工程材料复习(修订版10)(共13页)

1、 18/18工程(gngchng)材料复习第一章1.1离子化合物熔点(rngdin)、沸点、硬度高。共价(n ji)晶体高熔点、硬度和强度，脆。分子键弱，低熔点、沸点、硬度。四种材料：金属、高分子、陶瓷、复合、功能材料。1.2晶体：离子、原子、分子在三维空间呈有规则的长距离的周期性排列，长程有序，各向异性。非晶体原子散乱分布各向同性。晶面通过结点的任一平面；晶向通过结点的任一直线所指的方向。七大晶系十四种晶格晶体结构原子排列晶格常数举例体心立方晶格a=b=c-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb、-Ti、Na、K面心立方晶格a=b=c=90-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag、Pt、-Co密排六方晶

2、格c/a=83Be、Mg、Zn、Cd、-Co、-Ti致密度K原子体积/晶胞体积各向异性晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而在同一晶体（单晶体）的不同晶面上的各种性能也会不同。单晶体结晶方位完全一致的晶体晶体缺陷：点缺陷（是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子间距的缺陷。包括空位、间隙原子、置换原子；形成原因：热运动）线缺陷（是指三维空间中在两维方向上尺寸较小，在另一维方向尺寸相对较大的缺陷。属于这类型缺陷的主要是各种类型的位错）面缺陷（是指三维空间中在一维方向上尺寸很小，另外两维方向上尺寸很大的缺陷。常见的面缺陷是金属中的晶界、亚晶界）位错容易开动塑性好位错不易

3、开动强度高晶粒小 强度大1.4合金由两种或两种以上的金属元素，或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质(xngzh)的物质。组元合金的独立的、最基本(jbn)的单元。相是合金中具有相同的物理、化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的物质(wzh)部分。组织是合金的微观形态，它是合金中各相的形态所构成的。合金的相结构分 固溶体和化合物固溶体合金组元间会相互溶解，形成在某一组元晶格中包含有其他组元的新相。置换固溶体 指溶质原子取代部分溶剂原子而占据着晶格的结点位置所形成的间隙固溶体 溶质原子分布在晶格间隙所形成的固溶体当合金中溶质质量分数超过固溶体的溶解度时，将析出另一个新相。若新相的结晶结构不

4、同于任一组元，则新相是组元间形成的一种新物质化合物。在固溶体中，溶质原子的溶入将造成晶格畸变，溶质原子浓度增加，晶格畸变增大，从而导致固溶体强度和硬度升高，其他性能也变化，该现象称固溶强化。化合物高熔点、硬度、脆性1.7使用性能 工艺性能在外力作用下所表现出的各种性能称为力学性能。强度、硬度、塑性、韧性。弹性极限：e 屈服极限：s 抗拉强度 ：b 弹性模量：E强度在静载荷作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。屈服强度Re 材料产生屈服现象时的应力抗拉强度Rm 拉断前最大标称拉应力疲劳强度 变载荷作用下不致断裂的最大应力塑性在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。断后伸长率 断面收缩率硬度材料抵抗外

5、物压入其表面的能力布氏硬度（HB） 测量退火、正火、调质钢及铸铁、有色金属洛氏硬度（HR） 压痕深度衡量硬度，HRC应用最多维氏硬度（HV）冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收的能量来表示。冲击韧度 =冲击功（J）/式样缺口处初始截面积（cm2）冲击性能受温度的影响很大第二章2.1结晶物质从一种原子(yunz)状态过渡为另一种原子规则(guz)排列状态的过程。过冷度理论(lln)结晶温度T0与实际结晶温度Tn之差。晶坯=晶核=晶粒当液态金属过冷到一定温度时，一些较大的原子集团开始变得稳定，成为结晶核心，即晶核。自发形核 非自发形核枝晶长大 晶核树状长大影响形核率和长大速度的因素过冷

6、度和难熔杂质晶粒愈小 金属的强度、塑性和韧性愈好晶粒大小控制增大过冷度变质处理（孕育剂，变质剂）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。同素异构转变：同种金属体材料中，不同类型晶体结构之间的转变称为同素异构转变。2.2相图表明合金系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形。液相线 固相线匀晶相图 共晶相图 包晶相图匀晶相图：两组元在液态和固态中均为无限互溶最后形成单相固溶体的相图称为匀晶相图。如CuAu、AuAg、FeCr和WMo等合金系相图都是匀晶相图。（L）共晶相图 ：两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解（或不溶），并在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相图。（L+

7、）包晶相图：两组元在液态下无限互溶，在固态有限溶解，并在结晶时发生包晶转变的相图，称为包晶相图。（L+）枝晶偏析在一个晶粒内化学成分不均匀的现象，改善=扩散退火（均匀化退火）溶质浓度愈大，晶格畸变愈大，则强度、硬度愈高，导电率愈小。铸造合金的成分常选在共晶点附近。液态金属或合金在铸锭模（得到铸锭）或铸型（得到铸件）中结晶。2.3铁碳合金 碳钢和铸铁铁素体（F）碳在-Fe（体心(t xn)）中的间隙(jin x)固溶体；强度差、硬度(yngd)低、塑性好；WC=0.0218%奥氏体（A）碳在-Fe（面心）中的间隙固溶体；强度、硬度不高，塑性良好；WC=2.11%渗碳体（Fe3C）（白）碳与铁的化

8、合物；硬度高，脆，塑性=0珠光体（P）（黑）片状F+片状Fe3C相间排列；性能介于F与Fe3C之间。莱氏体（Ld）A+Fe3C；硬度很高、塑性很差。种类工业纯铁钢白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁WC/%0.02180.02180.770.770.772.112.114.34.34.36.69平衡组织FF+PPP+Fe3CFe3C+P+LdLdLd+Fe3C2.4奥氏体的形成过程（1）奥氏体形核阶段（2）奥氏体晶核长大阶段（3）残余渗碳体的溶解阶段（4）奥氏体成分均匀化阶段奥氏体晶粒度 1级最粗8级最细2.5热处理中，冷却方式有两种，一是连续冷却，二是等温冷

9、却第三章3.1塑性变形金属受到外力作用时，会在其内部(nib)产生应力，使金属发生相应的变形。当外力增大，使金属的内应力超过其屈服极限后，外力消除而金属的变形并不消失。单晶体的塑性变形主要(zhyo)通过 滑移(hu y) 和 孪生 两种方式进行。相同外力下，多晶体金属的塑性变形量一般比相同成分单晶体金属的塑性变形量小。只有当外力进一步增大后，位错的局部运动才能通过晶界运动，产生更大的塑性变形。多晶体的晶界可以起到强化作用细化晶粒可以对多晶体金属起到明显强化作用3.2金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增大而大为提高，其塑性却随之有较大的降低，这种现象

10、称为形变强化，也称为加工硬化或冷作硬化。位错密度高，晶体处于高能量状态，抗腐蚀性降低。冷加工硬化会给金属进一步加工带来困难外力去除后，仍残存于金属材料内的应力称为残余应力，有时也称内应力。残余应力作用范围：宏观残余应力、微观残余应力、晶格畸变残余应力。残余应力危害：降低工件的承载能力使工件尺寸及形状发生变化降低工件的耐蚀性利用再结晶退火消除加工硬化现象.3.3冷变形金属在加热时的组织和性能发生变化、将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。在再结晶温度以下的变形叫冷变形在再结晶温度以上的变形叫热变形铸锭在塑性加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向

11、被拉长，呈纤维形状。纤维组织稳定性高，不能用热处理方法加以消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。3.4金属的塑性加工性能是衡量金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小变形抗力指在变形过程中金属抵抗外力的能力。变形抗力越小，则变形中所消耗的能量也越少。塑性加工性能影响因素：金属本质化学成分金属组织加工条件（1）变形温度随温度升高，金属的塑性上升，变形抗力下降温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化终锻温度过低，金属的变形强化(qinghu)严重，变形抗力急剧增加，加工难于进行，强行锻造，锻件破裂报废。（2）变形(bin

12、xng)速度（3）应力(yngl)状态第四章金属材料的热处理是金属材料在固态下，通关适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法，也称之为金属材料的改性处理。预备热处理（改善加工性能） 最终热处理（提高使用性能）热处理普通热处理退火、正火、淬火、回火表面热处理表面淬火感应加热淬火、火焰加热淬火化学热处理渗碳、渗氮、渗金属其他热处理形变热处理、超细化热处理、真空热处理退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，改善切削加工性。消除残余应力，稳定尺寸，减小变形与开裂。细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。正火

13、：正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（共析钢和过共析钢）以上3050，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。淬火：是将钢加热到Ac3或Ac1以上30 50，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。回火:就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1的某一温度,适当保温后，冷却的室温的热处理工艺。热处理目的温度范围冷却方法应用形成组织退火完全退火组织均匀细化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能，消除内应力Ac3以上3050冷却到500以下空冷亚共析钢、铸件、锻件、焊接件珠光体球化退火珠光体中渗碳体球化，降低材料硬度，改善切削加工性Ac1以上1030冷却到600以下空冷共析和过共析钢及

14、合金工具钢扩散退火（均匀化退火）使化学成分均匀化Ac3以上150200（10501150）长时间保温（1015h）随炉冷合金钢大型铸、锻件去应力退火消除毛坯和零件中的残余应力Ac1以下（500650）保温慢冷至200空冷空冷铸、锻、焊件及经过切削加工的零件热处理目的温度范围冷却方法应用形成组织正火对普通碳素钢、低合金钢和力学性能要求不高的结构件，可作为最终热处理。对低碳素钢用来调整硬度，避免“粘刀”。对共析、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为去球化退火作准备。Ac3（亚共析钢）或Accm（共析和过共析钢）以上3050静止空冷普通碳素钢、低合金钢最终热处理；过共析刚球化退火作准备索氏体淬火强化钢

15、件亚共析钢Ac3+（3050）过共析钢Ac1+（3050）介质速冷强化工件马氏体和贝氏体回火低温回火降低钢的淬火应力，减少脆性，并保持其高硬度和高耐磨性150250空冷刃具、量具、模具、滚动轴承及渗碳、表面淬火的零件回火马氏体中温回火获得高弹性极限和屈服强度350500弹簧和锻模回火托氏体高温回火提高钢的综合力学性能500650连杆、曲轴、齿轮、机床主轴回火索氏体调质(dio zh)处理(chl)淬火(cu hu)+高温回火（一般为中碳钢）回火脆性：淬火钢在某些温度范围内回火时，淬火钢出现冲击韧性下降的现象称为回火脆性。4.5钢的淬透性是在规定的淬火条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。钢

16、在淬火中获得马氏体的能力。钢的淬硬性是指钢在淬火时所能获得的最高硬度临界冷却速度越小，钢的淬透性越大影响临界冷却速度：钢的碳质量分数合金元素钢中未溶物质4.7钢的化学热处理是将金属(jnsh)或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。渗碳(shn tn)（需热处理）、渗氮（无需(wx)热处理）、碳氮共渗提高表面硬度、耐磨性，耐热性、耐蚀性。第六章6.1工业用钢分 碳素钢（碳钢）和合金钢碳素钢除铁、碳外还有少量锰、硅、硫、磷的杂质元素。锰脱氧能力较好，与硫化合成MnS，减小S的危害，对钢有强化作用。硅的脱氧能力比锰强硫、磷是有害元

17、素分类举例说明碳素结构钢Q235-AF屈服强度235MPa优质碳素结构钢4540MnWC=0.45%（单位0.01%）WC=0.40%Mn较高碳素工具钢T8T8AT碳 WC=0.8% （单位0.1%）高级优质一般工程用铸造碳钢ZG200-400铸钢 屈服强度200MPa 抗拉强度400MPa6.26.3工程用钢主要是用于各种工程结构渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢普通结构钢WC毛坯成形（通常为锻造）预备热处理粗加工最终热处理加工装配淬火+中温回火弹簧钢淬火+低温回火滚动轴承钢渗碳+淬火+低温回火渗碳钢6.4工具钢刃具钢、模具钢、量具钢高硬度、高耐磨性、高热硬性（红硬性）工具钢锻造、预备热处理（完

18、全退火、球化退火）、最终热处理（淬火+高温回火、正常淬火+低温回火、高温淬火+多次高温回火）T8 T8A刃具工具T10 T10AT12 T12A不受冲击、低速刃具、模具、量具9SiCr板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、冷冲模CrOW18Cr4V高速切削刀具W6Mo5 Cr4V25CrW2Si耐冲击剪刀片Cr12冷冲模冷作模具刚Cr12MoVCrWMn板牙、拉刀、量具、高精度冷冲模5CrMnMo热锻模中型热锻模5CrNiMo大型热锻模Cr2W8V热挤压模、高速锻模、精锻模6.5不锈钢（Cr、低碳）耐热钢耐磨钢“ZG”铸钢(zh n)6.6分类石墨形状铸铁组织铸铁牌号及表示方法基体石墨灰铸铁片状F或F+P

19、或P片状HT xxx由代号加数字构成。H、Q、Ru、K、T分别为灰、球、蠕、可、铁的汉语拼音字首，第一组数字表示最低抗拉强度，第二组表示最低伸长率。球墨铸铁球状F或F+P或P球状QT xxx-xx蠕墨铸铁蠕虫状F或F+P或P蠕虫状RuT xxx可锻铸铁团絮状P或F团絮状KTH(z) xxx-xx铸铁性能(xngnng)特点:（1）力学性能低，铸铁的抗拉强度和塑性都较低，这是由于石墨对钢基体的割裂作用和所引用(ynyng)的应力集中效应造成。（2）耐磨性和消振性好，是因为铸铁中的石墨有利于润滑及贮油。（3）工艺性能好，由于铸铁含碳量高，接近共晶成分，熔点比钢低，因而铸铁流动性好。6.7工业纯铝铸

20、造纯铝、变形铝形变铝合金（防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝、锻造铝合金）铸造铝合金6.8工业纯铜有T1、T2、T3、T4四个牌号数字愈大纯度愈低黄铜（铜+锌）青铜（铜+锡）6.9工业(gngy)应用最广的轴承合金是锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）锡基轴承合金Sn-Sb-Cu铅基轴承合金Pb-Sb-Sn-Cu第七章7.1铸造：是将液态金属或合金浇注到与零件的形状，尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后，获得毛坯(mop)或零件的方法。手工(shugng)造型 和 机器造型按砂箱分类:两箱造型、三箱造型、地坑造型、脱箱造型砂型铸造工艺流程：造型、造芯、开设浇注系统、合型、熔炼金属、浇注、清理。铸造工艺设计：选择分型面、加工余量、铸件收缩率、起模斜度、铸造圆角、芯头。7.4铸铁壁之间避免锐角连接铸件壁或筋的连接形式第八章8.1塑性加工：利用金属