工程材料c范文

工程材料工程材料c c范文范文 材料分类1 按使用性能分为结构材料与功能材料 2 按结合键分为 金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料 3 按应用领 域分为机械材料 电子材料 建筑材料 能源材料 生物材料 航 天航空材料 日用品及办公用品材料等等 4 按使用的广泛程度分 为传统材料和新型材料 5 按分为天然材料和人工材料 6 按状态 分为气 固 液 7 按结晶状态分为单晶体 多晶体 非晶体 结构材料结构材料以使用材料的力学性能为基础 能在常温下承受 外加载荷而保持其形状和结构稳定 材料的结合键与其特性1 金属键没有饱和性和没有方向性 1 良好的导电性 导热性 2 温度升高 电阻增大 3 金属不透明 有光泽 4 相对于玻璃 陶瓷 具有良好的延展性 塑性 2 离子键作用力强 没有方向性 具有饱和性 离子晶体的熔点高 硬度大 热膨胀系数小 脆性大 几乎没有塑 性 自由电子被束缚 决定了其具有良好的绝缘性和无色透明 可 见光 3 共价键作用力强 具有方向性和饱和性 金刚石 SiC共价晶体具有熔点高 硬度高 脆性大 导电性能差 几乎没有塑性4 分子键非键合引力 范德华力无方向性 无饱和性 氢键具有方向性和饱和性 相对其他键合力它最弱 熔点低 硬度低 良好的绝缘性金属材料优点兼有良好力学性能 较高强度 刚度 塑 性 韧性 及某些物理化学性能 良好导电 导热性等 和较好的工艺 性 价格便宜或适中 大量用作结构材料 部分用作功能材料 缺点资源有限 特高温及特殊介质中不能胜任 强度材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力 塑性材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力 硬度材料抵抗硬物体压入其表面的能力或材料抵抗局部塑性变形的 能力 是衡量材料软硬程度的指标 刚度材料抵抗弹性变形的难易程度 弹性极限 e 即材料承受最大弹性变形时的应力 屈服强度 s材料发生微量塑性变形时的应力值 抗拉强度 b材料断裂前所承受的最大应力值 纯金属的抗拉强度较低 铁的为200MPa 铜60MPa 铝40MPa 含碳0 2 的碳钢为350MPa 含碳0 4 的碳钢为500MPa 含碳0 6 的 碳钢为700MPa 合金钢的为1000 1800MPa 布氏硬度 HB 原理测量HB HB越大 材料越硬 HB P 压痕表面积 单位N mm2特点被测面积大 精度高 不适于太薄 太硬物体 成 品件 适用范围HBS 450 S 淬火钢球 HBW450 650 W 硬质合金 退火 正火 调质钢 铸铁及有色金属等洛氏硬度 HR 原理二次加载一次卸载 测量压痕深度 以压痕深度的大小 h 表示 材料的硬度值 实际上HR k h 0 002 压头有金刚石圆锥压头和钢球压头 特点简单迅速 适用范围广 硬度值可直接读 压痕小可在工件上 进行试验 软硬材料均适用 适用范围HRA 金刚石头 490N主试验力 硬质合金 表面淬火层或 渗碳层 HRB 钢球 882N主试验力 有色金属和退火 正火钢等 H RC 金刚石头 1373N主试验力 调质钢 淬火钢等60 65 维氏硬度 HV 也称为显微硬度原理与布氏硬度相同 但压头为正 四棱锥金刚石压头 可通过测量压痕对角线长度d 后查表得到HV值 特点载荷小压痕浅 适用范围广适用范围表面硬化层 金属镀层 薄片金属 金相组织中的相 冲击韧性材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力 材料的冲击韧性随温度下降而下降 低温脆性晶体的定义原子 离 子或分子 在三维空间按一定规律呈周期性排列的固体 晶体的特征熔点一定 各向异性 单晶体 1 点缺陷 1 空位 2 同类 间隙原子 3 异类原子 2 线缺陷 1 刃型位错 2 螺型位错 3 面缺陷 1 晶界 2 亚晶界晶体缺陷对性能的影响 1 实际金属的强度远远小于理想金属 因为位错的存在 2 对实际金属来说 晶体缺陷越多 尤其位错 强度增加 硬度 增加 塑性下降 韧性下降 强度和塑性是一对矛盾 因而 可利 用缺陷来强化材料 如固溶强化 点缺陷 加工硬化 线缺陷 细晶强化 面缺陷 等方式 结晶的过冷现象过冷就是指液态金属实际冷却到理论结晶温度 熔点 以下而暂不结晶的现象 液态金属 形核 晶核长大 完全结晶形核方式自发形核 均质形核 非自发形核 非均质形核 晶体生长方式 1 平面长大 小体积液体 2 枝晶长大 实际金属 N G越大 结晶越快孕育期 结晶 温度越低 T越大 越短晶粒大小对性能的影响d 晶粒度 晶 粒多 塑性韧性晶界多 强度硬度结晶时细化晶粒的方法 1 增加过冷度 2 进行变质处理 3 机械振动或超声振动相图概念表示合金系在平衡条件下 合金 状态与温度 成分之间关系的图解 揭示不同温度 成分下合金系中各相得平衡关系 匀晶相图定义两组元在液态和固态下均能无限互溶所构成的相图 称为匀晶相图 具有匀晶相图的二元合金结晶时发生匀晶转变 从液相结晶出单相 的固溶体 杠杆定理液相成分的含Ni量为CL 固相成分含Ni量为C 设合金的总重量为m 液相重量为QL 固相重量为Q 则如果这种 化学成分的不均匀发生在一颗晶粒内部 称为 晶内偏析 相的定义 广义 在一个系统中 成分 结构相同 性能一致的均 匀的组成部分 组织的概念 将一小块金属材料用金相砂纸磨光后进行抛光 然后用 腐蚀剂侵蚀抛光面 在金相显微镜下观察 可以看到金属内部微观组成的形貌 材料内部的微观组成称做显微组织 简称组织 组织由数量 形态 大小和分布方式不同的各种相组成 金属材料的组织可以由单相组成 也可以有多相组成 组织是相的微观形貌 相在显微镜下的形貌 成分为c的Ni Cu合金的平衡结晶过程平衡结晶过程中 合金的液相L与固相 的成 分分别沿相应的液相线 红粗实线 和固相线变化 绿粗实线 初始成分为c的Ni Cu合金经过 1 2 3 4四个点冷却至室温 2点时从成分为c的液相L中初次结晶出成分 为2 的固相 冷却至3点时 液相L中结晶出的固相 增加 液相L 的成分变为3 固相 的成分变为3 冷却到4点时 最后一部分成 分为4 的液相L转变为成分为4 c 的固相 合金的相结构 指晶体结构 形式固溶体 金属化合物 固溶体 定义 合金组元通过溶解 溶质 溶剂 形成一种成分和 性能均匀且结构与组元之一相同的固相称为固溶体 固溶体的分类按照溶质原子在溶剂晶格中的位置可以分为置换固溶 体和间隙固溶体 按溶解度的大小分为有限固溶体和无限固溶体 按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点分为无序固溶体和有序固溶体 金属化合物 定义 合金组元相互作用形成晶格类型和特性完全不 同于任一组元的新相叫金属化合物 一般可用化学式表示 如CuZn Fe3C 渗碳体 等 金属化合物是许多合金的重要组成相 具有熔点高 硬度高 脆性 大的特点 在合金中主要作为强化相 共晶相图亚共晶合金结晶过程分析合金液体在2点以前发生匀晶转变 L 此时 QL Q 30 19 2 61 9 30 QL Q QL 30 19 2 61 9 19 2 这样 液相含量wL 30 19 2 61 9 19 2 25 3 w 1 25 3 74 7 或 61 9 30 61 9 19 2 74 7 冷却到2 点 发生共晶反应 此时剩余液相的成分随液相线变化至 共晶反应成分E 便发生固定成分 恒定温度的共晶反应 LE C D 共晶体 转变终了组织为 C C D 共晶体 思考此时 C D 共晶体的含量是多少 C含量是多少 随温 度下降 先析出 相中Sn的溶解度沿曲线CF线变化而不断减少 开 始析出Sn Sn以 固溶体的形式从 固溶体中析出 这种由固相中析出的另一个固相称之为次生相或二次相 以 这里忽略了 C D 共晶体在冷却至室温过程中分别析出的 思考估算室温下的 相的 重量 含量 是由高温初生相 C冷却过程中析出的 C 估算时 室温下金属的溶解度可认为是零 即F G点可视为零 w 74 7 19 2 0 100 22 4 亚共晶合金结晶后的最终组织为 过共晶合金结晶 过程分析含Sn量小于19 2 的Pb Sn合金结晶过程分析3点以前为匀晶转变 结晶出单相 固溶体 温 度降到3点以下 固溶体被Sn过饱和 由于晶格不稳 开始析出 相 结晶过程可用下列流程表述合金室温组织为 含Sn量大于97 5 的Pb Sn合金结晶过程分析合金室温组织为 纯铁的同素异构转变金 属的多晶型性 同素异构现象 固态金属在不同的温度和压力范围 内 具有二种或二种以上晶格结构的现象多晶型转变 同素异构转 变 符合形核 长大的结晶规律转变过程恒温 可逆纯铁的同素异 构转变铁素体 用符号F表示 碳溶于 Fe中所形成的间隙固溶体晶格结构BCC最大溶解度0 0218 727 性能组织 b 180 280MPa 0 2 100 170MPa HBS 50 80 30 50 70 80 ak 160 200J cm2 铁素体碳溶于 Fe中所形成的间隙固溶体最大溶解度0 09 1495 奥氏体 用符 号A表示 定义碳溶于 Fe中所形成的间隙固溶体 高温组织 晶格结构FCC最大溶解度2 11 1148 性能组织 b 400MPa HBS 170 220 40 50 高塑性 无磁性渗碳体 Fe3C含碳量 6 6 9 定义Fe与C所形成的金属化合物晶格结构复杂正交性能HBS 800 0硬而脆 耐磨性好 亚稳定Fe3C3Fe C 石墨 石墨晶格结构 简单六方性能 加工性能 机械性能珠光体 P 定义F与Fe3C所形成 的机械混合物 平均含碳量0 77 性能组织 b 750MPa HBS 180 20 25 ak 30 40J cm2综合性能莱氏体 定义A与F e3C所形成的机械混合物 平均含碳量4 3 性能组织硬而脆铁碳合 金的结晶过程分析 1 共析钢 wc 0 77 室温平衡组织 100 P F和Fe3C 2 亚共析钢 0 0218 根据杠杆定律反算 在GPS两相区 设支点成分为x wF 0 77 x 0 77 0 02 90 x 0 095 3 过共析钢 0 077 4 工业纯铁 wc洛氏硬度压头 维氏硬 度压头 2 三种硬度计的适用范围不同 这主要是由硬度计的压头材料及 压头的几何尺寸所决定的 维氏硬度计几乎适用于所有硬度的材料 由于压痕痕迹小 可特别 用于薄层材料 如镀层 和精密加工的成品零件的检验 此外 维氏硬度又叫显微硬度 可用于测量传统金属材料的显微组 织的硬度 布什硬度计适用于像退火钢 正火钢 铸铁和有色金属等较软的材 料 由于其压痕痕迹可肉眼识别 故只能用于软材料的非成品件检 验 如钢材的检验 洛氏硬度计配备金刚石圆锥压头后可测量几乎所有硬度的材料 但是 其硬度压痕大于维氏 对于精密的成品件零的检验需慎用 3 三种硬度计测量结果的获得方式不同 布氏硬度需测量球冠压痕在材料表面留下的圆的直径 然后根据直 径 所加载荷查表得到 洛氏硬度计可直接从表盘上读出示数 维 氏硬度计需测量压痕在被测材料表面所留菱形的两对角线的平均值 然后查表或由机器自动换算显示 2 下列各工件应采用何种硬度试验测量硬度 1 硬质合金铣刀洛氏硬度计 金刚石压头 HRA标尺 慎用如 果刀具要求表面美观不能用 维氏硬度计 2 淬火碳钢的刀具布氏硬度计 配上硬质合金压头 洛氏硬度 计 配上金刚石压头 维氏硬度计 3 供应状态的碳钢三种硬度计都能适用 但是得配上相应的压头 4 铝合金活塞只能用维氏硬度计 因为铝合金活塞通常属于精密 的成品件 3 近日 西安百家黑企业使用拉细的钢筋盖大楼 造成极其恶劣的 社会影响 媒体披露 钢筋瘦身一毫米 利润惊人 黑企业将钢筋直径由10mm冷拉至9 2mm 假设钢筋被均匀拉细未发生 颈缩 然后每吨钢筋只按照长度要求销售给工地 钢材密度7 85g cm3 钢材的价格大约4000元 吨 问 1 拉细这样的钢筋1吨 黑企业可牟利多少钱 2 10mm的一级钢筋经过这样的拉细 伸长率是多少 根据国家关 于钢筋加工的相关规定 盘圆一级钢筋允许冷拉 以对钢筋进行调 直并去掉其表面的锈迹 方便使用 按照国家标准 盘圆一级钢筋的冷拉率不宜大于4 冷拉率为钢筋冷拉伸长值与钢筋冷拉前长度的比值 问根据国家规定 这批钢材还能用吗 3 结合低碳钢拉伸过程中的加工硬化原理 说明这样的钢材用来 盖大楼会有什么危害 1 钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9 2mm 由于拉伸过程钢筋均 匀变形 故可用拉伸前后体积与质量的简单关系建立方程 设1吨直径为10mm的钢筋的初始长度为L0 拉至9 2mm后长度变为L1 将计算单位统一至m Kg后得 4 0 01 2 L0 7 85 103 1 000 L0 1622 8m 4 0 0092 2 L1 7 85 103 1000 L1 1917 3m这样 1吨钢筋由直径10mm被均匀拉至直径9 2mm 总长可增 加 L L1 L0 1917 3 1622 8 294 5m当这种10mm的钢筋被瘦身后 无视直径尺寸要求 按 照长度进行销售时 可多牟利4000 1622 8 294 5 725 9元 2 钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9 2mm 冷拉率 1917 3 1622 8 1622 8 100 18 15 大大超过国家规定的盘圆钢筋拉 直的规定冷拉率 4 所以这批瘦身后的钢筋是不合格的 3 由于这批钢筋在瘦身处理中的冷拉率严重超过国家标准 虽然 瘦身后钢筋未发生颈缩 但是提早消耗了大量的塑性 用这样的钢筋盖成的楼房一旦遇到地震等强烈外来冲击 混凝土中 的钢筋在提供部分的塑性变形后就直接断裂 致使楼房直接坍塌 而质量过关的钢筋由于具有充分的塑性变形能力 用其盖的楼房即 便最终完全倒塌 钢筋也只是弯曲而不断裂 主要回答依据是塑性 其他关于瘦身钢筋在使用中弹性 屈服强 度会降低等概念都是错误的 Q235A F屈服强度为235MPa的A级 沸腾钢 结构钢 Q390E低合金高强度结构钢16Mn低合金高强度结构 钢20Mn平均含碳量为0 2 含Mn0 7 1 2 的优质碳素结构钢09MnNb平均含碳量为0 09 含有Mn元素和Nb元 素的合金结构钢45平均含碳量为0 45 的优质碳素结构钢40Cr平均含 碳量为0 4 含有Cr元素的合金结构钢T8MnA平均含碳量为0 8 含M