工程材料的机械性能与组织结构大纲培训讲义

工程材料一、工程材料的机械性能与组织结构大纲具体内容：1、工程材料的分类；2、材料静载的机械性能；3、材料动载的机械性能；4、常用金属的晶体结构的类型；5、金属的实际结构和晶体缺陷；6、金属的结晶。*1.1工程材料的分类1、金属材料2、高分子材料3、陶瓷材料4、复合材料1.2材料静载机械性能1、刚度2、强度3、塑性4、硬度1.3拉伸试验测定金属的强度和塑性指标*1.4材料的刚度刚度是指材料对弹性变形的抗力，工程上弹性模量E称为材料的刚度。弹性模量E越大，刚度越大。*1.5材料的强度指标屈服强度抗拉强度*1.6塑性指标延伸率断面收缩率*1.7三种硬度的表示方法1、布氏硬度HB2、洛氏硬度HRA、HRB、HRC3、维氏硬度HV*1.8材料动载机械性能指标冲击韧性疲劳强度影响疲劳强度的因素材料本质、材料的表面质量、工作条件、零件的形状、尺寸及表面残余应力等。*1.9常常见金属的的晶体结构构类型体心立方结结构面心立方结结构密排六方结结构1.10金金属的实际际结构是由许多晶晶粒组成的的多晶体，，晶体的性性能在各个个方向上相相互补充和和抵消，因因而表现出出各向同性性。*1.11晶体缺陷陷点缺陷线缺陷面缺陷*1.12铸态金属属晶粒细化化的方法增大过冷度度变质处理振动、搅拌拌二、铁碳合合金大纲具体内容：：1、铁碳合合金中的基基本相；2、铁碳合合金的相图图分析；3、铁碳合合金分类；；4、典型铁铁碳合金的的平衡结晶晶过程分析析；5、含碳量量对铁碳合合金平衡组组织和性能能的影响；；6、钢中常常存杂质元元素对钢的的性能的影影响；7、钢锭的的种类；8、碳钢的的分类、编编号和用途途。*2.1铁铁碳合金的的基本相铁素体F奥氏体A渗碳体*2.2铁铁碳相图分分析珠光体P——由铁素体体和渗碳体体组成，珠珠光体的的含碳量为为0.77%，有较较高的强度度硬度莱氏体Le—由奥氏氏体和渗碳碳体组成2.3铁碳碳合金分类类工业纯铁Wc≤0.0218%钢0.0218%＜＜Wc≤≤2.11%白口铸铁2.11%＜Wc≤6.69%*2.4钢钢的特点及及分类钢的特点：：高温组织织为单相奥奥氏体，具具有良好的的塑性，适适用于锻造造、轧制。。分类：亚共共析钢0.0218%＜Wc≤0.77%室温平衡衡组织为铁铁素体F+珠光体P共析钢Wc=0.77%室温平衡组组织为珠光光体P过共析钢0.77%＜Wc≤2.11%室温平衡组组织为珠光光体P和二二次渗碳体体2.5白口口铸铁的特特点流动性好，，成分偏析析少、分散散缩孔少，，具有较强强的铸造性性能，但由由于渗碳体体量过多，，脆性大，，不能锻造造、轧制，，工业上应应用较少。。2.6典型型铁碳合金金平衡结晶晶过程对所有亚共共析钢，含含碳量越高高，则珠光光体越多，，铁素体含含量越少。。*2.7含含碳量对铁铁碳合金机机械性能的的影响铁碳合金随随含碳量增增加，铁素素体量减少少，渗碳体体量增加，，硬度增加加，塑性和和韧性下降降。*2.8含含碳量对铁铁碳合金工工艺性能的的影响1、中碳钢钢工削加工工性能较好好；2、随着含含碳量增加加，可锻性性差，钢加加热到高温温，具有良良好的可锻锻性；3、含碳量量增加，铸铸件出现缺缺陷的倾向向增大。*2.9钢钢中常存的的杂质元素素有益元素：：Mn使使钢的强强度提高Si使钢钢的强度、、硬度、弹弹性提提高，塑塑性、韧性性下降有害元素：：S增大大钢的热脆脆性P使钢的的塑性、韧韧性急剧下下降，冷冷脆性性增大。*2.10钢锭的种种类镇静钢沸腾钢半镇静钢*2.11镇静钢与与沸腾钢的的比较1、沸腾钢钢成本低、、成材率高高；2、沸腾钢钢表面质量量好，冲压压性能好，，焊接性能能好；3、镇静钢钢的钢材质质量好，用用于重要结结构锅炉、、化工容器器用钢和机机械上需经经热处理的的受力零件件；*2.12普通碳素素结构钢编编号Q235CQ为屈服强强度“屈””字汉语拼拼音第一个个字母235表示示屈服强度度数值，ABCD则则表示钢材材质量等级级不同，等等级依次提提高2.13优优质碳素结结构钢编号号45Mn牌号用两位位数字表示示，表示钢钢中平均含含碳量的万万分之几，，若钢中含含锰量较高高，须将锰锰元素标出出，如含锰锰量为0.7%~1.2%的的钢，牌号号为45Mn2.14铸铸钢编号ZG200-400第一组数字字代表最低低屈服强度度值第二组数字字代表最低低抗拉强度度值三、金属的的塑性变形形与再结晶晶大纲具体内容：：1、单晶体体和多晶体体金属的塑塑性变形；；2、塑性变变形对金属属的组织和和性能的影影响；3、再结晶晶的温度的的计算；4、材料热热加工对金金属组织和和性能的影影响。3.1单晶晶体金属的的塑性变形形方式滑移孪生*3.2塑塑性变形对对金属组织织和性能的的影响1、晶粒沿沿变形方向向拉长，性性能趋于各各向异性2、晶粒破破碎，位错错密度增加加，产生加加工硬化3、织构现现象的产生生4、残余内内应力*3.3再结晶晶温度T再=（0.35~0.4）T溶金属的熔熔点越高高，再结结晶温度度越高。。*3.4热加工工对金属属组织的的性能的的影响1、通过过热加工工，可使使铸态金金属中的的气孔焊焊合，从从而使其其致密得得以提高高；2、通过过热加工工，从而而使晶粒粒细化，，机械性性能提高高；3、通过过热加工工，可使使铸态金金属形成成流线，，增大纵纵向的强强度、塑塑性和韧韧性，可可提高零零件使用用寿命。。四、钢的的热处理理大纲具体内容容：1、热处处理的概概念；2、钢在在加热时时的转变变；3、钢的的冷却转转变；4、钢的的退火与与正火，，钢的淬淬火，钢钢的回火火；5、钢的的表面热热处理；；6、热处处理的缺缺陷及防防止方法法。*4.1热处理理概念热处理是是用来改改变金属属材料组组织和性性能的一一种非常常重要的的工艺方方法。4.2钢钢在加热热时的转转变钢材加热热，珠光光体转变变为奥氏氏体。*4.3钢的的冷却转转变在等温冷冷却转变变情况下下，转变变温度、、转变时时间和转转变产物物之间的的关系曲曲线称之之为过冷冷奥氏体体等温转转变曲线线（C曲曲线）钢经奥氏氏体化后后在不同同冷却速速度的连连续冷却却条件下下，过冷冷奥氏体体的转变变产物，，转变开开始及转转变终了了时间与与转变温温度之间间的曲线线称过冷冷奥氏体体连续冷冷却曲线线（CCT曲线线）*4.4退火火与正火火时机选选择及区区别一般安排排在锻造造或铸造造之后，，切削加加工之前前，正火与退退火的区区别是冷冷却速度度快，组组织细，，强度和和硬度有有所提高高。*4.5退火与正正火工艺的的选择对低、中碳碳结构钢以以正火作为为预先热处处理；高碳碳结构钢和和工具钢及及合金钢则则以退火为为宜；如工件性能能要求不高高，一般采采用正火，，零件形状状复杂，则则采用退火火；正火比退火火生产周期期短，耗能能少，操作作方便，应应优先考虑虑正火。*4.6钢的退火火的应用完全退火和和等温退火火，用于亚亚共析成分分的碳钢和和合金钢的的铸件、锻锻件及热轧轧型材，有有时用于焊焊接结构。。球化退火用用于共析成成分的碳钢钢、合金钢钢去应力退火火（低温退退火）用于于消除铸件件、锻件、、焊接件、、冷冲压件件及机加工工后零件的的残余内应应力。再结晶退火火主要用于于冷拔、冷冷拉和冷冲冲压等冷变变形工件。。*4.7最常用的的淬火方法法单液淬火法法双液淬火法法分级淬火法法等温淬火法法*4.8钢的淬硬硬性主要取决于于马氏体的的含碳量，，即取决于于淬火前奥奥氏体的含含碳量。*4.9钢的回火火的目的降低脆性，，减少或消消除内应力力，防止工工件变形或或开裂。获得工艺要要求的机械械性能。稳定工件尺尺寸。对一些高淬淬透性的合合金钢，采采用高温回回火，使碳碳化物聚集集长大，降降低硬度，，以利切削削加工，同同时可缩短短软化周期期。4.10回回火种类及及应用低温回火，，150-250℃℃58-64HRC工工模具、滚滚动轴承等等中温回火，，350-500℃℃35-45HRC各类类弹簧等高温回火（（调质）500-650℃25-35HRC连接和和传动的结结构零件*4.11钢的表表面热处理理（渗碳））向钢的表面面层渗入碳碳原子的过过程。目的是使工工件在热处处理后表面面具有高硬硬度和耐磨磨性，而心心部仍保持持一定强度度以及较高高的韧性和和塑性。*4.12热处理理缺陷过热和过烧烧氧化和脱碳碳五、合金钢钢大纲具体内容：：1、合金元元素在钢中中的作用；；2、合金钢钢的分类及及牌号；3、合金结结构钢的概概念；4、调质钢钢、渗碳钢钢、弹簧钢钢、滚动轴轴承钢的相相关内容。。5.1碳钢钢在性能方方面的不足足碳钢的淬透透性低碳钢的回火火抗力差碳钢不能满满足一些特特殊性能的的要求5.2合金金元素对淬淬火钢回火火转变过程程的影响提高回火稳稳定性产生二次硬硬化现象消除回火脆脆性5.3合金金的分类（（按主要用用途分）合金结构钢钢合金工具钢钢特殊性能钢钢*5.4合合金结构钢钢在碳素结构构钢基础上上加入一种种或几种合合金元素的的钢以提高高钢的性能能、减轻工工程结构和和零件的重重量，延长长使用寿命命。对于形状复复杂、截面面较大、要要求较高机机械性能的的工程结构构件或零件件采用合金金结构钢。。*5.5合金结构构钢的分类类工程用钢，，低合金高高强度钢，，不进行热热处理机器用钢，，经热处理理，调质钢钢、渗碳钢钢、易切削削钢、弹簧簧钢、轴承承钢。5.6低合合金高强度度钢性能特特点较高的强度度具有足够的的塑性、韧韧性及良好好的焊接性性能。具有良好的的耐蚀性和和低的冷脆脆转变温度度。*5.7调质钢性性能特点具有良好的的综合机械械性能，即即具有高的的强度、硬硬度和良好好的塑性、、韧性。具有良好的的淬透性。。*5.8调质钢典典型牌号、、用途低淬透性合合金调质钢钢40Cr中淬透性合合金调质钢钢40CrMn40CrNi高淬透性合合金调质钢钢40CrMnMo5.9渗碳碳钢的性能能特点具有高硬度度和高耐磨磨性,心部部具有足够够的韧性和和强度,表表硬里韧.具有良好的的热处理工工艺性能，，如高的淬淬透性和渗渗碳能力。。*5.10渗碳钢钢的典型牌牌号和用途途低淬透性合合金渗碳钢钢20Cr小轴、小小齿轮、活活塞销中淬透性合合金渗碳钢钢20CrMn汽车车、拖拉机机的变速齿齿轮、离合合器高淬透性合合金渗碳钢钢20Cr2Ni4*5.11弹簧钢钢的性能特特点具有高的弹弹性极限具有高的疲疲劳强度具有足够的的塑性和韧韧性*5.12滚动轴承承钢性能要要求高强度、硬硬度和耐磨磨性高的接触疲疲劳强度和和弹性极限限良好的尺寸寸稳定性5.13常常用的不锈锈钢分类（（按组织特特点分）马氏体不锈锈钢，铁素素体不锈钢钢，奥氏体体不锈钢，，奥氏体-铁素体型型不锈钢，，沉淀硬化化不锈钢六、铸铁大大纲具体内容：：1、铸铁、、铸铁的石石墨化的概概念；2、灰铸铁铁、可锻铸铸铁的、球球墨铸铁的的性能和应应用。6.1铸铁铁、铸铁石石墨化的概概念铸铁是含碳碳量大于2.11%的铁碳合合金。铸铁的石墨墨化就是铸铸铁中碳原原子析出和和形成石墨墨的过程。。6.2灰口口铸铁的分分类（按石石墨的形态态分类）灰铸铁石石墨形态片片状HT可锻铸铁团团絮状KT球墨铸铁球球状QT蠕墨铸铁蠕蠕虫状RT*6.3灰灰铸铁的性性能与应用用灰铸铁具有有优良的铸铸造性能、、良好的切切削加工性性、耐磨性性、减振性性、抗压性性能和低的的缺口敏感感性。灰铸铁主要要用于制造造承压力和和振动的零零部件。如机床床身身、各种箱箱体、壳体体、泵体、、缸体、卡卡盘。*6.4可可锻铸铁的的性能与应应用强度、塑性性和韧性均均比灰铸铁铁高，接近近于铸钢。。可锻铸铁常常用于制造造形状复杂杂且承受冲冲击载荷的的薄壁零件件。如汽车、拖拖拉机的前前后轮壳、、管接头、、低压阀门门等。*6.5球球墨铸铁的的性能球墨铸铁具具有高的机机械性能、、良好的铸铸造性、耐耐磨性、可可切削加工工性及低的的缺口敏感感性。*6.6球球墨铸铸铁的的应用用球墨铸铸铁可可部分分替代代中碳碳钢和和某些些合金金钢用用于制制造载载荷较较大、、受力力复杂杂的重重要零零件。。通常珠珠光体体球墨墨铸铁铁常用用于制制造拖拖拉机机或柴柴油机机的曲曲轴、、连杆杆、凸凸轮轴轴、各各种齿齿轮及及大型型水压压机活活塞等等。铁铁素体体球墨墨铸铁铁常用用于制制造受受压阀阀门、、机器器底座座及汽汽车后后轮壳壳等。。七、有有色金金属及及合金金大纲纲具体内内容：：1、铝铝及铝铝合金金的性性能特特点；；2、铝铝合金金的热热处理理的工工艺；；3、铝铝及铝铝合金金分类类牌号号和用用途；；4、铜铜及铜铜合金金的性性能特特点；；5、铜铜及铜铜合金金分类类牌号号和用用途。。7.1铝及及铝合合金的的性能能特点点纯铝密密度小小、熔熔点低低、导导电性性、导导热性性能优优良，，碳化化率低低，抗抗大气气腐蚀蚀性能能好，，还具具有极极好的的塑性性和较较低的的强度度，易易于加加工成成形，，并有有良好好的低低温性性能。。铝合金金的比比强度度高和和抗疲疲劳性性好，，铸造造性能能好。。*7.2铝铝合金金的热热处理理常用的的热处处理工工艺分分为退退火、、固溶溶处理理（淬淬火））和时时效处处理。。退火的的目的的在于于消除除工件件的冷冷变形形强化化，内内应力力及成成分偏偏析，，并提提高工工件的的塑性性。7.3时效效处理理在室温温放置置或在在低于于固溶溶度线线的某某一温温度下下加热热，使使过饱饱和的的α固固溶体体分解解出强强化相相并过过渡到到稳定定状态态，合合金的的强度度、硬硬度明明显升升高的的现象象。自然时时效---室温温下进进行人工时时效---加热热条件件下进进行*7.4铝铝合金金的分分类及及用途途1、变变形铝铝合金金防锈铝铝合金金焊焊接油油箱、、油管管、铆铆钉等等。硬铝合合金冲冲压压件、、螺旋旋浆叶叶片、、大型型铆钉钉、航航空模模锻件件。超硬铝铝合金金飞飞机的的大梁梁、起起落架架等。。锻铝合合金航航空空发动动机活活塞、、直升升机浆浆片、、压气气机叶叶片。。2、铸铸造铝铝合金金7.5铜及及铜合合金的的性能能特点点纯铜导导电性性、导导热性性、抗抗磁性性优良良，塑塑性、、焊接接性能能好。。铜合金金具有有优良良的减减磨性性、耐耐磨性性、高高的弹弹性极极限和和疲劳劳极限限等。。*7.6铜铜及铜铜合金金分类类牌号号纯铜三三个牌牌号：：T1T2T3铜合金金按化化学成成分为为：黄铜以以Zn为为主加加合金金元素素的铜铜合金金青铜除除黄黄铜白白铜外外的其其他铜铜。白铜以以镍镍为主主加合合金元元素的的铜合合金八、非非金属属大大纲具体内内容：：1、非非金属属的分分类；；2、高高分子子材料料的基基本知知识、、性能能、常常用高高分子子材料料及其其应用用；3、陶陶瓷材材料的的基本本知识识、性性能、、常用用陶瓷瓷材料料及其其应用用；；4、复复合材材料的的基本本知识识、性性能、、常用用复合合材料料及其其应用用。。*8.1非非金属属的分分类高分子子材料料陶瓷材材料复合材材料8.2高分分子化化合物物的合合成方方法由低分分子化化合物物合成成高分分子化化合物物的反反应称称为聚聚合反反应。。聚合方方法：：加成成聚合合反应应、缩缩合聚聚合反反应*8.3高高分子子材料料的分分类接材料料来源源分：：天然然高分分子材材料、、合成成高分分子材材料接材料料性能能和用用途分分：塑塑料、、橡胶胶、纤纤维、、涂料料、胶胶粘剂剂、高高分子子合金金和聚聚合物物基复复合材材料。。*8.4塑塑料加加工成成型方方法塑料加加工成成型主主要工工序：：配料-混练练-半半成品品-加加工成成型和和产品品加工成成型主主要方方法有有：注射-挤出出-压压延-吹塑塑及模模压*8.5橡橡胶制制品加加工成成型工工艺过过程生胶胶的的塑塑炼炼、、胶胶料料的的混混炼炼、、成成型型与与硫硫化化。。*8.6高高分分子子材材料料的的性性能能机械械性性能能：：低低强强度度、、高高弹弹性性和和低低弹弹性性模模量量、、粘粘弹弹性性、、高高耐耐磨磨性性、、韧韧性性好好。。物理理化化学学性性能能：：高高绝绝缘缘性性、、低低耐耐热热性性、、低低导导热热性性、、高高热热膨膨胀胀性性、、高高化化学学稳稳定定性性。。*8.7塑塑料料的的分分类类按成成型型工工艺艺分分：：热热塑塑性性塑塑料料、、热热固固性性塑塑料料按应应用用范范围围分分：：通通用用塑塑料料、、工工程程塑塑料料、、特特种种塑塑料料*8.8常常用用的的热热塑塑性性工工程程塑塑料料聚乙乙烯烯（（PE））聚聚丙丙烯烯（（PP））聚聚氯氯乙乙烯烯（（PVC））聚聚苯苯乙乙烯烯（（PS））*8.9常常用用的的热热固固性性塑塑料料酚醛醛塑塑料料（（PF））环氧氧塑塑料料（（EP））*8.10橡橡胶胶的的分分类类按橡橡胶胶来来源源分分：：天然然橡橡胶胶合成成橡橡胶胶*8.11常常用用合合成成纤纤维维的的品品种种涤纶纶、、锦锦纶纶、、腈腈纶纶、、维维纶纶、、丙丙纶纶和和氯氯纶纶*8.12胶胶粘粘剂剂及及应应用用胶粘粘剂剂是是以以各各种种树树脂脂、、橡橡胶胶、、淀淀粉粉等等为为基基体体材材料料，，添添加加各各种种辅辅料料制制成成。。在许许多多场场合合下下可可替替代代传传统统的的螺螺栓栓、、铆铆接接、、焊焊接接等等工工艺艺。。*8.13陶陶瓷瓷材材料料分分类类玻璃璃玻璃璃陶陶瓷瓷工程程陶陶瓷瓷（（普普通通陶陶瓷瓷、、特特种种陶陶瓷瓷））*8.14普普通通陶陶瓷瓷分分类类及及应应用用1、、日日用用陶陶瓷瓷用用作作日日用用器器皿皿，，瓷瓷器器2、、工工业业陶陶瓷瓷建筑筑陶陶瓷瓷装装饰饰板板、、卫卫生生洁洁具具化工工陶陶瓷瓷接接触触强强腐腐蚀蚀介介质质的的塔塔、、储储槽槽、、容容器器、、风风机机、、管管道道等等电工工陶陶瓷瓷（（高高压压陶陶瓷瓷））电电器器绝绝缘缘陶陶瓷瓷，，用用于于制制作作电电隔隔离离机机械械支支撑撑及及连连接接用用瓷瓷质质绝绝缘缘器器件件。。*8.15陶陶瓷瓷材材料料的的性性能能机械械性性能能高高硬硬度度、、高高弹弹性性模模量量和和高高脆脆性性、、低低抗抗拉拉强强度度和和高高抗抗压压强强度度、、低低塑塑性性、、低低韧韧性性。。物理化学学性能高高的耐耐热性、、耐热冲冲击性能能较大、、化学稳稳定性能能、电学学性能。。其它性能能光光学性能能、磁性性、生物物体性能能8.16复合材材料的概概念就是在金金属材料料、有机机高分子子材料和和无机非非金属材材料陶瓷瓷自身或或者相互互之间进进行优势势互补、、获得单单一材料料无法比比拟的具具有综合合优异性性能的新新型材料料。钢筋混凝凝土汽车用玻玻璃纤维维挡泥板板黄铜片和和铁片复复合成的的自动控控温开关关九、机械械零件的的选材及及工艺分分析大纲纲具体内容容：1、机械械零件选选材的基基本原则则；2、轴类类、齿轮轮类等典典型零部部件选材材及工艺艺分析；；3、化工工、压力力容器、、热能设设备等典典型设备备的选材材。*9.1判断零零件选材材是否合合理的标标志是否满足足必须的的使用性性能是否具有有良好的的工艺性性能是否有好好的经济济性*9.2轴类零零件的选选材低速、轻轻载或不不重要的的轴，可可选用Q235、Q255、、Q275等碳碳素结构构钢，不不进行热热处理中等载荷荷且转速速、精度度要求不不高的轴轴，常选选用中碳碳优质碳碳素钢，，35、、40、、45、、50热热处理理，正火火调质或或表面淬淬火及低低温回火火处理。。承受较大大载荷要要求高耐耐磨高精精度及限限制外形形尺寸的的轴，常常用合金金钢20Cr、、40Cr等，，热处理理，调质质表面淬淬火、渗渗碳、渗渗氮等。。9.3轴轴类零件件加工艺艺路线下料—锻锻造—正正火