機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)資料

1、機(jī)械工程材料復(fù)習(xí)第一部分 基本知識一、概述以“材料的化學(xué)成分加工工藝組織、結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用” 之間的關(guān)系為主線，掌握材料性能和改性的方法，指導(dǎo)復(fù)習(xí)。二、材料結(jié)構(gòu)與性能：材料的性能：使用性能：機(jī)械性能（剛度、彈性、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性）；工藝性能：熱處理性能、鑄造性能、鍛造性能、機(jī)械加工性能等。材料的晶體結(jié)構(gòu)的性能：純金屬、實際金屬、合金的結(jié)構(gòu)（第二章）；純金屬：體心立方（）、面心立方（），各向異性、強(qiáng)度、硬度低；塑性、韌性高實際金屬：晶體缺陷（點(diǎn)：間隙、空位、置換；線：位錯；面：晶界、壓晶界）各向同性；強(qiáng)度、硬度增高；塑性、韌性降低。合金：多組元、固溶體與化合物。力學(xué)性能

2、優(yōu)于純金屬。單相合金組織：合金在固態(tài)下由一個固相組成；純鐵由單相鐵素體組成。多相合金組織：由兩個以上固相組成的合金。多相合金組織性能：較單相組織合金有更高的綜合機(jī)械性能，工程實際中多采用多相組織的合金。材料的組織結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)晶組織與性能：F、P、A、Fe3C、Ld；1）平衡結(jié)晶組織平衡組織：在平衡凝固下，通過液體內(nèi)部的擴(kuò)散、固體內(nèi)部的擴(kuò)散以及液固二相之間的擴(kuò)散使使各個晶粒內(nèi)部的成分均勻，并一直保留到室溫。2）成分、組織對性能的影響硬度(HBS)：隨C,硬度呈直線增加， HBS值主要取決于組成相的相對量。抗拉強(qiáng)度()：C0.9%范圍內(nèi)，先增加，C0.91.0后，值顯著下降。鋼的塑性()、韌性(

3、)：隨著C,呈非直線形下降。3）硬而脆的化合物對性能的影響：第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物，若化合物呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降；若化合物呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：降低應(yīng)力集中程度及對固溶體基體的割裂作用，使韌性及切削加工性提高；呈彌散分布于基體上：則阻礙位錯的移動及阻礙晶粒加熱時的長大，使強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化；呈層片狀分布于基體上：則使強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。塑性變形組織與性能1）組織與性能的變化金屬塑性變形后產(chǎn)生晶格畸變，晶粒破碎現(xiàn)象，處于組織不穩(wěn)定狀態(tài)的非平衡組織，非平衡組織向平衡組織轉(zhuǎn)變：可通過再結(jié)晶、時效及回火實現(xiàn)。加工硬化， 物電阻增大

4、、耐蝕性降低等，各向異性：產(chǎn)生纖維狀組織；晶粒破碎、位錯密度增加；織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生；殘余內(nèi)應(yīng)力。2)變形金屬在加熱過程中組織和性能的變化回復(fù)（去應(yīng)力退火）：強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性略有提高。電阻和內(nèi)應(yīng)力等理化性能顯著下降再結(jié)晶：形成細(xì)小的等軸晶粒。加工硬化消失，金屬的性能全部恢復(fù)。金屬的強(qiáng)度和硬度明顯，而塑性和韌性顯著，性能完全恢復(fù)到變形前的水平。熱處理組織與性能1)貝氏體的機(jī)械性能： 上貝氏體：鐵素體片較寬塑性變形抗力較低；同時，滲碳體分布在鐵素體片之間，容易引起脆斷因此，強(qiáng)度和韌性都較差。下貝氏體：鐵素體針細(xì)小，碳化物分布均勻，所以硬度高，韌性好，綜合機(jī)械性能好。 2)馬氏體的形態(tài)及機(jī)械性能

5、板條馬氏體（又稱位錯馬氏體。）：碳含量0.23；機(jī)械性能：不存在顯微裂紋，淬火應(yīng)力小，強(qiáng)度高，塑性、韌性好。針狀馬氏體：碳含量1.0；（顯微鏡下呈針狀）機(jī)械性能：存在大量顯微裂紋，較大的淬火應(yīng)力，塑性和韌性均很差；混合組織馬氏體：碳含量在0.23一1.0之間時為板條和片狀馬氏體的混合組織。馬氏體的硬度,含碳最增加，硬度升高含碳量達(dá)到0.6以后，其硬度的變化趨于平緩。合金元素對鋼中馬氏體的硬度影響不大。3）回火組織與性能回火類型回火溫度組織性能及應(yīng)用組織形態(tài)低溫回火150250回火M（M）保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力，用于工模具鋼，表面淬火及滲碳淬火件過飽和碳化物()中溫回火350-500 回

6、火屈氏體（T）硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度，用于彈性元件保留馬氏體針形F+細(xì)粒狀Fe3C高溫回火500-650回火索氏體（S）強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機(jī)械性能，優(yōu)于正火得到的組織。中碳鋼、重要零件采用。多邊形F+粒狀Fe3C 材料組織結(jié)構(gòu)變化實現(xiàn)的性能強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使金屬材料得到強(qiáng)化稱為固溶強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化：強(qiáng)度、硬度越高；其塑性、韌性越好。晶界處原子排列混亂，使其熔點(diǎn)低，易受腐蝕。由結(jié)晶過程、冷熱塑性變形、合金化、熱處理實現(xiàn)。 加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉長、位錯密度增加，從而使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性、耐蝕性等下降，并產(chǎn)生各向異性。冷塑

7、性變形實現(xiàn)。第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降；若呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：使韌性及切削加工性提高；呈彌散分布于基體上：使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化；呈層片狀分布于基體上：強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。形變強(qiáng)化：金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度；相變強(qiáng)化：通過熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強(qiáng)化。三、材料熱處理、合金化與性能改善材料成形加工組織與性能的熱處理工藝（預(yù)先熱處理）退火：完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火 退火：加熱保溫緩冷獲得接近平衡狀態(tài)組織。 退火目的： 改善

8、鑄、鍛、焊粗大不均勻的組織，降硬度，提高塑性，改善冷加工工藝性。消除成分不均勻，內(nèi)應(yīng)力。1）完全退火（加熱Ac3（2030）溫度，保溫、緩冷組織：P+F目的：細(xì)化，均勻化粗大、的原始組織；降低硬度切削性；消除內(nèi)應(yīng)力；消除組織缺陷；應(yīng)用：（C%=0.30.6%）亞共折鋼，共析鋼和合金鋼鑄、鍛、軋2）球化退火加熱Ac1（1030），保溫、緩冷（或Ar1（2030）等溫）應(yīng)用：過，共析鋼、高碳合金鋼組織：球狀P（F+球狀Cem）目的：Fe3CII及Fe3C共析球化HRC，韌性切削性為淬火作準(zhǔn)備；球化退火前，正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，以利于球化進(jìn)行。3）擴(kuò)散退火加熱10501150，保溫1020h,冷

9、卻：爐冷組織：P+F或P+Fe3CII目的：消除偏析后果：粗晶、魏氏組織、帶狀組織，韌性、塑性較差，需完全退火或正火來細(xì)化晶粒。4）去應(yīng)力退火（再結(jié)晶退火）加熱：Ac1（100200）；保溫爐冷；目的：消除加工硬化，消除殘余應(yīng)力。正火正火：亞共析加熱Ac3 （3050）、過共析鋼加熱Accm（3050）保溫空冷，得到P類工藝。組織：S或P（FFe3C） 正火與完全退火的區(qū)別：冷速較快，組織較細(xì)，得更高的強(qiáng)度和硬度；生產(chǎn)周期較短，成本較低。 目的及應(yīng)用：預(yù)先熱處理、最終熱處理、改善切削加工性能。預(yù)先熱處理工藝應(yīng)用工具鋼：球化退火；結(jié)構(gòu)鋼：正火，完全退火。表面強(qiáng)化處理的零件：調(diào)質(zhì)處理正火。改善冷塑

10、性加工性能再結(jié)晶退火：恢復(fù)變形前的組織與性能，恢復(fù)塑性，以便繼續(xù)變形。改善機(jī)加工性能C%0.40中低碳鋼：正火，提高硬度C% 0.4O0.60：完全退火；C% 0.6的高碳鋼：球化退火，獲得粒狀珠光體。合金鋼：退火： 鑄鐵件白口層：加熱850950保溫（爐冷空冷）。消除材料的加工應(yīng)力 去應(yīng)力退火：沒有組織變化。工藝：緩慢加熱500650保溫緩冷，鋼鐵的淬火淬火原則與淬透性目的：提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性。原則：淬硬，獲盡量完全的M；淬透，M組織表里如一；保證淬硬條件下，用緩冷介質(zhì)，以防開裂。. 淬透性：在規(guī)定淬火條件下得到M多少的能力，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性；是鋼的屬性。由A過穩(wěn)定性決定

11、，表現(xiàn)為的大小。淬透性評定：用標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)定條件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直徑表示。.淬透層深度：從表面至半M區(qū)的距離。與鋼的淬透性及外在因素有關(guān)。影響因素：I 越小，淬透層越深；II工件體積越小，淬火時的冷速越快，淬透層越深；。水淬比油淬的淬透層深；.淬硬性：由M中C%，鋼的淬硬性越好。淬火工藝淬火加熱溫度亞共析碳鋼： （3050），組織：均勻細(xì)小M組織溫度太高， M粗大，淬火應(yīng)力，變形和開裂傾向增大。加熱溫度時，硬度降低。共析和過共析碳鋼：加熱：（3050）。組織：MFe3CIIAr，若在Acm以上淬火，A粗大高碳M粗大力學(xué)性能，變形開裂合金鋼：加熱溫度碳鋼淬火方法單介質(zhì)淬：簡單

12、碳鋼及合金鋼工件。碳鋼水、合金鋼、小碳鋼油雙介質(zhì)淬火 先水，后油冷卻。復(fù)雜高碳鋼及大型合金鋼工件。分級淬火 稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫，再取空冷。用于：小尺寸工件及刀具。貝氏體等溫淬火：稍高M(jìn)s溫度的鹽浴或堿浴中冷卻保溫，獲得B下。用于：形狀復(fù)雜和性能較高的較小零件。深冷處理：在0以下的介質(zhì)中冷卻的熱處理工藝。目的：減少Ar獲最大數(shù)量M，提高硬度、耐磨性，穩(wěn)定尺寸。用于：精密工件，量具。表面淬火原理：（交變磁場感應(yīng)電流工件電阻加熱，集膚效應(yīng)表面加熱）工藝：水（乳化液）噴射淬火（180200）低溫回火，感應(yīng)加熱表面淬火的分類1)高頻淬火 淬硬層深度0.52.5；中小零件。2)中頻淬火 淬硬層深

13、度210；大中模數(shù)齒輪,較大軸類零件等3)工頻淬火： 淬硬層深度1020；大直徑零件。適用鋼種 中碳鋼和中碳低合金鋼： 碳素工具鋼和低合金工具鋼： 球鐵、灰鑄鐵。表面淬火的特點(diǎn) 加熱速度快)淬火組織為細(xì)隱晶馬氏體（極細(xì)馬氏體）。表面硬度23HRC，脆性。顯著提高鋼件的疲勞強(qiáng)度。鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：在加熱和保溫中使活性原子滲入其表面，改變表面的化學(xué)成分和組織，改善表面性能。目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性；提高鋼件的疲勞強(qiáng)度；抗蝕性和耐熱性等。滲碳1）碳濃度：表面C(0.150.30)C 1.0，機(jī)械性能：經(jīng)淬火回火，提高表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部仍

14、保持良好的韌性和塑性。用途：各種齒輪、活塞銷、套筒等。滲碳工藝主要用于低碳鋼、低碳低合金滲碳鋼。2）滲碳工藝溫度： 900950；（滲碳加熱到以上）滲碳時間： 900950溫度下，0.20.3mm/h。3）低碳鋼滲碳緩冷組織：表層：PFe3CII(過共析相)心部：亞共析組織(PF)，中間：過渡組織； 4）滲碳后的熱處理滲碳后淬火+低溫回火淬火后組織： MA殘，鋼的合金化合金元素在鋼中的作用：提高鋼的淬透性，細(xì)化晶粒，提高鋼的回火穩(wěn)定性，防止回火脆性，二次硬化，固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化），增加韌性，提高鋼的耐蝕性或耐熱性。 形成固溶體、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化形成含部分金屬鍵的金屬（間）化合物，產(chǎn)生彌

15、散強(qiáng)化（或第二相強(qiáng)化）溶入奧氏體，提高鋼的淬透性提高鋼的熱穩(wěn)定性，增加鋼在高溫下的強(qiáng)度、硬度和耐磨性細(xì)化晶粒產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)韌化形成鈍化保護(hù)膜對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響四、常用機(jī)械工程材料（工業(yè)用鋼、鑄鐵）與合理選材（表四-1）鋼 種 典型鋼號及其應(yīng)用 性能特點(diǎn) 成分特點(diǎn)與合金化原則 熱處理特點(diǎn) 使用態(tài)組織 低合金高強(qiáng)鋼 按s 分6級: 低強(qiáng)度級別:16Mn一般工程結(jié)構(gòu)中等強(qiáng)度級別:15MnVN大型橋梁,鍋爐,船舶,焊接結(jié)構(gòu). 高強(qiáng)度級別:18MnMoNb高壓鍋爐,高壓容器 高強(qiáng)度:s300Mpa高韌性：=15%20%，室溫ak600 kJ/m2800 kJ/m2。良好焊接性能和冷成形性能 低C

16、:0.2%Me以Mn為主、Mn和Si固溶強(qiáng)化加入V、,Nb,Ti 等元素細(xì)化F晶粒加入P細(xì)化珠光體加入Cu抗腐蝕 一般供應(yīng)狀態(tài)使用,不熱處理焊接結(jié)構(gòu)可進(jìn)行一次正火,改善焊區(qū)性能 鐵素體+索氏體合金滲碳鋼 低淬透性:20Cr,15Cr小沖擊載荷耐磨件,如活塞銷,小齒輪. 中淬透性:20CrMnTi：高速較高載有沖擊的耐磨件,重要齒輪,連軸器。高淬透性:18Cr2Ni4WA重載大截面重要耐磨件,如柴油機(jī)曲軸,連桿滲層硬度高,耐磨,抗接觸疲勞,且有適當(dāng)塑性,韌性心部高韌性和足夠強(qiáng)度良好的熱處理工藝性能 低C: 0.1%0.25%加入提高淬透性元素Cr,、Ni,、Mn、,B加入Mo,W,V,Nb,Ti

17、等阻礙A晶粒長大和形成穩(wěn)定的合金碳化物,提高耐磨性 預(yù)先熱處理（改善切削加工性能） 鍛壓后正火最終熱處理：滲碳后淬火（直接或一次、二次淬火）低溫回火20CrMnTi齒輪工藝路線：下料鍛造正火加工齒形滲碳(930)，淬火(830) 低溫回火(200) 磨齒表層：高碳M'粒狀CemA' 心部： 淬透：低碳M'未淬透：TM'F(少量) 鋼 種 典型鋼號及其應(yīng)用 性能特點(diǎn) 成分特點(diǎn)與合金化原則 熱處理特點(diǎn) 使用態(tài)組織 合金調(diào)質(zhì)鋼 低淬性:40Cr,40MnB一般尺寸重要零件, Do3040 中淬透性: 40CrNi, Do4060高淬透性: 40CrNiMoA大截面重載

18、重要零件, Do60160高水平綜合機(jī)械性能, 能滿足多種和較復(fù)雜的工作條件 中C：0.25%0.50%以0.4左右為主加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B加入Mo,W消除回火脆 一般:油淬+高溫回火調(diào)質(zhì)若要求表面耐磨：調(diào)質(zhì)后可進(jìn)行表面淬火或氮化處理。 表面淬火; 專門化學(xué)熱處理(如氮化) (38CrMoAl氮化鋼) S' 合金彈簧鋼 以Si,Mn合化:65Mn, 60Si2Mn用于汽車,拖拉機(jī),機(jī)車的板簧和螺旋彈簧以Cr,V,W合金化:50CVA350400以下重載, 較大型彈簧,如高速柴油機(jī)氣門彈簧. 高e 和s ,高屈強(qiáng)比高疲勞抗力足夠塑韌性,能承受震動,沖擊有較好淬透性

19、,不易脫C ,易繞卷成形中高C:0.45%0.70%加入Si,Mn提高淬透性也提高屈強(qiáng)比加入Cr,W,V也提高淬透性加入Si-Cr不易脫C加入Cr-V細(xì)化晶粒, 耐沖擊,高溫強(qiáng)度好 熱成形法制彈簧熱軋鋼絲鋼板卷彎曲成型淬火+中溫回火噴丸冷成形法制彈簧鋼絲鋼板淬火+中溫回火冷卷彎曲成型去應(yīng)力噴丸 T' 鋼 種 典型鋼號及其應(yīng)用 性能特點(diǎn) 成分特點(diǎn)與合金化原則 熱處理特點(diǎn) 使用態(tài)組織 滾珠軸承鋼 Cr軸承鋼: GCr15中小型軸承,冷沖模,量具,絲錐. 添加Mn,Si,Mo,V的鋼:GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型軸承. 高接觸疲勞強(qiáng)度高硬度和耐磨性足夠的韌性和淬透性一定耐蝕能

20、力和良好尺寸穩(wěn)定性 高C:0.95%1.10%Cr基本元素:提高淬透性;細(xì)化Cem;提高耐磨性和接觸疲勞抗力; Cr0.41.65加入Si,Mn提高淬透性;加入V耐磨性,防止過熱純度要求極高S0.02，P0.027預(yù)先熱處理（球化退火）正火:消除Cem網(wǎng)球化退火:便于切削, 使細(xì)小均勻,為淬火作準(zhǔn)備最終熱處理：（淬火（800840）低溫回火（150170）冷處理:(精密零件)尺寸穩(wěn)定M粒狀Cem少量A殘余 低合金刃具鋼 Si-Cr系:9SiCr,低速切削刃具 Cr系:Cr,Cr06如,鉸刀,刮刀,銼刀等. Cr-W-Mn系:CrWMn 如拉刀,沖模,樣板,量規(guī) W和Cr-W系:小麻花鉆,低速切

21、削刃具 高硬度:HRC60高耐磨性高熱硬性足夠塑性和韌性 高C:0.9 %1.1 % 加入Cr,Mn,Si提高淬透性 加入Si提高回火穩(wěn)定性加入W,V提高耐磨性,并防止加熱時過熱，保持晶粒細(xì)小預(yù)備熱處理：鍛造后進(jìn)行球化退火。最終熱處理：淬火+低溫回火工藝路線：鍛造球化退火機(jī)加工淬火低溫回火 M粒狀Cem少量A殘余與碳素工具鋼相比較，淬透性提高，可采用油淬火。變形和開裂傾向小。鋼 種 典型鋼號及其應(yīng)用 性能特點(diǎn) 成分特點(diǎn)與合金化原則 熱處理特點(diǎn) 使用態(tài)組織 高速鋼 （高速工具速鋼） W系:W18Cr4VW-Mo系:W6Mo5Cr4V2作高速切削刃具鑄造組織有魚骨狀共晶 高硬度:HRC 60 高耐

22、磨性 高熱硬性足夠塑性和韌性 高C:0.7 %1.5 %要保證能與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的Cem；有一定數(shù)量的C溶于A中，以保證M的高硬度。） 加入Cr提高淬透性鉻的碳化物(Cr2C6)在淬火加熱時幾乎全部溶于奧氏體中，增加A過冷的穩(wěn)定性，鋼的淬透性。還提高抗氧化、脫碳能力 加入W,Mo提高熱硬性（提高回火穩(wěn)定性和熱硬性的主要元素） 加入V提高耐磨性 V形成的碳化物vC(或V4C3)非常穩(wěn)定，極難溶解，硬度較高屬于萊氏體鋼，鍛造：共晶萊氏體呈魚骨胳狀，熱處理不能消除，只能熱變形破碎，預(yù)熱處理：等溫退火，消除內(nèi)應(yīng)力，改善切削，組織準(zhǔn)備。最終熱處理： 1270淬火560580回火(三次)：若冷

23、處理只需一次回火回火(三次)：消除內(nèi)應(yīng)力消除A殘余齒輪銑刀生產(chǎn)過程的工藝路線如下： 下料鍛造退火機(jī)械加工淬火+回火噴砂磨加工成品。M+少量A殘余+ Cem。第二部分 考試知識第一章 金屬的機(jī)械性能（了解）1低碳鋼的拉伸圖 2材料的性能：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性。第二章 材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征掌握概念（名詞解釋）：固溶體、固溶強(qiáng)化、枝晶偏析、A、F、P、Fe3C;合金中的基本相結(jié)構(gòu)：固溶體和金屬間化合物固溶體：產(chǎn)生晶格畸變，增加晶體位錯移動的阻力，使滑移變形難以進(jìn)行，使金屬得到強(qiáng)化。金屬化合物：熔點(diǎn)、硬度高、脆性大。碳鋼中的Fe3C。對鋼的強(qiáng)度和耐磨性有重要的作用。

24、金屬化合物對固溶體基體的強(qiáng)化作用：彌散硬化：當(dāng)金屬間化合物以極小的粒子均勻分布在固溶體基體上通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。掌握鐵碳相圖基本知識：正確填寫鐵碳相圖的相組成物相圖兩條水平線是什么線，能寫出反應(yīng)式，解釋共晶、共析反應(yīng)。 正確填寫鐵碳相圖的組織組成物相圖第3章 工程材料成型過程中的行為與性能變化掌握概念：冷加工、熱加工、回復(fù)、再結(jié)晶，加工硬化 掌握金屬的凝固純金屬的結(jié)晶：由晶核的形成和長大這兩個基本過程組成；晶核的形成：存在有兩種方式，即自發(fā)形核和非自發(fā)形核；晶體長大的形態(tài)：有平面推進(jìn)、樹枝狀生長兩種；金屬結(jié)晶過程缺陷的產(chǎn)生：縮孔和疏松，液體供應(yīng)不充分

25、，最后凝固的樹枝晶之間的間隙不能被填滿，將形成縮孔和疏松等缺陷。合金結(jié)晶的特點(diǎn)：合金結(jié)晶時有相的變化、成分變化，有成分偏析，它將引起鑄件力學(xué)性能惡化和抗腐蝕性能降低。晶粒大小和控制：控制過冷度、加入形核劑、機(jī)械方法（振動與攪拌）掌握鑄造過程中的材料行為及性能變化鑄錠組織：表面細(xì)晶粒層、柱狀晶粒層、中心等軸晶粒區(qū)鑄錠結(jié)構(gòu)中主要的缺陷?？s孔與縮松集中的縮孔：金屬凝固時體積要收縮，如果得不到液體的補(bǔ)充，就會形成縮孔?？s松（分散性縮孔）：樹枝晶結(jié)晶時不能保證液體的補(bǔ)給而在枝晶間和枝晶內(nèi)形成細(xì)小而分散的縮孔。氣孔非金屬夾雜物外來非金屬夾雜物由冶煉、澆鑄過程中爐襯、型壁材料等脫落進(jìn)人鑄錠帶來；金屬內(nèi)部各種

26、化學(xué)反應(yīng)生成，非金屬夾雜物很大的脆性，破壞金屬晶體的連續(xù)性，促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展削弱金屬的機(jī)械性能。成分偏析枝晶偏析（微觀偏析）：局限于一個或幾個晶粒尺寸范圍內(nèi)的偏析?？捎脭U(kuò)散退火的方法來消除宏觀偏折（或域偏析）：同一鑄件中，表面和中心、上層和下層的化學(xué)成分也可能存在不均勻，這種較大尺寸范圍內(nèi)出現(xiàn)的偏析。消除枝晶偏析：擴(kuò)散退火或均勻化退火把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，長時間保溫，使固溶體中原子充分?jǐn)U散以達(dá)到成分的均勻化。掌握冷塑性變形過程中的材料行為及性能變化冷塑性變形對金屬組織與性能的影響冷塑性變形金屬加熱時組織與性能的變化掌握熱塑性變形過程中的材料行為及性能變化金屬的熱加工和冷加工熱塑性變

27、形對金屬組織和性能的影響第4章 改善材料性能的熱處理、合金化及改性掌握概念： P、S、T、B、M、S回、T回、M回、完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、滲碳、調(diào)質(zhì)。掌握金屬材料在加熱與冷卻過程中的主要變化鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變（奧氏體的形成）轉(zhuǎn)變溫度共析鋼：加熱超過PSK線（A1）時，完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，平衡狀態(tài)下 亞共析鋼：必須加熱到GS線（A3）以上過共析鋼：必須加熱到ES線（ACM）以上，才能全部獲得奧氏體。）奧氏體的形成：晶核形成、晶核長大、剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化四個基本過程。）影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素加熱溫度：提高加熱溫度，加速了奧氏體的形成

28、。加熱速度：加熱速度越快，縮短奧氏體的形成時間。鋼中碳含量：碳含量增加時，轉(zhuǎn)變速度加快。 合金元素：大部分合余元素加入鋼中，減慢了奧氏體的形成速度。 原始組織：片狀珠光體奧氏體形核長大快 粒狀珠光體。、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（等溫冷卻）：共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性1）珠光體類轉(zhuǎn)變組織： (高溫轉(zhuǎn)變區(qū))，在A1550之間2）貝氏體轉(zhuǎn)變(中溫轉(zhuǎn)變)：轉(zhuǎn)變溫度 ：在550Ms：之間，550350上貝氏體半擴(kuò)散型，F(xiàn)e不擴(kuò)散，C原子有一定的擴(kuò)散能力羽毛狀碳化物在F間，韌性差350MS下貝氏體C原子有一定的擴(kuò)散能力針狀碳化物在F內(nèi)，韌性高，綜合機(jī)械性能好3）.低溫轉(zhuǎn)變：（馬氏體轉(zhuǎn)變）：溫度MsMf，

29、馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（連續(xù)冷卻）1） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：冷卻速度時，鋼將轉(zhuǎn)變?yōu)镸+A殘冷卻速度時，鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻類冷卻速度之間(例如油冷)時：M+A殘+T 掌握鋼在回火時的轉(zhuǎn)變1）回火目的： 獲得所需要的機(jī)械性能， 穩(wěn)定組織和尺寸： 消除內(nèi)應(yīng)力： 2） 回火后組織低溫回火： 150250，得M回。目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，保持淬火后的高硬度中溫回火：350500?；鼗鸾M織為T回，目的：較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，并有一定的韌性。硬度高溫回火：500650。回火組織：S回，性能特點(diǎn)：保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。用于：各種重要的結(jié)構(gòu)零件調(diào)質(zhì)處理：淬火高溫回火。用于：重要結(jié)構(gòu)件。高速鋼：需

30、要進(jìn)行23次回火，使組織充分轉(zhuǎn)變。第5章 常用金屬材料及性能基本要求 熟悉工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類和編號方法，從其牌號即可判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織， 熟悉碳鋼：        普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215、Q235等； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 20、45、60等； 碳素工具鋼 T8、T10、T12等。     1）熟悉合金鋼主要鋼種     低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345(16Mn)、Q420(

31、15MnVN)； 滲碳鋼 20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA； 調(diào)質(zhì)鋼 40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi；彈簧鋼 65Mn、50CrV、60Si2Mn； 軸承鋼 GCr9、GCr15、GCr15SiMn ； 冷模具鋼 Cr12MoV；熱模具鋼 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V低合金刃具鋼 9SiCr、CrWMn ； 工具鋼T8、T10、T12；高速鋼 W18Cr4V ；不銹鋼 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、 1Cr18Ni9Ti；   

32、0;    常用鑄鐵：HT150、HT250、KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2等        工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類、要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織見（表四-1）重點(diǎn)復(fù)習(xí)題型.要制造輕載齒輪、熱鍛模具、冷沖壓模具、滾動軸承、高速車刀、重載機(jī)床床身、傳動軸、后橋殼、量具、彈簧、汽輪機(jī)葉片、等零件，試從下列牌號中分別選出合適的材料，及選擇對應(yīng)的熱處理方法（淬火、低溫回火、中溫回火、高溫回火、退火）。T12 HT300 W18

33、Cr4V GCr15 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV5CrMnMo 9SiCr 1Cr13 60Si2Mn QT400-15 45 Q235答輕載齒輪量具冷沖壓模具滾動軸承高速車刀重載機(jī)床床身材料45T12Cr12MoVGCr15W18Cr4VHT300鋼種調(diào)質(zhì)鋼炭素工具鋼冷沖模具鋼滾動軸承鋼高速工具鋼灰鑄鐵熱處理淬火高溫回火淬火低溫回火淬火中溫回火淬火低溫回火淬火高溫回火三次退火.有一個45號鋼制的變速箱齒輪，其加工工序為：下料鍛造 正火粗機(jī)加工 調(diào)質(zhì) 精機(jī)加工 高頻表面淬火低溫回火磨加工成品，試說明其中各熱處理工序的工藝、目的及使用狀態(tài)下的組織。 目的工藝組織正火作為預(yù)先熱處理

34、改善切削加工性能加熱到Ac3 （3050）保溫空冷S或P（FFe3C） 調(diào)質(zhì)在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。淬火高溫回火S回高頻表面淬火 提高表面硬度與高耐磨性，心部具有足夠塑、韌性。感應(yīng)加熱水、乳化液噴射淬火低溫回火。 淬火后表面為細(xì)隱晶馬氏體（極細(xì)馬氏體），心部為原始組織。低溫回火降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，同時保持鋼在淬火后的高硬度(一般為HRC5864)和耐磨性。加熱150250保溫冷卻M回.某型號柴油機(jī)的凸輪軸要求凸輪表面有高的硬度（HRC50），心部具有良好的韌性（Ak40）原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火，最后低溫回火現(xiàn)因工廠庫存的45鋼已用完，只剩下15鋼

35、，擬用15鋼代替 試說明：原45鋼各熱處理工序的作用 改用15鋼后，仍按原熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求？為什么？ 改用15鋼后為達(dá)到所要求的性能，在心部強(qiáng)度足夠的前提下應(yīng)采用何種熱處理工藝？答：調(diào)質(zhì)處理：獲得回火索氏體，以保證工件心部的強(qiáng)度和韌性凸輪表面進(jìn)行高頻淬火：承受彎曲交變載荷或扭轉(zhuǎn)交變載荷，提高耐磨性和承受沖擊。低溫回火：是為了降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，同時保持鋼在淬火后的高硬度(一般為HRC5864)和耐磨性。：不能滿足性能要求；因為高頻淬火適用與中碳鋼；中合金鋼碳鋼；工具鋼；不能對低碳鋼高頻淬火、因碳量低，表面硬度難以提高。調(diào)質(zhì)（淬火高溫回火）滲碳淬火低溫回火第七章 工程設(shè)計、制

36、造與材料選擇掌握零件失效與失效類型過量變形失效：材料的變形量和變形特性超過原來規(guī)定的程度，而致影響構(gòu)件的規(guī)定功能 彈性變形失效與選材：材料力學(xué)指標(biāo)：彈性模量。選材：易發(fā)生彈性變形失效時，應(yīng)選用具有高彈性模量的材料。塑性變形失效與選材：材料力學(xué)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度。過量蠕變變形失效： 屬材料在長時間恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于屈服點(diǎn)也會緩慢產(chǎn)生塑性變形。斷裂失效：斷裂是金屬材料在應(yīng)力的作用下分為互不相連的兩個部分或兩個以上部分 材料力學(xué)指標(biāo)：沖擊韌性、斷裂韌性。韌性斷裂失效：零件所受應(yīng)力大于斷裂強(qiáng)度，斷裂前產(chǎn)生顯著宏觀塑性變形的斷裂。低應(yīng)力脆斷：構(gòu)件所受名義應(yīng)力低于屈服極限，在于明顯塑性變形的情況

37、下，產(chǎn)生的突然斷裂 脆斷的原因：低溫環(huán)境、焊接質(zhì)量、工作介質(zhì)、預(yù)防低應(yīng)力脆斷的措施。疲勞斷裂失：在交變載荷作用下，經(jīng)過一定的周期后所發(fā)生的斷裂。蠕變失效與選材表面損傷 ：主要指腐蝕失效及磨損失效、接觸疲勞失效 磨損失效：相互接觸的兩個零件做相對運(yùn)動時，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐漸脫落，使表面狀態(tài)和尺寸改變而引起的失效。接觸疲勞失效：兩個零件做相對滾動或周期性接觸，由于壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力的反復(fù)作用所引起的表面疲勞破壞現(xiàn)象。腐蝕失效：金屬零件或構(gòu)件的表面在介質(zhì)中發(fā)生的化學(xué)或化學(xué)作用而逐漸損壞的現(xiàn)象。掌握失效的原因（1）設(shè)計與失效結(jié)構(gòu)或形狀不合理，即在零件的高應(yīng)力處存在明顯的應(yīng)力集中源。零件的工

38、作條件估計錯誤（應(yīng)力計算錯誤）。熱處理結(jié)構(gòu)工藝性不合理（2）選材與熱處理選材不當(dāng)：設(shè)計者選定指標(biāo)不能反映材料對所發(fā)生的那種類型失效的抗力。所選材料的性能數(shù)據(jù)不合要求，因而導(dǎo)致了失效。材料本身的缺陷也是導(dǎo)致零件失效的一個重要原因，材料的的缺陷是夾雜物過多，過大，雜質(zhì)元素太多，或者有夾層、折疊等宏觀缺陷。熱處理工藝不當(dāng)熱處理不良能造成過熱、脫碳、淬火裂紋、回火不足等； 冶金缺陷：夾雜、成分偏析、不良組織等加工缺陷：冷加工有刀痕深、粗糙度大、圓角小、精度低；熱加工缺陷：回火軟化、應(yīng)力等裝配與使用零件安裝時配合過緊、過松、對中不準(zhǔn)、固定不緊等均可造成失效或事故。對機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)不好，沒有遵守操作規(guī)程及

39、工作時有較大幅度的過載等也可以造成零件的失效。 掌握零件設(shè)計中的材料選擇選材三原則1）使用性能原則，使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能2）工藝性原則工藝性-材料經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定使用性能或形狀的能力。是一個輔助性原則。3）經(jīng)濟(jì)性原則掌握熱處理加工工藝路線中的位置1熱處理在工藝路線中的位置的安排原則1)最終熱處理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2)最終熱處理可進(jìn)行不止一次；3)整體淬火和表面淬火在工藝路線中位置相同；4)滲碳與淬火、回火在工藝路線上是近鄰的；5)局部滲碳方法不同，工藝不同；6)零件表面軟氮化和表面滲硫的減摩處理，滲C后不能進(jìn)行任何切削處理；7)高精度零件

40、可增加去應(yīng)力退火，精密零件甚至進(jìn)行冷處理；8)調(diào)質(zhì)一般放在粗加工之后，半精加工之前。2 熱處理在工藝路線中的位置教材表7.2第8章 常用零件選材掌握軸類零件選材軸常用材料調(diào)質(zhì)鋼（45、）、合金調(diào)質(zhì)鋼（40Cr、40MnB、）、合金滲碳（20CrMnTi、）、專用氮化鋼（38CrMoAlA）、等機(jī)床軸按工作條件分為三類。1）輕載主軸： 低工作載荷小沖擊載荷軸頸部位磨損不嚴(yán)重，普通車床的主軸。45鋼、調(diào)質(zhì)或正火處理，耐磨的部位高頻表面淬火強(qiáng)化。2）中載主軸： 中等載荷磨損較嚴(yán)重有一定沖擊載荷，例如銑床主軸。合金調(diào)質(zhì)鋼，如40Cr鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，耐磨部位進(jìn)行表面淬火強(qiáng)化。3）重載主軸 工作載荷大磨損嚴(yán)重沖擊載荷都嚴(yán)重，組合機(jī)床主軸。20CrMnTi鋼制造，經(jīng)滲碳、淬火處理。4）高精度主軸 精密鏜床的主軸。一般用38CrMoAlA專用氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，進(jìn)行氮化及尺寸穩(wěn)定化處理。 重點(diǎn)掌握軸類零件加工工藝路線CM6140車床主軸：輕載主軸 工作載荷小，沖擊載荷不大，軸頸部位磨損不嚴(yán)重，普通車床的主軸。45鋼、調(diào)質(zhì)或正火處理，耐磨的部位高頻表面淬火強(qiáng)化。選材：