工程材料課程輔導(dǎo)重點(diǎn)難點(diǎn)

第1章緒論

要點(diǎn)：

?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(jiǎn)史。（了解）

第2章金屬材料的力學(xué)性能

要點(diǎn)：

?靜載單向拉伸應(yīng)力一一應(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(diǎn)：

?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(jiǎn)要說(shuō)明。

1.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：zLocp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（bed）段一一屈服變形

屈服點(diǎn)Ps

■階段III（dB）段——均勻塑性變形階段

外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1階段，中、高碳鋼沒(méi)有第II階段。）

2.金屬的剛度（掌握）

■材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力

E=u/s

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)。

3.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)力一一應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值

bp=Pp/FQ

■彈性極限：不產(chǎn)永久變形的最大抗力

Oe=PJFo

4.塑性一一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

5=包=k4*100%

%’0

延伸率與試樣尺寸有關(guān)，65,510（Lo=5do,10do）

■斷面收縮率

i/f=/\F/Fo=（Fo-Fi（）/Fox100%

5.強(qiáng)度一一材料抵抗變形和斷裂的能力（掌握）

■抗拉強(qiáng)度

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)度力和條件屈服強(qiáng)度OQ.02

as=Ps/F0（%代表材料開始明顯塑性變形的抗力，是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。）

條件屈服強(qiáng)度一一中高碳鋼、無(wú)屈服點(diǎn)，國(guó)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(lái)表示。

脆性材料：ab=as灰口鑄鐵

■疲勞強(qiáng)度（80%的斷裂由疲勞造成）——（難點(diǎn)）

疲勞：承受載荷的大小和方同隨時(shí)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(wú)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IO,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。

6,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）

>脆性材料一一a*值低，斷裂時(shí)無(wú)明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。

>韌性材料一一ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無(wú)光澤。

>韌性與溫度有關(guān)——脆性轉(zhuǎn)變溫度TK

■斷裂韌性一一（難點(diǎn)）

?K/c表明了材料有裂紋存在時(shí)抵抗脆性斷裂的能力。

>當(dāng)K/>K/c時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。

>當(dāng)K/=K,c時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)

>當(dāng)K/vK/c時(shí)，裂紋擴(kuò)展很慢或不擴(kuò)展，不發(fā)生脆斷。

?K/c可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，它是評(píng)價(jià)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(wú)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(wèn)題的提出（了解）

7.硬度：材料抵抗外力壓入的能力（掌握）

■布氏硬度HB

HB=---------2,

.加（D-心-/）

>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(cè)量壓痕平均直徑d（mm）

>一般用于較軟材料，HBW450

■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(gè)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(diǎn)：

?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(jiàn)的金屬晶格、實(shí)際晶體的缺陷（重

點(diǎn)掌握）

?金屬結(jié)晶的概念、過(guò)冷度、結(jié)晶的過(guò)程一一晶核的形成和長(zhǎng)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(diǎn)/性能特點(diǎn)（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(guò)程（重

點(diǎn)掌握）

?杠桿定律及其應(yīng)用（重點(diǎn)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(diǎn)：

?勻晶相圖、共晶相圖中典型合金的結(jié)晶過(guò)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(jiǎn)要說(shuō)明。

1.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(wú)規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱為“過(guò)冷液體”或“無(wú)

定形體”。

■區(qū)別

?是否具有周期性、對(duì)稱性

?是否長(zhǎng)程有序

?是否有確定的熔點(diǎn)

?是否各向異性

2.理想晶體的晶體學(xué)抽象（理解）

■空間規(guī)則排列的原子-剛球模型一晶格（剛球抽象為晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）一晶胞

（具有周期性最小組成單元）

3.三種常見(jiàn)的金屬晶格的重要參數(shù)（重點(diǎn)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,a=p=y=90°面對(duì)角線/42868%

BCCa=b=c,a=p=y=90°體對(duì)角線/441274%

HCPa=b^c,c/a=1.633,棱邊aZ261274%

a=/3=9O°,/=120°

4.晶體缺陷：實(shí)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(diǎn)掌握）

■點(diǎn)缺陷——晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化

?空位晶格結(jié)點(diǎn)處無(wú)原子

?置換原子晶格結(jié)點(diǎn)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(cuò)）——二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排

?刃型位錯(cuò)

?螺型位錯(cuò)

■面缺陷-----維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域

?晶界、亞晶界、表面等

5.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(guò)渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)

變過(guò)程

?一次結(jié)晶：L-S（晶態(tài)）

?二次結(jié)晶：S—S（晶態(tài)）

6.過(guò)冷度（重點(diǎn)掌握）

■結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力（了解）

?自然界的自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是AFSO

>當(dāng)溫度心/加時(shí)，F(xiàn)S>FL,液相穩(wěn)定

>當(dāng)溫度丁v77n時(shí)，F(xiàn)SVFL,固相穩(wěn)定

>當(dāng)溫度丁=7加時(shí)，F(xiàn)s=R，平衡狀態(tài)

■過(guò)冷度AT=Tm-Tn（克服界面能）

?Tm：理論結(jié)晶溫度

?Tn：實(shí)際結(jié)晶溫度

?冷速越快，過(guò)冷度越大

7.結(jié)晶的過(guò)程一一形核、長(zhǎng)大（掌握）

■形核——自發(fā)形核、非自發(fā)形核

■長(zhǎng)大——平面長(zhǎng)大、樹枝狀長(zhǎng)大

8.晶粒尺寸的控制（重點(diǎn)掌握）

■形核速度大，長(zhǎng)大速率慢，晶?？倲?shù)目多，晶粒細(xì)小。

?提高過(guò)冷度一一A/n-GT——N/G增大,晶粒細(xì)化

?變質(zhì)處理一一在液態(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(dòng)、攪拌等等

9.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。

■固溶體一一組元通過(guò)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）oA：溶劑B：溶質(zhì)

?分類

置換固溶體

溶質(zhì)原子的位置

間隙固溶體

有限固溶體

溶解度

無(wú)限固溶體

有序固溶體

分布有序度

無(wú)序固溶體

?固溶強(qiáng)化一一溶質(zhì)原子溶入一晶格畸變一位錯(cuò)遠(yuǎn)動(dòng)阻力上升一金屬塑性變形

困難一強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。

■金屬間化合物一一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(diǎn)、硬度高、脆性大。

■機(jī)械混合物----不是一種單一相

10.典型相圖（重點(diǎn)掌握）

■勻晶相圖一一兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在固態(tài)也無(wú)限互溶，冷卻時(shí)發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變（L-a）

■共晶相圖一一兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在固態(tài)有限互溶，冷卻時(shí)可以發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變

?典型合金的室溫組織

?典型合金的結(jié)晶過(guò)程（難點(diǎn)）

?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(diǎn)）

11.合金性能與相圖的關(guān)系（了解）

AB,?——>BAB,%——>BAB,%——?E

合金的使用性能與相圖的關(guān)系（示意圖）

■固溶體：溶質(zhì)元素一晶格畸變大一強(qiáng)度、硬度T，（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=HBaXa%+HBPXp%

■對(duì)組織較敏感的性能一一強(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(diǎn)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(diǎn)：

?金屬的變形方式及其本質(zhì)一一滑移（重點(diǎn)掌握），攣生（了解）

?多晶體塑性變形（掌握）

?塑性變形對(duì)金屬材料的的組織和性能的影響（重點(diǎn)掌握）

?經(jīng)冷變形的金屬，在加熱時(shí)的組織和性能的變化（重點(diǎn)掌握）

難點(diǎn)

?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(jiǎn)要說(shuō)明。

1.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(duì)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(duì)的滑動(dòng)。（重點(diǎn)、掌握）

?滑移的本質(zhì)：滑移的實(shí)現(xiàn)-借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)（重點(diǎn)、掌握）

?滑移系：滑移面和該面上的一個(gè)滑移方向（重點(diǎn)、掌握）

>滑移系數(shù)目3材料塑性T；滑移方向3材料塑性T

如FCC和BCC的滑移系為12個(gè)，HCP為3個(gè)，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(dòng)（掌握）

>外力錯(cuò)動(dòng)一力偶使滑移面轉(zhuǎn)動(dòng)一滑移面〃拉伸軸

>以滑移面的法線為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)—滑移方向〃最大切應(yīng)力方向

■享生：晶體的一切分相對(duì)于另一部分沿一定晶面（享生面）和晶向（攣生方向）發(fā)生切

變。T金屬晶體中變形部分與未變形部分在字生面兩側(cè)形成鏡面對(duì)稱關(guān)系。（了解）

■兩者異同（難點(diǎn)）

?滑移和攣生均在切應(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。

?攣生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生

-i.FCC金屬一般不發(fā)生李生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生。

-ii.BCC金屬僅在室溫或受沖擊時(shí)發(fā)生。

-iii.HCP金屬較容易發(fā)生李生。

?滑移一原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)值一不引起晶格位向的變化。攣

生一原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值一攣晶晶格位向改變一促進(jìn)滑

移

?攣生產(chǎn)生的塑性變形量?。╒滑移變形量的10%）一攣生變形引起的晶格畸

變大

2.多晶體的塑性變形（掌握）

加載時(shí)，各晶粒的滑移面和滑移方向相對(duì)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(diǎn)）

?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)則一缺陷多一滑移阻力大一變

形抗力大。

ii.協(xié)調(diào)變形：晶界自身變形一處于不同變形量的相鄰晶粒保持連續(xù)。

■細(xì)晶強(qiáng)化一一晶粒細(xì)化一強(qiáng)度提高、塑性提高、韌性提高，硬度提高。（重點(diǎn)、難點(diǎn)）

12

?Hall-P計(jì)ch關(guān)系：as=a0+Kyd

>晶粒小一晶界面積大—變形抗力大一強(qiáng)度大

>晶粒小一單位體積晶粒多一變形分散—減少應(yīng)力集中

>晶粒小T不利于裂紋的傳播T斷裂前承受較大的塑性變形

3.冷塑性變形對(duì)金屬組織性能的影響（重點(diǎn)、掌握）

■金屬組織的變化（掌握）

?晶粒形貌變化（壓扁或拉長(zhǎng)）一一如：纖維組織

?亞結(jié)構(gòu)形成：位錯(cuò)密度t（106—1011T2）位錯(cuò)纏結(jié)一胞壁一亞晶

?形成形變織構(gòu)（特殊的擇優(yōu)取向）：變形量足夠大時(shí)（70%）,由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)

動(dòng)，原來(lái)處于不同位向的晶粒在空間位向上會(huì)呈現(xiàn)出一定程度的一致。

■加工硬化（形變硬化）（冷作硬化）一一金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時(shí)，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(diǎn)掌握）

?機(jī)理：位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)密度T-強(qiáng)度、硬度T（難點(diǎn)）

>塑性變形一位錯(cuò)開動(dòng)一位錯(cuò)大量增殖一相互作用一運(yùn)動(dòng)阻力加大一變形

抗力T-強(qiáng)度b硬度丁、塑性、韌性1

?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(shí)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T中間退火T消除

■內(nèi)應(yīng)力一一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%）,

4.塑性變形金屬在加熱時(shí)組織性能變化（重點(diǎn)、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)生顯著變化一等軸

晶粒。

?結(jié)晶過(guò)程：經(jīng)歷形核一長(zhǎng)大過(guò)程，但無(wú)新相生成

?再結(jié)晶退火一一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(diǎn)）

>溫度：升一助一個(gè)晶界遷移一晶粒長(zhǎng)大f

>預(yù)變形度：

/多數(shù)情形：預(yù)變形度T一晶粒長(zhǎng)大1

/晶粒異常粗大：臨界變形度、大變形

■晶粒長(zhǎng)大（了解）

5.熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響（掌握）

■法以上加工，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(diǎn)：

?鐵碳合金相圖的組元、基本相及性能特點(diǎn)（掌握）

?鐵碳合金相圖的建立，相圖中各點(diǎn)、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(diǎn)）

?典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程（掌握）

■鋼的典型結(jié)晶過(guò)程（重點(diǎn)）

■白口鐵的典型結(jié)晶過(guò)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(diǎn)）

■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(diǎn)）

?復(fù)線鐵碳合金相圖（了解）

難點(diǎn)：

?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(guò)程及杠桿定理的應(yīng)用

下面就具體內(nèi)容作簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（掌握）

S-Fe（bcc）—1394℃—y-Fe（fcc）—912V-a-Fe（bcc）

2.Fe-Fe3c相圖中的相（掌握）

■液相L

■6相一一高溫鐵素體（C固溶到8-Fe中一一6相）

■a相一一鐵素體F（C固溶到a-Fe中一一a相）

?強(qiáng)度、硬度低、塑性好

■Y相一一奧氏體A（C固溶到丫-Fe中一一丫相）

?強(qiáng)度低，易塑性變形

■Fe3c-----化合物Cem,Cm

?熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零

3.相圖分析：（重點(diǎn)掌握）

■重要轉(zhuǎn)變（重點(diǎn)、難點(diǎn)）

?共晶轉(zhuǎn)變：&,3-4.”+公3c（高溫萊氏體L.）

>共晶點(diǎn)：1148℃,4.3%

>共晶線：2.11-6.69%

>低溫萊氏體1'：LLP+Fe3G+Fe3c共晶TLJ

?共析轉(zhuǎn)變：AO.LF0.02i8+Fe3C（珠光體P）

>共析點(diǎn)：727℃,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(diǎn)、難點(diǎn)）

?工業(yè)純鐵：L-L+A-A-A+尸-F+Fe3G"

?共析鋼：LTL+A—ATP

?亞共析鋼：LTL+ATATA+FTP+FTP+F（+Fe3Cm）

?過(guò)共析鋼：L^L+A^A^A+Fe3Cit-^P+Fe3Cil

?共晶白口鑄鐵：L-Ld-LJ

,

?亞共晶白口鐵：L^L+A->Ld+A^Ld+P+Fe3Cll

?過(guò)共晶白口鐵：L—Fe3G+LrFesG+LdtFesG+LJ

■Fe-Fe3c合金分類及典型合金室溫組織組成（重點(diǎn)、難點(diǎn)）

Fe-C合金分類成分范圍室溫組織

工業(yè)純鐵C%<0,0218%F-FFeaCiii

鋼亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%P+F+Fe3c川

0.0218%<C%<2.11%共析鋼0.77%P

過(guò)共析鋼0.77%<C%<2.11%P+Fe3Cn

白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.11%<C%<4.3%LJ+P+Fe3cli

2.11%<C%<6.69%共晶白口鑄鐵4.3%L'

過(guò)共晶白口鐵4.3%<C%<6,69%Ld'+Fe3G

相組成F%Fe3C%

共析鋼

亞共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.0008)]X100%1-F%

過(guò)共析鋼

組織組成P%F%或Fe3Cn%

共析鋼100%0%

亞共析鋼[(X-0.0218)/(0.77-0.0218)]X100%

1—P%

過(guò)共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.77)]X100%

4.石墨化的三個(gè)階段與鑄鐵分類（了解）

■第I階段：（1154℃）

?過(guò)共晶成分：L-^L+Gl（＞1154V）-AE-+G（共晶）+G/

?共晶成分：L-AE'+G（共晶）（1154℃）

?亞共晶成分：LfAm+G（共晶）+A初生（1154℃）

■第II階段一析出二次石墨：A-A+GII（1154℃-738℃）

■第川階段——共析石墨：As—Fp+G（共析）（738℃）

第6章鋼的熱處理

要點(diǎn)：

?鋼的奧氏體化（掌握）

?過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變（重點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)：

?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(shí)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(jiǎn)要說(shuō)明。

1.鋼的奧氏體化（掌握）

■過(guò)程：

?形核一一長(zhǎng)大一一滲碳體溶解一一碳的均勻化

■溫度：

?共析鋼---ACT，亞共析鋼----完全AC3＜不完全Aci；過(guò)共析鋼----完全，CCM,

不完全Aci

■奧氏體化及奧氏體晶粒度的影響因素

?Tt-A化t；Vt-形核f-A化t；

?合金元素：W、V、Nb、Ti強(qiáng)碳化物形成元素f奧氏體形成速度I；Mn、P-

奧氏體形成速度f(wàn)

2.過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（重點(diǎn)掌握）

■TTT圖

?高溫轉(zhuǎn)變區(qū)（Ai——鼻尖550℃）：珠光體型轉(zhuǎn)變力過(guò)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4度於->8-一半擴(kuò)散型相變

?低溫區(qū)轉(zhuǎn)變（Ms-Mf）：馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)顺湟籑+4（殘余奧氏體）一一非擴(kuò)

散型相變

■等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能特征（難點(diǎn)）

?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I-HBt,強(qiáng)度t

?中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體B：碳化物+過(guò)飽和碳的F——兩相機(jī)械混合物。

>BL：強(qiáng)度、韌性差

AB卜：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a-Fe中的過(guò)飽和固溶體，硬度高。C%t-

HRCt

>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(diǎn)）

?奧氏體成分（含碳量、合金元素）

>含碳量：奧氏體中C%t-C曲線右移

/亞共析鋼：鋼中C%t,A中C%tfC曲線右移

/過(guò)共析鋼：（1）Aci以上A化：鋼中C%t,未溶Fe3ct-有利于

形核一C曲線左移；（2）Accm以上A化：鋼中C%t,A中C%t

-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(guò)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At

?奧氏體化條件（加熱溫度和時(shí)間）：A化溫度t,時(shí)間t成分均勻，晶粒大，

未溶碳化物少，形核率降低一A穩(wěn)定性t,C曲線右移

3.過(guò)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）一形成M的最小冷速

?V/：上臨界冷卻速度一形成完全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(wú)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(cè)定困難，常用TTT曲線定性分析

4.鋼的正火與退火（重點(diǎn)掌握）

加熱規(guī)范目的應(yīng)用

正火Acs或使組織正?；?.作最終熱處理，普通

Accm+30-50℃>f為淬火、調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)鋼零件

>一碎化網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作準(zhǔn)備2.預(yù)先熱處理

>改善性能：減少亞共析鋼中F%,P細(xì)化3.改善切削加工性能

f強(qiáng)度，韌性、硬度t（低碳鋼）

完全退火AC3以上20-30r消除缺陷細(xì)化晶粒，預(yù)先熱處理

消除內(nèi)應(yīng)力亞共折鋼

球化退火Ac1以上20-4CTC使Cem球化一硬度1-切削性t,預(yù)先熱處理

為淬火作準(zhǔn)備（正火+球化退火）過(guò)共析鋼，共析鋼

擴(kuò)散退火1050-1150℃,消除枝晶偏析

10-20h

再結(jié)晶退火T再+30-50C消除加工硬化

去應(yīng)力退火Ac1以下消除內(nèi)應(yīng)力

5.鋼的淬火（重點(diǎn)掌握）

■淬火目的：獲得M組織

■淬火溫度：

亞共析鋼AC3+30—50度

共析鋼AC1+30--50ffi

過(guò)共析鋼Ac1+30—50度

保留一定的Cem-HRCt,耐磨性t

A中C%1-M中C%1-M脆性1

A中C%1-M過(guò)飽和度1-殘余A\

防止A粗大

?淬火溫度過(guò)高一A粗大一M粗大一力學(xué)性能I；-淬火應(yīng)力t-變形、開裂t

■淬透性（難點(diǎn)）

?淬透性：淬火條件下得到M組織的能力

>取決于V7C（下臨界冷卻速度）

>影響因素一一所有影響C曲線（VK）的因素

>應(yīng)用

/選材的依據(jù)一一根據(jù)服役條件，確定對(duì)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%t-淬硬性t

6.鋼的回火（重點(diǎn)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(shí)的組織轉(zhuǎn)變（難點(diǎn)）

?馬氏體分解（200℃以下）：析出"Fe2.4C碳化物（亞穩(wěn)定）

>組織：回火馬氏體M'（過(guò)飽和a十亞穩(wěn)定e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℃）：（或4-8廣）

>組織：回火馬氏體M'

?回火屈氏體r形成（250-400℃）：e->Fe3C；a-F——維持M'外形

>組織：回火屈氏體T（F+Fe3C）

?碳化物的聚集長(zhǎng)大，鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶（>400℃）

A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(diǎn)）

回火類型回火溫度組織性能特點(diǎn)典型應(yīng)用

低溫回火150-250M'降低脆性及殘余應(yīng)力用于工模具鋼，表面淬火

高碳M’強(qiáng)度、硬度高、塑性、韌性差及滲碳淬火件

低碳M,高的強(qiáng)度與韌性

中溫回火350-500硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度t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，用于調(diào)質(zhì)鋼制作的重要

優(yōu)于正火得到的組織零件（軸、齒輪）

■回火脆性（難點(diǎn)）

?低溫回火脆性（250-400D：碳化物片沿M晶界析出——不可逆一一避免在

此溫度回火

?高溫回火脆性（450-650C）：慢冷時(shí)，P等元素在原A晶界偏聚一一可逆一

一快冷

>Cr、Ni等促進(jìn)偏聚

>Mo等抑制偏聚

7.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(diǎn)：

?加熱速度快（幾秒——幾十秒）

>加熱時(shí)實(shí)際晶粒細(xì)小，淬火得到極細(xì)馬氏體，硬度t,脆性I

>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

?鍛造一退火或正火-*粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工f表面淬火一低溫回火一（粗磨一

時(shí)效一精磨）

8.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：鍛造一正火f切削加工f滲碳f淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）

一低溫回火f噴丸f磨削

氮化

■特點(diǎn)：

?溫度低一一500-600-0一一變形小，對(duì)心部調(diào)質(zhì)組織影響小

?時(shí)間長(zhǎng)——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

?鍛造一退火一機(jī)械粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一去應(yīng)力退火一粗磨一氮化一精

磨

第7章常用金屬材料

要點(diǎn)：

?鋼中常見(jiàn)雜質(zhì)，碳鋼的分類、編號(hào)和用途（掌握）

?合金元素的影響（重點(diǎn)掌握）

■存在方式（重點(diǎn)）

■對(duì)相圖的影響

■對(duì)熱處理的影響（重點(diǎn)）

■對(duì)性能的影響

■鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制（重點(diǎn)）

?合金鋼的分類，編號(hào)和用途（掌握）

■合金結(jié)構(gòu)鋼（重點(diǎn)）

■合金工具鋼（重點(diǎn)）

■特殊性能鋼

?鑄鐵（掌握）

?有色金屬材料

■鋁與鋁合金（重點(diǎn)）

■銅及銅合金（了解）

■鈦和鈦合金（了解）

■軸承合金（掌握）

難點(diǎn)：

?合金元素對(duì)熱處理的影響

?鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制分析

?時(shí)效強(qiáng)化

?金屬材料牌號(hào)

下面就具體內(nèi)容作簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.碳鋼中的雜質(zhì)（掌握）

■有益雜質(zhì)元素一一錦Mn、硅Si

?脫氧：降低FeO-I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、0

?磷P：冷脆

?硫S：熱脆

?氮N：蘭脆

?氫H：氫脆、白點(diǎn)

2.碳鋼的分類、編號(hào)和用途（掌握）

?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SW0.055%,PW0.045%

>優(yōu)質(zhì)碳素鋼SW0.04%,P<0.04%

>高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼SW0.035%,PW0.03%

?按用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼

■牌號(hào)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(diǎn)

>應(yīng)用：結(jié)構(gòu)構(gòu)件、沖壓件、焊接件、卸釘、螺栓、螺母、鏈、銷、轉(zhuǎn)軸、

心軸、拉桿、軋輻、主軸等

?優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

>鋼號(hào)用平均碳含量的萬(wàn)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(hào)用T和平均碳含量的千分?jǐn)?shù)字一起表示

A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，可制作鏗刀、刮刀、量規(guī)

?鑄鋼

>“ZG”加平均碳含量萬(wàn)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

3.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

A強(qiáng)K形成元素V、Nb、Zr、Ti

4.合金元素對(duì)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Y相區(qū)

>Mn,Ni,Co作用最強(qiáng)——使a相消失，丫相擴(kuò)大至室溫

>C。,C,N,Cu作用次之

?鐵素體穩(wěn)定化元素：縮小丫相區(qū)

>Cr,Mo,W,V,Ti,AI,Si作用強(qiáng)——使丫相區(qū)完全封閉

>B,Nb,Zr作用次之

5.合金元素對(duì)熱處理的影響（重點(diǎn)掌握、難點(diǎn)）

■影響A晶粒長(zhǎng)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(zhǎng)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）

■影響回火脆性一一第二類回火脆性（450-600。。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%）

6.鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制分析（重點(diǎn)掌握、難點(diǎn)）

■鋼的強(qiáng)化機(jī)制（重點(diǎn)）

?固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子一晶格畸度一與位錯(cuò)相互作用一阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一強(qiáng)化

?位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)一增殖并相互作用一阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一強(qiáng)化

?細(xì)晶強(qiáng)化：晶界一阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一強(qiáng)化

?第二相強(qiáng)化：第二相粒子一阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一強(qiáng)化

■鋼的熱處理——如何綜合利用四種強(qiáng)化手段（難點(diǎn)）

?淬火：A-M

>固溶強(qiáng)化：過(guò)飽和C和Me,

>位錯(cuò)強(qiáng)化：高密度位錯(cuò)

>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

■鋼的合金化一一強(qiáng)韌化分析（難點(diǎn)）

?固溶強(qiáng)化

?提高淬透性

?提高回火穩(wěn)定性

>相同強(qiáng)度時(shí)，合金鋼韌性更高

>相同溫度回火時(shí)，合金鋼強(qiáng)度、硬度更高

?二次硬化

■合金元素對(duì)鋼的韌性的影響（重點(diǎn)）

?細(xì)化晶粒：Ti、V、Nb、AlfTiC、VC、NbC、AIN-阻礙A長(zhǎng)大一細(xì)化晶粒。

?改善基體韌性：Ni,Mn可以降低Tfef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

7.合金結(jié)構(gòu)鋼的分類，牌號(hào)和用途（重點(diǎn)掌握）

鋼種0%合金元素作用熱處理特點(diǎn)使用態(tài)組性能特點(diǎn)及應(yīng)用

織

低合金結(jié)構(gòu)鋼<0.20Mn固溶強(qiáng)化，V、熱軋空冷或正火P+F高強(qiáng)韌性，良好的成形性

16Mn>Nb、Ti細(xì)化晶粒或S+F與焊接性。

15MnVN船舶、車輛、橋梁等

調(diào)質(zhì)鋼0.35-0.50Cr>Ni、Si、B、1調(diào)質(zhì)處理：淬火1.S,具有良好的綜合機(jī)械性

40Cr、40MnB.Mn提高淬透性，+高溫回火能，

38CrSi、Mo防止回火脆性2調(diào)質(zhì)處理+表連桿、螺栓

40CrNiMo