文档介绍：63
机
械工程学院、光机工程学院
机 械 工 程 材 料
（ 讲 义 ）
绪 论
材料和材料科学
材料就是构成（制造）物品的原材料
再设计制造机器与设备时，对材料的选择应首先考虑其使用性能。
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1、使用性能：力学性能、物理化学性能、、、、
工程材料性能
2、工艺性能：铸、锻、焊、切削、热处理、烧结、、、、、、
§1、力学性能（机械性能）
同学们已学过《材料力学》，故自己复****之。（不讲）
§2、物理和化学性能
（阅读）
§3、工艺性能
（略讲）
材料的工艺性能关系到加工工艺设计及其成本的高低。
铸造性：流动性、收缩性、偏析倾向是铸造性能的判据。
可锻性：可进行压力加工（含轧制）的性能。
可焊性：焊接在一起的难易程度及其焊缝质量。
切削加工性：切削的难易程度与表面切削质量（光洁度）。钢的硬度在HB200±40 时切削性能好。
第二章、材料的结构
**结构：分子、原子的空间连结构架，即原子（或分子）的排列位置和空间分布。
1、固态（晶态、非晶态）
2、液态
物质的积聚状态 3、气态
4、等离子态
§1、材料的结合方式
化学键
组成物质的质点（原子、分子或离子）相互作用而联系在一起。这种粒子之间的相互作用称为化学键。化学键的性质对物质的性能影响很大。
**物质积聚物的性能不仅取决于组成物质整体的质点的种类和数目，同时取决于相互之间化学键的特点及其排列方式。
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三层意思分述如下：
、种类和数目的影响：种类的影响不言而喻，数目减少到纳米级时物化性能产坐突变。例如：纳米材料
、化学键的影响：例如，石墨与金刚石。
、排列方式的影响：例如，同素异构体的性能不同；有序排列与无序排列（晶体与非晶体）性能不同；特殊的有序排列（超结构）性能不同------超导体、有机磁性材料等。
化学键种类：离子键、共价键、金属键、（还有配位键等）
离子键
电负性相差大的原子间相互靠近时，互有电子得失而成为正负离子，由静电引力结合在一起。例如：NaCl, KCl, GaAs,
共价键
同类或性质相近类原子间结合，借
共用电子对而结合。 Cl
例如：SiC,金刚石，高分子材料、、 Na
3、 金属键
A、金属原子结构特点
外层电子少，易失去，而成为 图2—1 NaCl 晶体
自由电子；在金属聚合物中成为“电子气”。这种由金属正J离子与自由电子气相互作用而结合的方式称为金属键。
B、金属的物化性能取决于金属键
例如：导电、光泽、导热、塑性变形能力、、、、、
分子键和氢键
分子键：范德瓦尔斯键
氢键：极性键
结合键的性能特点（略讲）
见书P10，表2—1
工程材料的键性
根据键性，可以估计材料的性能。
工程材料中有的是单一种键，更多的是几种键的组合。
金属材料
金属材料的结合键主要是金属键；但金属材料中的金属间化合物是离子键。书中提及的灰锡（共价键）已不能用做工程材料，此类状态已失去了金属性能。
陶瓷材料
离子键为主，亦有共价键。所以，陶瓷材料硬度高，熔点高，脆性大。
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高分子材料
共价键和分子键。高分子材料分子大的特点，决定了其分子之间的作用力大，性能好。链、环及其复合形式的大分子结构，不同的基在不同部位的连接使其性能不同。
离子键 硅酸盐陶瓷
半导体
黏土
高分子
金属键
分子键
图2—3 结合键四面体
§2金属的晶体结构
基本概念：
晶体与非晶体：原子或分子的空间有序排列形成晶体；反之为非晶体。
有序即按照某种规律排列而成（后面课程中讲），长程有序。（例如：Nacl、糖等）
非晶体又称过冷液体，近程有序。（例如：玻璃等）
晶体的基本概念
晶格和晶胞（表示方法）：抽象法（抽象晶体）
将金属原子视为球形，它们的堆砌(集)可有不同的规律（多样性）。
一些坐活常识可知。
若视其为空间几何点，则其空间排列（多样性）称为空间点阵。
将点阵用假想直线连接（多样性）（类似建筑工程脚手架结构）称为晶格。
其中有代表性（最小的空间单元）的几何单元称为晶胞。
不同的堆集方式有不同的空间点阵，即各自具有代表性的空间单元亦不同，即晶胞不同。
晶胞各边的尺寸a、b、c称为