《工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)》總復(fù)習(xí)

《工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)》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)晶塑性變形熱處理第一章工程材料的力學(xué)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—靜拉伸過(guò)程中試樣被拉斷前的最大應(yīng)力。屈服強(qiáng)度s—靜拉伸過(guò)程中開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力。條件屈服強(qiáng)度0.2—?dú)堄嗨茏優(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。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.第二章工程材料結(jié)構(gòu)三種常見(jiàn)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常見(jiàn)金屬31212滑移系底面對(duì)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(gè)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(jiàn)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(lái)原子位置的外來(lái)原子。②線缺陷——位錯(cuò)晶格中一部分晶體相對(duì)另一部分晶體沿某一晶面發(fā)生局部滑移,滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交接線.③面缺陷——晶界和亞晶界

亞晶粒：組成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶塊。亞晶界：亞晶粒之間的交界面。④晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；熔點(diǎn)低；耐蝕性低；產(chǎn)生內(nèi)吸附；是相變的優(yōu)先形核部位。金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻，在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好.

細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的方法。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。⑵結(jié)晶的基本過(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)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度而發(fā)生變化的現(xiàn)象。1394℃

912℃

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：-Fe?-Fe?-Fe㈡合金的晶體結(jié)構(gòu)合金：由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色合金。相：金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。1、固溶體：與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相.⑴置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置形成的固溶體。多為金屬元素之間形成的固溶體。

⑵間隙固溶體：溶質(zhì)原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。為過(guò)渡族金屬元素與小原子半徑非金屬元素組成。鐵素體：碳在-Fe中的固溶體。奧氏體：碳在-Fe中的固溶體。馬氏體：碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體。固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，并隨含碳量增加而提高。

⑵金屬化合物：與組成元素晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相.①正常價(jià)化合物如Mg2Si②電子化合物如Cu3Sn③間隙化合物：由過(guò)度族元素與C、N、H、B等小原子半徑的非金屬元素組成。分為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。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Fe3C⑶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㈡合金的組織1、相圖勻晶L共晶L+共析+杠桿定律：只適用于兩相區(qū)。枝晶偏析：在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。2、合金中的固態(tài)相變⑴固溶體轉(zhuǎn)變：AF⑵共析轉(zhuǎn)變：AP(F+Fe3C)⑶二次析出：AFe3CⅡ3、鐵碳合金相圖

點(diǎn)：符號(hào)、成分、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)相組織組成物：組織組成物標(biāo)注相區(qū)標(biāo)注線：液固相線、水平線、固溶線、固溶體轉(zhuǎn)變線A1538℃D1227℃N1394℃G912℃PSK727℃ECF1148℃HJB1495℃C%溫度典型合金的結(jié)晶過(guò)程（以共析鋼為例）時(shí)間溫度杠桿定律的應(yīng)用合金相的相對(duì)重量百分比組織組成物的相對(duì)重量百分比45鋼T10鋼含碳3.0%亞共晶白口鐵第三章改變材料性能的主要途徑塑性變形合金化熱處理金屬塑性變形方式：滑移和孿生⑴滑移的特點(diǎn)：①只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；②沿密排面和密排方向發(fā)生；③位移量是原子間距整數(shù)倍；④伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的機(jī)理：通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。第一節(jié)金屬塑性變形對(duì)材料性能的影響孿生特點(diǎn)：①孿生使晶格位向發(fā)生改變；②所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；③孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距。

3、塑性變形對(duì)金屬組織及性能的影響組織纖維化，性能各向異性晶粒胞狀化、產(chǎn)生加工硬化。加工硬化：

隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生變形織構(gòu)、性能各向異性。二、塑性變形金屬的加熱回復(fù)與再結(jié)晶1.回復(fù)回復(fù)階段組織性能特點(diǎn)：

金屬的組織變化不大，強(qiáng)度和硬度略有降低，塑性略有升高，但內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低?；貜?fù)的應(yīng)用：去應(yīng)力退火3、再結(jié)晶⑴再結(jié)晶條件：冷塑性變形⑵加熱時(shí)的變化：回復(fù)→再結(jié)晶→晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶：冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程.再結(jié)晶不是相變過(guò)程。

⑶再結(jié)晶溫度：發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度T再0.4T熔⑷影響再結(jié)晶晶粒度的因素：①加熱溫度和時(shí)間；②預(yù)先變形程度三、金屬的熱變形

低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工。高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。1、冷加工與熱加工的區(qū)別熱加工：形成纖維組織、帶狀組織纖維組織使熱加工金屬產(chǎn)生各向異性，加工零件時(shí)應(yīng)考慮使流線方向與拉應(yīng)力方向一致。第三節(jié)金屬的合金化一、合金化強(qiáng)化原理1、固溶強(qiáng)化2、第二相強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化）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。

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；殘余滲碳體溶解；A成分均勻化。奧氏體化后的晶粒度：初始晶粒度：奧氏體化剛結(jié)束時(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。

2、冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變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A⑵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℃????PT+S回ST+B下+M+A’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)共析鋼：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℃≦0.5%C,M>0.5%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F