工程材料与成型技术基础复习材料提炼第2版机械工业出版社庞国星

1、第一章 工程材料的分类与性能 1、硬度 布氏硬度（HBW表示）符号前硬度值，符号后依次压头直径、载荷大小及载荷保持时间（1015s不标注） 1）钢、镍基合金、钛合金 2）铸铁 3）铜和铜合金 4）轻金属及其合金 5）铅、锡。 洛氏硬度 硬度值+标尺类型 HRA：碳化物、硬质合金等 HRB：非铁金属，退火、正火钢等 HRC：淬火钢、调质钢 HRD：薄钢板、中等厚度表面硬化零件 维氏硬度 硬度值+载荷大小和保持时间 HV 2、断裂韧度 主要取决于材料的成分组织和结果。Y-与裂纹形状、加载方式及式样尺寸有关的量，一般Y=12；_-外加拉应力Mpa，-裂纹长度的一半。 3、工艺性能：金属材料的工艺性能

2、是指适应某种加工的能力。按照工艺方法不同，分为铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。第二章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图 1、三种典型的金属晶体结构 1）体心立方晶格（1+8*1/8）2个，原子致密度68%，-Fe、Cr、W、Mo、V等。 2）面心立方晶格（8*1/8+6*1/2）4个，原子致密度74%，y-Fe、Cu、Al、Ag、Au、Pb、Ni等。 3）密排立方晶格6个，原子致密度74%，Mg、Zn、Be、Gd等。 一般金属材料都是多晶体：许多晶体组成的晶体成为多晶体。 各向异性是指晶体在不同方向上所表现出来的性能不相同的现象。晶体加工缺陷：1）点缺陷-空位和间

3、隙原子 2）线缺陷-位错：晶体中某一列或若干列原子发生有规律的错排现象。3）面缺陷-晶界和亚晶界2、 结晶 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，通常晶粒越小，强度塑性韧性越高，获得细晶粒方法：1）提高结晶时的冷却速度，增大过冷度（无法对大体积液态金属作用）。2）变质处理（针对大体积液态金属）。3）在液态金属结晶时采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等方法。3、 金属的同素异晶转变：固态金属在一定温度下由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的过程_4、 铁碳合金相图 三种相组成物 组织组成物由1种或几种相组成物物、组成1）铁素体：碳溶入-Fe中形成的间隙固溶体，符号F。727度溶解度最大Wc=0

4、.0218%，室温时碳含量几乎为0。抗拉强度180280MPa，屈服强度100170MPa，断后伸缩率3050%，断面收缩率7080%，冲继吸收能量128160HBW，硬度约80.。 2）奥氏体：碳溶入y-Fe中形成的间隙固溶体，符号A。在1148度溶碳能力最大Wc=2.11%。727度最低Wc=0.77%，抗拉强度400MPa，断后伸缩率4050%，硬度160200HBW 3）渗碳体 铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物，Fe3C表示，碳含量Wc=6.69，熔点很高约1227度，硬度可达800HBW，塑性和韧性几乎为零，脆性大。铁碳合金在常温下的基本相均为铁素体和渗碳体。6、相图分析 1

5、000度以上高温部分的Fe-Fe3C相图相当于二元共晶相图（奥氏体、渗碳体）。1000度以下的部分Fe-Fe3C相图与上半部分相图为二元共析相图（铁素体、渗碳体）。铁碳合金相图中，A为纯铁的熔点，D为渗碳体的分解点，C为共晶点。共晶转换：公式_这种组织称为共晶组织，也称为莱氏体，用符号Ld表示E点、P点分别是碳在奥氏体、铁素体中的最大溶解度；G是-Fey-Fe同素异晶转变点；Q是600度时碳在铁素体中的溶解度；S是共析点，F、K是渗碳体的成分点。共析转变：公式_S点：具有S点成分的奥氏体，在727度时从奥氏体中同时析出两种不同的固相（+）的复相组织，称为珠光体。7、 相图中的特征线 ACD为液

6、相线，AECF为固相线，ECF为共晶转变线，PSK为共析线。ES线为碳在奥氏体中的溶解度曲线，PQ线为碳在铁素体溶解度曲线，GS线为铁碳合金缓冷时由奥氏体析出铁素体开始线或加热时铁素体转变奥氏体的终了线。8、0.022.11%的铁碳合金为钢，0.020.77%亚共析钢，0.77%共析钢，0.772.11%过共析钢。9、2.116.69%为白口铸铁，2.114.3%为亚共晶白口铸铁，4.3%为共晶白口铸铁，4.36.69%为过共晶白口铸铁。10、 铁碳合金中随着含碳量增加，铁素体不断减少、渗碳体不断增多而使合金强度、硬度升高，塑性韧性降低，但当Wc0.9%时，由于晶界中存在网状而使强度下降。11

7、、 共晶成分的铁碳合金熔点最低（1148度），结晶温度范围小，具有良好的铸造性。奥氏体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。第三章 钢的热处理 1、过冷奥氏体的等温转变 1）珠光体型转变：按间距大小，高温产物可分为珠光体P、索氏体S、托氏体T 这三种产物的硬度随层间距的减小而增高。高温：扩散型转变 2）贝氏体（B）转变 中温：半扩散型转变 3）马氏体（M）转变 低温：非扩散型转变。2马氏体的性能 由于碳过饱和地溶入使其晶格产生畸变，阻碍变形，引起硬度与强度的升高。并随含碳量增加，硬度与强度也提高。但当Wc0.6%以后，硬度随碳含量增加而升高的趋势不明显。3、 Ms点（开始）与Mf点（终了）的位置

8、与冷却速度无关，主要取决于奥氏体的成分。4、 钢的普通热处理 （1）退火 目的：1）降低硬度，改善切削加工性。2）消除残余内应力，稳定尺寸，减小变形与开裂倾向。种类：1）完全退火：适用于亚共析钢等。2）等温退火：用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢。3）球化退火：适用于过共析钢。4）去应力退火 （2) 正火 目的：1）减少碳和其他合金元素的成分偏析，2）使奥氏体晶粒细化和碳化物弥散分布。对低碳钢改善切削加工性能，可以消除过共析钢的渗碳体网状组织，为球化退火做准备。（3）淬火 是将钢件加热到相变点（Ac1或Ac3）以上某一温度，保温足够时间获得奥氏体后，以大于Vk（临界冷却速度冷却获得马氏体（或下贝

9、氏体）组织的一种热处理工艺方法。目的：为获得马氏体或下贝氏体组织，然后再配以适当的回火工艺，用以满足零件使用性能的要求。 （4） 回火 目的：1）减少或消除淬火内应力，减小变形与开裂倾向。2）稳定工件的组织与尺寸。5、 回火种类、组织、性能与应用 1）低温回火（150250度） 回火后组织为回火马氏体。2）中温回火（350500度）回火托氏体。3）高温回火（500650度）通常将淬火+高温回火称为调制处理。组织为回火索氏体。为了防止高温回火脆性,一般回火后采用油冷和水冷。第一类回火脆性：250350度，不可修复，应避免。第二类回火脆性：450650度回火后缓冷时产生，对于大体积钢件一般加入Mo

10、或W，另外尽量提高合金纯度，减少N，O，P等杂质元素。6、 钢的淬硬性是指钢在正常淬火条件下马氏体达到最高硬度的能力。它由马氏体中的碳含量而决定，而与其他无关。马氏体越多，淬硬性越高7、 钢的淬透性：取决于临界冷却速度（取决于奥氏体成分和奥氏体化条件）8、 常见的热处理缺陷 1）过热与过烧 2）氧化与脱碳 3）变形与开裂。9、 热处理工序 主要目的是为了保证淬透性差的钢种表面调制层（回火索氏体）的组织不被切削掉。整体淬火：下料锻造退火（或正火）粗、半精加工（留余量）淬火、回火（低温、中温回火）磨削表面淬火：下料锻造退火（或正火）粗加工调制半精加工（留余量）表面淬火、回火磨削渗碳淬火：下料锻造正

11、火-粗、半精加工渗碳、淬火低温回火磨削渗氮： 下料锻造退火-粗、半精加工半精、精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或超精磨 （热处理1） （热处理2：总处理）第四章 工业用钢 牌号：碳素结构钢Q235AF（表示屈服强度Re235MPa，质量等级为A级的沸腾钢）低合金高强度结构钢（Q345) 优质碳素结构钢45Mn（平均碳含量0.45%的含锰）非合金易切削钢Y20 (Wc=0.2%) 碳素工具钢T13A（Wc=1.3%）合金工具钢9CrWMn(平均碳量0.91%含Cr，W，Mn）滚动轴承钢GCr15（平均Gr含量1.5%）不锈钢和耐热钢06Cr19Ni10（碳含量不大于0.08%，Cr为18%20%，N

12、i为8%11%） 铸钢ZG230-450(屈服强度不小于230MPa，抗拉强度不小于450MPa的工程用铸钢）ZG15Cr1Mo1V（碳0.15%，Cr0.9%1.4%，Mo0.9%1.4%,V0.9%的铸造合金钢） 合金元素对钢热处理 除Mn外，合金元素阻止加热时奥氏体经历的长大 钢冷却转变 1.除Co，Al外，合金元素稳定奥氏体，使等温转变图右移 2.除Co，Al外合金元素降低Ms点，使残余奥氏体量增加 钢回火转变 合金元素提高耐回火性，淬火后在500600回火时，由于特殊碳化物弥散析出，使回火硬度升高（二次硬化）残余奥氏体在回火时析出碳化物使Ms点上升，致使残余奥氏体在回火冷却时转变为马

13、氏体使硬度升高（二次淬火） 含Mn，Cr，Ni，V的钢在高温回火（500600）后缓冷时，使钢的韧性下降（回火脆性）加入Mo，W来降低此脆性。 碳素结构钢，低合金高强度结构钢一般不进行热处理 合金渗碳钢 性能 经渗碳，淬火-低温回火后，表面有较高的硬度耐磨性，心部有足够的强度塑性韧性 成分特点 低碳，加入Cr，W，Mo，V，Ti提高淬透性和细化晶粒 热处理特点 预先热处理采用正火处理，最终热处理采用渗碳淬火-低温回火工艺 钢中常有杂质如Si和Mn（有益）、P和S（有害）及一些非金属杂质调质钢 性能 良好的综合力学性能合适的淬透性 成分特点 中碳 加入Mn，Si提高淬透性强化铁素体细化晶粒 热处

14、理特点 预先，若为珠光体，正火处理；若马氏体，高温回火处理。最终，淬火后在500600高温回火工艺即调质处理工艺 合金弹簧结构钢 高的弹性极限，屈强比，疲劳强度，塑形，韧性 油淬回火钢丝，冷却中温回火 滚动轴承钢 高硬度高耐磨，足够弹性极限和韧性，预先，球化退火 最终，淬火低温回火 非合金工具钢 高硬度高耐磨，切削工艺好，淬透性低易变形，预先，球化退火，最终，淬火低温回火 合金量具刀具钢 预先，锻后正火消除网状渗碳体然后球化退火，最终，淬火低温回火高速工具钢 较高热硬性高的耐磨性。铸态 经铸造后组织为马氏体莱式体残留奥氏体珠光体大量碳化物，成分组织严重不均，碳化物不能用热处理消除必须反复锻造

15、预先热处理，球化处理（Ac1+3050)，最终热处理，淬火，在560580三次回火以消除内应力减少残余奥氏体。热作模具钢 中碳 奥氏体不锈钢 只能用形变强化第五章 铸铁 铸铁是碳的质量分数大于2.1%的一系列由铁、碳、硅等元素组成的合金的总成。分类：1）白口铸铁 2）灰铸铁 3）可锻铸铁 4）球墨铸铁 5）蠕墨铸铁1、 铸铁的热处理 （1）灰铸铁的热处理：1）去应力退火。2）消除铸件白口的退火。3）正火。4）表面热处理。 （2）球墨铸铁的热处理：1）退火：目的是为了去除铸态组织中的自由渗碳体及获得铁素体球墨铸铁。2）高温退火。3）低温退火。4）正火：目的在于增加金属基体中珠光体的含量并使其细化

16、，提高强度、硬度和耐磨度。影响石墨化因素：化学成分和结晶的冷却速度。化学成分影响：碳、硅促进石墨化，碳硅增加组织由珠光体转向铁素体 Mn阻碍石墨化，S是有害元素。冷却速度影响： 冷速大，白口组织，得厚壁；冷速小，灰口组织，的薄壁。 孕育剂：硅铁、硅钙、硅锶、石墨 灰铸铁牌HT100(100为最低抗拉强度)可锻铸铁用于形状复杂的薄壁件，牌号（KTZ,KTH,KTB）球墨铸铁牌号QT350-22L(最低抗拉强度，断后申长率) 蠕墨铸铁用于抗热疲劳件，牌号RuT420。第六章 非铁金属材料与硬质合金 1、铝及铝合金 铝合金的分类：变形铝合金与铸造铝合金 铝合金的固溶与时效是铝合金热处理强化的主要工艺

17、（时效强化）。强化效果还与加热温度和保温时间有关。 铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。适量硅铜锰镁锌等可提高铝合金强度。 铝合金热处理固溶与时效是铝合金主要热处理工艺。固溶处理：将可热处理强化的合金加热至相区经保温形成单相的固溶体，然后快冷，使溶质原子来不及析出，至室温获得过饱和的固溶体。时效处理：由于过饱和的固溶体是不稳定的，随着时间的延长，其中将形成众多的溶质原子富集区，进而析出细小弥散分布且与母相共格的第二相或第二相的过度相引起晶格严重畸变阻碍位错运动合金强度硬度提高，这就是时效强化。效果与加热温度和保温时间有关（过高过长时会下降）。防锈铝合金只用冷变形加工提高强度。 2、铜及铜合金 1

18、）纯铜又称为紫铜 2）黄铜是以锌为主要合金的铜合金，加工普通黄铜的牌号用H加数字表示 3）青铜 现工业上除了黄铜和白铜（铜-镍合金）之外的铜合金均称为青铜 代号用Q、主加合金元素符号及质量分数、其他合金元素质量分数构成。 纯铜通过加工变形强化。普通黄铜（铜和锌）牌号H68表示Wcu=68% 铸造黄铜ZCuZn38为Wzn=38%。铸造特殊黄铜ZCuZn31Al2表示Wzn=31%WAl=2%。特殊黄铜：HMn58-2表示WCu=58%WMn=2%其余为锌的锰黄铜。青铜：QSn4-3表示WSn=40%，其他合金元素WZn=3%其余为铜的锡青铜。铸造青铜：ZCuAl10Fe3代表WAl=10%，W

19、Fe=3%，其余为铜的铸造铝青铜。 锡青铜的特点及用途：耐蚀耐磨性，弹性好。用于弹性元件，耐蚀，抗磁零件。铝青铜：高强度，耐蚀耐磨性，能热处理强化。耐蚀零件，弹性元件。铍青铜：用于精密仪器，仪表的弹性元件第八章 铸造成型 分为砂型铸造和特种铸造 1、铸造合金的收缩 1）液态收缩：从浇筑温度到凝固开始温度（即液相线温度）的收缩。2）凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终止温度（即固相线温度）的收缩。3）固态收缩：从凝固终止温度到室温的收缩。3、缩孔和缩松 两者区别：缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，如璧上部或中心处。 缩松是较宽液

20、相凝固过程中各处固体不断长大，直至相互接触，此时合金背分割为许多小的封闭区，封闭区内液体凝固收缩时，因得不到补充而形成许多小而分散的孔洞。浇注温度高，合金的缩孔倾向大。 防止铸件产生缩孔缩松的方法：1）合理选用铸造和金。2）采用顺序凝固原则。4、 铸造应力 1）热应力（永久的）：铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位不均衡的收缩而引起的应力称为热应力。 2）收缩应力（机械应力：临时的）：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱带等外力的阻碍而产生的应力称为收缩应力。3）相变应力（机械应力：临时的）：铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力为相变应力。 铸件的裂纹与防止 1）热裂：热裂是高温下形成的裂纹，其形状特征是裂