2022年2022年《機械工程材料》復(fù)習課3

1、精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載機械工程材料復(fù)習課第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一晶體與非晶體晶體：非晶體：長程有序排列短序有序具有確定熔點無固定熔點各向異性各向同性二金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶胞內(nèi)原子數(shù)體心立方2 個面心立方4 個密排六方6 個致密度k = 0.68k=0.74三實際晶體的結(jié)構(gòu)k=0.74晶粒內(nèi)的晶格位向基本一樣, 各晶粒間位向都不同； 亞晶間兩側(cè)晶體有很小的位向差 < 2°,亞晶界由一系列相隔肯定距離的刃型位錯垂直排列而成；1點缺陷：空位與間隙原子在肯定溫度下總有肯定平穩(wěn)濃度的點缺陷存在,引起點陳畸變,可以消逝；當淬火或冷加工時會產(chǎn)生室溫下的過飽和點

2、缺陷；空位與擴散機制有關(guān)；2線缺陷：位錯晶體中有幾層原子錯排了位置而形成的晶體缺陷；正.負刃型位錯可相互抵消；塑性變形機制： 通過位錯在切應(yīng)力作用下在晶體中逐步移動完成,而不為剛性的移動；l位錯密度：m =提高強度：（1）完全排除金屬內(nèi)的位錯缺陷,s理論值：（2） m 加工硬化.熱處理強化；3面缺陷：晶界.亞晶界晶界.亞晶界細化,可以強度.硬度和塑.韌性（1）界面對塑性變形時的位錯移動有阻礙作用,引起位錯塞積, 使變形抗力,強度.硬度；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載（2）需要四周晶粒作和諧的彈性變形以保持物體的連續(xù)性,使變形抗力；（3）晶界越多,阻礙裂紋擴展

3、,使韌性；（4）晶粒細化,可使塑性變形勻稱分散到各晶粒內(nèi),使應(yīng)力集中程度, 試樣斷前塑性變形更多,使塑性；四純金屬的結(jié)晶平穩(wěn)凝固條件下：理論凝固溫度t0 = t 熔實際非平穩(wěn)凝固,存在過冷現(xiàn)象；t = t0 - t1 冷卻速度越大, t 也越大, 過冷為金屬結(jié)晶的必要條件；結(jié)晶為一個不斷形核與長大的過程,最終長成一個多晶體；自發(fā)形核：液相中一些原子的短程有序結(jié)構(gòu)自發(fā)成為晶核；非自發(fā)形核：依附于難熔質(zhì)點和型壁表面形核；由于棱角處散熱條件優(yōu)越,晶粒常長成樹枝晶；五細化晶粒的方法n精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載依據(jù)： z< zg, 隨著 t,形核率 n 的比 g的快,得細晶粒；

4、精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載冶鑄時（ 1）增大 t；（ 2）變質(zhì)處理：轉(zhuǎn)變n.g；（3）附加振動：使樹枝晶破裂, n；其它方法：（4）通過重結(jié)晶,重新形成晶核,長成細晶粒,eg:fe-c 合金；（5）高應(yīng)力下熱加工時動態(tài)再結(jié)晶,鍛.軋鋼材比鑄鋼晶粒細；六金屬同素異晶轉(zhuǎn)變當外界條件轉(zhuǎn)變時,有些金屬由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變；特點：（ 1）屬恒溫轉(zhuǎn)變,原子重排的固態(tài)相變,需更大的過冷度t；（2）包括形核.長大的過程,釋放結(jié)晶潛熱,稱為重結(jié)晶或二次結(jié)晶；（3）相伴有比容的躍變,產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力；（k .a 不同）其次章機械性能一強度與塑性（靜拉伸試驗）ao1彈性極限：

5、re =fe開頭產(chǎn)生微量塑性變形的抗力op 段成直線關(guān)系：=e精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載ao2屈服極限r(nóng) s =fs代表材料發(fā)生明顯塑性變形的抗力；ao3抗拉強度： rm=fb材料在斷裂前所發(fā)生的勻稱塑性變形所能承擔的最大應(yīng)力；材料的強度：材料在靜載荷作用下抗擊破壞（塑變.斷裂）的才能；塑性：材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的才能；l1 l0延長率： a=l0×100%a 0-a 1斷面收縮率： z=a 0×100%二硬度1布氏硬變 hb ：適用于 hbs<450 的灰鑄鐵,軸承合金,有色金屬.調(diào)質(zhì)鋼.退火的毛坯件, hbw

6、<650 ；壓痕大,測值重復(fù)性高,精確；2洛氏硬度 hr：hra .hrc 測高硬度材料, hrb 測軟材質(zhì),相互間不能比較；廣泛用于成品檢驗,壓痕小,測值分散度大；3維氏硬度hv ：使從軟到硬材料有一個連續(xù)標度；可查附表對比其它硬度值；一般不用于熱處理現(xiàn)場檢驗,尤適于表面處理的模具硬度,作討論用；三沖擊韌性a k=g（h-h）常用 v 梅氏試樣,對易顯現(xiàn)脆斷的機件（焊接結(jié)構(gòu)船）用v 夏氏試樣；ak 值對材質(zhì)反映敏銳,生產(chǎn)上用來檢驗冶金.熱鍛.熱處理的工藝質(zhì)量；四多次沖擊試驗多沖抗力= f（強度.塑性）1沖擊能高塑性,沖擊能低強度（高強鋼需要適當?shù)捻g性ak 協(xié)作）；2一般結(jié)構(gòu)鋼常桌用“淬

7、火+中溫回火（ +低溫回火）”工藝；五疲憊無論脆性仍為韌性材料,承擔交變重復(fù)應(yīng)力時往往在工作應(yīng)力r<rs下突然 斷裂,無塑變；材料受相當循環(huán)次數(shù)（鋼鐵n=107,非鐵金屬 108）不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力疲憊強度 -1 ；第三章加工硬化與再結(jié)晶多晶體的塑性變形抗力較單晶體為高：rs=ri +kd 1）既要克服晶界的阻礙 ;2）又要保證各晶粒間的連續(xù)性和和諧的相應(yīng)變形；一加工硬化隨著材料冷塑度程度的增加,其強度.硬度.塑韌性的現(xiàn)象；內(nèi)部組織精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化：胞狀亞結(jié)構(gòu).呈瘦長條,纖維組織；作用：（ 1）強化金屬；（ 2）勻稱成形；

8、（3）過載安全愛護；不利：（ 1）抗蝕性下降,需去應(yīng)力退火；（ 2）排除加工硬化要再結(jié)晶退火；二回復(fù)再結(jié)晶1回復(fù)冷變形金屬加熱時,只發(fā)生某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化,而光學顯微組織不發(fā)生變化；（1）去應(yīng)力退火：可以保留加工硬化的強化成效,排除內(nèi)應(yīng)力；防止應(yīng)力腐蝕開裂；（2）排除空位等缺陷, （ m 不多）,使電阻率；2再結(jié)晶冷變形金屬加熱時,通過形核長大,形成無畸變的新晶核；（ 1 ） 再結(jié) 晶退 火 ： 可 以 排除 加工 硬 化 恢 復(fù) 到 冷 變形 以前 的 水 平 ；t 再=0.4t 熔（2）再結(jié)晶溫度： t 再開頭再結(jié)晶的最低溫度；1）預(yù)變形量： t 再；2）熔點： tmt 再；3）微量溶

9、質(zhì)原子： t 再；（3）晶粒長大：溫度,時間增長,d；（4）臨界變形度 210%,反常粗大的晶粒度；三熱加工高溫塑變時,金屬材料的加工硬化作用能被動態(tài)再結(jié)晶等軟化過程所抵消,獲得近般穩(wěn)固的流變應(yīng)力；t 再以上：熱加工,無加工硬化；t 再以下：冷加工,有加工硬化；在高的流變應(yīng)力下進行熱加工發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶也可以細化晶粒；第四章二元合金狀態(tài)圖合金：由兩種以上金屬或非金屬組成的確良具有金屬特性的物質(zhì)；相：系統(tǒng)中具有同一集合狀態(tài), 同一結(jié)構(gòu).成分.性能相同的勻稱組成部分,常有相界存在；組織：顯微鏡下觀看到的具有某種外形或形貌特點的各種相的綜合；一合金相結(jié)構(gòu)精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載1

10、固溶體（溶劑晶格）置換固溶體間隙固溶體（有限）無限固溶體有限固溶體精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載溶質(zhì) rx 大小.溫度.晶格類型有關(guān)；2固溶強化溶質(zhì)溶入溶劑中形成固溶體,使晶格畸變,位錯移動的阻力.強度；（1）固溶強化比加工硬化的塑韌性要好；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載（2）合金化可以在固溶體基體上形成強化相構(gòu)成條相合金；二化合物1金屬化合物：晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的結(jié)構(gòu),熔點高,硬而脆的相；正常價化合物間隙相電子化合物間隙化合物2機械混合物：由兩相或多相按肯定比例構(gòu)成的金屬組織；如珠光體 fe3c/f.萊氏體,性能與各組成相的性能.數(shù)量和

11、分布情形有關(guān)；三二元合金狀態(tài)圖1勻晶狀態(tài)圖勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱之；（以 cu-ni 無限固溶體為例）只有在平穩(wěn)狀態(tài)下,所測得的結(jié)晶溫度才為理論凝固溫度to = 熔點溫度tm；平穩(wěn)狀態(tài)圖： 假定冷卻速度特別緩慢, 以固相中原子都能充分進行擴散,成分勻稱； 60%合金但隨 t（合金成分）,相, l相,液.固相平均成份不斷沿著液.固相線變化,直到b3 點,凝固終了, 相成分= 原合金成分；枝晶偏析： 非平穩(wěn)凝固下, 先析出的枝桿部分含高熔點成分多,后析出的分枝.枝間含低熔點的成分較多,原子來不及擴散勻稱,造成微觀偏折；2共晶狀態(tài)圖在共晶點以左 ce 段為過共晶合金： 先 l sb

12、,然后 lcpbsb組織由 sb+（ pd+sb）組成；共晶轉(zhuǎn)變：在恒溫條件下,從液態(tài)中同時結(jié)晶出兩種晶體（或兩種固溶體） 的過稱稱之； 其中發(fā)生共晶反應(yīng)的成分為共晶成分,全體為共晶體的合金稱為共晶合金；密度偏析：先共晶相與余液相的密度相差較大,會引起結(jié)晶相上浮或下沉,造成鑄件在高度方向上成分組織的不勻稱的宏觀偏析；3杠桿規(guī)章應(yīng)用精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載w lw s ws xoxo xlx"kkx'精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載只適用于二元合金平穩(wěn)相圖的兩相區(qū)或三相平穩(wěn)共存線,不適于單相區(qū)；4共析狀態(tài)圖共析轉(zhuǎn)變： 在高

13、溫通過勻晶轉(zhuǎn)變所形成的單相固溶體,在冷卻到某溫度時又發(fā)生恒溫固態(tài)相變,同時分解析出兩個新的固相的過程稱之；第五章鐵碳合金狀態(tài)圖一狀態(tài)圖分析acd 液相線, aecf 固相線：（1）液.固相線之間兩相區(qū)：l+a ,l+fe3c；（2）固相線以下： aesg 區(qū)域：單相 a 區(qū)；727以上： a + l , a+ fe3c；727以下： f + fe3c（3）恒溫相變： lce+fe3c , s p+ fe3c二金相組織與鋼的凝固過程（1）亞共析鋼： l l+aaa+ff+p（2）共析鋼：a p（3）過共析鋼： a fe3cii +a fe3 cii +p（4）共晶白口鑄鐵： l4.3 lda+

14、fe 3ci ld（5）亞共晶白口鑄鐵： l a +l a + ld a+fe3cii l dp+ fe3cii + l d（6）過共晶向口鑄鐵： l l+ fe3ci ld + fe3ci l d + fe3 ci組織形貌：參考書上p49 圖 3-3-5 至圖 3-3-10；凡： c%=02.11%為鋼, c%=2.11 6.09%為鐵,畫出冷卻曲線,組織轉(zhuǎn)變示意圖；第六章鋼的熱處理一鋼在加熱時的a 化過程臨界點溫度： a 1.a3.acm ,ac 1.ac 3.accm 、 ar1.ar 3.arcm1a 化有三個階段：（1）a 晶核在 p 的 f/fe3 相界處優(yōu)先形核并長大；（2）f

15、先消逝,然后剩后fe3 c 需有一溶解過程；（3）a 的成分勻稱化；此外,過共析鋼常在ac 1acm 間進行“不完全a 化”：a+ 部分 fe33c；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載2奧氏體晶粒長大及掌握：（1）起始晶粒度.實際晶粒度.本質(zhì)晶粒度；（2）提高加熱速度,縮短加熱時間,可獲得超細隱晶晶粒度（高頻）；（3）合金元素.含碳量對a 晶粒長大趨勢有影響：c.mn .p 促進 a 長大,其余 me 阻礙 a 長大；二冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1過冷 a 等溫轉(zhuǎn)變： ttt 圖（又稱 c 曲線） 特點：從 a 1ms 間轉(zhuǎn)變有孕育期不同溫度范疇內(nèi)產(chǎn)物不同；p 區(qū)： a

16、1c 曲線鼻尖以上高溫轉(zhuǎn)變區(qū)：p：0.3m , 1025 hrc（100250hb）s：0.1m, 2535 hrc t： <0.1m, 35 48 hrcb 區(qū)： c 曲線鼻尖以下 ms 中溫轉(zhuǎn)變區(qū) fe 切變, c 原子短程擴散：b 上：羽毛球： c 化物在 f 界面上,位錯纏結(jié),hrc4045,脆性,不好b 下：針葉狀： c 化物在 f 片內(nèi),位錯蜜度高,hrc4555,韌性好（等溫淬火）2過冷 a 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 cct 圖介紹圖 7-15,臨界冷速 vk 淬透性有關(guān)（打算過冷a 穩(wěn)固性）三鋼的預(yù)處理：正火與退火1完全退火亞共析鋼2球化退火（等溫退火）過共析鋼四鋼的淬火與回火1.淬

17、火： v>v k,得到 m 組織（1）淬火溫度：亞共析鋼a c3 + 3050過共析鋼a c1 + 3050（2）淬火方法：1）單液淬火：水.油.高分子聚合物水溶液；2）雙液淬火：水淬油冷（t10a 鋼）；3）分級淬火法： ms 點以上短時停留, m硝鹽浴或堿浴,4）等溫淬火法： ms 以上長時間降成, b 下用于外形復(fù)雜的小件5）冷處理：排除 a 殘；（3）淬透性與淬硬性：精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載淬透性 vk ,過冷 a 越穩(wěn)固越好,除co 外,大多數(shù)合金元素淬透性；淬硬性 m 中 c%有關(guān),淬透性高未必淬硬性高；2回火淬火 m 組織不穩(wěn)固,組

18、織極脆,工件中存在很大的內(nèi)應(yīng)力,如不準時回火,會使工件變形開裂；（1）m 分解： 100以上, m中 c 以 -f 2.4 c 析出,過飽和度變,工模具和滲碳.表面淬火件形成“回火 m” 組織,含碳 0.25%c,降低內(nèi)應(yīng)力和脆性60hrc；（2）殘余 a 分解： 200 300, ab 下；（3）碳化物類型轉(zhuǎn)變： 250 400,“fe3 c+針條狀 f”,回火 t；eg 彈簧,有較高 s、e；（4）滲碳體集合長大： 450以上, fe3c 集合長成粒狀, f 發(fā)生再結(jié)晶；成為：“球粒狀 fe3 c+等軸狀 f”回火索氏體 s；淬火 +高溫回火= 調(diào)質(zhì),綜合機械性能好,同時有良好的塑韌性和強

19、度,用于處理重要零件,或作為表面處理的預(yù)備組織；五表面熱處理（1）表面淬火：高.中頻淬火,適于中碳鋼,耐疲憊強度提高；（2）化學熱處理：把握滲碳處理,其它方法一般明白,不考試；低碳鋼材料滲碳處理： 用于承擔較大沖擊載荷和嚴峻磨損條件下提高材料疲憊強度.耐磨性,及心部韌性；組織：表層：0.85 1.05%c：“細小的回火 m +粒狀 fe3c”, 58 64 hrc,心部：回火低碳 m 及部分 t,s 組織,不答應(yīng)大塊狀f；四成分.組織.性能間的關(guān)系.鐵碳狀態(tài)圖的應(yīng)用1說明書上圖 5-16；2選材應(yīng)用：結(jié)構(gòu)型鋼.機械零件.彈簧.工模具用鋼；3為什么鑄鐵常選共晶成分？（流淌性.疏松.偏析.熱裂傾向

20、）4鍛造溫度范疇：（ 1）亞共析鋼： gs（a c3 線）以上（ 2）過共析鋼： a 1 以上：破裂網(wǎng)狀 fe3cii第七章金屬材料及應(yīng)用一碳鋼號及應(yīng)用1鋼號意義及表示方法一般碳素鋼： a 類鋼. b 類鋼冷靜鋼： mn .si.al 充分脫氧,屬本質(zhì)細晶粒鋼有集中縮孔（須冒口成材率低） ,組織致密；沸騰鋼： mn 脫氧,屬本質(zhì)粗晶粒鋼.有疏松.很多汽泡.無集中縮孔成材率高,成本低；表面有細品區(qū),表面質(zhì)量好,含si 少,塑性佳,宜作軋材；2 優(yōu)質(zhì)碳素鋼： 45 鋼.t8 鋼3高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼： t12a 鋼精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載4鑄造碳鋼zg×

21、;× × rs-rm（ mpa）,用途；二合金鋼分類與編號1低（ me<5%）,中（5%<me<10%）,高（ >10%me）合金鋼含碳量 c<2.11由于 c.e 點左移,顯現(xiàn)萊氏體鋼；2分類：合金結(jié)構(gòu)鋼： 調(diào)質(zhì)鋼.滲碳鋼.易切鋼.低淬鋼.普低鋼.彈簧鋼.軸承鋼；合金工具鋼：量具鋼.冷作模具鋼.熱作模具鋼；特別性能鋼：不銹鋼.耐熱鋼.耐磨鑄鋼；. 25mm 試樣空氣靜止泠卻：分p 鋼.b 鋼.m 鋼.a 鋼.f 鋼 etc； 3編號：.結(jié)構(gòu)鋼： 00/00c,1%me 不標數(shù)字, 1.52.5%標“ me2”；加 a 高級優(yōu)質(zhì)鋼eg： 40c

22、r.y15.gcr151%c、 1.5%cr工具鋼： t 0/00c、 碳素工具鋼, t10、 t12a ；無須加 -a ,1%c + mex（對 c>1%, 不標碳量）eg： w18cr4v0.7% 0.8%、 00cr18ni9、 1cr18ni9ti；三鋼中常存雜質(zhì)元素影響1 si 和 mn：si<0.4%.mn<0.8%一般固溶強化 f,否就有害； mns 可 s 的害處；2 s：易形成 a-fes（985）的離異共晶,產(chǎn)生熱脆,用mns（1600）排除； 3 p：極大地固溶入 f 中,使鋼強化但脆性也冷脆；可以提高大氣抗蝕性,用于s.p 的易削鋼或炮鋼中；四合金結(jié)構(gòu)

23、鋼1普低鋼16mn .15mnv作結(jié)構(gòu)件, q×××表示；低碳： c<0.2%,保證良好塑韌性能泠成型,良好的焊接性能；少量的 mn<1.8%、 si<0.6%、固溶強化, 增加 p 量,在不降低韌性的前提下, 使s 提高 20 50%；輔加v.ti .nb：細化晶粒,彌散強化,cu.p大氣抗蝕性, re低溫韌性；2 合金滲碳鋼用于受較劇烈的沖擊作用和磨損條件下工作的零件或交變載荷；要求表面具有高硬度：高耐磨性,心部要有高韌性和足夠的強度；c0.1 0.25%,保證心部有足夠塑韌性；cr.ni .mn.b 等；淬透性,提高參層強韌性；ti .v.

24、mo等強碳化物形成元素：細化晶粒,抑制滲碳過熱；精品學習資料精選學習資料 - - - 歡迎下載優(yōu)秀學習資料歡迎下載滲碳后”直接淬火+低溫回火”組織：表層：（ me、fe）3c +回火 m +少量 a 殘,58 62；心部： 1）全部淬透：低碳m,hrc4048；2）部分淬透： t+低碳回 m+少量 f鋼號： 20cr .20mnv薄層滲碳； 20crmnti 做齒輪； 18 cr2ni4wa（m鋼）做飛機.坦克上重載齒輪；3合金調(diào)質(zhì)鋼制作一些受循環(huán)交變載荷或有沖擊及各種復(fù)合應(yīng)力工作的重要零件；保證有較好的綜合機械性能；含碳量：中碳 0.3 0.55%c,既保證強度,又有較好韌性；主加元素： c

25、r.ni .mn.si .b滲透性,強化 f；輔加元素： v.ti .al 細化晶粒,回火穩(wěn)固性；w.mo可防止或減輕cr.ni 鋼的可逆回火脆傾向；鋼號： 1）低淬透性： 45,40, 40mn、 40mnb2中淬透性： 40mnvb.42simn、 40cr、 42crmo3 ）高淬透性： 40crnimoa、 40crmno、 38crmoala熱處理：淬火 +高溫回火（回火 s）4彈簧鋼失效：疲憊為主,要有高的e 和屈強比 rs/rm；1含 c：0.45 0.75%0.6 0.9%保證 re和 rs/re 高；2) 主加元素： mn、 si、提高滲透性,強化f；3) 輔加元素： cr、

26、 w、 o、 nb降低過熱敏銳,脫碳,細化品粒,提高穩(wěn)固性；鋼號： 65mn、 60si2mn、 50crva、 65、75、85號鋼；熱處理：淬火 +中溫回火（回火t）5滾動軸承鋼 gcr151）含 c：0.95 1.10%,保證高的溶硬性和耐磨性；2）cr：1.3 1.65%、 提高滲透性,回火穩(wěn)固性,及肯定韌性,抗蝕性；熱處理：球化退火（ hb180 207）淬火 +泠處理 +低溫回火 6165hrc,組織：極細的回m+均布細粒（ cr、 fe ）3c +少量 a 殘；6其他結(jié)構(gòu)鋼：易切鋼： y15超高強度鋼： 40crnimoa、 4cr5 ovsi、 ni25ti2aln6；五合金工具鋼1高速鋼 w18cr4v1 ）含 c:0.7 0.8% 形成 w、cr、v 的大量碳化物,過飽和的m；2） w：1719%,形成 w2c、 vc 保證紅硬性（二次硬化）3） cr：4%,提高滲透性,形成cr23c6 提高抗回火穩(wěn)固性；1）鍛造：破裂鑄態(tài)下的晶萊氏體碳化物及二次碳化物；2）球化退火： s+細粒狀碳化物（ cr23c