目录 第一章金属材料的机械性能 第一节强度和刚度 (1) -、强度…… (1) 二、刚度 第二节塑性… 第三节硬度 、布氏硬度 3) 、洛氏硬度…… 4) 三、维氏硬度 第四节冲击韧性…… (5) 次摆锤冲击试验 (5) 二、多次冲击试验 第五节疲劳强度… (7) 金属疲劳断裂的特点… (7) 曲线 三、影响疲劳强度的主要因素…… …(8) 第六节断裂韧性… …:(9) 一、基本概念 二、断裂韧性的评定 复习思考题 (10 第二章金属的晶体结构与结晶 第一节金属特性与金属键 (12) 第二节金属的晶体结构 幽 、品体的基本概念………… 、三种常见的金属晶格… 晶体中原子排列的紧密程度 、晶顫及晶向………………… (17) 五、金属的实际晶体结构… 第三节金属的结晶 结晶的概念……… 二、结晶过程………… (24) 三、影响晶粒大小的因素 四、金属锭的组织特征…………… (25)
复习思考………… (26) 第三章金属的塑性变形和再结晶 第一节金属刑塑性变形… !(28) 、单晶体金属的塑性变形… 、多晶体金属的塑性变形 三、位错密度与金属强度的关系 第二节塑性变形对金属组织和性能的影响…………… 塑性变形对金属组织的影响 (33) 、塑性变形对金属性能的影响… 第三节变形金属在加热时组织和性能的变化…………………………………(36) 、回复、再结晶和晶粒长大………………………… (36) 二、再绪晶温度和再结晶后的晶粒度 ……(37) 第四节金属的热变形…… 复习思考题 (40) 第四章合金的结构与相图 第一节固态合金中的相结构 、固溶体 二、化合物… (43) 第二节二元合金相图的建立… 第三节匀晶相图 、相图分析…… 二,合金的结晶过程……… 三、固溶体合金中的偏析 四、二元合金相圈的杠杆定律…… 第四节共品相圈……… 、简单共晶相图 二、一般共品相图……… 第五节其它类型的二元合金相图 54) 、包晶相图…… ………(54) 共析相图 三、形成稳定化合物的相图 …(65) 第六节合金性能与图的关系 (55) 合金机槭性能与相图的关系 二、合金铸造性能与相图的关系 复习思考题 ……(56)
第五章铁碳合金 第一节纯铁的同素异晶转变 第二节铁碾合金的基本组织 (60) 、铁素体………… 二、奥氏休 ,.+, 三、渗碳体 …(61) 四、珠光体…… (61) 五、莱氏体 (62) 第三节铁碳合金相图 (62) 、Fe-Fe3C相图的主要特性点… FeFe2C相图的主要特性线 三、铁碳合金的分类………………………………… …63) 四、典型铁碳合金结晶过程分析 五、铁碳合金成分、组织和性能的变化规律 六、 Fe-Fe.c相图的应用 第网节钢铁生产简介……… …(71 、钢铁生产过程……………… 的冶炼… 三、钢的冶炼… 、镇静钢、半镇静钢和沸腾钢 第五节碳钢 、常存杂质对钢性能的影响 碳钢的分类、编号和用途 复习思考题 (82) 第六章钢的热处理 第一节钢在加热时的组织转变……… 、奥氏体的形成… 二、奥氏体晶粒的长大 第二节氰在冷却时的组织转变 …………(87) 过冷奥氏体等温转变曲线图……… 二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线图… 95) 第三节钢的退火和正火 …(96) 二、正火… 第四节钢的淬火 淬火目的 、粹火温度的选择… (98)
三、淬火冷却介质… (99) 四、常用淬火方法 五、钢的淬透性 ……(1101) 第五节钢的回火………………… 、回火目的………………… …(104) 二、钢在回火时的组织转变 三、钢在回火时的机械性能变化 四、回火种类及应用 第六节钢的表面淬火 、感应加热表面淬火 (109) 二、火焰加热表而淬火…… (110) 第七节钢的化学热处理 (111) 、化学热处理的基本过程 (111) 钢的渗碳 三、钢的氮化 (114) 四、钢的碳氮共渗 49b4+ (116) 第八节熟处理新技术简介 …(117) 真空热处理 二、形变热处理 (118) 三、离子氮化… 四、离子沉积…………… 第九节热处理应力、变形及裂纹 …(121) 热处理应力 二、热处理变形 三、淬火裂纹 …(124) 第十节热处理与零件设计的关系 …124) →、热处理对零件绪构工艺性的要求………… 二、合理制订热处理的技术条件 三,热处理技术条件在图纸上的标注 第十一节热处理工艺的优化设计概念 …127) 、基本概念 (127) 二、热处理工艺流程及范的优化设计 复习思考题…… (128) 第七章合金钢 第一节合金元素对钢性能及热处理的影响…………… (131) 、合金元素对钢机槭性能的影响… 二、合金元素对钢的物理、化学性能的影响… 三、合金元素对热处理的影响 134
第二节合金钢的分类及编号 、合金钢的分类 合金钢的编号 (136) 第三节合金结构钢 (137) 低合金结构钢 (137) 二、易切削结构钢 三、合金诊碳钢 四、合金调质钢 五、合金弹簧钢………… 143) 六、滚动轴承钢 (145) 第四节合金工具钢 (146) 、刃具钢 模具钢 三、量具钢 :·“ 第五节特殊性能钢及硬质合金· (155) 、不锈钢 (155) 二、耐热钢 三、耐磨钢 (159) 四、硬质合金 复习思考题…… (161) 第八章铸铁 第一节铸铁中的石墨化过程………………… (163) 、铸铁中碳的存在形式 (163) 二、铁碳合金的双重相图 三、影响铸铁中石墨化的因素 四、铸铁中石墨的作用 第二节灰铸铁 三节可锻钅 (169) 、黑心可锻铸铁… (169) 二、珠光体可锻铸铁 三、白心可锻铸铁……… (171) 第四节球昼铸铁 +…(171) 第五节合金铸铁… ………(173) 、耐磨铸铁…… 二、耐热铸铁 三、耐蚀铸铁 复习思考题…… …(174)
第九章有色金属及其合金 第一节铝及铝合金 (176) …(176) 第二节铜及铜合金… ……(181) …(181) 二、黄铜 …(182) 三、青铜 …(184) 四、白铜 (187) 第三节钛及钛合金… (187) (187) 二、钛合金 (187) 三、钛及钛合金的应用 …189) 第四节滑动轴承合金 (189) 、锡基轴承合金…… 、铅基轴承合金 (191) 三、铜基轴承合金…………………" (191) 四、铝锡轴承合金… (191) 五、各类轴承合金的比较 复习思考题… (192) 第十章机械工程非金属材料 第一节高分子材料的基本知识 194) 、高分子化合物的组成 (194 二、高分子化合物的聚合方法 三、大分子链的几何结构…… 四、大分子的聚集态结构…… 五、高聚物的物理状态 六、高聚物的强化途径和防老化措施…… 第二节工程塑料… 、塑料的组成… …(200) 二、塑料的分类……… (201) 工程塑料的特性 (201) 四、常用的工程塑料…… 五、塑料的成形和加工 第三节合成橡胶…… 第四节陶瓷 第五节复合材料的概念… (298)
复习思考题…… ……(209) 第十一章机械零件的选材 第一节金属零件的失效分析…… 第二节选用材料的一般原则 ………212) 、使用性能… 工艺性能 ……(213) 三、经济性… (214) 第三节齿轮的选材及其热处理… ……(215) 一、齿轮的工作条件及损坏形式 (215) 二、对齿轮材料的性能要求 (216) 三、齿轮常用材料及热处理… 第四节轴的选材及其热处理… (217) 、轴的工作条件及损坏形式 二、对轴材料的性能要求 三、辅的常用材料及热处理…… 第五节机座及箱体类零件的选材及其热处理 二机磨及第体类零件的工件条想求 三、机座及箱体类零件的常用材料及热处理… 第六节塑料零件的选材… (220) 常用工程型料的相对价格 、几种主要类型塑料零件的选材… 复习思考题………… 附录实验指导书 实验一金相试样制备及工业纯铁组织观察 实验二铁碳合金平衡组织观察…… 实验三金展材料的硬度试验… 实验四碳钢的热处理操作… 实验五碳钢不平衡组织、铸铁和有色金属的组织观察…………
第一章金属材料的机械性能 材料能源与信息是现代技术的三大支柱。金属材料,特别是钢铁,在机械制造工业中很 到了广泛的应用。这是因为它具有制造机器所需要的物理、化学和机械性能,并且可以用不同 的工艺方法,如铸造锻压、焊接和切削加工等方法制成所需要的机械零件,即具有良好的工艺 性能。本章主要介绍金属材料的机被性能。 金属材料的机械性能是在外力作用下,所表现出来的特性,主要有强度、刚度、塑性、硬度、 冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等 第一节强度和刚度 在外力作用下,材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。为了测定金属材料的强度,广泛采 用拉伸试验的方法。试验时,首先将材料制成图1-1所示的标准拉力试棒,把它夹持在拉伸试 验机的夹头上,然后逐渐增加拉力,直至试棒被拉断为止。在拉伸过程中,试验机自动记录了 拉力和伸长量,并绘出它们之间的关系曲线,称为拉伸曲线。图1-2为低碳钢的拉伸曲线。图 图1-1拉力试棒 图1-2低碳钢的拉伸图 中0段,即外力不超过F时,试棒只产生弹性变形,当外力去除后,试棒就恢复到原来长度 当外力超过F时,试棒除发生弹性变形外,还发生塑性变形,外力去除后,试棒不能恢复到原 有长度。如继续增大外力,超过S点时,拉伸曲线上就出现了近似水平的线段,此时试棒所受外 力虽不再增加,但变形却继续增加,这种现象称为屈服”,点称为服点。屈服后试棒开始产 生明显的塑性变形。当外力继续增加至b点时,试棒截面出现局部变细的“缩颈”现象。因为 截面变小,继续变形所需的外力也就减少,外力达到F,时,试棒在缩颈处被拉断 为了进行比较,强度指标通常以应力形式表示。当材料受外力而未截坏时,其内部产生与 外力相平衡的抵抗力,单位截面上的抵抗力称为应力,即应力(a)=拉力(F)/原始截面积
(A 根据拉伸图,可以得出强度、刚度和塑性等常用的机械性能指标。 (一)屈服强度(屈服极限) 材料产生屈服现象时的应力称为屈碾强度,以表示。 (MPa) 式中F试棒产生屈时所承受的最大外力(N) A4—试棒原始截面面积(mm2)。 除低碳和中碳钢(包括合金钢)等少数金属材料有屆服现象外,大多数金属的屈服点很难 测定,通常规定产生02%的塑性变形时的应力作为屈服强度,以表示。 (二)抗拉强度(强度极限) 材料在断裂前能承受最大外力时的应力称为抗拉强度,以0表示。 (MPa) 式中F—试棒拉断前能承受的最大外力(N)。 材料的强度愈高,所能承受的外力愈大。对于大多数机械零件不允许产生塑性变形,所 以屈服强度指标是塑性材料设计时的依据:对于脆性材料(如灰口铸铁),拉伸时没有屈服现 象,则用抗拉强度指标作为零件设计时的依据。 二、刚度 材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。刚度的大小以弹性模量E衡量。在弹性范围内: 式中一应变试棒的相对伸长量(=A(联楼) 弹性模量相当于引起单位变形所需的应力在拉伸曲线上表现为oe的斜率。弹性模量愈 大,表明在一定应力作用下,产生的弹性变形愈小,即刚度愈大 般机器零件都在弹性状态下工作均有较大的刚度要求。如镗孔用的键刀杆,若刚度不 足,加工的内孔就会有锥度,影响加工精度。所以,对于要求精度高的机械零件,如精密机床的 主轴箱体床身等,都应具有大的刚度,选择弹性模量大的材料。钢的弹性模量E,在室温下 约在19×10~22×10°MPa之间,并随温度升高而降低 弹性模量是一个对金属组织不敏感的机械性能指标其大小和组织关系不大。因此,热处 理、合金化、冷变形等金属强化手段对其作用都很小。 第二节塑性 材料在外力作用下产生塑性变形商不断裂的能力称为塑性。塑性指标用伸长率8和断面 收缩率ψ表示。 6 x100%
式中L。试棒的原始标距长度mm) L一试棒拉断后的标距长度mm) A试棒原始截画面积mm3) A1—试棒断口处截面画积mm2)。 对于同样树料,用不同长度的试棒测得的伸长率数值是不同的。因为试棒拉断后其伸长 包括均匀钟长与颈处的局部伸长两部分。对于一定直径的试棒其标距长度愈大,则局部伸 长对试棒总伸长量的影响就愈小,延伸率也就愈小。因此,对不同尺寸的试棒应标以不同的符 号。例如,长度为直径5倍的试棒,测得的伸长率用6表示用长度为直径10倍的试棒,则以 810表示,10通常写成b。 断面收缩率φ与试棒尺寸无关,但对材料质量引起的塑性改变,比b敏感,所以断面收 缩率能更可靠地代表材料的塑性。 伸长率和断面收缩率愈大,材料的塑性愈好。材料具有一定的塑性才能进行压力加工,如 冲压、锻造等。此外,具有良好塑性的零件,万一超载不致于立即断裂,因此重要的机械零件必 须具有一定的塑性。一般认为8<5%的材料为脆性材料。 第三节硬度 金属表面局部体积内抵抗更硬物体压入的飴力称为硬度。硬度愈离,表明金属抵抗局部 塑性变形的能力愈大,塑性变形愈困难。 测试金属硬度常用的方法有:布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度 布氏硬 布氏硬度试验原理是用一个直径D的淬硬钢球或硬质合金球,以一定的载荷F,将其压 入金属表面(图1-3),并保持一定的时间,而后卸除载荷,测量在金属表面上压出的压痕直径 d,即可计算压痕积A。然后根据所加载荷F的大小,求出单位面积上所承受的平均应力 值其值就作为硬度指标,称为布氏硬度。根据国家标准(GB231-84)规定:硬度值写在布氏 硬度符号前。当压头用淬火钢球时,符号为HBS;压头用硬质合金球时,符号为HBW。写成 公式如下: 卸载 钢材 图1-3布氏硬度试验原理示意图 HB F DhID(D-Y
