工程材料复习.doc

各种金属的牌号：（1） 优质碳素结构钢：例如45钢 碳素工具钢：T+数字，若为高级优质碳素工具钢，则在刚好后面附加A 普通碳素结构钢：Q235 灰口铸铁：HT+数字 球墨铸铁：QT+数字 铝铜合金：2A01，2A10，2A11，2A12，2A14，2A50，2B50，2B70 铝锰合金：3A21、3003、3103、3004 铝镁合金：5A05、5B05 铝锌合金：7A04、7A09 锡基和铅基轴承合金：ZSnSb12Pb10Cu4 统计轴承合金：ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuSn10P1 铝基轴承合金：ZAlSn6Cu1Ni1合金渗碳钢：20CrMnTi 、20CrMnMo、20MnVB、20MnTiB 合金结构钢20Cr3MoWV合金弹簧钢：60Si2CrA 铁基高温合金Cr14Ni26MoTi 、Cr14Ni35MoWTiAl马氏体不锈钢：1Cr13、2Cr13+G高铬轴承钢 低合金钢20CrMo奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti马氏体耐热钢15Cr11MoV 15Cr12WMoV 26Cr12WMoVNbB 18Cr12WMoVNb硬质合金：YW2高速钢：W12Cr4V5Co5合金弹簧钢：60Si2CrA高碳低合金工具钢：CrWMn 失效的概念：零件若失去设计要求的效能即为失效。可能的失效方式：过量变形、断裂、磨损和腐蚀，以及半导体器件的失效方式和机理。刚度是指零（构）件在受力时抵抗 弹性 变形的能力，它等于材料的 弹性模量 与 零构件的横截面积 或者 面积 的乘积。强度是指材料抵抗变形或断裂的能力。弹性是指材料弹性变形的大小。 U=塑性是指材料断裂钱发生的塑性变形的能力。通常有断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。过量弹性失效的抗力指标：弹性模量E或切变模量G是材料抵抗弹性变形的性能指标。意义：若弹性变形量超过许可的弹性变形量，就会造成过量弹性变形失效。过量塑性变形的抗力指标：比例极限、弹性极限、屈服强度都是材料抵抗微量塑性变形的抗力指标。意义：当塑性变形超过允许量时，零件就失去其应有的效能。冲击韧性的衡量指标：冲击吸收功和冲击韧度是衡量材料冲击韧性的力学性能指标。意义：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。断裂韧性的衡量指标：断裂韧度无裂纹疲劳断裂抗力指标：疲劳极限、过载持久值、疲劳缺口敏感度带裂纹零构件的疲劳抗力指标：裂纹扩展意义：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象疲劳断裂的过程：裂纹形成、扩展和最后断裂。断口的特点：1、有裂纹源、裂纹扩展区和最后断裂区三个部分2、裂纹扩展区断面较光滑，可见“海滩条带”还有腐蚀痕迹3、裂纹源在高应力局部或材料缺陷处4、与静载破坏相比，即使是延性材料，也没有明显的塑性变形。形核与长大：结晶开始后，先自液体中产生一些晶核，然后晶核不断长大，同时液体中又不断产生新的晶核并长大，直到全部液体结晶成固体为止。过冷现象：实际开始结晶温度小于理论开始结晶温度的现象。过冷度：两者温度差。合金的概念：通过熔炼、烧结或其他方法，将一种金属元素和一种或几种其他元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。相和组织组成物的概念：所谓相是指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。所谓组织组成物是指构成纤维组织的独立部分，它可以是单相、，也可以是双相混合物或三相混合物。固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使材料的强度提升现象珠光体：在铁碳合金中共析体是铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体，用P表示，为0.77%，原因是共析转变。莱氏体：在铁碳合金中共晶体是奥氏体和渗碳体两相混合物，称为莱氏体，用Ld表示。钢中杂质的影响：1硅和锰的影响：是铁素体的强度、硬度增加，产生固溶强化，对钢有利。1硫和磷的影响：使钢产生热脆和冷脆现象，降低钢的焊接性。但严格控制其含量，能提高切削加工性。钢中气体的影响：氢可以引起“氢脆”。氮固溶于铁素体产生“应变时效”。但在钢中含有AL、V、Ti、Nb等元素时，N又是有益元素。冷压力加工对钢组织的影响：各晶粒会被拉长压扁为细条状或纤维状，形成纤维组织。冷压力加工对钢性能的影响：变形度增加，硬度、强度升高，塑性、韧性降低；电阻增加，腐蚀性降低。冷变形与热变形的概念：冷变形或冷加工是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工；热变形或热加工是金属在再结晶温度以上所进行的变形或加工。优缺点及其应用：冷变形的优点是：制件精度好、表面粗糙度小、劳动条件好等；缺点是：变形抗力大，所需设备能力大，工模具要求高。而且因为有残余应力，塑性差等，所以中间常常需要再结晶退火，才能继续变形。应用如冷拔钢丝。热变形的优点是：提高钢的力学性能，消除钢锭中的某些缺陷。应用如热轧钢板。热加工流线及其影响：影响奥氏体的晶粒大小，从而影响钢的室温组织和性能。加工硬化:金属材料经冷塑性变形,硬度,强度升高,塑性,韧性降低现象.加工硬化的利弊：金属加工硬化有利之处是：金属材料强度和硬度指标都有所提高。金属加工硬化的不利之处是：塑性、韧性下降。 如何应用：冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。消除其影响：在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。奥氏体化概念：碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用或A表示，具有面心立方结构。钢的退火：将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却的过程。分为完全退火，球化退火和去应力退火。完全退火：加热至Ac3（亚共析钢完全转变成奥氏体的最低温度）以上3050，保温一定时间后冷却至500以下，室温下的组织为铁素体和球光体的混合物，目的是改善组织，细化晶粒，降低硬度，改善切削加工性。球化退火：加热至Ac1（珠光体转变成奥氏体的最低温度）以上3050，保温一定时间后冷却至600以下，得到球状珠光体组织。目的是降低硬度，改善切削加工性，减小淬火变形和开裂。去应力退火：随炉缓慢加热至500650，保温一定时间后，随炉缓慢冷却至200以下，目的是松弛残留应力。正火的工艺：将工件加热至Ac3或（过共析钢完全转变成奥式体的最低温度）以上3080，保温后从炉中取出空气中冷却。正火的目的：细化组织，提高硬度和强度。钢的淬火的目的：获得马氏体马氏体、加热温度，淬透性概念及评价方法：马氏体是一种淬火组织；加热温度为Ac1或Ac3以上3050；淬透性表示刚在淬火时获得淬硬层深度大小的能力影响淬透性和淬硬性的主要因素：钢的奥氏体等温转变图上临界冷却速度的大小，奥氏体等温转变图位置愈靠右，则其临界冷却速度愈小，淬透性就愈大。常用的淬火冷却方法：（1）单液淬火法（2）双液淬火法（3）分级淬火法（4）等温淬火法淬火介质及其优缺点：最常用的淬火介质是水、盐水和油。水的优点：淬冷能力很强，价廉易得。缺点，降低工件冷却速度，变形及开裂倾向较大。盐水的优点：比水更强的淬冷能力，具有“爆炸”作用，使淬火件表面光洁，且不易产生软点。缺点：使工件变形严重，甚至开裂。油的优点：减小钢淬火时的变形和开裂倾向。缺点：不易得到马氏体。钢的回火概念：将淬火钢重新加热至A1点以下的某一温度，保温一定时间后冷却至室温的一种工艺操作。回火的目的：降低淬火钢的脆性，减小或消除内应力，是组织趋于稳定并获得所需的力学性能。回火的种类及应用：低温回火 回火温度范围为150250，主要应用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具磨和滚动轴承，以及经渗碳和表面淬火的零件。中温回火 回火温度范围为350500，主要应用于为0.5%0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。高温回火 回火温度范围为500650，主要应用于为0.3%0.5%的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、齿轮、连杆、螺栓。回火后的组织：1、80200为马氏体分解阶段，马氏体分解为回火马氏体。2、200300残留奥式体分解为过饱和+碳化物3、250400马氏体分解完成。4、400以上铁素体发生回复，再结晶。表面热处理的目的：获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。表面热处理的工艺：锻造退火或正火粗加工调质或正火精加工感应加热表面淬火低温回火精磨时效精磨成品（精磨成品）钢的渗碳工艺路线：锻造正火机械加工渗碳淬火低温回火精加工成品目的：提高硬度和耐磨性渗碳后的组织：表层组织为高碳回火马氏体+粒状渗碳体或碳化物+少量残留奥氏体；心部组织为回火低碳马氏体+铁素体。渗氮的工艺路线：锻造退火或正火粗加工调制半精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或研磨成品目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性及其热硬性渗氮后的组织：回火索氏体热处理缺陷及其成因：热处理缺陷一般按缺陷性质分类，主要包括热处理裂纹、变形、残余应力。成因分析：裂纹：应力变化和裂纹扩展阻力；变形：热处理应力；残余应力：工件表面和心部的温度差合金元素的作用：（1）细化奥氏体晶粒 （2）提高淬透性 （3）提高回火抗力，防止二次硬化，防止第二类回火脆性二次硬化：硬度不降低反而升高的现象回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象：在250400出现的冲击韧性下降现象称为“第一类回火脆性”；在500650回火后缓慢冷却出现的冲击韧性下降现象称为“第二类回火脆性”，防止第二类采用回火后快冷。回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力热硬性的概念：指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能机床齿轮 一般选用40或45钢制造工艺路线：下料锻造正火粗加工调质半精加工高频感应加热表面淬火+低温回火精磨成品（粗加工半精加工；低温回火成品）。热处理工艺的作用：正火处理可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度改善切削加工性。调质处理可是齿轮具有较高的综合力学性能，提高痴心的强度和韧性。减小淬火变形。高频感应加热表面淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性，提高齿面接触疲劳强度。低温回火能消除淬火应力，防止产生磨削裂纹和提高齿轮抗冲击能力、汽车、拖拉机齿轮选用合金渗碳钢（20CrMnTi 20CrMnMo 20MnVB）较为合适.工艺路线：下料锻造正火机械加工渗碳、淬火+低温回火喷丸磨加工成品渗碳能提高齿面碳的质量分数；淬火能提高齿面硬度并获得淬硬层深度，提高齿面耐磨性和接触疲劳；喷丸处理能提高齿面硬度，提高接触疲劳强度。机床主轴 选用45钢制造，载荷较大时选用40Cr钢制造工艺路线：下料锻造正火粗加工调质半精加工局部表面淬火+低温回火精磨成品 局部表面淬火和低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。 铸铁的分类：1.按石墨化程度分类：（1）灰口铸铁 （2）白口铸铁2.按石墨形态分类：（1）灰铸铁(汽车,拖拉机气缸,机床床身) （2）可锻铸铁 (拖拉机的前后轮盖，减速器盖) （3）球墨铸铁(发动机曲轴,连杆.机床主轴) （4）蠕墨铸铁(气缸，排气管，制动件)影响石墨化的因素:化学成分的影响和冷却速度影响,越慢越有利.铝合金的强化途径：冷变形（加工硬化）、变质处理（细晶强化）、热处理（时效强化）铝合金时效强化的概念：将淬火后铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著提高的现象发动机曲轴 QT600-3、45、ZL101 热处理：等温淬火，高温回火。高温回火是为了消除正火风冷所造成的内应力汽轮机主轴 选用合金结构钢20Cr3MoWV（540） 铁基高温合金Cr14Ni26MoTi(GH212) (650) Cr14Ni35MoWTiAl(680)工艺路线：钢锭锻造第一次正火去氢处理第二次正火高温回火机械加工成品热处理工艺的作用：第一次正火能消除锻造应力；去氢处理可防止产生白点；第二次正火提高高温强度；高温回火能消除正火应力，进一步提高高温强度热整形可提高叶片精度，校正热处理变形；去应力退火的目的是消除热整形盈利；镀硬铬可提高抗氧化性和耐腐蚀性。大桥：要求材料塑性、焊接性好，应选用低合金高强度钢，典型牌号Q345，热处理：热轧空冷汽车齿轮：对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求较高，通常使用合金渗碳钢，典型牌号20CrMnTi，热处理：渗碳+淬火+低温回火。简明工艺路线：下料锻造正火切削加工渗碳淬火+低温回火喷丸磨削加工汽轮机叶片：要求材料强度、韧性高、化学稳定性好、导热性好、耐磨、抗震、加工性能好，低合金钢20CrMo奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti等，简明工艺路线：汽车