材料成型及控制工程专业英语-_1.MATERIALS_AND_THEIR_PROPERTIES课件

1、2009 Hisuntech Corp.- 1 - 2 -p在一些主要应用场合，在一些主要应用场合，机械性能机械性能是材料的各种性能是材料的各种性能中中最重要最重要的性能，因此，本书中将重点的性能，因此，本书中将重点讨论讨论。consideration 考虑，需要考虑的事项，报酬考虑，需要考虑的事项，报酬- 3 -pAll critical parts and elements，of which a high reliability（可靠性）（可靠性）is required，are made of metals, rather than of glass，plastics or stone.p

2、由于各种由于各种关键关键零部件零部件的可靠性要求高，均用金属的可靠性要求高，均用金属而不是而不是玻璃、玻璃、塑料或石头制造。塑料或石头制造。is required 翻译时将英文中的被动语态，改译为汉语中的主翻译时将英文中的被动语态，改译为汉语中的主动语态。动语态。rather than 而不是而不是 - 4 -p正如正如Sec1-1中所说，金属主要由金属键组成（其特征主中所说，金属主要由金属键组成（其特征主要要）。金属键就是正离子占有晶格位置，周围包围着电）。金属键就是正离子占有晶格位置，周围包围着电子云。子云。- 5 -pAll nonmetals have an ionic or a co

3、valent bond(共价键共价键)，these types of bond are rigid and are due to electrostatic attraction of two ions of unlike chargesp非金属非金属主要由主要由离子键离子键或者或者共价键共价键组成。这些类型的化学键不组成。这些类型的化学键不是通过电荷间，而是离子间的静电吸引连接在一起的。这种是通过电荷间，而是离子间的静电吸引连接在一起的。这种连接是刚性的。连接是刚性的。Bond n. 结合结合(物物), 粘结粘结(剂剂), 联结联结, 公债公债, 债券债券, 合同合同- 6 -p由于具有由于

4、具有金属键金属键，金属在，金属在(塑性塑性)变形时具有塑性以及在塑性变形时具有塑性以及在塑性变形基础上产生的加工硬化的象。变形基础上产生的加工硬化的象。因此因此，如果材料或者其某，如果材料或者其某部分中有缺陷，会导致部分中有缺陷，会导致应力集中应力集中，在这些点的应力会达到很，在这些点的应力会达到很大甚至产生大甚至产生裂纹裂纹。- 7 -p但是但是由于由于材料的塑性好，金属可以在这些位置产生塑性变形，材料的塑性好，金属可以在这些位置产生塑性变形，即：即：裂纹尖端产生硬化，会推迟断裂过程的产生。裂纹尖端产生硬化，会推迟断裂过程的产生。- 8 -p这一现象这一现象则不会在非金属中出现。则不会在非金

5、属中出现。非金属非金属不能进行塑性变形不能进行塑性变形和发生加工硬化现象。因此，和发生加工硬化现象。因此，一一旦某处缺陷的应力超过某一旦某处缺陷的应力超过某一定值定值后，后，就就会产生断裂。会产生断裂。- 9 -p These facts explain why metals are reliable structural materials and can not be excelled by nonmetallic materialsExcelled 胜过胜过,超过超过,优于优于,超越超越“why” is the object clause.- 10 -1.2 Ferrous Alloys

6、 magnesium 化化镁镁 manganese化化锰锰(元素符号为元素符号为Mn) phosphorus磷磷sulphur 硫硫impurity n.杂质杂质, 混杂物混杂物, 不洁不洁, 不不纯纯plain carbon steel普通碳钢普通碳钢bar棒材棒材sheet板材板材- 11 -p人类人类所用的所用的金属材料中金属材料中90的都为铁合金。这则说明功能材的都为铁合金。这则说明功能材料种类繁多，其组织和性能也各种各样。料种类繁多，其组织和性能也各种各样。pNote：the long sentence should be decomposed into clause ( short

7、 sentence).- 12 -p工程设计中主要要求铁合金能够承受工程设计中主要要求铁合金能够承受结构载荷结构载荷或进行或进行能量传能量传输输。- 13 -p实际应用时，实际应用时，根据根据(铁铁)合金合金中碳含量将其中碳含量将其分为分为两两大类大类：钢铁钢铁一般含有一般含有0.05-2.0wt的碳，的碳，铸铁铸铁一般含有一般含有2.0-4.5wt的碳。的碳。- 14 -p在钢的在钢的分类分类中，我们还需明确是否使用了中，我们还需明确是否使用了大量大量的合金的合金中非碳中非碳合金合金元素。高合金钢和低合金钢的元素。高合金钢和低合金钢的严格界限严格界限在于非碳合金元在于非碳合金元素的含量是否超

8、过了素的含量是否超过了5%wt.- 15 -p因为因为合金元素的加入会导致材料合金元素的加入会导致材料成本成本的明显上升，所以，的明显上升，所以，选择加入合金元素时需谨慎。只有加入合金元素能改善选择加入合金元素时需谨慎。只有加入合金元素能改善材料性能，比如提高强度或改善材料性能，比如提高强度或改善抗腐蚀性抗腐蚀性时，合金的添时，合金的添加才比较加才比较合理合理。“they”in the second sentence refer to“these alloy additions”in the first sentence.- 16 -p钢铁制造车间钢铁制造车间供给供给的的热轧钢热轧钢主要为棒材

9、、柱材、板材、管材主要为棒材、柱材、板材、管材等，热轧钢是制造各种机械、机器工具、建筑结构和消费品等，热轧钢是制造各种机械、机器工具、建筑结构和消费品中应用最广泛的材料。所供给的钢应具有国家标准规定的各中应用最广泛的材料。所供给的钢应具有国家标准规定的各种性能。种性能。 “delivered ”act as attribute.- 17 -p在在RSSURSSU中，中，普通碳钢普通碳钢根据其用途分为根据其用途分为A A、B B、C C三类。三类。RSSU RSSU 可能可能代表的简写？代表的简写？- 18 -pA: If a steel is to be used for making pro

10、ducts without hot working (welding, ForgingEtc.). Its structure and properties in the final product will be the same as delivered from the rolling millpA:如果钢在制造产品的过程中没有进行热加工（如果钢在制造产品的过程中没有进行热加工（焊接焊接、锻锻造造等），则最终产品的组织和性能将与轧厂提供的相同。等），则最终产品的组织和性能将与轧厂提供的相同。 hot working 热加工热加工-在再结晶温度以上成形加工在再结晶温度以上成形加工 weld

11、ing, 焊接焊接 Forging锻造锻造- 19 -pIn that case the user requests for a steel of warranted（保证）（保证） mechanical properties，while the chemical composition is not guaranteed（保证、担保）（保证、担保）p这种情况下，这种情况下，用户只需要求材料应有的用户只需要求材料应有的机械性能机械性能，而而不必保不必保证其成分。证其成分。 Warrant保证的保证的 Guarantee vt. 保证保证, 担保担保 p“While .”表示语意的转折，但不如转

12、折意味表示语意的转折，但不如转折意味“but”明明显显 。- 20 -pB.如果钢要进行热加工（锻造、如果钢要进行热加工（锻造、冲压冲压等），则其等），则其初始组织初始组织和和机械性能将会改变。机械性能将会改变。pStamping冲压冲压- 21 -p此时此时/在这种情况下，在这种情况下，钢的钢的成分成分对用户来讲是对用户来讲是最最重要的，重要的，因因为为它它(成分成分)决定了热加工的条件，钢制品的最终机械性能。决定了热加工的条件，钢制品的最终机械性能。因此，提供给用户的钢应保证其成分含量。因此，提供给用户的钢应保证其成分含量。pprime adj.主要的主要的, 最初的最初的, 最好的最好的

13、, 第一流的第一流的, 根本的根本的- 22 -pC如果钢要进行焊接，则用户需要知道钢的成分，因为成如果钢要进行焊接，则用户需要知道钢的成分，因为成分决定钢焊接时热影响区的性能。分决定钢焊接时热影响区的性能。- 23 -p用户也会对钢材的原始机械性能感兴趣，因为未焊接的部分用户也会对钢材的原始机械性能感兴趣，因为未焊接的部分的性能是原始性能。这种情况下，供给用户的钢应具有规定的性能是原始性能。这种情况下，供给用户的钢应具有规定的成分和机械性能。的成分和机械性能。“not subjected to welding” act as attribute. - 24 -p非特殊用途非特殊用途/一般用途

14、的一般用途的普通钢普通钢不是合金钢。一些合金元不是合金钢。一些合金元素偶尔会出现，其素偶尔会出现，其含量含量受限制。受限制。- 25 -pThe presence of silicon and manganese may be due to the steelmaking process(the necessity of deoxidation脱脱氧氧)Surphur（硫）（硫）and phosphorus（磷）（磷） are harmful impurities（杂质）（杂质） in steel and their content should be minimized as it may

15、affect the quality of steel p在钢冶炼过程中由于脱氧的需要，会出现在钢冶炼过程中由于脱氧的需要，会出现硅硅和和锰锰。硫、磷是。硫、磷是钢中有害的杂质，应尽可能减少其含量，它们会影响钢的质钢中有害的杂质，应尽可能减少其含量，它们会影响钢的质量。量。“as.”induct the adverbial clause of cause- 26 -pThe principal element whose content is responsible for the properties of steels is carbon p影响钢性能影响钢性能最主要的元素最主要的元素是碳

16、。是碳。- 27 - 28 - 29 -p大多数铁合金属于低合金钢大多数铁合金属于低合金钢,其中的原因是显而易见其中的原因是显而易见的，低合金钢中缺乏大量的合金元素，使其价格适的，低合金钢中缺乏大量的合金元素，使其价格适中，并具有足够的塑性中，并具有足够的塑性/延展性以满足成形的要求。延展性以满足成形的要求。最终产品最终产品结实耐用结实耐用。- 30 -p这些不同寻常的材料实际运用涉及球轴承以及金属这些不同寻常的材料实际运用涉及球轴承以及金属板材制成的板材制成的汽车车身汽车车身。ball bearings 球轴承球轴承 Eminently adv. 闻名的闻名的, 卓越的卓越的, 显赫的显赫的

17、- 31 -p铁合金的铁合金的(设计设计)牌号牌号主要用阿拉伯数字主要用阿拉伯数字表示表示为为10XX, 11XX, 12XX, 15XX等。（等。（AISI标准中，前两个数字标准中，前两个数字用来表明添加合金的规定牌号，后两个数字表示碳用来表明添加合金的规定牌号，后两个数字表示碳的重量百分比。）的重量百分比。）AISI American Iron and Steel Institute 美国钢铁学会美国钢铁学会- 32 -p例如，含例如，含0.40C的普通碳钢，其牌号为的普通碳钢，其牌号为1040钢，钢，而而含含1.45Cr和和1.50C则表示为则表示为52150钢。钢。Cr 化化铬铬 (c

18、hromium)- 33 -p我们应该我们应该记住记住，合金牌号中的化学成分是近似值，合金牌号中的化学成分是近似值，在在工业质量控制可接受的工业质量控制可接受的范围内范围内，产品之间的，产品之间的(成分成分)范围有细微差别。范围有细微差别。Quote vt. 引用引用, 引证引证, 提供提供, 提出提出, 报报(价价)“quoted”acted as attribute.- 34 -p为了为了满足汽车减重要求而出现了高级高强度低合金钢。满足汽车减重要求而出现了高级高强度低合金钢。许多许多商用商用HSLA钢是根据其性能尤其是机械性能钢是根据其性能尤其是机械性能而不而不是是成分来确定的。成分来确定

19、的。- 35 -p但是典型的但是典型的HSLA钢包含钢包含0.2wtC，Mn、Si、Cr、W、i等含量不超过等含量不超过1.0wt。Mn 锰锰(manganese)Cr 化化铬铬 (chromium)W 钨钨 tungstenNi 镍镍(nickel)Mo 钼钼(molybdenum)- 36 -p通过选择最合适的合金并谨慎控制的热轧成形通过选择最合适的合金并谨慎控制的热轧成形等等工艺，工艺，来获得来获得HSLA钢的强度。钢的强度。(热轧是在温度充分提高的条热轧是在温度充分提高的条件下钢板进行变形，使其一部分应力得以释放。件下钢板进行变形，使其一部分应力得以释放。)- 37 - 38 -p如上

20、所说，如上所说，因为其价格昂贵，添加合金必须适当。现因为其价格昂贵，添加合金必须适当。现在，我们看三个例子，这些例子是关于工程设计中所在，我们看三个例子，这些例子是关于工程设计中所要求的合适的高合金成分。（即，添加的非碳合金含要求的合适的高合金成分。（即，添加的非碳合金含量不超过量不超过5wt）- 39 -pStainless steels require alloy additions to prevent damage from a corrosion atmosphereTool steels require alloy additions to obtain sufficient ha

21、rdness for machining applications . So it is called “superalloys” which require alloy additions to provide stability in high temperature applications such as turbine bladesp不锈钢中添加的合金元素用来阻止不锈钢中添加的合金元素用来阻止腐蚀性气氛腐蚀性气氛的破的破坏。坏。工具钢工具钢中添加的合金元素主要是为了获得机械中添加的合金元素主要是为了获得机械加工中所需的硬度。因此它也叫加工中所需的硬度。因此它也叫“超合金超合金”，这需

22、，这需要添加的合金可以提供高温工作时的稳定性，比如要添加的合金可以提供高温工作时的稳定性，比如涡轮机叶片。涡轮机叶片。- 40 -p不锈钢不锈钢比比碳钢和低合金钢更不易产生碳钢和低合金钢更不易产生铁锈铁锈和和锈蚀锈蚀，这主要归功于铬的加入。铬含量至少这主要归功于铬的加入。铬含量至少4wt4wt，一般在，一般在10wt10wt以上。有时也高达以上。有时也高达30wt30wt。- 41 -p奥氏体奥氏体不锈钢不锈钢在室温下含有奥氏体组织。奥氏体为面心立方在室温下含有奥氏体组织。奥氏体为面心立方结构，在结构，在910910时依然稳定。通过加入时依然稳定。通过加入NiNi，奥氏体稳定性提，奥氏体稳定性

23、提高，室温下就可产生。不加入高，室温下就可产生。不加入NiNi，体心立方结构稳定，此时，体心立方结构稳定，此时为为铁素体铁素体不锈钢。不锈钢。- 42 -p由于很多应用场合不要求奥氏体不锈钢那样的由于很多应用场合不要求奥氏体不锈钢那样的抗抗腐蚀性能腐蚀性能，那些低合金（或低价格的）铁素体不，那些低合金（或低价格的）铁素体不锈钢就可满足要求。锈钢就可满足要求。- 43 -p热处理时快速热处理时快速淬火淬火可形成更复杂的可形成更复杂的体心四角晶格体心四角晶格结结构的构的马氏体马氏体组织，该晶格结构强度高塑性差。因此组织，该晶格结构强度高塑性差。因此马氏体不锈钢用于马氏体不锈钢用于刀具刀具和弹簧时非

24、常好。和弹簧时非常好。- 44 -p沉淀强化沉淀强化是另外一种热处理，是另外一种热处理，实际上，实际上，它主要是从它主要是从单一相生成单一相生成多相多相组织。这会增加组织。这会增加位错位错运动时的抗力，运动时的抗力，继而提高强度和硬度。沉淀强化不锈钢主要应用于继而提高强度和硬度。沉淀强化不锈钢主要应用于抗腐蚀的结构件。抗腐蚀的结构件。- 45 -p工具钢主要应用于切削、成形或使其他材料成型（的工具钢主要应用于切削、成形或使其他材料成型（的场合）。普通碳钢也可作为工具钢。因为成型操作过场合）。普通碳钢也可作为工具钢。因为成型操作过程中没有太多要求，这一材料是足够程中没有太多要求，这一材料是足够（

25、应用）（应用）的。事的。事实上，直到实上，直到19世纪中叶，工具钢都是各种普通碳钢。世纪中叶，工具钢都是各种普通碳钢。- 46 -p现在，工具钢中加入高合金也很普通。加入合金可现在，工具钢中加入高合金也很普通。加入合金可以通过简单热处理提供所需硬度，获得高温工作时以通过简单热处理提供所需硬度，获得高温工作时的硬度。这些材料中加入的主要元素为钨、的硬度。这些材料中加入的主要元素为钨、钼钼、铬。、铬。- 47 -p超合金一词特指高温超合金一词特指高温(至少至少1000以上以上)下具有高下具有高强度的一大类钢。许多不锈钢也是耐热钢。除了强度的一大类钢。许多不锈钢也是耐热钢。除了铁基铁基超合金，还有超

26、合金，还有钴钴基和镍基合金。基和镍基合金。- 48 -p大多数超合金含有铬以大多数超合金含有铬以抗氧化和抗腐蚀抗氧化和抗腐蚀。这些材。这些材料比较贵，有时特别贵。但是现代技术要求越来料比较贵，有时特别贵。但是现代技术要求越来越严格，这样的价格也比较合理。越严格，这样的价格也比较合理。- 49 -p在在1950到到1980的的30年间，年间，飞机涡轮喷气发动机飞机涡轮喷气发动机中所中所用的超合金从用的超合金从10上升到上升到50(重量百分比重量百分比)。合金含。合金含量达量达50时，我们的讨论就接近非铁合金了。但在时，我们的讨论就接近非铁合金了。但在对非铁合金有个大致了解前，我们必须了解另一种对非铁合金有个大致了解前，我们必须了解另一种传统且重要的铁传统且重要的铁铸铁铸铁。- 50 -cr