工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)材料提煉第2版機(jī)械工業(yè)出版社龐國(guó)星重點(diǎn)

第一章 工程材料的分類與性能 1、硬度 布氏硬度（HBW表示）符號(hào)前硬度值，符號(hào)后依次壓頭直徑、載荷大小及載荷保持時(shí)間（

10~15s

不標(biāo)注）

1）鋼、鎳基合金、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(shí)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=1~2；____-外加拉應(yīng)力Mpa，α-裂紋長(zhǎng)度的一半。3、工藝性能：金屬材料的工藝性能是指適應(yīng)某種加工的能力。按照工藝方法不同，分為鑄造性能、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(gè)，原子致密度68%，α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2）面心立方晶格（8*1/8+6*1/2）4個(gè)，原子致密度74%，y-Fe、Cu、Al、Ag、Au、Pb、Ni等。3）密排立方晶格6個(gè)，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)出來(lái)的性能不相同的現(xiàn)象。晶體加工缺陷：1）點(diǎn)缺陷-空位和間隙原子2）線缺陷-位錯(cuò)：晶體中某一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)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(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度，通常晶粒越小，強(qiáng)度塑性韌性越高，獲得細(xì)晶粒方法：1）提高結(jié)晶時(shí)的冷卻速度，增大過(guò)冷度（無(wú)法對(duì)大體積液態(tài)金屬作用）。2）變質(zhì)處理（針對(duì)大體積液態(tài)金屬）。3）在液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)采用機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、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(guò)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α-Fe

中形成的間隙固溶體，符號(hào)

F。727

度溶解度最大

Wc=0.0218%

，室溫時(shí)碳含量幾乎為0。抗拉強(qiáng)度180~280MPa，屈服強(qiáng)度100~170MPa，斷后伸縮率30~50%，斷面收縮率70~80%，沖繼吸收能量128~160HBW，硬度約80.。2）奧氏體：碳溶入y-Fe中形成的間隙固溶體，符號(hào)A。在1148度溶碳能力最大Wc=2.11%。727度最低Wc=0.77%，抗拉強(qiáng)度400MPa，斷后伸縮率40~50%，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(diǎn)很高約1227度，硬度可達(dá)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）。1000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(diǎn)，D為滲碳體的分解點(diǎn)，C為共晶點(diǎn)。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(hào) Ld表示E點(diǎn)、P點(diǎn)分別是碳在奧氏體、鐵素體中的最大溶解度； G是α-Fe←→y-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)； Q是600度時(shí)碳在鐵素體中的溶解度； S是共析點(diǎn)，F(xiàn)、K是滲碳體的成分點(diǎn)。共析轉(zhuǎn)變：公式___________________→S點(diǎn)：具有S點(diǎn)成分的奧氏體，在727度時(shí)從奧氏體中同時(shí)析出兩種不同的固相（FP+Fe3Ck）的復(fù)相組織，稱為珠光體。7、FeFe3C相圖中的特征線ACD為液相線，AECF為固相線，ECF為共晶轉(zhuǎn)變線，PSK為共析線。ES線為碳在奧氏體中的溶解度曲線，PQ線為碳在鐵素體溶解度曲線，GS線為鐵碳合金緩冷時(shí)由奧氏體析出鐵素體開(kāi)始線或加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變奧氏體的終了線。8、0.02~2.11%的鐵碳合金為鋼， 0.02~0.77%亞共析鋼，0.77%共析鋼，0.77~2.11%過(guò)共析鋼。9、2.11~6.69%為白口鑄鐵，2.11~4.3%為亞共晶白口鑄鐵 ，4.3%為共晶白口鑄鐵 ，4.3~6.69%為過(guò)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(qiáng)度、硬度升高，塑性韌性降低， 但當(dāng)Wc>0.9%時(shí)，由于晶界中存在網(wǎng)狀 Fe3C11而使強(qiáng)度下降。11、共晶成分的鐵碳合金熔點(diǎn)最低（ 1148度），結(jié)晶溫度范圍小，具有良好的鑄造性。奧氏體的強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形。第三章 鋼的熱處理 1、過(guò)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(kuò)散型轉(zhuǎn)變 2）貝氏體（B）轉(zhuǎn)變 中溫：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 3）馬氏體（M）轉(zhuǎn)變 低溫：非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。2馬氏體的性能 由于碳過(guò)飽和地溶入使其晶格產(chǎn)生畸變，阻礙變形，引起硬度與強(qiáng)度的升高。并隨含碳量增加，硬度與強(qiáng)度也提高。但當(dāng) Wc>0.6%以后，硬度隨碳含量增加而升高的趨勢(shì)不明顯。3、Ms點(diǎn)（開(kāi)始）與 Mf點(diǎn)（終了）的位置與冷卻速度無(wú)關(guān)，主要取決于奧氏體的成分。4、鋼的普通熱處理

（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(kāi)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(guò)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(xì)化和碳化物彌散分布。 對(duì)低碳鋼改善切削加工性能，可以消除過(guò)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(diǎn)（Ac1或Ac3）以上某一溫度，保溫足夠時(shí)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，然后再配以適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に嚕?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(kāi)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（150~250度）回火后組織為回火馬氏體。2）中溫回火（350~500度）回火托氏體。3）高溫回火（500~650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 ：250~350度，不可修復(fù)，應(yīng)避免。 第二類回火脆性：450~650度回火后緩冷時(shí)產(chǎn)生，對(duì)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常淬火條件下馬氏體達(dá)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(wú)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(jiàn)的熱處理缺陷 1）過(guò)熱與過(guò)燒 2）氧化與脫碳 3）變形與開(kāi)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(hào)：碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235AF（表示屈服強(qiáng)度 Re≥235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的沸騰鋼）低合金高強(qiáng)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%的含錳）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，W，Mn）滾動(dòng)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(qiáng)度不小于 230MPa，抗拉強(qiáng)度不小于 450MPa的工程用鑄鋼）ZG15Cr1Mo1V（碳0.15%，Cr0.9%~1.4%，Mo<0.9%~1.4%,V<0.9%的鑄造合金鋼）

合金元素對(duì)鋼熱處理

除

Mn

外，合金元素阻止加熱時(shí)奧氏體經(jīng)歷的長(zhǎng)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(diǎn)，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 500~600℃回火時(shí)，由于特殊碳化物彌散析出， 使回火硬度升高（二次硬化）殘余奧氏體在回火時(shí)析出碳化物使Ms點(diǎn)上升，致使殘余奧氏體在回火冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使硬度升高（二次淬火）含Mn，Cr，Ni，V的鋼在高溫回火（500~600℃）后緩冷時(shí)，使鋼的韌性下降（回火脆性）加入Mo，W來(lái)降低此脆性。碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般不進(jìn)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(qiáng)度塑性韌性成分特點(diǎn)低碳，加入Cr，W，Mo，V，Ti提高淬透性和細(xì)化晶粒熱處理特點(diǎn)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(diǎn)中碳加入Mn，Si提高淬透性強(qiáng)化鐵素體細(xì)化晶粒熱處理特點(diǎn)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500~600℃高溫回火工藝即調(diào)質(zhì)處理工藝合金彈簧結(jié)構(gòu)鋼高的彈性極限，屈強(qiáng)比，疲勞強(qiáng)度，塑形，韌性油淬回火鋼絲，冷卻中溫回火滾動(dòng)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+30~50℃)，最終熱處理，淬火，在560~580℃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 只能用形變強(qiáng)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(xì)化，提高強(qiáng)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。化學(xué)成分影響：碳、硅促進(jìn)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、硅鍶、石墨灰鑄鐵牌HT100(100為最低抗拉強(qiáng)度)可鍛鑄鐵用于形狀復(fù)雜的薄壁件，牌號(hào)（KTZ,KTH,KTB）球墨鑄鐵牌號(hào)QT350-22L(最低抗拉強(qiáng)度，斷后申長(zhǎng)率)蠕墨鑄鐵用于抗熱疲勞件，牌號(hào)RuT420。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(shí)效是鋁合金熱處理強(qiáng)化的主要工藝（時(shí)效強(qiáng)化）。強(qiáng)化效果還與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。適量硅銅錳鎂鋅等可提高鋁合金強(qiáng)度。鋁合金熱處理固溶與時(shí)效是鋁合金主要熱處理工藝。固溶處理：將可熱處理強(qiáng)化的合金加熱至α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(lái)不及析出，至室溫獲得過(guò)飽和的α固溶體。時(shí)效處理：由于過(guò)飽和的α固溶體是不穩(wěn)定的，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其中將形成眾多的溶質(zhì)原子富集區(qū)，進(jìn)而析出細(xì)小彌散分布且與母相共格的第二相或第二相的過(guò)度相引起晶格嚴(yán)重畸變阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)合金強(qiáng)度硬度提高，這就是時(shí)效強(qiáng)化。效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)（過(guò)高過(guò)長(zhǎng)時(shí)會(huì)下降）。防銹鋁合金只用冷變形加工提高強(qiáng)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(hào)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-鎳合金）之外的銅合金均稱為青銅代號(hào)用Q、主加合金元素符號(hào)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、其他合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)構(gòu)成。

純銅通過(guò)加工變形強(qiáng)化。 普通黃銅（銅和鋅） 牌號(hào)

H68表示

Wcu=68%鑄造黃銅

ZCuZn38為

Wzn=38%。鑄造特殊黃銅

ZCuZn31Al2

表示

Wzn=31%WAl=2%。特殊黃銅：HMn58-2表示W(wǎng)Cu=58%WMn=2%其余為鋅的錳黃銅。青銅：QSn4-3表示W(wǎng)Sn=40%，其他合金元素 WZn=3%其余為銅的錫青銅。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(diǎn)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(qiáng)度，耐蝕耐磨性，能熱處理強(qiáng)化。耐蝕零件，彈性元件。 鈹青銅：用于精密儀器，儀表的彈性元件第八章 鑄造成型 分為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(kāi)始溫度（即液相線溫度）的收縮。 2）凝固收縮：從凝固開(kāi)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(bǔ)償。縮孔產(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(guò)程中 各處固體不斷長(zhǎng)大 ，直至相互接觸，此時(shí)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(shí)，因得不到補(bǔ)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(guò)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(jī)械應(yīng)力：臨時(shí)的）：鑄件在固態(tài)收縮時(shí)， 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(jī)械應(yīng)力：臨時(shí)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：熱裂是高溫下