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...wd......wd......wd...Unit1Metals金属 Theuseofmetalshasalwaysbeenakeyfactorinthedevelopmentofthesocialsystemsofman.Oftheroughly100basicelementsofwhichallmatteriscomposed,abouthalfareclassifiedasmetals.Thedistinctionbetweenametalandanonmetalisnotalwaysclear-cut.Themostbasicdefinitioncentersaround以…为中心thetypeofbondingexistingbetweentheatomsoftheelement,andaroundthecharacteristicsofcertainoftheelectrons某种电子associatedwiththeseatoms.Inamorepracticalway,however,ametalcanbedefinedasanelementwhichhasaparticularpackageofproperties.以…为中心某种电子 Metalsarecrystallineadj.晶体的wheninthesolidstateand,withfewexceptions极少例外(e.g.mercury),aresolidatambient周围环境的temperatures.Theyaregoodconductorsofheatandelectricityandareopaque不透明的tolight.Theyusuallyhaveacomparativelyhighdensity.Manymetalsareductile柔软的；易延展的-thatis,theirshapecanbechangedpermanently永久地，长期不变地bytheapplicationofaforcewithoutbreaking.Theforcesrequiredtocausethisdeformationandthoserequiredtobreakorfractureametalarecomparativelyhigh,although,thefractureforcesisnotnearly=farfrom,muchlessthanashighaswouldbeexpectedfromsimpleconsiderationoftheforcesrequiredtotearaparttheatomsofthemetal.adj.晶体的极少例外周围环境的不透明的柔软的；易延展的永久地，长期不变地=farfrom,muchlessthan Oneofthemoresignificantofthesecharacteristicsfromourpointofviewisthatofcrystallinitycrystallinity[,kristə'linəti].Acrystallinesolidisoneinwhichtheconstituentatomsarelocatedinaregularthree-dimensionalarrayasiftheywerelocatedatthecornersofthesquaresofathree-dimensionalchessboardn.棋盘.Thespacingoftheatomsinthearrayisofthesameorderasthesizeoftheatoms,theactualspacingbeingacharacteristicoftheparticularmetal.Thedirectionsoftheaxesofthearraydefinetheorientationofthecrystalinspace.Themetalscommonlyusedinengineeringpracticearecomposedofalargenumberofsuchcrystals,calledgrains晶粒.Inthemostgeneralcase一般情况下,thecrystalsofthevariousgrainsarerandomlyorientedinspace.Thegrainsareeverywhereinintimatecontactwithoneanotherandjoinedtogetheronanatomicscale.Theregionatwhichtheyjoinisknownasagrainboundary.crystallinity[,kristə'linəti]n.棋盘晶粒一般情况下 Anabsolutelypuremetal(i.e.也就是onecomposedofonlyonetypeofatom)hasneverbeenproduced.Engineerswouldnotbeparticularlyinterestedinsuchametalevenifitweretobeproduced,becauseitwouldbesoftandweak.Themetalsusedcommerciallyinevitably不可防止地containsmallamountsofoneormoreforeignelements,eithermetallicmetallic[mi'tælik,me-]adj.金属的，含金属的ornonmetallic.Theseforeignelementsmaybedetrimental有害的,theymaybebeneficial,ortheymayhavenoinfluenceatallonaparticularproperty.Ifdisadvantageous,theforeignelementstendtobeknownasimpurities杂质.Ifadvantageous,theytendtobeknownasalloyingelements合金元素.Alloyingelementsarecommonlyaddeddeliberately成心地，蓄意地insubstantialadj.大量的；实质的；内容充实的substantialevidence:实〔质〕体证据|实质性证据|实质证据substantialorder:大宗订单|大订单amountsinengineeringmaterials.Theresultisknownasanalloy.也就是不可防止地metallic[mi'tælik,me-]adj.金属的，含金属的有害的杂质合金元素成心地，蓄意地adj.大量的；实质的；内容充实的substantialevidence:实〔质〕体证据|实质性证据|实质证据substantialorder:大宗订单|大订单 Thedistinctionbetweenthedescriptors“metal〞and“alloy〞isnotclear-cut.Theterm“metal〞maybeusedtoencompassbothacommerciallypuremetalanditsalloys.Perhapsitcanbesaidthatthemoredeliberatelyanalloyingadditionhasbeenmadeandthelargertheamountoftheaddition,themorelikelyitisthattheproductwillspecificallybecalledanalloy.Inanyevent无论如何，不管怎样,thechemicalcompositionofametaloranalloymustbeknownandcontrolledwithincertainlimitsifconsistent一致的performanceistobeachievedinservice.Thuschemicalcompositionhastobetakenintoaccountwhendevelopinganunderstandingofthefactorswhichdeterminethepropertiesofmetalsandtheiralloys.无论如何，不管怎样一致的 Ofthe50orsometallicelements,onlyafewareproducedandusedinlargequantitiesinengineeringpractice.Themostimportantbyfarisiron铁,onwhicharebasedtheubiquitous普遍的，无处不在的steelsandcastirons(basicallyalloysofironandcarbon).Theyaccountforabout98%byweightofallmetalsproduced.Nextinimportanceforstructuraluses(thatis,forstructuresthatareexpectedtocarryloads)arealuminum铝,copper,nickel,andtitanium[tai'teiniəm,ti-]n.[化]钛〔金属元素〕.Aluminumaccountsforabout0.8%byweightofallmetalsproduced,andcopperabout0.7%,leavingonly0.5%forallothermetals.Asmightbeexpected,theremaindersareallusedinrather相当specialapplications.Forexample,nickelalloysareusedprincipally主要地incorrosion-andheat-resistantapplications,whiletitaniumisusedextensively广泛地intheaerospaceindustrybecauseitsalloyshavegoodcombinationsofhighstrengthandlowdensity.Bothnickelandtitaniumareusedinhigh-cost,high-qualityapplications,and,indeed,itistheirhighcostthattendstorestricttheirapplication.铁普遍的，无处不在的铝[tai'teiniəm,ti-]n.[化]钛〔金属元素〕相当主要地广泛地 Wecannotdiscussthesemoreesotericadj.秘传的；限于圈内人的；难懂的EsotericBuddhism:密宗|密宗，特别是指xx的喇嘛教。propertieshere.SufficeittosaySufficeittosaythatyouloveme.只要说你爱我就够了。Sufficeittosaythatthegunwashis.只需说这枪是他的就够了。thatawholecomplexofpropertiesinadditiontostructuralstrengthisrequiredofanalloybeforeitwillbeacceptedinto,andsurvivein,engineeringpractice.Itmay,forexample,havetobestrongandyethavereasonablecorrosionresistance;itmayhavetobeabletobefabricatedbyaparticularprocesssuchasdeepdrawing,machining,orwelding;itmayhavetobereadily容易地recyclable;anditscostandavailabilitymaybeofcriticalimportance.adj.秘传的；限于圈内人的；难懂的EsotericBuddhism:密宗|密宗，特别是指xx的喇嘛教。Sufficeittosaythatyouloveme.只要说你爱我就够了。Sufficeittosaythatthegunwashis.只需说这枪是他的就够了。容易地 在人类社会的开展中，金属的应用起着关键性的作用。构成物质的大约100种根本元素中，大约有一半为金属。金属和非金属之间的区别不是特别明显。最根本的定义集中在元素原子间存在的连接形式和与这些原子相关联的电子的某些特性。然而，在实际应用中，可以将具有某些特性集合金属定义为某种元素。 除了少数例外金属在常温下是固态的。它们是热和电的良导体，不透光。它们往往具有较高的密度。许多金属具有延展性，也就是说，在不被破坏的情况下它们的形状在外力的作用下可以发生变化。引起永久变形所需的力和最终使金属断裂所需的力相当大，尽管发生断裂所需的力远没有像所预期的撕开金属原子所需的力那么大。 从我们的观点来看，在所有的特性中结晶性是最重要的。结晶体是这样一种构造，组成它的原子定位在规则的三维排列中，仿佛位于三维棋盘的方格的角上。原子间距随着原子大小呈规律性变化，原子间距是金属的一种特性。三维排列的轴线决定了晶体在空间中的方向。在工程实践中应用的金属由大量的晶体组成，这些晶体称之为晶粒。在大多数情况下，晶粒在空间中是自由排列的。在原子范围内，晶粒之间相互接触严密结合。晶粒之间连接区域被称为晶界。 绝对纯洁的金属从来也没有被生产出来过。即使绝对纯洁的金属可以生产出来，工程师们对它们也并不会特别感兴趣，因为它们很柔软、脆弱。实际应用中的金属往往都包含着一定数量的一种或多种外来金属或非金属元素，这些外来元素可能是有害的也可能是有益的或者它们对某种特定的属性没有影响。如果是有害的，这些外来元素被认为是杂质。如果是有益的，它们被认为是合金元素。在工程材料中往往被特意地参加一定数量的合金元素。得到的物质被叫做合金。 金属和合金区别不大。金属这个词可以包括工业用纯金属和它的合金。也许可以这样说，合金元素越成心的被添加，被添加的合金元素的量越大，那么生产出来的产品越倾向于被称之为合金。不管怎样，如果想使一种金属或合金在使用中表现出稳定一致的特性，在其中添加何种化学成分，它的量多大都应该在控制范围之内。因此，当想了解决定金属和合金性质的因素时，应充分考虑它们的化学组成。 在50种左右的金属元素里，工程实践中只有少数金属被大量生产和使用。到目前为止最重要的是铁，以它为根基构成了处处可见的钢和铸铁。〔主要由铁和碳构成的合金〕它们的重量占所有生产出来的金属重量的98%。在构造应用〔也就是说，可以承受载荷的构造〕中居于其次位置的是铝、铜、镍和钛。在所有的金属产量中，铝占0.8％，铜占0.7％，剩下的占0.5％。剩下的金属用于相对特殊的用途。例如，镍合金主要用于抗磨损和耐高温的用途，由于钛合金具有高强度和低密度的综合特性，钛被广泛应用于航空工业中。镍合钛有高本钱和高质量的使用特性，事实上，它们高的本钱限制了它们的应用。 我们不能在这里讨论这些深奥的特性。在合金材料被采用和应用于工程实际之前，掌握其构造强度和它的综合性质就够了。举例来说，它可以强度很高，并且有好的耐磨性；它可以被例如拉伸加工，机械加工，或焊接等特殊工艺来加工出来；它可以被循环利用；它的本钱和实用性是首要的。Unit2SelectionofConstructionMaterials工程材料的选择Thereisnotagreatdifferencebetween“this〞steeland“that〞steel;allareverysimilarinmechanicalproperties.Selectionmustbemadeonfactorssuchashardenability[,hɑ:dənə'biləti]n.可硬化性；淬硬性,price,andavailability[ə,veilə'biləti]是产品在被调用时能够运行〔即未处于失效或修复状态〕的概率。此量度考虑了产品的可靠性〔多久会失效〕和可用性〔多久能被修复〕。,andnotwiththeideathat“this〞steelcandosomethingnoothercandobecauseitcontains2percentinsteadof1percentofacertainalloyingelement,orbecauseithasamysterious[mi'stiəriəs]adj.神秘的；不可思议的；难解的(神秘的，不可思议的)name.Atremendousadj.极大的，巨大的；惊人的rangeofpropertiesisavailableinanysteelafterheattreatment;thisisparticularlytrueofalloysteels.[,hɑ:dənə'biləti]n.可硬化性；淬硬性[ə,veilə'biləti]是产品在被调用时能够运行〔即未处于失效或修复状态〕的概率。此量度考虑了产品的可靠性〔多久会失效〕和可用性〔多久能被修复〕。[mi'stiəriəs]adj.神秘的；不可思议的；难解的adj.极大的，巨大的；惊人的在钢之间没有太大的区别；所有的钢在机械性能方面都是近似的。它们的选取标准是诸如脆硬性，价格，和可用性等。不仅仅是因为这种钢含有2％的合金元素另一种钢含有1％而使前者具有了后者没有的某些能力，或者是某种钢具有神奇的名字。经过热处理后，任何一种钢都具有大范围的特性；这种性质同样在合金钢中存在。Considerationsinfabrication(制造)Thepropertiesofthefinalpart(hardness,strength,andmachinability[mə,ʃi:nə'biləti]n.切削性；机械加工性),ratherthanpropertiesrequiredbyforging,governtheselectionofmaterial.Thepropertiesrequiredforforginghaveverylittlerelationtothefinalpropertiesofthematerial;therefore,notmuchcanbedone无论做什么都是白费力，都改变不了既定的现实toimproveitsforgeability.Higher-carbonsteelisdifficulttoforge.Largegrainsizeisbestifsubsequentheattreatmentwillrefinethegrainsize.[mə,ʃi:nə'biləti]n.切削性；机械加工性无论做什么都是白费力，都改变不了既定的现实关于加工的考虑最后零件的特性〔硬度、强度和可加工性〕而不是锻造特性决定了材料的选择。可锻性与材料的最后特性联系不大；因此，提高金属的可锻造性价值不大。高碳钢很难锻造。如果在随后的热处理过程进展细化，大尺寸晶粒是最好的。Low-carbon,nickel-chromium(铬)steelsarejustabout几乎，差不多jasplasticathightemperatureunderasingle520-ft·lb(1ft·lb=1.35582J)blowatasingleblow=atoneblowatasingleblow:一下子|一举|一击asplainsteelsofsimilarcarboncontent.Nickeldecreasesforgeabilityofmedium-carbonsteels,buthaslittleeffectonlow-carbonsteels.Chromiumseemstohardensteelatforgingtemperatures,butvanadium(钒)hasnodiscernible(可区分的)effect;neitherhasthemethodofmanufactureanyeffectonhigh-carbonsteel.几乎，差不多jatasingleblow=atoneblowatasingleblow:一下子|一举|一击在高温下低碳，镍铬合金钢在受到520-ft·lb的冲击下表现出与一样碳含量普通钢几乎同样的塑性。镍减少了中碳钢的可锻性，但对低碳钢影响不大。铬在锻造温度下时使钢硬化，但钒没有明显的效果；两种加工方法对高碳钢没有影响。FormabilityThecold-formabilityofsteelisafunction(功能)ofitstensilestrengthcombinedwithductility.Thetensilestrengthandyieldpointmustnotbehighortoomuchworkwillberequiredinbending〔弯曲〕;likewise〔同样地〕,thesteelmusthavesufficient〔充足的〕ductilitytoflowtotherequiredshapewithoutcracking.Theforcerequireddependsontheyieldpoint,becausedeformationstartsintheplasticrangeabovetheyieldpointofsteel.Work-hardeningalsooccurshere,progressively〔日益增多地〕stiffening〔使变硬〕themetalandcausingdifficulty,particularly〔独特的，显著的〕inthelow-carbonsteels.成形钢的冷成形是它的拉伸强度和延展性相结合的结果。拉伸强度和屈服点不能太高否则在发生弯曲时需要做很多工作；与之相类似，钢应该有高延展性，使其在没有断裂的情况下成形。加工力的大小取决于屈服点，因为钢在屈服点之上才开场变形。与此同时，加工硬化也同时发生，金属变得越来越硬，增加加工难度，尤其在低碳钢中容易发生。Itisquiteinterestinginthisconnection〔关于这一点，就此而论〕todiscoverthatdeepdrawscansometimesbemadeinonerapidoperationthatcouldnotpossiblybedoneleisurely〔缓慢地，沉着不迫地〕intwoorthree.Ifadrawishalfmadeandthenstopped,itmaybenecessarytoanneal〔退火〕beforeproceeding,thatis〔换句话说〕,ifthepieceisgiventimetowork-harden.Thismaynotbeascientificstatement,butitisactuallywhatseemstohappen.在这方面，相当有趣的是你将发现有时可通过一次快速加载完成大拉伸，但以缓慢的方式两三次加载却不能实现。如果拉伸进展了一半就停顿了，那么在再加工之前应先退火，也就是说工件是否有时间进展加工硬化。这不是一种科学的表达方法，但确实是发生了。InternalstressesColdformingisdoneabovetheyieldpointinthework-hardeningrange,sointernalstressescanbebuiltupeasily.Evidenceofthisisthespringback〔回弹〕astheworkleavestheformingoperationandthewarpage〔翘曲，扭曲〕inany〔任何一种〕subsequentheattreatment.Evenasimplewashermight,byvirtueof由于，凭借(依靠)theinternalstressesresultingfrompunching〔冲压〕andthenflattening〔整平〕,warp〔弯曲〕severely〔严格地，剧烈地〕duringheattreating.〔virtuen.德行,美德,贞操,优点,成效,效力,英勇believedinthevirtueofprayer.相信祈祷的力量由于，凭借内应力在高于屈服点的加工硬化区进展冷加工很容易产生内应力。例如工件停顿成型加工后会发生回弹，在随后的热处理后，工件会发生翘曲。即使是一个简单的垫圈，由于打孔和随后的平整加工中产生内应力，也会在热处理中呈现严重的翘曲。Whendoubtexistsasto〔关于〕whetherinternalstresseswillcausewarpage,apiececanbecheckedbyheatingittoabout1100andthenlettingitcool.Ifthereareinternalstresses,thepieceislikelyto〔可能〕deform.Piecesthatwillwarpseverelywhilebeingheatedhavebeenseen,yet〔然而〕theheat-treater热处理炉wasexpectedto有望做某事；被期待做某事putthemthroughputthrough完成andbringthemoutbetterthantheywereinthefirstplace.热处理炉有望做某事；被期待做某事putthrough完成当是否内应力会引起翘曲的疑心存在时，可以通过将工件加工至1100然后进展冷却来验证。如果存在内应力，工件会发生变形。经过热处理的工件像我们看到的那样会发生严重的翘曲，但是我们仍然希望工件被扔到热处理炉中被处理，这样好过它存在内应力的状态。WeldingThemaximumcarboncontentofplaincarbonsteelsafeforweldingwithoutpreheatingorsubsequentheattreatmentis0.3%.higher-carbonsteelisweldedeveryday,butonlywithproperpreheating.Therearetwoimportantfactors:theamountofheatsthatisputin;therateatwhichitisremoved.焊接不需要预热或之后进展热处理就能安全焊接的最高碳含量为0.3％。高碳钢通过适宜的预热通常也可焊接。有两点值得注意：吸收热量的多少；移除速度。Weldingataslowerrateputsinmoreheatandheatsalargevolumeofmetal,sothecoolingrateduetolossofheattothebasemetalisdecreased(减少).Apreheatwilldothesamething.Forexample,sae4150steel,preheatedto600or800,canbeweldedreadily〔容易地〕.Whentheflameorarcistakenawayfromtheweld,thecoolingrateisnotsogreat,owingtothehighertemperatureofthesurroundingmetalandslowercoolingresults.Eventhemostrapidair-hardening〔风硬钢〕steelsareweldableifpreheatedandweldedataslowrate.低速焊接带来了更多的热量，这对金属的大量体积进展了加热，所以冷却速度降低。预热可以取得与之相当的效果。例如当被预热至或时可以很好的焊接。由于周围金属的较高温度，当焊接弧移开焊接点后，冷却速度不会太快，产生了低速冷却的结果。即使是冷作硬化速度最快的金属也可以通过预热和慢速焊接到达良好的焊接效果。MachinabilityMachinability〔机械加工性能〕meansseveralthings.Toproductionmenitgenerallymeansbeingabletoremovemetalatthefastestrate,leavethebestpossiblefinish,andobtainthelongestpossibletoollife.Machinabilityappliesto〔应用于〕thetool-work〔工具，零件〕combination.可加工性可加工性意味着几件事情。对于加工者来说，它意味着可以快速的移除金属，取得最好的加工效果，得到最长的刀具寿命。可加工性是刀具和零件的结合。Itisnotdeterminedbyhardness〔硬度〕alone,butbythetoughness〔韧性〕,microstructure,chemicalcomposition〔成分〕,andtendency〔倾向〕ofametaltohardenundercoldwork.Inthemisleadingexpression“toohardtomachine〞,theword“hard〞isusuallymeanttobesynonymous〔同义的〕with“difficult〞.Manytimesamaterialisactuallytoosofttomachinereadily.Softnessandtoughnessmaycausethemetaltotear〔撕裂〕andflowaheadofthecuttingtoolratherthancutcleanly.Metalthatareinherently〔天性地，固有地〕softandtougharesometimesalloyedtoimprovetheirmachinabilityatsomesacrifice['sækrifais]n.牺牲；祭品；供奉Allgainsaremadeatsomesacrifice.Mostpeoplemightchoosetodivertthecourseofthetrain,andsacrificeonlyonechild.〔牺牲〕inductility.Examplesareuseoflead〔铅〕inbrass〔黄铜〕andofsulfur['sʌlfə]〔硫磺〕['sækrifais]n.牺牲；祭品；供奉Allgainsaremadeatsomesacrifice.Mostpeoplemightchoosetodivertthecourseofthetrain,andsacrificeonlyonechild.['sʌlfə]加工性不仅仅只由硬度决定，它还由韧性，微观构造，化学成分和在冷加工下金属所呈现的硬化特性所决定。在容易混淆的表示“难加工〞中，“hard〞与“difficult〞同义。许多时候，因为材料过软而难于稳定加工。材料柔软性和韧性能够产生金属撕裂，使金属在完成切削前流动至刀具前端。柔软的金属往往会被参加合金从而牺牲它的延展性来提高加工性能。如黄铜中参加铅钢中参加硫磺。Machinabilityisatermusedtoindicatetherelative〔比拟的〕ease〔不费力〕withwhichamaterialcanbemachinedbysharpcuttingtoolsinoperationssuchasturning〔车〕,drilling〔钻〕,milling〔铣〕,broaching['bəutʃiŋ]\o"发音"\o"添加到单词本"['bəutʃiŋ]\o"发音"\o"添加到单词本"n.拉削；拉孔；推削；扩孔v.钻孔；开口机械加工性能是在指对工件材料使用刀具进展诸如车、钻、铣、拉削、铰加工时的难易程度。 Inthemachiningofmetal,themetalbeingcut,thecuttingtool,thecoolant,theprocessandtypeofmachinetool〔机床〕,andthecuttingconditionsallinfluencetheresults.Bychanginganyoneofthesefactors,differentresultswillbeobtained.Thecriterion[krai'tiəriən]n.〔批评判断的〕标准；准则；标准；准据〔标准〕uponwhichtheratings〔等级〕listedarebased(等级评定的标准)istherelativeadj.相对的；有关系的；成比例的volumeofvarious〔不同种〕materialsthatmayberemovedbyturningunderfixedconditionstoproduceanarbitrary〔任意的〕fixedamountoftoolwear.[krai'tiəriən]n.〔批评判断的〕标准；准则；标准；准据adj.相对的；有关系的；成比例的在对金属进展加工时，被切削的金属，切削刀具，冷却液，使用的机床的种类，切削条件均影响着切削效果。改变任何一种均会产生不同的切削效果。切削效果评定的准则是：车削时在固定的切削条件下产生一定量的刀具磨损时，被加工试件相应的材料去除量。淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢承受淬火的能力。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性，影响奥氏体的稳定性主要是：1.化学成分的影响碳的影响是主要的，当C％小于1.2％时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；当C％大于时，钢的冷却速度反而升高，C曲线左移，淬透性下降。其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。2.奥氏体晶粒大小的影响奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响，粗大的奥氏体晶粒能使C曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。但晶粒粗大将增大钢的变形、开裂倾向和降低韧性。3.奥氏体均匀程度的影响在一样冷度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，C曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高。4.钢的原始组织的影响钢的原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。5.局部元素，例如Mn，Si等元素对提高淬透性能起到一定作用，但同时也会对钢材带来其他不利的影响。可锻性(forgeability)金属具有热塑性，在加热状态(各种金属要求温度不同)，可以进展压力加工，称为具有可锻性。可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进展锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关[讨论]元素在钢中的形成物对可锻性的影响1C与Fe形成渗碳体Fe3C，与其它合金元素形成合金渗碳体(FeM)3C或合金碳化物。

所有碳化物都有硬度高、塑性低、熔点高的特点，但渗碳体型碳化物在加热到锻造温度时经适当保温可大局部或全部溶入固溶体中，而合金碳化物较难溶入固溶体中，对钢的可锻性影响最大。一般高合金工具钢含碳高，故具有变形抗力大，塑性差，碳化物不易被粉碎等特点。

2Mn在钢中形成MnS以代替FeS。因MnS熔点高〔1620℃〕，且呈断续分布，不像FeS熔点988℃，呈网状分布在晶界，所以可减少热脆。

锰对钢的过热性〔粗晶〕很敏感，钢锭加热温度过高，易生粗晶，使锻造困难。锰对珠光体钢的可锻性影响较小，奥氏体锰钢临界点将降低。

3Ni 炼钢时有Ni极易吸收氢形成大量气泡，锻造时引起开裂。Ni与Mn的作用相反，它促使硫化物成网状分布于晶界，使锻造时开裂，所以不宜在含硫的炉气中加热。

珠光体Ni钢在锻造时易形成片状破裂和带状组织。为了消除这种组织可采用镦粗和拔长交织进展，或在1000～1100℃下长时期扩散退火。

4Cr 铬在钢中形成较稳定的碳化物，提高碳化物在钢中的溶解温度，减慢溶解速度。

铬能促进使铸锭生成大晶粒，冷却时沿晶界形成内裂。

高铬钢在空气中冷却即能淬火，常在外表生裂，所以不易锻造。

5V 与碳形成稳定碳化物

V能使钢生成细晶组织，阻止过热，适当参加对锻性有利。

6Mo 钼的熔点高，能降低钢的过热倾向它和Ni一样，使硫化物以网状分布在晶界。

含有0.7%C，2～5%Mo的钼钢，锻造时无特殊困难。这些钢在空冷时间淬火，要防止冷裂。Mo提高钢的热强性，提高变形抗力。

7W 与碳形成稳定的碳化物

提高钢的热强性，增大变形抗力

8Cu 铜在钢中可溶于铁素体中，也可沿晶界析出游离铜

铜中含0.15%Cu时，加热不当，外表易生裂纹，高温轧制时易产生热脆

9B 硼能细化晶粒，能溶解在γ和α固溶体中，与Fe化合成Fe2B

钢中含B＞0.007%时，锻造易裂

10S 在钢中形成硫化物或共晶体，如FeS、Fe的熔点为985℃，且成网状布于晶界

显著降低可锻性〔红脆〕

11Unit3MechanicalPropertiesofMaterialsThematerialpropertiescanbeclassifiedintothreemajorheadings:(i)Physical,(ii)Chemical,(iii)Mechanical.PhysicalpropertiesDensityorspecificgravity,moisture['mɔistʃ['mɔistʃə]n.水分；湿度；潮湿；降雨量ChemicalpropertiesManychemicalpropertiescomeunder归入thiscategory.Theseincludeacidity[ə'sidəti]n.酸度；酸性；酸过多；胃酸过多oralkalinity[,ælkə'linəti]n.碱度；碱性,reactivity化学反响的活性andcorrosion.Themostimportantoftheseiscorrosionwhichcanbeexplainedinlayman’stermsastheresistanceofthematerialtodecay腐朽，腐烂whileincontinuoususeinaparticularatmosphere.归入[ə'sidəti]n.酸度；酸性；酸过多；胃酸过多[,ælkə'linəti]n.碱度；碱性化学反响的活性腐朽，腐烂MechanicalpropertiesMechanicalpropertiesincludethestrengthpropertiesliketensile,compression,shear,torsion,impact,fatigueandcreepn.爬行；毛骨悚然的感觉；谄媚者vi.爬行；蔓延；慢慢地移动；起鸡皮疙瘩creep:蠕变|潜变|渐变creepstrength:蠕变强度|潜变强度|蠕变弱度creepstrain:蠕变变形|蠕动应变|蠕变应变.n.爬行；毛骨悚然的感觉；谄媚者vi.爬行；蔓延；慢慢地移动；起鸡皮疙瘩creep:蠕变|潜变|渐变creepstrength:蠕变强度|潜变强度|蠕变弱度creepstrain:蠕变变形|蠕动应变|蠕变应变ThisisacurveplottedbetweenthestressalongtheY-axis(ordinate)andthestrainalongtheX-axis(abscissa[æb'sisə]\o"发音"\o"添加到单词本"n.[数]横坐标；横线)inatensiletest.Amaterialtendstochangeorchangesitsdimensionswhenitisloaded,dependinguponthemagnitude大小oftheload.Whentheloadisremoveditcanbeseenthatthedeformationdisappears.Formanymaterialsthisoccursupto一直到；相当于；忙于，在做；由决定的acertainvalueofthestresscalledtheelasticlimit.Thisisdepictedbythestraightlinerelationshipandasmalldeviation[,di:vi'eiʃən][æb'sisə]\o"发音"\o"添加到单词本"n.[数]横坐标；横线大小一直到；相当于；忙于，在做；由决定的[,di:vi'eiʃən]n.偏差；误差；背离averagedeviation:平均偏差|平均差|平均偏差，均差Withintheelasticrange,thelimitingvalueofthestressuptowhichthestressandstrainareproportional,iscalledthelimitofproportionality.Inthisregion,themetalobeysHooke’slaw,whichstatesthatthestressisproportionaltostrainintheelasticrangeofloading(thematerialcompletelyregainsitsoriginaldimensionsaftertheloadisremoved).Intheactualplottingofthecurve,theproportionalitylimitisobtainedataslightlylowervalueoftheloadthantheelasticlimit.Thismaybeattributedtothetime-lagintheregainingoftheoriginaldimensionsofthematerial.Thiseffectisveryfrequentlynoticedinsomeno-ferrous有色金属铁的，含铁的metals.有色金属铁的，含铁的Whileironandnickelexhibit[iɡ'zibit]n.展览品；证据；展示会vt.展览；显示；提出〔证据等〕vi.展出；开展览会clearrangesofelasticity,copper,zinc〔锌〕,tin〔锡〕,etc,arefoundtobeimperfectly[im'pə:fiktli]adv.有缺点地；不完美地；未完成地elasticevenatrelatively〔相当地〕lowvaluesofstresses.Actuallytheelasticlimitisdistinguishable〔可区分的〕fromtheproportionality〔比例性〕limitmoreclearlydependinguponthesensitivity〔灵敏性〕ofthemeasuringinstrument.[iɡ'zibit]n.展览品；证据；展示会vt.展览；显示；提出〔证据等〕vi.展出；开展览会[im'pə:fiktli]adv.有缺点地；不完美地；未完成地Whentheloadisincreasedbeyondtheelasticlimit,plasticdeformationstarts.Simultaneouslythespecimengetswork-hardened.Apointisreachedwhen〔这时〕thedeformationstartstooccurmorerapidlythantheincreasingload.ThispointiscalledtheyieldpointQ.themetalwhichwasresistingtheloadtillthen,startstodeformsomewhatrapidly,i.e.,yield.Theyieldstressiscalledyieldlimit.TheelongationofthespecimencontinuesformQtoSandthentoT.thestess-strainrelationinthisplasticflowperiodisindicatedbytheportionQRSTofthecurve.AtTthespecimenbreaks,andthisloadiscalledthebreakingload.ThevalueofthemaximumloadSdividedbytheoriginalcross-sectionalareaofthespecimenisreferredtoastheultimatetensilestrengthofthemetalorsimplythetensilestrength.Logicallyspeaking,oncetheelasticlimitisexceeded,themetalshouldstartstoyield,andfinallybreak,withoutanyincreaseinthevalueofstress.Butthecurverecordsanincreasedstressevenaftertheelasticlimitisexceeded.Tworeasonscanbegivenforthisbehavior:thestrainhardeningofthematerial;thediminishing[di'miniʃiŋ]adj.逐渐缩小的；衰减的v.减少；递减；衰减；削弱的权势cross-sectionalareaofthespecimen,sufferedonaccountofOnaccountoftheweather,wehadtocanceltheprojectedouting.theplasticdeformation.[di'miniʃiŋ]adj.逐渐缩小的；衰减的v.减少；递减；衰减；削弱的权势Onaccountoftheweather,wehadtocanceltheprojectedouting.Themoreplasticdeformationthemetalundergoes,theharderitbecomes,duetowork-hardening.Themorethemetalgetselongatedthemoreitsdiameter(andhence,cross-sectionalarea)isdecreased.ThiscontinuesuntilthepointSisreached.AfterS,therateatwhichtheredutioninareatakesplace,exceedstherateatwhichthestressincreases.Strainbecomessohighthattheredutioninareabeginstoproducealocalizedeffectatsomepoint.Thisiscalledneching.Reductionincross-sectionalareatakesplaceveryrapidly;sorapidlythattheloadvalueactullydrops.ThisisindicatedbyST.FailureoccursatthispointT.Thenpercentageelongationandreductioninareaindicatetheductilityorplasticityofthematerial:Whereandaretheoriginalandthefinallengthofthespecimen;andaretheoriginalandthefinalcross-sectionalarea. 材料特性主要分为三类：(i)物理特性，(ii)化学特性，(iii)力学性能。物理特性 密度或特定的重力，湿度等都属于此范畴。化学特性 许多化学特性都归入到这个范畴。其中包括酸性或碱性，活性和耐腐蚀性。而在这其中最重要的是耐腐蚀性，通俗的解释是材料在特定大气中长期使用时，抵抗腐蚀的能力。力学特性 力学特性包括诸如拉伸，压缩，剪切，扭转，冲击，疲劳和蠕变等强度特性。一种材料的拉伸强度由试件承载的最大载荷除以试件的横截面积得到。 如以下图为在拉伸试验中沿着X轴〔横轴〕的应变和沿着Y轴〔纵轴〕的应力之间的关系曲线。材料在加载时，随着载荷大小的变化，尺寸会发生改变。当卸载时，变形消失。对于许多材料来说，上述情况发生的应力极限值称为弹性极限。在应力-应变曲线中，直线关系和随后的小小的弯曲描述了上述的加载和卸载。 在弹性范围内，应力应变成比例的应力极限值称为比例极限。在这个区域中，金属服从胡克定律—阐述了在加载的弹性范围内，应力和应变成比例关系〔材料在卸载后，能够完全回复它原来的尺寸〕。在曲线的实际绘制中，比例极限值要稍微比弹性极限值低。这可能是由于材料回复原尺寸需要的时间延迟。这种现象在一些有色金属中常常出现。 铁和镍存在明显的弹性范围，铜，锌，锡等即使在相当低的应力值下弹性也表现得不是很充分。实际上依靠测试仪器的准确性可以使比例极限和弹性极限区分得更清晰。 当在弹性极限之上增大载荷时会产生塑性变形。同时，试件发生加工硬化。到达某点后变形的速度快于载荷增加的速度。这一点叫做屈服极限点。一开场一直在抵抗载荷的金属在这一点后开场迅速地发生形变，也就是，屈服。屈服应力叫做屈服极限。 试件从Q到S在到T不断地延长。在这个塑性流动期间的应力-应变关系表示为曲线上的QRST段。在T点试件断裂，此时的载荷称为断裂载荷。最大荷载值S除以试件的横截面积为金属的最大拉伸强度或简单地称为拉伸强度。 逻辑上来说，一旦超过弹性极限，金属应该就会屈服直至最后断裂，在应力值上应该没有增加。但是实际的曲线却记录了在超过弹性极限后的增加了的应力。这种现象的发生可能有两种原因：材料的应变强化；由于塑性变形引起的试件横截面积的缩小。 〔ForChristwasGod,andsufferedonaccountofus,beinghimselftheFather,thathemightbeabletosaveus.因为基督就是上帝，为我们受苦，他自己身为父，好叫祂也能救赎我们。〕 由于加工硬化，金属在发生塑性变形时会变得越来越硬。金属拉伸越长它的直径越小。这种现象一直持续到曲线上的S点。 超过S点后，面积减少的速度超过了应力增加的速度。应变变得很大，面积的减少在某些点产生了局部效应。叫做颈缩。 横截面积减小的速度非常快；以至于实际上载荷降低。 伸长率和面积减少率表示了材料的延展性。 Unit5Designofmachineandmachineelements机器和机器零件的设计Machinedesign机器设计Machinedesignistheartofplanningordevisingneworimprovedmachinestoaccomplishspecificpurposes.Ingeneral,amachinewillconsistofacombinationofseveraldifferentmechanicalelementsproperlydesignedandarrangedtoworktogether,asawhole.Duringtheinitialplanningofamachine,fundamentaldecisionsmustbemadeconcerningloading,typeofkinematicelementstobeused,andcorrectutilizationofthepropertiesofengineeringmaterials.Economicconsiderationsareusuallyofprimeimportancewhenthedesignofnewmachineryisundertaken.Ingeneral,thelowestover-allcostsaredesigned.Considerationshouldbegivennotonlytothecostofdesign,manufacturethenecessarysafetyfeaturesandbeofpleasingexternalappearance.Theobjectiveistoproduceamachinewhichisnotonlysufficientlyruggedtofunctionproperlyforareasonablelife,butisatthesametimecheapenoughtobeeconomicallyfeasible.机器设计为了特定的目的而创造或改良机器的一种艺术。一般来讲，机器时有多种不同的合理设计并有序装配在一起的部件构成的，在最初的机器设计阶段，必须根本明确负载、元件的运动情况、工程材料的合理使用性能。负责新机器的设计最初的最重要的是经济性考虑。一般来说，选择总本钱最低的设计方案，不仅要考虑设计、制造、销售、安装的本钱。还要考虑服务的费用，机械要保证必要的安全性能和美观的外形。制造机器的目标不仅要追求保证只用功能的合理寿命，还要保证足够廉价以同时保证其经济的可行性。Theengineerinchargeofthedesignofamachineshouldnotonlyhaveadequatetechnicaltraining,butmustbeamanofsoundjudgmentandwideexperience,qualitieswhichareusuallyacquiredonlyafterconsiderabletimehasbeenspentinactualprofessionalwork.负责设计机器的工程师，不仅要经过专业的培训，而且必须是一个准确判断而又有丰富经历的人，具有一种有足够时间从事专门的实际工作的素质。Designofmachineelements机器零件的设计Theprinciplesofdesignare,ofcourse,universal.Thesametheoryorequationsmaybeappliedtoaverysmallpart,asinaninstrument,or,toalargerbutsimilarpartusedinapieceofheavyequipment.Innoease,however,shouldmathematicalcalculationsbelookeduponasabsoluteandfinal.Theyareallsubjecttotheaccuracyofthevariousassumptions,whichmustnecessarilybemadeinengineeringwork.Sometimesonlyaportionofthetotalnumberofpartsinamachinearedesignedonthebasisofanalyticcalculations.Theformandsizeoftheremainingpartsaredesignedonthebasisofanalyticcalculations.Ontheotherhand,ifthemachineisveryexpensive,orifweightisafactor,asinairplanes,designcomputationsmaythenbemadeforalmostalltheparts.一样的理论或方程可应用在一个一起的非常小的零件上，也可用在一个复杂的设备的大型相似件上，既然如此，毫无疑问，数学计算是绝对的和最终的。他们都符合不同的设想，这必须由工程量决定。有时，一台机器的零件全部计算仅仅是设计的一局部。零件的构造和尺寸通常根据实际考虑。另一方面，如果机器和昂贵，或者质量很重要，例如飞机，那麽每一个零件都要设计计算。Thepurposeofthedesigncalculationsis,ofcourse,toattempttopre