知識目標
1、掌握金屬材料的使用效能和工藝效能；
2、了解鋼鐵材料的分類，掌握非合金鋼、合金鋼、鑄鐵和鑄鋼的分類方法、牌號及應用；
3、掌握熱處理的一般原理及熱處理工藝在實際生產中的應用；
4、掌握有色金屬材料、非金屬材料的分類及應用。
材料種類繁多，在機械工程商常用的材料有：鋼鐵材料、有色金屬和非金屬材料。各種材料的效能不同，用途也不同。
因此，為了正確的選擇和使用材料，必須掌握和了解材料的分類、牌號、效能、應用範圍及熱處理等基本知識。
§ 6—1 金屬材料的效能
材料是機械的物質基礎。金屬材料的效能是選擇材料的主要依據。金屬材料的效能一般分為工藝效能和使用效能。
工藝效能是指金屬材料從冶煉到成品的生產過程中，在各種加工條件下表現出來的效能；使用效能是指金屬零件在使用條件下金屬材料表現出來的效能。金屬材料的使用效能決定了它的使用範圍。使用效能包括物理效能、化學效能和力學效能。
一、金屬材料的物理效能
金屬的物理效能是金屬所固有的屬性，包括密度、熔點、導熱性、熱膨脹性、導電性和磁性等。
1．密度
金屬的密度即是單位體積金屬的質量，其單位為kg/m3。
根據密度的大小，金屬材料可分為輕金屬和重金屬。密度小於4.5kg/cm3的金屬叫做輕金屬，如鋁、鈦等。
密度是金屬材料的乙個重要物理效能，與材料的使用和檢測等都有關係。例如，在航空工業和****中，為了增加有效載重量，密度是需要考慮的重要因素。
2．熔點
金屬從固體狀態向液體狀態轉變時的溫度稱為熔點。熔點一般用攝氏溫度（℃）表示。各種金屬都有其固定熔點。如鉛的熔點為323℃，剛的熔點為1538℃。
熔點對於冶煉、鑄造、焊接和配製合金都非常重要。易熔金屬及合金可用來製造熔斷器和防火安全閥等零件；難熔金屬及合金則用來製造要求耐高溫的零件，廣泛用於飛船外殼、火箭、飛彈、燃氣輪機和噴氣式飛機等耐高溫零件。
熔點低於1000℃的金屬稱為低熔點金屬，熔點在1000~2000℃的金屬稱為中熔點金屬，熔點高於2000℃的金屬稱為高熔點金屬。
3．導熱性
金屬材料傳導熱量的能力稱為導熱性，一般用熱導率（導熱係數）λ表示金屬材料導熱性能的優劣。熱導率大的金屬材料的導熱性好。在一般情況下，金屬材料的導熱性比非金屬材料好。
金屬的導熱性以銀為最好，銅、鋁次之。
導熱性好的金屬散熱也好，可用來製造散熱器零件，如冰箱、空調的散熱片。
4．熱膨脹性
金屬材料在受熱時體積會增大，冷卻時則收縮，這種現象稱為熱膨脹性。各種金屬的熱膨脹效能不同。常用線[膨]脹係數αl表示熱膨脹性。
如鐵在0~100℃時αl=11.76×10-6℃-1，即溫度公升高1℃鐵增加11.76μm/m。
在實際工作中有時必須考慮熱膨脹的影響。例如，一些精密測量工具就要選用膨脹係數較小的金屬材料來製造；鋪設鐵軌、架設橋梁、金屬工件加工過程中測量尺寸等都要考慮到熱膨脹的因素。
5．導電性
金屬材料傳導電流的效能稱為導電性。但各種金屬材料的導電性各不相同，其中以銀為最好，銅、鋁次之，工業上用銅、鋁做導電的材料。導電性差的高電阻金屬材料，如鐵鉻合金、鎳鉻鋁、康銅和錳銅等用於製造儀表零件或電熱元件，如電爐絲。
6．磁性
金屬導磁的效能稱為磁性。具有導磁能力的金屬材料都能被磁鐵吸引。鐵、鈷等為鐵磁性材料，錳、鉻、銅、鋅為無磁性或順磁性材料。
但對某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在768℃以上就表現為沒有磁性或順磁性。
鐵磁性材料可用於製作變壓器、電機的鐵心和測量儀表的零件等；無（順）磁性材料可用作要求避免磁場干擾的零件。
二、金屬材料的化學效能
金屬材料的化學效能是指金屬在化學作用下所表現出的效能，如耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩定性等。
1．耐腐蝕性
金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學介質腐蝕作用的能力，稱為耐腐蝕性。常見的鋼鐵生鏽，就是腐蝕現象。
腐蝕對金屬材料危害很大，每年都有大量的鋼鐵被鏽蝕。嚴重時還會使金屬構件遭到破壞而引發重大惡性事故，特別是在腐蝕介質中工作的金屬材料製件（如製藥、制酸、制鹼等化工裝置），必須考慮金屬材料的耐腐蝕性能。
2．抗氧化性
金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。
金屬材料在加熱時，氧化作用加速，如鋼鐵在鍛造、熱處理、焊接等加熱作業時，會發生氧化和脫碳，造成材料的損耗和各種缺陷。因此，在加熱坯件或材料時，長在其周圍形成一種還原氣體或保護氣體，以避免金屬材料的氧化。
3．化學穩定性
化學穩定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學穩定性叫做熱穩定性。用於製造在高溫下工作的零件的金屬材料，要有良好的熱穩定性。
三、金屬材料的力學效能
金屬材料的力學效能是指金屬材料在力作用下所表現出來的效能。力學效能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。
1．強度
強度是金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。抵抗能力越大，則強度越高；強度越高的材料越能承受較大的外力而不變形和破壞。
由於材料承受載荷的方式不同，其變形形式也不同，所以材料的強度又分為抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗剪等的強度，其中最常用的是抗拉強度或強度極限σb。
強度極限σb可以通過拉伸試驗測定。σb表示材料在拉伸條件下所能承受的最大應力，是機械設計和選材的主要依據之一。
2．塑性
塑性是金屬材料在靜載荷作用下產生永久變形而不破壞的能力。塑性指標用伸長率δ和斷面收縮率ψ來表示。
δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。材料具有塑性才能進行壓力加工，如汽車外殼、不鏽鋼用品等。塑性好的材料製成的零件在使用時也較安全。
3．硬度
硬度是衡量金屬材料軟硬的乙個指標。一般認為，硬度是指金屬材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力，是金屬材料表面抵抗變形或破壞的能力。它是材料塑性、強度等效能的綜合體現。
在生產上最常用的硬度有布氏硬度（hb）、洛氏硬度（hrc、hrb、hra）和維氏硬度（hv）。
布氏硬度用於測定鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼以及結構鋼調質件的硬度；洛氏硬度應用最廣，常用於測定工件的表面硬度，如淬火鋼；維氏硬度由於測試手續較繁、應用較少。三種硬度之間沒有換算關係，但有對照表可參考。
4．韌性
金屬材料抵抗衝擊載荷作用而不破壞的能力，稱為韌性。材料的衝擊韌性一般在擺錘衝擊試驗機上進行測試，測得試樣在沖斷時斷口單位面積所消耗的衝擊吸收功，稱為衝擊韌度或衝擊值，常用ak表示，其單位為j/cm2。ak值越大，衝擊韌度越高。
5．疲勞強度
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。實際上，金屬材料並不可能作無限多次交變載荷試驗，一般試驗時規定，鋼在經受107次、有色金屬經受108次交變載荷作用時不產生斷裂的最大應力稱為疲勞強度。當施加的交變應力是對稱迴圈變化時，所得的疲勞強度用σ-1表示。
由於疲勞斷裂是突然發生的，具有很大的危險性，所以要選擇抗疲勞強度較好的材料來製造承受交變載荷的機器零件，如軸、齒輪、彈簧等。
四、金屬材料的工藝效能
金屬材料的工藝效能是指在各種加工條件下表現出來的適應能力，包括鑄造性、鍛壓性、焊接性和可加工性等。
1．鑄造性
金屬材料能否用鑄造方法製成優良鑄件的效能，稱為鑄造性或可鑄性。鑄造效能主要決定於金屬材料熔化後金屬液體的流動性、冷卻時的收縮率等。不同的金屬材料，其鑄造性差異較大。
常用金屬材料中，灰鑄鐵具有優良的鑄造效能，鑄鋼的鑄造性低於鑄鐵。鑄造鋁合金和鑄造銅合金的鑄造性也較好。
2．鍛壓性
金屬材料能否用鍛壓方法製成鍛壓件的效能，稱為鍛壓性或可鍛性。鍛壓性一般與材料的塑性及其塑性變形抗力有關。在一般情況下，材料塑性好，變形抗力小，則鍛壓性也好。
低碳鋼的鍛壓性最好，中碳鋼次之，高碳鋼則較次。低合金鋼的鍛壓性近似於中碳鋼，高合金鋼的鍛壓性比碳鋼差。
3．焊接性
金屬材料在一定焊接條件下，是否易於獲得優良焊接接頭的能力稱為焊接性或可焊性。它取決於焊縫是否產生裂紋氣孔等缺陷。焊縫接頭有一定的力學效能。
低碳鋼有較好的可焊性，高碳鋼較差，鑄鐵則更差。銅、鋁合金的可焊性一般比碳鋼差。
4．可加工性
金屬材料切削加工的難易程度稱為可加工性或切削加工性。可加工性好的金屬材料，在切削加工時刀具磨損小，加工表面好。一般認為，硬度過高或過低的金屬材料，其切削加工效能較差。
切削時切屑易於折斷，也表明材料切削加工性好。
§ 6—2 鋼鐵材料
鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的統稱。
鋼是以鐵為主要元素，含碳量一般在2%以下，並含有其他元素的材料。
鑄鐵是含碳量大於2.11%的鐵碳合金。含碳量2%通常是鋼和鑄鐵的分界線。
根據化學成分，鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。
一、非合金鋼（碳素鋼）
非合金鋼也稱碳素鋼或碳鋼，是含碳量wc小於2%的鐵碳合金。它還含有少量的硫、磷、錳、矽等雜質，其中硫、磷是煉鋼時由原料進入鋼中，煉鋼時難於除盡的有害雜質。硫有熱脆性，磷有冷脆性。
錳、矽是在煉鋼時加入脫氧劑時帶入鋼中的，是有益元素。
1.碳素鋼的分類
碳素鋼有多種分類方法，常用的分類方法有三種：
（1）按鋼的含碳量分類
低碳鋼：含碳量wc≤0.25%。
中碳鋼：含碳量wc＞0.25%~0.6%
高碳鋼：含碳量wc≥0.6%
（2）按鋼的質量分類
碳鋼質量的高低，主要根據鋼中雜質硫的質量分數和磷的質量分數來劃分。可分為普通碳素鋼、優質碳素鋼和高階優質碳素鋼。
普通鋼：ws≤0.035%， wp≤0.035%
優質鋼：ws≤0.030%， wp≤0.030%
高階優質鋼：ws≤0.025%， wp≤0.025%
（3）按用途分類
碳素結構鋼：用於製造金屬結構、零件。
碳素工具鋼：用於製造刃具、量具和模具。
鋼還可以從其他角度來分類，如按脫氧方法不同，鋼可分為沸騰鋼、鎮靜鋼和半鎮靜鋼三種。
2.碳素結構鋼
凡用於製造機械零件和各種工程結構件的鋼都稱為結構鋼。根據質量分為普通碳素結構鋼和優質碳素結構鋼。
(1)普通碳素結構鋼
普通碳素結構鋼治煉容易，不消耗貴重的合金元素，**低廉，效能能滿足一般工程結構、日常生活用品和普通機械零件的要求，所以是各類鋼中用量最大的一類。
第六章第六章財務計畫
6.1 資金 投資比例餅圖 希吉雅食品責任 成立初期，準備籌集資金100萬元。發起人自投60萬元，申請大學生創業貸款30萬元,10萬元尋求投資，企業固定資產作投資160萬元，向銀行貸款100萬元。共計註冊資本360萬元。投資比例如圖所示 圖8 1 投資比例 創業自籌資金由創業者個人以其個人名義籌集的...
材料力學第六章
1 受彎構件橫截面上有兩種內力 彎矩和剪力。彎矩m在橫截面上產生正應力 剪力在橫截面上產生剪應力。2 已知橫截面上的內力，求橫截面上的應力屬於靜不定問題，必須利用變形關係 物理關係和靜力平衡關係。彎矩產生的正應力是影響強度和剛度的主要因素，故對彎曲正應力進行了較嚴格的推導。剪力產生的剪應力對梁的強度...
第六章建築材料
6.1材料的基本性質 一 材料的基本性質 1 材料的性質 物理性質 力學性質 化學性質 耐久性。材料的基本性質 物理性質 力學性質 耐久性。2 密度 表觀密度 堆積密度單選1 密度 絕對密實狀態下單位體積的質量 表觀密度 材料自然狀態下，單位體積的質量，包括固體物質體積和孔隙 堆積密度 自然堆積狀態...