《工程材料及其测试技术》材料测试技术：介绍原材料（金属）的内部质量检验（或金属制成产品后的内部质量检验），机电产品——汽车，有机械产品和电子产品，主要是机械产品。

机械产品：汽车零部件有车轴、轴承、齿轮、螺钉、螺帽等产品的外部质量：如尺寸精度、直线度、平面度、粗糙度等，关系到产品能否使用；产品的内部质量：如强度（抵抗变形或断裂的能力）、硬度（抵抗局部变形的能力）耐热性、耐磨性、耐蚀性等，关系到产品的使用性能和使用寿命。

考试题目类型：选择题、判断题、综合题。

课程与专业之间的关系：产品质量工程面向的行业是装备制造业；在装备制造业中，各个产品使用的原材料大部分为金属材料，加工工艺大同小异，加工及检验过程大致如下：原材料进厂理化检验（金相组织、硬度、强度、塑性、韧性、化学成分）——火花检验（混钢）——锻造（形状、尺寸、硬度、组织）——退火（硬度、组织）——切削（车、铣、铇、检验形状尺寸）——淬火（硬度、组织、变形、裂纹）——回火（硬度、组织、变形、裂纹）——磨削（形状、尺寸、烧伤）——装配（间隙尺寸、灵活性）——整机性能测试（振动、噪音、耐腐蚀、耐热、耐潮湿等）——寿命试验工程材料：介绍材料基础知识（内部组织结构）——各种工程材料的用途和选择材料测试技术：介绍原材料的内部质量检验（或原材料制成的产品的内部质量检验）先行课程——工程力学；后继课程——无损检测——失效分析钢材牌号的含义及表示方法一、工程结构用钢1、碳素结构钢：A1~A7；B1~B7 ；C2~C7、Q235AF、Q275 老的牌号：A1~A7；B1~B7 ；C2~C7。

甲类钢：钢厂供应时只保证机械性能，不保证化学成分，使用时不进行热处理，如A1~A7 ；乙类钢：钢厂供应时只保证化学成分，不保证机械性能，使用时进行锻压或热处理；如B1~B7 ；丙类钢：钢厂供应时即保证机械性能，又保证化学成分，使用时不进行热处理，已逐步趋向淘汰，如C2~C7。

新的牌号：Q235AF、Q275表示方法：“Q”+屈服强度数值+质量等级+脱氧方法质量等级：有A、B、C、D、其中A最差（相当于普通），D最好（相当于优质）；脱氧方法：F—沸腾钢；b——半镇静钢；Z——镇静钢；Tz——特殊镇静钢；镇静钢和特殊镇静钢的符号可省略。

例如：Q235AF，牌号表示该钢种的屈服强度为235MP，质量等级为A，F表示是沸腾钢；一般用于制造承受静载荷作用的工程结构件（如圆钢、方钢、工字钢、钢筋等）或普通零件（如铆钉、螺钉、螺母、冲压件）。

2、低合金高强度结构钢：Q295A、Q345A、Q460A牌号表示方法：“Q”+屈服强度数值+质量等级由于大多数低合金高强度结构钢都是镇静钢和特殊镇静钢，所以不标脱氧方法。

例如：Q295A，牌号表示该钢种的屈服强度为295MP，质量等级为A；也用于制造工程结构件和普通零件。

低合金高强度结构钢与碳素结构钢的区别：低合金高强度结构钢的屈服强度数值大。

二、机械结构用钢（包括：渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和易切削钢）1、优质碳素结构钢：如45、65Mn、08F牌号表示方法：含碳量+含锰量+脱氧方法含碳量：以万分之一（0.01%）为单位；钢中含碳量=0.01%×牌号最前面的数值；含锰量：根据数值高、低，可分为普通含锰量（0.25~0.8%）和较高含锰量（0.7~1.2%）；较高含锰量：在含碳量数值后面加元素符号Mn(如65Mn钢),普通含锰量：则不加元素符号（如08F）。

质量等级：优质碳素结构钢的质量等级都是优质，所以牌号中不加质量等级符号。

（如65Mn、08F）2、合金结构钢：如40CrNiMoA牌号表示方法：含碳量+合金元素符号+合金元素含量+质量等级含碳量：以万分之一（0.01%）为单位；钢中的含碳量=0.01%×牌号最前面的数值；合金元素含量：以百分之一（1%）为单位；合金元素含量=1%×合金元素后面的数值，如合金元素含量小于1.5% ,牌号中只标合金元素符号,不标数值.（如20Mn2B）质量等级：合金结构钢的质量等级都是优质，所以优质的合金结构钢不加质量等级符号（如20Mn2B），而高级优质在牌号末尾加A，特优在牌号末尾加E。

（如40CrNiMoA）3、易切削结构钢：如Y12Pb、Y40Mn牌号表示方法：以Y开头+含碳量+易切削添加元素符号含碳量：以万分之一（0.01%）为单位；钢中的含碳量=0.01%×符号Y后面的数值；质量等级：由于钢中有害元素磷、硫的含量大大超出冶金质量要求，所以它不分质量等级。

三、工具钢（它包括：碳素工具钢、低合金工具钢、合金工具钢、模具钢和特殊性能钢）1、碳素工具钢：T7、T8 、Tl0、Tl1、Tl2、T13表示方法：T+含碳量+含锰量（含量为0.7~1.2%）；含碳量：以千分之一（0.1%）为单位；钢中的含碳量=0.1%×符号T后面的数值质量等级：碳素工具钢的质量等级都是优质，所以优质的碳素工具钢不加质量等级符号（如T10），而高级优质则加A（如T10A）。

2、低合金工具钢（如9Mn2V）、合金工具钢（如W18Cr4V）、模具钢（如5CrNiMo）和特殊性能钢（如1Cr18Ni9Ti）：表示方法：含碳量+合金元素符号+合金元素含量含碳量：以千分之一（0.1%）为单位；钢中的含碳量=0.1%×牌号最前面的数值；合金元素含量：以百分之一（1%）为单位；合金元素含量=1%×合金元素后面的数值，含量小于1.5% ,牌号中只标合金元素符号,不标数值.（如1Cr13）质量等级：合金工具钢的质量等级都是高级优质，所以合金工具钢不加质量等级符号（如9Mn2V、W18Cr4V、5CrNiMo、1Cr18Ni9Ti，牌号末尾的A都省略）。

四、不规则牌号1、滚动轴承钢：GCr15 ，GCr15SiMn（W Cr：1.5%），GCr9 ，GCr9SiMn ；（W Cr：0.9% ）2、低合金工具钢：Cr06（含碳量Wc：1.35%），Cr2(Wc：1%)，CrWMn (Wc：1%)，W(Wc：1.1%);3、冷作模具钢：Cr12(Wc：2.1%)；4、高速工具钢：W18Cr4V（Wc：0.8%），对高碳者牌号前冠以C字。

如牌号CW6Mo5Cr4V2; （Wc：0.95%~1.05%）。

(四) 金属的同素异晶转变某些金属在固态下，因所处温度不同，而具有不同的晶格形式。

金属的同素异晶转变：是指金属在固态下随温度的改变，由一种晶格变为另一种晶格的现象。

同素异晶体：是指由同素异晶转变所得到的不同晶格的晶体。

铁有体心立方晶格的α—Fe和面心立方晶格的γ—Fe。

图2-5纯铁的冷却曲线图1-12 Fe3C结构(五)钢的内部组织和性能铁素体：是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体（体心立方晶格）；以符号F表示。

铁素体的强度、硬度不高，具有良好的塑性和韧性。

奥氏体：是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体（面心立方晶格），以符号A表示。

奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成形。

（硬度为170一220HBS；伸长率为40%一50%，）渗碳体：是一种具有复杂晶格的间隙化合物，它的分子式为Fe3C，结构如图1-12所示；硬度很高，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。

渗碳体的组织形态：它在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。

珠光体是铁素体和渗碳体的细密混合物，用符号P表示（P= F+ Fe3C），珠光体的性能介于两组成相之间。

莱氏体是奥氏体和渗碳体所组成的细密的混合物，用符号L d表示（L d= A+ Fe3C），室温组织为低温菜氏体（P+Fe3C）。

图10－13奥氏体晶粒与晶界（８００×）图10－14铁素体晶粒与晶界（１００×）图10－16 片状珠光体（５００×）图10－22 粒状珠光体（５００×）图10－15 网状渗碳体（５００×）图10－21 低温菜氏体（P+Fe3C）（２５０×）第一章金属的晶体结构及其在外加载荷作用下的变化第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体在结构上的区别：（1）晶体：原子 (或分子)按照一定的几何规律作周期性排列；如图1-1（a）所示。

（2）非晶体：这些质点是无规则地堆积在一起；如图1-1(b)所示。

2、晶体与非晶体在性能上的区别：（1）晶体特点：具有固定的熔点(如铁为1538C、铜为1083C)，各向异性。

各向异性：即在不同方向上具有不同的性能；因晶体物质在各个方向上的原子聚集密度不同；（2）非晶体特点：熔点不固定，各向同性(或称等向性)；具有高的强度与韧性。

各向同性(或称等向性)：在不同方向上具有相同的性能，因非晶体物质在各个方向上的原子聚集密度大致相同。

3、晶体和非晶体之间的相互关系：晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化。

例如：玻璃：通常是非晶态，经高温长时间加热能变为晶态玻璃（人造水晶）；金属：通常是晶态，从液态急冷 (冷却速度大于107 0C/s)，也可获得非晶态。

晶体分为金属晶体与非金属晶体；图1-1(a)晶体结构图1-1 (b) 非晶体结构示意图二、晶格、晶胞和晶格常数(一)晶格晶格：是指抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架；如图1-2所示。

即把晶体中的原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些假想的几何线条将晶体中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的各个结点上。

图1-2(二)晶胞晶胞：是指从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元。

如图1-2中黑粗线所示。

整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而形成的。

(三)晶格常数在晶体学中，以6个参数（棱边长度a、b、c和棱面夹角α、β、γ）来表示晶胞的形状和大小，如图1-2所示。

晶轴：是指晶胞上的三个坐标轴X、Y、Z ，规定在坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之为负方向；晶格常数：是指棱边长度a、b、c，单位为埃A(lA=10-8cm)。

第二节金属和合金的晶体结构一、金属的特性和金属键金属与非金属的根本区别：是金属的电阻随温度的升高而增大，即金属具有正的电阻温度系数，而非金属的电阻却随温度的升高而降低，即具有负的电阻温度系数。

金属键：因为金属原子的最外层电子(价电子)的数目少 (一般仅有1—2个)，而且它们与原子核的结合力弱，很容易摆脱原子核的束缚而变成自由电子。

当大量的金属原子聚合在一起构成金属晶体时，绝大部分金属原子都将失去其价电子而变成正离子。

正离子又按一定几何形式规则地排列起来，并在固定的位置上作高频率的热振动。

而脱离了原子束缚的那些价电子都以自由电子的形式，在各离子间自由地运动，它们为整个金属所共有，形成所渭的“电子气”。