工程材料復(fù)習(xí)全解

工程材料復(fù)習(xí)全解工程材料復(fù)習(xí)全解工程材料復(fù)習(xí)全解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(shí)的應(yīng)力。條件屈服強(qiáng)度0.2—剩余塑變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度-1—無(wú)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、HV。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(dòng)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(duì)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、回火穩(wěn)定性、二次硬化、回火脆性。強(qiáng)碳化物形成元素：Ti、Nb、V如TiC、VC中碳化物形成元素：W、Mo、Cr如Cr23C6弱碳化物形成元素：Mn、Fe如Fe3C性能比較：強(qiáng)度：固溶體純金屬硬度：化合物固溶體純金屬塑性：化合物固溶體純金屬二、成分金屬化合物形態(tài)對(duì)性能的影響①基體、晶界網(wǎng)狀：強(qiáng)韌性低②晶內(nèi)片狀：強(qiáng)硬度提高，塑韌性降低③顆粒狀：彌散強(qiáng)化：第二相顆粒越細(xì)，數(shù)量越多，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑韌性略有下降的現(xiàn)象。合金元素在鋼中的作用1、強(qiáng)化鐵素體；2、形成化合物——第二相強(qiáng)化3、擴(kuò)大〔C,Mn,Ni,Co〕或縮小〔Cr,Si,W,Mo〕A相區(qū)4、使S、E點(diǎn)左移5、影響A化6、溶于A(除Co外),使C曲線右移,Vk減小,淬透性提高.7、除Co、Al外，使Ms、Mf點(diǎn)下降。8、提高回火穩(wěn)定性〔淬火鋼在回火過(guò)程中抵抗硬度下降的能力〕9、產(chǎn)生二次硬化〔含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時(shí)，由于析出細(xì)小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時(shí)A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回，使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象〕10、防止第二類回火脆性：W、Mo(回火脆性：淬火鋼在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象。)三、組織㈠純金屬的組織1、結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過(guò)程⑴結(jié)晶的條件——過(guò)冷：在理論結(jié)晶溫度以下發(fā)生結(jié)晶的現(xiàn)象。過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。T=T0–T1實(shí)際液態(tài)金屬的結(jié)晶總是在過(guò)冷的條件下進(jìn)展過(guò)冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過(guò)冷度越大。⑵結(jié)晶的根本過(guò)程——晶核形成與晶核長(zhǎng)大形核——自發(fā)形核與非自發(fā)形核長(zhǎng)大——均勻長(zhǎng)大與樹(shù)枝狀長(zhǎng)大⑶結(jié)晶晶粒度控制方法：①增加過(guò)冷度；②變質(zhì)處理；③機(jī)械振動(dòng)、攪拌在一般情況下，晶粒愈小，其強(qiáng)度、塑性、韌性也愈高。

鑄錠(件)的宏觀組織通常由三個(gè)區(qū)組成:表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心粗等軸晶區(qū)2、純金屬中的固態(tài)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：物質(zhì)在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度而發(fā)生變化的現(xiàn)象。固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：①形核部位特殊；②過(guò)冷傾向大；③伴隨著體積變化。1394℃

912℃

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：-Fe?-Fe?-Fe三、鐵碳合金相圖的分析1、特征點(diǎn)特征點(diǎn)溫度/℃Wc/%

含義A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11C在奧氏體中的最大溶解度

G9120純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218C在鐵素體中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)Q6000.006600℃時(shí)碳在鐵素體中的溶解度四、鋼的熱處理㈠熱處理原理1、加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化步驟：A形核；A晶核長(zhǎng)大；剩余滲碳體溶解；A成分均勻化。奧氏體化后的晶粒度：初始晶粒度：奧氏體化剛完畢時(shí)的晶粒度。實(shí)際晶粒度：給定溫度下奧氏體的晶粒度。本質(zhì)晶粒度：加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向。

鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示，冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。

臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示。由于實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在過(guò)冷或過(guò)熱現(xiàn)象，因此，將影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素A、加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大。B、加熱速度：加熱速度越快，過(guò)熱度越大，形核率越高，晶粒越細(xì)。C、合金元素：阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等，多為碳化物和氮化物形成元素。促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P、C、N。D、原始組織原始組織愈細(xì)，晶粒愈細(xì)。2、冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。

五個(gè)區(qū)域：過(guò)冷奧氏體區(qū)；奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；過(guò)冷奧氏體＋轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的混合區(qū)；在Ms～Mf之間為馬氏體區(qū)。在A1線以上是穩(wěn)定的奧氏體區(qū)。時(shí)間溫度A1MSMfA過(guò)冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終了線C曲線分析轉(zhuǎn)變開(kāi)場(chǎng)線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性越小。孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖〞。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。⑴等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物

650℃600℃550℃350℃A1MSMf時(shí)間PSTB上B下MM+A’A→PA→SA→TA→B上A→B下A→M過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物〔共析鋼〕轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過(guò)飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過(guò)飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無(wú)擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火⑵用C曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

根據(jù)與C曲線交點(diǎn)位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物P均勻A細(xì)AA1MSMf時(shí)間等溫退火PP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級(jí)淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃㈡熱處理工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(guò)共析鋼Ac1+30~50℃F+PPP球正火1.低中碳鋼同退火。2.過(guò)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(guò)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(guò)共析鋼Ac1+30~50℃≦0.6%C,M>0.6%C,M+A’M+A’M+A’+粒狀Fe3C熱處理工藝〔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(guò)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回四鋼的回火回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。一、回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開(kāi)裂。2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3、穩(wěn)定尺寸?；鼗鹂墒狗瞧胶釳與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時(shí)變形。淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變1、馬氏體分解〔100～350℃〕馬氏體中析出細(xì)片狀-碳化物；馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)棣料唷策^(guò)飽和的鐵素體〕，回火馬氏體。2、殘留奧氏體分解〔200～300℃〕A’轉(zhuǎn)變?yōu)锽下，馬氏體仍在繼續(xù)分解，應(yīng)力進(jìn)一步降低，硬度無(wú)明顯降低3、碳化物轉(zhuǎn)變〔250～400℃〕-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒎植嫉募?xì)小、粒狀Fe3C；α相轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铊F素體。4、滲碳體聚集長(zhǎng)大〔＞400℃〕回火索氏體，S回。二、回火的種類1、低溫回火：150~250℃回火馬氏體M回目的是在保存淬火后高硬度高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。工具、模具、軸承及經(jīng)滲碳和外表淬火的工件。2、中溫回火：250-500℃獲得回火托氏體，具有較高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，硬度一般為35~45HRC。彈簧3、高溫回火回火溫度：500-650℃獲得回火索氏體，連桿、軸、齒輪回火脆性1、第一類回火脆性：是指淬火鋼在250-350℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。2、第二類回火脆性：是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性。回火后快冷不出現(xiàn)。主要發(fā)生在含Cr、Ni、Si、Mn的構(gòu)造鋼中。防止方法：⑴回火后快冷。⑵參加合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。五、工業(yè)用金屬材料鋼種C%典型牌號(hào)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)用鋼工業(yè)用鋼〔續(xù)〕鋼種C%典型牌號(hào)合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途滾動(dòng)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(dòng)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〔續(xù)〕鋼種C%典型牌號(hào)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硝酸氮肥工業(yè)1Cr18Ni9Ti固溶處理A化工管道耐熱鋼15CrMo,12Cr1MoVCr,Si:提高抗氧化性;Mo:提高T再；V,Ti:彌散強(qiáng)化;Ni:形成A組織正火F+P高熱強(qiáng)性,高抗氧化性鍋爐零件4Cr9Si2,1Cr11MoV調(diào)質(zhì)S回氣閥,葉片1Cr18Ni9Ti固溶A過(guò)熱器管㈡鑄鐵石墨化：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過(guò)程。鑄鐵名稱牌號(hào)舉例獲得方法組織熱處理用途灰鑄鐵HT250(最低抗拉強(qiáng)度為250MPa)液態(tài)金屬石墨化+孕育處理基體(F、P、F+P)+片狀