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文檔簡介

《工程材料》課程輔導(dǎo)(章節(jié)指導(dǎo))PAGEPAGE30第1章緒論要點:材料的基本概念(掌握)材料的分類(掌握)金屬材料發(fā)展與應(yīng)用簡史。(了解)

第2章金屬材料的力學(xué)性能要點:靜載單向拉伸應(yīng)力——應(yīng)變曲線(理解并掌握)各種力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義(掌握)難點:疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性——性能指標(biāo)的提出及其物理意義下面就具體內(nèi)容作簡要說明。低碳鋼靜載單向拉伸應(yīng)力——應(yīng)變曲線(理解并掌握)階段I(oab)——彈性變形階段oa段:△L∝P

直線階段ab段:極微量塑性變形(0.001--0.005%)Pp,Pe(不產(chǎn)生永久變形的最大抗力)階段II(bcd)段――屈服變形屈服點

Ps階段III(dB)段——均勻塑性變形階段Pb

材料所能承受的最大載荷階段IV(BK)段——局部集中塑性變形(注意:鑄鐵只有第I階段,中、高碳鋼沒有第II階段。)金屬的剛度(掌握)材料在受力時,抵抗彈性變形的能力E=σ/ε本質(zhì)是:反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小,組織不敏感的力系指標(biāo)。彈性:材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下,所能承受的最大應(yīng)力(掌握)比例極限:應(yīng)力――應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值σp=Pp/Fo

彈性極限:不產(chǎn)永久變形的最大抗力σe=Pe/Fo

塑性——材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力(掌握)延伸率延伸率與試樣尺寸有關(guān),δ5,

δ10(Lo=5do,10do)斷面收縮率ψ=△F/Fo=(Fo-Fk)/Fox100%強(qiáng)度——材料抵抗變形和斷裂的能力(掌握)抗拉強(qiáng)度σb=Pb/Fo材料被拉斷前所承受的最大應(yīng)力值(材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值)。屈服強(qiáng)度σs和條件屈服強(qiáng)度σ0.02σs=Ps/Fo

(σs代表材料開始明顯塑性變形的抗力,是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。)σ0.02條件屈服強(qiáng)度——中高碳鋼、無屈服點,國家標(biāo)準(zhǔn),以產(chǎn)生一定的微量塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值來表示。脆性材料:σb=σs灰口鑄鐵疲勞強(qiáng)度σ-1

(80%的斷裂由疲勞造成)——(難點)疲勞:承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化,交變應(yīng)力作用下,往往在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限,甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。疲勞極限:材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值。條件疲勞極限:經(jīng)受107應(yīng)力循環(huán)而不致斷裂的最大應(yīng)力值。影響因素:循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。韌性:斷裂前吸收變形能量的能力韌度(掌握)沖擊韌性:沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。ak=Ak/F

(J/cm2)脆性材料——ak值低,斷裂時無明顯變形,金屬光澤,呈結(jié)晶狀。韌性材料——ak值高,明顯塑變,斷口呈灰色纖維狀,無光澤。韌性與溫度有關(guān)——脆性轉(zhuǎn)變溫度TK斷裂韌性——(難點)KIC表明了材料有裂紋存在時抵抗脆性斷裂的能力。當(dāng)KI>KIC時,裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展,發(fā)生脆斷。當(dāng)KI=KIC時,裂紋處于臨界狀態(tài)當(dāng)KI<KIC時,裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展,不發(fā)生脆斷。KIC可通過實驗測得,它是評價阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能指標(biāo)。是材料的一種固有特性,與裂紋本身的大小、形狀、外加應(yīng)力等無關(guān),而與材料本身的成分、熱處理及加工工藝有關(guān)。斷裂韌性問題的提出(了解)硬度:材料抵抗外力壓入的能力(掌握)布氏硬度HB壓頭為一定直徑D(mm)的淬火鋼(或硬質(zhì)合金)球,載荷P一般3000kg,測量壓痕平均直徑d(mm)一般用于較軟材料,HB≤450洛氏硬度HRC由壓痕的深度求出材料的硬度。以0.002毫米作為一個硬度單位。壓頭為頂角120°的金剛石圓錐體,載荷一般為150kg,一般用于硬度較高的材料,適用范圍HRC20-67

第3章金屬晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶及合金相圖要點:有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念:金屬鍵、晶體、晶格、三種常見的金屬晶格、實際晶體的缺陷(重點掌握)金屬結(jié)晶的概念、過冷度、結(jié)晶的過程——晶核的形成和長大規(guī)律及其影響因素(掌握)合金相結(jié)構(gòu)的基本類型及其結(jié)構(gòu)特點/性能特點(掌握)二元合金相圖的基本概念:組元、合金、合金系、相、相圖、組織等(掌握)二元合金相圖的分析方法,熟悉并分析幾種典型相圖(勻晶相圖、共晶相圖)的結(jié)晶過程(重點掌握)杠桿定律及其應(yīng)用(重點掌握)包晶相圖和形成穩(wěn)定化合物的相圖(了解)合金相圖與性能的關(guān)系(了解)難點:勻晶相圖、共晶相圖中典型合金的結(jié)晶過程應(yīng)用杠桿定理分析典型合金的室溫相及室溫組織的比例下面就具體內(nèi)容作簡要說明。晶體與非晶體的概念(掌握)晶體:材料的原子(離子、分子)在三維空間呈規(guī)則,周期性排列。非晶體:材料的原子(離子、分子)無規(guī)則堆積,和液體相似,亦稱為“過冷液體”或“無定形體”。區(qū)別是否具有周期性、對稱性是否長程有序是否有確定的熔點是否各向異性理想晶體的晶體學(xué)抽象(理解)空間規(guī)則排列的原子→剛球模型→晶格(剛球抽象為晶格結(jié)點,構(gòu)成空間格架)→晶胞(具有周期性最小組成單元)三種常見的金屬晶格的重要參數(shù)(重點掌握)晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度FCCa=b=c,α=β=γ=90o面對角線/42868%BCCa=b=c,α=β=γ=90o體對角線/441274%HCPa=bc,c/a=1.633,α=β=90o,γ=120o棱邊a/261274%晶體缺陷:實際晶體中存在著偏離(破壞)晶格周期性和規(guī)則性的部分(重點掌握)點缺陷——晶格結(jié)點處或間隙處,產(chǎn)生偏離理想晶體的變化空位

晶格結(jié)點處無原子置換原子

晶格結(jié)點處為其它原子占據(jù)間隙原子

原子占據(jù)晶格間隙線缺陷(位錯)——二維尺度很小,另一維尺度很大的原子錯排刃型位錯螺型位錯面缺陷——一維尺度很小,而二維尺度較大的原子錯排區(qū)域晶界、亞晶界、表面等結(jié)晶與凝固的區(qū)別(掌握)凝固:L→S(S可以是非晶)結(jié)晶:一種原子排列狀態(tài)(晶態(tài)或晶態(tài))過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)(晶態(tài))的轉(zhuǎn)變過程一次結(jié)晶:L→S(晶態(tài))二次結(jié)晶:S→S(晶態(tài))過冷度(重點掌握)結(jié)晶的驅(qū)動力(了解)自然界的自發(fā)過程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是ΔF≤0當(dāng)溫度T>Tm時,F(xiàn)s>FL,液相穩(wěn)定當(dāng)溫度T<Tm時,F(xiàn)s<FL,固相穩(wěn)定當(dāng)溫度T=Tm時,F(xiàn)s=FL,平衡狀態(tài)過冷度ΔT=Tm-Tn(克服界面能)Tm:理論結(jié)晶溫度Tn:實際結(jié)晶溫度冷速越快,過冷度越大結(jié)晶的過程——形核、長大(掌握)形核——自發(fā)形核、非自發(fā)形核長大——平面長大、樹枝狀長大晶粒尺寸的控制(重點掌握)形核速度大,長大速率慢,晶粒總數(shù)目多,晶粒細(xì)小。提高過冷度——ΔT↑,N↑↑,G↑——N/G增大,晶粒細(xì)化變質(zhì)處理——在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心振動、攪拌等等合金相結(jié)構(gòu)的基本類型(掌握)相:凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同,與其它部分有明顯分界的均勻組成部分。合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu),固溶體和金屬間化合物。固溶體——組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體A(B)。A:溶劑B:溶質(zhì)分類溶質(zhì)原子的位置置換固溶體間隙固溶體溶解度有限固溶體無限固溶體分布有序度有序固溶體無序固溶體固溶強(qiáng)化——溶質(zhì)原子溶入→晶格畸變→位錯遠(yuǎn)動阻力上升→金屬塑性變形困難→強(qiáng)度、硬度升高,塑性和韌性沒有明顯降低。金屬間化合物——合金的組元相互作用而形成的具有金屬特性,而晶格類型和特性又完全不同于任一組元的化合物一中間相。熔點、硬度高、脆性大。機(jī)械混合物——不是一種單一相典型相圖(重點掌握)勻晶相圖——兩組元在液態(tài)無限互溶,在固態(tài)也無限互溶,冷卻時發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變(L→α)共晶相圖——兩組元在液態(tài)無限互溶,在固態(tài)有限互溶,冷卻時可以發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變(L→α+β)典型合金的室溫組織典型合金的結(jié)晶過程(難點)應(yīng)用杠桿定理分析典型合金的室溫相及室溫組織的比例(難點)合金性能與相圖的關(guān)系(了解)固溶體:溶質(zhì)元素→晶格畸變大→強(qiáng)度、硬度↑,(50%↑最大)復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)(如共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)),合金的強(qiáng)度和硬度隨成分的變化呈直線關(guān)系,大致是兩相性能的算術(shù)平均值。HB=HBα×α%+HBβ×β%對組織較敏感的性能——強(qiáng)度,與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密,強(qiáng)度越高(共晶點處,共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織,強(qiáng)度可達(dá)最高值。)

第4章金屬的塑性變形與再結(jié)晶要點:金屬的變形方式及其本質(zhì)——滑移(重點掌握),孿生(了解)多晶體塑性變形(掌握)塑性變形對金屬材料的的組織和性能的影響(重點掌握)經(jīng)冷變形的金屬,在加熱時的組織和性能的變化(重點掌握)難點金屬的兩種變形方式的比較影響多晶體塑性變形的因素,細(xì)晶強(qiáng)化的機(jī)理及性能影響加工硬化的機(jī)理及性能影響影響再結(jié)晶及再結(jié)晶晶粒度的因素下面就具體內(nèi)容作簡要說明。金屬材料的塑性變形有以下2種機(jī)制:滑移:在外加切應(yīng)力作用下,晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)發(fā)生相對的滑動。(重點、掌握)滑移的本質(zhì):滑移的實現(xiàn)→借助于位錯運(yùn)動(重點、掌握)滑移系:滑移面和該面上的一個滑移方向(重點、掌握)滑移系數(shù)目↑,材料塑性↑;滑移方向↑,材料塑性↑如FCC和BCC的滑移系為12個,HCP為3個,F(xiàn)CC的滑移方向多于BCC,金屬塑性如Cu(FCC)>Fe(BCC)>Zn(HCP)。晶體的轉(zhuǎn)動(掌握)外力錯動→力偶使滑移面轉(zhuǎn)動→滑移面∥拉伸軸以滑移面的法線為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動→滑移方向∥最大切應(yīng)力方向?qū)\生:晶體的一切分相對于另一部分沿一定晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)發(fā)生切變。→金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。(了解)兩者異同(難點)滑移和孿生均在切應(yīng)力作用下,沿一定晶面的一定晶向進(jìn)行,產(chǎn)生塑性變形。孿生借助于切變進(jìn)行,所需切應(yīng)力大,速度快,在滑移較難進(jìn)行時發(fā)生→ⅰ.FCC金屬一般不發(fā)生孿生,少數(shù)在極低溫度下發(fā)生?!?BCC金屬僅在室溫或受沖擊時發(fā)生。→ⅲ.HCP金屬較容易發(fā)生孿生?;啤右苿拥南鄬ξ灰剖窃娱g距的整數(shù)值→不引起晶格位向的變化。孿生→原子移動的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值→孿晶晶格位向改變→促進(jìn)滑移孿生產(chǎn)生的塑性變形量?。ā芑谱冃瘟康?0%)←孿生變形引起的晶格畸變大多晶體的塑性變形(掌握)加載時,各晶粒的滑移面和滑移方向相對于受力方向是不相同的,晶粒的變形分批、逐步的進(jìn)行,從軟位向到硬位向,從少數(shù)晶粒到多數(shù)晶粒,從不均勻變形到均勻變形影響多晶體塑性變形的因素(難點)晶粒位向不一致晶界:ⅰ.滑移的主要障礙:晶界原子排列較不規(guī)則→缺陷多→滑移阻力大→變形抗力大。ⅱ.協(xié)調(diào)變形:晶界自身變形→處于不同變形量的相鄰晶粒保持連續(xù)。細(xì)晶強(qiáng)化——晶粒細(xì)化→強(qiáng)度提高、塑性提高、韌性提高,硬度提高。(重點、難點)Hall-Pitch關(guān)系:

σs=σ0+Kyd-1/2晶粒小→晶界面積大→變形抗力大→強(qiáng)度大晶粒小→單位體積晶粒多→變形分散→減少應(yīng)力集中晶粒小→不利于裂紋的傳播→斷裂前承受較大的塑性變形冷塑性變形對金屬組織性能的影響(重點、掌握)金屬組織的變化(掌握)晶粒形貌變化(壓扁或拉長)——如:纖維組織亞結(jié)構(gòu)形成:位錯密度↑(106→1011-12)→位錯纏結(jié)→胞壁→亞晶形成形變織構(gòu)(特殊的擇優(yōu)取向):變形量足夠大時(70%),由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動,原來處于不同位向的晶粒在空間位向上會呈現(xiàn)出一定程度的一致。加工硬化(形變硬化)(冷作硬化)——金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時,隨著變形度的增加,其強(qiáng)度、硬度提高,塑性、韌性下降的現(xiàn)象(重點掌握)機(jī)理:位錯強(qiáng)化:位錯密度↑→強(qiáng)度、硬度↑(難點)塑性變形→位錯開動→位錯大量增殖→相互作用→運(yùn)動阻力加大→變形抗力↑→強(qiáng)度↑、硬度↑、塑性、韌性↓意義:一種強(qiáng)化手段冷加工成形得以順利進(jìn)行防止短時超載斷裂能力,保證構(gòu)件安全性下降塑性,提高切削性能不利:塑性變形困難→中間退火→消除內(nèi)應(yīng)力——去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力(一般掌握)第一類內(nèi)應(yīng)力——宏觀,表面和心部,塑性變形不均勻造成;第二類內(nèi)應(yīng)力——微觀,晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均;第三類內(nèi)應(yīng)力——超微觀,晶?;儯?gt;90%)。塑性變形金屬在加熱時組織性能變化(重點、掌握)回復(fù):物理化學(xué)性能恢復(fù),內(nèi)應(yīng)力顯著降低,強(qiáng)度和硬度略有降低——去應(yīng)力退大。再結(jié)晶:強(qiáng)度大大下降,加工硬化消除,力學(xué)性能恢復(fù),顯微組織發(fā)生顯著變化→等軸晶粒。結(jié)晶過程:經(jīng)歷形核一長大過程,但無新相生成再結(jié)晶退火——消除加工硬化的熱處理工藝影響再結(jié)晶晶粒度的因素(難點)溫度:T↑—D↑—↑晶界遷移—晶粒長大↑預(yù)變形度:多數(shù)情形:預(yù)變形度↑—晶粒長大↓晶粒異常粗大:臨界變形度、大變形晶粒長大(了解)熱加工對金屬組織和性能的影響(掌握)TR以上加工,不引起加工硬化提高金屬致密度、消除枝晶偏析,打碎柱狀晶、樹枝晶,形成流線分布的塑性變形

第5章鐵碳合金相圖要點:鐵碳合金相圖的組元、基本相及性能特點(掌握)鐵碳合金相圖的建立,相圖中各點、線、區(qū)的含義(掌握),相圖中的重要轉(zhuǎn)變(共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變)(重點)典型鐵碳合金的結(jié)晶過程(掌握)鋼的典型結(jié)晶過程(重點)白口鐵的典型結(jié)晶過程典型鐵碳合金的室溫組織及杠桿定理的應(yīng)用(掌握)鋼的室溫組織及杠桿定理在鋼中的應(yīng)用(重點)白口鐵的室溫組織及杠桿定理的應(yīng)用(了解)鐵碳合金相圖的應(yīng)用鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關(guān)系(重點)復(fù)線鐵碳合金相圖(了解)難點:鐵碳合金相圖中的重要轉(zhuǎn)變(共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變)鋼的典型結(jié)晶過程及杠桿定理的應(yīng)用下面就具體內(nèi)容作簡要說明。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(掌握)δ-Fe(bcc)—1394℃—γ-Fe(fcc)—912℃—α-Fe(bcc)Fe-Fe3C相圖中的相(掌握)液相Lδ相——高溫鐵素體(C固溶到δ-Fe中——δ相)α相——鐵素體F(C固溶到α-Fe中——α相)強(qiáng)度、硬度低、塑性好γ相——奧氏體A(C固溶到γ-Fe中——γ相)強(qiáng)度低,易塑性變形Fe3C——化合物Cem,Cm熔點高,硬而脆,塑性、韌性幾乎為零相圖分析:(重點掌握)重要轉(zhuǎn)變(重點、難點)共晶轉(zhuǎn)變:L4.3→A2.11+Fe3C(高溫萊氏體Ld)共晶點:1148?C,4.3%共晶線:2.11~6.69%低溫萊氏體Ld’:Ld→P+Fe3CII+Fe3C共晶→Ld’共析轉(zhuǎn)變:A0.77→F0.0218+Fe3C(珠光體P)共析點:727?C,0.77%共析線:0.0218~6.69%珠光體的強(qiáng)度較高,塑性、韌性和硬度介于Fe3C和F之間Fe-Fe3C合金平衡結(jié)晶(重點、難點)工業(yè)純鐵:L→L+A→A→A+F→F+Fe3CIII共析鋼:L→L+A→A→P亞共析鋼:L→L+A→A→A+F→P+F→P+F(+Fe3CIII)過共析鋼:L→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII共晶白口鑄鐵:L→Ld→Ld’亞共晶白口鐵:L→L+A→Ld+A→Ld’+P+Fe3CII過共晶白口鐵:L→Fe3CI+L→Fe3CI+Ld→Fe3CI+Ld’Fe-Fe3C合金分類及典型合金室溫組織組成(重點、難點)Fe-C合金分類成分范圍室溫組織工業(yè)純鐵C%≤0.0218%F+Fe3CIII鋼0.0218%<C%≤2.11%亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%P+F+Fe3CIII共析鋼0.77%P過共析鋼0.77%<C%≤2.11%P+Fe3CII白口鑄鐵2.11%<C%<6.69%亞共晶白口鐵2.11%<C%<4.3%Ld’+P+Fe3CII共晶白口鑄鐵4.3%Ld’過共晶白口鐵4.3%<C%<6.69%Ld’+Fe3CI相組成F%Fe3C%共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.0008)]×100%1-F%亞共析鋼過共析鋼組織組成P%F%或Fe3CII%共析鋼100%0%亞共析鋼[(X-0.0218)/(0.77-0.0218)]×100%1-P%過共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.77)]×100%石墨化的三個階段與鑄鐵分類(了解)第I階段:(1154℃)過共晶成分:L→L+GI(>1154℃)→AE’+G(共晶)+GI共晶成分:L→AE’+G(共晶)(1154℃)亞共晶成分:L→AE’+G(共晶)+A初生(1154℃)第II階段——析出二次石墨:A→A+GII(1154℃→738℃)第III階段——共析石墨:AS'→FP+G(共析)(738℃)

第6章鋼的熱處理要點:鋼的奧氏體化(掌握)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變(重點掌握)TTT圖CCT圖影響C曲線的因素鋼的非平衡組織與性能鋼的常規(guī)熱處理:退火、正火、淬火、退火(重點掌握)鋼的表面熱處理:感應(yīng)加熱表面淬火(掌握)鋼的化學(xué)熱處理:滲碳、氮化(掌握)難點:影響奧氏體化及奧氏體晶粒度的因素等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能特征影響C曲線的因素及淬透性回火時的組織轉(zhuǎn)變及回火脆性熱處理的應(yīng)用與選擇:常規(guī)熱處理,表面熱處理/化學(xué)熱處理下面就具體內(nèi)容作簡要說明。鋼的奧氏體化(掌握)過程:形核——長大——滲碳體溶解——碳的均勻化溫度:共析鋼——AC1;亞共析鋼——完全AC3,不完全AC1;過共析鋼——完全ACCM,不完全AC1奧氏體化及奧氏體晶粒度的影響因素T↑→A化↑;V↑→形核↑→A化↑;合金元素:W、V、Nb、Ti強(qiáng)碳化物形成元素→奧氏體形成速度↓;Mn、P→奧氏體形成速度↑過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變(重點掌握)TTT圖高溫轉(zhuǎn)變區(qū)(A1——鼻尖550℃):珠光體型轉(zhuǎn)變A過冷→P(S,T)——擴(kuò)散型相變中溫區(qū)轉(zhuǎn)變(550℃——Ms230℃):貝氏體轉(zhuǎn)變A過冷→B——半擴(kuò)散型相變低溫區(qū)轉(zhuǎn)變(Ms-Mf):馬氏體轉(zhuǎn)變A過冷→M+A’(殘余奧氏體)——非擴(kuò)散型相變等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能特征(難點)高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物:珠光體型組織P、S、T,綜合性能好,HB較低,韌性好。P、S、T層間距↓→HB↑,強(qiáng)度↑中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物:貝氏體B:碳化物+過飽和碳的F——兩相機(jī)械混合物。B上:強(qiáng)度、韌性差B下:硬度高,韌性好,具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物:馬氏體M:碳在α-Fe中的過飽和固溶體,硬度高。C%↑→HRC↑C%<0.23%,板條狀M:強(qiáng)度高,塑性,韌性較好C%>1.0%,針狀M:硬而脆,塑、韌性差影響C曲線的因素(難點)奧氏體成分(含碳量、合金元素)含碳量:奧氏體中C%↑→C曲線右移亞共析鋼:鋼中C%↑,A中C%↑→C曲線右移過共析鋼:(1)Ac1以上A化:鋼中C%↑,未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲線左移;(2)Accm以上A化:鋼中C%↑,A中C%↑→C曲線右移合金元素除Co以外,所有合金元素溶入A中,增大過冷A穩(wěn)定性——右移非碳化物形成元素Si、Ni、Cu,不改變C曲線形狀;強(qiáng)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改變C曲線形狀除Co、Al外,均使Ms、Mf下降,殘余A↑奧氏體化條件(加熱溫度和時間):A化溫度↑,時間↑成分均勻,晶粒大,未溶碳化物少,形核率降低→A穩(wěn)定性↑,C曲線右移過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(掌握)CCT圖K:珠光體型轉(zhuǎn)變終止線Vk:下臨界冷卻速度(馬氏體臨界冷卻速度)→形成M的最小冷速Vk’:上臨界冷卻速度→形成完全P的最大冷速CCT圖與TTT圖的比較CCT位于TTT曲線右下方CCT無A→B轉(zhuǎn)變(碳鋼)爐冷:P;空冷:S,T;油冷:T+M+A';水冷:M+A'CCT測定困難,常用TTT曲線定性分析鋼的正火與退火(重點掌握)加熱規(guī)范目的應(yīng)用正火Ac3或Accm+30-50℃使組織正?;骸鸀榇慊稹⒄{(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備→碎化網(wǎng)狀滲碳體,為球化退火作準(zhǔn)備改善性能:減少亞共析鋼中F%,P細(xì)化→強(qiáng)度,韌性、硬度↑1.作最終熱處理,普通結(jié)構(gòu)鋼零件2.預(yù)先熱處理3.改善切削加工性能(低碳鋼)完全退火Ac3以上20-30℃消除缺陷細(xì)化晶粒,消除內(nèi)應(yīng)力預(yù)先熱處理亞共折鋼球化退火Ac1以上20-40℃使Cem球化→硬度↓→切削性↑,為淬火作準(zhǔn)備(正火+球化退火)預(yù)先熱處理過共析鋼,共析鋼擴(kuò)散退火1050-1150℃,10-20h消除枝晶偏析再結(jié)晶退火T再+30-50℃消除加工硬化去應(yīng)力退火Ac1以下消除內(nèi)應(yīng)力鋼的淬火(重點掌握)淬火目的:獲得M組織淬火溫度:亞共析鋼Ac3+3050度共析鋼Ac1+3050度過共析鋼Ac1+3050度保留一定的Cem→HRC↑,耐磨性↑A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓A中C%↓→M過飽和度↓→殘余A↓防止A粗大淬火溫度過高→A粗大→M粗大→力學(xué)性能↓;→淬火應(yīng)力↑→變形、開裂↑淬透性(難點)淬透性:淬火條件下得到M組織的能力取決于VK(下臨界冷卻速度)影響因素——所有影響C曲線(VK)的因素應(yīng)用選材的依據(jù)——根據(jù)服役條件,確定對鋼淬透性的要求制定熱處理工藝的依據(jù)尺寸效應(yīng)淬硬性:鋼在淬火后獲得硬度的能力取決于M中C%:C%↑→淬硬性↑鋼的回火(重點掌握)回火目的消除淬火應(yīng)力,降低脆性穩(wěn)定工件尺寸,由于M,殘余A不穩(wěn)定獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性回火時的組織轉(zhuǎn)變(難點)馬氏體分解(200℃以下):析出ε-Fe2.4C碳化物(亞穩(wěn)定)組織:回火馬氏體M’(過飽和α十亞穩(wěn)定ε碳化物)作用:晶格畸變降低,淬火應(yīng)力有所下降。殘余A分解(200-300℃):A→M’(或A→B下)組織:回火馬氏體M’回火屈氏體T’形成(250-400℃):ε→Fe3C;α→F——維持M’外形組織:回火屈氏體T’(F+Fe3C)碳化物的聚集長大,鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶(>400℃)組織:回火索氏體S’(等軸晶F+Fe3C粒)回火的組織與應(yīng)用(重點)回火類型回火溫度組織性能特點典型應(yīng)用低溫回火150~250M’降低脆性及殘余應(yīng)力高碳M’強(qiáng)度、硬度高、塑性、韌性差低碳M’高的強(qiáng)度與韌性用于工模具鋼,表面淬火及滲碳淬火件中溫回火350-500T’硬度下降,韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度↑用于彈性元件高溫回火500-650S’強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機(jī)械性能,優(yōu)于正火得到的組織用于調(diào)質(zhì)鋼制作的重要零件(軸、齒輪)回火脆性(難點)低溫回火脆性(250-400℃):碳化物片沿M晶界析出——不可逆——避免在此溫度回火高溫回火脆性(450-650℃):慢冷時,P等元素在原A晶界偏聚——可逆——快冷Cr、Ni等促進(jìn)偏聚Mo等抑制偏聚表面淬火(掌握)目的:心部保持較高的綜合機(jī)械性能,表面具有高硬度和耐磨性。應(yīng)用:中碳鋼和中碳低合金鋼的磨損部位(高硬度,耐磨)特點:加熱速度快(幾秒——幾十秒)加熱時實際晶粒細(xì)小,淬火得到極細(xì)馬氏體,硬度↑,脆性↓殘余壓應(yīng)力提高疲勞壽命不易氧化、脫碳、變形小工藝易控制,設(shè)備成本高工藝路線鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火→(粗磨→時效→精磨) 滲碳AC3以上;900~950℃目的:提高表面硬度,耐磨性,而使心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性應(yīng)用:低碳鋼,低碳合金鋼加工工藝路線:鍛造→正火→切削加工→滲碳→淬火(直接淬火、一次淬火,二次淬火)→低溫回火→噴丸→磨削氮化特點:溫度低——500-600℃——變形小,對心部調(diào)質(zhì)組織影響小時間長——30-50h硬度高——HV1000-1100——高耐磨性,熱硬性高的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能工藝路線鍛造→退火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→氮化→精磨

第7章常用金屬材料要點:鋼中常見雜質(zhì),碳鋼的分類、編號和用途(掌握)合金元素的影響(重點掌握)存在方式(重點)對相圖的影響對熱處理的影響(重點)對性能的影響鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制(重點)合金鋼的分類,編號和用途(掌握)合金結(jié)構(gòu)鋼(重點)合金工具鋼(重點)特殊性能鋼鑄鐵(掌握)有色金屬材料鋁與鋁合金(重點)銅及銅合金(了解)鈦和鈦合金(了解)軸承合金(掌握)難點:合金元素對熱處理的影響鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制分析時效強(qiáng)化金屬材料牌號下面就具體內(nèi)容作簡要說明。碳鋼中的雜質(zhì)(掌握)有益雜質(zhì)元素——錳Mn、硅Si脫氧:降低FeO→↓脆性固溶強(qiáng)化Mn脫硫:Mn+S→MnS(降低S的有害作用有害雜質(zhì)元素——P、S、N、H、O磷P:冷脆硫S:熱脆氮N:蘭脆氫H:氫脆、白點碳鋼的分類、編號和用途(掌握)分類碳含量:低碳鋼C%<0.25%中碳鋼0.25<C%<0.6%高碳鋼C>0.6%質(zhì)量(S、P雜質(zhì)含量):普碳鋼S≤0.055%,P≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.04%,P≤0.04%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.035%,P≤0.03%按用途:碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼牌號和應(yīng)用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼QXXX——代表普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服點應(yīng)用:結(jié)構(gòu)構(gòu)件、沖壓件、焊接件、鉚釘、螺栓、螺母、鏈、銷、轉(zhuǎn)軸、心軸、拉桿、軋輥、主軸等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號用平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示用途:08F——塑性好,冷沖壓件10,20——冷沖壓件、焊接件或經(jīng)滲碳處理應(yīng)用于齒輪等重要零件35,45,40,50——齒輪、軸類60,65——彈簧碳素工具鋼鋼號用T和平均碳含量的千分?jǐn)?shù)字一起表示用途:T7,T8,強(qiáng)度,韌性較高,可制作沖頭、鑿子、榔頭T9、T10、T11,強(qiáng)度,韌性適中,可制作鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸及冷作模具T12,T13,硬度很高,韌性低,可制作銼刀、刮刀、量規(guī)鑄鋼“ZG”加平均碳含量萬分?jǐn)?shù)表示用途形狀復(fù)雜,需要鑄造成型具有一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件合金元素的存在方式(掌握)形成固溶體形成碳化物合金元素的分類非碳化物形成元素:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B碳化物形成元素:Mn、Cr、Mo、V、W、Nb、Zr、Ti強(qiáng)K形成元素V、Nb、Zr、Ti合金元素對鐵碳相圖的影響(掌握)影響A和F存在的范圍奧氏體穩(wěn)定化元素:擴(kuò)大γ相區(qū)Mn,Ni,Co作用最強(qiáng)——使α相消失,γ相擴(kuò)大至室溫Co,C,N,Cu作用次之鐵素體穩(wěn)定化元素:縮小γ相區(qū)Cr,Mo,W,V,Ti,Al,Si作用強(qiáng)——使γ相區(qū)完全封閉B,Nb,Zr作用次之合金元素對熱處理的影響(重點掌握、難點)影響A晶粒長大強(qiáng)烈阻礙:V、Ti、Nb、Zr中等阻礙:W、Mo、Cr影響不大:Si、Ni、Cu促進(jìn)長大:Mn、P、B提高淬透性Co以外的固溶于A中合金元素——常用:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B下降Ms、Mf溫度(殘余A增加)除Co、Al以外——Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si影響M形態(tài)Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大片狀M形成傾向提高回火穩(wěn)定性:產(chǎn)生二次硬化:A’→M’:Mn、Mo、W、Cr、V(Ni、Co協(xié)同)沉淀硬化:V、Mo、W、Cr、(Ni、Co協(xié)同)影響回火脆性——第二類回火脆性(450-600oC高溫):與P有關(guān)增大第二類回火脆性:Mn、Cr、Ni消除第二類回火脆性:Mo(0.5%)、W(1%)鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制分析(重點掌握、難點)鋼的強(qiáng)化機(jī)制(重點)固溶強(qiáng)化:溶質(zhì)原子→晶格畸度→與位錯相互作用→阻礙位錯運(yùn)動→強(qiáng)化位錯強(qiáng)化:位錯→增殖并相互作用→阻礙位錯運(yùn)動→強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化:晶界→阻礙位錯運(yùn)動→強(qiáng)化第二相強(qiáng)化:第二相粒子→阻礙位錯運(yùn)動→強(qiáng)化鋼的熱處理——如何綜合利用四種強(qiáng)化手段(難點)淬火:A→M固溶強(qiáng)化:過飽和C和Me,位錯強(qiáng)化:高密度位錯細(xì)晶強(qiáng)化:極細(xì)小、不同取向的馬氏體束淬火:A→M回火第二相強(qiáng)化:析出細(xì)小碳化物粒子鋼的合金化——強(qiáng)韌化分析(難點)固溶強(qiáng)化提高淬透性提高回火穩(wěn)定性相同強(qiáng)度時,合金鋼韌性更高相同溫度回火時,合金鋼強(qiáng)度、硬度更高二次硬化合金元素對鋼的韌性的影響(重點)細(xì)化晶粒:Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻礙A長大→細(xì)化晶粒。改善基體韌性:Ni,Mn可以降低Tc→韌性提高提高回火穩(wěn)定性:同等硬度可提高回火溫度細(xì)化碳化物控制非金屬夾雜和雜質(zhì)元素合金結(jié)構(gòu)鋼的分類,牌號和用途(重點掌握)鋼種C%合金元素作用熱處理特點使用態(tài)組織性能特點及應(yīng)用低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn、15MnVN<0.20Mn固溶強(qiáng)化,V、Nb、Ti細(xì)化晶粒熱軋空冷或正火P+F或S+F高強(qiáng)韌性,良好的成形性與焊接性。船舶、車輛、橋梁等調(diào)質(zhì)鋼40Cr、40MnB、38CrSi、40CrNiMo0.35-0.50Cr、Ni、Si、B、Mn提高淬透性,Mo防止回火脆性1調(diào)質(zhì)處理:淬火+高溫回火2調(diào)質(zhì)處理+表面淬火+低溫回火1.S’2.表S’心M’具有良好的綜合機(jī)械性能,連桿、螺栓軸、齒輪滲碳鋼20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA<0.25Cr、Mn、N、B提高淬透性,V、Ti、W、Mo細(xì)化晶粒滲碳后淬火+低溫回火表M’+K+A’心M’或M’+F+T表面硬,心部強(qiáng)韌,齒輪、軸類、活塞銷等彈簧鋼65Mn、50CrV、60Si2Mn0.50-0.70Mn、Si固溶強(qiáng)化,提高淬透性,V、W、Cr細(xì)化晶粒淬火+中溫回火+噴丸T’高的比例極限、較高疲勞抗力、足夠的塑性韌性,彈簧軸承鋼GCr15、GCr15SiMn0.95-1.10Cr、Mn、Si、Mo提高淬透性球化退火——淬火+低溫回火M’+K+A’高硬度、高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度滾動軸承合金工具鋼的分類,牌號和用途(重點掌握)鋼種C%合金元素作用熱處理特點使用態(tài)組織性能特點及應(yīng)用低合金刃具鋼9SiCr>0.7Si、Cr提高淬透性,W、Mo二次硬化(紅硬性),V細(xì)化晶粒,Si提高回火穩(wěn)定性球化退火——淬火+低溫回火M’+K+A’熱硬性、硬度、耐磨性刀具高速鋼W18Cr4V球化退火——1220-1280?C淬火+560?C三次回火冷模具鋼Cr12MoV>1.0Cr、Ni、Mn提高淬透性,W、Mo、V二次硬化淬火+低溫回火M’+K+A’高硬度和耐磨性冷沖模、冷擠壓模熱模具鋼5CrMnMo、3Cr2W8V0.3-0.6淬火+500-600?C回火T’或S’高的熱硬性、穩(wěn)定性、熱疲勞性熱壓鑄模、熱鍛模不銹鋼1Cr13-4Cr13低碳Cr鈍化,Ni單相A,Ti消除晶間腐蝕淬火+回火M’或S’腐蝕介質(zhì)中工作的零件:氣輪機(jī)葉片、醫(yī)療器械、食品設(shè)備、化工容器等1Cr17750-800空冷F1Cr18Ni9Ti固溶處理穩(wěn)定化處理A鑄鐵的分類,牌號和用途(掌握)石墨形態(tài)對鑄鐵力學(xué)性能的影響石墨相當(dāng)于鋼基體上的裂紋或空洞,減少基體有效截面積,引起應(yīng)力集中鑄鐵的分類,牌號和用途分類牌號石墨形態(tài)熱處理灰口鑄鐵HTXXX(抗拉強(qiáng)度)片狀退火、表面淬火可鍛鑄鐵KTXXX(抗拉強(qiáng)度)-X(延伸率)團(tuán)絮狀球墨鑄鐵QTXXX(抗拉強(qiáng)度)-X(延伸率)球狀退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火鋁合金的強(qiáng)化(理解)固溶強(qiáng)化時效強(qiáng)化:固溶處理+時效——其它原子的偏聚區(qū),偏聚區(qū)邊緣發(fā)生晶格略變,阻礙位錯運(yùn)動,因而合金強(qiáng)度,硬度提高(難點)第二相強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化冷變形強(qiáng)化鋁合金的牌號與應(yīng)用(重點掌握)鑄造鋁合金:按合金組別劃分(GB/T8063-1994)合金組別牌號合金代號Al-Si合金ZAlSi…ZL1××Al-Cu合金ZAlCu…ZL2××Al-Mg合金ZAlMg…ZL3××Al-Zn合金ZAlZn…ZL4××變形鋁合金:按主要合金元素劃分(GB/T3190-2008)合金組別合金牌號合金組別合金牌號銅為主要合金元素2×××錳為主要合金元素3×××硅為主要合金元素4×××鎂為主要合金元素5×××鎂/硅為主要合金元素并以Mg2Si為強(qiáng)化相6×××鋅為主要合金元素7×××其它合金元素為主要合金元素8×××備用合金組9×××變形鋁合金舊牌號類別牌號熱處理應(yīng)用防銹鋁LF21、LF3、LF5等退火中、低載的焊接件、沖壓件、容器、骨架等硬鋁LY12LY2等淬火+自然時效淬火+人工時效鉚釘、航空發(fā)動機(jī)葉片、飛機(jī)蒙皮骨架等超硬鋁LC4、LC6等淬火+人工時效飛機(jī)大梁、翼肋、起落架等鍛鋁LD5等淬火+人工時效鍛件鑄鋁ZL102等——鋁硅合金ZL201等——鋁銅合金ZL301等——鋁鎂合金退火或淬火+時效殼體、汽缸體等鑄件軸承合金的組織特點(難點)軟基體(軟質(zhì)點)——被磨損而凹陷,保持潤滑油硬質(zhì)點(硬基體)——耐磨而相對凸起,支持軸的壓力,并使軸與軸瓦接觸面積減小巴氏合金(掌握)錫基軸承合金:ZChSnSb11-6性能:導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、工藝性良好;摩擦系數(shù)與膨脹系數(shù)較小,抗咬合能力強(qiáng)應(yīng)用:廣泛應(yīng)用于制作航空發(fā)動機(jī),氣輪機(jī),內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器中的高速軸承鉛基軸承合金:ZChPbSb16-16-2性能:力學(xué)性能,導(dǎo)熱,抗蝕,件摩等性能比錫基合金差應(yīng)用:主要用于制作汽車,輪船,柴油機(jī),減速器等中低運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承,制造成本低廉

第10章機(jī)械零件的失效與選材要點:零件失效的含義、不同失效形式(掌握)各種失效形式(畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效)的特點(了解)零件失效后查找原因的方法(掌握)選材原則(重點掌握)難點失效分析的典型案例下面就具體內(nèi)容作簡要說明。1. 選材原則(掌握)使用性能原則——首要原則(難點)分析零件的工作條件受力狀況1、載荷的類型(如靜載、動載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等),2、載荷的作用形式(如拉伸、壓縮、彎曲或扭轉(zhuǎn)等),3、載荷的大小以及分布特點(如均布載荷或集中載荷)。環(huán)境狀況1、溫度(如低溫、高溫、常溫或變溫)2、介質(zhì)情況(如有無腐蝕或摩擦作用)。特殊功能導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀等。進(jìn)行失效分析失效抗力取決于材料的性能,對零件主要失效形式的分析常??梢跃C合出零件所要求的主要

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