《工程材料》第七章PPT精品课件
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工 程 材 料PPT课件
青铜器中的锡含量，称为“六齐(剂)”。 书中写道：“六分其
金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之
齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，
谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡
半，谓之鉴燧之齐”。这是世界上最古老的关于青铜合金成分
的文字记载。这表明我们的祖先已经认识到了青铜的性能与成
多年。在河南巩县汉代冶铁遗址中，发掘出20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，并有
鼓风装置和铸造坑。可见当年生产规模之壮观。
我国古代创造了三种炼钢方法。第一种是从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢作的剑在东方
各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；第二种是西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；第
三种是南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。
二、共价键 处于周期表中间位置的三、四、五价元素，原子既可能获得电子变为负离子，也可 能丢失电子变为正离子。当这些元素原子之间或与邻近元素原子形成分子或晶体时， 以共用价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。这种由共用价电子对产生的结 合键叫共价键。
最具有代表性的共价晶体为金刚石。金刚石由碳原子组成，每个碳原子贡献出4个价 电子与周围的4个碳原子共有，形成4个共价键，构成正四面体：一个碳原子在中心，与 它共价的另外4个碳原子在4个顶角上硅、锗、锡等元素也可构成共价晶体。属于共价 晶体的还有SiC、Si3N4、BN等化合物。 共价键的结合力很大，所以共价晶体强度高、 硬度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。
分之间的密切关系。
我国劳动人民创造了灿烂的青铜文化。
3
Engineering Materials
我国从青秋战国时期(公元前770年～公元前221年)已开始大量使用铁器。
土木工程材料ppt课件
高弹态是橡胶的使用状态，常温处于高弹态的聚 合物均可用作橡胶。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
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图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
可编辑ppt
27
㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
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二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
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19
㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
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玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
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22
在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
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图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
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㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
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二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
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㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
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玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
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在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。
《土木工程材料》课件 第7章墙体材料
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土木工程材料
（1）烧结普通砖的技术要求
• 8）抗冻性
• 将砖吸水饱和后置于-15°C水中融化，再在 10~20°C水中融化，按规定的方法反复15次冻融 循环后，其质量损失不超过2%，抗压强度降低值 不超过25%，即为抗冻性合格。
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土木工程材料
（1）烧结普通砖的技术要求
• 4）石灰爆裂
• 当生产烧结普通砖的原料中夹杂有石灰石杂质时，焙烧砖 体会使其中的石灰石被烧成生石灰。这种生石灰常为过火 石灰，砖受潮或受雨淋时该石灰吸水消化成消石灰，体积 膨胀，导致砖体开裂。
表7－4 烧结普通砖的泛霜及石灰爆裂的技术标准
项目 泛霜
石灰爆 裂
优等品 无泛霜
不允许出现最大破 坏尺寸>2mm的 爆裂区域
土木工程材料
分类
• 按照断面结构 砌墙砖有普通砖和空心砖两大类:
➢ 孔洞率小于25%或没有孔洞的为普通砖或实心砖； ➢ 空洞率大于25%的为空心砖。
• 按材质和工艺 砌墙砖有烧结砖和非烧结砖(包括蒸 养或蒸压砖)，如：
➢ 烧结砖：烧结粘土砖、烧结粉煤灰砖、烧结煤矸石砖、 烧结页岩砖等；
➢ 非烧结砖：灰砂砖、粉煤灰砖和煤渣砖等。
≥
，≥
MU30 30.0
22.0
MU25 25.0
18.0
MU20 20.0
14.0
MU15 15.0
10.0
MU10 10.0
6.5
变异系数δ＞0.21，单块最 小抗压强度值fmin / MPa，≥
25.0 22.0 16.0 12.0 7.5
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土木工程材料
机械工程材料第七章
8. 螺栓、铆钉等冷镦零件 9. 汽车用塑料 （1）汽车内饰用塑料 （2）汽车用工程塑料 （3）汽车外装机结构件用纤维增强塑料复合材料 10.汽车用橡胶 11.汽车用陶瓷材料
二、机床零件用材
常用的机床零部件有机座、轴承、导轨、齿轮、弹簧、紧固件、
刀具等。
1. 机身、底座用材
首选材料当为灰铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可使用。HT150、 HT200，HT250，HT300，QT400-17，QT600-2等等。
（2）主要失效形式 1）疲劳断裂。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。 2）齿面磨损。3）齿面接触疲劳破坏 。4）过载断裂。
疲劳断裂、齿面磨损、齿面接触疲劳破坏 、过载断裂
（3）齿轮用材性能要求
1）高的弯曲疲劳强度
2）高的接触疲劳强度和耐磨性 3）齿轮心部要有足够的强度和韧性
2. 齿轮零件的选材 3. 典型齿轮选材举例
一、齿轮类零件的选材
1. 齿轮的工作条件、失效形式及性能要求
齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调 节速度。 （1）工作时的受力情况 1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。 2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。
3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。
3. 活塞、活塞销和活塞环——活塞组
对活塞用材的要求是热强度高、导热性好、吸热性差、膨胀系数 小、密度小，减磨性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。目前很难 找到完全满足要求的材料。常用的活塞材料是铝硅合金。 活塞销材料一般用20钢或20Cr等低碳合金钢。 活塞环材料多用以珠光体为基的灰铸铁或在其上添加Cu、Cr、 Mo的合金铸铁制造。
《工程材料》第七章PPT教学课件
2020/10/16
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②对铁素体单相区的影响：Cr、W、Mo、V、Ti、Al、 Si 等是缩小γ区的元素，它们能使A4 和NJ线下降，此时 钢在冷却时便不发生组织转变，室温下组织铁素体组 织—称为铁素体钢，如含17~28%Cr 的Cr17、Cr25、 Cr28 等铬不锈钢均属铁素体钢。
2020/10/16
性，使C曲线右移。 ①非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu 等不改变C 曲
线 的形状，只使其右移。 ②碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W 等除使C 曲线 右移 外，还改变其形状。即将C 曲线分裂为珠光体转变 的贝氏体转变两个C 曲线，并在此二曲线之间出现 一个过冷奥氏体的稳定区，其中Cr和Mn推迟贝氏体 转变的作用大于珠光体转变；而Mo、W 推迟珠光 体 转变的作用大于贝氏体的。 2020/除10/16Co、Al 外，其他合金元素均使Ms 点降低， 12
出现脆化的现象.
“第一类回火脆性”：结构钢回火时在350℃附近出 现
的冲击韧性下降的现象。
又称“不可逆回火脆性”。
可用等温淬火取代。
“第二类回火脆性” ：在500-650℃回火后缓慢冷却 出
现的冲击韧性下降现象。
又称“可逆回火脆性”。
2020/10/16 消除：在500～600℃经保温后快冷；
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加入适量的W或Mo元素
原因:①Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时，在 400℃
以上还会形成弥散分布的特殊碳化物；
②碳化物形成元素含量较高的高合金钢中,残余
奥氏体的稳定性很高,加热到500～600℃仍不
2020/10/16 分解,冷却时部分转变成马氏体。
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2020/10/16
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3.回火脆性
工程材料课件 (Engineering Materials)
– 应变 (strain)：单位长度的伸长量，用试样的伸长量 除以试样的原始标距表示。
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
材料力学性能第七章金属的磨损ppt课件
➢形态特征：小针状或痘状凹坑， 45 贝壳状
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
46
2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
17
润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
36
主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
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2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
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润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
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机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
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3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
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主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
机械工程材料教学课件第7章常用金属材料
（1）形成合金铁素体，合金铁素体对钢具有固溶强化的作用。
7.3 合金钢
（2）形成合金碳化物
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元 素和非碳化物形成元素两大类。
碳化物形成元素：常见碳化物形成元素有Mn、Cr、W、V、 Nb、Zr、Ti等（按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排 列），它们在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体， 含量高时可形成新的合金碳化物。
7.4.1低合金高强度结构钢
1. 化学成分及性能特点 低合金高强度结构钢的含碳量较低，一般不超过0.2%，合金
元素的含量不超过3%，因含碳量较低，所以其塑性、韧性和焊接 性能较好，此类钢中常加入的元素有Mn、Si、V、Nb、Ti、Al、 Mo和N等，其中以Mn最为常用。
C：在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强 化。在合金钢中为来形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要 0.01~0.02％，所以降碳是这类钢发展的必然趋势，从而可大大改善 钢的韧性和焊接性能。
7.1.4 P对钢性能的影响
磷由炼钢时由矿石带入到钢中，它能够增加钢的强度和硬度， 但对塑性变形、冲击韧性的负面作用更加明显，[但对塑性变形、 冲击韧性的负面作用更加明显，]特别是在低温时，它使钢材显著 变脆，这种现象称为"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性能变 坏，含磷越高，冷脆性越大，故钢中对含磷量控制较严，所以一般 说磷也是有害元素。
Mn：Mn/C比值越高，越有助于提高钢的屈服强度和冲击韧性。 锰降低了γ→α 转变温度，有利于针状铁素体的形核；另外，在加 热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加 铁素体中碳化物的弥散析出量。高锰还可以导致钢的应力-应变特 性的变化，可以抵消晶格效应的强度损失。
7.3 合金钢
（2）形成合金碳化物
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元 素和非碳化物形成元素两大类。
碳化物形成元素：常见碳化物形成元素有Mn、Cr、W、V、 Nb、Zr、Ti等（按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排 列），它们在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体， 含量高时可形成新的合金碳化物。
7.4.1低合金高强度结构钢
1. 化学成分及性能特点 低合金高强度结构钢的含碳量较低，一般不超过0.2%，合金
元素的含量不超过3%，因含碳量较低，所以其塑性、韧性和焊接 性能较好，此类钢中常加入的元素有Mn、Si、V、Nb、Ti、Al、 Mo和N等，其中以Mn最为常用。
C：在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强 化。在合金钢中为来形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要 0.01~0.02％，所以降碳是这类钢发展的必然趋势，从而可大大改善 钢的韧性和焊接性能。
7.1.4 P对钢性能的影响
磷由炼钢时由矿石带入到钢中，它能够增加钢的强度和硬度， 但对塑性变形、冲击韧性的负面作用更加明显，[但对塑性变形、 冲击韧性的负面作用更加明显，]特别是在低温时，它使钢材显著 变脆，这种现象称为"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性能变 坏，含磷越高，冷脆性越大，故钢中对含磷量控制较严，所以一般 说磷也是有害元素。
Mn：Mn/C比值越高，越有助于提高钢的屈服强度和冲击韧性。 锰降低了γ→α 转变温度，有利于针状铁素体的形核；另外，在加 热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加 铁素体中碳化物的弥散析出量。高锰还可以导致钢的应力-应变特 性的变化，可以抵消晶格效应的强度损失。
材料性能学课件第七章 材料的高温力学性能
蠕变极限，记作
T /t
，其中T表示测试温度，
ε/t 表示在给定的时间t内产生的蠕变应变为ε。
在蠕变时间短而蠕变速率又较大的情况下，
一般采用这种定义方法。
2．持久强度
某些在高温下工作的机件，蠕变变形很小或对 变形要求不严格，只要求机件在使用期内不发生断 裂。在这种情况下，要用持久强度作为评价材料、 设计机件的主要依据。
⑷ 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力作用下，分子链由卷
曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值 减小的过程。当外力减小或去除后，体系自发地 趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲 状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。
2．蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况： 一种情况是对于那些不含裂纹的高温机件，
低温下由空位扩散导致的这种断裂过程 十分缓慢，实际上观察不到断裂的发生。
金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为： 一是在断口附近产生塑性变形，有很多裂纹，使断 裂机件表面出现龟裂现象； 另一个特征是由于高温氧化，一层氧化膜所覆盖。
微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。
三、蠕变性能指标
蠕变极限、持久强度、松弛稳定性等 1．蠕变极限
在高应力高应变速率下，温度低时，金属材 料通常发生滑移引起的解理断裂或晶间断裂，这 属于一种脆性断裂方式，其断裂应变小。温度高 于韧脆转变温度时，断裂方式从脆性解理和晶间 断裂转变为韧性穿晶断裂。
在较低应力和较高温度下，通过在晶界 空位聚集形成空洞和空洞长大的方式发生晶 界蠕变断裂，这种断裂是由扩散控制的。
1. 蠕变变形机理 位错滑移、原子扩散和晶界滑动
高分子材料：分子 链段沿外力的舒展
⑴ 位错滑移蠕变机理
材料的塑性变形主要是由于位错的滑移引起 的。在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动 到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能 继续滑移，也就是只能产生一定的塑性变形。
沥青混合料-土木工程材料【ppt课件】
13:06:00
7.4 普通热拌沥青混合料的组成材料
三、细集料 用于拌制沥青混合料的细集料，可采用天然砂
、人工砂或石屑。 细集产应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并
有适当的级配范围。对细集料的技术要求列表 如表7.6、表7.7、表7.8。
13:06:00
7.4 普通热拌沥青混合料的组成材料
c和内摩擦角φ两个参数
13:06:00
7.2 沥青混合料的强度及其影响因素
二、沥青混合料黏聚力和内摩阻角的影响因素 （1）沥青黏度的影响 沥青混合料的黏聚力C是随沥青黏度的提高而增加的，
同时内摩擦角亦稍有提高。 （2）沥青与矿料化学性质的影响（图7.3，图7.4） （3）矿料比面的影响 （4）沥青用量（图7.5） （5）矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响 （6）沥青与初生矿物表面的相互作用 （7）表面活性物质及其作用
第7章 沥青混合料
南华大学城市建设学院杨建明教授
13:06:00
第7章 沥青混合料
最常用沥青路面包括：沥青表面处冶、沥青贯 入式、沥青碎石、沥青混凝土
此外还有沥青玛碲脂碎石路面、透水性沥青路 面、塑料格栅沥青路面、半刚性沥青路面。
13:06:00
第7章 沥青混合料
1、定义 沥青混合料是由将粗集料、细集料和矿粉经人工合理选
四、填料 沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性
岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土 杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流 出，其质量应符合表7.9的技术要求。 粉煤灰作为矿粉使用时，用量不得超过矿粉总量的50% ，粉煤灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指 数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。高速公路、一 级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰作矿粉。 拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用 量不得超过矿粉料总量的25％，掺有粉尘矿粉的塑性指 数不得大于4%。
7.4 普通热拌沥青混合料的组成材料
三、细集料 用于拌制沥青混合料的细集料，可采用天然砂
、人工砂或石屑。 细集产应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并
有适当的级配范围。对细集料的技术要求列表 如表7.6、表7.7、表7.8。
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7.4 普通热拌沥青混合料的组成材料
c和内摩擦角φ两个参数
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7.2 沥青混合料的强度及其影响因素
二、沥青混合料黏聚力和内摩阻角的影响因素 （1）沥青黏度的影响 沥青混合料的黏聚力C是随沥青黏度的提高而增加的，
同时内摩擦角亦稍有提高。 （2）沥青与矿料化学性质的影响（图7.3，图7.4） （3）矿料比面的影响 （4）沥青用量（图7.5） （5）矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响 （6）沥青与初生矿物表面的相互作用 （7）表面活性物质及其作用
第7章 沥青混合料
南华大学城市建设学院杨建明教授
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第7章 沥青混合料
最常用沥青路面包括：沥青表面处冶、沥青贯 入式、沥青碎石、沥青混凝土
此外还有沥青玛碲脂碎石路面、透水性沥青路 面、塑料格栅沥青路面、半刚性沥青路面。
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第7章 沥青混合料
1、定义 沥青混合料是由将粗集料、细集料和矿粉经人工合理选
四、填料 沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性
岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土 杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流 出，其质量应符合表7.9的技术要求。 粉煤灰作为矿粉使用时，用量不得超过矿粉总量的50% ，粉煤灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指 数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。高速公路、一 级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰作矿粉。 拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用 量不得超过矿粉料总量的25％，掺有粉尘矿粉的塑性指 数不得大于4%。
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金渗碳体；
③含量超过一定限度时，形成合金铁素体、合金渗碳体、
202其1/3/他1 合金碳化物。
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合金元素对钢的性能的影响:
①固溶状态：产生固溶强化，使钢的强度提高。
②形成合金渗碳体：合金元素部分替代渗碳体中的Fe
原子，使渗碳体的硬度和稳定性提高，且这种稳定
性较高的合金渗碳体较难溶于奥氏体，较难聚集长
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第二节 合金钢的分类及编号方法
一、分类（P104）
二、编号方法
1.合金结构钢：
用数字+化学元素+数字的方法表示
前面的数其后面的数字表示
合金元素含量，一般以平均含量的百分数表示。
滚珠轴承钢，在钢号前注明“滚”或“G”，后 面的数字则表示铬含量的千分数，如GCr15。
性，使C曲线右移。 ①非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu 等不改变C 曲
线 的形状，只使其右移。 ②碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W 等除使C 曲线 右移 外，还改变其形状。即将C 曲线分裂为珠光体转变 的贝氏体转变两个C 曲线，并在此二曲线之间出现 一个过冷奥氏体的稳定区，其中Cr和Mn推迟贝氏体 转变的作用大于珠光体转变；而Mo、W 推迟珠光 体 转变的作用大于贝氏体的。 2021/除3/1 Co、Al 外，其他合金元素均使Ms 点降低， 12
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②对铁素体单相区的影响：Cr、W、Mo、V、Ti、Al、 Si 等是缩小γ区的元素，它们能使A4 和NJ线下降，此时 钢在冷却时便不发生组织转变，室温下组织铁素体组 织—称为铁素体钢，如含17~28%Cr 的Cr17、Cr25、 Cr28 等铬不锈钢均属铁素体钢。
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②碳化物形成元素：Cr、W、Nb、Mo、Ti、V 阻碍 C
的扩散，缓减奥氏体的形成速度和均匀化.
对奥氏体晶粒大小的影响：
①碳化物形成元素：Ti、V、Nb、Zr⋯⋯阻碍晶粒长大
②非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni⋯⋯阻止晶粒长大；
P、Cu 促进晶粒长大。
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(二)合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定
碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
一、合金元素对钢中的基本相的影响
非碳化物形成元素：溶于铁素体中形成合金铁素体。
碳化物形成元素：
①弱碳化物形成元素如Mn、Cr等，一部分溶入渗碳体形 成
合金渗碳体，其余部分溶于铁素体中形成合金铁素体；
②强碳化物形成元素如W、V等，基本上溶入渗碳体形成 合
工程材料
（工程材料及机械制造基础Ⅰ）
学时：54
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第七章 合 金 钢
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碳钢的主要缺点： 1.碳钢的淬透性低：一般情况下,碳钢水淬的最大淬透直
径为10～15mm。直径过大，则淬不 透，出现内外性能不均。 2.强度低，屈强比低：强度低造成零件截面尺寸增大，
屈强比低则强度的利用率低。 3.回火稳定性差：碳钢淬火后,若其回火温度超过200℃，
易切削钢，在钢号前加“易”或“Y”如Y12 （Mn、Si、C、P）
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2.合金工具钢
与合金结构钢大致相同，只是含碳量的表示方法不同。
含碳量：平均含量≥1.0%时不标出；
＜1.0%时的千分之几表示。
高速钢例外，其平均含碳量＜1.0%时也不标
出。
合金元素:表示方法与结构钢相同。
大，可提高钢的强度、硬度、耐磨性。
③形成特殊碳化物：(VC、TiC、WC、MoC⋯⋯)因其 稳定
性很高，具有高熔点和高硬度，更难溶于奥氏体，
难以聚集长大。随特殊碳化物数量增多，钢的硬度
增大，耐磨性增加，但塑性、韧性下降，特别是当
这类碳化物大小不一，分布不均匀时，钢的脆性显
著增加。
④游离态存在：显著降低钢的强度、塑性和韧性，但
出现脆化的现象.
“第一类回火脆性”：结构钢回火时在350℃附近出 现
的冲击韧性下降的现象。
又称“不可逆回火脆性”。
可用等温淬火取代。
“第二类回火脆性” ：在500-650℃回火后缓慢冷却 出
现的冲击韧性下降现象。
又称“可逆回火脆性”。
2021/3/1 消除：在500～600℃经保温后快冷；
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加入适量的W或Mo元素
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(三)合金元素对回火的影响
1.提高钢的回火稳定性
回火稳定性：是指钢对回火时发生软化过程的抵抗
能力。
原因：合金元素固溶于马氏体中，减慢了碳的扩散，
从而减慢了马氏体及残余奥氏体的分解过程和
阻碍碳化物析出，聚集长大。
2.产生二次硬化
二次硬化：钢在回火时硬度升高的现象。
202可1/3/提1 高切削加工性。
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二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 ①对奥氏体单相区的影响：Ni、Mn 等元素是扩大γ 区的元素，它们使A4 和NJ 线升高，A3 和GS 线 降低，使γ区增大，当扩大γ区的元素含量很高 时，可把A3 点温度降至室温以下，这时钢在室温 下就得到奥氏体组织——称为奥氏体钢
原因:①Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时，在 400℃
以上还会形成弥散分布的特殊碳化物；
②碳化物形成元素含量较高的高合金钢中,残余
奥氏体的稳定性很高,加热到500～600℃仍不
2021/3/1 分解,冷却时部分转变成马氏体。
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3.回火脆性
回火脆性：钢淬火后，在某一温度范围内回火时，
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③对共析成分和温度的影响：无论是扩大γ区的合金 元素，还是缩小γ区的合金均使E 点和S 点左移， 即降低共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解 度。
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三、合金元素对钢的热处理的影响
(一)对钢加热时奥氏体形成的影响
①非碳化物形成元素：Co和Ni，加速奥氏体的形成；
Si、Al、Mn等元素，对奥氏体的形成速度影响不大。
其硬度就显著下降。 4.不能满足一些特殊性能的要求:碳钢不具备如耐热性、
耐腐蚀性、耐低温性 (低温下高韧性)等一些 特殊性能。 所谓的合金钢：为了改善钢的性能，在碳钢的基础上有 意地加入一些合金元素后所获得的钢种。
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第一节 合金元素在钢中的作用
非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Co⋯⋯。