，可后热处理。 d.合金结构钢丝：15Cr、38Cr、40Cr、20CrNi3等等。交货状态有冷拉—L，退火—T，可热处理。 e.不锈钢丝：0Cr18Ni9-R、1Cr18Ni9Ti-Q、0Cr19Ni9-L。后缀RQL表示 软拉（R）—钢丝进行光亮热处理和热处理后酸洗或类似的处理。 轻拉（Q）—钢丝热处理后进行小变形程度的拉拔。 冷拉（L）—钢丝热处理后进行常规拉拔。 f.电阻电热合金丝：Cr15Ni60、Cr20Ni80 、Cr30Ni70、1Cr13Al4，热处理后软态交货。五．钢铁材料的热处理 热处理是为了达到材料的使用目的，发挥材料各种元素的作用，调整材料的强韧性，以及加工工艺的需要。 1．热处理工艺分类： a．淬火—加热至相变到奥氏体组织后快速冷却得到马氏体组织，目的为了提高硬度。 b．回火—低温回火，目的是去除应力；中温回火及高温回火是为了调整材料的强韧性。通常在一定温度下保温一段时间后已一定的速度冷却。 c．退火—降低材料硬度，便于加工及成形，有完全退火和不完全退火之分。加热保温后慢速冷却。 d．正火—提高材料硬度，加热后空冷。 e．调质—达到需要的强韧性或加工工艺的需要。先淬火后回火，是两个工艺的合并。 f．渗碳—提高材料的表面硬度。通常使含碳量在0.3%以下的材料在表面1mm左右深度提高到1%左右。 g．氮化—提高材料的表面硬度，或耐腐蚀性。通常使含碳量在0.4%左右的材料在表面0。2mm 左右深度形成氮化层，表面硬度可达到HRC70以上。 2．按种类有： a.常规热处理—如淬火、回火、退火、正火、调质。 b.化学热处理—如渗碳、氮化、碳氮共渗、硼化、渗金属、表面陶瓷。 c.真空热处理—使用真空设备的热处理，优点是无氧化及脱碳，热处理变形小。 3．使用设备有： a.箱式炉—使用电热丝或碳棒加热，电热丝炉使用温度可在低于950度以下使用，功率一般在3-200KW，用途广泛，可用于淬火、回火、退火，使用成本低。 b.盐浴炉—用硝盐加热，有高、中、低温炉，可高温加热到1300度，用于淬火、回火、退火。加热速度快，氧化脱碳小，利于防止晶粒粗大，可大批量多品种生产。 c.燃气炉—使用煤气或其它气体加热（如乙炔气等），可用于大型零件在炉内加热正火、退火或锻造，及局部加热用。 d.井式炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化。 e.真空炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火， f.箱式多用炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化，可进行大批量多品种生产。
各种金属材料的特点
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ?
各种金属材料的特点 铝材类 铝材属于金属类别中有色金属之一,由于应用较广，单独介绍如下：常用有铝型材和压铸铝合金两种。其中主要由纯度高达9２％以上的铝锭为主要原材料，同时添加增加强度、硬度、耐磨性等性能金属元素，如碳、镁、硅、硫等,组成多种成分“合金”。 １.1铝型材 铝型材常见如屏风、铝窗等。它是采用挤出成型工艺,即铝锭等原材料在熔炉中熔融后，经过挤出机挤压到模具流出成型，它还可以挤出各种不同截面的型材。主要性能即强度、硬度、耐磨性均按国家标准GB60６3。优点有：重量轻仅2.8，不生锈、设计变化快、模具投入低、纵向伸长高达1０米以上。铝型材外观有光亮、哑光之分，其处理工艺采用阳极氧化处理,表面处理氧化膜达到0.12ｍ/m厚度。铝型材壁厚依产品设计最优化来选择，不是市场上越厚越好,应看截面结构要求进行设计,它可以在0.5~５ｍm不均。外行人认为越厚越强硬,其实是错误的看法。 铝型材表面质量也有较难克服的缺陷：翘曲、变形、黑线、凸凹及白线。设计者水平高者及模具设计及生产工艺合理,可避免上述缺陷不太明显。检查缺陷应按国家规定检验方法进行,即视距40~５0CＭ来判别缺陷。 铝型材在家具中用途十分广泛:屏风骨架、各种悬挂梁、桌台脚、装饰条、拉手、走线槽及盖、椅管等等，可进行千变万化设计和运用! 铝型材虽然优点多，但也存在不理想的地方: 未经氧化处理的铝材容易“生锈”从而导致性能下降，纵向强度方面比不上铁制品．表面氧化层耐磨性比不上电镀层容易刮花.成本较高,相对铁制品成本高出３~４倍左右。 １.2压铸铝合金 压铸合金和型材加工方法相比,使用设备均不同，它的原材料以铝锭(纯度92%左右)和合金材料,经熔炉融化,进入压铸机中模具成型。压铸铝产品形状可设计成像玩具那样，造型各异,方便各种方向连接，另外,它硬度强度较高,同时可以与锌混合成锌铝合金。 压铸铝成型工艺分： 1、压铸成型 2、粗抛光去合模余料 3、细抛光 另一方面，压铸铝生产过程，应有模具才能制造,其模具造价十分昂贵,比注塑模等其它模具均高。同时,模具维修十分困难，设计出错误时难以减料修复。 压铸铝缺点: 每次生产加工数量应多,成本才低。抛光较复杂生产周期慢产品成本较注塑件高３～4倍左右。螺丝孔要求应大一点（直径4.5mｍ）连接力才稳定 适应范围：台脚、班台连接件、装饰头、铝型材封口件、台面及茶几顶托等，范围十分广泛。 （2）五金类 “五金”概念属通俗说法，标准分类应划分为黑色金属和有色金属两大类，它在家具中运用有管状、棒状、板状、线、角状几种。 2.１黑色金属件
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金 属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后 出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬 度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及 金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制 造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工 艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、 切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它 包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它 的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和 非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷 的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为 机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载 荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求 的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质
一.总则 为加强采购物资（原材料、外购外协件、生产辅料）的质量管理，确保采购物资质量特性满足生产需求，特制定本分类细则。 二.分类要求明细 （一）A类物资：构成最终产品的一部分，对产品功能、使用及安全性能有直接或重大影响的采购或外协物资。主要A类物资分类明细如下： 等等。 三、报检要求 （一）A、B类物资到货后物资供应部门或生产制造部门应及时向质量检验部门报检；必要时须提供图样，以便检查。 （二）A类物资报检需要提供《检验通知单》、合格证或质量证明书（包括检验报告）、MA 证（属MA管理的）、生产许可证（属生产许可证管理的）、防爆证（属防爆产品的）等有效证件。 （三）B类物资报检需提供《检验通知单》、合格证或质量说明书（包括检验报告）、MA 证（属MA管理的）、生产许可证（属于生产许可证管理的）等有效证件。 四. 检验要求 （一）A、B类采购物资检验时，质检员首先查看报检资料是否齐全，随机资料和附件是否齐全。
（二）A、B类物资其他检验项目按相关标准、技术协议、图样及检验规程执行。 （三）C类物资一律由物资供应部库管员对其质量证明材料、外观、包装、数量等项目进行检查，其结果作为最终验收依据，合格后登记入库。 所有采购物资经检验合格后方可入库、投入使用。 锻件外观质量检验规范 （一）目的。规范企业内部对锻件外观检验的要求，指导员工更好的做好锻件外观质量工作 （二）使用范围。适用本企业内部及外购外协锻件的外观质量检验 二 （一）锻件尺寸公差必须符合图样、工艺要求，不允许有加工余量超差、过烧、脱碳、白点、锻伤、折叠、夹层、结疤、夹渣、内外裂纹等锻造缺陷。 （二）锻件表面不允许有飞边、毛刺、弯曲、变形等影响使用的外观缺陷。锻件表面应清楚氧化皮，对残留飞边尖角进行打磨修钝。 （三）对有加工符号的部位，必须按工艺留有一定的加工余量。需要机加工的锻件表面，确认缺陷深度能保证留有机械加工余量的50％以上时，允许不清楚。 （四）不进行机加工的锻件表面，缺陷整修后最大深度不得超过该尺寸下偏差，整修处必须平滑。 （五）锻件的表面缺陷深度超过机加工余量时，重要的零件若需补焊，必须取得技术部门同意，并给出补焊工艺，方可进行补焊。 （六）锻件应没有白点，当在一个锻件上发现白点时，则与该锻件同一炉钢并同一炉热处理的整批锻件应逐个进行白点检查。 机加工件外观质量检验规范 一、目的及适用范围 （一）目的。规范企业内部对机加工件外观检验的要求，指导员工更好地做好各类机加工件外观质量工作。 （二）适用范围。适用本企业内部或外购、外协各类机加工外观检验。 二、检验细则 （一）机加工尺寸部分全部按照图样要求，不允许超差 （二）未经机械加工的表面不允许有裂纹、折叠等缺陷。 （三）经机械加工的表面不允许有裂纹、锈蚀、磕碰伤、划痕等缺陷。 （四）工件加工后，毛刺修光，棱角倒钝，过度处应为圆角或倒角。 （五）工件加工后，必须清除铁屑和油污。 （六）机加工件加工后，不允许落地，擦拭干净，摆放整齐。 结构件外观质量检验规范 一、目的及适用范围 （一）目的。规范企业内部对结构件对外观检验的要求，指导员工更好地做好各类结构件外观质量工作。 （二）适用范围。适用于本企业内部及外协各类结构件外观检验。 二、检验细则 （一）下料结构件外观检验：
金属材料的分类及牌号 焊接基础、热处理 葛兆祥1 2 江苏省电力试验研究院有限公司 江苏省电机工程学会金属材料与焊接专委会 金属材料分类及牌号 金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的还是钢和铁。所以，今天我们主要讨论钢和铁的有关内容。 一、铸铁 1、特点 铸铁与钢相比强度较低，塑性、韧性较差。但是具有良好的： ▇耐磨性 ▇吸震性 ▇铸造性、 ▇可切削性 铸铁的焊接性差，因此，影响了它的发展。但是随着焊接技术的发展，铸铁（设备）的焊接也取得了很大的成功，获得了很大的经济效益。 2、铸铁的分类 铸铁是含碳量为2％～4.5％的铁碳合金。在铸铁的化学成分中还有Si、Mn及S、P等杂质。为了改善铸铁的性能，常在铸铁中加入Ni、Cr、Mn、Si、V、Ti、Mg等元素，成为合金铸铁。 按照C在铸铁中存在的状态和形式的不同，可将铸铁分为五类： ▇白口铸铁 C在铁中绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白色而得名。渗碳体硬而脆，无法加工，故应用不广。主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等。 ▇灰口铸铁C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。普通灰铁石墨较粗，如在浇注之前的铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理，促使石墨自发形核，可使粗片状石墨细化，形成孕育铸铁。
▇可锻铸铁 C团絮状石墨存在，是将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好故称可锻铸铁。可锻铸铁是由炼钢生铁在900～1000℃的温度下经过2～9天长时间的退火形成。 ▇球墨铸铁 C以球状石墨存在，故称球墨铸铁。这是铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。 ▇蠕墨铸铁 C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。 ▇铁合金 铁合金是Fe和其它一定量的合金元素组成的合金。它是炼钢原料之一，也是焊接冶金必不缺少原材料。炼钢和焊接时作为脱氧剂或渗合金剂加入，起到脱氧、渗合金等作用，改善钢材和焊缝的性能。 ○常用铁合金 ――SiFe 硅铁分别有含硅95％、75％、45％的几种，也有12％的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金，硅锰合金。 ――MnFe 按含碳量分为碳素锰铁（含碳量7％），中碳锰铁（C1.5～1.0％），低碳锰铁（C0.50％）。 ――CrFe 按含碳量分为碳素铬铁（C8～4％），中碳铬铁（C4～0.5％），低碳铬铁（0.5～0.15），微碳铬铁（C0.06），超微碳铬铁（C＜0.03），金属铬、硅铬合金。 3、铸铁组织 铸铁组织与化学成分和冷却速度有关 ――化学成分影响 ▇有些元素能促使石墨化，如C、Ni、Si、Al、Cu等； ▇有些是阻止石墨化元素，如S、V、Cr等。 在铸铁中，C以石墨形式析出的过程称为石墨化。 ――冷却速度的影响 ▇冷却速度很快时，便形成以珠光体和渗碳体（为基体），构成白口铁； ▇冷却速度足够慢时，便形成以铁素体为基体的片状石墨分布的灰口铸 ▇介于两者之间，形成以珠光体为基体和石墨组成灰口铁或珠光体和铁素体为基体灰口铁。 4、铸铁的牌号和力学性能 铸铁的牌号在GB/T5612-1985中作了相应的规定。规程对化学成分不做明确规定，仅规
常用金属材料分类 热浸镀锌钢板 (GI) 电镀锌钢板 (EG) 电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 不锈钢带材 冷轧碳素钢板 (CRS) 铝及铝合金板材 一．热浸镀锌钢板 (GI) 1. 概况: 热浸镀锌钢板即是将板材浸入熔化锌池中 , 在板材两面浸镀厚度均匀的锌层 . 锌池中锌的重量百分比 仝 97% . 2. 分类: 冷轧热浸镀锌钢材 ,依供货商习惯 .共使用 C1,C2,D1 三种材质 . 标注示范 :HGCC1-ZSFX 其中 : HG--- 热浸镀锌制程 C--- 冷轧底材 C1--- 商用品质 ; (C2--- 改良商用质量 ; D1--- 引申品质 ) Z--- 无锌花 (M--- 细小锌花 ) S--- 调质处理 (B--- 亮面调质处理 ) F--- 耐指纹涂复 (C--- 铬酸盐处理 ) X--- 不涂油 二．电镀锌钢板 (EG) 1. 概况 : 与 GI 料基体材料相同 , 均为商用性能 SPCC (冷轧碳素钢板中一款 ) 材质 . 不同的是采用电镀方式附着 表面锌层 . (又称为电解片： SECC ) 2. 镀锌层重量 : 是材料使用性能的一个重要参数 ，如果锌层较厚且致密，可有效防止SPCC 材质与空气或其它物质接触 产生氧化 . 3. 区别与用途： GI 料与EG 料目前在 NOTE-BOOK^业应用越来越广，因为： SPCC 质地较软,易冲压成形，并且易保证产品结构尺寸要求，另外价格便宜.常用于支架，外壳，连结 EG 料相对于GI 来讲价格稍贵，但表面状况相对显得较光亮.表面状况：无锌花或很细小锌花.防腐性 能相对较好 . 三．电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 1. 概况： 基材为低碳钢表面电镀锡 , 常称马口铁 (SPTE). 2. 镀锡用原钢板可划分为以下三种钢类型 : D 类—铝脱氧钢 ,适用于深引伸要求 ,减小表面折痕和拉伸变形等危害 . L 类--- 残留元素( Cu,Ni,Cr,Mo) 特别少 , 对某种食品耐蚀性极好 , 适用于食品类容器 . 用途： 片等.
它们都是含碳量比较低的优质碳素结构钢。它们不同的主要是两方面，一是含碳量不同；而是机械性能不同。 从化学成分上来看，是含碳量不同，10#钢平均含碳量为万分之10，20#钢平均含碳量为万分之20。 由于含碳量的不同就导致了它们的机械性能的不同。碳素结构钢随着含碳量的增加，强度硬度都相应提高，塑性纫性相应降低。10#、20#属于低碳钢，强度硬度不高，塑性纫性都很好。它们之间比较来说，10#钢的强度和硬度比20#钢要低；10#钢的塑性和纫性比20#钢要好，也是说要软些。 我国钢号表示方法的分类说明 1．碳素结构钢 ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235 MPa的碳素结构钢。 ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。 ③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2．优质碳素结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。 ②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。 3．碳素工具钢 ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。 ②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。 ③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 4．易切削钢 ①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。 ②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。 ③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5．合金结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。 ②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。 ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。 ④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。 ⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，
金属材料的分类 金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的温度电阻系数的物质。金属，是个大家庭，现在世界上有86种金属。 一、通常人们把金属分成两大类，黑色金属和有色金属 (一)、黑色金属 黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只有三种：铁、锰与铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的。怪不得人们称之为“黑色金属”。常说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业。因为最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属”了。 除了铁、锰、铬以外，其他的金属，都算是有色金属。 （二）、什么是有色金属? 109个化学元素中的64个是这个家族的成员。其中人们比较熟知的有铜、铝、铅、锌、金、银等。目前,我国有色金属的产量已经超过美国,连续3年居世界第一,而对有色金属的需求量也是世界之冠。 （三）、有色金属的分类 （1）有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。 （2）有色合金按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、 稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合 金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。 （3）有色材按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金 材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。 （四）、在有色金属中，还有各种各样的分类方法 1.按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5，叫做“轻金属”（密度小（0.53～4.5g/cm3），化学性质活泼，如铝、镁等. ） 2.而铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金属”。（一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等；） 3.象金、银、铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”， 4.镭、铀、钍、钋等具有放射性，叫做“放射性金属”， 5.还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、钨、钼、锗、锂、镧、铀等因为地壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀有金属”。
金属材料性能 为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 （一）、机械性能 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 1 、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。 2 、屈服点（бs ）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生 0.2%L 。时应力值，单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 3 、抗拉强度（бb ）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 4 、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 5 、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。 6 、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（ HBS 、 HBW ）和洛氏硬度（ HKA 、 HKB 、 HRC ） 7 、冲击韧性（ Ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳 / 厘米 2 （ J/cm2 ） . （二）、工艺性能 指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 8 、铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。 9 、焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。 10 、顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。 11 、冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径 d 对材料厚度 a 的比值表示， a 愈大或 d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。 12 、冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。 13 、锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。（三）、化学性能 指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。 14 、耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 15 、抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。 >> 返回
《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往妾受到各种形式外力的作托。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用：柴油机上的连杆，在传递动力时.不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。 111 强度 强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6 单位为 MP 弘 工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。 对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。 1.1 2 塑性 塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之塑性越差，良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 113 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神° C- ）布氏硬度试验法 布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。 布氏硬度指标有 HBS 和 HBW, 前者所用压头为淬火钢球，适坤于布氏硬度值低于仍 0 的金属材料，如艮火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有包金厲等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为 450^650 的金属材料，如悴火钢等。 布氏硬度测试法，因压痕较尢故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。