2018年機(jī)械工程師職稱資格考試指導(dǎo)書(shū)

1、2018年機(jī)械工程師（中級(jí)）職稱資格考試指導(dǎo)書(shū)第一部分工程制圖與公差配合工程圖是設(shè)計(jì)工程師用以表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖的語(yǔ)言和工具。它由制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和一些符號(hào)、畫(huà)法 規(guī)則組成。工程制圖的一般規(guī)定圖框，即圖紙的規(guī)格尺寸，由圖紙是否需要裝訂和圖紙幅面的5927小確定。優(yōu)先采用的圖紙幅面是:A0, A1 , A2, A3, A4, A5. 11-1圖紙幅面尺寸（mm）幽R號(hào)A0A1A2A3A4A5山翼II的*川乂弘；麗映2,震420110X297FS 乂 2沛一望裝訂地主u252$152$2525二密裝iT噴曲如期M收三01010555_不，¥噌訂之工一酒：IA所下20劉010不K 1.1-2

2、圖統(tǒng)的型式和施用困線組式現(xiàn)寬工敏定用怪二畿b一 N史的麻縹出如二泄統(tǒng)FI判制尺寸度設(shè)尺q用筑,打一跳般就甌心 下7；曲3m它力味， a而堆 螺毆的普眸及曲位的由副% ”不眥陶 發(fā)加的連琥.3:H收，成妍彼分布露相阿里索途4.紋.尊的息口附覆處灼電界就.林辭和剖桃妁分界鼓JvW為國(guó)3新翼處的a弁戰(zhàn)爭(zhēng).玨不因見(jiàn)輪鄰線，不可見(jiàn)過(guò)渡線點(diǎn)點(diǎn)加!BM !. !* 的媳軸戰(zhàn)、時(shí)稱山心筐、軌跡段、節(jié)圓及節(jié)稅坦盧劃線r特殊處求刑4我去布的走東雄只小翅黑廠 . 三-i wa & 工 rm - a ji妁出3櫛加班助零件的輪b線.段跟位置的輪也山、好*;的輪席跑 章里拓圖中刮成出的艷雌、試驗(yàn)或工出目始構(gòu)（曜

3、鼻上不存支】的輪廓遇，微患投影輪右線.中能線粗線寬度b應(yīng)按圖的大小和復(fù)雜程度，在 2mm之間選擇b的推薦系列為、1、2mm。« Lt-3推薦的圖樣比例原依比傭.:有小比例IT ： 1U1 :2X1 tSXIO*! t 1 X iff_放大怔優(yōu)? I2 : 15MH廣 I工 Ml* 二 I1 x 11/ 1K，產(chǎn)品名笄或材料插記共7.5第張張ir t4wIJ_用母代號(hào)圖IJ-3標(biāo)題欄珞式y(tǒng)代寸新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)題欄中的文字方向?yàn)榭磮D的方向，即圖樣中標(biāo)注尺寸、符號(hào)及說(shuō)明均以標(biāo)題欄的文字方 向?yàn)闇?zhǔn)。第一視角和第三視角視圖兩種畫(huà)法的主要區(qū)別在于視圖的配置關(guān)系不同。就耀割七規(guī)再前夜圖主世圖左旗圖在

4、視府雙松哥一張工程圖中，一般都包含3個(gè)基本內(nèi)容：標(biāo)題欄、基本視圖、技術(shù)要求。*1J-4剖面符號(hào)及畫(huà)法線 八 電抑變壓器卬電同出W的送綱片2砂、用必,.粉刺冷金.孫必*【*'*”:工F 7 *7閥蹺刀外,硬硬企企片北鼓舉及供股察用W芙飽透曬材%修紜再翻而木忖心加j1）零件圖中，如剖面線為金屬材料， 剖面線畫(huà)成45。平行線，而且在各視圖中應(yīng)方向一致、間隔相等。在裝配圖中，相鄰兩金屬零件的剖面線方向相反或方向相同但間隔不同；還要注意在各視圖中同一零件的剖 面線方向仍相同。2）零件圖中可用涂色代替剖面線，但標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定涂色僅能用于零件圖而不可用于裝配圖。3）對(duì)于狹小面積的剖面，當(dāng)在圖中的寬度小于

5、或等于2mm時(shí)，可以用涂黑代替剖面線。機(jī)械、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)圖的示意畫(huà)法表12/ 部分常用機(jī)械零、部件的篇化制法、符號(hào)（示例）二戶.荷圖利號(hào)也明名瑞IH.1符號(hào)說(shuō)明4、1 輛承史L _ E潸厘軸承石一城動(dòng)岫承Q巧3H'I1蕭?！泵髌さ阶兂鯇W(xué)三角皮帶0囪反帶一平反需二，同步誨然帶理札普通統(tǒng)在廠"1漆珠理杠士 K:J! Ml出圓柱齒輪傳動(dòng)f百輪固定在版上）翩螂蝴結(jié)產(chǎn) 1嘴輪在角1涓次 變速時(shí)m寓合器1-碳惠育霹11-M:*jet"蝸整蝸村作動(dòng)凸輪-E23-昵U輪c惟齒輪傳動(dòng)©平面色輪表122皆路，接口和接頭的筒化囪法及符號(hào)（示例）用途式兜號(hào)含義笆號(hào)乎意得-程揖或

6、符號(hào)含義符號(hào)示意附管略聯(lián)接管路1二二算"二不望職搭裝置 0受其管群隼聿幫裝置9 9菜件管蹄i,*._，快捉治妥京灣中向用&園 1I放工裝置連鰻放氣J_寄作言附-fcw4-間斷放氣JL再恚蔚單向放氣±三遁警表12.3常用液壓氣動(dòng)元件簡(jiǎn)化畫(huà)法及符號(hào)（示例）名榭【KH七婀也示例書(shū)軾票設(shè)速超潮壓峙達(dá)定量式*變量式液用加，氣M電磁網(wǎng)率周能"二*名株前化但法抑律耳*停:S轅淹做7 也lLL.壬乙|UUR港前眼 Fl；l年同同能認(rèn)識(shí)、繪制機(jī)械、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)的原理圖，并能運(yùn)用原理圖進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和分析。尺寸、公差、配合與形位公差標(biāo)注基孔制配合是基本偏差為一定的孔的公差帶，

7、選擇改變軸的公差帶獲得所需配合（狀態(tài)）的一種裝配制度?；S制配合是基本偏差為一定的軸的公差帶，選擇改變孔的公差帶獲得所需配合（狀態(tài)）的另一種裝配 制度。根據(jù)GB/T規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)公差采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公差代號(hào)IT表示。標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)分為 01, 0, 1, 2, 3,18共20級(jí)，分別標(biāo)記為IT01,，IT18.標(biāo)準(zhǔn)推薦，基孔制的間隙配合、軸的基本偏差用a, b, c, d, e, f, g, h;過(guò)渡配合用js, k, m, n;過(guò)盈配合用 p, r, s, t, u, v, x, y, z。零件單一實(shí)際要素（指構(gòu)成零件幾何特征實(shí)際存在的點(diǎn)、線、面）形狀所允許的變動(dòng)全量稱為形狀公差。關(guān)聯(lián)實(shí)際要素（指對(duì)其

8、他要素有功能關(guān)系的實(shí)際要素）的位置對(duì)基準(zhǔn)所允許的變動(dòng)全量稱為位置公差。形狀 和位置公差簡(jiǎn)稱為形位公差。表153形位公今特征符號(hào)分斐溪0有或無(wú)氈灌呼求甘爽域U符號(hào)書(shū)或尤茲盛蒙求訝線度無(wú)定向平行度一有睜瘩平面度a五事宜度±有公差'狀3U度0無(wú)除耕度Z春圓桿度無(wú)1定<«也置度擊有或無(wú)網(wǎng)線輪廓度有故無(wú)向劃（同心】S©_有或輪世時(shí)機(jī)空有俅置廊面輪豳度有視無(wú)跳感跳動(dòng)7 .百差全跳劭U有X L5-4破測(cè)要素、范準(zhǔn)要素及其他酎加符號(hào)說(shuō)明說(shuō)明符號(hào)1說(shuō)碣符號(hào)說(shuō)明符號(hào)碳刺夔素的:注直接包容要求- Q地尊公茂密0用字玲A景文實(shí)體尊求自山狀態(tài)，【旭機(jī)性零件】條件Q瑤推魄索的標(biāo)

9、注2果小孌體字求0基準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)注一中嘩一要拿產(chǎn)理電正碣尺寸, S_ _表1氐5標(biāo)注后侵4府:薄UjIEI標(biāo)"另舟規(guī)定,公爰帝室度方向即分豺 定方向i圖G或筆謫于讖制要素方向（圖 。：對(duì)于圜度1公差帶的意度是形成而間 心居的半植方向.公差值就加在"力”或Tf©二則公無(wú)帝汨宛樣凈或球形一個(gè)表而有同一看僧的公差悟或索晡.H示方法見(jiàn)圖f .用同一公差慚拉概被惻 式前府，充示方法見(jiàn)用g 1非在公差格 恪上注明“具面” A ,共安當(dāng)指向?qū)嶋H表面時(shí)，箭頭町置于帶點(diǎn)的 荼芝技.匕詒點(diǎn)推在實(shí)際表同h i國(guó)仙 當(dāng)公翱及釉-旺戰(zhàn)平國(guó)也南帝尺寸包 案盤(pán)定的或時(shí)*帶簫炙的指弓I蝴與尺寸 統(tǒng)

10、的延代嵬欣T （ffi b. 0當(dāng)公差排設(shè)輪牌稅或表面時(shí)，構(gòu)箭去世 下翟索的坨郛蛇或沿線手但也猶4尺J 嫉明艮分開(kāi)I/ o ru表而粗糙度指已加工表面波距在lmm以下的微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度由加工過(guò)程中的殘留面積、塑性變形、積屑瘤、鱗刺以及工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)等原因造成。同一表面粗糙度值 Ry> Rz> Ra,且Ry值約為Ra值白8倍。一般表面粗糙度標(biāo)注優(yōu)先采用Ra值。表L6J新老表面粗陋度對(duì)照看（相當(dāng)于）登曲粗精度數(shù)值&50用3口Aa0,8癡。4品g楞畛：原表也光精度V3V4守6守79GO尺寸鏈?zhǔn)窃诹慵庸せ驒C(jī)器裝配過(guò)程中，由相互聯(lián)接的尺寸形成的封閉尺寸組。按尺鏈的形

11、成和應(yīng)用場(chǎng)合，尺寸鏈可分為工藝尺寸鏈和裝配尺寸鏈。在零件加工過(guò)程中，由同零件有關(guān)工序尺寸所形成的尺寸鏈， 稱為工藝尺寸鏈。在機(jī)器設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程中由有關(guān)零設(shè)計(jì)尺寸所形成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈。按尺寸鏈各環(huán)的幾何特征和所處空間位置，尺寸鏈可分為直線尺寸鏈、角度尺寸鏈、面尺寸鏈和空間尺 寸鏈。第二部分工程材料金屬材料金屬材料的主要性能包括工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料使用某種工藝方法進(jìn)行加工的難 易程度。使用性能是指金屬材料在正常工作條件下所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。力學(xué)性能是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能。其主要指標(biāo)有硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性和缺 口敏感性等。材料

12、的力學(xué)性能主要取決于材料的組分和晶體結(jié)構(gòu)。硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗 力越大，硬度值也越高。硬度和其他力學(xué)性能之間存在一定關(guān)系。金屬材料的布氏硬度HBS與抗拉強(qiáng)度er b在一定硬度范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，即b b=KHBS鋼鐵材料和鋁合金 K值約為，銅及銅合盆約為。根據(jù)洛式硬度換算bb=- +XHRG對(duì)于刀具、冷成型模具和粘著磨損或磨粒磨損失效的零件，其磨損抗力和材料的硬度成正比，硬度是決 定耐磨性的主要性能指標(biāo)。對(duì)于承受接觸疲勞載荷的零件如齒輪、滾動(dòng)軸承等，在一定硬度范圍內(nèi)提高硬度 對(duì)減

13、輕麻點(diǎn)剝落是有效的。用硬度作為控制材料性能的指標(biāo)時(shí)，必須對(duì)熱處理工藝作出明確的規(guī)定，設(shè)計(jì)零 件時(shí)在圖樣上除注明材料外，還必須注明熱處理技術(shù)條件和熱處理后達(dá)到的硬度（硬度應(yīng)有一定范圍，一般 波動(dòng)為5個(gè)HR。生產(chǎn)中常用的硬度測(cè)試方法有布氏（HB）硬度測(cè)試法、洛氏（HR）硬度試驗(yàn)方法和維氏（HV）硬度試驗(yàn)方法三種（HS-肖氏硬度）。（一）布氏硬度試驗(yàn)法布氏硬度試驗(yàn)法是用一直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，在載荷 P （kgf或N）的作用下壓入被測(cè)試金屬表面，保持一定時(shí)間t后卸載，測(cè)量金屬表面形成的壓痕直徑d,以壓痕的單位面積所承受的平均壓力作為被測(cè)金屬的布氏硬度值。布氏硬度指標(biāo)有HBS和HBW

14、,前者所用壓頭為淬火鋼球，適用于布氏硬度值低于 450的金屬材料，如退 火鋼、正火鋼、調(diào)質(zhì)鋼及鑄鐵、有色金屬等；后者壓頭為硬質(zhì)合金，適用于布氏硬度值為450650的金屬材料，如淬火鋼等。布氏硬度試驗(yàn)特別適用于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；蚪M成相的金屬材料的硬度及鋼件退火、正火和調(diào)質(zhì)后的硬度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。檢測(cè)布氏硬度時(shí)，檢測(cè)面應(yīng)是光滑的，表面粗糙度一般為 Ra口，試樣厚度至少應(yīng)為壓痕直徑的10倍。試驗(yàn)時(shí)，壓痕中心應(yīng)距試樣邊緣4d,當(dāng)材料硬度35HBS時(shí)應(yīng)為6do相鄰兩個(gè)壓痕之間的間隔必須大于壓痕直徑的3倍以上。布氏硬度測(cè)試法，因壓痕較大，故不宜測(cè)試成品件或薄片金屬的硬度。（二）

15、洛氏硬度試驗(yàn)法洛式硬度是以測(cè)量壓痕深度來(lái)表示材料的硬度值。洛氏硬度試驗(yàn)法是用一錐頂角為120。的金剛石圓錐體或直徑為（1/16英寸）的淬火鋼球?yàn)閴侯^，以一定的載荷壓入被測(cè)試金屬材料表面，根據(jù)壓痕深度可直接在洛氏硬度計(jì)的指示盤(pán)上讀出硬度值。常用的洛氏 硬度指標(biāo)有HRA、HRB和HRC三種。表2.11洛式硬度弧驗(yàn)的標(biāo)尺.試嗡規(guī)范及延用三月符號(hào)生頭類(lèi)型棚盤(pán)岐度翅國(guó)迸忠舉例AHKA僉陽(yáng)后宜姓段圓合金，硬化營(yíng)煙假、表虐薄層硬比鉤RHRR內(nèi)居鋼球孤注洌，蝌含金、我.蠹計(jì)必期就鐵HRC全網(wǎng)而限作U71如-7小淬火柜、鬲晚社語(yǔ)則-最光體可鍛距優(yōu)洛氏硬度測(cè)試，操作迅速、簡(jiǎn)便，且壓痕小不損傷工件表面，故適于成品檢

16、驗(yàn)，熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。缺點(diǎn) 是壓痕小，代表性差，所測(cè)硬度值重復(fù)性差，分散度較大。常用于檢查淬火后的硬度。（二）維氏硬度試驗(yàn)法維氏硬度試驗(yàn)的壓頭是兩對(duì)面夾角 “為136。的金剛石四棱錐體。壓頭在試驗(yàn)力 F的作用下，將試樣表 面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量出壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d,用以計(jì)算壓痕的表面積A 。1）金屬維氏硬度試驗(yàn)方法。試驗(yàn)力范圍為，共分六級(jí)，主要用于測(cè)定較大工件和較深表面層的硬度。2）金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)方法。試驗(yàn)力范圍為，共分七級(jí)，主要用于測(cè)定較薄工件和具有較淺硬 化層零件的表面硬度，也可測(cè)表面硬化零件的表層硬度梯度或硬化層深度。3）金屬顯微硬度試驗(yàn)方法

17、。試驗(yàn)力范圍為X10-3，共分五級(jí)，主要用于測(cè)量微小件，極薄件以及具有極薄的表面層的硬度以及合金中組成相的硬度。維氏硬度不僅試驗(yàn)力可任意選取，而且壓痕測(cè)量精度高，硬度值準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是硬度值需通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì) 角線長(zhǎng)度后進(jìn)行計(jì)算或查表，效率較低。其他還有努氏硬度（HK）試驗(yàn)，它是一種顯微硬度的試驗(yàn)方法，對(duì)表面淬硬層或鍍層，滲層等薄層區(qū)域 的硬度測(cè)定以及截面上的硬度分布的測(cè)定較為方便；肖氏硬度（HS）試驗(yàn)也是一種動(dòng)載荷試驗(yàn)法（也稱回跳硬度），較為方便，可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大型工件的硬度，其缺點(diǎn)是硬度測(cè)量精度較低；里氏硬度（HL）試驗(yàn)法，是一種新型的反彈式硬度測(cè)量方法，便于攜帶，常用于測(cè)量大型鑄鍛件、永久組裝部

18、件等、精度較高，可自動(dòng) 轉(zhuǎn)換成洛式硬度、布氏硬度、里氏硬度或肖氏硬度，并可直接打印出測(cè)量結(jié)果，被測(cè)表面的粗糙度應(yīng)達(dá)到 Ra=2 m ,表面清潔，不得有油污，被測(cè)零件的重量100g,厚度5mm,硬化層深度。習(xí)題1.材料的基本力學(xué)性能主要包括哪此內(nèi)容答：力學(xué)性能主要指標(biāo)有硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性等。硬度：制造業(yè)中，通常采用壓入法測(cè)量材料的硬度，按試驗(yàn)方法不同，分有布氏硬度（HB） 、洛式硬度（HR）、維氏硬度（HV）,表達(dá)材料表面抵抗外物壓入的能力。布氏硬度（HB）是用一定載荷將淬火鋼球壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸載，測(cè)得表面壓痕的面積后，計(jì)算出單位面積承受的壓力，為布氏硬度值（ HB） ，單位是

19、kgf/mm2,通常不標(biāo)注；布氏硬度（HB）測(cè)試法一般用于 HB<450。洛氏硬度（HR）以壓痕深淺表示 材料的硬度。洛式硬度有三種標(biāo)尺，分別記為HRA、HRB和HRC,采用不同的壓頭和載荷。生產(chǎn)中按測(cè)試材料不同， 進(jìn)行選擇，有色金屬和正火鋼，選用HRB， 淬火鋼選用HRC； 硬質(zhì)合金、表面處理的高硬層選用HRA進(jìn)行測(cè)量。維氏硬度（HV）根據(jù)單位壓痕表面積承受的壓力定義硬度值，壓頭為錐角136度金鋼石角錐體，載荷根據(jù)測(cè)試進(jìn)行選擇，適用對(duì)象普遍。肖氏硬度（HS）是回跳式硬度，定義為一定重量的具有金鋼石圓頭和鋼球的標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度落下，得到的回跳高度與下落高度的比值，適用于大型工件的表面硬

20、度測(cè)量。強(qiáng)度：常用的強(qiáng)度指標(biāo)為屈服強(qiáng)度b s,通過(guò)拉伸試驗(yàn)確定，定義為材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力，其大 小表達(dá)材料抵抗塑性變形的能力，大多數(shù)金屬材料在拉伸時(shí)沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，因此將試樣產(chǎn)生%塑性變形時(shí)的應(yīng)力值，作為屈服強(qiáng)度指標(biāo)，稱為條件屈服強(qiáng)度，用b表示?？估瓘?qiáng)度b b是材料產(chǎn)生最大均勻變形的應(yīng)力。bb對(duì)設(shè)計(jì)塑性低的材料如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料，如白口鑄鐵、陶瓷等制作的零件具有直接意義。設(shè)計(jì)時(shí)以抗拉強(qiáng)度確定許用應(yīng)力，即。=b b/K （K為安全系數(shù)）。塑性：通過(guò)拉伸試驗(yàn)確定塑性指標(biāo)，包括伸長(zhǎng)率（8）和斷面收縮率（W）,分別定義為斷裂后試樣的長(zhǎng)度相對(duì)伸長(zhǎng)和截面積的相對(duì)收縮，單位是。它們是

21、材料產(chǎn)生塑性變形重新分布而減小應(yīng)力集中的能力的度量。8和W值愈大則塑性愈好，金屬材料具有一定的塑性是進(jìn)行塑性加工的必要條件。塑性還可以提高零件 工作的可靠性，防止零件突然斷裂。韌性：沖擊韌度指標(biāo)a k或Ak表示在有缺口時(shí)材料在沖擊載荷下斷裂時(shí)塑性變形的能力及所吸收的功， 反映了應(yīng)力集中和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的塑性，而且對(duì)溫度很敏感，單位為kgf m/cm2。8和少數(shù)值大小只能表示在單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下的塑性，不能表示復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的塑性，即不能反映應(yīng)力集中、工作溫度、零件尺寸對(duì)零件斷裂強(qiáng)度的影響，因此不能可靠地避免零件脆斷。標(biāo)準(zhǔn)件廠在螺栓或螺釘成品檢驗(yàn)時(shí)都必須隨機(jī)抽樣對(duì)螺栓或螺釘實(shí)物進(jìn)行偏斜拉伸試

22、驗(yàn)。沖擊韌度指標(biāo)a k或Ak、表征在有缺口時(shí)材料塑性變形的能力，反映了應(yīng)力集中和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料 的塑性，而且對(duì)溫度很敏感，正好彌補(bǔ)了8和3的不足。在設(shè)計(jì)中對(duì)于脆斷是主要危險(xiǎn)的零件，沖擊韌度是 判斷材料脆斷抗力的重要性能指標(biāo)。其缺點(diǎn)是ak或Ak不能定量地用于設(shè)計(jì)，只能憑經(jīng)驗(yàn)提出對(duì)沖擊韌度值的要求。若過(guò)分追求高的a k值，結(jié)果會(huì)造成零件笨重和材料浪費(fèi)。尤其對(duì)于中低強(qiáng)度材料制造的大型零件和高強(qiáng)度材料制造的焊接構(gòu)件，由于其中存在冶金缺陷和焊接裂紋，此時(shí)，僅以沖擊韌度值已不能評(píng)定零件脆 斷傾向的大小。應(yīng)當(dāng)指出，在沖擊載荷作用下工作的零件，實(shí)際承受的載荷是小能量多次重復(fù)沖擊，這與a k值的實(shí)驗(yàn)條件不同

23、，因此材料承受小能量多次重復(fù)沖擊的能力主要決定于強(qiáng)度，而無(wú)需過(guò)高的沖擊韌度。材料經(jīng)受無(wú)數(shù)次重復(fù)交變應(yīng)力作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，此種應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度，用（T -1表示彎曲疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定：鋼的循環(huán)次數(shù)以107為基數(shù)，非鐵合金或某些超高強(qiáng)度鋼取108為基數(shù)。疲勞斷裂的原因是由于材料內(nèi)部缺陷，表面?zhèn)奂霸诠ぷ髦辛慵植繎?yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。這些微裂紋在交變應(yīng)力作用下，隨循環(huán)次數(shù)增加而逐漸擴(kuò)展，使零件有效截面減小，從而導(dǎo)致突然斷裂。為了提高零件的疲勞強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)改變零件結(jié)構(gòu)的形狀，避免應(yīng)力集中。加工時(shí)改善表面粗糙度，采取表面處理、滾壓和噴丸等措施，以提高材料的疲勞強(qiáng)度。習(xí)題

24、5. 常用材料硬度的測(cè)定法有哪三種它們主要適應(yīng)于檢驗(yàn)什么材料答：（1）硬度（HB）測(cè)定法：布氏硬度測(cè)定是用一定直徑D （mm）的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，測(cè)量壓痕球形面積 A （mm2）。布氏硬度（HB）就是t驗(yàn)力F除以壓痕球形面積 A所得的商。布氏硬度試驗(yàn)特別適 用于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；蚪M成相的金屬材料的硬度及鋼件退火、正火和調(diào)質(zhì)后的硬度。（2）洛式硬度（HR）試驗(yàn)：洛式硬度是以測(cè)量壓痕深度來(lái)表示材料的硬度值。洛式硬度試驗(yàn)所用的壓 頭有兩種。一種是圓錐角a = 120。的金鋼石圓錐體；另一種是一定直徑的小淬火鋼球。常的三種洛式硬度如 表所示。洛氏硬度試驗(yàn)常用于檢查淬火后的硬度。

25、應(yīng)用舉例標(biāo)尺 符號(hào) 壓頭類(lèi)型總試驗(yàn)力F（ N） 測(cè)量硬度范圍A HRA 金鋼石圓錐B HRB 鋼球C HRC 鋼金石圓錐22-88硬質(zhì)合金、表面薄層硬化鋼20-100低碳鋼、銅合金、鐵素體可鍛鑄鐵147120-70淬火鋼、高硬鑄件、珠光體可鍛鑄鐵（3）維氏硬度（HV）試驗(yàn)：維氏硬度試驗(yàn)適用于常規(guī)材料，其壓頭是兩對(duì)面夾角a =136。的金鋼石四棱錐體。測(cè)量出壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度并計(jì)算壓痕的表面積A (mm2),得到 HV= + d2。強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般用單位面積所承受的載荷即力 表示，符號(hào)為叫單位為 MPa。工程中常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈

26、服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí) 的應(yīng)力，或開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值，用bs表示。抗拉強(qiáng)度是指金屬材料在拉力的作用下，被拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，用b b表示。對(duì)于大多數(shù)機(jī)械零件，工作時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)；對(duì)于因斷裂 而失效的零件，而用抗拉強(qiáng)度作為其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。從圖可看出，鋼在低于彈性極限b e的應(yīng)力下，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，服從虎克定律，即b =EE稱為線彈性變形，式中 E為拉伸 楊式模量。顯然比例極限（T p是應(yīng)力和應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力， 而彈性極限b e則是不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限be后，在繼續(xù)發(fā)生彈性變形的同時(shí)

27、，開(kāi)始發(fā)生塑性變形并出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，即外力不增加，但變形繼續(xù)進(jìn)行。顯然，屈服極限b 是材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服極限bs后，隨著應(yīng)力增加，塑性變形逐漸增加，并伴隨加工硬化，即 塑性變形需要不斷增加外力才能繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生均勻塑性變形，直至應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度b b后均勻塑性變形階段結(jié)束，試樣開(kāi)始產(chǎn) 生不均勻集中塑性變形，產(chǎn)生縮頸，變形量迅速增大至K點(diǎn)而發(fā)2.M 低蹂鈉的應(yīng)力-質(zhì)淮胎線生斷裂。顯然，抗拉強(qiáng)度（T b是材料產(chǎn)生最大均勻變形的應(yīng)力，而b s是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多的性能指標(biāo),設(shè)計(jì)中規(guī)定零件工作應(yīng)力（7必須小于許用應(yīng)力b。即斷裂強(qiáng)度b K則是材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力。除低碳鋼外，正火、

28、調(diào)質(zhì) 態(tài)的中碳鋼或低、中碳合金鋼和有些鋁合金及某些高分子材料也 具有上述類(lèi)似的應(yīng)力一應(yīng)變行為。 s K安全系數(shù)。K按此式計(jì)算材料的屈服強(qiáng)度b s愈高，承載能力愈大，零件的壽命越長(zhǎng)。實(shí)際上不能一概而論。對(duì)于純剪 或純拉伸的零件，例如螺栓，b s可直接作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，并取K=；對(duì)于承受交變接觸應(yīng)力的零件，由于表面經(jīng)熱處理強(qiáng)化（滲碳、滲氮、感應(yīng)加熱淬火），疲勞裂紋多發(fā)生在表面硬化層和心部交界處，因而適當(dāng)提高零件心部屈服強(qiáng)度對(duì)提高接觸疲勞性能有利；對(duì)于低應(yīng)力脆斷零件，其承載能力已不是由材料的屈服強(qiáng)度 來(lái)控制，而是決定于材料的韌性，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低材料屈服強(qiáng)度；對(duì)于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類(lèi)零件，由于工 作應(yīng)力

29、表層最高，心部趨于零，因此只要求一定的淬硬層深度，對(duì)于零件心部的屈服強(qiáng)度不需過(guò)高的要求。 需要指出的是大多數(shù)金屬材料在拉伸時(shí)沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，因此將試樣產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力值，作為屈服強(qiáng)度指標(biāo)，稱為條件屈服強(qiáng)度，用b表示。抗拉強(qiáng)度對(duì)設(shè)計(jì)塑性低的材料如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料，如白口鑄鐵、陶瓷等制作的零件具有直接意義。設(shè)計(jì)時(shí)以抗拉強(qiáng)度確定許用應(yīng)力，即bs=b b/K。而對(duì)于塑性材料制作的零件，b b雖然在設(shè)計(jì)中沒(méi)有直接意義，但由于大多數(shù)斷裂事故都是由疲勞斷裂引起的，疲勞強(qiáng)度b-1與抗拉強(qiáng)度b b有一定關(guān)系。對(duì)于鋼，當(dāng)b b<1400MPa時(shí)，（T -1/ （Tb=；對(duì)于灰鑄鐵（T -

30、1/ （Tb=；有色金屬（T -1/ （Tb=。通常以抗拉強(qiáng)度來(lái)衡量材 料疲勞強(qiáng)度的高低，提高材料的抗拉強(qiáng)度對(duì)零件抵抗高周疲勞斷裂有利。此外，抗拉強(qiáng)度對(duì)材料的成分和組 織很敏感。兩種材料的成分或熱處理工藝不同，有時(shí)盡管硬度相同，但抗拉強(qiáng)度不同，因此可用抗拉強(qiáng)度作 為兩種不同材料或同一種材料兩種不同熱處理狀態(tài)的性能比較標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以彌補(bǔ)硬度作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的不足 之處。習(xí)題2.設(shè)計(jì)中的許用應(yīng)力b與材料的強(qiáng)度有何關(guān)系如何確定設(shè)計(jì)中的許用應(yīng)力答：設(shè)計(jì)中規(guī)定零件工作應(yīng)力b必須小于許用應(yīng)力打，即屈服強(qiáng)度除以安全系數(shù)的值bWb=bs+ K,式中K安全系數(shù)，。b對(duì)設(shè)計(jì)塑性低的材料，如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料

31、，如白口鑄鐵、陶瓷等制作 的具有直接意乂。設(shè)計(jì)時(shí)以抗拉強(qiáng)度bb確定許用應(yīng)力，即b=（T b+K （K為安全系數(shù)）。彈性模量（E）（等于彈性應(yīng)力，即彈性模量是產(chǎn)生100%彈性變形所需的應(yīng)力）剛度是指零件在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。工程中彈性模量E被稱為材料的剛度，表征金屬材料對(duì)彈性變形的抗力，其值愈大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形就愈小。設(shè)計(jì)彈性零件必須考慮彈性極限和彈性 模量。金屬材料的主要物理性能有密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等。導(dǎo)熱差的材料，在經(jīng)熱處理或鍛壓工藝加工的加熱速度應(yīng)緩慢些，以防止產(chǎn)生裂紋。金屬材料的化學(xué)性能是指金屬及合金在常溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力。金屬材

32、料的工藝性能包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、機(jī)械加工性能和熱處理工藝性能。晶體中的原子或分子，在三維空間中是按照一定的幾何規(guī)則作周期性的重復(fù)排列；非晶體中的這些質(zhì)點(diǎn)，則是雜亂無(wú)章的堆積在一起無(wú)規(guī)則可循。這就是晶體和非晶體的根本區(qū)別。晶體有一定的熔點(diǎn)且性能呈各向異性，而非晶體與此相反。在自然界中，除普通玻璃、松香、石蠟等少數(shù)物質(zhì)以外，包括金屬和合金在內(nèi)的絕大多數(shù)固體都是晶體。最典型、最常見(jiàn)的三種晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。晶體缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三大類(lèi)。最常見(jiàn)的點(diǎn)缺陷是空位和間隙原子，因?yàn)檫@些點(diǎn)缺陷的存在，會(huì)使其周?chē)木Ц癜l(fā)生畸變，引起性能的 變化。晶

33、體中晶格空位和間隙原子都處在不斷地運(yùn)動(dòng)和變化之中，晶格空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)是金屬中原子擴(kuò)散的主要方式之一，這對(duì)熱處理過(guò)程起著重要的作用。晶體中的線缺陷通常是各種類(lèi)型的位錯(cuò)。所謂位錯(cuò)就是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)密度愈大，塑性變形抗力愈大。因此，目前通過(guò)塑性變形，提高位錯(cuò)密度，是強(qiáng)化金屬的有效途徑之一。面缺陷即晶界和亞晶界。晶界實(shí)際上是不同位向晶粒之間原子無(wú)規(guī)則排列的過(guò)渡層。晶粒內(nèi)部的晶格位向也不是完全一致的，每個(gè)晶粒皆是有許多位向差很小的小晶塊互相鑲嵌而成的，這些小晶塊稱為亞組織。亞組織之間的邊界稱為亞晶界。亞晶界實(shí)際上是由一系列刃型位錯(cuò)所形成的小角度晶界。

34、晶界和亞晶界處表現(xiàn)出有較高的強(qiáng)度和硬度。晶粒越細(xì)小晶界和亞晶界越多，它對(duì)塑性變形的阻礙作用就越大，金屬的強(qiáng)度、硬度越高。晶界還有耐蝕性低、熔點(diǎn)低，原子擴(kuò)散速度較快的特點(diǎn)。晶粒越細(xì)，金屬材料的強(qiáng)度和硬度便越高。對(duì)于在較低溫度下使用的金屬材料，一般總是希望獲得細(xì)小的晶粒。在常溫下的細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程叫做結(jié)晶。而一般非晶體由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變則稱為凝固。每種金屬都有一個(gè)平衡結(jié)晶溫度，也稱理論結(jié)晶溫度。只有金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度才能結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為過(guò)冷現(xiàn)象，理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度。因此認(rèn)為：金屬要結(jié)晶就必

35、須有過(guò)冷度，即過(guò)冷度是結(jié)晶的必要條件，冷卻速度愈快，則過(guò)冷度愈大。生產(chǎn)中，細(xì)化晶粒的方法如下：1）增加過(guò)冷度。結(jié)晶時(shí)增加過(guò)冷度AT會(huì)使結(jié)晶后晶粒變細(xì)。增加過(guò)冷度，就是要提高金屬凝固的冷卻轉(zhuǎn)變速度。實(shí)際生產(chǎn)中常常是采用降低鑄型溫度和采用導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬鑄型來(lái)提高冷卻速度。但是，對(duì)大型鑄件，很難獲得大的過(guò)冷度，而且太大的冷卻速度，又增加了鑄件變形與開(kāi)裂的傾向。因此工業(yè)生產(chǎn)中 多用變質(zhì)處理方法細(xì)化晶粒。2）變質(zhì)處理。變質(zhì)處理是在澆注前向液態(tài)金屬中加入一些細(xì)小的難熔的物質(zhì)（變質(zhì)劑），在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒顯著細(xì)化。如往鋼液中加入鈦、鋯、鋁等。3）附加振動(dòng)。金屬結(jié)晶時(shí)，利用機(jī)械振

36、動(dòng)、超聲波振動(dòng)，電磁振動(dòng)等方法，既可使正在生長(zhǎng)的枝晶熔斷成碎晶而細(xì)化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。純金屬在固態(tài)下的轉(zhuǎn)變有兩種，一種是同素異晶轉(zhuǎn)變，一種是磁性轉(zhuǎn)變。純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變是：15381394 c時(shí)為體心立方晶格稱8 -Fe；在1394912 c時(shí)為面心立方晶格， 稱丫 -Fe；在912 c以下時(shí)為體心立方晶格，稱“-Fe。晶格改變，其性能隨之變化，這就是鋼能利用熱處理方法改變性能的原因所在。面心立方結(jié)構(gòu)的金屬塑性最好，可加工成極薄的金屬箔，體心立方結(jié)構(gòu)的金屬塑性次之，密封六方結(jié)構(gòu)的金屬塑性最差。具有同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬有鐵、錫、鈦、錳等。磁性轉(zhuǎn)變與同素異晶轉(zhuǎn)變有著原則

37、上的區(qū)別，不發(fā)生晶格類(lèi)型轉(zhuǎn)變，而是發(fā)生磁性和無(wú)磁性的轉(zhuǎn)變。鐵、鉆、鎳均具有磁性轉(zhuǎn)變特性。純鐵的磁性轉(zhuǎn)變溫度為768，低于768的鐵才具有磁性。合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。相是指合金中成分、結(jié)構(gòu)均相同的組成部分，相與相之間具有明顯的界面。通常把合金中相的晶體結(jié)構(gòu)稱為相結(jié)構(gòu)，而把在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形態(tài)或形貌特征的組成部分總稱為組織。所以合金中的各種相是組成合金的基本單元，而合金組織則是合金中各種相的綜合體。一種合金的力學(xué)性能不僅取決于它的化學(xué)成分，更取決于它的顯微組織。通過(guò)對(duì)金屬的熱處理可以在不改變其化學(xué)成分的前提下而改變其顯微組織，從而達(dá)到

38、調(diào)整金屬材料力學(xué)性能的目的。根據(jù)構(gòu)成合金的各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物、機(jī)械混合物三大類(lèi)。合金在固態(tài)下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相，稱為固溶體。形成固溶體后，晶格保持不變的組 元稱溶劑，晶格消失的組元稱溶質(zhì)。固溶體的晶格類(lèi)型與溶劑組元相同。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。置換固 溶體如銅饃二元合金，鐵碳合金中，鐵素體和奧氏體皆為間隙固溶體。由于溶質(zhì)原子的溶入，固溶體發(fā)生晶格畸變，變形抗力增大，使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶 強(qiáng)化。它是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。金屬化合物是合金組元間發(fā)生相互作

39、用而生成的一種新相，其晶格類(lèi)型和性能不同于其中任一組元，又因它具有一定的金屬性質(zhì)，故稱金屬化合物。如碳鋼中的FaC、黃銅中的CuZn等。金屬化合物具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)較高、硬度高、而脆性大、電阻高。當(dāng)它呈細(xì)小顆粒均勻分布在 固溶體基體上時(shí)，將使合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。因此金屬化合物在合 金中常作為強(qiáng)化相存在。它是許多合金鋼、有色金屬和硬質(zhì)合金的重要組成相。機(jī)械混合物具有比單一固溶體更高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和良好的切削加工性，但其塑性和抗蝕性較差,如錫、睇、銅組成的軸承合金。tire.CM心”注幅位1A1227t.6. MlMH0.U1Fe-F&C相圖

40、（鐵碳合金相圖）相圖中各主要點(diǎn)的溫度、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及意義如表一1所示。點(diǎn)的符號(hào)提理計(jì)80廠含碳量嗎含義A1538Q純鈦的焙點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69演磁體的熔點(diǎn)霹11陰2.11碳在奧氏體中的最大溶解度G9120（7 -Fc彳二J -&同案碎而轉(zhuǎn)變:點(diǎn)P7270.02碳生鐵素體中的最大溶醉度S7270.77共析點(diǎn)0室爆0.00081碳在鐵素體中的溶解度一、鐵碳合金中的基本相鐵碳合金相圖實(shí)際上是Fe-FC相圖，鐵碳合金的基本組元也應(yīng)該是純鐵和FesCo鐵存在著同素異晶轉(zhuǎn)變，即在固態(tài)下有不同的結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的鐵與碳可以形成不同的固溶體，F(xiàn)e-Fe3c相圖上的固溶體都是間隙固溶

41、體。由于a -Fe和丫 -Fe晶格中的孔隙特點(diǎn)不同，因而兩者的溶碳能力也不同。1,鐵素體（ferrite ）鐵素體是碳在a -Fe中的間隙固溶體，用符號(hào) "F"（或a）表示，體心立方晶格；鐵素體的性能與純鐵相 似，硬度低而塑性高，并有鐵磁性。鐵素體的力學(xué)性能特點(diǎn)是塑性，韌性好，而強(qiáng)度，硬度低。8 =30%50%, Aku=128160J,b=180280MPa, 5080HBSo鐵素體的顯微組織與純鐵相同，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的多邊形等軸晶粒，在亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布，但當(dāng)含碳量接近共析成分時(shí)，鐵素體因量少而呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布在珠光 體的周?chē)?/p>

42、2,奧氏體（Austenite ）奧氏體是碳在丫 -Fe中的間隙固溶體，用符號(hào) "A"（或丫）表示，面心立方晶格；雖然FCC的間隙總體積較小， 但單個(gè)間隙體積較大， 所以它的溶碳量較大，最多有 （1148C時(shí)），727c時(shí)為%。在一般情況下，奧氏體是一種高溫組織，穩(wěn)定存在的溫度范圍為7271394C,故奧氏體的硬度低，塑性較高，通常在對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行熱變形加工，如鍛造，熱軋等時(shí)，都應(yīng)將其加熱成奧氏體狀態(tài)，所謂“趁熱打鐵”正是這個(gè)意思。d b=400MPa, 170220HBS, 8 =40%50%。另外奧氏體還有一個(gè)重要的性能，就是它具有順磁性，可用于要求不受磁場(chǎng)的零件或部件

43、。奧氏體的組織與鐵素體相似，但晶界較為平直，且常有攣晶存在。3,滲碳體（Cementite ）滲碳體是鐵和碳形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物，用化學(xué)分子式"Fe3C"表示。它的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) Wc=%,熔點(diǎn)為1227 C,質(zhì)硬而脆，耐腐蝕。用 4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蝕，滲碳體呈暗黑色。滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相，根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀，網(wǎng)狀，片狀，粒狀等形態(tài)，它們的大小，數(shù) 量，分布對(duì)鐵碳合金性能有很大影響?？偨Y(jié)：在鐵碳合金中一共有三個(gè)相，即鐵素體，奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下 所有的鐵碳合金中只有兩個(gè)相，就是鐵

44、素體和滲碳體。由于鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認(rèn)為鐵碳合 金中的碳絕大部分存在于滲碳體中。這一點(diǎn)是十分重要的。鐵碳合金在固態(tài)下的幾種基本組織：鐵素體（ F）、珠光體（P）、滲碳體（Fe3Q、奧氏體（A）和萊氏體 （Ld）。鐵和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C, Fe2C, FeC等，有實(shí)用意義并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常稱其為 Fe-FC相圖， 此時(shí)相圖的組元為 Fe和Fe3C。由于實(shí)際使用的鐵碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分軸從 。所謂的鐵碳合金相圖實(shí)際上就是Fe-Fe3C 相圖。二、鐵碳合金相圖分析1鐵碳相圖分析Fe-Fe3C相圖看起平比較復(fù)雜，但它仍然是由一些基本

45、相圖組成的，我們可以將Fe-Fe3C相圖分成上下兩個(gè)部分來(lái)分析。1,上半部分共晶轉(zhuǎn)變?cè)?148C, %C的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：Lc 1148j E+FesC,轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為萊氏體，用符號(hào) Ld表示。存在于1148c727c之間的萊氏體稱為高溫萊氏體，用符號(hào)Ld表示，組織由奧氏體和滲碳體組成；存在于727 c以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號(hào)Ld，表示，組織由滲碳體和珠光體組成。低溫萊氏體是由珠光體，F(xiàn)e3Cn和共晶Fe3c組成的機(jī)械混合物。經(jīng) 4%硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下觀察，其中珠光體呈黑色顆粒狀或短棒狀分布在Fe3c基體上，F(xiàn)e3Cn和共晶FesC交織在一起，一般無(wú)法分辨。

46、2,下半部分一一共析轉(zhuǎn)變?cè)?27 C, %的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：丫 s 727：一葉Fe3C,轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為珠光體。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變的區(qū)別是轉(zhuǎn)變物是固體而非液體。3,相圖中的一些特征點(diǎn)相圖中應(yīng)該掌握的特征點(diǎn)有：A, D, E, C, G （A3點(diǎn)），S （A1點(diǎn)），它們的含義一定要搞清楚。4,鐵碳相圖中的特性線相圖中的一些線應(yīng)該掌握的線有：ECF線，PSK線（A1線），GS線（A3線），ES線（Acm線）水平線ECF為共晶反應(yīng)線。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 - %之間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過(guò)程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。水平線PSK為共析反應(yīng)線。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過(guò)程中均發(fā)生共析反應(yīng)。PSK線亦

47、稱Ai線。水平線HJB為包晶轉(zhuǎn)變線。Lb+8 h 1495c/入GS線是合金冷卻時(shí)自 A中開(kāi)始析出F的臨界溫度線，通常稱 A線。ES線是碳在A中的溶解度曲線（固溶線），通常叫做Acm線。由于在1148c時(shí)A中溶碳量最大可達(dá) %, 而在727c時(shí)僅為,因此碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 的鐵碳合金自1148c冷至727c的過(guò)程中，將從A中析出FC。 析出的滲碳體稱為二次滲碳體（FesQi）。Acm線亦為從A中開(kāi)始析出F-Q的臨界溫度線。PQ線是碳在F中溶解度曲線（固溶線）。在727c時(shí)F中溶碳量最大可達(dá) %,室溫時(shí)僅為 %,因此碳質(zhì) 量分?jǐn)?shù)大于的鐵碳合金自727c冷至室溫的過(guò)程中，將從F中析出Fe3C。析出的滲

48、碳體稱為三次滲碳體（FmOii）。PQ線亦為從F中開(kāi)始析出Fe3C川的臨界溫度線。FesOii數(shù)量極少，往往予以忽略。例 根據(jù)鐵碳合金相圖分析亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變解 以含碳量 Wc為的合金為例。當(dāng)液相冷卻至 BC線時(shí)，液相中開(kāi)始析出奧氏體晶粒，在溫度不斷下 降過(guò)程中。奧氏體量不斷增加，當(dāng)溫度降到JE線時(shí)，液相全部變?yōu)閱我痪鶆驃W氏體。在溫度為JE線與GS線之間時(shí)仍為奧氏體。當(dāng)冷卻到 GS線時(shí)，奧氏體中開(kāi)始析出鐵素體。隨著溫度不斷降低，鐵素體量逐漸增多， 奧氏體量逐漸減少。當(dāng)溫度降到A1線（727C）時(shí)，奧氏體的含碳量 Wc升至則發(fā)生共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。繼續(xù)冷卻至室溫合金的組織為鐵素體

49、和珠光體。所有的亞共析鋼，其室溫組織都是由鐵素體和珠光體組 成的，不同之處在于鐵素體和珠光體的相對(duì)量不同。含碳量愈高，組織中珠光體量愈多，而鐵素體量愈少。 因此，可根據(jù)亞共析鋼緩冷下的室溫組織估計(jì)其碳含量Wc=SpX %。式中Wc一鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Sp-珠光體在顯微組織中所占的面積百分比；珠光體的C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。三、含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響1 .含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響按杠桿定律計(jì)算，可總結(jié)出含碳量與鐵碳合金室溫時(shí)的組織組成物和相組成物間的定量關(guān)系。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高時(shí)，不僅其組織中的滲碳體數(shù)量增加，而且滲碳體的分布和形態(tài)發(fā)生如下變化：Fe3Qi（沿鐵素體晶界分布的薄片狀）共卅F

50、e3c （分布在鐵素體內(nèi)白層片狀）碗1 （沿奧氏體晶界分布的網(wǎng)狀）共指+e3c （為萊氏體的基體）Fe3Cr （分布在萊氏體上的粗大片狀）。2 .含碳量對(duì)機(jī)械性能的影響滲碳體含量越多，分布越均勻，材料的硬度和強(qiáng)度越高，塑性和韌性越低；但當(dāng)滲碳體分布在晶界或作 為基體存在時(shí)，則材料的塑性和韌性大為下降，且強(qiáng)度也隨之降低。低碳鋼的組織多為鐵素體，強(qiáng)度、硬度較低，而塑性、韌性很高。隨著含碳量的增加，鋼的組織中鐵素 體量不斷減少，而珠光體量不斷增加，導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降，當(dāng)鋼的含碳量增加至?xí)r，其組織大多數(shù)為珠光體，且有尚未成為網(wǎng)狀的滲碳體作為強(qiáng)化相，使其強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)Wc>

51、%時(shí)，由于網(wǎng)狀F6Q出現(xiàn)，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度下降。為了保證工業(yè)用鋼具有足夠的強(qiáng)度、硬度和適宜的塑性、韌性，其Wc一般不超過(guò)1%。3 .含碳量對(duì)工藝性能的影響對(duì)切削加工性來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在 HB200左右，切削加工性能最好。含碳量 過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)降低其切削加工性能。對(duì)可鍛性而言，低碳鋼比高碳鋼好。由于鋼加熱呈單相奧氏體狀態(tài)時(shí)，塑性好、強(qiáng)度低，便于塑性變形， 所以一般鍛造都是在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行。鍛造時(shí)必須根據(jù)鐵碳相圖確定合適的溫度，始軋和始鍛溫度不能過(guò) 高，以免產(chǎn)生過(guò)燒；始軋和始鍛溫度也不能過(guò)低，以免產(chǎn)生裂紋。對(duì)鑄造性來(lái)說(shuō)，鑄鐵的流動(dòng)性比鋼好，易于鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵

52、，其結(jié)晶溫度低，流動(dòng)性 也好，更具有良好的鑄造性能。從相圖的角度來(lái)講，凝固溫度區(qū)間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造 性能越差。一般而言，含碳量越低，鋼的焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。習(xí)題3.簡(jiǎn)述低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的劃分標(biāo)準(zhǔn)及其各自的性能特點(diǎn)。答：低碳鋼（Wc為）,若零件要求塑性、韌性好，焊接性能好，例如建筑結(jié)構(gòu)、容器等，應(yīng)選用 低碳鋼；中碳鋼（Wc為），若零件要求強(qiáng)度、塑性、韌性都較好，具有綜合機(jī)械性能，便如軸類(lèi)零件， 應(yīng)選用中碳鋼；高碳鋼（ Wc為%）,若零件要求強(qiáng)度硬度高、耐磨性好，例如工具等，應(yīng)選用高碳鋼。習(xí)題4.簡(jiǎn)述鐵碳相圖的應(yīng)用。（1）為選材提供成份依據(jù)Fe-F

53、e3c相圖描述了鐵碳合金的平衡組織隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律，合金性能和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系，這就可以根據(jù)零件性能要求來(lái)選擇不同成份的鐵碳合金。（2）為制訂熱加工工藝提供依據(jù)Fe-Fe3c相圖總結(jié)了不同成份的鐵碳合金在緩慢冷卻時(shí)組織隨溫度變化的規(guī)律，這就為制訂熱加工工藝提供了依據(jù)。a.鑄造根據(jù)Fe-Fe3c相圖可以找出不同成份的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度。根據(jù)相圖中液相線和固相線之間的距離估計(jì)鑄造性能的好壞，距離越小，鑄造性能越好，例如純鐵、共 晶成分或接近共晶成分的鑄鐵鑄造性能比鑄鋼好。因此，共晶成分的鑄鐵常用來(lái)澆注鑄件，其流動(dòng)性好，分 散縮孔小，顯微偏析少。b.鍛造根據(jù)Fe-Fe3C相圖可以確定鍛造溫度。始軋和始鍛溫度不能過(guò)高，以免鋼材氧化嚴(yán)重和發(fā)生奧氏體晶界熔化（稱為過(guò)燒）。一般控制在固相線以下100200C。一般對(duì)亞共析鋼的終軋和終鍛溫度控制在稍高于GS線（A3線）；過(guò)共析鋼控制在稍高于 PSK線（Ai線）。實(shí)際生產(chǎn)中各處碳鋼的始鍛和始軋溫度為11501250C,終軋和終鍛溫度為 750850 C。c.焊接 由焊縫到母材在焊接過(guò)程中處于不同溫度條件，因而整個(gè)焊縫區(qū)出現(xiàn)不同組織，引起性能不均 勻，可根據(jù)相圖來(lái)分析碳鋼的焊接組織，并用適當(dāng)熱