工程材料復(fù)習(xí)(修訂版10)

1、工程材料復(fù)習(xí)第一章1.1離子化合物熔點、沸點、硬度高。共價晶體高熔點、硬度和強度，脆。分子鍵弱，低熔點、沸點、硬度。四種材料：金屬、高分子、陶瓷、復(fù)合、功能材料。1.2晶體：離子、原子、分子在三維空間呈有規(guī)則的長距離的周期性排列，長程有序，各向異性。非晶體原子散亂分布各向同性。晶面通過結(jié)點的任一平面；晶向通過結(jié)點的任一直線所指的方向。七大晶系十四種晶格晶體結(jié)構(gòu)原子排列晶格常數(shù)舉例體心立方晶格a=b=c-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb、-Ti、Na、K面心立方晶格a=b=c=90°-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag、Pt、-Co密排六方晶格c/a=83Be、Mg、Zn、Cd、-Co、

2、-Ti致密度K原子體積/晶胞體積各向異性晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而在同一晶體（單晶體）的不同晶面上的各種性能也會不同。單晶體結(jié)晶方位完全一致的晶體晶體缺陷：點缺陷（是一種在三維空間各個方向上尺寸都很小，尺寸范圍約為一個或幾個原子間距的缺陷。包括空位、間隙原子、置換原子；形成原因：熱運動）線缺陷（是指三維空間中在兩維方向上尺寸較小，在另一維方向尺寸相對較大的缺陷。屬于這類型缺陷的主要是各種類型的位錯）面缺陷（是指三維空間中在一維方向上尺寸很小，另外兩維方向上尺寸很大的缺陷。常見的面缺陷是金屬中的晶界、亞晶界）位錯容易開動塑性好位錯不易開動強度高晶粒小 強度大1.4合金由兩種或兩種

3、以上的金屬元素，或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。組元合金的獨立的、最基本的單元。相是合金中具有相同的物理、化學(xué)性能，并與該系統(tǒng)的其余部分以界面分開的物質(zhì)部分。組織是合金的微觀形態(tài)，它是合金中各相的形態(tài)所構(gòu)成的。合金的相結(jié)構(gòu)分 固溶體和化合物固溶體合金組元間會相互溶解，形成在某一組元晶格中包含有其他組元的新相。置換固溶體 指溶質(zhì)原子取代部分溶劑原子而占據(jù)著晶格的結(jié)點位置所形成的間隙固溶體 溶質(zhì)原子分布在晶格間隙所形成的固溶體當(dāng)合金中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過固溶體的溶解度時，將析出另一個新相。若新相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同于任一組元，則新相是組元間形成的一種新物質(zhì)化合物。在固溶體中，溶質(zhì)原子的溶入將

4、造成晶格畸變，溶質(zhì)原子濃度增加，晶格畸變增大，從而導(dǎo)致固溶體強度和硬度升高，其他性能也變化，該現(xiàn)象稱固溶強化。化合物高熔點、硬度、脆性1.7使用性能 工藝性能在外力作用下所表現(xiàn)出的各種性能稱為力學(xué)性能。強度、硬度、塑性、韌性。彈性極限：e 屈服極限：s 抗拉強度 ：b 彈性模量：E強度在靜載荷作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。屈服強度Re 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力抗拉強度Rm 拉斷前最大標(biāo)稱拉應(yīng)力疲勞強度 變載荷作用下不致斷裂的最大應(yīng)力塑性在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。斷后伸長率 斷面收縮率硬度材料抵抗外物壓入其表面的能力布氏硬度（HB） 測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼及鑄鐵、有色金屬洛氏硬

5、度（HR） 壓痕深度衡量硬度，HRC應(yīng)用最多維氏硬度（HV）沖擊韌度用在沖擊力作用下材料破壞時單位面積所吸收的能量來表示。沖擊韌度 =沖擊功（J）/式樣缺口處初始截面積（cm2）沖擊性能受溫度的影響很大第二章2.1結(jié)晶物質(zhì)從一種原子狀態(tài)過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)的過程。過冷度理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度Tn之差。晶坯=>晶核=>晶粒當(dāng)液態(tài)金屬過冷到一定溫度時，一些較大的原子集團(tuán)開始變得穩(wěn)定，成為結(jié)晶核心，即晶核。自發(fā)形核 非自發(fā)形核枝晶長大 晶核樹狀長大影響形核率和長大速度的因素過冷度和難熔雜質(zhì)晶粒愈小 金屬的強度、塑性和韌性愈好晶粒大小控制增大過冷度變質(zhì)處理（孕育劑，變質(zhì)劑）

6、機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同種金屬體材料中，不同類型晶體結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2.2相圖表明合金系中不同成分的合金在不同溫度下所存在的相以及相與相之間關(guān)系的圖形。液相線 固相線勻晶相圖 共晶相圖 包晶相圖勻晶相圖：兩組元在液態(tài)和固態(tài)中均為無限互溶最后形成單相固溶體的相圖稱為勻晶相圖。如CuAu、AuAg、FeCr和WMo等合金系相圖都是勻晶相圖。（L）共晶相圖 ：兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限溶解（或不溶），并在結(jié)晶時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所構(gòu)成的相圖稱為二元 共晶相圖。（L+）包晶相圖：兩組元在液態(tài)下無限互溶，在固態(tài)有限溶解，并在結(jié)晶時發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的相圖，稱

7、為包晶相圖。（L+）枝晶偏析在一個晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，改善=>擴散退火（均勻化退火）溶質(zhì)濃度愈大，晶格畸變愈大，則強度、硬度愈高，導(dǎo)電率愈小。鑄造合金的成分常選在共晶點附近。液態(tài)金屬或合金在鑄錠模（得到鑄錠）或鑄型（得到鑄件）中結(jié)晶。2.3鐵碳合金 碳鋼和鑄鐵鐵素體（F）碳在-Fe（體心）中的間隙固溶體；強度差、硬度低、塑性好；WC=0.0218%奧氏體（A）碳在-Fe（面心）中的間隙固溶體；強度、硬度不高，塑性良好；WC=2.11%滲碳體（Fe3C）（白）碳與鐵的化合物；硬度高，脆，塑性=0珠光體（P）（黑）片狀F+片狀Fe3C相間排列；性能介于F與Fe3C之間。萊氏體（Ld）

8、A+Fe3C；硬度很高、塑性很差。種類工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵WC/%<0.02180.02180.770.770.772.112.114.34.34.36.69平衡組織FF+PPP+Fe3CFe3C+P+LdLdLd+Fe3C2.4奧氏體的形成過程（1）奧氏體形核階段（2）奧氏體晶核長大階段（3）殘余滲碳體的溶解階段（4）奧氏體成分均勻化階段奧氏體晶粒度 1級最粗8級最細(xì)2.5熱處理中，冷卻方式有兩種，一是連續(xù)冷卻，二是等溫冷卻第三章3.1塑性變形金屬受到外力作用時，會在其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使金屬發(fā)生相應(yīng)的變形。當(dāng)外力增大，使金屬的內(nèi)

9、應(yīng)力超過其屈服極限后，外力消除而金屬的變形并不消失。單晶體的塑性變形主要通過 滑移 和 孿生 兩種方式進(jìn)行。相同外力下，多晶體金屬的塑性變形量一般比相同成分單晶體金屬的塑性變形量小。只有當(dāng)外力進(jìn)一步增大后，位錯的局部運動才能通過晶界運動，產(chǎn)生更大的塑性變形。多晶體的晶界可以起到強化作用細(xì)化晶粒可以對多晶體金屬起到明顯強化作用3.2金屬經(jīng)過冷態(tài)下的塑性變形后其性能發(fā)生很大的變化，最明顯的特點是強度隨變形程度的增大而大為提高，其塑性卻隨之有較大的降低，這種現(xiàn)象稱為形變強化，也稱為加工硬化或冷作硬化。位錯密度高，晶體處于高能量狀態(tài)，抗腐蝕性降低。冷加工硬化會給金屬進(jìn)一步加工帶來困難外力去除后，仍殘存

10、于金屬材料內(nèi)的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力，有時也稱內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力作用范圍：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力、晶格畸變殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力危害：(1) 降低工件的承載能力(2) 使工件尺寸及形狀發(fā)生變化(3) 降低工件的耐蝕性利用再結(jié)晶退火消除加工硬化現(xiàn)象.3.3冷變形金屬在加熱時的組織和性能發(fā)生變化、將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。在再結(jié)晶溫度以下的變形叫冷變形在再結(jié)晶溫度以上的變形叫熱變形鑄錠在塑性加工中產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。纖維組織穩(wěn)定性高，不能用熱處理方法加以消除，只有經(jīng)過鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。3.4

11、金屬的塑性加工性能是衡量金屬材料通過塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度。用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小變形抗力指在變形過程中金屬抵抗外力的能力。變形抗力越小，則變形中所消耗的能量也越少。塑性加工性能影響因素：金屬本質(zhì)（1） 化學(xué)成分（2） 金屬組織加工條件（1）變形溫度隨溫度升高，金屬的塑性上升，變形抗力下降溫度過高必將產(chǎn)生過熱、過燒、脫碳和嚴(yán)重氧化終鍛溫度過低，金屬的變形強化嚴(yán)重，變形抗力急劇增加，加工難于進(jìn)行，強行鍛造，鍛件破裂報廢。（2）變形速度（3）應(yīng)力狀態(tài)第四章金屬材料的熱處理是金屬材料在固態(tài)下，通關(guān)適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，改變材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善

12、材料性能的一種工藝方法，也稱之為金屬材料的改性處理。預(yù)備熱處理（改善加工性能） 最終熱處理（提高使用性能）熱處理普通熱處理退火、正火、淬火、回火表面熱處理表面淬火感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱淬火化學(xué)熱處理滲碳、滲氮、滲金屬其他熱處理形變熱處理、超細(xì)化熱處理、真空熱處理退火是將鋼加熱到預(yù)定溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻，獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。目的：1) 降低硬度，改善切削加工性。2) 消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減小變形與開裂。3) 細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。正火：正火是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（共析鋼和過共析鋼）以上3050，保溫適當(dāng)時間后在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。淬火

13、：是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30 50，經(jīng)過保溫后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻的熱處理工藝?；鼗?就是把經(jīng)過淬火的零件重新加熱到低于Ac1的某一溫度,適當(dāng)保溫后，冷卻的室溫的熱處理工藝。熱處理目的溫度范圍冷卻方法應(yīng)用形成組織退火完全退火組織均勻細(xì)化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力Ac3以上3050冷卻到500以下空冷亞共析鋼、鑄件、鍛件、焊接件珠光體球化退火珠光體中滲碳體球化，降低材料硬度，改善切削加工性Ac1以上1030冷卻到600以下空冷共析和過共析鋼及合金工具鋼擴散退火（均勻化退火）使化學(xué)成分均勻化Ac3以上150200（10501150）長時間保溫（1015h）隨爐冷合金鋼大

14、型鑄、鍛件去應(yīng)力退火消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力Ac1以下（500650）保溫慢冷至200空冷空冷鑄、鍛、焊件及經(jīng)過切削加工的零件熱處理目的溫度范圍冷卻方法應(yīng)用形成組織正火(1) 對普通碳素鋼、低合金鋼和力學(xué)性能要求不高的結(jié)構(gòu)件，可作為最終熱處理。(2) 對低碳素鋼用來調(diào)整硬度，避免“粘刀”。(3) 對共析、過共析鋼用來消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為去球化退火作準(zhǔn)備。Ac3（亞共析鋼）或Accm（共析和過共析鋼）以上3050靜止空冷普通碳素鋼、低合金鋼最終熱處理；過共析剛球化退火作準(zhǔn)備索氏體淬火強化鋼件亞共析鋼Ac3+（3050）過共析鋼Ac1+（3050）介質(zhì)速冷強化工件馬氏體和貝氏體回火低溫回火降低

15、鋼的淬火應(yīng)力，減少脆性，并保持其高硬度和高耐磨性150250空冷刃具、量具、模具、滾動軸承及滲碳、表面淬火的零件回火馬氏體中溫回火獲得高彈性極限和屈服強度350500彈簧和鍛模回火托氏體高溫回火提高鋼的綜合力學(xué)性能500650連桿、曲軸、齒輪、機床主軸回火索氏體調(diào)質(zhì)處理淬火+高溫回火（一般為中碳鋼）回火脆性：淬火鋼在某些溫度范圍內(nèi)回火時，淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為回火脆性。4.5鋼的淬透性是在規(guī)定的淬火條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼在淬火中獲得馬氏體的能力。鋼的淬硬性是指鋼在淬火時所能獲得的最高硬度臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越大影響臨界冷卻速度：(1) 鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2

16、) 合金元素(3) 鋼中未溶物質(zhì)4.7鋼的化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。滲碳（需熱處理）、滲氮（無需熱處理）、碳氮共滲提高表面硬度、耐磨性，耐熱性、耐蝕性。第六章6.1工業(yè)用鋼分 碳素鋼（碳鋼）和合金鋼碳素鋼除鐵、碳外還有少量錳、硅、硫、磷的雜質(zhì)元素。錳脫氧能力較好，與硫化合成MnS，減小S的危害，對鋼有強化作用。硅的脫氧能力比錳強硫、磷是有害元素分類舉例說明碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-AF屈服強度235MPa優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼4540MnWC=0.45%（單位0.01%）WC=0.40%Mn較高碳素工具鋼T8

17、T8AT碳 WC=0.8% （單位0.1%）高級優(yōu)質(zhì)一般工程用鑄造碳鋼ZG200-400鑄鋼 屈服強度200MPa 抗拉強度400MPa6.26.3工程用鋼主要是用于各種工程結(jié)構(gòu)滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼普通結(jié)構(gòu)鋼WC<0.4%牌號舉例Q195 Q215 Q235螺釘、螺母、墊圈、焊接件、沖壓件、橋梁金屬Q(mào)255 Q275 小軸、銷子、連桿、農(nóng)機Q295 油槽、油罐、車輛、橋梁Q345 Q390油罐、鍋爐、橋梁、車輛、壓力容器、輸油管道、建筑構(gòu)件Q420 Q460船舶、壓力容器、電站設(shè)備、車輛、起重機Cr、Ni、Mn：提高淬透性，強化基體。Ti、V：細(xì)化晶粒，提高耐磨性。零件制造一般

18、工藝流程：下料>毛坯成形（通常為鍛造）>預(yù)備熱處理>粗加工>最終熱處理>加工裝配淬火+中溫回火彈簧鋼淬火+低溫回火滾動軸承鋼滲碳+淬火+低溫回火滲碳鋼6.4工具鋼刃具鋼、模具鋼、量具鋼高硬度、高耐磨性、高熱硬性（紅硬性）工具鋼鍛造、預(yù)備熱處理（完全退火、球化退火）、最終熱處理（淬火+高溫回火、正常淬火+低溫回火、高溫淬火+多次高溫回火）T8 T8A刃具工具T10 T10AT12 T12A不受沖擊、低速刃具、模具、量具9SiCr板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板、冷沖模CrOW18Cr4V高速切削刀具W6Mo5 Cr4V25CrW2Si耐沖擊剪刀片Cr12冷沖模冷作模具剛Cr

19、12MoVCrWMn板牙、拉刀、量具、高精度冷沖模5CrMnMo熱鍛模中型熱鍛模5CrNiMo大型熱鍛模Cr2W8V熱擠壓模、高速鍛模、精鍛模6.5不銹鋼（Cr、低碳）耐熱鋼耐磨鋼“ZG”鑄鋼6.6分類石墨形狀鑄鐵組織鑄鐵牌號及表示方法基體石墨灰鑄鐵片狀F或F+P或P片狀HT xxx由代號加數(shù)字構(gòu)成。H、Q、Ru、K、T分別為灰、球、蠕、可、鐵的漢語拼音字首，第一組數(shù)字表示最低抗拉強度，第二組表示最低伸長率。球墨鑄鐵球狀F或F+P或P球狀QT xxx-xx蠕墨鑄鐵蠕蟲狀F或F+P或P蠕蟲狀RuT xxx可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀P或F團(tuán)絮狀KTH(z) xxx-xx鑄鐵性能特點:（1）力學(xué)性能低，鑄鐵的抗

20、拉強度和塑性都較低，這是由于石墨對鋼基體的割裂作用和所引用的應(yīng)力集中效應(yīng)造成。（2）耐磨性和消振性好，是因為鑄鐵中的石墨有利于潤滑及貯油。（3）工藝性能好，由于鑄鐵含碳量高，接近共晶成分，熔點比鋼低，因而鑄鐵流動性好。6.7工業(yè)純鋁鑄造純鋁、變形鋁形變鋁合金（防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁、鍛造鋁合金）鑄造鋁合金6.8工業(yè)純銅有T1、T2、T3、T4四個牌號數(shù)字愈大純度愈低黃銅（銅+鋅）青銅（銅+錫）6.9工業(yè)應(yīng)用最廣的軸承合金是錫基和鉛基軸承合金（巴氏合金）錫基軸承合金Sn-Sb-Cu鉛基軸承合金Pb-Sb-Sn-Cu第七章7.1鑄造：是將液態(tài)金屬或合金澆注到與零件的形狀，尺寸相適應(yīng)的鑄型內(nèi)，待其冷卻凝固后，獲得毛坯或零件的方法。手工造型 和 機器造型按砂箱分類: 兩箱造型、三箱造型、地坑