工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)材料提煉機械工業(yè)出版社龐國星

1、第一章工程材料的分類與性能1、硬度布氏硬度（HBW發(fā)示）符號前硬度值，符號后依次壓頭直徑、載荷大小及載荷保持時間（1015s不標(biāo)注）1）鋼、銀基合金、鈦合金2）鑄鐵3）銅和銅合金4）輕金屬及其合金5）鉛、錫。洛氏硬度硬度值+標(biāo)尺類型HRA碳化物、硬質(zhì)合金等HRB非鐵金屬，退火、正火鋼等HRC淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼HRD薄鋼板、中等厚度表面硬化零件維氏硬度硬度值+載荷大小和保持時間HV2、斷裂韌度主要取決于材料的成分組織和結(jié)果。Y-與裂紋形狀、加載方式及式樣尺寸有關(guān)的量，一般Y=12;-外加拉應(yīng)力Mpa,a-裂紋長度的一半。3、工藝性能：金屬材料的工藝性能是指適應(yīng)莫種加工的能力。按照工藝方法不同，分為鑄

2、造性能、壓力加工性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能。第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)和二元合金相圖1、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1）體心立方晶格（1+8*1/8）2個，原子致密度68%,a-Fe、Cr、W、Mo、V等。2）面心立方晶格（8*1/8+6*1/2）4個，原子致密度74%,y-Fe、Cu、Al、Ag、Au、Pb、Ni等。3）密排立方晶格6個，原子致密度74%,Mg、Zn、Be、Gd等。一般金屬材料都是多晶體：許多晶體組成的晶體成為多晶體。各向異性是指晶體在不同方向上所表現(xiàn)由來的性能不相同的現(xiàn)象。晶體加工缺陷：1）點缺陷-空位和間隙原子2）線缺陷-位錯：晶體中莫一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的

3、錯排現(xiàn)象。3）面缺陷-晶界和亞晶界2、結(jié)晶理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度，通常晶粒越小，強度塑性韌性越高，獲得細晶粒方法：1）提高結(jié)晶時的冷卻速度，增大過冷度（無法對大體積液態(tài)金屬作用）。2）變質(zhì)處理（針對大體積液態(tài)金屬）。3）在液態(tài)金屬結(jié)晶時采用機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等方法。3、金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變：固態(tài)金屬在一定溫度下由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)的過程4、鐵碳合金相圖三種相組成物組織組成物由1種或幾種相組成物物、組成1）鐵素體：碳溶入a-Fe中形成的間隙固溶體，符號F。727度溶解度最大Wc=0.0218%，室溫時碳含量幾乎為0?？估瓘姸?80280MPa,屈服強度1

4、00170MPa,斷后伸縮率3050%,斷面收縮率7080%,沖繼吸收能量128160HBW,硬度約80.o2）奧氏體：碳溶入y-Fe中形成的間隙固溶體，符號A。在1148度溶碳能力最大Wc=2.11%o727度最低Wc=0.77%,抗拉強度400MPa,斷后伸縮率4050%,硬度160-200HBW3）滲碳體鐵與碳形成的具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，F(xiàn)e3C表示，碳含量Wc=6.69,熔點很高約1227度，硬度可達800HBW,塑性和韌性幾乎為零，脆性大。鐵碳合金在常溫下的基本相均為鐵素體和滲碳體。6、相圖分析1000度以上高溫部分的Fe-Fe3C相圖相當(dāng)于二元共晶相圖（奧氏體、滲碳體）。1

5、000度以下的部分Fe-Fe3C相圖與上半部分相圖為二元共析相圖（鐵素體、滲碳體）。鐵碳合金相圖中，A為純鐵的熔點，D為滲碳體的分解點，C為共晶點。共晶轉(zhuǎn)換：公式-這種組織稱為共晶組織，也稱為萊氏體，用符號Ld表示E點、P點分別是碳在奧氏體、鐵素體中的最大溶解度；G是a-Fe-y-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點；Q是600度時碳在鐵素體中的溶解度；S是共析點，F(xiàn)、K是滲碳體的成分點。共析轉(zhuǎn)變：公式-S點：具有S點成分的奧氏體，在727度時從奧氏體中同時析由兩種不同的固相(Fp+FW)的復(fù)相組織，稱為珠光體。7、FeF叩相圖中的特征線AC防液相線，AECF為固相線，ECF為共晶轉(zhuǎn)變線，PSK為共析線。ES線

6、為碳在奧氏體中的溶解度曲線，PQ線為碳在鐵素體?§解度曲線，GS線為鐵碳合金緩冷時由奧氏體析生鐵素體開始線或加熱時鐵素體轉(zhuǎn)變奧氏體的終了線。8、0.022.11%的鐵碳合金為鋼，0.020.77%亞共析鋼，0.77%共析鋼，0.772.11%過共析鋼。9、2.116.69%為白口鑄鐵，2.114.3%為亞共晶白口鑄鐵，4.3%為共晶白口鑄鐵，4.36.69%為過共晶白口鑄鐵。10、鐵碳合金中隨著含碳量增加，鐵素體不斷減少、滲碳體不斷增多而使合金強度、硬度升高，塑性韌性降低，但當(dāng)Wc>0.9%寸，由于晶界中存在網(wǎng)狀Fe3c11而使強度下降。11、共晶成分的鐵碳合金熔點最低(114

7、8度)，結(jié)晶溫度范圍小，具有良好的鑄造性。奧氏體的強度較低，塑性較好，便于塑性變形。第三章鋼的熱處理1、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1）珠光體型轉(zhuǎn)變：按間距大小，高溫產(chǎn)物可分為珠光體P、索氏體S、托氏體T這三種產(chǎn)物的硬度隨層間距的減小而增高。高溫：擴散型轉(zhuǎn)變2）貝氏體（B）轉(zhuǎn)變中溫：半擴散型轉(zhuǎn)變3）馬氏體（M）轉(zhuǎn)變低溫：非擴散型轉(zhuǎn)變。2馬氏體的性能由于碳過飽和地溶入使其晶格產(chǎn)生畸變，阻礙變形，引起硬度與強度的升高。并隨含碳量增加，硬度與強度也提高。但當(dāng)Wc>0.6%Z后，硬度隨碳含量增加而升高的趨勢不明顯。3、Ms點（開始）與Mf點（終了）的位置與冷卻速度無關(guān)，主要取決于奧氏體的成分。4、鋼的普

8、通熱處理（1）退火目的：1）降低硬度，改善切削加工性。2）消除殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減小變形與開裂傾向。種類：1）完全退火：適用于亞共析鋼等。2）等溫退火：用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼。3）球化退火：適用于過共析鋼。4）去應(yīng)力退火（2）正火目的：1）減少碳和其他合金元素的成分偏析，2）使奧氏體晶粒細化和碳化物彌散分布。對低碳鋼改善切削加工性能，可以消除過共析鋼的滲碳體網(wǎng)狀組織，為球化退火做準(zhǔn)備。（3）淬火是將鋼件加熱到相變點（Ac1或Ac3）以上奧一溫度，保溫足夠時間獲得奧氏體后，以大于Vk（臨界冷卻速度冷卻獲得馬氏體（或下貝氏體）組織的一種熱處理工藝方法。目的：為獲得馬氏體或下貝氏體組織

9、，然后再配以適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に?，用以滿足零件使用性能的要求。（4）回火目的：1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，減小變形與開裂傾向。2）穩(wěn)定工件的組織與尺寸。5、回火種類、組織、性能與應(yīng)用1）低溫回火（150250度）回火后組織為回火馬氏體。2）中溫回火（350500度）回火托氏體。3）高溫回火（500650度）通常將淬火+高溫回火稱為調(diào)制處理。組織為回火索氏體。為了防止高溫回火脆性，一般回火后采用油冷和水冷。第一類回火脆性：250350度，不可修復(fù)，應(yīng)避免。第二類回火脆性：450650度回火后緩冷時產(chǎn)生，對于大體積鋼件一般加入Mo或W另外盡量提高合金純度，減少N,O,P等雜質(zhì)元素。6、鋼的淬硬性是指鋼在正

10、常淬火條件下馬氏體達到最高硬度的能力。它由馬氏體中的碳含量而決定，而與其他無關(guān)。馬氏體越多，淬硬性越高7、鋼的淬透性：取決于臨界冷卻速度（取決于奧氏體成分和奧氏體化條件）8、常見的熱處理缺陷1）過熱與過燒2）氧化與脫碳3）變形與開裂。9、熱處理工序主要目的是為了保證淬透性差的鋼種表面調(diào)制層（回火索氏體）的組織不被切削掉。整體淬火：下料-鍛造-退火（或正火）-粗、半精加工（留余量）淬火、回火（低溫、中溫回火）磨削表面淬火：下料-鍛造-退火（或正火）-粗加工-調(diào)制-半精加工（留余量）表面淬火、回火磨削滲碳淬火：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳、淬火低溫回火磨削滲氮：下料-鍛造-退火-粗、半精加

11、工-半精、精加工-去應(yīng)力退火-粗磨-滲氮-精磨或超精磨（熱處理1）（熱處理2:總處理）第四章工業(yè)用鋼牌號：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235AF（表示屈服強度ReA235MPa質(zhì)量等級為A級的沸騰鋼）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（Q345）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45Mn（平均碳含量0.45%的含鎰）非合金易切削鋼Y20（Wc=0.2%）碳素工具鋼T13A（Wc=1.3%合金工具鋼9CrWMn平均碳量0.91%含Cr,WMn）滾動軸承鋼GCr15（平均Gr含量1.5%）不銹鋼和耐熱鋼06Cr19Ni10（碳含量不大于0.08%,Cr為18%20%Ni為8%11%鑄鋼ZG230-450（屈服強度不小于230MPa抗拉強度不小于45

12、0MPa的工程用鑄鋼）ZG15Cr1Mo1V（碳0.15%,Cr0.9%1.4%,Mo<0.9%1.4%,V<0.9%勺鑄造合金鋼）合金元素對鋼熱處理除Mn外，合金元素阻止加熱時奧氏體經(jīng)歷的長大鋼冷卻轉(zhuǎn)變1.除Co,Al外，合金元素穩(wěn)定奧氏體，使等溫轉(zhuǎn)變圖右移2.除Co,Al外合金元素降低Ms點，使殘余奧氏體量增加鋼回火轉(zhuǎn)變合金元素提高耐回火性，淬火后在500600c回火時，由于特殊碳化物彌散析由，使回火硬度升高（二次硬化）殘余奧氏體在回火時析由碳化物使Ms點上升，致使殘余奧氏體在回火冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使硬度升高（二次淬火）含MnCr,Ni,V的鋼在高溫回火（500600C）后緩冷

13、時，使鋼的韌性下降（回火脆性）加入Mo,W來降低此脆性。碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼一般不進行熱處理合金滲碳鋼性能經(jīng)滲碳，淬火-低溫回火后，表面有較高的硬度耐磨性，心部有足夠的強度塑性韌性成分特點低碳，加入Cr,WMoVTi提高淬透性和細化晶粒熱處理特點預(yù)先熱處理采用正火處理，最終熱處理采用滲碳淬火-低溫回火工藝鋼中常有雜質(zhì)如Si和Mn（有益）、P和S（有害）及一些非金屬雜質(zhì)調(diào)質(zhì)鋼性能良好的綜合力學(xué)性能合適的淬透性成分特點中碳加入Mn,Si提高淬透性強化鐵素體細化晶粒熱處理特點預(yù)先，若為珠光體，正火處理；若馬氏體，高溫回火處理。最終，淬火后在500600C高溫回火工藝即調(diào)質(zhì)處理工藝合金彈簧結(jié)

14、構(gòu)鋼高的彈性極限，屈強比，疲勞強度，塑形，韌性油淬回火鋼絲，冷卻中溫回火滾動軸承鋼高硬度高耐磨，足夠彈性極限和韌性，預(yù)先，球化退火最終，淬火低溫回火非合金工具鋼高硬度高耐磨，切削工藝好，淬透性低易變形，預(yù)先，球化退火，最終，淬火低溫回火合金量具刀具鋼預(yù)先，鍛后正火消除網(wǎng)狀滲碳體然后球化退火，最終，淬火低溫回火高速工具鋼較高熱硬性高的耐磨性。鑄態(tài)經(jīng)鑄造后組織為馬氏體萊式體殘留奧氏體珠光體大量碳化物，成分組織嚴(yán)重不均，碳化物不能用熱處理消除必須反復(fù)鍛造預(yù)先熱處理，球化處理（Ac1+3050c）,最終熱處理，淬火，在560580c三次回火以消除內(nèi)應(yīng)力減少殘余奧氏體。熱作模具鋼中碳奧氏體不銹鋼只能用形

15、變強化第五章鑄鐵鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.1%的一系列由鐵、碳、硅等元素組成的合金的總成。分類：1）白口鑄鐵2）灰鑄鐵3）可鍛鑄鐵4）球墨鑄鐵5）蠕墨鑄鐵1、鑄鐵的熱處理（1）灰鑄鐵的熱處理：1）去應(yīng)力退火。2）消除鑄件白口的退火。3）正火。4）表面熱處理。（2）球墨鑄鐵的熱處理：1）退火：目的是為了去除鑄態(tài)組織中的自由滲碳體及獲得鐵素體球墨鑄鐵。2）高溫退火。3）低溫退火。4）正火：目的在于增加金屬基體中珠光體的含量并使其細化，提高強度、硬度和耐磨度。影響石墨化因素：化學(xué)成分和結(jié)晶的冷卻速度?；瘜W(xué)成分影響：碳、硅促進石墨化，碳硅增加組織由珠光體轉(zhuǎn)向鐵素體Mn阻礙石墨化，S是有害元素。冷卻速度

16、影響：冷速大，白口組織，得厚壁；冷速小，灰口組織，的薄壁。孕育劑：硅鐵、硅鈣、硅鈿、石墨灰鑄鐵牌HT100（100為最低抗拉強度）可鍛鑄鐵用于形狀復(fù)雜的薄壁件，牌號（KTZ,KTH,KTB）球墨鑄鐵牌號QT350-22L（最低抗拉強度，斷后中長率）蠕墨鑄鐵用于抗熱疲勞件，牌號RuT420o第六章非鐵金屬材料與硬質(zhì)合金1、鋁及鋁合金鋁合金的分類：變形鋁合金與鑄造鋁合金鋁合金的固溶與時效是鋁合金熱處理強化的主要工藝（時效強化）強化效果還與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。適量硅銅鎰鎂鋅等可提高鋁合金強度。鋁合金熱處理固溶與時效是鋁合金主要熱處理工藝。固溶處理：將可熱處理強化

17、的合金加熱至a相區(qū)經(jīng)保溫形成單相的固溶體，然后快冷，使溶質(zhì)原子來不及析由，至室溫獲得過飽和的a固溶體。時效處理：由于過飽和的a固溶體是不穩(wěn)定的，隨著時間的延長，其中將形成眾多的溶質(zhì)原子富集區(qū)，進而析由細小彌散分布且與母相共格的第二相或第二相的過度相引起晶格嚴(yán)重畸變阻礙位錯運動合金強度硬度提高，這就是時效強化。效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)（過高過長時會下降）。防銹鋁合金只用冷變形加工提高強度。2、銅及銅合金1）純銅又稱為紫銅2）黃銅是以鋅為主要合金的銅合金，加工普通黃銅的牌號用H加數(shù)字表示3）青銅現(xiàn)工業(yè)上除了黃銅和白銅（銅-銀合金）之外的銅合金均稱為青銅代號用Q、主加合金元素符號及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、其他

18、合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)構(gòu)成。純銅通過加工變形強化。普通黃銅（銅和鋅）牌號H68表示W(wǎng)cu=68%鑄造黃銅ZCuZn38為Wzn=38%鑄造特殊黃銅ZCuZn31Al2表示W(wǎng)zn=31%WAl=2%#殊黃銅：HMn58-2表示W(wǎng)Cu=58%WMn堂%為鋅的鎰黃銅。青銅：QSn4-3表示W(wǎng)Sn=40%其他合金元素WZn=3哩余為銅的錫青銅。鑄造青銅：ZCuAl10Fe3代表WAl=10%WFe=3%其余為銅的鑄造鋁青銅。錫青銅的特點及用途：耐蝕耐磨性，彈性好。用于彈性元件，耐蝕，抗磁零件。鋁青銅：高強度，耐蝕耐磨性，能熱處理強化。耐蝕零件，彈性元件。鉞青銅：用于精密儀器，儀表的彈性元件第八章鑄造成型分為

19、砂型鑄造和特種鑄造1、鑄造合金的收縮1）液態(tài)收縮：從澆筑溫度到凝固開始溫度（即液相線溫度）的收縮。2）凝固收縮：從凝固開始溫度到凝固終止溫度（即固相線溫度）的收縮。3）固態(tài)收縮：從凝固終止溫度到室溫的收縮。3、縮孔和縮松兩者區(qū)別：縮孔產(chǎn)生的基本原因是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，且得不到補償?？s孔產(chǎn)生的部位在鑄件最后凝固區(qū)域，如璧上部或中心處。縮松是較寬液相凝固過程中各處固體不斷長大，直至相互接觸，此時合金背分割為許多小的封閉區(qū)，封閉區(qū)內(nèi)液體凝固收縮時，因得不到補充而形成許多小而分散的孔洞。澆注溫度高，合金的縮孔傾向大。防止鑄件產(chǎn)生縮孔縮松的方法：1）合理選用鑄造和金。2）采用順序凝固原則。4、鑄造應(yīng)力1）熱應(yīng)力（永久的）：鑄件在凝固和冷卻過程中，由于不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。2）收縮應(yīng)力（機械應(yīng)力：臨時的）：鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱帶等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為收縮應(yīng)力。3）相變應(yīng)力（機械應(yīng)力：臨時的）：鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力為相變應(yīng)力。鑄件的裂紋與防止1）熱裂：熱裂是高溫