機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)資料

1、機(jī)械工程材料復(fù)習(xí)第一部分基本知識一、概述1目的掌握常用工程材料的種類、成分、組織、性能和改性方法的基本知識（性能和改性方法是重點(diǎn)）。具備根據(jù)零件的服役條件合理選擇和使用材料；具備正確制定熱處理工藝方法和妥善安排工藝路線的能力。2復(fù)習(xí)方法以“材料的化學(xué)成分t加工工藝t組織、結(jié)構(gòu)t性能t應(yīng)用”之間的關(guān)系為主線， 掌握材料性能和改性的方法，指導(dǎo)復(fù)習(xí)。二、材料結(jié)構(gòu)與性能：材料的性能： 使用性能：機(jī)械性能（剛度、彈性、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性）； 工藝性能：熱處理性能、鑄造性能、鍛造性能、機(jī)械加工性能等。2材料的晶體結(jié)構(gòu)的性能： 純金屬、實(shí)際金屬、合金的 結(jié)構(gòu)（第二章）；純金屬：體

2、心立方（-Fe ）、面心立方（-Fe ），各向異性、強(qiáng)度、硬度低；塑性、韌性高實(shí)際金屬：晶體缺陷（點(diǎn)：間隙、空位、置換；線：位錯；面：晶界、壓晶界）t各向同性；強(qiáng)度、 硬度增高；塑性、韌性降低。我1-2寶際金屬的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)抽主竇影式對材料性罪的醪衲間Btiif（子廿換駅子主聶力式冊工址化園酣懺tt*燈#t呂化面旗陷繪猶識、啟忙鍛*熔盤低，蠱度髙£3制蠱住合金：多組元、固溶體與化合物。力學(xué)性能優(yōu)于純金屬。單相合金組織：合金在固態(tài)下由一個固相組成 ；純鐵由單相鐵素體組成 多相合金組織：由兩個以上固相組成的合金。多相合金組織性能：較單相組織合金有更高的綜合機(jī)械性能，工程實(shí)際中多采用多相組織

3、的合金3材料的組織結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)晶組織與性能：F、P、A Fe3C、Ld;1）平衡結(jié)晶組織平衡組織：在平衡凝固下，通過液體部的擴(kuò)散、固體部的擴(kuò)散以及液固二相之間的擴(kuò)散使使各個晶粒部的成分均勻，并一直保留到室溫。令冬種類白口鑄快亜共斷構(gòu)共折fML.廠1垃共斬艷亜共晶 enHtt共丹白過其莽 白LJ特鐵<0.02150.77n0.7?3.112, J1 4 34.69FF-f rFPH-FeiCi +AFeiC i +3| FejCn .-* fe» S*性*10性奶2-2牲碳金金中的從木紺織1定 i性ntFBCCc渚于以屮£0l書52蚩戟+片狀靈.別性艮蚌AFCC何戡I

4、S晤嶽C » T Y*Fe 中<1.11塊歡軸伙U*啊帙員好»ft悴Cm i品畠的金化音務(wù)I.佃蹤化爵物從L中首先站岸岀6- 69<122?粗大片.豪狀MH二 atCm I由A中析出<1143但度剛JL下律】三慶Cm,巾F中析出<727片 tt(Vrtt>塔加性，印低性珠光律P機(jī)械握音林F+卜電jG以n727層片找良蚌垛舎力學(xué)性 催t理度較簡耳 音一足焙、勁柱）ABU曲相姐紉機(jī)A+FejC4.3727-114點(diǎn)收、知桿狀VE"LV機(jī)榷程舍軸H+F*iC i +F"C44- a£777點(diǎn)狀、短桿 或仙骨狀2）成分、組

5、織對性能的影響 硬度（HBS）:隨C%f ,硬度呈直線增加，HBS值主要取決于組成相 Fe3C的相對量。 抗拉強(qiáng)度（b） : C%v 0.9%圍，先增加，C%> 0.91.0 %后，b值顯著下降。 鋼的塑性（）、韌性（aj :隨著C%f ,呈非直線形下降。3）硬而脆的化合物對性能的影響：第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物，若化合物呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降；若化合物呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：降低應(yīng)力集中程度及對固溶體基體的割裂作用，使韌性及切削加工性提高；呈彌散分布于基體上： 則阻礙位錯的移動 及阻礙晶粒加熱時的長大，使強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化；呈層片狀分布于基

6、體上：則使強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。塑性變形組織與性能農(nóng)3*1塑件變聃村臨居紐織和性能的影響変賂類皇工藝方墓性憾愛花變煙晶粒沿變率方向件覧，眉于各向舁性品粒碎化，形成隻結(jié)梅*強(qiáng)度增離雹性尸降 或旅加匚仗化L槽度障低冷拉牆軋檔于各向畀性焊音鑄進(jìn)組垠中存在的力學(xué)性能按鬲，帶度擬高由碎鑄逍總鈦晶粒、粗大枝甜良 橋比掰、關(guān)析NE小*懇怕溫北夾雜物沿變解方向拉枳、腦成汛城 幷蟻坦織甲聲*凈卻可孫城帶狀組報的于各向舁性 址方尙力學(xué)性能規(guī)為1）組織與性能的變化金屬塑性變形后產(chǎn)生晶格畸變，晶粒破碎現(xiàn)象，處于組織不穩(wěn)定狀態(tài)的非平衡組織，非平衡組織向平衡組織轉(zhuǎn)變：可通過再結(jié)晶、時效及回火實(shí)現(xiàn)。加工硬化

7、，物電阻增大、耐蝕性降低等，各向異性：產(chǎn)生纖維狀組織；晶粒破碎、位錯密度增加；織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生；殘余應(yīng)力。2）變形金屬在加熱過程中組織和性能的變化回復(fù)（去應(yīng)力退火）：強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性略有提高。電阻和應(yīng)力等理化性能顯著下降再結(jié)晶：形成細(xì)小的等軸晶粒。加工硬化消失，金屬的性能全部恢復(fù)。金屬的強(qiáng)度和硬度明顯而塑性和韌性顯著f,性能完全恢復(fù)到變形前的水平。熱處理組織與性能1）貝氏體的機(jī)械性能：上貝氏體：鐵素體片較寬.塑性變形抗力較低；同時，滲碳體分布在鐵素體片之間， 容易引起脆斷.因 此，強(qiáng)度和韌性都較差。下貝氏體：鐵素體針細(xì)小，碳化物分布均勻，所以硬度高，韌性好，綜合機(jī)械性能好。2）馬氏體的形

8、態(tài)及機(jī)械性能 .板條馬氏體（又稱位錯馬氏體。）：碳含量V 0.23 %;機(jī)械性能：不存在顯微裂紋，淬火應(yīng)力小，強(qiáng)度高，塑性、韌性好。 .針狀馬氏體：碳含量 1.0 %;（顯微鏡下呈針狀）機(jī)械性能：存在大量顯微裂紋，較大的淬火應(yīng)力，塑性和韌性均很差； 混合組織馬氏體：碳含量在0.23 %一 1.0 %之間時為板條和片狀馬氏體的混合組織。 馬氏體的硬度，含碳最增加，硬度升高含碳量達(dá)到0.6 %以后，其硬度的變化趨于平緩。 合金元素 對鋼中馬氏體的硬度影響不大。*4,1過沖虞氏休尊迴沖卻轉(zhuǎn)變的英型s產(chǎn)鶴、性龍耳特征1 相組咸t戦變英迥|特征HRC悴 型珠丸悴FIt -630K+ icjC獷故訊（螢

9、原子飆底 原子都曠«）片層間矍2." 6$呻,50010-205630-60)片層聞璋25呻昇OOdW計消厠珠比井25-題TfiOO-550片良河魁2 0（®佰分 淸桃那珠北怵加40貝氏!匕貝氐悴叫550-350F-tut + 斑£半的擴(kuò)佛 型（鐵原于 平擴(kuò)原于擴(kuò)獨(dú)：）窮毛狀：苦尸H時的過碩 F 榜劇W,不朋分市焜杯（片狀） 哄不覦40- 45 !»!50*60下團(tuán)氏體Bt3502<40.針狀穽過館和尸針內(nèi)均勻分 布（與忙軸陂3弟4魚）綱 小啊程«味此輛口其有狡髙 的0度、硯度、塑性卬髓性*耳 禹 體戰(zhàn)虔品）240中-50n戰(zhàn)在

10、a - Fe 忸和固方晶格）"菲擴(kuò)IttS! （悅原于和 隴原于都 不擴(kuò)旳 馬底休變31形成.寫傑?M 吋河無芙 耳氏體朋扳車祚常大（戢 崔可達(dá)S 烏氏俸醫(yī)變不完全性* >sCC） *65%鋼中存在颶余 馬氏林刪細(xì)與含題有關(guān)64-®扳糸馬氏慵m 20%（低30®3）回火組織與性能回火類型回火溫度組織性能及應(yīng)用組織形態(tài)低溫回火150250回火M(M )保持高硬度，降低脆性及殘 余應(yīng)力，用于工模具鋼，表 面淬火及滲碳淬火件過飽和 + 碳化物（FexC ）中溫回火350-500回火屈氏體（T'）硬度下降，韌性、彈性極限 和屈服強(qiáng)度f,用于彈性元 件保留馬氏

11、體針形F+細(xì)粒狀Fe3C高溫回火500-650回火索氏體（S）強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、 良好綜合機(jī)械性能，優(yōu)于正 火得到的組織。中碳鋼、重 要零件米用。多邊形F+粒狀F&C4材料組織結(jié)構(gòu)變化實(shí)現(xiàn)的性能強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化 ：通過合金化 （ 加入合金元素 ）組成固溶體，使金屬材料得到強(qiáng)化稱為固溶強(qiáng)化； 細(xì)晶強(qiáng)化： 強(qiáng)度、硬度越高；其塑性、韌性越好。晶界處原子排列混亂，使其熔點(diǎn)低，易受腐蝕。 由結(jié)晶過程、冷熱塑性變形、合金化、熱處理實(shí)現(xiàn)。加工硬化： 使晶粒碎化、晶粒拉長、位錯密度增加，從而使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性、耐蝕性 等下降，并產(chǎn)生各向異性。冷塑性變形實(shí)現(xiàn)。第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物（F

12、e3C）,若呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降； 若呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：使韌性及切削加工性提高； 呈彌散分布于基體上： 使強(qiáng)度、 硬度增加， 塑性、 韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化； 呈層片狀分布于基體上：強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。形變強(qiáng)化： 金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度；相變強(qiáng)化： 通過熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強(qiáng)化。三、材料熱處理、合金化與性能1改善材料成形加工組織與性能的熱處理工藝（預(yù)先熱處理）退火 ：完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火退火 ：加熱保溫緩冷獲得接近平衡狀態(tài)組織。退火目的： 改善鑄、鍛、焊粗大不均勻的

13、組織，降硬度，提高塑性，改善冷加工工藝性。 消除成分不均勻，應(yīng)力。1）完全退火（加熱Ac3+（ 2030C）溫度，保溫、緩冷組織： P+F目的：細(xì)化，均勻化粗大、的原始組織；降低硬度t切削性f;消除應(yīng)力；消除組織缺陷；應(yīng)用： （ C%=0.3 0.6%）亞共折鋼，共析鋼和合金鋼鑄、鍛、軋2）球化退火加熱Aci+（ 1030C），保溫、緩冷（或 Ari （ 2030C）等溫）應(yīng)用： 過，共析鋼、高碳合金鋼組織：球狀P （F+球狀Cem）目的：Fe3Cl及Fe3C共析球化T HRQ，韌性切削性f為淬火作準(zhǔn)備；球化退火前，正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，以利于球化進(jìn)行。3）擴(kuò)散退火加熱10501150C，

14、保溫1020h,冷卻：爐冷組織： P+F 或 P+Fe3CII目的： 消除偏析后果： 粗晶、氏組織、帶狀組織，韌性、塑性較差，需完全退火或正火來細(xì)化晶粒。4）去應(yīng)力退火（再結(jié)晶退火）加熱：Ac1（ 100200 ）C；保溫+爐冷；目的： 消除加工硬化，消除殘余應(yīng)力。正火正火：亞共析加熱 AC3 + （ 3050C）、過共析鋼加熱 Accm+（ 3050C）保溫+空冷，得到 P類工藝。組織：S或 P （ F+ FesC）正火與完全退火的區(qū)別 ：冷速較快，組織較細(xì)，得更高的強(qiáng)度和硬度；生產(chǎn)周期較短，成本較低。 目的及應(yīng)用： 預(yù)先熱處理、最終熱處理、改善切削加工性能。2預(yù)先熱處理工藝應(yīng)用工具鋼：球化

15、退火；結(jié)構(gòu)鋼：正火，完全退火。表面強(qiáng)化處理的零件：調(diào)質(zhì)處理正火。改善冷塑性加工性能再結(jié)晶退火 ：恢復(fù)變形前的組織與性能，恢復(fù)塑性，以便繼續(xù)變形。改善機(jī)加工性能C%： 0.40 %中低碳鋼：正火，提高硬度C%f 0.4O %0.60 % :完全退火；C滄0.6 %的高碳鋼：球化退火，獲得粒狀珠光體。合金鋼：退火：鑄鐵件白口層：加熱 850950C+保溫+（爐冷+空冷）。消除材料的加工應(yīng)力去應(yīng)力退火 ：沒有組織變化。工藝：緩慢加熱500650 C+保溫+緩冷，3鋼鐵的淬火淬火原則與淬透性目的 ：提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性。原則：淬硬，獲盡量完全的 M;淬透，M組織表里如一；保證淬硬條件下，用緩冷介質(zhì)，

16、以防開裂。淬透性：在規(guī)定淬火條件下得到 M多少的能力，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性；是鋼的屬性。由A過穩(wěn)定性決定，表現(xiàn)為 VK的大小。淬透性評定：用標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)定條件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直徑表示。淬透層深度：從表面至半 M區(qū)的距離。與鋼的淬透性及外在因素有關(guān)。影響因素：I Vk越小，淬透層越深；II .工件體積越小，淬火時的冷速越快，淬透層越深；川。水淬比油淬的淬透層深；.淬硬性：由M中。鋼的淬硬性越好。4淬火工藝淬火加熱溫度 亞共析碳鋼：Ac3 +（ 3050C）,組織：均勻細(xì)小M組織溫度太高， M粗大，淬火應(yīng)力，變形和開裂傾向增大。加熱溫度vAC3時，硬度降低。 共析和

17、過共析碳鋼：加熱：Ac1 +（ 3050C）。組織：砒 Fe3O + Ar,若在AciAcm以上淬火，t A粗大t高碳 M粗大t力學(xué)性能J,變形開裂f 合金鋼：加熱溫度碳鋼淬火方法 單介質(zhì)淬： 簡單碳鋼及合金鋼工件。碳鋼水、合金鋼、小碳鋼油 雙介質(zhì)淬火先水,后油冷卻。復(fù)雜高碳鋼及大型合金鋼工件。 分級淬火 稍高于MS的鹽浴或堿浴中保溫，再取空冷。用于：小尺寸工件及刀具。 貝氏體等溫淬火：稍高M(jìn)S溫度的鹽浴或堿浴中冷卻+保溫，獲得B下。用于：形狀復(fù)雜和性能較高的較小零件。 深冷處理：在0C以下的介質(zhì)中冷卻的熱處理工藝。目的：減少A-獲最大數(shù)量 M提高硬度、耐磨性，穩(wěn)定尺寸。用于：精密工件，量具。

18、5.表面淬火原理：（交變磁場t感應(yīng)電流t工件電阻t加熱，集膚效應(yīng)t表面加熱）工藝：水（乳化液）噴射淬火+（180200C）低溫回火，感應(yīng)加熱表面淬火的分類1）高頻淬火淬硬層深度0.52.5 mm；中小零件。2）中頻淬火 淬硬層深度210 mm；大中模數(shù)齒輪，較大軸類零件等3）工頻淬火：淬硬層深度1020 mm；大直徑零件。適用鋼種中碳鋼和中碳低合金鋼：碳素工具鋼和低合金工具鋼： 球鐵、灰鑄鐵。表面淬火的特點(diǎn) 加熱速度快 ）淬火組織為細(xì)隱晶馬氏體（極細(xì)馬氏體）。表面硬度f23HRC脆性J。 顯著提高鋼件的疲勞強(qiáng)度。6鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：在加熱和保溫中使活性原子滲入其表面，改變表面的化學(xué)成分

19、和組織，改善表面性能。目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性；提高鋼件的疲勞強(qiáng)度；抗蝕性和耐熱性等。滲碳1）碳濃度：表面 C（0.15 %0.30 %） tC 1.0 %,機(jī)械性能：經(jīng)淬火+回火，提高表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部仍保持良好的韌性和塑性。用途：各種齒輪、活塞銷、套筒等。滲碳工藝主要用于低碳鋼、低碳低合金滲碳鋼。2 ）滲碳工藝溫度：900950C；（滲碳加熱到 A C3以上）滲碳時間：900950 C溫度下，0.20.3mm/h。3）低碳鋼滲碳緩冷組織：廠表層：P+ Fe3O（過共析相）Y心部：亞共析組織（P + F）,-中間：過渡組織；4）滲碳后的

20、熱處理 滲碳后淬火+低溫回火 淬火后組織：M+ A殘，7鋼的合金化合金元素在鋼中的作用： 提高鋼的淬透性，細(xì)化晶粒，提高鋼的回火穩(wěn)定性，防止回火脆性，二次 硬化，固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化） ，增加韌性，提高鋼的耐蝕性或耐熱性。形成固溶體、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化形成含部分金屬鍵的金屬（間）化合物，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化（或第二相強(qiáng)化）溶入奧氏體，提高鋼的淬透性提高鋼的熱穩(wěn)定性，增加鋼在高溫下的強(qiáng)度、硬度和耐磨性細(xì)化晶粒產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)韌化形成鈍化保護(hù)膜對奧氏體和鐵素體存在圍的影響四、常用機(jī)械工程材料（工業(yè)用鋼、鑄鐵）與合理選材（表四 -1 ）鋼種典型鋼號及其應(yīng)用性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)與合金化原則熱處理特點(diǎn)使用態(tài)組織1低合

21、按d s分6級：高強(qiáng)度(TS>低 C: V 0.2%一般供應(yīng)狀態(tài)使用，不熱處理焊接結(jié)鐵素體+索氏體金咼強(qiáng)低強(qiáng)度級別：16 Mn 般300MpaMe以Mn為主、Mn和Si固溶強(qiáng)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)高韌性：3=15%化可進(jìn)行一次正火，改善焊區(qū)性能中等強(qiáng)度級別：15MnVN大20%,室溫 ak > 600加入V、，Nb,Ti等元素細(xì)化F型橋梁,鍋爐,船舶,焊接結(jié)2 2kJ/m 800 kJ/m。晶粒構(gòu)良好焊接性能和冷加入P細(xì)化珠光體高強(qiáng)度級別:18MnMoNb咼成形性能加入Cu抗腐蝕壓鍋爐，高壓容器2.合金低淬透性：20Cr,15Cr 小滲層硬度咼,耐磨，低 C: 0.1% 0.25%預(yù)先熱處理

22、（改善切削加工性能）鍛表層：高碳 M'滲碳鋼沖擊載荷耐磨件，如活塞抗接觸疲勞，且有適加入提咼淬透性兀素壓后t正火+ 粒狀 Cem A'銷,小齒輪當(dāng)塑性，韌性Cr, 、 Ni, 、 Mn ,B最終熱處理：滲碳后淬火（直接或一心部：中淬透性:20CrMnTi :高心部高韌性和足夠加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻礙A晶次、二次淬火）+低溫回火淬透：速較高載有沖擊的耐磨件，強(qiáng)度粒長大和形成穩(wěn)疋的合金碳化20CrMnli齒輪工藝路線：下料t鍛造低碳M重要齒輪,連軸器。良好的熱處理丄藝物,提咼耐磨性t止火t加丄齒形t滲碳（930 C ），淬'未淬透：高淬透性：18Cr2Ni4WA重

23、性能火(830 C ) t低溫回火(200 C ) t磨T + M' + F(少載大截面重要耐磨件，如柴齒量）油機(jī)曲軸，連桿鋼種典型鋼號及其應(yīng)用性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)與合金化原則熱處理特點(diǎn)使用態(tài)組織3.合金低淬性:40Cr,40MnB 高水平綜合機(jī)械性中C: 0.25%0.50%以0.4左右一般:油淬+高溫回火調(diào)質(zhì)S'調(diào)質(zhì)鋼般尺寸重要零件，能，能滿足多種和較為主右要求表面耐磨：調(diào)質(zhì)后可進(jìn)仃表面Do = 30 40復(fù)雜的工作條件加入提咼淬透性兀素淬火或氮化處理。中淬透性：Cr,Ni,M n,Si,B表面淬火；40CrNi, Do = 40 60加入Mo,W消除回火脆專門化學(xué)熱處理（如氮

24、化）高淬透性：40CrNiMoA大（38CrMoAI 氮化鋼）截面重載重要零件，Do= 60 1604合金以Si,Mn合化:65Mn,高d e和d s ,高中高C:0.45%0.70%熱成形法制彈簧熱軋鋼絲鋼板t卷T'彈簧鋼60Si2Mn用于汽車，拖拉機(jī)，屈強(qiáng)比加入Si,Mn提高淬透性也提高彎曲成型t淬火+中溫回火t噴丸機(jī)車的板簧和螺旋彈簧咼疲勞抗力屈強(qiáng)比冷成形法制彈簧鋼絲鋼板t淬火+以Cr,V,W合金足夠塑韌性，能承加入Cr,W,V也提高淬透性中溫回火T冷卷彎曲成型t去應(yīng)力t化:50CVA350C 400 C 以受震動，沖擊加入Si-Cr不易脫 C加入Cr-V細(xì)噴丸下重載，較大型彈簧

25、，如高有較好淬透性，不化晶粒，耐沖擊，高溫強(qiáng)度好速柴油機(jī)氣門彈簧易脫C,易繞卷成形鋼種典型鋼號及其應(yīng)用性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)與合金化原則熱處理特點(diǎn)使用態(tài)組織5滾珠Cr軸承鋼：GCr15中小型高接觸疲勞強(qiáng)度高 C:0.95% 1.10%預(yù)先熱處理（球化退火）M +粒狀軸承鋼軸承,冷沖模,量具,絲錐高硬度和耐磨性Cr基本兀素：提咼淬透性；細(xì)化正火：消除Cem網(wǎng)Cem少量A殘余添加 Mn,Si,Mo,V的足夠的韌性和淬透Cem;提高耐磨性 和接觸疲 勞抗球化退火：便于切削，使艮細(xì)小均鋼:GCr15SiMo,GSiM nMoV制性力；Cr 0.4 %1.65 %勻,為淬火作準(zhǔn)備造大型軸承一定耐蝕能力和良加入

26、Si,Mn提高淬透性；加入V最終熱處理：（淬火（800840C） +好尺寸穩(wěn)定性耐磨性，防止過熱低溫回火（150170C ）純度要求極高 Sv 0.02 %, Pv冷處理:（精密零件）尺寸穩(wěn)定0.027 %6.低合Si-Cr 系:9SiCr,低速高硬度：HRC> 60高C0.9 %1.1 %預(yù)備熱處理：鍛造后進(jìn)行球化退火。M +粒狀金刃具切削刃具咼耐磨性加入Cr,Mn,Si提高淬透性最終熱處理：淬火+低溫回火工藝路Cem少量A殘余鋼 Cr系:Cr,Cr06 如,鉸高熱硬性加入Si提高回火穩(wěn)定性線：鍛造+球化退火+機(jī)加工+淬火與碳素工具刀,刮刀，銼刀等足夠塑性和韌性加入W,V提咼耐磨性，并

27、防止加熱+低溫回火鋼相比較，淬透 Cr-W-Mn 系:CrWMn 女口時過熱，保持晶粒細(xì)小性提高，可采用拉刀，沖模,樣板，量規(guī)油淬火。變形和 W和Cr-W系:小麻花鉆，開裂傾向小。低速切削刃具鋼種典型鋼號及其應(yīng)用性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)與合金化原則熱處理特點(diǎn)使用態(tài)組織7高速 W系: W18Cr4V高硬度:HRC > 60高 C:0.7 % 1.5 %屬于來氏體鋼，M +少量A殘余+鋼（高 W-Mo 系:W6Mo5Cr4V2作咼耐磨性要保證能與W Cr、V等形成鍛造：共晶萊氏體呈魚骨胳狀，熱處Cem速工具高速切削刃具鑄造組織有高熱硬性足夠數(shù)量的Cem有一疋數(shù)量的C理不能消除，只能熱變形破碎，速鋼）

28、魚骨狀共晶足夠塑性和韌性溶于A中，以保證M的高硬度。）預(yù)熱處理：等溫退火，消除應(yīng)力，改加入Cr提高淬透性善切削，組織準(zhǔn)備。鉻的碳化物（Cr2C6）在淬火加最終熱處理：1270 C淬火+ 560C熱時幾乎全部溶于奧氏體中，增580 C回火（三次）：若冷處理只需一次加A過冷的穩(wěn)定性，鋼的淬透性?；鼗疬€提高抗氧化、脫碳能力回火（三次）：消除應(yīng)力加入W,Mo提高熱硬性消除A殘余（提高回火穩(wěn)定性和熱硬性的主齒輪銃刀生產(chǎn)過程的工藝路線如要兀素）下：加入V提咼耐磨性下料t鍛造t退火t機(jī)械加工tV形成的碳化物vC（或V4G）非常淬火+回火t噴砂t磨加工t成品。穩(wěn)定，極難溶解，硬度較咼第二部分考試知識第一章金屬

29、的機(jī)械性能（了解）1 低碳鋼的拉伸圖2 .材料的性能：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性。第二章材料的組成和部結(jié)構(gòu)特征1掌握概念（名詞解釋）：固溶體、固溶強(qiáng)化、枝晶偏析、A、F、P、Fe3C；2合金中的基本相結(jié)構(gòu)：固溶體和金屬間化合物固溶體：產(chǎn)生晶格畸變，增加晶體位錯移動的阻力，使滑移變形難以進(jìn)行，使金屬得到強(qiáng)化。金屬化合物：熔點(diǎn)、硬度高、脆性大。碳鋼中的FesG對鋼的強(qiáng)度和耐磨性有重要的作用。金屬化合物對固溶體基體的強(qiáng)化作用：硬度以及彌散硬化：當(dāng)金屬間化合物以極小的粒子均勻分布在固溶體基體上通常能提高合金的強(qiáng)度、 耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。3.掌握鐵碳相圖基本知識：

30、正確填寫鐵碳相圖的相組成物相圖兩條水平線是什么線，能寫出反應(yīng)式，解釋共晶、共析反應(yīng)。農(nóng)2-1勻品.北晶牛相圖的杵征相圖持征反應(yīng)式說闕時晶一秤嶽和變衛(wèi)過程申甘變?yōu)橐粡椆探鉓品悄旳下一特咸井的港相間時結(jié)盛出 兩種不劇謚井的暢周帕品其析|他溫下一種慮分的通搐同時析出兩科不帕感井的斯同相 正確填寫鐵碳相圖的組織組成物相圖第3章工程材料成型過程中的行為與性能變化掌握概念：冷加工、熱加工、回復(fù)、再結(jié)晶，加工硬化1.掌握金屬的凝固純金屬的結(jié)晶： 由晶核的形成和長大這兩個基本過程組成；晶核的形成：存在有兩種方式，即自發(fā)形核和非自發(fā)形核；晶體長大的形態(tài)：有平面推進(jìn)、樹枝狀生長兩種；金屬結(jié)晶過程缺陷的產(chǎn)生：縮孔和

31、 疏松，液體供應(yīng)不充分，最后凝固的樹枝晶之間的間隙不能被填滿，將形成縮孔和疏松等缺陷。合金結(jié)晶的特點(diǎn)： 合金結(jié)晶時有相的變化、成分變化，有成分偏析，它將引起鑄件力學(xué)性能惡化和 抗腐蝕性能降低。晶粒大小和控制： 控制過冷度、加入形核劑、機(jī)械方法（振動與攪拌）2掌握鑄造過程中的材料行為及性能變化鑄錠組織：表面細(xì)晶粒層、柱狀晶粒層、中心等軸晶粒區(qū)鑄錠結(jié)構(gòu)中主要的缺陷。 縮孔與縮松集中的縮孔：金屬凝固時體積要收縮，如果得不到液體的補(bǔ)充，就會形成縮孔。縮松（分散性縮孔）：樹枝晶結(jié)晶時不能保證液體的補(bǔ)給而在枝晶間和枝晶形成細(xì)小而分散的縮孔。 氣孔 非金屬夾雜物外來非金屬夾雜物由 冶煉、澆鑄過程中爐襯、型壁

32、材料等脫落進(jìn)人鑄錠帶來；金屬部各種化學(xué)反應(yīng)生成，非金屬夾雜物很大的脆性，破壞金屬晶體的連續(xù)性， 促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展削弱金屬的機(jī)械性能。 成分偏析枝晶偏析（微觀偏析）：局限于一個或幾個晶粒尺寸圍的偏析?？捎脭U(kuò)散退火的方法來消除宏觀偏折（或域偏析）：同一鑄件中，表面和中心、上層和下層的化學(xué)成分也可能存在不均勻，這種 較大尺寸圍出現(xiàn)的偏析。消除枝晶偏析：擴(kuò)散退火或均勻化退火t把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，長時間保溫，使固溶體中原子充分?jǐn)U散以達(dá)到成分的均勻化。3掌握冷塑性變形過程中的材料行為及性能變化冷塑性變形對金屬組織與性能的影響冷塑性變形金屬加熱時組織與性能的變化4掌握熱塑性變形過程中的材料行為

33、及性能變化金屬的熱加工和冷加工熱塑性變形對金屬組織和性能的影響第4章 改善材料性能的熱處理、合金化及改性1掌握概念：P、S、T、B、MS回、T回、M回、完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、正 火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、滲碳、調(diào)質(zhì)。2掌握金屬材料在加熱與冷卻過程中的主要變化鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變（奧氏體的形成）1.）轉(zhuǎn)變溫度平衡狀態(tài)下共析鋼：加熱超過PSK（ A）時，完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，亞共析鋼：必須加熱到 GS（ As）以上-過共析鋼：必須加熱到ES線（Acm）以上，才能全部獲得奧氏體。2. ）奧氏體的形成： 晶核形成、晶核長大、剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化四個基本過程。3. ）影

34、響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素加熱溫度：提高加熱溫度，加速了奧氏體的形成。加熱速度：加熱速度越快，縮短奧氏體的形成時間。.鋼中碳含量：碳含量增加時，轉(zhuǎn)變速度加快合金兀素:大部分合余兀素加入鋼中，減慢了奧氏體的形成速度。 原始組織：片狀珠光體奧氏體形核長大快粒狀珠光體。、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（等溫冷卻）：共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性1）珠光體類轉(zhuǎn)變 組織：（高溫轉(zhuǎn)變區(qū)），在A550 C之間表匚2珠光萍割維蝕類捌、形毆溫庚及特性弱態(tài)特征層片間酚即預(yù)度/HRS建察方怯珠 *#(F)粗沖用狀>0-4170-250宋氏1+(5)鄒片展?fàn)? -0,22SO-3001000相證徹請600S50r托氏#（T）4

35、僭片屋狀<0.22000x電子顯徹糧2）貝氏體轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變）:轉(zhuǎn)變溫度：在550 CMs之間,550C350°C上貝氏體半擴(kuò)散型，F(xiàn)e不擴(kuò)散，C原子有一定的擴(kuò)散能力羽毛狀碳化物在F間，韌性差35OC MS下貝氏體C原子有一定的擴(kuò)散能力針狀碳化物在F,韌性高，綜合機(jī)械性能好3）低溫轉(zhuǎn)變：（馬氏體轉(zhuǎn)變）：溫度MsMf,馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（連續(xù)冷卻）00, 1 J IQ Ilf )Q* io- lOf* lfl-時邱共腳N的于熬轉(zhuǎn)變曲醍和*待卻轉(zhuǎn)變曲竣的比軟JU*題或1）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 冷卻速度V時，鋼將轉(zhuǎn)變?yōu)镸+A殘 冷卻速度v Vk時，鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)?P類 冷卻速度 VkV

36、k之間（例如油冷）時：M+A殘+T3.掌握鋼在回火時的轉(zhuǎn)變1 ）回火目的： 獲得所需要的機(jī)械性能， 穩(wěn)定組織和尺寸： 消除應(yīng)力：2）回火后組織低溫回火：150250C，得 M回。目的：降低應(yīng)力和脆性，保持淬火后的高硬度中溫回火：350500 C。回火組織為T回，目的：較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，并有一定的韌性。硬度高溫回火：500650Co回火組織：S回，性能特點(diǎn)：保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。用于：各種重要的結(jié)構(gòu)零件調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火。用于：重要結(jié)構(gòu)件。高速鋼：需要進(jìn)行2-3次回火，使組織充分轉(zhuǎn)變。第5章 常用金屬材料及性能基本要求熟悉工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類和編號方法，從其牌號

37、即可判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織，1.熟悉碳鋼:普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215、Q235等； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20、45、60等；碳素工具鋼T8、T10、T12 等。1）熟悉合金鋼主要鋼種低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345（16Mn）、Q420（15MnVN；滲碳鋼20Cr、20MnVB20CrM nTi、18Cr2Ni4WA調(diào)質(zhì)鋼40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi ;彈簧鋼65Mn、50CrV、60Si2M n；軸承鋼GCr9、GCr15GCr15Si Mn ;冷模具鋼 Cr12MoV;熱模具鋼 5CrMnMo 5CrNiMo、3C

38、r2W8V低合金刃具鋼 9SiCr、CrWMn ;工具鋼 T8、T10、T12;高速鋼 W18Cr4V ;不銹鋼 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、 1Cr18Ni9Ti ；常用鑄鐵：HT150 HT250 KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2 等2工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類、要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織見（表四-1 ）3重點(diǎn)復(fù)習(xí)題型后橋殼、.要制造輕載齒輪、熱鍛模具、冷沖壓模具、滾動軸承、高速車刀、重載機(jī)床床身、傳動軸、 量具、彈簧、汽輪機(jī)葉片、等零件，試從下列牌號中分別選出合適的材料，及選擇對應(yīng)的熱處理方法

39、（淬 火、低溫回火、中溫回火、高溫回火、退火）。 T12 HT300 W18Cr4V GCr15 40Cr 20CrM nTi Cr12MoV 5CrMnMo 9SiCr 1Cr13(11) 60Si2 Mn (12)QT400-15(13) 45 (14)Q235答輕載齒輪量具冷沖壓模具/、滾動軸承高速車刀重載機(jī)床床 身材料3 45T12Cr12MoV GCr15 W18Cr4V HT300鋼種調(diào)質(zhì)鋼炭素工冷沖模滾動軸高速工灰鑄鐵具鋼具鋼承鋼具鋼熱處 理淬火+高 溫回火淬火+低 溫回火淬火+中 溫回火淬火+低 溫回火淬火+高 溫回火三次退火.有一個45號鋼制的變速箱齒輪， 其加工工序?yàn)椋合铝?/p>

40、t鍛造t 正火t粗機(jī)加工t 調(diào)質(zhì)t 精機(jī)加工T高頻表面淬火+低溫回火T磨加工T成品，試說明其中各熱處理工序的工藝、目的及使用狀態(tài)下的組 織。目的工藝組織正火作為預(yù)先熱處理改善切削加工性能加熱到AC3 + （ 3050C）+保溫+空冷S 或 P (F+ FaC)調(diào)質(zhì)在保持較咼 的強(qiáng)度同時，具 有良好的塑性和 韌性。淬火+高溫回火S回咼頻表 面淬火提咼表面硬度 與咼耐磨性，心部 具有足夠塑、韌性。感應(yīng)加熱+水、乳化液噴射淬火+低溫回火。淬火后表面為細(xì) 隱晶馬氏體（極細(xì)馬氏 體），心部為原始組織。低溫回火降低鋼的淬火 應(yīng)力和脆性，同時 保持鋼在淬火后的 高硬度（一般為HRC54 64）和耐磨 性。加

41、熱150250 C+保溫+冷卻M回.某型號柴油機(jī)的凸輪軸要求凸輪表面有高的硬度（ HR6 50），心部具有良好的韌性（ A >40）原采 用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火， 最后低溫回火現(xiàn)因工廠庫存的 45鋼已用完，只剩下15鋼, 擬用15鋼代替試說明：原45鋼各熱處理工序的作用改用15鋼后，仍按原熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求？為什么？改用15鋼后為達(dá)到所要求的性能，在心部強(qiáng)度足夠的前提下應(yīng)采用何種熱處理工藝？答：調(diào)質(zhì)處理：獲得回火索氏體，以保證工件心部的強(qiáng)度和韌性凸輪表面進(jìn)行高頻淬火：承受彎曲交變載荷或扭轉(zhuǎn)交變載荷，提高耐磨性和承受沖擊。低溫回火：是為了降低鋼的淬火應(yīng)力和脆性

42、，同時保持鋼在淬火后的高硬度（一般為HRC58- 64）和耐磨性。：不能滿足性能要求；因?yàn)楦哳l淬火適用與中碳鋼；中合金鋼碳鋼；工具鋼；不能對低碳鋼高頻淬 火、因碳量低，表面硬度難以提高。調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）7滲碳T淬火+低溫回火第七章 工程設(shè)計、制造與材料選擇1掌握零件失效與失效類型過量變形失效 ： 材料的變形量和變形特性超過原來規(guī)定的程度，而致影響構(gòu)件的規(guī)定功能 彈性變形失效與選材： 材料力學(xué)指標(biāo)：彈性模量。選材： 易發(fā)生彈性變形失效時，應(yīng)選用具有高彈性模量的材料。 塑性變形失效與選材 ： 材料力學(xué)指標(biāo) ：屈服強(qiáng)度。 過量蠕變變形失效： 屬材料在長時間恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于屈服點(diǎn)

43、也會緩慢產(chǎn)生塑性 變形。斷裂失效： 斷裂是金屬材料在應(yīng)力的作用下分為互不相連的兩個部分或兩個以上部分材料力學(xué)指標(biāo) ：沖擊韌性、斷裂韌性。 韌性斷裂失效： 零件所受應(yīng)力大于斷裂強(qiáng)度，斷裂前產(chǎn)生顯著宏觀塑性變形的斷裂。 低應(yīng)力脆斷： 構(gòu)件所受名義應(yīng)力低于屈服極限，在于明顯塑性變形的情況下，產(chǎn)生的突然斷裂脆斷的原因： 低溫環(huán)境、焊接質(zhì)量、工作介質(zhì)、預(yù)防低應(yīng)力脆斷的措施。 疲勞斷裂失 ：在交變載荷作用下，經(jīng)過一定的周期后所發(fā)生的斷裂。 蠕變失效與選材表面損傷 ：主要指腐蝕失效及磨損失效、接觸疲勞失效 磨損失效： 相互接觸的兩個零件做相對運(yùn)動時，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐漸脫落，使表 面狀態(tài)和尺寸

44、改變而引起的失效。 接觸疲勞失效： 兩個零件做相對滾動或周期性接觸，由于壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力的反復(fù)作用所引起的表 面疲勞破壞現(xiàn)象。 腐蝕失效 ：金屬零件或構(gòu)件的表面在介質(zhì)中發(fā)生的化學(xué)或化學(xué)作用而逐漸損壞的現(xiàn)象。2掌握失效的原因（ 1）設(shè)計與失效 結(jié)構(gòu)或形狀不合理，即在零件的高應(yīng)力處存在明顯的應(yīng)力集中源。 零件的工作條件估計錯誤（應(yīng)力計算錯誤）。 熱處理結(jié)構(gòu)工藝性不合理（ 2）選材與熱處理 選材不當(dāng) ：設(shè)計者選定指標(biāo)不能反映材料對所發(fā)生的那種類型失效的抗力。所選材料的性能數(shù)據(jù)不合要求，因而導(dǎo)致了失效。材料本身的缺陷也是導(dǎo)致零件失效的一個重要原因，材料的的缺陷是夾雜物過多，過大，雜質(zhì)元素太多，或者有夾

45、層、折疊等宏觀缺陷。 熱處理工藝不當(dāng)熱處理不良能造成過熱、脫碳、淬火裂紋、回火不足等； 冶金缺陷： 夾雜、成分偏析、不良組織等加工缺陷： 冷加工有刀痕深、粗糙度大、圓角小、精度低；熱加工缺陷：回火軟化、應(yīng)力等裝配與使用零件安裝時配合過緊、過松、對中不準(zhǔn)、固定不緊等均可造成失效或事故。對機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)不好，沒有遵守操作規(guī)程及工作時有較大幅度的過載等也可以造成零件的失效。3掌握零件設(shè)計中的材料選擇選材三原則1）使用性能原則 ，使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能2）工藝性原則工藝性 - 材料經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定使用性能或形狀的能力。是一個輔助性原則。3）經(jīng)濟(jì)性原則4掌握熱處理加工工藝

46、路線中的位置1 熱處理在工藝路線中的位置的安排原則1）最終熱處理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2）最終熱處理可進(jìn)行不止一次；3）整體淬火和表面淬火在工藝路線中位置相同；4）滲碳與淬火、回火在工藝路線上是近鄰的；5）局部滲碳方法不同，工藝不同；6）零件表面軟氮化和表面滲硫的減摩處理，滲C后不能進(jìn)行任何切削處理；7）高精度零件可增加去應(yīng)力退火，精密零件甚至進(jìn)行冷處理；8）調(diào)質(zhì)一般放在粗加工之后，半精加工之前。2 熱處理在工藝路線中的位置教材表 7.2第八章 常用零件選材1掌握軸類零件選材軸常用材料調(diào)質(zhì)鋼（45、）、合金調(diào)質(zhì)鋼（40Cr、40MnB）、合金滲碳（20CrMnTi、）、專用氮化鋼（38CrMoAIA）、 等機(jī)床軸按工作條件分為三類。1）輕載主軸： 低工作載荷小沖擊載荷軸頸部位磨損不嚴(yán)重 ，普通車床的主軸。 45 鋼、調(diào)質(zhì)或正火 處理，耐磨的部位 高頻表面淬火強(qiáng) 化。2）中載主軸： 中等載荷磨損較嚴(yán)重有一定沖擊載荷 ，例如銑床主軸。合金調(diào)質(zhì)鋼，如 40Cr 鋼，經(jīng) 調(diào)質(zhì)處理，耐磨部位進(jìn)行表面淬火強(qiáng)化。3）重載主軸 工作載荷大磨損嚴(yán)重沖擊載荷都嚴(yán)重 ，組合機(jī)床主軸。 20CrMnTi 鋼制造，經(jīng)滲碳、淬 火處理。4）高精度主軸 精密鏜床的主軸。一般