工程材料笔记整理

1、工程材料复习笔记整理（重点中的重点）名词解释：1. 强度：抵抗塑性变形和破坏屈服强度：抵抗产生塑性变形抗拉强度：抵抗产生断裂前硬度：抵抗局部塑性变形塑性：产生塑性变形而不破坏的能力韧度：材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的极限能力称为冲击韧度疲劳强度：材料在规定的重复次数或交变应力作用下不致发生断裂的能力2. 再结晶：升高温度，形成新的晶粒，使原来被拉大的晶粒转变为等轴晶粒，完全消除冷变形强化，力学性能恢复到塑性变形前的状态3. 冷变形与热变形：再结晶温度以上进行的塑性变形为热变形，以下的为冷变形4. 巴氏合金：铅基轴承合金5. 下贝氏体，强度、韧度高，有最佳的综合机械性能，理想的强韧化组织，生产

2、中常采用等温淬火获得下贝氏体组组织6. 一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：指从奥氏体中析出的渗碳体三次渗碳体：从 中析出的 称为三次渗碳体共晶渗碳体：莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体7. 纤维组织：热变形使铸态金属的偏析、分布在晶界上的夹杂物和第二相逐渐沿变形方向延展拉长、拉细而形成锻造流线；难以用热处理来消除8. 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。9. 索氏体：在650600温度范围

3、内形成层片较细的珠光体10. 屈氏体：在600550温度范围内形成片层极细的珠光体。11. 马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。12. 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度13. 玻璃钢：玻璃纤维增强塑料称为玻璃钢。玻璃钢具有成本低，工艺简单；强度低，绝缘等特点，它可制造壳体、管道、容器等14. 加工硬化：随变形量的增加，金属的强度大为提高，塑性却有较大降低产生原因：位错密度升高为了继续变形，退火可消除加工硬化15. 调质：调质处理后钢获得回火索氏体组织，其性能特点是具有较高的综合力学性能16. 铁素体：（或F）碳原子溶于-Fe形成的间隙固溶体 性能：固溶强化不明显，强度，硬度低，

4、塑性韧性高17. 奥氏体：（或A） 碳原子溶于-Fe形成的间隙固溶体 性能：高塑性,是理想的锻造组织18. 渗碳体：（Fe3C）由12个铁原子和4个碳原子组成的具有复杂晶体结构间隙化合物 性能：高硬度、高脆性、低强度19. 珠光体：（P）铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体，它具有较高的综合力学性能的特点20. 莱氏体Ld 或Ld：组织： Ld： Fe3C（Fe3C+Fe3C） Ld: Fe3C（ Fe3C+Fe3C ） P 机械化合物，性能： 高硬度 、高脆性。21. 陶瓷材料：除了金属材料和有机物以外的其它固体材料都属于无机材料，亦称为陶瓷材料。它具有很高的硬度和高温强度，耐蚀、导电能力在很大

5、范围内变化，但脆性大，抗震性较差22. 金渗碳钢：合金渗碳钢的成分特点是低碳（<0.25%C），含有Cr、Ni、Mn、B以提高淬透性，Cr、Mo、V、Ti以细化晶粒。其性能特点是有较高的冲击韧性，渗碳淬火后表层有较高硬度和耐磨性23. 复合材料：由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成的材料称为复合材料；由增强材料和基体材料组成。性能特点：优良性能：比强度和比模量高，疲劳强度高，减振性好，断裂安全性也较好；高温性能良好；减振性良好。缺点：抗冲击性较差，横向强度较低（成分较高）24. 过冷奥氏体：通常将在临界点以下尚未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体25. 淬透性：钢在淬火

6、条件下得到M组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。它主要取决于钢中合金元素，合金元素的种类和含量越高，钢的淬透性越高26. 淬硬性： 淬硬能力，钢正常淬火后达到的最高硬度；它主要取决于钢中含碳量，碳含量越高，钢的淬硬性越高。27. 表面淬火：将金属零件表层快速加热到奥氏体化温度，而心部没有相变，然后快速冷却，表层获得马氏体，而心部仍保持原始组织（S回），达到“表硬心韧”的工艺。28. 离子渗入：利用阴极（工件）和阳极间的辉光放电产生的等离子轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发生变化的热处理工艺。性能：高硬度、高耐磨性、高韧度和疲劳强度，效率高，节能，无污染；缺点：设备贵，工艺成本高29.

7、 结晶：材料由液体凝固成晶体的过程称为结晶（2.5分）一般说来结晶过冷度越大，金属结晶后的组织越细，强韧性越高。30. 合金钢：合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些合金元素而得到的多元铁基合金铝合金按其工艺方法可分为形变铝合金和铸造铝合金。实际晶体的线缺陷表现为位错五种强化：1.固溶强化：溶质原子溶入固溶体中，会使溶剂晶格产生 畸变 ，使金属的 强度、硬度 提高，这种现象称为固溶强化。固溶强化是通过产生晶格畸变，使位错运动阻力增大来强化合金2.第二相强化：将固溶体作为基体相，以金属间化合物作为强化相（第二相），来进一步提高材料的韧度，这种方法称为第二相强化；利用金属化合物本身的高强度和硬度来

8、强化合金。3.细晶强化：晶粒越细小，金属的强度和硬度却高，同时塑性越好、韧度越高；通过细化晶粒提高金属的强度和韧度的方法称为细晶强化4.形变强化：冷塑性变形会使得金属的性能发生明显变化，即随变形量的增加，金属的强度打为提高，塑性却有较大降低，这种现象称为加工硬化，也称形变强化，通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；原因：位错密度不断升高，导致变形胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，于是使金属的变形抗力显著升高所致。5.简答题：1. 晶体缺陷对实际金属的力学性能有何影响？实际金属中晶体缺陷有点缺陷，线缺陷和面缺陷（1分），前两者越多，其强度、硬度越高

9、，塑性韧性越低（2分），面缺陷越多，实际金属的强韧性越高2. 什么是高分子材料？工程上常用的高分子材料有哪几类？分子量高于1000的材料称为高分子材料（2分）工程上常用的高分子材料有塑料、橡胶和粘接剂3. 简述合金调质钢的成分特点，性能特点及主要应用。合金调质钢的成分特点是中碳（ 0.250.5%），（1分）含有Cr、Ni、 Mn、 B以提高淬透性（1分）Cr、Mo、 W、V以细化晶粒（1分）其性能特点是具有较高的综合力学性能（1分），主要用于轴杆类零件4. 随着钢中含碳量增多，亚共析钢的性能有何变化规律？随着钢中含碳量增多，亚共析钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降综合题：1. 试就下列问题比

10、较20Cr和9SiCr：（1）两种钢各属于哪类钢？主要应用是什么？20Cr钢属于渗碳钢（1分），主要用于渗碳零件（1分，写具体零件亦可）；9SiCr属于工具钢（1分），主要用于刀具（2）在正常的热处理条件下，试比较它们的淬透性和淬硬性，并说明原因。9SiCr的淬透性和淬硬性都比20Cr高（2分），因为淬透性主要取决于钢中合金元素含量（1分），淬硬性主要取决于钢中含碳量（1分），9SiCr的合金元素含量和含碳量都比20Cr高，所以两者都比20Cr高2. 某机床变速箱齿轮选用40Cr钢制造，而某汽车齿轮选用20CrMnTi钢制造。请回答下列问题： （1）为什么两种齿轮选材不同？（1）因为机床齿轮工

11、作较平稳，性能要求相对较低，而汽车变速箱齿轮，冲击较大，性能要求较高，所以选材和热处理不同 （2）上述两种齿轮各应采用什么最终热处理？（2）20Cr Mn Ti齿轮采用渗碳，淬火+低温回火（2分）；40Cr齿轮采用调质淬火+低温回火 （3）两种齿轮经过热处理后，在力学性能和经济性方面有何区别？经热处理以后，20Cr Mn Ti 齿轮比40Cr齿轮的冲击韧性和耐磨性都高（2分），但材料及热处理的成本，也更高绪论：金属有好的导电性，导热性、高强度、高的塑性与韧性，有金属光泽；陶瓷材料 硬度高、脆性大、耐高温、耐腐蚀且大多是电的绝缘材料； 高分子材料 塑韧度高、比强度高、强度硬度低、耐腐蚀，多数不导

12、电的；复合材料 通常兼具组成材料的综合性能。第一章：工程材料的组织及性能缺陷：点缺陷：原子在热运动过程中具有很高的震动能量而不能保持在其平衡位置上线缺陷：位错、螺旋错位、面缺陷：晶界 点缺陷造成晶格畸变,使晶体内部能量升高，材料的强度、硬度、 电阻率升高。 强化金属的途径： a.减少晶体缺陷接近理想状态，如单晶，晶须 b.增加晶体缺陷，如淬火，冷加工非晶态合金：由两种或两种以上的元素（称为组元）组成的具有金属性质的物质称为合金。 两个组元组成的称二元合金。三个组元称三元合金。三个以上称多元合金.固溶体的性能固溶强化：溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高的现象。第二章：金属材料的凝固及相

13、变过冷度与冷却速度的关系：金属结晶的冷却速度越大，则过冷度越大，结晶后晶粒 越细 ，强韧性 越高。晶核的形成：当液态金属过冷到一定温度，一些尺寸较大的原子团开始变得稳定成为结晶核心，称为晶核，其过程 称为形核。晶粒细化：形核率N ，长大速度 G ；细化晶粒的方法：1、增加过冷度提高冷却速度 2、变质处理（孕育处理） 3、振动处理匀晶相图：两组元液态、固态都无限互溶的二元合金系所形成的相图。匀晶转变：结晶时从液相结晶出固溶体，固态下呈单相固溶体的结晶过程。共晶相图：两组元在液态下互溶，当冷却到某个温度时同时结晶出两种成分不同的固相，具有这种转变的相图，称为共晶相图。 1液态变为2固态共析相图：1

14、液态变为2固态问题来了：试分析T12钢结晶过程，并计算其组织相对量。 T12钢的结晶过程：LL+AAA+Fe3C P+Fe3C （2分）（即为合金相图中的组织转变）组织相对量：P=(6.69-1.2)/( 6.69-0.77)×100%=92.2% Fe3C=(1.2-0.77)/(6.69-1.2)×100% =7.8% (2分)第三章：铁碳合金相图及碳钢 画 P43 44 45图铁碳合金组织性能：铁碳合金的平衡组织由铁素体和渗碳体组成随着合金中合碳量升高，铁碳合金的铁素体相对量减少，渗碳体相对量增多铁碳合金的基本相： 固溶体 a.  铁素体（或F）体

15、心立方晶格 b. 奥氏体（或A）面心立方晶格 金属化合物渗碳体 混合物: a.珠光体（P）成分： 含碳0.77 组织:F（88%）Fe3C 机械混合物，复相组织，片层状结构 性能:综合力学性能高b.莱氏体Ld 或Ld 成分： 含 4.3 碳 总结：铁碳合金在室温下由 F Fe3C两个相组成，随含碳量由0增加到6.69,F相对量由100减少到0，Fe3C由0增加到100。其组织变化顺为:FF+PPP+ Fe3C P Fe3C Ld Ld LdFe3CFe3C典型铁碳合金的结晶过程工业纯铁; w(c)<0.0218钢：亚共析钢0.218-0.77 L-L+A-A-A+F-F+P(F+Fe3C

16、)共析钢 0.77 L-L+A-A-P(F+Fe3C)过共析钢 0.77-2.11 L-L+A-A-A+ Fe3C-P+ Fe3C铸铁：亚共晶白口铸铁 2.11-4.30 L-L+A- Ld (Fe3C+A)- Ld(Fe3C+P) 共晶白口铸铁 4.30 L-Ld（Fe3C+A）- Ld(Fe3C+P) 过共晶白口铸铁 4.30-6.69 L-L+ Fe3C- Ld(Fe3C+A)- Ld(Fe3C+P)三个重要转变：共晶转变（ECF线）：LA+Fe3C L+共析转变（PSK线）：AF+ Fe3C +二次渗碳体的析出（ES线）铁碳合金相图的应用1、为钢铁零件选材:需要塑性、韧性好的，应选用w

17、c<0.25%的低碳钢。 需要强度、塑韧性兼顾的材料，应选用wc=0.30%-0.55%范围内的中碳钢。 需要硬度高，耐磨的材料，选用wc=0.70%-1.2%范围内的高碳钢。共晶成分区附近，铸造性最好，适合做铸件碳素钢：钢： 碳钢（含碳量 2.11 FeC合金) 合金钢（碳钢+合金元素熔炼而成的钢）杂质元素对碳钢组织和性能的影响：硅和锰是钢中的有益元素，硅溶入铁元素中，起固溶强化的作用；锰大部分溶于铁素体中形成固溶体,小部分形成合金渗碳体。Mn具有一定的脱氧和脱硫能力，能去除钢中的FeO,同时减轻硫的有害影响。硫和磷是钢中的有害元素，S以FeS的形式存在于钢中，FeS与Fe形成（Fe+

18、FeS）共晶，其熔点仅985，硫使钢材塑性下降，这种现象称为热脆性，因此，钢中含硫量均0.05，常加入锰来降低有害作用；磷，在钢中能溶于铁素体，固溶强化效果很强，而使塑韧性急剧降低，在冷塑性变形（如板冲压）产生脆裂，使钢的脆性增加，发生冷脆性，钢中含磷量均0.045。碳钢的分类：按含碳量：低碳钢：C%0.25%；中碳钢：C%=0.250.60%；高碳钢：C%0.60%。按质量（S、P的含量）分：普通碳素钢：WS 0.055%, WP 0.045% ；优质碳素钢: WS 0.040%, WP 0.040% ；高级优质碳素钢: WS 0.030%, WP 0.035% 。按用途分：碳素结构钢：制造

19、工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件等） 及机器零件（如齿轮、轴、连杆、螺钉等）； 碳素工具钢：制造各种刃具、量具、模具等 ，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。碳钢的编号和用途：普通结构钢：低碳（大多小于0.2%）、低纯度，具有较高的韧度及具有良好的塑性、焊接性能。 优质碳素结构钢：主要用于制造机器零件，需要经过热处理以提高力学性能牌号：用两位数字表示平均含碳量的万分之几。例：45钢为0.45% C08、10钢强度低，塑性好，易于冲压与焊接，一般用于制造受力不打的零件15、20、25钢经过渗碳处理后，可以用来制作表面要求耐磨、耐腐蚀的机械零件如小轴，销子30、35、40、45钢性能和切

20、削性能均较好，可用于制造受力较大的零件如主轴55、60、65、70、75钢有较高的强度、弹性和耐磨性，主要用于制造凸轮、车轮、板簧碳素工具钢：经过热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度；主要用于制造尺寸较小要求耐磨性高的量具、刃具、模具等。牌号：T+数字 （数字表示平均含碳量的千分之几T为“碳”的汉语拼音字首，）例：T8优质碳素工具钢 ，T8A 高级优质碳素工具钢铸造碳钢：一般需要正火或时效处理，主要应用于制造大型机械某些形状复杂，用锻造方法难以生产的力学性能要求较高的零部件，铸造性比铸铁差。ZG + 两组数字例：ZG200-400第一组数字为屈服强度200 MPa，第二组数字为抗拉强度400M

21、Pa。第四章;金属成型金属的塑性变形过程：塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行了影响多晶体金属塑性变形的两个主要因素是晶界和晶粒位向热变形对金属组织与性能的影响：改善铸态组织缺陷；形成纤维组织；形成带状组织（不利）铸件的组织缺陷: 缩孔、缩松、气孔和杂质等。缩孔和缩松等铸造缺陷发生在凝固收缩阶段。第五章：钢的热处理原理碳钢的临界温度钢加热和冷却发生或完成相变的温度平衡临界温度：A1、 A3、Acm 加热临界温度：Ac1、Ac3、Accm冷却临界温度：Ar1、Ar3、Arcm奥氏体的形成：第一阶段：奥氏体的形核第二阶段：奥氏体的长大；第三阶段：残余渗碳体的溶解；第四阶段：奥氏体成分的均匀化。晶

22、粒越粗大，材料力学性能越低。影响奥氏体晶粒长大的因素：加热温度和保温时间：提高和延长有利于原子的扩散，促进奥氏体形成和晶粒长大。加热速度：提高加热速度有利于细化奥氏体晶粒。与冷却是加大冷却速度可以细化晶粒原理一样。钢的化学成分：钢中含碳量增多，原子结合力降低，碳原子的扩散能力，奥氏体形成速度； Mn,P元素除外，大多数合金元素阻碍钢中Fe.C原子扩散，减慢奥氏体形成和晶粒长大。 锰和磷促进晶粒长大根据共析钢过冷奥氏体在不同温度区域内转变产物和特性的不同，可分为：高温转变区-珠光体型转变: 发生在A1550，过冷奥氏体转变成铁素体Fe3C的片状混合物（即珠光体型组织 可分为珠光体P，索氏体S和托

23、氏体T，仅片层粗细不同，片层距离越小，塑性变形的抵抗力越大，强度硬度越高； 性能:综合力学性能高，转变温度降低，F 与 Fe3C片间距变小，强度增大；可由退火获得。中温转变区-贝氏体B型转变:过冷奥氏体在550Ms点温度范围内等温保温时，转变为贝氏体，由饱和碳的铁素体与弥散分布的渗碳体组成的非两相组织上贝氏体，容易脆性断裂，强度、韧度较低，基本上无应用价值下贝氏体，强度、韧度高，综合力学性能好，理想的强韧化组织，生产中常采用等温淬火获得下贝氏体组组织；低温转变区-马氏体M型转变：奥氏体自A1以上温度快速冷却到Ms温度一下，则发生奥氏体转变；组织：碳在aFe 中的过饱和固溶体称为马氏体性能：可分

24、为低碳板条状马氏体又称位错马氏体，板条状马氏体中过饱和度小，保持较高的强韧度，和高碳片状马氏体又称孪晶马氏体，具有高硬度、低塑韧性、低强度；马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变，即固溶强化。马氏体具有高硬度，高强度，马氏体的强度硬度随碳质量增多而升高，塑性和韧度随碳质量增多而急剧降低；马氏体转变的特点：高速转变与无扩散共格切变性； Ms、Mf点的温度主要取决于奥氏体的含碳量，与冷却速度无关；转变不完全性：有 A，残余奥氏体量随奥氏体中含碳量的增加而增加。残余奥氏体A的存在会改变钢的性能，并使工件尺寸发生变化 影响淬火钢的硬度； 影响工件尺寸的长期稳定性；为了消除残余奥氏体，在淬火冷却到

25、室温后，随即放到零下温度的冷却介质中冷却，最大限度的消除残余奥氏体，达到增加硬度，耐磨度与稳定尺寸的目的，这中处理称为冷处理。过冷奥氏体等温冷却转变曲线C曲线：P75过冷奥氏体连续冷却转变曲线CCT曲线：P75 影响过冷奥氏体转变曲线的因素：含碳量的影响：随含碳量的增加，亚共析钢的C曲线右移，过共析钢的C曲线左移，即共析钢的过冷奥氏体在碳钢中最稳定合金元素的影响：除Co外，所有金属元素加入奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右下移钢的奥氏体化程度：钢的奥氏体化越均匀，晶粒越粗大，过冷奥氏体越稳定，使C曲线右下移加热温度和保温时间的影响：T，, C曲线右移。问题来了：热处理温度过高，会造成

26、金属零件 A、B、D 。A. 氧化脱碳严重 B. 晶粒粗大C.晶粒破碎D. 热应力增大 E. 可塑性增大第六章：钢的整体热处理：退火和正火（预先热处理）用于消除毛坯中的缺陷改善工艺性能、改善钢的力学性能；淬火、回火以及表面热处理（最终热处理）热处理可分为三大类：普通热处理：退火、正火、淬火、回火 表面热处理：表面淬火和表面化学热处理 其它热处理退火:将钢加热到预定温度，保温后缓慢冷却（炉冷），获得接近平衡组织的热处理工艺。完全退火：把亚共析钢加热到Ac3以上30-50，保温一定时间，用于亚共析钢，得到的组织是铁素体+珠光体目的：完全退火，借助完全重结晶过程，可使铸造或锻造造成的粗大、不均匀的组

27、织均匀化和细化，提高 性能，降低硬度，消除内应力。完全A化，缺点：周期很长，成本高。适用：亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材球化退火：将过共析钢和共析钢加热至Ac1以上20-30，保温一定时间后随炉冷至室温，退火后的组织是球状珠光体。 目的：球化碳化物，消除应力，细化晶粒，降低硬度，改善切削性能，并为以后的淬火组织做准备。 适用：高碳钢，（过共析钢、共析钢） ，（主要适用于工具钢） 过共析钢不能进行完全退火，因为完全退火会使组织中出现粗片状珠光体和网状渗碳体，增加了硬 度和脆性，降低切削加工性能。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以 降低硬度，均匀组织、改善切

28、削加工性。等温退火：将钢加热到高于Ac3的温度保温适当时间，再较快的冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体等温转变，后缓慢冷却。完全A化，特点：周期短，成本低 目的：与完全退火相同去应力退火：消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷加工在工件中造成的残留内应力而进行低温退火。过共析钢的退火组织是 P+Fe3C正火：将工件加热到Ac3或Accm以上3080，保温后从炉中取出在空气中冷却。 正火后的组织：亚共析钢为铁素体+索氏体 ；共析钢为索氏体；过共析钢为索氏体。目的（应用）：1.消除零件应力，细化晶粒，改善低碳钢的切削性能 2.用于工具钢球化退火前消除网状渗碳体；3.用于一般性能要求的

29、零件的最终热处理。改善切削性能 ：低中碳钢可以通过正火来改善，高碳钢和工具钢应采用退火来降低硬度 正火与退火的比较：退火是加热保温炉冷，正火是加热保温空冷，正火比退火的冷却速度快。主要差别在于正火的冷却速度快些，退火得到的是珠光体，正火得到的是索氏体，正火后的强度和硬度比正火高。正火和退火的选择：从切削性能：低中碳钢可以通过正火来改善，高碳钢和工具钢应采用退火来降低硬度，改善切削性能 性使用性能：如随后不再进行淬火和回火则选择正火来提高力学性能，否则选退火可以减小淬火变形和开裂的倾向。从经济上：正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑以正火代替退火。淬火：把钢加

30、热-保温-快冷使零件硬化的热处理，钢淬火后的组织主要是马氏体，（或者下贝氏体），淬火是钢最重要的强化方法，钢通过随后的回火可以获得各种所需的性能。淬火后的零件必须进行回火才能使用淬火温度的选择：目的是为了获得均匀细小的奥氏体晶粒以便获得细小的马氏体 亚共析钢加热到Ac3以上30-50；过共析钢加热到Ac1以上30-50；为什么亚共析钢要进行完全淬火：完全退火得到完全马氏体，不完全退火马氏体组织中有铁素体出现，使钢的硬度降低。为什么过共析钢只能进行不完全淬火：完全退火马氏体含碳量过高，易开裂和形成大量残余奥氏体；不完全淬火：有细小弥散渗碳体残余，奥氏体含碳量低，因而淬火时不易开裂，且残余渗碳体量

31、少，有利于钢的硬度和耐磨性。淬火应力热应力：工件加热和冷却过程中，由于不同部位的温度不同，导致热胀冷缩的不一致而产生的内应力；组织应力：工件冷却时，由于温差造成不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。常用淬火方法：1.单液淬火：优点：工艺简单，操作方便。缺点：淬火应力大，工件易变形。适用：形状简单的中、低碳钢工件。2.双液淬火：水淬油冷或油淬空冷优点：大大减小工件的淬火应力和变形开裂倾向。缺点：操作难度较高。适用：小批量3.分级淬火：加热零件先在Ms点附近介质中冷却,再取出空冷优点：操作简单。可有效防止应力、减少工件变形和开裂。缺点：需要盐浴炉适用：小工件大批量。4.等温淬火：在贝氏体转变区的

32、介质中冷却，得到贝氏体组织目的：得到B下优缺点：同分级淬火，也需要盐浴炉。适用：需要高强韧性的小工件。淬透性与淬硬性：淬透性：影响钢淬透性的因素：主要与其临界冷却速度（C曲线的位置，C曲线位置右移，淬火临界冷却速度Vk减小，淬透性提高淬硬性：淬火钢的回火：目的：1.消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂、提高强韧性； 2.稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能； 3.通过不同的回火方法，来改善和调整性能。 4.消除残余奥氏体回火过程的性能变化：随着回火温度升高,淬火钢的强度,硬度下降,塑性升高,韧性呈升高趋势,但中间出现两次下降（回火脆性）。回火的应用：低温回火：目的是降低零件的

33、淬火应力和脆性，保持高硬度和高耐磨性，主要用于各种齿轮、刃具、量具、冷冲压模具、滚动轴承和渗碳工件。中温回火：主要用于弹簧等高温回火：回火索氏体综合力学性能最好淬火+高温回火称为调质处理。问题来了：在下列零件中，需要进行淬火+低温回火的有 A、B、C 。A. 变速齿轮 B. 滚动轴承 C. 冷作模具 D. 热作模具 E. 推土机铲刀第七章：材料的表面改性处理表面淬火：依据加热方式不同可分为感应加热表面淬火，火焰加热表面脆，高能束加热表面淬火等。适用：中碳钢和中碳合金钢组织：表层：中碳回火M 心部：回火S（调质组织）性能：中等硬度感应加热表面淬火的淬硬深度,主要决定于因素 感应电流的频率表面淬火

34、零件的加工工艺路线表面化学热处理：主要作用：1）提高工件表层硬度、耐磨性与疲劳强度，使心部在具有 一定强度的情况下，有足够的塑性和韧性。 如渗碳、氮化、氰化（碳、氮共渗）等；2）提高工件的表层的耐腐蚀性，如氮化、渗硅等；3）提高工件表层的抗氧化性，如渗铝、渗铬等。化学热处理的基本过程：加热、分解、吸收、扩散渗碳：适用：只适用低碳钢和低碳合金钢 常用的方法有气体渗碳和固体渗碳气体渗碳生产效率高，过程可控制，渗层质量好 为了满足零件表面高硬度、耐磨性，而心部高韧度的要求，渗碳后，一定要进行淬火与150-200低温回火处理。性能：高硬度、耐磨性，高韧性工艺路线：锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火精磨渗

35、碳后的热处理：直接淬火：只适用于本质细晶粒钢，适用于性能要求不高的工件（由于渗碳温度高，淬火后M粗大）一次淬火：二次淬火：对力学性能要求很高或本质粗晶粒钢渗氮：适用：常用于中碳低合金钢，主要用于受冲击力小的、耐磨性和精度都要求高的零件性能：与其他表面热处理，渗氮具有很高的硬度、耐磨性和内热性，有很高的耐蚀性工艺路线：锻造正火（或退火）粗加工调质精加工（消除应力退火）渗氮精磨或研磨调质目的：改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织，保证较高的强度和韧度渗氮处理后的组织：表层：Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN等氮化物 心部 : 回火索氏体碳氮共渗：固体、液体、气体碳氮共渗，高中低温碳氮

36、共渗 1.中温气体碳氮共渗：常用于处理低，中碳钢和合金钢制造的各种齿轮，蜗轮蜗杆和轴类零件。碳氮共渗后还需进行淬火和低温回火。组织：表层为含碳氮的回火马氏体，有较高的硬度；心部为低碳或中碳马氏体或非马氏体组织，具有一定的强度和热度与渗碳相比：加热温度低，零件变形小，渗层的硬度和耐磨性、疲劳强度较高工艺路线：同渗碳2.低温气体碳氮共渗：主要以渗碳为主，性能：提高钢的耐磨性、疲劳强度；性能低于氮化，但生产周期短离子渗入选 材相关热处理组 织性 能表面淬火中碳钢（调质钢）调质-表面淬火+低温回火表层：回火马氏体心部：回火索氏体硬度、耐磨性、较差渗碳低碳钢（渗碳钢）渗碳淬火+低温回火表层：回火马氏体+

37、碳化物心部：低碳回火马氏体硬度，耐磨性较好第八章：合金钢结构钢牌号表示：1）碳素结构钢 a.普通碳素结构钢 Q×××（Q表示屈服强度，×表示屈服强度值） 例：Q195Q275 b. 优质碳素碳钢 以“钢中平均含碳量的万分数”编号 例： 0.40C的钢， 牌号为 40钢2）合金结构钢 “钢中平均含碳量的万分数 + Me符号及含量的百分数 + ” Me含量的标注： 1.5 不标出，1.52.4标2， 2.5-3.4标3, 例：40Cr、38CrMoAl、60Si2Mn 高级优质钢在后面标Aa、碳素工具钢 T+钢中平均含碳量的千分数（高级优质+A)例：T12；

38、T10A b、合金工具钢和不锈钢 钢中平均含碳量的千分数（1位数）+Me符号及含量的百分数+ 钢中含碳量1.0不标数字，Me含量的标注同合金结构钢 例外：高速钢（W18Cr4V：含碳量0.70.8%，但不标含碳量；不锈钢的含Cr13%) 。 例：9SiCr CrWMn. Cr13（不锈钢，含Cr量13） Summary 钢号前有两个位数为结构钢， 如 40Cr，38CrMoAl 钢号前有一个位数或没有数且 13Cr是工具钢， 如 9SiCr,CrWMn,W18Cr4V 13Cr是不锈钢 如 2Cr13,1Cr18Ni9 合金元素对钢性能的影响（合金钢强化的原因）： a.固溶强化； b.第二相强

39、化（合金渗碳体，合金化合物） c.细化晶化 （碳化物阻碍奥氏体晶粒长大）提高钢的强韧性合金元素对热处理过程的影响：1、对钢的加热转变的影响：加热（奥氏体化）：形成高稳定性合金碳化物，阻碍Fe、C原子扩散，减缓奥氏体的形成； Me使钢的相变临界点升高；Ti、V、W、Mo、Cr碳化物弥散分布，阻碍奥氏体晶粒长大，即细化晶粒2、对钢的冷却转变的影响：除Co外，当Me溶入奥氏体中，使“C曲线”右下移，甚至变形分离，淬透性提高。3、合金元素对马氏体转变的影响：除Co、Al外，大部分Me使Ms¯ ，A ­。4、合金元素对回火转变的影响：提高淬火钢回火稳定性；产生二次硬化现象；消除第二类

40、回火脆性：Mo、W工程结构用钢机器结构用钢：渗碳钢：都是低碳钢成分：合金渗碳钢的成分特点是低碳（<0.25%C），含有Cr、Ni、Mn、B以提高淬透性，Cr、Mo、V、Ti以细化晶粒。性能：有较高的冲击韧性，渗碳淬火后表层有较高硬度和耐磨性。用途：制造动力机械的传动齿轮、凸轮轴、活塞等。(典型零件：汽车、拖拉机变速齿轮)热处理：渗碳+淬火+低温回火常用渗碳钢：低淬透性渗碳钢：淬透性低，心部强度较低；中淬透性渗碳钢：淬透性较高，过热敏感性较小，具有良好的力学性能和工艺性能高淬透性渗碳钢：淬透性高，有较高的热度和低温冲击韧度。调质钢：中碳钢淬火+高温回火，获得回火索氏体组织；常用牌号： 45

41、、40Cr、35CrMo、38CrMoAl成分：中碳；合金元素：Cr、Ni、Mn、Si 提高淬透性和强韧性；Mo减轻或抑制第二类回火脆性 Al加速氮化过程、提高渗氮层硬度和耐磨性性能：良好的综合力学性能热处理：立体弹簧钢：性能：高弹性几件，高疲劳强度和适度的塑性和韧度成分：中碳钢或刚碳钢、低合金钢；热处理：典型零件：60Si2Mn汽车板弹簧 ：扁钢剪断加热成型淬火中温回火（T回）喷丸滚动轴承钢：性能：高而均匀的硬度，高耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的热性和淬透性，有一定的抗蚀能力成分：高碳0.95-1.15C（为了获得高强度和硬度、耐磨性）；0.4-1.65Cr（为了提高淬透性，提高

42、回火稳定性和耐蚀性）Si和Mn以适于制造大型轴承热处理：锻压®球化退火®机加工®淬火、低温回火®磨加工®成品 （预先热处理） （最终热处理） ¯ ¯ 降低硬度 淬火：830(GCr15)，保护气氛 获得F+细小粒状(球状）碳化物 防氧化、脱碳； 回火：150170 组织：回火马氏体粒状碳化物A若要精密：淬火+冷处理+低温回火A，保证尺寸稳定性易切削钢：Y12Y30、Y40Mn、T10Pb、Y40CrSCa性能：在高速切削下易断屑、切削阻力小、表面质量好 成分：加入元素：S（切屑易断；减摩、润滑）、P （溶于F使之变脆 切屑易

43、断）、 Pb（破坏连续性，减摩 ）、Ca（减摩 润滑）等，提高刀具寿命工具钢：性能：（四高）高硬度、高耐磨性、高热硬性、高淬透性、高淬硬性、一定强韧度成分:（三高）含碳量高：提高淬硬性，硬度、耐磨性和红硬性 合金元素含量高：提高硬度和耐磨性，高温稳定性 纯度高：都属于高级优质钢；提高强韧度常用工具钢： 1.碳素工具钢：成分：高碳，一般为过共析钢热处理：锻造球化退火机加工淬火+低温回火精磨 球化退火：消除应力，改善切削加工性能 淬火+低温回火：得到M回+Cm+A，保证高硬度，6064HRC 2.低合金工具钢：成分：高碳 ：0.9%1.1%C，保证高硬度和高耐磨性。低合金含量（总量<

44、;5）热处理：锻造球化退火机加工淬火+低温回火（M回+K+A）精磨高速钢：性能：高的淬透性（锋钢），良好的热硬性（5600C），高硬度(HRC65)，高耐磨性成分： 高碳：0.70%0.8%C 合金元素：Cr、W、Mo、V等 热处理：锻造8608800C球化退火机加工8400C预热12700C加热保温 6000C分级淬火+5600C三次回火磨退火：消除应力、降低硬度、为随后的淬火处理提供较好的原始显微组织。 淬火：800840预热减少变形，防止开裂淬火加热温度：12701280，使合金元素充分固溶于A中 ，以保证高速钢的热硬性及回火稳定性。若温度过高，奥氏体晶粒将迅速长大回火： 5600C，目

45、的产生“二次硬化” 使A´ M(二次淬火) 沉淀析出W2C,VC(弥散硬化) 回火三次 ：消除残余奥氏体,使碳化物溶入基体（最后获得组织：M回+Cm+ A´）冷作模具钢：性能：高硬度高耐磨性，足够的韧度和疲劳抗力，热处理变形小热作模具钢：热锻模具钢5CrNiMo; 热挤压模具钢4Cr5MoSiV1压铸模具钢3Cr2W8V;性能：高的热硬性和高温耐磨性； 高的热强性和足够的韧性; 良好的淬透性和导热性最终热处理工艺应该淬火+高温回火量具钢：性能：高硬度，高耐磨性，稳定尺寸，良好的切削加工性能组织：回火马氏体特殊性能钢：不锈钢1Cr13 、1Cr18Ni9Ti耐热钢4Cr9Si

46、2耐磨钢ZGMn13耐热钢：在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢 第九章：铸铁铸铁：1、按碳的存在形式分 (1) 白口铸铁：碳全部或大部分以渗碳体形式存在,低强度，高硬度高耐磨性高脆性 (2) 灰口铸铁：含碳量2.06%，碳除少量溶于铁素体中，其余大部分以Fe3C形式存在的铸铁材料 (3) 麻口铸铁：碳以渗碳体形式存在，又以游离形式存在2、灰口铸铁按石墨的形态分类 (1) 灰铸铁：石墨呈片状 (2) 可锻铸铁：石墨呈团絮状 (3) 球墨铸铁：石墨呈球状 (4) 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 铸铁中碳有二种存在形式：Fe3C，G（石墨）灰口铸铁：灰口铸铁的性能主要取决于石墨的 形态和分布 ，工业上把

47、片状石墨的铸铁成为 灰铸铁 1 力学性能比钢差,尤其塑性和韧性较差。 耐磨性能好（减磨）； 消振性能好； 铸造性能好； 切削性能好；(6) 切口敏感性低常用灰口铸铁：灰铸铁HT球墨铸铁QT：性能：球化后 强度、塑性、韧性优于其他所有灰口铸铁耐磨、消震、易切削、铸造、 缺口不敏感可锻铸铁KT：性能：性能优于灰铸铁接近于球墨铸铁，常用于制造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁 小型零件。 渗碳钢：20Cr、15Mn2、20MnV、20CrMnTi20CrMnMo20MnVB 、20CrNi3 调质钢：45、40Cr 、35CrMo、38CrMoAl 弹簧钢：65、65Mn、60Si2Mn、 50CrVA热

48、模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo 滚动轴承钢: GCr15 (G +含 Cr量的千倍) ；GCr15SiMn (Si、Mn提高淬透性，用于大型轴承)合金工具钢：9Mn2V、CrWMn 不锈钢：4Cr13、1Cr18Ni9Ti低合金工具钢: 9SiCr、CrWMn高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2预硬型塑料模具钢： P20( 3Cr2Mo)、718专用塑料模具钢耐热钢4Cr9Si2. 4Cr10Si2Mo（马氏体）；12CrMo. 12Cr1MoV（珠光体）；1Cr18Ni9，OCr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti（最）耐磨钢ZGMn13冷作模具钢：Cr12， Cr12MoV

49、热作模具钢：5CrNiMo; 4Cr5MoSiV1; 3Cr2W8V、5CrMnMo奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti；OCr18Ni9 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti马氏体不锈钢：1Cr13. 2Cr13 代替结构钢；3Cr13. 4Cr13.代替工具钢铁素体不锈钢：Cr17-Cr30型适合制造齿轮：20CrMnTi、45、40Cr第十章非铁金属材料：铜合金：黄铜:CuZn 牌号：H+铜含量 例如H90；白铜: CuNi 牌号：B+Ni的质量分数 例如B19 为19%Ni的普通白铜 BMn3-12表示Ni为3%、Mn为12%、Cu为85%的锰白铜；青铜: 除黄铜和白铜外的所有铜合金，牌号：Q+主加元素符号及质量分数，例如：QSn6.5-0.4为Sn为6.5%，P为0.4%，其余为Cu的锡青铜；ZcuSn10Pb1表示铸造锡青铜，sn为1