贵州大学机械工程材料及其成型技术基础复习资料

09级工程材料及成形技术基础课复习资料 第1章 零部件对材料性能的要求

⒈ 零件在工作条件下所受力学负荷、热负荷和环境介质的作用。

⒉ 力学负荷分静载荷（拉、压、弯、扭等）和动载荷（交变载荷与冲击载荷）。力学负荷使零件产生变形或断裂；热负荷使零件产生热应力，交变热应力引起材料的热疲劳，温度升高材料的强度硬度下降、塑性韧性升高，高温使材料产生氧化，温度超过0.3Tm时产生高温蠕变；环境介质使金属产生腐蚀和摩擦磨损、使高分子材料产生老化。

⒊ 在弹性变形范围内，△L﹦PL0/EA0，E↑或A0↑→△L↓，即提高材料的弹性模量E或增加零件的横截面积A0均能减少弹性变形。E主要取决于材料的本性，与显微组织关系较小，加工处理对它的影响很小。

⒋ 强度—材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。强度是应力值（MPa），应力极限。强度与组织的关系密切，用于零件的设计计算。 常用的强度指标有屈服强度ζs（适用于

塑性好材料）、条件屈服强度ζ

0.2（适用于塑性差的材料）、抗拉

强度ζb等。

⒌ 比刚度（比模量）—E/ρ；比强度—ζb/ρ。比刚度、比强度大的材料能减轻零件的重量。屈强比—ζs/ζb,表征材料强度的利用程度和工作的安全程度，屈强比高材料强度利用程度高但工作安全程度低。

⒍ 塑性—材料在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力。指标有延伸率δ（δ5）、断面收缩率ψ。同一材料的δ5值大于δ值（δ5＞δ），因颈缩而ψ能较真实地反映材料的塑性好坏。塑性指标不能直接用于设计计算，塑性能降低应力集中，有利于压力加工，提高零件使用的可靠性。 ⒎ 冲击韧性—在一定温度下材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力（αK），强度和塑性的综合指标。冲击韧性对材料的夹杂物等缺陷及晶粒大小十分敏感。一般把冲击韧性值低的材料称为脆性材料，冲击韧性值高的材料称为韧性材料。冲击韧性值随温度的降低而降低。冷脆或韧脆转变温度Tk—冲击韧性值急剧下降时的温度。冲击韧性值不能直接用于零件的设计计算。

⒏ 硬度—材料表面局部抵抗塑性变形或破裂的能力，是反映材料软硬程度的指标，是一种综合性指标。生产中常用的有洛氏硬度（HR）和布氏硬度（HB）。硬度试验简单方便且非破坏性，用于零件的设计和检验。硬度与材料的强度、塑性、韧性有关，对耐磨性和切削加工性有直接关系。

从定义出发，强度高硬度高，塑性韧性就低。提高塑性韧性就要降低强度硬度。硬度对组织不敏感。

⒐ 疲劳强度—当应力低于一定值时，试样在交变应力作用下经无限周期循环而不破坏的应力值（ζ

﹣1）。

⒑ 工程材料的分类分金属材料、有机高分子材料、陶瓷材料和复合材料。

⒒ 各类材料特征 ⑴ 金属材料（金属键）的特征：良好的导电性、导热性、塑性、金属光泽、正的电阻温度系数。⑵ 有机高分子材料（主链间强共价键及大分子链间弱分子键）的特征：密度小，强度低（比强度高），E低，弹性较高，电绝缘性好，优良的减摩、耐磨和自润滑性能，优良的耐腐蚀性能，优良的透光性和隔热、隔音性，可加工性好。但不耐热（＜300℃），可燃，易老化。 ⑶ 陶瓷材料（强离子键或共价键化合物）的特征：熔点高、硬度高、化学稳定性高，极高的弹性模量，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘、热膨胀系数小等优点。部分陶瓷具有特殊功能，作压电材料、磁性材料、生物陶瓷等功能材料。但抗压不抗拉、脆性大、不易加工成形。 ⑷ 复合材料的特征：性能优于组成材料，成分、性能可人为调整设计，材料合成与产品成形大多一次完成。

第2章 材料的内部结构、组织与性能

⒈ 固态物质的晶体与非晶体：晶体具有固定熔点和各向异性（单晶体）；非晶体无固定熔点和各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可以互相转化。

⒉ 金属的三种晶体结构：体心立方晶格，大多具有较高的熔点、硬度及强度，塑性、韧性较低并具有冷脆性。面心立方晶格，大多具有较高的韧性并且无冷脆性。密排六方晶格，大多无冷脆性，但机械性能不突出。

⒊ 晶体缺陷：⑴ 点缺陷—空位、间隙原子和置换原子，破坏晶格的规则性，引起晶格发生畸变，导致金属的强度、硬度、电阻等增加，塑性下降，是内部原子扩散和固溶强化的主要原因。 ⑵线缺陷—位错，金属在退火态时强度硬度最低，塑性高，在此基础上增加或减少位错密度，均使强度升高，位错密度升高是导致加工硬化的主要原因。 ⑶ 面缺陷—晶界和亚晶界，晶粒越细，晶界数量越多，晶界对塑性变形的抗力越大，晶粒的变形越均匀，致使强度、硬度越高，塑性、韧性越好。在常温下晶粒越细力学性能越好，在高温下晶界稳定性差而晶粒越细高温性能越差。晶界增加是细晶强化的主要原因，位错密度增加亚晶细化是加工硬化的主要原因。

⒋ 合金的相结构—固溶体和金属化合物。合金、组元、相、组织的概念。固溶体分间隙固溶体和置换固溶体，保持溶剂的晶体结构，间隙固溶体由过渡族金属元素与原子半径很小的非金属元素（H、B、C、N、O等）组成，为有限固溶体；置换固溶体可形成有限固溶体和无限固溶体。固溶强化—溶质原子溶入引起晶格畸变，使强度、硬度提高、塑性、韧性降低的现象。固溶体是合金的基本组成相（基体相），可单独使用。金属化合物（有金属键结合，具有金属特性）分正常价化合物、电子化合物（前两种仅出现在有色金属中）、间隙化合物。金属化合物一般具有很高的熔点、高的硬度和较大的脆性，不能单独使用（强化相）。在固溶体基体上弥散分布适当的金属化合物，可提高材料的强度、硬度和耐磨性，即弥散强化（或沉淀强化）。机械混合物—由固溶体或金属化合物混合在一起形成的多相固体组织，性能介于组成相之间（与组元种类、数量、形态、大小和分布有关）。 ⒌ 有机高分子材料的结构 单体、链节、聚合度、聚合反应。单个大分子链的形状分线型分子结构、支链型分子结构和体型分子结构。线型高分子的聚集状态分晶态、部分晶态和非晶态，体型聚合物只能为非晶态（玻璃态）。 ⒍ 陶瓷材料的结构 组成相有晶体相、玻璃相和气相，晶体相常为硅酸盐、氧化物和非氧化物，主要决定陶瓷的性

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