船舶材料基础

1、南山学院南山学院引言：引言：1 1金属材料的性能金属材料的性能使用性能：使用性能： 指材料在使用过程中所表现的性能，主要包指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。冷、热加工和热处理的性能。2 2金属材料力学性能金属材料力学性能包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲 压性压性 能、切削加工性能和热处理工艺性能能、切削加工性能和热处理工艺性能等。等。 指材料在外力作用下表现出来的性

2、能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强强度、塑性、硬度、冲击韧度度、塑性、硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。拉伸试样拉伸试样 2 拉伸过程拉伸过程拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象拉伸试验拉伸试验机机l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp低碳钢的拉伸曲线 退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢s 屈服强度屈服强度( 塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形) F0.2 0.2 = ( M Pa ) S 0 试样原始横截面试样原始横截面( mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)

3、0.2：试样产生残余塑性变形试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服强度屈服强度0.2 （s）是金属工程结构设计和选材的主要依据。是金属工程结构设计和选材的主要依据。也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。0.20.2 F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N) b = ( M Pa ) S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积( mm2)bse(2)(2)抗拉强度抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。当材料的内应力当材料的内应力b时，材料将产生断裂。时，材料将产生

4、断裂。常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 S S0 0 - S - S 1 1 = - = - 100% 100% S S0 0 任何零件都需要一定塑性。防止任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。布氏硬度计布氏硬度计 用顶角为用顶角为120120金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的 作用下压入试作用下压入试 样表面，经规定时间后卸除试验力，样表面，经规定时间后卸除试验力， 用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬用测量的残余压痕深度增量来计

5、算硬度的一种压痕硬 度试验。度试验。 h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图 多晶体示意图 多晶体示意图 由于空位和间隙原子的存在由于空位和间隙原子的存在 ，使晶体发生了晶格畸变，晶体使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如性能发生改变，如强度、硬度强度、硬度增加增加。 刃型位错示意图 a) 晶格立体模型 b) 平面图 晶界的过渡结构示意图 亚晶界结构示意图 To时间温度理论冷却曲线理论冷却曲线实际冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台结晶平台(是由结晶潜热导致是由结晶潜热导致)金属的树枝晶金属的树枝晶

6、金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶冰的树枝晶V V冷冷T TN N晶粒细小晶粒细小 固溶体中的晶格畸变示意图 a)间隙固溶体 b)置换固溶体 1394 C912 C体心立方体心立方面心立方面心立方 - Fe - Fe - Fe体心立方体心立方1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe温度FeCFe2CFe3CFeC(6.69%C)铁素体铁素体奥氏体奥氏体渗碳体渗碳体珠光体珠光体莱氏体莱氏体强度、硬度低，塑性、韧性好强度、硬度低，塑性、韧性好有一定的强度和硬度，塑性也很

7、好有一定的强度和硬度，塑性也很好硬度很高，脆性大，塑性和韧性极低硬度很高，脆性大，塑性和韧性极低综合力学性能较好综合力学性能较好硬度很高，塑性很差硬度很高，塑性很差纯铁（含碳00.0218 ）铸铁（含碳2.116.69）碳钢（含碳0.02182.11） 纯铁熔点（1538）Fe3CA渗碳体熔点（1227）共晶点（1148）碳在Fe中的最大溶解度（1148）共析线渗碳体（含碳6.69）G纯铁的同素异晶转变点（912）碳在Fe中的最大溶解度（727） 共析点（727 ）PS7271148LAkGCEFDAQFe3CFeFL+AA+FA+Fe3CF+Fe3CF+PP+Fe3CP纯铁的熔点纯铁的熔点渗

8、碳体的熔点渗碳体的熔点(钢和铁的分界点钢和铁的分界点)共晶点共晶点共析点共析点纯铁的同素异晶转变点纯铁的同素异晶转变点A A（0.77%C0.77%C） F F（0.002%C 0.002%C ）+ Fe+ Fe3 3C C（6.67%C 6.67%C ）727727P PL L（4.3%C4.3%C） A A（2.06%C 2.06%C ）+ Fe+ Fe3 3C C （6.67%C 6.67%C ）1148LeLeACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK(

9、P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )34F+PP+Fe3C3LeP+Fe3C+LeFe3C+LeESQGKD4.34.32.062.060.770.770.020.02C%C%114711471538 1538 727727P PL LAF F温度912912CFe3C6.676.67APLeLeFAL+Fe3CL+Fe3CF+A1111112222233342Fe3C+Le231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe1LA+L+LeP+Fe3C+LeA+Le +32AFe3C31L2L+ Fe3CFe3C+Fe3C+LeLe