绪论材料的发展：公元前1200年左右，人类进入了铁器时代，开始使用的是铸铁，以后制钢工业迅速发展，称为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。
20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为“发明之母”和“产业的粮食”的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为“高分子时代”、“半导体时代”、“先进陶瓷时代”和“复合材料时代”等种种提法。
在当今新技术革命波及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个“材料革命”的新时代。
1.金属材料金属具有正的电阻温度系数，通常有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和高的光泽。
包括纯金属和以金属元素为主的合金。
在工程领域有把金属及其合金分为两类：（1）黑色金属，即铁和铁基合金（钢铁及合金钢）；（2）有色金属，黑色金属以外的所有金属及其合金，常见有铝及铝合金，铜及铜合金等。
金属材料一般有良好的综合机械性能（强度、塑性和韧性等），是工程领域应用最广的材料。
金属材料是当今工程领域应用最广的材料材料的发展2.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。
3.复合材料由两种或两种以上材料组成，其性能是它的组成材料所不具备的。
复合材料可以有非同寻常的刚度、强度、高温性能和耐蚀性。
按基本材料分类，它可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料等。
复合材料具有极其优异性能，质轻，强度高，韧性好，可制作运动器材，而在航空航天领域更是无可替代。
第一章金属的主要性能教学目标:１.了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理；２．强调各种力学性能指标的生产实际意义；３．了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。
第一节强度和塑性一、拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定《金属拉伸试样》有：圆形、矩形、异型及全截面．常用标准圆截面试样。
长试样：L 0=10d 0;短试样：L 0=5d 0第一节强度和塑性pe 段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s 段）：屈服阶段；op 段：比例弹性变形阶段；sb 段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。
b 点：形成了“缩颈”。
bk 段：非均匀变形阶段，承载下降，到k 点断裂。
断裂总伸长为Of ，其中塑形变形O g(试样断后测得的伸长)，弹性伸长4.应力与应变曲线(1)应力σ：单位面积上试样承受的载荷。
这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S 0表示:F载荷( N ) σ= —— ( M pa )S 0 原始横截面积( mm 2) (2)应变ε：单位长度的伸长量。
这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:Δl 伸长量(mm )ε = ——l 0 原始长度( mm)(3)应力－应变曲线（σ- ε曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同5.不同材料的拉伸曲线二、强度和刚度1.弹性: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拉伸试样2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。
即：E=σ / ε材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。
(1)布氏硬度HB ( Brinell-hardness符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。
如:120HBS10/1000/30表示直径为10m的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s得的布氏硬度值为120。
(2)洛氏硬度HR ( Rockwll hardness )(3)维氏硬度HV( diamond penetrator hardness )(5) 锉刀法:一组硬度差为5HRC的锉刀。
例如:10HRC、15HRC、20HRC等。
六.冲击韧性( notch toughness ):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
冲击试样和冲击试验示意图试样冲断时所消耗的冲击功A k为:A k = m g H – m g h (J)钢材的循环次数一般取N = 107有色金属的循环次数一般取N = 108八.比强度( specific strength ):材料的强度值与密度值之比。
作业１．熟悉拉伸曲线２．掌握强度及塑性指标，了解这些指标在工程上的应用．第二章金属的晶体结构第一节金属与合金的晶体结构内容:金属的晶体结构合金的晶体结构实际金属的晶体结构目的:掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备一、晶体的基本知识（一）、晶体与非晶体固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为体和非晶体两大类。
在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
非晶体中原子（或分子）则是无规则的堆积在一起。
（如松香、玻璃、沥青）不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。
这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度提高的现象，称为固溶强化。
三、实际金属的晶体结构（一）、金属材料都是多晶体我们把晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。
单晶体只有经过特殊制作才能获得。
实际上，常使用的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的限制，其内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。
这些小晶体就是晶粒，它们之间的交界即为晶界。
在一个晶粒内部其结晶方位基本相同，但也存在着许多尺寸更小，位向差更小的小晶粒，它们相互嵌镶成一颗晶粒，这些小晶块称为亚晶粒，亚晶粒之间的界面称为亚晶界（二）、晶体的缺陷晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整。
把这些区域称为晶体缺陷。
这些缺陷的存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。
根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分为以下三类：点缺陷线缺陷面缺陷1．点缺陷——空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。
同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。
2.面缺陷——晶界和亚晶界实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域,该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。
总结1、金属的晶格有体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构，由于致密度的不同，从一种晶格到另一种的变化会引起体积的变化。
2、合金的相结构有固溶体和化合物。
弥散强化和固溶强化可以提高金属材料的力学性能，所以，合金化是提高金属性能的方法之一。
3、实际金属是由很多晶粒组成，金属内部存在着点缺陷、位错、晶界和亚晶界。
点缺陷对金属材料的热处理过程极为重要。
位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。
金属冷变形加工后的加工硬化，就是由于位错密度的增加所致。
点缺陷、晶界和亚晶界也与材料的力学性能有关。
第二节纯金属的结晶凝固与结晶的概念结晶的现象与规律同素异晶(构)转变一、凝固与结晶的概念1.凝固物质由液态转变成固态的过程。
二、结晶的现象与规律一）.结晶的一般过程1.纯金属结晶时的冷却曲线2. 过冷现象与过冷度过冷现象过冷度ΔT = T0 – T1过冷是结晶的必要条件。
2.金属结晶的结构条件二).结晶的一般规律1.晶核的形成在一定的过冷度下,当F体≥F表时,晶核就形成。
晶核形成的形式:*自发形核△T = 200℃*非自发形核△T = 20℃2.晶核的长大方式—树枝状2.晶核的长大方式—树枝状3.影响晶核的形核率和晶体长大率的因素过冷度的影响1)过冷度的影响三）细化晶粒的途径1）提高冷却速度第三节金属的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变反应式:纯铁的冷却曲线第四节二元合金相图合金( alloy )组元( 元) ( element )相( phase )显微组织( microscopic structure )一.基础知识1.合金系( alloy series )2.平衡组织( statenchyma )3.相图( phase diagram )二.相图的建立热分析法二.相图的建立100%A2.共晶相图相图与合金物理、力学性能之间的关系合金的流动性、缩孔性质与相图之间的关系第三章铁碳合金相图纯铁的同素异晶转变Fe – C 相图的基础知识。
形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。
Fe - Fe3C 相图的建立与分析。
碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。
Fe - Fe3C 相图的应用。
第一节Fe - C相图的基础知识1.纯铁的的同素异晶转变纯铁的冷却曲线2.Fe- C相图第二节形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能一.组元* 铁( ferrite )* 渗碳体( Cementite )二.基本组织1.铁素体( F )碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。
2.奥氏体( A )碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。
奥氏体组织金相图3.渗碳体( Fe3C )铁与碳形成的金属化合物。
渗碳体组织金相图4.珠光体( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
5.莱氏体( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
第三节Fe - Fe3C 相图的建立与分析一.Fe - Fe3C 相图的建立Fe - Fe3C 相图Fe - Fe3C相图二. Fe - Fe3C 相图的分析五个重要的成份点: P、S、E、C、K。
四条重要的线: EF、ES、GS、FK。
两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转变反应式。
二个重要温度: 1148 ℃、727 ℃。
三.典型铁碳合金的结晶过程分析工业纯铁( ingot iron )共析钢( eutectoid steel )亚共析钢( hypoeutectoid steel )过共析钢( hypereutectoid steel )共晶白口铁( eutectoid white iron )亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )1.工业纯铁( Wc < 0.0218% )2. 共析钢( Wc = 0.77% )共析钢组织金相图3.亚共析钢( Wc = 0.45% )亚共析钢组织金相图4.过共析钢( Wc = 1.2% )过共析钢组织金相图5.共晶白口铁( Wc = 4.3% )共晶白口铁组织金相图6.亚共晶白口铁( Wc = 3.0% )亚共晶白口铁组织金相图7.过共晶白口铁( Wc = 5.0% )过共晶白口铁组织金相图第四节碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对平衡组织的影响。