机械工程材料的知识点

第一章

⑴晶体：结构具有周期性和对称性的固体，原子或分子排列规则。

⑵晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。

⑶液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。

⑷理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷度T=TO-T1

第二章

⑴合金是由两种或两种以上金属元素或金属和非金属组成的具有金属特性的物质

⑵合金中凡成分相同、结构相同、聚集态相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称

为相

⑶固溶强化：固溶体中晶格畸变较大，随溶质原子增加合金强度和硬度提高，塑性和韧性降

低。

⑷以固溶体为基，弥散分布金属间化合物，可提高强度、硬度和耐磨性，即第二相质点强

化或称弥散强化。

⑸晶内偏析：溶质原子在液相能够充分扩散，在固相内来不及扩散，以致固溶体内先结晶的

中心和后结晶的部分成分不同。

一个枝晶范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。冷速越大，枝晶偏析越严重。枝晶偏析会

影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。

第三章

⑴滑移：一部分晶体沿着某一晶面和晶向相对于另一部分晶体滑动。

光滑试样在拉伸过程中，表面会出现许多相平行的倾斜线条的痕迹，称滑移带。滑移的结果

在晶体表面形成台阶，称滑移线,若干条滑移线组成一个滑移带。

⑵位错密度增加，导致金属强度和硬度的提高，塑性和韧性下降，称为加工硬化或形变强化

⑶再结晶：当变形金属加热到超过回复的某一温度时，将通过形核及核长大的过程重新形成

内部缺陷较少的等轴小晶粒，并且该小晶粒不断向变形金属中扩展，直到变形晶粒消失为止。

再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格型和

成分完全相同。与结晶全别:没有新相生成。

⑷低于再结晶温度的加工称为冷加工;而高于再结晶温度的加工称为热加工

影响1、热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而使

组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高喙2、热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿

变形方向拉长,形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。

它使钢产生各向异性，制定加工工艺时，应使流线尽量与拉应力方向一致。

第四章

⑴刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。刚度指标为弹性模量E。

⑵硬度：材料抵抗外来物体嵌入的能力，或抵抗表面

局部塑性变形的能力。

⑶磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损。

⑷接触疲劳失效形式包括：麻点剥落、浅层剥落和硬化层剥落。

⑸延迟断裂包括应力腐蚀、氢脆和高温蠕变

第五章碳钢的热处理及钢的合金化

⑴退火：将工件加热到高于AC3或AC1温度以上，保温一定时间，随后以足够缓慢的速度

冷却，使钢得到接近平衡组织的热处理工艺。

目的：⑴调整硬度，便于切削加工。⑵消除内应力，防止加工中变形。⑶细化晶粒，为最

终热处理作组织准备。

根据加热温度不同退火分为完全退火和不完全退火。

完全退火：加热到AC3以上，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。

不完全退火：加热到AC1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再缓冷进行组织转变

的过程。

⑵球化退火将钢加热到Acl以上20〜30℃,保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素

体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

球化退火目的：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于过共析钢。

降低硬度便于切削；消除内应力；获得球状珠光体，为淬火做组织准备。

球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体，用P球表示。

与片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大,

冷却时工件变形和开裂倾向小。

⑶正火：将钢加热到AC3或Aeon以上，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠

光体类型组织的热处理工艺。

正火的目的⑴对于低、中碳钢(W0.6C%),目的与退火的相同。调整硬度利于切削、消除

内应力、细化晶粒。要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化

退火。⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

⑷淬火：将钢加热到Ac3或Acl以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或

下贝氏体组织的热处理工艺。

淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。

根据加热温度不同淬火分为完全淬火和不完全淬火。

完全淬火：加热到Ac3以上，进行淬火的过程。

不完全淬火：加热到Acl以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。

⑸回火是指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。或回火是指将淬火

钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺.

回火的目的：⑴减少或消除淬火内应力防止变形或开裂。⑵获得所需要的力学性能。淬火

钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。(3)稳定尺寸。

⑹奥氏体的形成也是形核和长大的过程，分为三步。第一步奥氏体晶核形成及长大；第二

步残余Fe3C溶解；第三步奥氏体成分均匀化

⑺淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示

淬火临界直径(Dk)：圆柱钢棒在规定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。

⑻淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。

⑼淬火钢回火时的组织转变：第一阶段(80-200。。：马氏体分解；第二阶段(200-300OC)

残余奥氏体的转变；第三阶段(300-400。。：碳化物的转变；第四阶段(>400oC)：a相

状态的变化和碳化物的聚集长大。

⑩第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-400℃回火时出现的脆性。

在含有Cr、NLMn等元素的钢中，在550-650oC回火后，又出现了冲击值的降低，称高

温回火脆性或第二类回火脆性何逆）。通过回火快冷可以消除

（11）合金元素抑制马氏体分解，阻碍碳化物的聚集和长大，使钢在很高的回火温度下保持高硬

度和高强度的性质，称抗回火性，或回火稳定性。

⑫高合金钢中残余奥氏体十分稳定，回火冷却后，转变为马氏体，使钢的硬度反而增加，此

现象为二次淬火。

⑬含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物使硬度不仅不下

降，反而升高的现象称二次硬化。

第六章构件用刚

⑴构件用钢随试验温度的不断降低，其屈服点显著升高，并导致断裂性质变化，即由宏观塑

性破断过渡到宏观脆性断裂，这种现象称为1•冷脆”

⑵低碳构件用钢加热到Acl以下进行快冷（也称淬火）或塑性变形后，在放置过程中通常使强

度和硬度增高，而塑性和韧性降低，这种现象称为时效。

塑性变形后的时效称为应变时效；淬火后的时效称为淬火时效；在自然条件下的时效称为自

然时效；在一定温度下进行的时效称人工时效

⑶低碳钢在300-400OC的温度范围内反常的出现。b增高，而3、降低的现象，称为蓝

脆。

第七章机器零件用刚

⑴轴类零件用刚①工作条件：承受交变应力；相对滑动产生摩擦；承受一定的冲击载荷;

缺口（台阶等）。

②中碳碳素钢制轴类零件的加工工艺锻造——预备热处理（完全退火或正火）——机械加工

——最终热处理（完全淬火+高温回火）——精加工（磨削）——装配

⑵齿轮用刚①工作条件：1、通过齿面接触而传递动力，接触应力下易产生接触疲劳而形

成剥落。2、齿根承受反复弯曲应力，易发生弯曲疲劳破坏3、两齿轮齿面相对运动而易产

生摩擦磨损。高速运转齿轮间易产生胶合磨损。4、变速等情况下冲击载荷易导致齿根断裂。

②齿轮工作的失效形式：齿根断裂、弯曲疲劳、接触疲劳与磨损。

③渗碳钢齿轮的加工工艺：锻造一正火一高温回火（高合金钢）一切削加工一镀铜（不渗碳部

位）一渗碳一淬火一冷处理（高合金钢）一低温回火一喷丸一精磨

④感应加热表面淬火齿轮加工工艺:

对于承受较大冲击载荷的齿轮:锻造一完全退火一切削加工一调质一精加工一感应加热表面

淬火一低温回火；

对于承受较小冲击载荷的齿轮:锻造一正火一切削加工一精加工一感应加热表面淬火一低温

回火

⑤氮化齿轮工艺路线：锻造一完全退火一切削加工一调质一精加工一氮化一研磨

⑶弹簧用钢：最终热处理为淬火+中温回火

⑷辂滚动轴承钢：预备热处理（正火+球化退火）目的：消除网状二次渗碳体，细化晶粒

最终热处理：不完全淬火+低温回火目的：获得高硬度、强度和耐磨性

第八章工具材料

⑴刃具钢①工作条件：刀刃具有足够的硬度能犁入金属，大的切削压力，可能导致车刀变

形和断裂；与工件、切屑间的摩擦，可能导致刃口磨损；切削产生的热量使刀具温度升高,

可高达500C；零件组织和尺寸的不均等，刀具受一定的冲击载荷。

②失效形式：卷刃、刃口崩断、刃口磨损、整体断裂等，以磨损为主。

红硬性：即高温下保持高硬度的能力。

③制造刃具钢的钢种：碳素刃具钢、低合金刃具钢和高速钢。

④预备热处理：正火+球化退火正火目的：消除网状碳化物（球化退火无法实现）球化退

火目的：1、降低硬度，便于加工;2、细化组织为淬火作组织准备;3、消除应力。

最终热处理：淬火+低温回火

⑵高速钢：①W的作用：W以Fe4W2C形式存在。1、加热时，部分溶于奥氏体，起稳定作

用（淬透性）；淬火后存在于马氏体，强化马氏体和提高马氏体回火稳定性。钢回火时560OC

左右），W2C析出并弥散分布，产生二次硬化效果。2、另一部分Fe4W2c不溶于奥氏体，

可防奥氏体长大，提高钢耐磨性。

②锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。

③回火目的：主要为减少A'。消除内应力、稳定组织。常用560℃三次回火。回火时的组织

变化：①析出弥散小的W、M。、V的碳化物，产生二次硬化。②残余奥氏体中，碳及合

金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A转变为M,称二次淬火。每次回火加热都使

前一次的淬火马氏体回火

④淬火工艺：加热温度远大于Acl,~1280℃

⑶模具钢：按照被加工毛坯状态分：冷作模具钢和热作模具钢。

⑷量具钢的热处理工艺：淬火+低温回火三个附加热处理：⑴淬火前调质处理,得到与马

氏体体积相当的回火索氏体，降低淬火应力，减少时效效应的影响。⑵甯规处之间的冷处

理，使残余奥氏体转变为马氏体，增加稳定性。⑶常规处理后的时效处理,稳定磨削后的

二次淬火层组织。

第九章

⑴产生电化学腐蚀的条件：①有两个电位不同的电极；②有电解质溶液；③两电极构成通路

⑵提高金属耐腐蚀的途径：主要途径为合金化,即防止电化学腐蚀的措施：①使金属具有

均匀化学成分的单相组织。②提高合金的电极电位，减小电极间电位差。③使表面形成致

密的钝化膜，如A12O3等。

⑶Cr的作用：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜；②缩小y区，

形成单相铁素体组织；③提高基体电极电位。

⑷碳具有双重作用：碳量增加，因形成碳化铝导致固溶体中铝的减少，从而使耐蚀性降低,

因此要求含碳量低；但对强度、硬度和耐磨性等有具体要求时，应适当增加碳含量。

⑸不锈钢的种类按正火组织分为：马氏体型、奥氏体型和铁素体型。

⑹耐热钢或耐热合金分为两大类，工作条件⑴耐热不起皮钢及合金：在热的气体介质中无

载荷或低载荷状态下工作时,表面具有耐化学腐蚀抗力的钢基合金，用于加热炉内原件；（2）

热强钢及合金：承受高温气体介质作用外，还承受一定载荷作用的钢及合金。

⑺材料在高温和载荷作用下抵抗塑性变形和破裂的能力，称为热强性。其高温力学性能与温

度、时间和组织有关

⑻金属的蠕变：金属在高温下，当外加应力低于屈服极限（甚至弹性极限）时，随时间的延长

逐渐发生缓慢的塑性变形直至断裂的现象。（延迟断裂）材料在高温条件下工作时的一种主

要失效形式。蠕变极限：在一定温度下引起一定变形速度的应力。持久强度

⑼水韧处理：将铸造后的高镒钢加热到1000-1100