機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)

1、1、含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高；,硬度（HB)取決于組成相的硬度及其相對(duì)含量。 C% ，高硬度的Fe3C%，低硬度的 F%，故HB 。,2、室溫下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強(qiáng)度高；,與C%有關(guān)，還與C的分布、形狀有關(guān)。 晶粒呈片狀的共析Fe3C與F組成的P組織具有較高的強(qiáng)度，且 P組織越細(xì)，則強(qiáng)度越高。 C%0.77% ：C%，P， 。 0.77% C%0.9%：C%, P組織越細(xì)，。 含C量超過(guò)共析成分后，合金中 Fe3C量很少，且呈粒片斷續(xù)包圍P分布，由于相界面增多，所以合金強(qiáng)度還會(huì)略有升高，直到C% = 0.9%時(shí)。 0.9% C% 2.11% ：

2、 Fe3C呈網(wǎng)狀分布，包圍P，割裂了P晶粒之間的結(jié)合，使合金,（隨C%）。,低溫萊氏體由珠光體和滲碳體組成，其含碳量大于珠光體含碳量； C% ，硬脆相Fe3C%，軟韌相 F%，故塑性 。,3、低溫萊氏體的塑性比珠光體的塑性差；,在1100時(shí)，含碳量0.4%的鋼可獲得奧氏體組織，而奧氏體塑性好、易于成形； 而含碳量4%的鑄鐵則獲得奧氏體、萊氏體和滲碳體，其中萊氏體和滲碳體的脆性大，因此不能鍛造。,4、在1100，含碳量0.4%的鋼能進(jìn)行鍛造，含碳量4%的鑄鐵不能進(jìn)行鍛造；,鉚釘通過(guò)變形連接兩個(gè)工件，這要求所用材料具有良好的塑性。而低碳鋼含碳量較低，軟韌性的鐵素體含量較多，硬脆相的滲碳體含量較少，

3、因此塑性較好，能滿足鉚釘?shù)倪x材要求。,5、鋼鉚釘一般用低碳鋼制成；,含碳量0.0218%2.11的鐵碳合金稱為鋼，鋼加熱可獲得奧氏體組織，而奧氏體塑性好、易于成形； 而鑄鐵液相線和固相線之間的間距較小、流動(dòng)性好、枝晶偏析傾向小，鑄造性能較好。,6、鋼適宜于通過(guò)壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過(guò)鑄造成形；,綁扎物件所用材料要求具有良好的塑韌性、易于變形，而鐵絲的主要成分為軟韌相的鐵素體，適宜用作綁扎材料； 起重機(jī)的鋼絲繩要求其具有較高的強(qiáng)度，而60、65鋼的主要成分為珠光體，珠光體具有較高的強(qiáng)度，故起重機(jī)的鋼絲繩用60、65鋼制造。,7、綁扎物件一般用鐵絲，而起重機(jī)的鋼絲繩用60、65鋼制造；,8、

4、鉗工鋸含碳量0.8%、1.0 %、1.2%等鋼比鋸含碳量0.1%、0.2%鋼費(fèi)力，鋸條易磨鈍。,C% ，高硬度的Fe3C%，低硬度的 F%，故HB 。 含碳量過(guò)高，硬度太大，對(duì)刀具磨損嚴(yán)重，不利于切削。,機(jī)械工程材料,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,細(xì)晶強(qiáng)化 （變質(zhì)處理又稱孕育處理）金屬凝固階段 固溶強(qiáng)化（固溶處理）熱處理階段 彌散強(qiáng)化 （時(shí)效處理）熱處理階段 加工硬化 （塑性變形又稱壓力加工）制造階段,金屬?gòu)?qiáng)化機(jī)制,一、性能, 使用性能 1、力學(xué)性能 剛度：材料抵抗彈性變形的能力。 指標(biāo)為彈性模量：E=/ 強(qiáng)度：材料抵抗

5、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殘余塑變?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。 塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為、。 硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)為HB、HRC。, 沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)為k.材料的使用溫度應(yīng)在冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。 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 耐蝕性：材料在介質(zhì)中抵抗腐蝕的能力。 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。, 工藝

6、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、耐回火性、二次硬化、回火脆性。,二、晶體結(jié)構(gòu), 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1、理想金屬 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., 三種常見純金屬的晶體結(jié)構(gòu), 立方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù) 晶面指數(shù)：晶面三坐標(biāo)截距值倒數(shù)取整加（ ） 晶向指數(shù)：晶向上任一點(diǎn)坐標(biāo)值取整加 立方晶系常見的晶面和晶向 晶面族與晶向族 指數(shù)不同但原子排列

7、完全相同的 晶面或晶向。 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, 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。 晶體缺陷晶格不完整的部位 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。, 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. 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。 晶界的特點(diǎn)： 原子排列

8、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。, 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的均勻組成部分。 1、固溶體：與組成元素之一的

9、晶體結(jié)構(gòu)相同的固相. 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。, 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。 金屬化合物：與組成元素晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相. 正常價(jià)化合物 如Mg2Si 電子化合物 如Cu3Sn 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

10、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, 金屬化合物形態(tài)對(duì)性能的影響 基體、晶界網(wǎng)狀：強(qiáng)韌性低 晶內(nèi)片狀：強(qiáng)硬度提高，塑韌性降低 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。 固溶體與化合物的區(qū)別：結(jié)構(gòu)；性能；表達(dá)方式, 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

11、（C,Mn,Ni,Co）或縮?。–r,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、提高耐回火性（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, 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 結(jié)晶的條件過(guò)冷：

12、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。 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)大與樹枝狀長(zhǎng)大, 結(jié)晶晶粒度控制方法：增加過(guò)冷度；變質(zhì)處理；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。 固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：形核部位特殊；過(guò)冷傾向大;伴隨著體積變化。,3、再結(jié)晶 再結(jié)晶條件：冷塑性變形 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。 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 影響再結(jié)晶晶粒度的因

13、素：加熱溫度和時(shí)間； 預(yù)先變形程度,4、塑性變形： 金屬塑性變形方式：滑移和孿生 滑移的特點(diǎn)： 只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生； 沿密排面和密排方向發(fā)生； 位移量是原子間距整數(shù)倍； 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)。,孿生特點(diǎn)： 孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；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。 冷熱加工：以再結(jié)晶溫度劃分 冷加工組織：晶粒被拉長(zhǎng)壓扁、亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、 織構(gòu)：變形量大時(shí)，大部分晶粒的某一位向與外力趨于一致的現(xiàn)象。,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。 冷加工使內(nèi)應(yīng)力增加，耐蝕性下降，提高

14、。 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。, 合金的組織,1、相圖 勻晶L 共晶L+ 共析 + 包晶L+ 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 固溶體轉(zhuǎn)變：AF 共析轉(zhuǎn)變：AP(F+Fe3C) 二次析出：AFe3C, 奧氏體化 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變 固溶處理+時(shí)效： 固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。 時(shí)效是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。,3、鐵碳合金相圖,點(diǎn)：符號(hào)、

15、成分、溫度,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+ Fe3C,A+F,L+A,A+ ,L+ ,F,A,L,L+ Fe3C,F+ Fe3C,A+ Fe3C,A+ Fe3C+Le,Le,Le+ Fe3C,Le+ Fe3C,Le,P+ Fe3C+Le,P+ Fe3C,P+F,P,F+ Fe3C,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,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,四、鋼的熱處理, 熱處理原理 1、加熱時(shí)的轉(zhuǎn)

16、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, 等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物,650,600,550,350,P,S,T,B上,B下,M,M+A,AP,AS,AT,AB上,AB下,AM,過(guò)冷A,過(guò)冷A,過(guò)冷A,過(guò)冷A,過(guò)冷A, 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)A,等溫退火,P,P,退火,(爐冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,等溫淬火,B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,?,?,?,?,P,T+S回,S,T+B下+M+