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第二章 材料的性能

1、布氏硬度

布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。

缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。

适于测量退火、正火、调质钢,

铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。

2、洛氏硬度

HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。

HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。

HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。

洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。

缺点：测量结果分散度大。

3、维氏硬度

维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。

4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。

分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。

5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。

6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。

7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。

第三章 金属的结构与结晶

1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。

晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。

由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。

组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。

晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。

①体心立方晶格

晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。

属于体心立方晶格的金属有 铁、钼、铬等。

②面心立方晶格

原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个）

典型金属（金、银、铝、铜等）。

③密排六方晶格

每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。

典型金属 锌 等。

2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。

晶体中的缺陷

1）点缺陷包括 空位、间隙原子、置换原子。

点缺陷的形成主要是由于原子在以各自的平衡位置为中心不停的作热振动的结果。

2)线缺陷：在三维空间中两维方向尺寸较小，另一维方向的尺寸相对较大的缺陷。

位错是晶格中的某处有一列或若干列原子发生了某些有规律的错排现象。

位错的基本形式：刃型位错、螺型位错。

提高位错密度是金属强化对重要途径之一。

1） 面缺陷：尺寸在一维很小，另两维较大的缺陷。

常见的是：晶界和亚晶界

1.2 凝固

1） 晶体的结晶

自由能的减少量等于在变化过程中所研究的物质可对外界做功的能量。

一个变化的自由能减少，则自发；自由能增加，则非自发。

结晶的温度条件：在该温度下固态自由能<液态自由能

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷度越大，液固之间能量状态差越大，促使液体结晶的驱动力越大。驱动力达到一定值时，结晶才能进行。

冷却速度越快，过冷度越大。

2） 非晶体的结晶

非晶体是一种长程无序，短程有序的混合结构；性质上表现为各向同性。

非晶体的凝固是在一个温度范围内逐渐完成的。

1.2.2金属的结晶

1、液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差DT称过冷度， T= T0 –T1

2、金属的结晶过程

金属是由许多外形不规则，位向不同，大小不同的晶粒组成的多晶体。

金属结晶过程中，晶核形成有两种形式：均匀形核和非均匀形核。

由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。

以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。

3、影响形核和长大的因素及晶粒大小控制

影响形核和长大的重要因素：冷却速度（或过冷度）和难熔杂质。

过冷度较小时，形核率变化低于长大速度，晶核长大速度快，得粗晶粒。

过冷度较大时，形核率的增长快些，得细晶粒。

改变过冷度可控制结晶后晶粒的大小，过冷度可通过冷却速度来控制。

冷却速度越快，过冷度越大，晶粒越细，金属的性能越好（强度、塑性、韧性）。

4、细化晶粒是提高金属材料性能的重要途径之一。（细晶强化）

（1） 增大过冷度

1、金属型代替砂型2、增大金属型厚度3、降低金属型预热温度4、提高液态金属的冷却