机械工程材料总复习资料

1、机械工程材料复习第一部分基本知识一、概述1目的掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识（性能和改性方法是重点）。具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料；具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。2复习方法以“材料的化学成分t加工工艺t组织、结构t性能t应用”之间的关系为主线， 掌握材料性能和改性的方法，指导复习。二、材料结构与性能：材料的性能： 使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； 工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。2材料的晶体结构的性能： 纯金属、实际金属、合金的 结构（第二章）；纯金属：体

2、心立方（-Fe ）、面心立方（-Fe ），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）t各向同性；强度、 硬度增高；塑性、韧性降低。我1-2宝际金属的晶体结构转抽主竇影式对材料性罪的醪衲间Btiif（子廿换駅子主聂力式册工址化園酣懺tt*灯#t呂化面旗陷绘猶识、启忙锻*熔盘低，蛊度髙£3制蛊住合金：多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成 ；纯铁由单相铁素体组成 多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织

3、的合金3材料的组织结构与性能。结晶组织与性能：F、P、A Fe3C、Ld;1）平衡结晶组织平衡组织：在平衡凝固下，通过液体部的扩散、固体部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒部的成分均匀，并一直保留到室温。令冬种类白口铸快亜共斷構共折fML.厂1垃共斬艳亜共晶 enHtt共丹白过其莽 白LJ特铁<0.02150.77n0.7?3.112, J1 4 34.69FF-f rFPH-FeiCi +AFeiC i +3| FejCn .-* fe» S*性*10性奶2-2牲碳金金中的从木紺织1定 i性ntFBCCc渚于以屮£0l書52蚩戟+片状靈.別性艮蚌AFCC何戡I

4、S晤嶽C » T Y*Fe 中<1.11块欢軸伙U*啊帙員好»ft悴Cm i品畠的金化音務I.佃踪化爵物从L中首先站岸岀6- 69<122?粗大片.豪状MH二 atCm I由A中析出<1143但度刚JL下律】三庆Cm,巾F中析出<727片 tt(Vrtt>塔加性，印低性珠光律P机械握音林F+卜电jG以n727层片找良蚌垛舎力学性 催t理度较简耳 音一足焙、劲柱）ABU曲相姐纫机A+FejC4.3727-114点收、知杆状VE"LV机榷程舍軸H+F*iC i +F"C44- a£777点状、短杆 或仙骨状2）成分、组

5、织对性能的影响 硬度（HBS）:随C%f ,硬度呈直线增加，HBS值主要取决于组成相 Fe3C的相对量。 抗拉强度（b） : C%v 0.9%围，先增加，C%> 0.91.0 %后，b值显著下降。 钢的塑性（）、韧性（aj :随着C%f ,呈非直线形下降。3）硬而脆的化合物对性能的影响：第二相强化：硬而脆的化合物，若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降；若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上： 则阻碍位错的移动 及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基

6、体上：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。塑性变形组织与性能农3*1塑件变聃村临居纽织和性能的影响変賂类皇工艺方墓性憾愛花变烟晶粒沿变率方向件覧，眉于各向舁性品粒碎化，形成隻结梅*强度增离雹性尸降 或旅加匚仗化L槽度障低冷拉牆轧档于各向畀性焊音铸進组垠中存在的力学性能按鬲，帶度擬高由碎铸逍总钛晶粒、粗大枝甜良 橋比掰、關析NE小*恳怕温北夹杂物沿变解方向拉枳、腦成汛城 幷蟻坦织甲聲*净却可孫城带状组報的于各向舁性 址方尙力学性能規為1）组织与性能的变化金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态的非平衡组织，非平衡组织向平衡组织转变：可通过再结晶、时效及回火实现。加工硬化

7、，物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性：产生纤维状组织；晶粒破碎、位错密度增加；织构现象的产生；残余应力。2）变形金属在加热过程中组织和性能的变化回复（去应力退火）：强度和硬度略有下降，塑性略有提高。电阻和应力等理化性能显著下降再结晶：形成细小的等轴晶粒。加工硬化消失，金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显而塑性和韧性显著f,性能完全恢复到变形前的水平。热处理组织与性能1）贝氏体的机械性能：上贝氏体：铁素体片较宽.塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间， 容易引起脆断.因 此，强度和韧性都较差。下贝氏体：铁素体针细小，碳化物分布均匀，所以硬度高，韧性好，综合机械性能好。2）马氏体的形

8、态及机械性能 .板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量V 0.23 %;机械性能：不存在显微裂纹，淬火应力小，强度高，塑性、韧性好。 .针状马氏体：碳含量 1.0 %;（显微镜下呈针状）机械性能：存在大量显微裂纹，较大的淬火应力，塑性和韧性均很差； 混合组织马氏体：碳含量在0.23 %一 1.0 %之间时为板条和片状马氏体的混合组织。 马氏体的硬度，含碳最增加，硬度升高含碳量达到0.6 %以后，其硬度的变化趋于平缓。 合金元素 对钢中马氏体的硬度影响不大。*4,1过冲虞氏休尊迴冲却转变的英型s产鶴、性龍耳特征1 相组咸t戦变英迥|特征HRC悴 型珠丸悴FIt -630K+ icjC犷故讯（萤

9、原子飙底 原子都旷«）片层间矍2." 6$呻,50010-205630-60)片层聞璋25呻昇OOdW計消厠珠比井25-題TfiOO-550片良河魁2 0（®佰分 淸桃那珠北怵加40贝氏!匕贝氐悴叫550-350F-tut + 斑£半的扩佛 型（铁原于 平扩原于扩独：）穷毛状：苦尸H时的过硕 F 榜劇W,不朋分市焜杯（片状） 哄不觎40- 45 !»!50*60下團氏体Bt3502<40.针状穽过馆和尸針內均匀分 布（与忙軸陂3弟4魚）纲 小啊程«味此辆口其有狡髙 的0度、硯度、塑性卬髓性*耳 禹 体戰虔品）240中-50n戰在

10、a - Fe 忸和固方晶格）"菲扩IttS! （悅原于和 陇原于都 不扩旳 马底休变31形成.写傑?M 吋河无芙 耳氏体朋扳車祚常大（戢 崔可达S 乌氏俸醫变不完全性* >sCC） *65%钢中存在飓余 马氏林刪细与含题有关64-®扳糸马氏慵m 20%（低30®3）回火组织与性能回火类型回火温度组织性能及应用组织形态低温回火150250回火M(M )保持高硬度，降低脆性及残 余应力，用于工模具钢，表 面淬火及渗碳淬火件过饱和 + 碳化物（FexC ）中温回火350-500回火屈氏体（T'）硬度下降，韧性、弹性极限 和屈服强度f,用于弹性元 件保留马氏

11、体针形F+细粒状Fe3C高温回火500-650回火索氏体（S）强度、硬度、塑性、韧性、 良好综合机械性能，优于正 火得到的组织。中碳钢、重 要零件米用。多边形F+粒状F&C4材料组织结构变化实现的性能强化：固溶强化 ：通过合金化 （ 加入合金元素 ）组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化； 细晶强化： 强度、硬度越高；其塑性、韧性越好。晶界处原子排列混乱，使其熔点低，易受腐蚀。 由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现。加工硬化： 使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性 等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。第二相强化：硬而脆的化合物（F

12、e3C）,若呈网状分布：则使强度、塑性下降； 若呈球状、粒状（球墨铸铁）：使韧性及切削加工性提高； 呈弥散分布于基体上： 使强度、 硬度增加， 塑性、 韧性仅略有下降或不降即弥散强化； 呈层片状分布于基体上：强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。形变强化： 金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度；相变强化： 通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化。三、材料热处理、合金化与性能1改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺（预先热处理）退火 ：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火退火 ：加热保温缓冷获得接近平衡状态组织。退火目的： 改善铸、锻、焊粗大不均匀的

13、组织，降硬度，提高塑性，改善冷加工工艺性。 消除成分不均匀，应力。1）完全退火（加热Ac3+（ 2030C）温度，保温、缓冷组织： P+F目的：细化，均匀化粗大、的原始组织；降低硬度t切削性f;消除应力；消除组织缺陷；应用： （ C%=0.3 0.6%）亚共折钢，共析钢和合金钢铸、锻、轧2）球化退火加热Aci+（ 1030C），保温、缓冷（或 Ari （ 2030C）等温）应用： 过，共析钢、高碳合金钢组织：球状P （F+球状Cem）目的：Fe3Cl及Fe3C共析球化T HRQ，韧性切削性f为淬火作准备；球化退火前，正火处理，消除网状碳化物，以利于球化进行。3）扩散退火加热10501150C，

14、保温1020h,冷却：炉冷组织： P+F 或 P+Fe3CII目的： 消除偏析后果： 粗晶、氏组织、带状组织，韧性、塑性较差，需完全退火或正火来细化晶粒。4）去应力退火（再结晶退火）加热：Ac1（ 100200 ）C；保温+炉冷；目的： 消除加工硬化，消除残余应力。正火正火：亚共析加热 AC3 + （ 3050C）、过共析钢加热 Accm+（ 3050C）保温+空冷，得到 P类工艺。组织：S或 P （ F+ FesC）正火与完全退火的区别 ：冷速较快，组织较细，得更高的强度和硬度；生产周期较短，成本较低。 目的及应用： 预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。2预先热处理工艺应用工具钢：球化

15、退火；结构钢：正火，完全退火。表面强化处理的零件：调质处理正火。改善冷塑性加工性能再结晶退火 ：恢复变形前的组织与性能，恢复塑性，以便继续变形。改善机加工性能C%： 0.40 %中低碳钢：正火，提高硬度C%f 0.4O %0.60 % :完全退火；C沧0.6 %的高碳钢：球化退火，获得粒状珠光体。合金钢：退火：铸铁件白口层：加热 850950C+保温+（炉冷+空冷）。消除材料的加工应力去应力退火 ：没有组织变化。工艺：缓慢加热500650 C+保温+缓冷，3钢铁的淬火淬火原则与淬透性目的 ：提高硬度、强度、耐磨性。原则：淬硬，获尽量完全的 M;淬透，M组织表里如一；保证淬硬条件下，用缓冷介质，

16、以防开裂。淬透性：在规定淬火条件下得到 M多少的能力，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性；是钢的属性。由A过稳定性决定，表现为 VK的大小。淬透性评定：用标准试样在规定条件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示。淬透层深度：从表面至半 M区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。影响因素：I Vk越小，淬透层越深；II .工件体积越小，淬火时的冷速越快，淬透层越深；川。水淬比油淬的淬透层深；.淬硬性：由M中。钢的淬硬性越好。4淬火工艺淬火加热温度 亚共析碳钢：Ac3 +（ 3050C）,组织：均匀细小M组织温度太高， M粗大，淬火应力，变形和开裂倾向增大。加热温度vAC3时，硬度降低。 共析和

17、过共析碳钢：加热：Ac1 +（ 3050C）。组织：砒 Fe3O + Ar,若在AciAcm以上淬火，t A粗大t高碳 M粗大t力学性能J,变形开裂f 合金钢：加热温度碳钢淬火方法 单介质淬： 简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油 双介质淬火先水,后油冷却。复杂高碳钢及大型合金钢工件。 分级淬火 稍高于MS的盐浴或碱浴中保温，再取空冷。用于：小尺寸工件及刀具。 贝氏体等温淬火：稍高MS温度的盐浴或碱浴中冷却+保温，获得B下。用于：形状复杂和性能较高的较小零件。 深冷处理：在0C以下的介质中冷却的热处理工艺。目的：减少A-获最大数量 M提高硬度、耐磨性，稳定尺寸。用于：精密工件，量具。

18、5.表面淬火原理：（交变磁场t感应电流t工件电阻t加热，集肤效应t表面加热）工艺：水（乳化液）喷射淬火+（180200C）低温回火，感应加热表面淬火的分类1）高频淬火淬硬层深度0.52.5 mm；中小零件。2）中频淬火 淬硬层深度210 mm；大中模数齿轮，较大轴类零件等3）工频淬火：淬硬层深度1020 mm；大直径零件。适用钢种中碳钢和中碳低合金钢：碳素工具钢和低合金工具钢： 球铁、灰铸铁。表面淬火的特点 加热速度快 ）淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度f23HRC脆性J。 显著提高钢件的疲劳强度。6钢的化学热处理化学热处理：在加热和保温中使活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分

19、和组织，改善表面性能。目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性；提高钢件的疲劳强度；抗蚀性和耐热性等。渗碳1）碳浓度：表面 C（0.15 %0.30 %） tC 1.0 %,机械性能：经淬火+回火，提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持良好的韧性和塑性。用途：各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗碳钢。2 ）渗碳工艺温度：900950C；（渗碳加热到 A C3以上）渗碳时间：900950 C温度下，0.20.3mm/h。3）低碳钢渗碳缓冷组织：厂表层：P+ Fe3O（过共析相）Y心部：亚共析组织（P + F）,-中间：过渡组织；4）渗碳后的

20、热处理 渗碳后淬火+低温回火 淬火后组织：M+ A残，7钢的合金化合金元素在钢中的作用： 提高钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的回火稳定性，防止回火脆性，二次 硬化，固溶强化，第二相强化（弥散强化） ，增加韧性，提高钢的耐蚀性或耐热性。形成固溶体、产生固溶强化形成含部分金属键的金属（间）化合物，产生弥散强化（或第二相强化）溶入奥氏体，提高钢的淬透性提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性细化晶粒产生细晶强韧化形成钝化保护膜对奥氏体和铁素体存在围的影响四、常用机械工程材料（工业用钢、铸铁）与合理选材（表四 -1 ）钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织1低合

21、按d s分6级：高强度(TS>低 C: V 0.2%一般供应状态使用，不热处理焊接结铁素体+索氏体金咼强低强度级别：16 Mn 般300MpaMe以Mn为主、Mn和Si固溶强构钢工程结构高韧性：3=15%化可进行一次正火，改善焊区性能中等强度级别：15MnVN大20%,室温 ak > 600加入V、，Nb,Ti等元素细化F型桥梁,锅炉,船舶,焊接结2 2kJ/m 800 kJ/m。晶粒构良好焊接性能和冷加入P细化珠光体高强度级别:18MnMoNb咼成形性能加入Cu抗腐蚀压锅炉，高压容器2.合金低淬透性：20Cr,15Cr 小渗层硬度咼,耐磨，低 C: 0.1% 0.25%预先热处理

22、（改善切削加工性能）锻表层：高碳 M'渗碳钢冲击载荷耐磨件，如活塞抗接触疲劳，且有适加入提咼淬透性兀素压后t正火+ 粒状 Cem A'销,小齿轮当塑性，韧性Cr, 、 Ni, 、 Mn ,B最终热处理：渗碳后淬火（直接或一心部：中淬透性:20CrMnTi :高心部高韧性和足够加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶次、二次淬火）+低温回火淬透：速较高载有冲击的耐磨件，强度粒长大和形成稳疋的合金碳化20CrMnli齿轮工艺路线：下料t锻造低碳M重要齿轮,连轴器。良好的热处理丄艺物,提咼耐磨性t止火t加丄齿形t渗碳（930 C ），淬'未淬透：高淬透性：18Cr2Ni4WA重

23、性能火(830 C ) t低温回火(200 C ) t磨T + M' + F(少载大截面重要耐磨件，如柴齿量）油机曲轴，连杆钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织3.合金低淬性:40Cr,40MnB 高水平综合机械性中C: 0.25%0.50%以0.4左右一般:油淬+高温回火调质S'调质钢般尺寸重要零件，能，能满足多种和较为主右要求表面耐磨：调质后可进仃表面Do = 30 40复杂的工作条件加入提咼淬透性兀素淬火或氮化处理。中淬透性：Cr,Ni,M n,Si,B表面淬火；40CrNi, Do = 40 60加入Mo,W消除回火脆专门化学热处理（如氮

24、化）高淬透性：40CrNiMoA大（38CrMoAI 氮化钢）截面重载重要零件，Do= 60 1604合金以Si,Mn合化:65Mn,高d e和d s ,高中高C:0.45%0.70%热成形法制弹簧热轧钢丝钢板t卷T'弹簧钢60Si2Mn用于汽车，拖拉机，屈强比加入Si,Mn提高淬透性也提高弯曲成型t淬火+中温回火t喷丸机车的板簧和螺旋弹簧咼疲劳抗力屈强比冷成形法制弹簧钢丝钢板t淬火+以Cr,V,W合金足够塑韧性，能承加入Cr,W,V也提高淬透性中温回火T冷卷弯曲成型t去应力t化:50CVA350C 400 C 以受震动，冲击加入Si-Cr不易脱 C加入Cr-V细喷丸下重载，较大型弹簧

25、，如高有较好淬透性，不化晶粒，耐冲击，高温强度好速柴油机气门弹簧易脱C,易绕卷成形钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织5滚珠Cr轴承钢：GCr15中小型高接触疲劳强度高 C:0.95% 1.10%预先热处理（球化退火）M +粒状轴承钢轴承,冷冲模,量具,丝锥高硬度和耐磨性Cr基本兀素：提咼淬透性；细化正火：消除Cem网Cem少量A残余添加 Mn,Si,Mo,V的足够的韧性和淬透Cem;提高耐磨性 和接触疲 劳抗球化退火：便于切削，使艮细小均钢:GCr15SiMo,GSiM nMoV制性力；Cr 0.4 %1.65 %匀,为淬火作准备造大型轴承一定耐蚀能力和良加入

26、Si,Mn提高淬透性；加入V最终热处理：（淬火（800840C） +好尺寸稳定性耐磨性，防止过热低温回火（150170C ）纯度要求极高 Sv 0.02 %, Pv冷处理:（精密零件）尺寸稳定0.027 %6.低合Si-Cr 系:9SiCr,低速高硬度：HRC> 60高C0.9 %1.1 %预备热处理：锻造后进行球化退火。M +粒状金刃具切削刃具咼耐磨性加入Cr,Mn,Si提高淬透性最终热处理：淬火+低温回火工艺路Cem少量A残余钢 Cr系:Cr,Cr06 如,铰高热硬性加入Si提高回火稳定性线：锻造+球化退火+机加工+淬火与碳素工具刀,刮刀，锉刀等足够塑性和韧性加入W,V提咼耐磨性，并

27、防止加热+低温回火钢相比较，淬透 Cr-W-Mn 系:CrWMn 女口时过热，保持晶粒细小性提高，可采用拉刀，冲模,样板，量规油淬火。变形和 W和Cr-W系:小麻花钻，开裂倾向小。低速切削刃具钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织7高速 W系: W18Cr4V高硬度:HRC > 60高 C:0.7 % 1.5 %属于来氏体钢，M +少量A残余+钢（高 W-Mo 系:W6Mo5Cr4V2作咼耐磨性要保证能与W Cr、V等形成锻造：共晶莱氏体呈鱼骨胳状，热处Cem速工具高速切削刃具铸造组织有高热硬性足够数量的Cem有一疋数量的C理不能消除，只能热变形破碎，速钢）

28、鱼骨状共晶足够塑性和韧性溶于A中，以保证M的高硬度。）预热处理：等温退火，消除应力，改加入Cr提高淬透性善切削，组织准备。铬的碳化物（Cr2C6）在淬火加最终热处理：1270 C淬火+ 560C热时几乎全部溶于奥氏体中，增580 C回火（三次）：若冷处理只需一次加A过冷的稳定性，钢的淬透性。回火还提高抗氧化、脱碳能力回火（三次）：消除应力加入W,Mo提高热硬性消除A残余（提高回火稳定性和热硬性的主齿轮铳刀生产过程的工艺路线如要兀素）下：加入V提咼耐磨性下料t锻造t退火t机械加工tV形成的碳化物vC（或V4G）非常淬火+回火t喷砂t磨加工t成品。稳定，极难溶解，硬度较咼第二部分考试知识第一章金属

29、的机械性能（了解）1 低碳钢的拉伸图2 .材料的性能：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性。第二章材料的组成和部结构特征1掌握概念（名词解释）：固溶体、固溶强化、枝晶偏析、A、F、P、Fe3C；2合金中的基本相结构：固溶体和金属间化合物固溶体：产生晶格畸变，增加晶体位错移动的阻力，使滑移变形难以进行，使金属得到强化。金属化合物：熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的FesG对钢的强度和耐磨性有重要的作用。金属化合物对固溶体基体的强化作用：硬度以及弥散硬化：当金属间化合物以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上通常能提高合金的强度、 耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。3.掌握铁碳相图基本知识：

30、正确填写铁碳相图的相组成物相图两条水平线是什么线，能写出反应式，解释共晶、共析反应。农2-1匀品.北晶牛相图的杵征相图持征反应式说闕时晶一秤嶽和变卫过程申甘变为一弹固姐M品悄旳下一特咸井的港相间时结盛出 两种不剧谥井的畅周帕品其析|他温下一种虑分的通搐同时析出两科不帕感井的斯同相 正确填写铁碳相图的组织组成物相图第3章工程材料成型过程中的行为与性能变化掌握概念：冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化1.掌握金属的凝固纯金属的结晶： 由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成：存在有两种方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态：有平面推进、树枝状生长两种；金属结晶过程缺陷的产生：缩孔和

31、 疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶之间的间隙不能被填满，将形成缩孔和疏松等缺陷。合金结晶的特点： 合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起铸件力学性能恶化和 抗腐蚀性能降低。晶粒大小和控制： 控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）2掌握铸造过程中的材料行为及性能变化铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区铸锭结构中主要的缺陷。 缩孔与缩松集中的缩孔：金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。缩松（分散性缩孔）：树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶形成细小而分散的缩孔。 气孔 非金属夹杂物外来非金属夹杂物由 冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁

32、材料等脱落进人铸锭带来；金属部各种化学反应生成，非金属夹杂物很大的脆性，破坏金属晶体的连续性， 促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。 成分偏析枝晶偏析（微观偏析）：局限于一个或几个晶粒尺寸围的偏析。可用扩散退火的方法来消除宏观偏折（或域偏析）：同一铸件中，表面和中心、上层和下层的化学成分也可能存在不均匀，这种 较大尺寸围出现的偏析。消除枝晶偏析：扩散退火或均匀化退火t把有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使固溶体中原子充分扩散以达到成分的均匀化。3掌握冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化冷塑性变形对金属组织与性能的影响冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化4掌握热塑性变形过程中的材料行为

33、及性能变化金属的热加工和冷加工热塑性变形对金属组织和性能的影响第4章 改善材料性能的热处理、合金化及改性1掌握概念：P、S、T、B、MS回、T回、M回、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、正 火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。2掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化钢在加热时的转变（奥氏体的形成）1.）转变温度平衡状态下共析钢：加热超过PSK（ A）时，完全转变为奥氏体，亚共析钢：必须加热到 GS（ As）以上-过共析钢：必须加热到ES线（Acm）以上，才能全部获得奥氏体。2. ）奥氏体的形成： 晶核形成、晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程。3. ）影

34、响奥氏体转变的因素加热温度：提高加热温度，加速了奥氏体的形成。加热速度：加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。.钢中碳含量：碳含量增加时，转变速度加快合金兀素:大部分合余兀素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。 原始组织：片状珠光体奥氏体形核长大快粒状珠光体。、钢的冷却转变（等温冷却）：共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特性1）珠光体类转变 组织：（高温转变区），在A550 C之间表匚2珠光萍割维蝕类捌、形殴温庚及特性弱态特征层片间酚即预度/HRS建察方怯珠 *#(F)粗冲用状>0-4170-250宋氏1+(5)邹片展状0 -0,22SO-3001000相證徹请600S50r托氏#（T）4

35、僭片屋狀<0.22000x电子显徹糧2）贝氏体转变（中温转变）:转变温度：在550 CMs之间,550C350°C上贝氏体半扩散型，Fe不扩散，C原子有一定的扩散能力羽毛状碳化物在F间，韧性差35OC MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F,韧性高，综合机械性能好3）低温转变：（马氏体转变）：温度MsMf,马氏体转变区、钢的冷却转变（连续冷却）00, 1 J IQ Ilf )Q* io- lOf* lfl-时邱共脚N的于熬转变曲醍和*待却转变曲竣的比软JU*题或1）转变产物： 冷却速度V时，钢将转变为M+A残 冷却速度v Vk时，钢将全部转变为 P类 冷却速度 VkV

36、k之间（例如油冷）时：M+A残+T3.掌握钢在回火时的转变1 ）回火目的： 获得所需要的机械性能， 稳定组织和尺寸： 消除应力：2）回火后组织低温回火：150250C，得 M回。目的：降低应力和脆性，保持淬火后的高硬度中温回火：350500 C。回火组织为T回，目的：较高的弹性极限和屈服强度，并有一定的韧性。硬度高温回火：500650Co回火组织：S回，性能特点：保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。用于：各种重要的结构零件调质处理：淬火+高温回火。用于：重要结构件。高速钢：需要进行2-3次回火，使组织充分转变。第5章 常用金属材料及性能基本要求熟悉工业用钢、铸铁的分类和编号方法，从其牌号

37、即可判断其种类、大致化学成分、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织，1.熟悉碳钢:普通碳素结构钢 Q215、Q235等； 优质碳素结构钢20、45、60等；碳素工具钢T8、T10、T12 等。1）熟悉合金钢主要钢种低合金结构钢 Q345（16Mn）、Q420（15MnVN；渗碳钢20Cr、20MnVB20CrM nTi、18Cr2Ni4WA调质钢40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi ;弹簧钢65Mn、50CrV、60Si2M n；轴承钢GCr9、GCr15GCr15Si Mn ;冷模具钢 Cr12MoV;热模具钢 5CrMnMo 5CrNiMo、3C

38、r2W8V低合金刃具钢 9SiCr、CrWMn ;工具钢 T8、T10、T12;高速钢 W18Cr4V ;不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、 1Cr18Ni9Ti ；常用铸铁：HT150 HT250 KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2 等2工业用钢、铸铁的分类、要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织见（表四-1 ）3重点复习题型后桥壳、.要制造轻载齿轮、热锻模具、冷冲压模具、滚动轴承、高速车刀、重载机床床身、传动轴、 量具、弹簧、汽轮机叶片、等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料，及选择对应的热处理方法

39、（淬 火、低温回火、中温回火、高温回火、退火）。 T12 HT300 W18Cr4V GCr15 40Cr 20CrM nTi Cr12MoV 5CrMnMo 9SiCr 1Cr13(11) 60Si2 Mn (12)QT400-15(13) 45 (14)Q235答轻载齿轮量具冷冲压模具/、滚动轴承高速车刀重载机床床 身材料3 45T12Cr12MoV GCr15 W18Cr4V HT300钢种调质钢炭素工冷冲模滚动轴高速工灰铸铁具钢具钢承钢具钢热处 理淬火+高 温回火淬火+低 温回火淬火+中 温回火淬火+低 温回火淬火+高 温回火三次退火.有一个45号钢制的变速箱齿轮， 其加工工序为：下料

40、t锻造t 正火t粗机加工t 调质t 精机加工T高频表面淬火+低温回火T磨加工T成品，试说明其中各热处理工序的工艺、目的及使用状态下的组 织。目的工艺组织正火作为预先热处理改善切削加工性能加热到AC3 + （ 3050C）+保温+空冷S 或 P (F+ FaC)调质在保持较咼 的强度同时，具 有良好的塑性和 韧性。淬火+高温回火S回咼频表 面淬火提咼表面硬度 与咼耐磨性，心部 具有足够塑、韧性。感应加热+水、乳化液喷射淬火+低温回火。淬火后表面为细 隐晶马氏体（极细马氏 体），心部为原始组织。低温回火降低钢的淬火 应力和脆性，同时 保持钢在淬火后的 高硬度（一般为HRC54 64）和耐磨 性。加

41、热150250 C+保温+冷却M回.某型号柴油机的凸轮轴要求凸轮表面有高的硬度（ HR6 50），心部具有良好的韧性（ A >40）原采 用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火， 最后低温回火现因工厂库存的 45钢已用完，只剩下15钢, 拟用15钢代替试说明：原45钢各热处理工序的作用改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？改用15钢后为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺？答：调质处理：获得回火索氏体，以保证工件心部的强度和韧性凸轮表面进行高频淬火：承受弯曲交变载荷或扭转交变载荷，提高耐磨性和承受冲击。低温回火：是为了降低钢的淬火应力和脆性

42、，同时保持钢在淬火后的高硬度（一般为HRC58- 64）和耐磨性。：不能满足性能要求；因为高频淬火适用与中碳钢；中合金钢碳钢；工具钢；不能对低碳钢高频淬 火、因碳量低，表面硬度难以提高。调质（淬火+高温回火）7渗碳T淬火+低温回火第七章 工程设计、制造与材料选择1掌握零件失效与失效类型过量变形失效 ： 材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能 弹性变形失效与选材： 材料力学指标：弹性模量。选材： 易发生弹性变形失效时，应选用具有高弹性模量的材料。 塑性变形失效与选材 ： 材料力学指标 ：屈服强度。 过量蠕变变形失效： 属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点

43、也会缓慢产生塑性 变形。断裂失效： 断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个部分或两个以上部分材料力学指标 ：冲击韧性、断裂韧性。 韧性断裂失效： 零件所受应力大于断裂强度，断裂前产生显著宏观塑性变形的断裂。 低应力脆断： 构件所受名义应力低于屈服极限，在于明显塑性变形的情况下，产生的突然断裂脆断的原因： 低温环境、焊接质量、工作介质、预防低应力脆断的措施。 疲劳断裂失 ：在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂。 蠕变失效与选材表面损伤 ：主要指腐蚀失效及磨损失效、接触疲劳失效 磨损失效： 相互接触的两个零件做相对运动时，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐渐脱落，使表 面状态和尺寸

44、改变而引起的失效。 接触疲劳失效： 两个零件做相对滚动或周期性接触，由于压应力或接触应力的反复作用所引起的表 面疲劳破坏现象。 腐蚀失效 ：金属零件或构件的表面在介质中发生的化学或化学作用而逐渐损坏的现象。2掌握失效的原因（ 1）设计与失效 结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源。 零件的工作条件估计错误（应力计算错误）。 热处理结构工艺性不合理（ 2）选材与热处理 选材不当 ：设计者选定指标不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，材料的的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹

45、层、折叠等宏观缺陷。 热处理工艺不当热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等； 冶金缺陷： 夹杂、成分偏析、不良组织等加工缺陷： 冷加工有刀痕深、粗糙度大、圆角小、精度低；热加工缺陷：回火软化、应力等装配与使用零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。3掌握零件设计中的材料选择选材三原则1）使用性能原则 ，使用性能：力学性能、物理性能、化学性能2）工艺性原则工艺性 - 材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。是一个辅助性原则。3）经济性原则4掌握热处理加工工艺

46、路线中的位置1 热处理在工艺路线中的位置的安排原则1）最终热处理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2）最终热处理可进行不止一次；3）整体淬火和表面淬火在工艺路线中位置相同；4）渗碳与淬火、回火在工艺路线上是近邻的；5）局部渗碳方法不同，工艺不同；6）零件表面软氮化和表面渗硫的减摩处理，渗C后不能进行任何切削处理；7）高精度零件可增加去应力退火，精密零件甚至进行冷处理；8）调质一般放在粗加工之后，半精加工之前。2 热处理在工艺路线中的位置教材表 7.2第八章 常用零件选材1掌握轴类零件选材轴常用材料调质钢（45、）、合金调质钢（40Cr、40MnB）、合金渗碳（20CrMnTi、）、专用氮化钢（38CrMoAIA）、 等机床轴按工作条件分为三类。1）轻载主轴： 低工作载荷小冲击载荷轴颈部位磨损不严重 ，普通车床的主轴。 45 钢、调质或正火 处理，耐磨的部位 高频表面淬火强 化。2）中载主轴： 中等载荷磨损较严重有一定冲击载荷 ，例如铣床主轴。合金调质钢，如 40Cr 钢，经 调质处理，耐磨部位进行表面淬火强化。3）重载主轴 工作载荷大磨损严重冲击载荷都严重 ，组合机床主轴。 20CrMnTi 钢制造，经渗碳、淬 火处理。4）高精度主轴 精密镗床的主轴。一般