机械工程材料总复习

1、1、含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高,硬度（hb)取决于组成相的硬度及其相对含量。 c% ，高硬度的fe3c%，低硬度的 f%，故hb,1,2、室温下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高,与c%有关，还与c的分布、形状有关。 晶粒呈片状的共析fe3c与f组成的p组织具有较高的强度，且 p组织越细，则强度越高。 c%0.77% ：c%，p， 。 0.77% c%0.9%：c%, p组织越细，。 含c量超过共析成分后，合金中 fe3c量很少，且呈粒片断续包围p分布，由于相界面增多，所以合金强度还会略有升高，直到c% = 0.9%时。 0.9% c% 2.11% ： f

2、e3c呈网状分布，包围p，割裂了p晶粒之间的结合，使合金,（随c,2,低温莱氏体由珠光体和渗碳体组成，其含碳量大于珠光体含碳量； c% ，硬脆相fe3c%，软韧相 f%，故塑性,3、低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差,3,在1100时，含碳量0.4%的钢可获得奥氏体组织，而奥氏体塑性好、易于成形； 而含碳量4%的铸铁则获得奥氏体、莱氏体和渗碳体，其中莱氏体和渗碳体的脆性大，因此不能锻造,4、在1100，含碳量0.4%的钢能进行锻造，含碳量4%的铸铁不能进行锻造,4,铆钉通过变形连接两个工件，这要求所用材料具有良好的塑性。而低碳钢含碳量较低，软韧性的铁素体含量较多，硬脆相的渗碳体含量较少，因此塑性

3、较好，能满足铆钉的选材要求,5、钢铆钉一般用低碳钢制成,5,含碳量0.0218%2.11的铁碳合金称为钢，钢加热可获得奥氏体组织，而奥氏体塑性好、易于成形； 而铸铁液相线和固相线之间的间距较小、流动性好、枝晶偏析倾向小，铸造性能较好,6、钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形,6,绑扎物件所用材料要求具有良好的塑韧性、易于变形，而铁丝的主要成分为软韧相的铁素体，适宜用作绑扎材料； 起重机的钢丝绳要求其具有较高的强度，而60、65钢的主要成分为珠光体，珠光体具有较高的强度，故起重机的钢丝绳用60、65钢制造,7、绑扎物件一般用铁丝，而起重机的钢丝绳用60、65钢制造,7,8、钳工锯含

4、碳量0.8%、1.0 %、1.2%等钢比锯含碳量0.1%、0.2%钢费力，锯条易磨钝,c% ，高硬度的fe3c%，低硬度的 f%，故hb 。 含碳量过高，硬度太大，对刀具磨损严重，不利于切削,8,机械工程材料,总 复 习,9,使用性能,工艺性能,纯金属,合金,工业用钢,有色金属及其合金,铸铁,结晶,塑性变形,热处理,10,细晶强化 （变质处理又称孕育处理）金属凝固阶段 固溶强化（固溶处理）热处理阶段 弥散强化 （时效处理）热处理阶段 加工硬化 （塑性变形又称压力加工）制造阶段,金属强化机制,11,一、性能,使用性能 1、力学性能 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量：e=/ 强度：材

5、料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度 b材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度 s材料产生微量塑性变形时的应力,12,条件屈服强度 0.2残余塑变为0.2%时的应力。 疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为hb、hrc,13,冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为k.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为k1c。 2、化学性能 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能

6、力,14,工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性,15,二、晶体结构,纯金属的晶体结构 1、理想金属 晶体：原子呈规则排列的固体。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元,16,三种常见纯金属的晶体结构,17,立方晶系的晶面指数和晶向指数 晶面指数：晶面三坐标截距值倒数取整加（ ） 晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加 立方晶系常见的晶面和晶向 晶面族与晶向

7、族 指数不同但原子排列完全相同的 晶面或晶向。 密排面和密排方向 同滑移面与滑移方向 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直,18,2、实际金属,多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 晶体缺陷晶格不完整的部位 点缺陷 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子,19,线缺陷位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线. 面缺陷晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面

8、。 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位,20,金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法,21,合金的晶体结构 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分

9、。 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体,22,间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 铁素体：碳在-fe中的固溶体。 奥氏体：碳在-fe中的固溶体。 马氏体：碳在-fe中的过饱和固溶体。 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象,23,马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. 正常价化合物 如mg2si 电子化合物 如cu3sn 间隙化合物：由过度

10、族元素与c、n、h、b等小原子半径的非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物,24,强碳化物形成元素：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 性能比较：强度：固溶体纯金属 硬度：化合物固溶体纯金属 塑性：化合物固溶体纯金属,25,金属化合物形态对性能的影响 基体、晶界网状：强韧性低 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 颗粒状： 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。 固溶体与化合物的区别：结构；性能；表达方式,26,合金元素在钢中的作用,1

11、、强化铁素体； 2、形成化合物第二相强化 3、扩大（c,mn,ni,co）或缩小（cr,si,w,mo）a相区 4、使s、e点左移 5、影响a化 6、溶于a(除co外), 使c曲线右移, vk减小, 淬透性提高. 7、除co、al外，使ms、mf点下降,27,8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） 9、产生二次硬化(含高w、mo、cr、v钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时a转变为m回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) 10、防止第二类回火脆性：w、mo (回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。,28,三、组织,纯金属的组织

12、 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 结晶的基本过程晶核形成与晶核长大 形核自发形核与非自发形核 长大均匀长大与树枝状长大,29,结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大;伴随着体积变化,30,3、再结晶 再结晶条件：冷塑性变形 加热时的变化：回复再结晶晶粒长大 再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。 再结晶温度：发生再结晶的最低温

13、度。 纯金属的最低再结晶温度t再0.4t熔 影响再结晶晶粒度的因素：加热温度和时间； 预先变形程度,31,4、塑性变形： 金属塑性变形方式：滑移和孪生 滑移的特点： 只能在切应力的作用下发生； 沿密排面和密排方向发生； 位移量是原子间距整数倍； 伴随着转动 滑移的机理：通过位错运动实现,32,孪生特点： 孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速；孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 冷热加工：以再结晶温度划分 冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、 织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象,33,加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属

14、的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，提高。 热加工：形成纤维组织、带状组织 纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致,34,合金的组织,1、相图 匀晶l 共晶l+ 共析 + 包晶l+ 杠杆定律：只适用于两相区。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 2、合金中的固态相变 固溶体转变：af 共析转变：ap(f+fe3c) 二次析出：afe3c,35,奥氏体化 过冷奥氏体转变 固溶处理+时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体

15、加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理,36,3、铁碳合金相图,点：符号、成分、温度,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,莱氏体le(a+ fe3c) le(p+fe3c,珠光体p(f+ fe3c,复相组织组成物,组织组成物标注,相区标注,线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线,c,温度,37,典型合金的结晶过程（以共析

16、钢为例,时间,温度,38,杠杆定律的应用,39,四、钢的热处理,热处理原理 1、加热时的转变 奥氏体化步骤：a形核；a晶核长大；残余渗碳体溶解；a成分均匀化。 奥氏体化后的晶粒度： 初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向,40,2、冷却时的转变,等温转变曲线及产物,650,600,550,350,p,s,t,b上,b下,m,m+a,ap,as,at,ab上,ab下,am,过冷a,过冷a,过冷a,过冷a,过冷a,41,用c曲线定性说明连续冷却转变产物,根据与c曲线交点位置判断转变产物,p,均匀a,细a,等温退火,p,p,退火,炉冷,正火,空冷,s,淬火,油冷,t+m+a,等温淬火,b下,m+a,分级淬火,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+a,42,3、回火时的转变 碳