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机械工程材料总复习一、性能l 使用性能l 1、力学性能l 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。l 指标为弹性模量：E=s/el 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：l 抗拉强度s b材料断裂前承受的最大应力。l 屈服强度s s材料产生微量塑性变形时的应力。l 条件屈服强度s 0.2残余塑变为0.2%时的应力。l 疲劳强度s -1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。l 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为d、y。l 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。l 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为k.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。l 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K1C。l 2、化学性能l 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。l 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。l 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。l 工艺性能l 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。l 2、锻造性能：成型性与变形抗力。l 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。l 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。l 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。二、晶体结构l 纯金属的晶体结构l 1、理想金属l 晶体：原子呈规则排列的固体。l 晶格：表示原子排列规律的空间格架。l 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. 三种常见纯金属的晶体结构l 立方晶系的晶面指数和晶向指数l 晶面指数：晶面三坐标截距值倒数取整加（ ）l 晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加 l 立方晶系常见的晶面和晶向 l 晶面族与晶向族l 指数不同但原子排列完全相同的 晶面或晶向。l 密排面和密排方向 同滑移面与滑移方向l 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。2、实际金属 l 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。l 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. l 晶界：晶粒之间的交界面。l 晶体缺陷晶格不完整的部位l 点缺陷l 空位：晶格中的空结点。l 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。l 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。 l 线缺陷位错l 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线.l 面缺陷晶界和亚晶界 l 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。l 晶界的特点：l 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；产耐蚀性低；生内吸附；是相变的优先形核部位。l 金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。l 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. l 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。l 合金的晶体结构l 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 l 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。l 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相.l 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 l 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。l 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。l 铁素体：碳在a-Fe中的固溶体。l 奥氏体：碳在g-Fe中的固溶体。l 马氏体：碳在a-Fe中的过饱和固溶体。l 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。l 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 l 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相.l 正常价化合物 如Mg2Si l 电子化合物 如Cu3Snl 间隙化合物：由过度族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。l 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。l 强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VCl 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6l 弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe3Cl 性能比较：强度：固溶体纯金属l 硬度：化合物固溶体纯金属l 塑性：化合物固溶体纯金属l 金属化合物形态对性能的影响l 基体、晶界网状：强韧性低l 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低l 颗粒状：l 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。 l 固溶体与化合物的区别：结构；性能；表达方式合金元素在钢中的作用l 1、强化铁素体；l 2、形成化合物第二相强化l 3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区l 4、使S、E点左移l 5、影响A化l 6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, Vk减小, 淬透性提高.l 7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。l 8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） l 9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) l 10、防止第二类回火脆性：W、Mol (回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。)三、组织l 纯金属的组织l 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程l 结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。l 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。l 结晶的基本过程晶核形成与晶核长大l 形核自发形核与非自发形核l 长大均匀长大与树枝状长大l 结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌l 2、纯金属中的固态转变l 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。l 固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大;伴随着体积变化。l 3、再结晶l 再结晶条件：冷塑性变形l 加热时的变化：回复再结晶晶粒长大l 再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。 l 再结晶温度：发生再结晶的最低温度。l 纯金属的最低再结晶温度T再0.4T熔l 影响再结晶晶粒度的因素：加热温度和时间；l 预先变形程度l 4、塑性变形：l 金属塑性变形方式：滑移和孪生l 滑移的特点：l 只能在切应力的作用下发生；l 沿密排面和密排方向发生；l 位移量是原子间距整数倍；l 伴随着转动l 滑移的机理：通过位错运动实现。l 孪生特点：l 孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速；孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 l 冷热加工：以再结晶温度划分l 冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、l 织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。l 加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。l 冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，r提高。l 热加工：形成纤维组织、带状组织l 纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。 合金的组织l 1、相图 匀晶La 共晶La+b 共析 ga+b 包晶L+abl 杠杆定律：只适用于两相区。l 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 l 2、合金中的固态相变l 固溶体转变：AFl 共析转变：AP(F+Fe3C)l 二次析出：AFe3Cl 奥氏体化l 过冷奥氏体转变l 固溶处理+时效：l 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。l 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。 3、铁碳合金相图 l 点：符号、成分、温度l典型合金的结晶过程（以共析钢为例）杠杆定律的应用四、钢的热处理l 热处理原理l 1、加热时的转变l 奥氏体化步骤：A形核；A晶核长大；残余渗碳体溶解；A成分均匀化。l 奥氏体化后的晶粒度：l 初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。l 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。l 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。 2、冷却时的转变l 等温转变曲线及产物 l 3、回火时的转变l 碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；e-碳化物转变为Fe3C ；Fe3C聚