工程材料復(fù)習(xí)資料

材料的性能及應(yīng)用意義變形：材料在外力作用下產(chǎn)生形狀與尺寸的變化。強(qiáng)度：材料在外力作用下對(duì)變形與斷裂的抵抗能力。（對(duì)塑性變形的抗力）比例極限（σp）彈性極限（σe）屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度（σs、σ0.2）抗拉強(qiáng)度（σb）比強(qiáng)度：各種強(qiáng)度指標(biāo)與材料密度之比。屈強(qiáng)比：材料屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比。塑性：指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，即材料斷裂前的塑性變形的能力。硬度：反映材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，表示材料表面局部區(qū)域內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。韌性：材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。布氏硬度HBW洛氏硬度HR（優(yōu)點(diǎn)：操作迅速簡(jiǎn)便，壓痕較小，幾乎不損傷工件表面，故而應(yīng)用最廣。）維氏硬度HV疲勞斷裂特點(diǎn)：①斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料靜載下的抗拉強(qiáng)度甚至屈服強(qiáng)度；②斷裂前無(wú)論是韌性材料還是塑性材料均無(wú)明顯的塑性變形。疲勞過(guò)程的三個(gè)基本組成階段：疲勞萌生、疲勞擴(kuò)展、最后斷裂材料的結(jié)構(gòu)鍵：在固體狀態(tài)下，原子聚集堆積在一起，其間距足夠近，它們之間便產(chǎn)生了相互作用力，即為原子間的結(jié)合力或結(jié)合鍵。根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱，可把結(jié)合鍵分為兩大類(lèi)：強(qiáng)鍵（包括離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵）和弱鍵（即分子鍵）。共價(jià)鍵晶體和離子鍵晶體結(jié)合最強(qiáng)，金屬鍵晶體次之，分子鍵晶體最弱。晶體：原子在三維空間中有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)。各向異性：晶體具有固定熔點(diǎn)且在不同方向上具有不同的性能。晶格：晶體中原子（或離子、分子）在空間呈規(guī)則排列，規(guī)則排列的方式就稱(chēng)為晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)點(diǎn)：將構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)抽象成純粹的幾何點(diǎn)。體心立方晶格：晶胞原子數(shù)2面心立方晶格：晶胞原子數(shù)4密排六方晶格：晶胞原子數(shù)6晶體缺陷：原子的排列不可能像理想晶體那樣規(guī)則完整，而是不可避免地或多或少地存在一些原子偏離規(guī)則排列的區(qū)域，這就是晶體缺陷。晶體缺陷按幾何特征可分為點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)）和面缺陷（如晶界、亞晶界）三類(lèi)。點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子線(xiàn)缺陷特征：兩個(gè)方向的尺寸很小，在另一個(gè)方向的尺寸相對(duì)很大。位錯(cuò)：晶體中有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。實(shí)際金屬晶體中存在的位錯(cuò)等晶體缺陷，晶體的強(qiáng)度值降低了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。面缺陷：晶界、亞晶界材料的凝固與結(jié)晶組織凝固：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過(guò)程。結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)后，固態(tài)物質(zhì)是晶體，這種凝固的過(guò)程就是結(jié)晶。過(guò)冷：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。二者之差稱(chēng)為過(guò)冷度（△T），△T=Tm-Tn。過(guò)冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低。同一種金屬，其純度越高，則過(guò)冷度越大；冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度越大。結(jié)晶過(guò)程：金屬的結(jié)晶過(guò)程是形核與長(zhǎng)大的過(guò)程。形核方式：均質(zhì)形核（自發(fā)形核）、異質(zhì)形核（非自發(fā)形核）細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒來(lái)提高材料強(qiáng)度的方法。（晶粒越細(xì)，晶界越多，也越曲折，強(qiáng)化作用越顯著。）晶粒大小對(duì)金屬性能的影響：細(xì)晶粒金屬晶界多，晶界處晶格扭曲畸變，提高了塑性變形的抗力，使其強(qiáng)度、硬度提高。細(xì)晶粒金屬晶粒數(shù)目多，變形可均勻分布在許多晶粒上，使其塑性好。因此，在常溫下晶粒越小，金屬的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好。細(xì)化鑄錠和焊縫區(qū)的晶粒方法：①控制過(guò)冷度（增加過(guò)冷度可提高N/G值，有利于細(xì)化晶粒）②變質(zhì)處理③振動(dòng)處理同素異構(gòu)：某些金屬元素和非金屬元素在不同溫度和壓力下，具有不同類(lèi)型的晶體結(jié)構(gòu)。合金：合金是由兩種或兩種以上的金屬元素、或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)稱(chēng)為組元，組元可以是元素或穩(wěn)定化合物。工業(yè)上廣泛使用的碳鋼和鑄鐵，就是由鐵和碳兩種組元組成的二元合金。固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相稱(chēng)為固溶體。（間隙固溶體、置換固溶體）固溶強(qiáng)化：由于外來(lái)原子（溶質(zhì)原子）溶入基體中形成固溶體而使其強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，此是金屬?gòu)?qiáng)化的重要形式。金屬化合物：①正常價(jià)化合物②電子化合物③間隙相和間隙化合物二元合金相圖：①勻晶相圖②共晶相圖典型三晶區(qū)組織：①表層細(xì)晶區(qū)②柱狀晶區(qū)③中心等軸晶區(qū)等軸晶：由于中心部位的溫度大致均勻，每個(gè)晶粒的成長(zhǎng)在各方向上也是接近一致的，故形成了等軸晶。冶金缺陷：①縮孔②疏松③氣泡④裂紋⑤偏析材料的變形斷裂與強(qiáng)化機(jī)制單晶體塑性變形的主要方式：滑移和孿生（常溫與低溫下）冷塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響：①顯微組織的變化②亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化③變形織構(gòu)④殘留應(yīng)力變形織構(gòu)：一是拉拔時(shí)形成的織構(gòu)，稱(chēng)為絲織構(gòu)，其主要特征是各個(gè)晶粒的某一晶向大致與拉拔方向平行；二是軋制時(shí)形成的織構(gòu)，稱(chēng)為板織構(gòu)，其主要特征是各個(gè)晶粒的某一晶面與軋制平面平行，而某一晶相與軋制時(shí)的主變形方向平行。加工硬化（冷塑性變形對(duì)金屬力學(xué)性能的影響）：在冷塑性變形過(guò)程中，隨著金屬內(nèi)部組織變化，其力學(xué)性能也將發(fā)生明顯變化。隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生加工硬化的原因與位錯(cuò)密度增大有關(guān)。加工硬化現(xiàn)象實(shí)際意義：①它是一種非常重要的強(qiáng)化手段，可用來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度，特別是對(duì)那些無(wú)法熱處理強(qiáng)化的合金尤其重要。②加工硬化是某些工件或半成品能夠拉伸或冷沖壓加工成形的重要基礎(chǔ)，有利于金屬均勻變形。③加工硬化課提高金屬零件在使用過(guò)程中的安全性。冷塑性變形后的金屬加熱時(shí)，隨加熱溫度升高，會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大等過(guò)程。回復(fù)：指經(jīng)冷塑性變形的金屬材料加熱時(shí)，在顯微組織發(fā)生明顯改變前（即再結(jié)晶晶粒形成脫碳：鋼在加熱和保溫時(shí)，爐氣中含有O2、CO2、H2O、H2等脫碳性氣氛，鋼表層中固溶的碳和這些介質(zhì)在高溫作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，使表層碳濃度降低，即產(chǎn)生脫碳。過(guò)熱：加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，得到粗大晶粒組織，稱(chēng)作過(guò)熱。過(guò)燒：由于加熱溫度過(guò)高，使奧氏體晶界嚴(yán)重氧化，甚至發(fā)生了局部熔化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)燒。珠光體轉(zhuǎn)變——高溫轉(zhuǎn)變（A1—550℃）在固態(tài)下形核和長(zhǎng)大的結(jié)晶過(guò)程層片珠光體的性能主要取決于層片間距。珠光體（P）索氏體（S）托氏體（T）貝氏體轉(zhuǎn)變——中溫轉(zhuǎn)變（550℃—Ms）半擴(kuò)散轉(zhuǎn)變上貝氏體呈羽毛狀下貝氏體呈黑色針片狀馬氏體轉(zhuǎn)變——低溫轉(zhuǎn)變（Ms—Mf）無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)變Wc＜0.30%板條馬氏體Wc＞1.0%片狀馬氏體Wc=0.30%—1.0%板條馬氏體和片狀馬氏體的混合組織馬氏體的性能取決于馬氏體的碳含量與組織形態(tài)，隨馬氏體中碳含量的升高，塑性與韌性急劇下降。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：①無(wú)擴(kuò)散性②轉(zhuǎn)變速度極快③轉(zhuǎn)變的不完全性馬氏體點(diǎn)的位置主要取決于奧氏體的成分。殘留奧氏體：當(dāng)奧氏體中的Wc大于0.5%時(shí)，Mf已低于室溫，這時(shí)，奧氏體即使冷到室溫也不能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這部分被殘留下來(lái)的奧氏體稱(chēng)為殘留奧氏體。冷處理：生產(chǎn)中可將淬火工件冷至室溫后，再隨即放到0℃以下溫度的介質(zhì)中冷卻，以最大限度地消除殘留奧氏體，達(dá)到提高硬度、耐磨性與尺寸穩(wěn)定性的目的。過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變：V1爐冷珠光體V2空冷索氏體V3油冷托氏體V4水冷馬氏體退火：將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡態(tài)組織的熱處理工藝。（高碳）完全退火：將鋼完全奧氏體化后，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。適用于亞共析鋼成分的中碳鋼及中碳合金鋼的鑄件、鍛件、軋制件及焊接件。完全退火目的：細(xì)化組織，降低硬度，改善可加工性，去除內(nèi)應(yīng)力。等溫退火：目的和加熱過(guò)程與完全退火相同。適用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理后的低碳合金鋼和某些高合金鋼的大型鑄、鍛件及沖壓件。球化退火：將工件加熱到Ac1±（10—20）℃，保溫后等溫冷卻或緩慢冷卻，使鋼中未溶碳化物球狀化而進(jìn)行的熱處理工藝。球化退火目的：降低硬度，提高塑性，改善可加工性，以及獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，為以后的淬火做準(zhǔn)備。球化退火主要適用于共析和過(guò)共析成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件。均勻化退火：又稱(chēng)擴(kuò)散退火，是為了減輕金屬鑄錠、鑄件或鑄坯的化學(xué)成分偏析和組織不均勻性，將其加熱到高溫，長(zhǎng)時(shí)間保持，然后進(jìn)行緩慢冷卻，以達(dá)到化學(xué)成分和組織均勻化的退火工藝。去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火是為了去除由于塑型加工、焊接、熱處理及機(jī)械加工等造成的及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火。正火：將鋼加熱到A3（對(duì)于亞共析鋼）或Acm（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上30—50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。（低碳）正火的主要目的是調(diào)整鍛件和鑄鋼件的硬度，細(xì)化晶粒，消除網(wǎng)狀滲碳體并為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火主要應(yīng)用于：①改善低碳鋼的切削加工性能②中碳結(jié)構(gòu)鋼件的預(yù)備熱處理③普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理④消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物⑤用于某些碳鋼、低合金鋼的淬火返修件淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時(shí)間后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。淬火后可以得到細(xì)小而均勻的馬氏體。常用淬火介質(zhì)：水尺寸較小的碳鋼零件油合金鋼淬火方法：①單介質(zhì)淬火②雙介質(zhì)淬火③分級(jí)淬火④等溫淬火分級(jí)淬火：將工件奧氏體化后，隨之浸入溫度稍高或稍低于Ms點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)中，保溫適當(dāng)時(shí)間，使鋼件內(nèi)外層都達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，獲得馬氏體組織的淬火工藝。等溫淬火：將工件奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（260—400℃）等溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的淬火工藝。淬透性：鋼在淬火后的淬硬層深度，它表征了鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性的影響因素（冷卻速度必須大于臨界速度Vk）：①合金元素②碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)③奧氏體化溫度④鋼中未溶第二相淬硬性：指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化（即得到馬氏體組織）所能達(dá)到的最高硬度的能力。淬硬性主要取決于馬氏體中的碳含量，碳含量越高，淬火后硬度越高，合金元素的含量則對(duì)它無(wú)顯著影響?；鼗穑簩⒋阌埠蟮匿撝匦录訜岬紸c1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬闹饕康模孩俳档痛嘈?、消除或降低殘留應(yīng)力②賦予工件所要求的力學(xué)性能③穩(wěn)定工件尺寸低溫回火（150—250℃）回火馬氏體中溫回火（350—500℃）回火托氏體高溫回火（500—650℃）回火索氏體低溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫的熱處理稱(chēng)為穩(wěn)定化處理?；鼗鸫嘈裕孩俚谝活?lèi)回火脆性②第二類(lèi)回火脆性（減少鋼中雜質(zhì)元素的含量，加入Mo等能抑制晶界偏聚的元素，中小型工件可通過(guò)回火后快速冷卻來(lái)抑制）淬火冷卻變形的原因：變形與開(kāi)裂的根本原因是淬火時(shí)所形成的內(nèi)應(yīng)力所致。淬火冷卻變形是淬火冷卻過(guò)程中熱應(yīng)力與相變應(yīng)力在零件形狀、尺寸的反映。淬火后工件表面局部未被淬硬的區(qū)域稱(chēng)為軟點(diǎn)。表面淬火：表面淬火是通過(guò)快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用快速加熱使工件表面很快地加熱到淬火溫度，在不等熱量充分傳到心部時(shí)，即迅速冷卻，使表層得到馬氏體而被淬硬，而心部仍保持為未淬火狀態(tài)的組織，即原來(lái)的塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。（目的：提高硬度）化學(xué)熱處理基本過(guò)程：加熱、分解、吸收、擴(kuò)散常用的化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲與表面淬火相比，化學(xué)熱處理的主要特點(diǎn)是：表層不僅有組織變化，而且有成分的變化故性能改變的幅度大。滲碳工件工藝路線(xiàn)：鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳→淬火+低溫回火→精加工。滲碳工件經(jīng)淬火+低溫回火后的表面組織為針狀回火馬氏體+碳化物+少量殘留奧氏體滲氮：指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝，也稱(chēng)氮化。目前應(yīng)用較多的有氣體滲氮和離子滲氮。滲氮零件工藝路線(xiàn)：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力→粗磨→滲氮→精磨或研磨。與滲碳相比，氣體滲氮的特點(diǎn)：①變形很?、诟哂捕取⒏吣湍バ寓燮跇O限高④高的耐蝕性能⑤生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。鋼的碳氮共滲：向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過(guò)程，也稱(chēng)氰化處理。鋼鐵材料合金元素存在的形式主要有三種：固溶態(tài)、化合態(tài)和游離態(tài)。合金元素溶入奧氏體中從而提高鋼的淬透性、溶入馬氏體中從而提高耐回火性等間接作用對(duì)鋼的性能影響程度，往往大于其固溶強(qiáng)化這種直接作用。、游離態(tài)元素對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，故應(yīng)盡量避免此種存在形式。合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化的影響：絕大多數(shù)合金元素（尤其是碳化物形成元素）對(duì)非奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體形核與長(zhǎng)大、殘余碳化物的溶解、奧氏體成分均勻化都有不同程度阻礙與延緩作用。因此大多數(shù)合金鋼熱處理時(shí)一般應(yīng)有較高的加熱溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，但對(duì)一些需要較多未溶碳化物的高碳合金工具鋼，則不應(yīng)該采用過(guò)高加熱溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間。合金元素對(duì)淬火鋼回火過(guò)程的影響：①提高鋼的耐回火性②產(chǎn)生二次硬化③影響了高溫回火脆性耐回火性：指淬火鋼對(duì)回火時(shí)所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變和硬度下降的抗力，絕大多數(shù)合金元素均有此作用。二次硬化：當(dāng)鋼中含有較多量中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等，并在450—600℃溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，因組織析出了細(xì)小彌散分布的特殊合金碳化物（如W2C、Mo2C、VC等），這些碳化物硬度極高、熱穩(wěn)定性高且不易長(zhǎng)大，此時(shí)，鋼的硬度與強(qiáng)度不但不降低，反而會(huì)明顯升高（甚至比淬火鋼硬度還高），這就是“二次硬化”現(xiàn)象。不銹鋼性能要求：①優(yōu)良的耐蝕性②合適的力學(xué)性能③良好的工藝性能不銹鋼具有高耐蝕性的根本原