機(jī)械工程材料復(fù)習(xí)資料

《機(jī)械工程材料》總復(fù)習(xí)使用性能工藝性能純金屬合金工業(yè)用鋼有色金屬及其合金鑄鐵結(jié)晶塑性變形熱處理一、性能㈠使用性能1、力學(xué)性能⑴剛度：材料抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量：E=/⑵強(qiáng)度：材料抵抗變形和破壞的能力。指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度b—材料斷裂前承受的最大應(yīng)力。屈服強(qiáng)度s—材料產(chǎn)生微量塑性變形時的應(yīng)力。條件屈服強(qiáng)度0.2—?dú)堄嗨茏優(yōu)?.2%時的應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度-1—無數(shù)次交變應(yīng)力作用下不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力。⑶塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為、。⑷硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)為HB、HRC。⑸沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)為αk.材料的使用溫度應(yīng)在冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。⑹斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的能力。指標(biāo)為K1C。2、化學(xué)性能⑴耐蝕性：材料在介質(zhì)中抵抗腐蝕的能力。⑵抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用的能力。3、耐磨性：材料抵抗磨損的能力。㈡工藝性能1、鑄造性能：液態(tài)金屬的流動性、填充性、收縮率、偏析傾向。2、鍛造性能：成型性與變形抗力。3、切削性能：對刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性.4、焊接性能：產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。5、熱處理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。二、晶體結(jié)構(gòu)㈠純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、理想金屬⑴

晶體：原子呈規(guī)則排列的固體。

晶格：表示原子排列規(guī)律的空間格架。

晶胞：晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元。⑵三種常見純金屬的晶體結(jié)構(gòu)Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常見金屬31212滑移系底面對角×3<110>×3<111>×2滑移方向六方底面×1{111}×4{110}×6滑移面0.740.740.68致密度12128配位數(shù)642原子個數(shù)原子半徑a、caa晶格常數(shù)密排六方面心立方體心立方⑶立方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)①晶面指數(shù)：晶面三坐標(biāo)截距值倒數(shù)取整加（）②晶向指數(shù)：晶向上任一點(diǎn)坐標(biāo)值取整加[]立方晶系常見的晶面和晶向

⑷晶面族與晶向族指數(shù)不同但原子排列完全相同的晶面或晶向。⑸密排面和密排方向——同滑移面與滑移方向在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。2、實(shí)際金屬

⑴多晶體結(jié)構(gòu)：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。

晶粒：組成金屬的方位不同、外形不規(guī)則的小晶體.

晶界：晶粒之間的交界面。⑵晶體缺陷—晶格不完整的部位①點(diǎn)缺陷

空位：晶格中的空結(jié)點(diǎn)。

間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。

置換原子：取代原來原子位置的外來原子。②線缺陷陷——位錯錯晶格中一部部分晶體相相對另一部部分晶體沿沿某一晶面面發(fā)生局部部滑移，滑滑移面上滑滑移區(qū)與未未滑移區(qū)的的交接線。。③面缺陷陷——晶界界和亞晶界界亞晶粒：組成晶粒的的尺寸很小小、位向差差也很小的的小晶。亞晶界：亞晶粒之間間的交界面面。④晶界的的特點(diǎn)：原子排列不不規(guī)則；阻阻礙位錯運(yùn)運(yùn)動；熔點(diǎn)點(diǎn)低；耐蝕蝕性低；產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)吸附附；是相變變的優(yōu)先形形核部位。。金屬的晶粒粒越細(xì)，晶晶界總面積積越大，位位錯障礙越越多；需要要協(xié)調(diào)的具具有不同位位向的晶粒粒越多，使使得金屬塑塑性變形的的抗力越高高。晶粒越細(xì)細(xì)，單位位體積內(nèi)內(nèi)同時參參與變形形的晶粒粒數(shù)目越越多,變變形越均均勻，在在斷裂前前將發(fā)生生較大塑塑性變形形。強(qiáng)度度和塑性性同時增增加，在在斷裂前前消耗的的功大，，因而韌韌性也好好.細(xì)晶強(qiáng)化化：通過細(xì)化化晶粒來來提高強(qiáng)強(qiáng)度、硬硬度和塑塑性、韌韌性的方方法。㈡合金金的晶體體結(jié)構(gòu)合金：由兩種或或兩種以以上元素素組成的的具有金金屬特性性的物質(zhì)質(zhì)。如碳碳鋼、合合金鋼、、鑄鐵、、有色合合金。相：金屬或合合金中凡凡成分相相同、結(jié)結(jié)構(gòu)相同同，并與與其他部部分有界界面分開開的均勻勻組成部部分。1、固溶溶體：與組成元元素之一一的晶體體結(jié)構(gòu)相相同的固固相.⑴置換換固溶體體：溶質(zhì)原子子占據(jù)溶溶劑晶格格結(jié)點(diǎn)位位置形成成的固溶溶體。多為金屬屬元素之之間形成成的固溶溶體。⑵間隙隙固溶體體：溶質(zhì)原子子處于溶溶劑晶格格間隙所所形成的的固溶體體。為過渡族族金屬元元素與小小原子半半徑非金金屬元素素組成。。鐵素體：：碳在-Fe中中的固溶溶體。奧氏體：：碳在-Fe中中的固溶溶體。馬氏體：：碳在-Fe中中的過飽飽和固溶溶體。固溶強(qiáng)化化：隨溶質(zhì)含含量增加加，固溶溶體的強(qiáng)強(qiáng)度、硬硬度提高高，塑性性、韌性性下降的的現(xiàn)象。。馬氏體的的硬度主主要取決決于其含含碳量，，并隨含含碳量增增加而提提高。⑵金屬屬化合物物：與組成元元素晶體體結(jié)構(gòu)均均不相同同的固相相.①正常常價化合合物如Mg2Si②電子子化合物物如Cu3Sn③間隙隙化合物物：由過度族族元素與與C、N、H、、B等小小原子半半徑的非非金屬元元素組成成。分為結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單的的間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)的間隙隙化合物物。強(qiáng)碳化物物形成元元素：Ti、Nb、V如如TiC、、VC中碳化物物形成元元素：W、Mo、Cr如如Cr23C6弱碳化物物形成元元素：Mn、Fe如如Fe3C⑶性能能比較：：強(qiáng)度：固固溶體純金屬屬硬度：化化合物固溶體純金屬屬塑性：化合物固溶體純金屬屬⑷金屬屬化合物物形態(tài)對對性能的的影響①基體體、晶界界網(wǎng)狀：：強(qiáng)韌性低低②晶內(nèi)內(nèi)片狀：：強(qiáng)硬度提提高，塑塑韌性降降低③顆粒粒狀：彌散強(qiáng)化化：第二二相顆粒粒越細(xì)，，數(shù)量越越多，分分布越均均勻,合合金的強(qiáng)強(qiáng)度、硬硬度越高高，塑韌韌性略有有下降的的現(xiàn)象。。⑸固溶溶體與化化合物的的區(qū)別：：①結(jié)構(gòu)；②性能；③表達(dá)方式式合金元素素在鋼中中的作用用1、強(qiáng)化化鐵素體體；2、形成成化合物物——第第二相強(qiáng)強(qiáng)化3、擴(kuò)大大（C,Mn,Ni,Co）或縮小?。–r,Si,W,Mo）A相區(qū)區(qū)4、使S、E點(diǎn)點(diǎn)左移5、影響響A化6、溶于于A(除除Co外外),使使C曲曲線右移移,Vk減小,淬淬透性性提高。。7、除Co、Al外，，使Ms、Mf點(diǎn)下降。。8、提高高耐回火火性（淬火鋼在在回火過過程中抵抵抗硬度度下降的的能力）9、產(chǎn)生生二次硬硬化(含高W、、Mo、、Cr、、V鋼淬淬火后回回火時，，由于析析出細(xì)小小彌散的的特殊碳碳化物及及回火冷冷卻時A’轉(zhuǎn)變變?yōu)镸回，使硬度度不僅不不下降，，反而升升高的現(xiàn)現(xiàn)象)10、防防止第二二類回火火脆性：：W、Mo(回火脆脆性：：淬火鋼鋼在某些些溫度范范圍內(nèi)回回火時，，出現(xiàn)的的沖擊韌韌性下降降的現(xiàn)象象。)三、組織織㈠純金金屬的組組織1、結(jié)晶晶：金屬由液液態(tài)轉(zhuǎn)變變?yōu)榫w體的過程程⑴結(jié)晶晶的條件件——過冷：在理論結(jié)結(jié)晶溫度度以下發(fā)發(fā)生結(jié)晶晶的現(xiàn)象象。過冷度：：理論結(jié)晶晶溫度與與實(shí)際結(jié)結(jié)晶溫度度的差。。⑵結(jié)晶晶的基本本過程——晶核核形成與與晶核長長大形核———自發(fā)形形核與非非自發(fā)形形核長大———均勻長長大與樹樹枝狀長長大⑶結(jié)晶晶晶粒度度控制方方法：①增加過過冷度；；②變質(zhì)質(zhì)處理；；③機(jī)械械振動、、攪拌2、純金金屬中的的固態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)變：：物質(zhì)在固固態(tài)下晶晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)隨溫度度而發(fā)生生變化的的現(xiàn)象。。固態(tài)轉(zhuǎn)變變的特點(diǎn)點(diǎn)：①形核部部位特殊殊；②過過冷傾向向大;③③伴隨著著體積變變化。1394℃

912℃

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：-Fe?-Fe?-Fe3、再結(jié)結(jié)晶⑴再結(jié)晶晶條件：：冷塑性變變形⑵加熱時時的變化化：回復(fù)→再再結(jié)晶→→晶粒長長大再結(jié)晶：：冷變形組組織在加加熱時重重新徹底底改組的的過程.再結(jié)晶不不是相變變過程。。⑶再結(jié)結(jié)晶溫度度：發(fā)生再結(jié)結(jié)晶的最最低溫度度。純金屬的的最低再再結(jié)晶溫溫度T再0.4T熔⑷影響響再結(jié)晶晶晶粒度度的因素素：①加熱溫溫度和時時間；②預(yù)先變變形程度度4、塑性性變形：：金屬塑性性變形方方式：滑移和孿孿生⑴滑移移的特點(diǎn)點(diǎn)：①只能在在切應(yīng)力力的作用用下發(fā)生生；②沿密排排面和密密排方向向發(fā)生；；③位移量量是原子子間距整整數(shù)倍；；④伴隨著著轉(zhuǎn)動滑移的機(jī)機(jī)理：通過位錯錯運(yùn)動實(shí)實(shí)現(xiàn)。孿生特點(diǎn)點(diǎn)：①孿生使使晶格位位向發(fā)生生改變；；②所需需切應(yīng)力力比滑移移大得多多，變形形速度極極快，接接近于聲聲速；③③孿生時時相鄰原原子面的的相對位位移量小小于一個個原子間間距。⑵冷熱熱加工：：以再結(jié)晶晶溫度劃劃分①冷加加工組織織：晶粒被拉拉長壓扁扁、亞結(jié)結(jié)構(gòu)細(xì)化化、織構(gòu)：變形量大大時，大大部分晶晶粒的某某一位向向與外力力趨于一一致的現(xiàn)現(xiàn)象。加工硬化化：隨冷塑性性變形量量增加，，金屬的的強(qiáng)度、、硬度提提高，塑塑性、韌韌性下降降的現(xiàn)象象。冷加工使使內(nèi)應(yīng)力力增加，，耐蝕性性下降，，提高。②熱加加工：形成纖維維組織、、帶狀組組織纖維組織織使熱加加工金屬屬產(chǎn)生各各向異性性，加工工零件時時應(yīng)考慮慮使流線線方向與與拉應(yīng)力力方向一一致。㈡合金金的組織織1、相圖圖勻晶L共共晶L+共共析+包包晶L+杠桿定律律：只適用于于兩相區(qū)區(qū)。枝晶偏析析：在一個枝枝晶范圍圍內(nèi)或一一個晶粒粒范圍內(nèi)內(nèi)成分不不均勻的的現(xiàn)象。。2、合金金中的固固態(tài)相變變⑴固溶溶體轉(zhuǎn)變變：AF⑵共析析轉(zhuǎn)變：：AP(F+Fe3C)⑶二次次析出：：AFe3CⅡ⑷奧氏氏體化⑸過冷冷奧氏體體轉(zhuǎn)變⑹固溶溶處理+時效：：固溶處理理是指將合合金加熱熱到固溶溶線以上上，保溫溫并淬火火后獲得得過飽和和的單相相固溶體體組織的的處理。。時效是指將過過飽和的的固溶體體加熱到到固溶線線以下某某溫度保保溫，以以析出彌彌散強(qiáng)化化相的熱熱處理。。3、鐵碳碳合金相相圖點(diǎn)：符號、成成分、溫溫度FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢ萊氏體Le(A+Fe3C)Le’(P+Fe3C)珠光體P(F+Fe3C)復(fù)相組織織組成物物：組織組成成物標(biāo)注注相區(qū)標(biāo)注注線：液固相線線、水平平線、固固溶線、、固溶體體轉(zhuǎn)變線線A1538℃D1227℃N1394℃G912℃PSK727℃ECF1148℃HJB1495℃C%溫度典型合金金的結(jié)晶晶過程（以共析析鋼為例例）時間溫度杠桿定律律的應(yīng)用用合金相的相對重量百分比組織組成物的相對重量百分比45鋼T10鋼含碳3.0%亞共晶白口鐵四、鋼的的熱處理理㈠熱處處理原理理1、加熱熱時的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變奧氏體化化步驟：：A形核；；A晶核核長大；；殘余滲滲碳體溶溶解；A成分均均勻化。。奧氏體化化后的晶晶粒度：：初始晶粒粒度：奧氏體化化剛結(jié)束束時的晶晶粒度。。實(shí)際晶粒粒度：給定溫度度下奧氏氏體的晶晶粒度。。本質(zhì)晶粒粒度：加熱時奧奧氏體晶晶粒的長長大傾向向。2、冷卻卻時的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變⑴等溫溫轉(zhuǎn)變曲曲線及產(chǎn)產(chǎn)物650℃℃600℃℃550℃℃350℃℃A1MSMf時間PSTB上B下MM+A’’A→PA→SA→TA→B上A→B下A→M過冷A過冷A過冷A過冷A過冷A⑵用C曲線定定性說明明連續(xù)冷冷卻轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物根據(jù)與C曲線交交點(diǎn)位置置判斷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物物P均勻A細(xì)AA1MSMf時間等溫退火火PP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等溫淬火火B(yǎng)下M+A’’分級淬火火M+A’’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’3、回火火時的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變碳鋼：馬氏體的的分解；；殘余余奧氏體體分解；；-碳化物物轉(zhuǎn)變?yōu)闉镕e3C；Fe3C聚集長長大和鐵鐵素體多多邊形化化。W18Cr4V鋼：560℃℃三次回回火。析析出W、、Mo、、V的碳碳化物，，產(chǎn)生二二次硬化化?；鼗鸹鹄鋮s時時，A’’轉(zhuǎn)變?yōu)闉镸。每每次回火火加熱都都使前一一次的淬淬火馬氏氏體回火火。強(qiáng)化鋼鐵鐵材料最最經(jīng)濟(jì)有有效的熱熱處理工工藝是淬淬火+回回火,它它包含了了四種基基本強(qiáng)化化方法。。㈡熱處處理工藝藝工藝目的加熱溫度組織退火1.調(diào)整硬度,便于切削加工。2.細(xì)化晶粒,為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Ac1+30~50℃F+PPP球正火1.低中碳鋼同退火。2.過工析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體。3.普通件最終熱處理亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Accm+30~50℃<0.6%C,F+S;≧0.6%C，SSS淬火獲得馬氏體組織。亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Ac1+30~50℃≦0.5%C,M>0.5%C,M+A’M+A’M+A’+粒狀Fe3C熱處理工工藝（續(xù)續(xù)）工藝目的加熱溫度組織回火1.消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形。2.獲得所需要的性能。低溫回火150~250℃中溫回火350~500℃高溫回火500~650℃(調(diào)質(zhì))亞共析,共析鋼：M回過共析鋼:M回+A’(少)+粒狀Fe3CT回S回表面淬火表面獲得馬氏體組織，并獲得表硬里韌的性能。預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)或正火適用于中碳鋼0.4~0.5%C表面：M回心部：S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)滲碳提高表面含碳量，獲得表硬里韌的性能。滲碳溫度:900~950℃淬火溫度：表面Ac1+30~50℃心部Ac3+30~50℃適用于低碳鋼0.1~0.25%C表面：M回+A’(少)+顆粒狀Fe3C心部：M回+F

M回五、工業(yè)業(yè)用金屬屬材料鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途碳素結(jié)構(gòu)鋼<0.4Q195Q235熱軋空冷F+P塑性,焊接性好建筑結(jié)構(gòu)低合金高強(qiáng)度鋼<0.2Q345(16Mn)Mn:強(qiáng)化F,增加P,降低脆轉(zhuǎn)溫度熱軋空冷F+P塑性,焊接性好橋梁,船舶,容器滲碳鋼0.1~0.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,強(qiáng)化F,Ti:細(xì)化晶粒滲碳+淬火+低溫回火表面：M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C心部：M回+F表硬里韌軸、齒輪調(diào)質(zhì)鋼0.3~0.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,強(qiáng)化F,Mo:防止第二類回火脆性調(diào)質(zhì)S回良好綜合力學(xué)性能軸、齒輪彈簧鋼0.6~0.90.45~0.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,強(qiáng)化F；Si:提高屈強(qiáng)比淬火+中溫回火T回高s/b高-1彈簧㈠工業(yè)業(yè)用鋼工業(yè)用鋼鋼（續(xù)））鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途滾動軸承鋼0.95~1.10GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蝕性球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高耐磨高-1足夠ak滾動軸承耐磨鋼1.0~1.3ZGMn13Mn:形成A組織水韌處理表：M+碳化物心：A高耐磨耐沖擊鏟齒，履帶板碳素工具鋼0.65~1.35T7~T13球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨沖子、絲錐、銼刀低合金工具鋼0.75~1.59SiCrSi、Cr：提高淬透性球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速鋼0.7~1.5W18Cr4VCr:提高淬透性；W、V：提高熱硬、耐磨性鍛、退火、淬火+三次回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物高熱硬高硬度高耐磨高速刃具工業(yè)用鋼鋼（續(xù)））鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途冷作模具鋼1.4~2.3Cr12Cr12MoVCr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性鍛，退，淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物高硬度高耐磨冷沖模擠壓模熱鍛模鋼0.5~0.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用同調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)S回抗熱疲勞熱鍛模壓鑄模鋼0.3~0.63Cr2W8V合金元素作用同高速鋼淬火+回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物抗熱疲勞,耐磨壓鑄模不銹鋼0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蝕性；Ni:形成A；Ti:防止晶間腐蝕調(diào)質(zhì)S回高耐蝕性(隨C%增加,耐蝕性下降)汽輪機(jī)葉片3Cr13,4Cr13淬火+低溫回火M回醫(yī)療器械0Cr13不能熱處理F