电子科技大学中山学院机械工程材料

1、总 复 习l1.名词解释名词解释l例如：强度、塑性、疲劳强度、晶体缺陷、固例如：强度、塑性、疲劳强度、晶体缺陷、固溶体、金属化合物、加工硬化、奥氏体、铁素溶体、金属化合物、加工硬化、奥氏体、铁素体、珠光体、马氏体、莱氏体、回复、再结晶体、珠光体、马氏体、莱氏体、回复、再结晶、退火、淬火、表面淬火、回火、化学热处理、退火、淬火、表面淬火、回火、化学热处理、自然时效等。、自然时效等。l2.选择题选择题l3.判断题判断题l4.填空题填空题l5.问答题问答题l 使用性能使用性能l1、力学性能、力学性能l 刚度：刚度：材料抵抗弹性变形的能力。材料抵抗弹性变形的能力。l指标为弹性模量：指标为弹性模量：E=

2、 / l 强度：强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：l抗拉强度抗拉强度 b材料断裂前承受的最大应力。材料断裂前承受的最大应力。l屈服强度屈服强度 s材料产生微量塑性变形时的应力。材料产生微量塑性变形时的应力。l疲劳强度疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏的无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。最大应力。l 塑性：塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为伸长率标为伸长率 和断面收缩率和断面收缩率 。l 硬度：硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。布氏硬度布氏硬

3、度HB：退火钢、正火钢、调质钢、铸铁等。：退火钢、正火钢、调质钢、铸铁等。洛氏硬度洛氏硬度HR：硬质合金、渗碳层、淬火层等。：硬质合金、渗碳层、淬火层等。l 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构l1、理想金属、理想金属l 晶体：晶体：原子呈规则排列的固体。原子呈规则排列的固体。l 晶格：晶格：表示原子排列规律的空间格架。表示原子排列规律的空间格架。l 晶胞：晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. Mg、Zn -Fe、Ni、Al -Fe、Cr、W常见金属常见金属31212滑移系滑移系底面对角底面对角3 3 2滑移方向滑移方向六方底面六方底面1111 4110

4、6滑移面滑移面0.740.740.68致密度致密度12 128配位数配位数6 42原子个数原子个数原子半径原子半径a、caa晶格常数晶格常数密排六方密排六方面心立方面心立方体心立方体心立方a43a42a21l 多晶体结构：多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。由多晶粒组成的晶体结构。l 晶粒：晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. l 晶界：晶界：晶粒之间的交界面。晶粒之间的交界面。l 晶体缺陷晶体缺陷晶格不完整的部位晶格不完整的部位l 点缺陷点缺陷l 空位：空位：晶格中的空结点。晶格中的空结点。l 间隙原子：间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。挤进晶格

5、间隙中的原子。l 置换原子：置换原子：取代原来原子位置的外来原子。取代原来原子位置的外来原子。 l 线缺陷线缺陷位错位错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生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线滑移面上滑移区与未滑移区的交接线.l 面缺陷面缺陷晶界和亚晶界晶界和亚晶界 l亚晶粒：亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。晶块。亚晶界：亚晶界：亚晶粒之间的交界面。亚晶粒之间的交界面。l 晶界的特点：晶界的特点：l原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性原子排列不规则；阻碍位错运

6、动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。低；产生内吸附；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；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。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，因而韧性也好塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. l细

7、晶强化：细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。韧性的方法。l 合金的晶体结构合金的晶体结构l合金：合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性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。的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 l相：相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其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。他部分有界面分开的均匀组成部分。l1、固溶体：、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相与组成元素之一的晶体结构相同的固相.l 置换固溶体：置换固溶体：溶质原

8、子占据溶剂晶格结点位置形溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 l 间隙固溶体：间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。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。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：铁素体：碳在碳在 -Fe中的固溶体。中的固溶体。l奥氏体：奥氏体：碳在碳在 -Fe中的固溶体。中的固溶体。l马氏体：马氏体：碳在碳在 -Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。l固溶强化：固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度随溶质含量增加，固溶

9、体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。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。而提高。 l 金属化合物：金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相与组成元素晶体结构均不相同的固相.l 性能比较：性能比较：强度：固溶体强度：固溶体 纯金属纯金属l 硬度：化合物硬度：化合物 固溶体固溶体 纯金属纯金属l 塑性：塑性：化合物化合物 固溶体固溶体 纯金属纯金属 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用l1、强化铁素体；、强化铁素体；l2、形成化合物、形成化合物第二相强化第二相强化l3、扩大（、扩大（C,Mn

10、,Ni,Co）或缩小（）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区相区l4、使、使S、E点左移点左移l5、影响、影响A化化l6、溶于、溶于A(除除Co外外), 使使C曲线右移曲线右移, Vk减小减小, 淬透性提高淬透性提高.l7、除、除Co、Al外，使外，使Ms、Mf点下降。点下降。三、组织三、组织l 纯金属的组织纯金属的组织l1、结晶：、结晶：金属由液态转变为晶体的过程金属由液态转变为晶体的过程l 结晶的条件结晶的条件过冷：过冷：在理论结晶温度以下发生在理论结晶温度以下发生结晶的现象。结晶的现象。l过冷度：过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。理论结晶温度与实际结晶温度的差。l 结晶的基本过程结

11、晶的基本过程晶核形成与晶核长大晶核形成与晶核长大l形核形核自发形核与非自发形核自发形核与非自发形核l长大长大均匀长大与树枝状长大均匀长大与树枝状长大l 结晶晶粒度控制方法：结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌理；机械振动、搅拌l2、纯金属中的固态转变、纯金属中的固态转变l同素异构转变：同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。生变化的现象。l固态转变的特点：固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向形核部位特殊；过冷倾向大大;伴随着体积变化。伴随着体积变化。1394 912 铁的铁的同素异构转变：同素异构转变： -

12、Fe -Fe -Fel3、再结晶、再结晶l再结晶条件：再结晶条件：冷塑性变形冷塑性变形l加热时的变化：加热时的变化：回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大l再结晶：再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程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。再结晶不是相变过程。 l 再结晶温度：再结晶温度：发生再结晶的最低温度。发生再结晶的最低温度。l纯金属的最低再结晶温度纯金属的最低再结晶温度T再再 0.4T熔熔l冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，冷加工使内应力增加，耐蚀性下降， 提高提高。l加工硬化：加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，

13、塑性、韧性下降的现象。硬度提高，塑性、韧性下降的现象。l消除加工硬化：再结晶退火。消除加工硬化：再结晶退火。l 热加工：在再结晶温度以上进行加工。热加工：在再结晶温度以上进行加工。 合金的组织合金的组织l1、相图、相图 匀晶匀晶L 共晶共晶L+ 共析共析 + 包晶包晶L+l2、合金中的固态相变、合金中的固态相变l 固溶体转变：固溶体转变：AF （A3）l 共析转变：共析转变：AP(F+Fe3C) （A1）l 二次析出：二次析出：AFe3C （Acm）l 奥氏体化奥氏体化l 过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变l 固溶处理固溶处理+时效：时效：l固溶处理固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬是指将

14、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。火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。l时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温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。度保温，以析出弥散强化相的热处理。 3、铁碳合金相图、铁碳合金相图 l点：点：符号、成分、温度符号、成分、温度FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3C莱氏体莱氏体Le

15、(A+ Fe3C) Le(P+Fe3C)珠光体珠光体P(F+ Fe3C)复相组织组成物：复相组织组成物：组织组成物标注组织组成物标注相区标注相区标注线：线：液固相线、水液固相线、水平线、固溶线、固平线、固溶线、固溶体转变线溶体转变线A 1538D 1227N 1394G 912PSK 727ECF 1148HJB 1495C%温度温度l例：分析例：分析60钢、钢、T12钢的结晶过程钢的结晶过程21l工厂分两堆存放的碳素钢，因弄混了钢号工厂分两堆存放的碳素钢，因弄混了钢号，从每堆中分别取样，经金相分析确定：，从每堆中分别取样，经金相分析确定：一种钢中有一种钢中有F+P，其中，其中P约占约占40%

16、；另一种；另一种钢中有钢中有P+Fe3CII，其中，其中P约占约占93%.问这两问这两种钢的含碳量各大约是多少？种钢的含碳量各大约是多少？四、钢的热处理四、钢的热处理l 热处理原理热处理原理l1、加热时的转变、加热时的转变l奥氏体化步骤：奥氏体化步骤：A形核；形核；A晶核长大；残余渗碳体溶晶核长大；残余渗碳体溶解；解；A成分均匀化。成分均匀化。l亚共析钢：亚共析钢：P+F Al共析钢：共析钢：P Al过共析钢：过共析钢： P+Fe3C A2、冷却时的转变、冷却时的转变l 等温转变曲线及产物等温转变曲线及产物 650600550350A1MSMf时间时间PSTB上上B下下MM+AAPASATAB

17、上上AB下下AM过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A3、回火种类、回火种类l根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质.广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。 适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。 应用获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。 提高e及s，同时使工件具有一定韧性 。在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力。 回火目的S回 T回 M回 回火组织500-650350-500150-250 回火温度 高温回火 中温

18、回火 低温回火 适用于弹簧热处理 热处理工艺热处理工艺工艺工艺目的目的加热温度加热温度组织组织退退火火1.调整硬度调整硬度,便于切便于切削加工。削加工。2.细化晶粒细化晶粒,为最终为最终热处理作组织准备。热处理作组织准备。亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Ac1+3050F+PPP球球正正火火1.低中碳钢同退火。低中碳钢同退火。2.过工析钢：消除网过工析钢：消除网状二次渗碳体。状二次渗碳体。3.普通件最终热处理普通件最终热处理亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Accm+30500.5%C, M+AM+AM+

19、A+粒状粒状Fe3C热处理工艺（续）热处理工艺（续）工工艺艺目的目的加热温度加热温度组织组织回回火火1.消除内应力，消除内应力，减少变形。减少变形。2.获得所需要获得所需要的性能。的性能。低温回火低温回火150250中温回火中温回火350500高温回火高温回火500650 (调质调质)亚共析亚共析,共析钢：共析钢：M回回过共析钢过共析钢:M回回+A(少少)+粒状粒状Fe3CT回回S回回表表面面淬淬火火表面获得马表面获得马氏体组织，氏体组织，并获得表硬并获得表硬里韧的性能。里韧的性能。预备热处理：预备热处理：调质或正火调质或正火适用于中碳钢适用于中碳钢 0.40.5%C表面：表面：M回回心部：心

20、部： S回回(调质调质) 或或F+S(正火正火)渗渗碳碳提高表面含提高表面含碳量，获得碳量，获得表硬里韧的表硬里韧的性能。性能。渗碳温度渗碳温度:900950淬火温度：淬火温度：表面表面Ac1+3050心部心部Ac3+3050适用于低碳钢适用于低碳钢 0.10.25%C表面：表面：M回回+A(少少)+颗粒状颗粒状Fe3C心部心部：M回回+F M回回五、工业用金属材料五、工业用金属材料钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态下组织使用状态下组织性能性能用途用途碳素结碳素结构钢构钢0.4Q195Q235热轧空热轧空冷冷F+P塑性塑性,焊接性焊接性好好建筑结建筑结构构

21、低合金低合金高强度高强度钢钢0.2Q345(16Mn)Mn:强化强化F,增加增加P,降低降低脆转温度脆转温度热轧空热轧空冷冷F+P塑性塑性,焊接性焊接性好好桥梁桥梁,船舶船舶, 容器容器渗碳钢渗碳钢0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高提高淬透性淬透性,强强化化F,Ti:细化细化晶粒晶粒渗碳渗碳+淬淬火火+低温低温回火回火表面：表面：M回回+ A (少量少量)+颗粒颗粒状状Fe3C心部心部：M回回+F表硬表硬里韧里韧轴、齿轴、齿轮轮调质钢调质钢0.30.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透提高淬透性性,强化强化F,Mo:防止第二防止第二类回火脆性类回火脆性调质

22、调质S回回良好综良好综合力学合力学性能性能轴、齿轴、齿轮轮弹簧钢弹簧钢0.60.90.450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬提高淬透性透性,强化强化F；Si:提高屈强比提高屈强比淬火淬火+中中温回火温回火T回回高高 s/ b高高 -1弹簧弹簧l 工业用钢工业用钢工业用钢（续）工业用钢（续）钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作合金元素作用用热处理热处理使用状态下组使用状态下组织织性能性能用途用途滚动轴滚动轴承钢承钢0.951.10GCr15Cr:提高淬提高淬透性透性,耐磨耐磨耐蚀性耐蚀性球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高耐磨高耐磨高

23、高 - -1足够足够ak滚动轴滚动轴承承耐磨钢耐磨钢1.01.3ZGMn13Mn:形成形成A组织组织水韧处水韧处理理表：表：M+碳化物碳化物心：心：A高耐磨高耐磨耐冲击耐冲击铲齿，铲齿，履带板履带板碳素工碳素工具钢具钢0.651.35T7T13球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨冲子、冲子、丝锥、丝锥、锉刀锉刀低合金低合金工具钢工具钢0.751.59SiCrSi、Cr：提：提高淬透性高淬透性球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨低速刃低速刃具具高速钢高速钢0.71.5W18Cr4VCr:提高淬透性；提高淬透性；W、V：提高：提高热硬、耐磨性热硬、耐磨性锻、退火、锻、退火、淬火淬火+三三次回火次回火M回回+