机械工程材料总复习资料

机械工程材料复习机械工程材料复习第一部分 基本知识一、概述以“材料的化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→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：⒈材料的性能：①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） ；②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。⒉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）→各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。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的合金。⒊材料的组织结构与性能⑴。结晶组织与性能： F、P、A、Fe3C、Ld；Page1of33机械工程材料复习）平衡结晶组织平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。Page2of33机械工程材料复习2）成分、组织对性能的影响①硬度

的相对量。②抗拉强度

值显著下降。③钢的塑性3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；呈层片状分布于基体上 ：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。⑵。塑性变形组织与性能机械工程材料复习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， 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；残余内应力。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。电阻和内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↑，性能完全恢复到变形前的水平。⑶。热处理组织与性能贝氏体的机械性能：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。马氏体的形态及机械性能①．板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量＜ 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。②．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；③．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。Page4of33机械工程材料复习④．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。⑤合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。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保持高硬度，降低脆性及残低温回火150~250回火M（M’余应力，用于工模具钢，表）过饱和＋碳化物(FexC)面淬火及渗碳淬火件回火屈氏体硬度下降，韧性、弹性极限中温回火350-500保留马氏体针形F+细粒状Fe3C（T’）和屈服强度↑，用于弹性元件回火索氏体强度、硬度、塑性、韧性、高温回火500-650多边形F+粒状Fe3C（S’）良好综合机械性能，优于正Page5of33机械工程材料复习火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。⒋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（ Fe3C），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⒈改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺（预先热处理）⑴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、焊粗大不均匀的组织，降硬度，提高塑性，改善冷加工工艺性。消除成分不均匀，内应力。1）完全退火（加热Ac3＋（20～30℃）温度，保温、缓冷组织：P+FPage6of33机械工程材料复习目的：①细化，均匀化粗大、的原始组织；②降低硬度→切削性↑；③消除内应力；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Ac1＋（10～30℃），保温、缓冷（或 Ar1－（20～30℃）等温）应用：过，共析钢、高碳合金钢组织：球状 P（F+球状Cem）目的：①Fe3CII及Fe3C共析球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑②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1050～1150℃，保温 10～20h,冷却：炉冷组织：P+F或P+Fe3CII目的：消除偏析后果：粗晶、魏氏组织、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－（100～200）℃；保温＋炉冷；目的：消除加工硬化，消除残余应力。⑵正火正火：亚共析加热 Ac3＋（30～50℃）、过共析钢加热 Accm＋（30～50℃）保温＋空冷，得到 P类工艺。组织：S或P（F＋Fe3C）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。Page7of33机械工程材料复习⒉预先热处理工艺应用工具钢：球化退火；结构钢：正火，完全退火。表面强化处理的零件：调质处理正火。⑴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。⑵改善机加工性能C%＜0.40％中低碳钢：正火，提高硬度C%＝0.4O％～0.60％：完全退火；C%＞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 850～950℃＋保温＋（炉冷＋空冷） 。⑶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 500～650℃＋保温＋缓冷，⒊钢铁的淬火⑴淬火原则与淬透性目的：提高硬度、强度、耐磨性。原则：①淬硬，获尽量完全的 M；②淬透，M组织表里如一；③保证淬硬条件下，用缓冷介质，以防开裂。⑴.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。⑵.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。Page8of33机械工程材料复习影响因素：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；Ⅲ。水淬比油淬的淬透层深；⑶.淬硬性：由 M中C%↑，钢的淬硬性越好。⒋淬火工艺⑴淬火加热温度①亚共析碳钢： AC3＋（30～50℃），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＜ AC3时，硬度降低。②共析和过共析碳钢：加热：AC1＋（30～50℃）。组织：M＋Fe3CII＋Ar，若在AC1～Acm以上淬火，→A粗大→高碳M粗大→力学性能↓，变形开裂↑③合金钢：加热温度＞碳钢⑵淬火方法①单介质淬：简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油②双介质淬火 先水，后油冷却。复杂高碳钢及大型合金钢工件。③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。④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。⑤深冷处理：在 0℃以下的介质中冷却的热处理工艺。目的：减少 Ar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。⒌表面淬火⑴原理：（交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表面加热）Page9of33机械工程材料复习工艺：水（乳化液）喷射淬火＋（ 180～200℃）低温回火，⑵感应加热表面淬火的分类1)高频淬火 淬硬层深度 0.5～2.5㎜；中小零件。2)中频淬火 淬硬层深度 2～10㎜；大中模数齿轮 ,较大轴类零件等工频淬火：淬硬层深度10～20㎜；大直径零件。⑶适用钢种 ①中碳钢和中碳低合金钢： ②碳素工具钢和低合金工具钢： ③球铁、灰铸铁。⑷表面淬火的特点①加热速度快②)淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度↑ 2～3HRC，脆性↓。③显著提高钢件的疲劳强度。⒍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。⑴渗碳1）碳浓度：表面 C(0.15％～0.30％)→C1.0％，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。）渗碳工艺温度： 900～950℃；（渗碳加热到 AC3以上）渗碳时间： 900～950℃温度下，0.2～0.3mm/h。3）低碳钢渗碳缓冷组织：Page10of33机械工程材料复习表层：P＋Fe3CII(过共析相)心部：亚共析组织 (P＋F)，中间：过渡组织；）渗碳后的热处理①渗碳后淬火+低温回火淬火后组织： M＋A残，⒎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。⑴形成固溶体、产生固溶强化⑵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）⑶溶入奥氏体，提高钢的淬透性⑷提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性⑸细化晶粒．产生细晶强韧化⑹形成钝化保护膜⑺对奥氏体和铁素体存在范围的影响Page11of33机械工程材料复习四、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⒈低合按σs分6级:①高强度:σs＞①低C:＜0.2%一般供应状态使用,不热处理焊接结铁素体+索氏体金高强①低强度级别:16Mn一般300Mpa②Me以Mn为主、Mn和Si固溶构钢工程结构②高韧性：δ=15%～强化可进行一次正火,改善焊区性能②中等强度级别:15MnVN20%，室温ak＞600③加入V、,Nb,Ti等元素细化F大型桥梁,锅炉,船舶,焊接kJ/m2～800kJ/m2。晶粒结构.③良好焊接性能和冷④加入P细化珠光体③高强度级别:18MnMoNb成形性能⑤加入Cu抗腐蚀高压锅炉,高压容器⒉合金①低淬透性:20Cr,15Cr小①渗层硬度高,耐磨,①低C:0.1%～0.25%预先热处理（改善切削加工性能）锻表层：高碳M'渗碳钢冲击载荷耐磨件,如活塞销,抗接触疲劳,且有适②加入提高淬透性元素压后→正火＋粒状Cem＋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A'心部：②中淬透性:20CrMnTi：高②心部高韧性和足够③加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A次、二次淬火）＋低温回火①淬透：速较高载有冲击的耐磨件,强度晶粒长大和形成稳定的合金碳化20CrMnTi齿轮工艺路线：下料→锻造低碳M′Page12of33机械工程材料复习重要齿轮,连轴器。③良好的热处理工艺物,提高耐磨性→正火→加工齿形→渗碳(930℃)，淬火'②未淬透：③高淬透性:18Cr2Ni4WA性能(830℃)→低温回火(200℃)→磨齿T＋M'＋F(少重载大截面重要耐磨件,如量)柴油机曲轴,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⒊合金①低淬性:40Cr,40MnB高水平综合机械性①中C：0.25%～0.50%以0.4左一般:油淬+高温回火调质S'调质钢一般尺寸重要零件,能,能满足多种和较右为主若要求表面耐磨：调质后可进行表面Do＝30～40复杂的工作条件②加入提高淬透性元素淬火或氮化处理。②中淬透性:Cr,Ni,Mn,Si,B①表面淬火;40CrNi,Do＝40～60③加入Mo,W消除回火脆②专门化学热处理(如氮化)③高淬透性:40CrNiMoA(38CrMoAl氮化钢)大截面重载重要零件,Do＝60～160Page13of33机械工程材料复习⒋合金①以Si,Mn合化:65Mn,①高σe和σs,高屈①中高C:0.45%～0.70%弹簧钢60Si2Mn用于汽车,拖拉机,强比②加入Si,Mn提高淬透性也提高机车的板簧和螺旋弹簧②高疲劳抗力屈强比②以Cr,V,W合金③足够塑韧性,能承③加入Cr,W,V也提高淬透性化:50CVA350℃～400℃受震动,冲击加入Si-Cr不易脱C加入Cr-V细以下重载,较大型弹簧,如④有较好淬透性,不化晶粒,耐冲击,高温强度好高速柴油机气门弹簧.易脱C,易绕卷成形

①热成形法制弹簧热轧钢丝钢板→卷 T'弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸②冷成形法制弹簧钢丝钢板→淬火 +中温回火→冷卷弯曲成型→去应力→喷丸钢种 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Page14of33机械工程材料复习⒌滚珠①Cr轴承钢:GCr15中小①高接触疲劳强度①高C:0.95%～1.10%预先热处理（球化退火）M′＋粒状轴承钢型轴承,冷冲模,量具,丝锥.②高硬度和耐磨性②Cr基本元素:提高淬透性;细化①正火:消除Cem网Cem＋少量A②添加Mn,Si,Mo,V的③足够的韧性和淬透Cem;提高耐磨性和接触疲劳抗②球化退火:便于切削,使ｋ细小均残余钢:GCr15SiMo,GSiMnMo性力;Cr≈0.4％～1.65％匀,为淬火作准备V制造大型轴承.④一定耐蚀能力和良③加入Si,Mn提高淬透性;加入V最终热处理：（淬火（800～840℃）好尺寸稳定性耐磨性,防止过热＋低温回火（150～170℃））④纯度要求极高S＜0.02％，P＜冷处理:(精密零件)尺寸稳定0.027％Page15of33机械工程材料复习⒍低合①Si-Cr系:9SiCr,低速切①高硬度:HRC＞60①高C:0.9%～1.1%预备热处理：锻造后进行球化退火。M′＋粒状金刃具削刃具②高耐磨性②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钢②Cr系:Cr,Cr06如,铰刀,③高热硬性③加入Si提高回火稳定性线：锻造＋球化退火＋机加工＋淬火残余刮刀,锉刀等.④足够塑性和韧性加入W,V提高耐磨性,并防止加＋低温回火与碳素工具③Cr-W-Mn系:CrWMn热时过热，保持晶粒细小钢相比较，淬透如拉刀,冲模,样板,量规性提高，可采用④W和Cr-W系:小麻花油淬火。变形和钻,低速切削刃具开裂倾向小。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⒎高速①W系:W18Cr4V①高硬度:HRC＞①高C:0.7%～1.5%属于莱氏体钢，M′+少量A残余+钢（高②W-Mo系:W6Mo5Cr4V260要保证能与W、Cr、V等形锻造：共晶莱氏体呈鱼骨胳状，热处Cem。速工具作高速切削刃具铸造组织②高耐磨性成足够数量的Cem；有一定数量理不能消除，只能热变形破碎，速钢）有鱼骨状共晶③高热硬性的C溶于A中，以保证M的高硬预热处理：等温退火，消除内应力，④足够塑性和韧性度。）改善切削，组织准备。Page16of33机械工程材料复习②加入Cr提高淬透性最终热处理：1270℃淬火＋560℃～铬的碳化物(Cr2C6)在淬火加580℃回火(三次)：若冷处理只需一次热时几乎全部溶于奥氏体中，增回火加A过冷的稳定性，钢的淬透性。回火(三次)：消除内应力还提高抗氧化、脱碳能力消除A残余③加入W,Mo提高热硬性齿轮铣刀生产过程的工艺路线如（提高回火稳定性和热硬性的主下：要元素）下料→锻造→退火→机械加工→淬④加入V提高耐磨性火+回火→喷砂→磨加工→成品。形成的碳化物vC(或V4C3)非常稳定，极难溶解，硬度较高Page17of33机械工程材料复习第二部分 考试知识第一章 金属的机械性能（了解）．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 材料的组成和内部结构特征⒈掌握概念（名词解释）：固溶体、固溶强化、枝晶偏析、 A、F、P、Fe3C;⒉合金中的基本相结构：固溶体和金属间化合物⑴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。⑵金属化合物：熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的 Fe3C。对钢的强度和耐磨性有重要的作用。⑶金属化合物对固溶体基体的强化作用：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、 硬度以及耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。⒊掌握铁碳相图基本知识：⑴正确填写铁碳相图的相组成物相图Page18of33机械工程材料复习⑵两条水平线是什么线，能写出反应式，解释共晶、共析反应。⑶正确填写铁碳相图的组织组成物相图Page19of33机械工程材料复习第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⒈掌握金属的凝固⑴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。⑵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。⑶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）⒉掌握铸造过程中的材料行为及性能变化⑴铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区⑵铸锭结构中主要的缺陷。①缩孔与缩松Page20of33机械工程材料复习集中的缩孔：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内形成细小而分散的缩孔。②气孔③非金属夹杂物外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；金属内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。④成分偏析枝晶偏析（微观偏析）：局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析。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，这种较大尺寸范围内出现的偏析。消除枝晶偏析：扩散退火或均匀化退火→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。⒊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⒋掌握热塑性变形过程中的材料行为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⒈掌握概念： P、S、T、B、M、S回、T回、M回、、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、Page21of33机械工程材料复习正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。⒉掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化⑴钢在加热时的转变（奥氏体的形成）⒈）转变温度共析钢：加热超过 PSK线（A1）时，完全转变为奥氏体，平衡状态下 亚共析钢：必须加热到 GS线（A3）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。⒉）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。⒊）影响奥氏体转变的因素①加热温度：提高加热温度，加速了奥氏体的形成。②加热速度：加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。③．钢中碳含量：碳含量增加时，转变速度加快。④．合金元素：大部分合余元素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。⑤．原始组织：片状珠光体奥氏体形核长大快 ＞粒状珠光体。⑵、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A1～550℃之间Page22of33机械工程材料复习2）贝氏体转变 (中温转变)：转变温度 ：在550℃～Ms：之间，550℃半扩散型，Fe不扩散，C原子有一定的扩散能上贝氏体羽毛状碳化物在F间，韧性差~350℃力350℃~MS 下贝氏体 C原子有一定的扩散能力 针状 碳化物在 F内，韧性高，综合机械性能好3）.低温转变：（马氏体转变）：温度 Ms～Mf，马氏体转变区⑷、钢的冷却转变（连续冷却）1）转变产物：①冷却速度＞ Vk时，钢将转变为M+A残②冷却速度＜ Vk时，钢将全部转变为P类③冷却速度≈Vk～Vk之间(例如油冷)时：M+A残+T⒊掌握钢在回火时的转变1）回火目的：①获得所需要的机械性能，②稳定组织和尺寸：③消除内应力：2）回火后组织低温回火： 150～250℃，得M回。目的：降低内应力和脆性，保持淬火后的高硬度中温回火：350～500℃。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Page23of33机械工程材料复习高温回火：500～650℃。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，⒈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、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA ；调质钢 40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi；弹簧钢 65Mn、50CrV、60Si2Mn；轴承钢 GCr9、GCr15、GCr15SiMn ；冷模具钢 Cr12MoV；热模具钢 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V低合金刃具钢 9SiCr、CrWMn；工具钢T8、T10、T12；高速钢 W18Cr4V ；Page24of33机械工程材料复习不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti；常用铸铁：HT150、HT250、KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2等⒉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）⒊重点复习题型.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、后桥壳、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（淬火、低温回火、中温回火、高温回火、退火）。⑴T12⑵HT300⑶W18Cr4V⑷GCr15⑸40Cr⑹20CrMnTi⑺Cr12MoV⑻5CrMnMo⑼9SiCr⑽1Cr13⑾60Si2Mn⑿QT400-15⒀45⒁Q235答轻载齿轮量具冷冲压模滚动轴承高速车刀重载机床床具身材料⒀45⑴T12⑺⑷GCr15⑶⑵HT300Cr12MoW18Cr4VV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淬火＋高淬火＋低淬火＋中淬火＋低淬火＋高退火理温回火温回火温回火温回火温回火三次⑵.有一个45号钢制的变速箱齿轮，其加工工序为：下料→锻造→正火→粗机加工→调质→精机加工→高频表面淬火＋低温回火→磨加工→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Page25of33机械工程材料复习正火调质高频表面淬火低温回火

作为预先热处理加热到Ac3＋（30～S或P（F＋Fe3C）50℃）＋保温＋空冷改善切削加工性能在保持较高的强度同时，具S回有良好的塑性和淬火＋高温回火韧性。提高表面硬度感应加热＋水、乳化液淬火后表面为细与高耐磨性，心部喷射淬火＋低温回火。隐晶马氏体（极细马氏具有足够塑、韧性。体），心部为原始组织。降低钢的淬火加热150～250℃＋保温＋冷却内应力和脆性，同M回时保持钢在淬火后的高硬度(一般为HRC58～64)和耐磨性。⑶.某型号柴油机的凸轮轴要求凸轮表面有高的硬度（ HRC＞50），心部具有良好的韧性（ Ak＞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：⑴原45钢各热处理工序的作用⑵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？Page26of33机械工程材料复习⑶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：⑴：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内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度 (一般为 HRC58～64)和耐磨性。⑵：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。⑶调质（淬火＋高温回火）→渗碳→淬火＋低温回火第七章 工程设计、制造与材料选择⒈掌握零件失效与失效类型⑴．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①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。②塑性变形失效与选材：材料力学指标：屈服强度。③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也会缓慢产生塑性变形。⑵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。①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。②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Page27of33机械工程材料复习脆断的原因：低温环境、焊接质量、工作介质、预防低应力脆断的措施。③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。④蠕变失效与选材⑶表面损伤 ：主要指腐蚀失效及磨损失效、接触疲劳失效①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，使表面状态和尺寸改变而引起的失效。②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。③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。⒉掌握失效的原因1）设计与失效①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。②零件的工作条件估计错误（应力计算错误）。③热处理结构工艺性不合理2）选材与热处理①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，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。②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；③冶金缺陷：夹杂、成分偏析、不良组织等Page28of33机械工程材料复习⑶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⑷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。⒊掌握零件设计中的材料选择⑴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⒋掌握热处理加工工艺路线中的位置热处理在工艺路线中的位置的安排原则最终热处理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；最终热处理可进行不止一次；整体淬火和表面淬火在工艺路线中位置相同；渗碳与淬火、回火在工艺路线上是近邻的；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；高精度零件可增加去应力退火，精密零件甚至进行冷处理；调质一般放在粗加工之后，半精加工之前。热处理在工艺路线中的位置Page29of33机械工程材料复习教材表7.2第八章常用零件选材⒈掌握轴类零件选材⑴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（38CrMoAlA）、⋯等⑵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。一般用 38CrMoAlA 专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。⑶重点掌握轴类零件加工工艺路线CM6140 车床主轴：轻载主轴 工作载荷小，冲击载荷不大，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。选材：45钢热处理技术条件：整体调质、硬度 220～250HBS；轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度