工程材料课程辅导重点难点

《工程材料》课程辅导（章节指导）PAGEPAGE30第1章绪论要点：材料的基本概念（掌握）材料的分类（掌握）金属材料发展与应用简史。（了解）

第2章金属材料的力学性能要点：静载单向拉伸应力——应变曲线（理解并掌握）各种力学性能指标的物理意义（掌握）难点：疲劳强度、断裂韧性——性能指标的提出及其物理意义下面就具体内容作简要说明。低碳钢静载单向拉伸应力——应变曲线（理解并掌握）阶段I（oab）——弹性变形阶段oa段：△L∝P

直线阶段ab段：极微量塑性变形（0.001--0.005%）Pp，Pe（不产生永久变形的最大抗力）阶段II（bcd）段――屈服变形屈服点

Ps阶段III（dB）段——均匀塑性变形阶段Pb

材料所能承受的最大载荷阶段IV(BK)段——局部集中塑性变形（注意：铸铁只有第I阶段，中、高碳钢没有第II阶段。）金属的刚度（掌握）材料在受力时，抵抗弹性变形的能力E=σ/ε本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力（掌握）比例极限：应力――应变保持线性关系的极限应力值σp=Pp/Fo

弹性极限：不产永久变形的最大抗力σe=Pe/Fo

塑性——材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力（掌握）延伸率延伸率与试样尺寸有关，δ5,

δ10(Lo=5do,10do)断面收缩率ψ=△F/Fo=(Fo-Fk)/Fox100%强度——材料抵抗变形和断裂的能力（掌握）抗拉强度σb=Pb/Fo材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。屈服强度σs和条件屈服强度σ0.02σs=Ps/Fo

（σs代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。）σ0.02条件屈服强度——中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的抗力的极限应力值来表示。脆性材料：σb=σs灰口铸铁疲劳强度σ-1

（80%的断裂由疲劳造成）——（难点）疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。韧性：断裂前吸收变形能量的能力韧度（掌握）冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。ak=Ak/F

(J/cm2)脆性材料——ak值低，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。韧性材料——ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。韧性与温度有关——脆性转变温度TK断裂韧性——（难点）KIC表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。当KI＝KIC时，裂纹处于临界状态当KI<KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。KIC可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。断裂韧性问题的提出（了解）硬度：材料抵抗外力压入的能力（掌握）布氏硬度HB压头为一定直径D（mm）的淬火钢（或硬质合金）球，载荷P一般3000kg，测量压痕平均直径d（mm）一般用于较软材料，HB≤450洛氏硬度HRC由压痕的深度求出材料的硬度。以0.002毫米作为一个硬度单位。压头为顶角120°的金刚石圆锥体，载荷一般为150kg，一般用于硬度较高的材料，适用范围HRC20－67

第3章金属晶体结构、结晶及合金相图要点：有关晶体结构的基本概念：金属键、晶体、晶格、三种常见的金属晶格、实际晶体的缺陷（重点掌握）金属结晶的概念、过冷度、结晶的过程——晶核的形成和长大规律及其影响因素（掌握）合金相结构的基本类型及其结构特点/性能特点（掌握）二元合金相图的基本概念：组元、合金、合金系、相、相图、组织等（掌握）二元合金相图的分析方法，熟悉并分析几种典型相图（匀晶相图、共晶相图）的结晶过程（重点掌握）杠杆定律及其应用（重点掌握）包晶相图和形成稳定化合物的相图（了解）合金相图与性能的关系（了解）难点：匀晶相图、共晶相图中典型合金的结晶过程应用杠杆定理分析典型合金的室温相及室温组织的比例下面就具体内容作简要说明。晶体与非晶体的概念（掌握）晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。区别是否具有周期性、对称性是否长程有序是否有确定的熔点是否各向异性理想晶体的晶体学抽象（理解）空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）三种常见的金属晶格的重要参数（重点掌握）晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度FCCa=b=c,α=β=γ=90o面对角线/42868%BCCa=b=c,α=β=γ=90o体对角线/441274%HCPa=bc,c/a=1.633,α=β=90o,γ=120o棱边a/261274%晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分（重点掌握）点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化空位

晶格结点处无原子置换原子

晶格结点处为其它原子占据间隙原子

原子占据晶格间隙线缺陷（位错）——二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排刃型位错螺型位错面缺陷——一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域晶界、亚晶界、表面等结晶与凝固的区别（掌握）凝固：L→S（S可以是非晶）结晶：一种原子排列状态（晶态或晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程一次结晶：L→S（晶态）二次结晶：S→S（晶态）过冷度（重点掌握）结晶的驱动力（了解）自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0当温度T>Tm时，Fs>FL,液相稳定当温度T<Tm时，Fs<FL,固相稳定当温度T=Tm时，Fs=FL,平衡状态过冷度ΔT＝Tm－Tn（克服界面能）Tm：理论结晶温度Tn：实际结晶温度冷速越快，过冷度越大结晶的过程——形核、长大（掌握）形核——自发形核、非自发形核长大——平面长大、树枝状长大晶粒尺寸的控制（重点掌握）形核速度大，长大速率慢，晶粒总数目多，晶粒细小。提高过冷度——ΔT↑，N↑↑，G↑——N/G增大，晶粒细化变质处理——在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心振动、搅拌等等合金相结构的基本类型（掌握）相：凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。固溶体——组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体A（B）。A：溶剂B：溶质分类溶质原子的位置置换固溶体间隙固溶体溶解度有限固溶体无限固溶体分布有序度有序固溶体无序固溶体固溶强化——溶质原子溶入→晶格畸变→位错远动阻力上升→金属塑性变形困难→强度、硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。金属间化合物——合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物一中间相。熔点、硬度高、脆性大。机械混合物——不是一种单一相典型相图（重点掌握）匀晶相图——两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，冷却时发生匀晶转变（L→α）共晶相图——两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，冷却时可以发生共晶转变（L→α＋β）典型合金的室温组织典型合金的结晶过程（难点）应用杠杆定理分析典型合金的室温相及室温组织的比例（难点）合金性能与相图的关系（了解）固溶体：溶质元素→晶格畸变大→强度、硬度↑，（50%↑最大）复相组织区域内（如共晶转变范围内），合金的强度和硬度随成分的变化呈直线关系，大致是两相性能的算术平均值。HB=HBα×α%＋HBβ×β%对组织较敏感的性能——强度，与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高（共晶点处，共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度可达最高值。）

第4章金属的塑性变形与再结晶要点：金属的变形方式及其本质——滑移（重点掌握），孪生（了解）多晶体塑性变形（掌握）塑性变形对金属材料的的组织和性能的影响（重点掌握）经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化（重点掌握）难点金属的两种变形方式的比较影响多晶体塑性变形的因素，细晶强化的机理及性能影响加工硬化的机理及性能影响影响再结晶及再结晶晶粒度的因素下面就具体内容作简要说明。金属材料的塑性变形有以下2种机制：滑移：在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。（重点、掌握）滑移的本质：滑移的实现→借助于位错运动（重点、掌握）滑移系：滑移面和该面上的一个滑移方向（重点、掌握）滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。晶体的转动（掌握）外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向孪生：晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。→金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。（了解）两者异同（难点）滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生→ⅰ.FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。→ⅱ.BCC金属仅在室温或受冲击时发生。→ⅲ.HCP金属较容易发生孪生。滑移→原子移动的相对位移是原子间距的整数值→不引起晶格位向的变化。孪生→原子移动的相对位移是原子间距的分数值→孪晶晶格位向改变→促进滑移孪生产生的塑性变形量小（≤滑移变形量的10％）←孪生变形引起的晶格畸变大多晶体的塑性变形（掌握）加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，晶粒的变形分批、逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到均匀变形影响多晶体塑性变形的因素（难点）晶粒位向不一致晶界：ⅰ.滑移的主要障碍：晶界原子排列较不规则→缺陷多→滑移阻力大→变形抗力大。ⅱ.协调变形：晶界自身变形→处于不同变形量的相邻晶粒保持连续。细晶强化——晶粒细化→强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提高。（重点、难点）Hall-Pitch关系：

σs=σ0+Kyd-1/2晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→减少应力集中晶粒小→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变形冷塑性变形对金属组织性能的影响（重点、掌握）金属组织的变化（掌握）晶粒形貌变化（压扁或拉长）——如：纤维组织亚结构形成：位错密度↑（106→1011-12）→位错缠结→胞壁→亚晶形成形变织构（特殊的择优取向）：变形量足够大时（70%），由于晶粒发生转动，原来处于不同位向的晶粒在空间位向上会呈现出一定程度的一致。加工硬化（形变硬化）（冷作硬化）——金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象（重点掌握）机理：位错强化：位错密度↑→强度、硬度↑（难点）塑性变形→位错开动→位错大量增殖→相互作用→运动阻力加大→变形抗力↑→强度↑、硬度↑、塑性、韧性↓意义：一种强化手段冷加工成形得以顺利进行防止短时超载断裂能力，保证构件安全性下降塑性，提高切削性能不利：塑性变形困难→中间退火→消除内应力——去除外力后残留于且平衡于金属内部的应力（一般掌握）第一类内应力——宏观，表面和心部，塑性变形不均匀造成；第二类内应力——微观，晶粒间或晶内不同区域变形不均；第三类内应力——超微观，晶粒畸变（>90%）。塑性变形金属在加热时组织性能变化（重点、掌握）回复：物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低——去应力退大。再结晶：强度大大下降，加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织发生显著变化→等轴晶粒。结晶过程：经历形核一长大过程，但无新相生成再结晶退火——消除加工硬化的热处理工艺影响再结晶晶粒度的因素（难点）温度：T↑—D↑—↑晶界迁移—晶粒长大↑预变形度：多数情形：预变形度↑—晶粒长大↓晶粒异常粗大：临界变形度、大变形晶粒长大（了解）热加工对金属组织和性能的影响（掌握）TR以上加工，不引起加工硬化提高金属致密度、消除枝晶偏析，打碎柱状晶、树枝晶，形成流线分布的塑性变形

第5章铁碳合金相图要点：铁碳合金相图的组元、基本相及性能特点（掌握）铁碳合金相图的建立，相图中各点、线、区的含义（掌握），相图中的重要转变（共晶转变、共析转变）（重点）典型铁碳合金的结晶过程（掌握）钢的典型结晶过程（重点）白口铁的典型结晶过程典型铁碳合金的室温组织及杠杆定理的应用（掌握）钢的室温组织及杠杆定理在钢中的应用（重点）白口铁的室温组织及杠杆定理的应用（了解）铁碳合金相图的应用铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系（重点）复线铁碳合金相图（了解）难点：铁碳合金相图中的重要转变（共晶转变、共析转变）钢的典型结晶过程及杠杆定理的应用下面就具体内容作简要说明。纯铁的同素异构转变（掌握）δ-Fe(bcc)—1394℃—γ-Fe(fcc)—912℃—α-Fe(bcc)Fe-Fe3C相图中的相（掌握）液相Lδ相——高温铁素体（C固溶到δ-Fe中——δ相）α相——铁素体F（C固溶到α-Fe中——α相）强度、硬度低、塑性好γ相——奥氏体A（C固溶到γ-Fe中——γ相）强度低，易塑性变形Fe3C——化合物Cem，Cm熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零相图分析：（重点掌握）重要转变（重点、难点）共晶转变：L4.3→A2.11+Fe3C（高温莱氏体Ld）共晶点：1148˚C，4.3％共晶线：2.11～6.69%低温莱氏体Ld’：Ld→P+Fe3CII+Fe3C共晶→Ld’共析转变：A0.77→F0.0218+Fe3C（珠光体P）共析点：727˚C，0.77％共析线：0.0218～6.69%珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间Fe-Fe3C合金平衡结晶（重点、难点）工业纯铁：L→L+A→A→A+F→F+Fe3CIII共析钢：L→L+A→A→P亚共析钢：L→L+A→A→A+F→P+F→P+F（+Fe3CIII）过共析钢：L→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII共晶白口铸铁：L→Ld→Ld’亚共晶白口铁：L→L+A→Ld+A→Ld’+P+Fe3CII过共晶白口铁：L→Fe3CI+L→Fe3CI+Ld→Fe3CI+Ld’Fe-Fe3C合金分类及典型合金室温组织组成（重点、难点）Fe-C合金分类成分范围室温组织工业纯铁C%≤0.0218%F＋Fe3CIII钢0.0218%<C%≤2.11%亚共析钢0.0218%<C%<0.77%P＋F＋Fe3CIII共析钢0.77%P过共析钢0.77%<C%≤2.11%P＋Fe3CII白口铸铁2.11%<C%<6.69%亚共晶白口铁2.11%<C%<4.3%Ld’+P＋Fe3CII共晶白口铸铁4.3%Ld’过共晶白口铁4.3%<C%<6.69%Ld’＋Fe3CI相组成F％Fe3C%共析钢[(6.69－X)/(6.69－0.0008)]×100％1－F％亚共析钢过共析钢组织组成P％F％或Fe3CII%共析钢100%0%亚共析钢[(X－0.0218)/(0.77－0.0218)]×100％1－P％过共析钢[(6.69－X)/(6.69－0.77)]×100％石墨化的三个阶段与铸铁分类（了解）第I阶段：(1154℃)过共晶成分：L→L+GI(>1154℃)→AE’+G（共晶）+GI共晶成分：L→AE’+G（共晶）(1154℃)亚共晶成分：L→AE’+G（共晶）+A初生(1154℃)第II阶段——析出二次石墨：A→A+GII(1154℃→738℃)第III阶段——共析石墨：AS'→FP+G（共析）(738℃)

第6章钢的热处理要点：钢的奥氏体化（掌握）过冷奥氏体转变（重点掌握）TTT图CCT图影响C曲线的因素钢的非平衡组织与性能钢的常规热处理：退火、正火、淬火、退火（重点掌握）钢的表面热处理：感应加热表面淬火（掌握）钢的化学热处理：渗碳、氮化（掌握）难点：影响奥氏体化及奥氏体晶粒度的因素等温转变产物的组织和性能特征影响C曲线的因素及淬透性回火时的组织转变及回火脆性热处理的应用与选择：常规热处理，表面热处理/化学热处理下面就具体内容作简要说明。钢的奥氏体化（掌握）过程：形核——长大——渗碳体溶解——碳的均匀化温度：共析钢——AC1；亚共析钢——完全AC3，不完全AC1；过共析钢——完全ACCM，不完全AC1奥氏体化及奥氏体晶粒度的影响因素T↑→A化↑；V↑→形核↑→A化↑；合金元素：W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素→奥氏体形成速度↓；Mn、P→奥氏体形成速度↑过冷奥氏体的等温转变（重点掌握）TTT图高温转变区（A1——鼻尖550℃）：珠光体型转变A过冷→P（S，T）——扩散型相变中温区转变（550℃——Ms230℃）：贝氏体转变A过冷→B——半扩散型相变低温区转变（Ms－Mf）：马氏体转变A过冷→M+A’（残余奥氏体）——非扩散型相变等温转变产物的组织和性能特征（难点）高温转变产物：珠光体型组织P、S、T，综合性能好，HB较低，韧性好。P、S、T层间距↓→HB↑，强度↑中温转变产物：贝氏体B：碳化物＋过饱和碳的F——两相机械混合物。B上：强度、韧性差B下：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能低温转变产物：马氏体M：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，硬度高。C%↑→HRC↑C%<0.23%，板条状M：强度高，塑性，韧性较好C%>1.0%，针状M：硬而脆，塑、韧性差影响C曲线的因素（难点）奥氏体成分（含碳量、合金元素）含碳量：奥氏体中C%↑→C曲线右移亚共析钢：钢中C%↑，A中C%↑→C曲线右移过共析钢：（1）Ac1以上A化：钢中C%↑，未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲线左移；（2）Accm以上A化：钢中C%↑，A中C%↑→C曲线右移合金元素除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性——右移非碳化物形成元素Si、Ni、Cu,不改变C曲线形状；强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改变C曲线形状除Co、Al外，均使Ms、Mf下降，残余A↑奥氏体化条件（加热温度和时间）：A化温度↑，时间↑成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低→A稳定性↑，C曲线右移过冷奥氏体的连续冷却转变（掌握）CCT图K：珠光体型转变终止线Vk：下临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）→形成M的最小冷速Vk’：上临界冷却速度→形成完全P的最大冷速CCT图与TTT图的比较CCT位于TTT曲线右下方CCT无A→B转变（碳钢）炉冷：P；空冷：S，T；油冷：T+M+A'；水冷：M+A'CCT测定困难，常用TTT曲线定性分析钢的正火与退火（重点掌握）加热规范目的应用正火Ac3或Accm+30-50℃使组织正常化：→为淬火、调质作准备→碎化网状渗碳体，为球化退火作准备改善性能：减少亚共析钢中F%，P细化→强度，韧性、硬度↑1.作最终热处理，普通结构钢零件2.预先热处理3.改善切削加工性能（低碳钢）完全退火Ac3以上20-30℃消除缺陷细化晶粒，消除内应力预先热处理亚共折钢球化退火Ac1以上20-40℃使Cem球化→硬度↓→切削性↑，为淬火作准备（正火＋球化退火）预先热处理过共析钢，共析钢扩散退火1050-1150℃，10-20h消除枝晶偏析再结晶退火T再+30-50℃消除加工硬化去应力退火Ac1以下消除内应力钢的淬火（重点掌握）淬火目的：获得M组织淬火温度：亚共析钢Ac3+3050度共析钢Ac1+3050度过共析钢Ac1+3050度保留一定的Cem→HRC↑，耐磨性↑A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓A中C%↓→M过饱和度↓→残余A↓防止A粗大淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓；→淬火应力↑→变形、开裂↑淬透性（难点）淬透性：淬火条件下得到M组织的能力取决于VK（下临界冷却速度）影响因素——所有影响C曲线（VK）的因素应用选材的依据——根据服役条件，确定对钢淬透性的要求制定热处理工艺的依据尺寸效应淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力取决于M中C%：C%↑→淬硬性↑钢的回火（重点掌握）回火目的消除淬火应力，降低脆性稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定获得要求的强度、硬度、塑性、韧性回火时的组织转变（难点）马氏体分解（200℃以下）：析出ε-Fe2.4C碳化物（亚稳定）组织：回火马氏体M’（过饱和α十亚稳定ε碳化物）作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。残余A分解（200-300℃）：A→M’（或A→B下）组织：回火马氏体M’回火屈氏体T’形成（250-400℃）：ε→Fe3C;α→F——维持M’外形组织：回火屈氏体T’（F+Fe3C）碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（>400℃）组织：回火索氏体S’（等轴晶F+Fe3C粒）回火的组织与应用（重点）回火类型回火温度组织性能特点典型应用低温回火150~250M’降低脆性及残余应力高碳M’强度、硬度高、塑性、韧性差低碳M’高的强度与韧性用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件中温回火350-500T’硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度↑用于弹性元件高温回火500-650S’强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织用于调质钢制作的重要零件（轴、齿轮）回火脆性（难点）低温回火脆性（250-400℃）：碳化物片沿M晶界析出——不可逆——避免在此温度回火高温回火脆性（450-650℃）：慢冷时，P等元素在原A晶界偏聚——可逆——快冷Cr、Ni等促进偏聚Mo等抑制偏聚表面淬火（掌握）目的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度和耐磨性。应用：中碳钢和中碳低合金钢的磨损部位（高硬度，耐磨）特点：加热速度快（几秒——几十秒）加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度↑，脆性↓残余压应力提高疲劳寿命不易氧化、脱碳、变形小工艺易控制，设备成本高工艺路线锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→（粗磨→时效→精磨） 渗碳AC3以上；900~950℃目的：提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性应用：低碳钢，低碳合金钢加工工艺路线：锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）→低温回火→喷丸→磨削氮化特点：温度低——500－600℃——变形小，对心部调质组织影响小时间长——30－50h硬度高——HV1000-1100——高耐磨性，热硬性高的疲劳强度和抗腐蚀性能工艺路线锻造→退火→机械粗加工→调质→半精加工→去应力退火→粗磨→氮化→精磨

第7章常用金属材料要点：钢中常见杂质，碳钢的分类、编号和用途（掌握）合金元素的影响（重点掌握）存在方式（重点）对相图的影响对热处理的影响（重点）对性能的影响钢的强韧化机制（重点）合金钢的分类，编号和用途（掌握）合金结构钢（重点）合金工具钢（重点）特殊性能钢铸铁（掌握）有色金属材料铝与铝合金（重点）铜及铜合金（了解）钛和钛合金（了解）轴承合金（掌握）难点：合金元素对热处理的影响钢的强韧化机制分析时效强化金属材料牌号下面就具体内容作简要说明。碳钢中的杂质（掌握）有益杂质元素——锰Mn、硅Si脱氧：降低FeO→↓脆性固溶强化Mn脱硫：Mn+S→MnS(降低S的有害作用有害杂质元素——P、S、N、H、O磷P：冷脆硫S：热脆氮N：兰脆氢H：氢脆、白点碳钢的分类、编号和用途（掌握）分类碳含量：低碳钢C%<0.25%中碳钢0.25<C%<0.6%高碳钢C>0.6%质量（S、P杂质含量）：普碳钢S≤0.055％，P≤0.045％优质碳素钢S≤0.04％，P≤0.04％高级优质碳素钢S≤0.035％，P≤0.03％按用途：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢牌号和应用普通碳素结构钢QXXX——代表普通碳素结构钢的屈服点应用：结构构件、冲压件、焊接件、铆钉、螺栓、螺母、链、销、转轴、心轴、拉杆、轧辊、主轴等优质碳素结构钢钢号用平均碳含量的万分数的数字表示用途：08F——塑性好，冷冲压件10，20——冷冲压件、焊接件或经渗碳处理应用于齿轮等重要零件35，45，40，50——齿轮、轴类60，65——弹簧碳素工具钢钢号用T和平均碳含量的千分数字一起表示用途：T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9、T10、T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具T12，T13，硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规铸钢“ZG”加平均碳含量万分数表示用途形状复杂，需要铸造成型具有一定强度、塑性和韧性的零件合金元素的存在方式（掌握）形成固溶体形成碳化物合金元素的分类非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、V、W、Nb、Zr、Ti强K形成元素V、Nb、Zr、Ti合金元素对铁碳相图的影响（掌握）影响A和F存在的范围奥氏体稳定化元素：扩大γ相区Mn,Ni,Co作用最强——使α相消失，γ相扩大至室温Co,C,N,Cu作用次之铁素体稳定化元素：缩小γ相区Cr,Mo,W,V,Ti,Al,Si作用强——使γ相区完全封闭B,Nb,Zr作用次之合金元素对热处理的影响（重点掌握、难点）影响A晶粒长大强烈阻碍：V、Ti、Nb、Zr中等阻碍：W、Mo、Cr影响不大：Si、Ni、Cu促进长大：Mn、P、B提高淬透性Co以外的固溶于A中合金元素——常用：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B下降Ms、Mf温度（残余A增加）除Co、Al以外——Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si影响M形态Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大片状M形成倾向提高回火稳定性：产生二次硬化：A’→M’：Mn、Mo、W、Cr、V(Ni、Co协同）沉淀硬化：V、Mo、W、Cr、(Ni、Co协同)影响回火脆性——第二类回火脆性（450-600oC高温）：与P有关增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)钢的强韧化机制分析（重点掌握、难点）钢的强化机制（重点）固溶强化：溶质原子→晶格畸度→与位错相互作用→阻碍位错运动→强化位错强化：位错→增殖并相互作用→阻碍位错运动→强化细晶强化：晶界→阻碍位错运动→强化第二相强化：第二相粒子→阻碍位错运动→强化钢的热处理——如何综合利用四种强化手段（难点）淬火：A→M固溶强化：过饱和C和Me，位错强化：高密度位错细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束淬火：A→M回火第二相强化：析出细小碳化物粒子钢的合金化——强韧化分析（难点）固溶强化提高淬透性提高回火稳定性相同强度时，合金钢韧性更高相同温度回火时，合金钢强度、硬度更高二次硬化合金元素对钢的韧性的影响（重点）细化晶粒：Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻碍A长大→细化晶粒。改善基体韧性：Ni，Mn可以降低Tc→韧性提高提高回火稳定性：同等硬度可提高回火温度细化碳化物控制非金属夹杂和杂质元素合金结构钢的分类，牌号和用途（重点掌握）钢种C％合金元素作用热处理特点使用态组织性能特点及应用低合金结构钢16Mn、15MnVN<0.20Mn固溶强化，V、Nb、Ti细化晶粒热轧空冷或正火P＋F或S＋F高强韧性，良好的成形性与焊接性。船舶、车辆、桥梁等调质钢40Cr、40MnB、38CrSi、40CrNiMo0.35-0.50Cr、Ni、Si、B、Mn提高淬透性，Mo防止回火脆性1调质处理：淬火＋高温回火2调质处理＋表面淬火＋低温回火1．S’2.表S’心M’具有良好的综合机械性能，连杆、螺栓轴、齿轮渗碳钢20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA<0.25Cr、Mn、N、B提高淬透性，V、Ti、W、Mo细化晶粒渗碳后淬火＋低温回火表M’+K+A’心M’或M’+F+T表面硬，心部强韧，齿轮、轴类、活塞销等弹簧钢65Mn、50CrV、60Si2Mn0.50-0.70Mn、Si固溶强化，提高淬透性，V、W、Cr细化晶粒淬火＋中温回火＋喷丸T’高的比例极限、较高疲劳抗力、足够的塑性韧性，弹簧轴承钢GCr15、GCr15SiMn0.95-1.10Cr、Mn、Si、Mo提高淬透性球化退火——淬火＋低温回火M’+K+A’高硬度、高耐磨性、高疲劳强度滚动轴承合金工具钢的分类，牌号和用途（重点掌握）钢种C％合金元素作用热处理特点使用态组织性能特点及应用低合金刃具钢9SiCr>0.7Si、Cr提高淬透性，W、Mo二次硬化（红硬性），V细化晶粒，Si提高回火稳定性球化退火——淬火＋低温回火M’+K+A’热硬性、硬度、耐磨性刀具高速钢W18Cr4V球化退火——1220-1280˚C淬火＋560˚C三次回火冷模具钢Cr12MoV>1.0Cr、Ni、Mn提高淬透性，W、Mo、V二次硬化淬火＋低温回火M’+K+A’高硬度和耐磨性冷冲模、冷挤压模热模具钢5CrMnMo、3Cr2W8V0.3-0.6淬火＋500-600˚C回火T’或S’高的热硬性、稳定性、热疲劳性热压铸模、热锻模不锈钢1Cr13－4Cr13低碳Cr钝化，Ni单相A，Ti消除晶间腐蚀淬火＋回火M’或S’腐蚀介质中工作的零件：气轮机叶片、医疗器械、食品设备、化工容器等1Cr17750-800空冷F1Cr18Ni9Ti固溶处理稳定化处理A铸铁的分类，牌号和用途（掌握）石墨形态对铸铁力学性能的影响石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截面积，引起应力集中铸铁的分类，牌号和用途分类牌号石墨形态热处理灰口铸铁HTXXX（抗拉强度）片状退火、表面淬火可锻铸铁KTXXX（抗拉强度）－X（延伸率）团絮状球墨铸铁QTXXX（抗拉强度）－X（延伸率）球状退火、正火、调质、等温淬火铝合金的强化（理解）固溶强化时效强化：固溶处理＋时效——其它原子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍位错运动，因而合金强度，硬度提高（难点）第二相强化细晶强化冷变形强化铝合金的牌号与应用（重点掌握）铸造铝合金：按合金组别划分（GB/T8063-1994）合金组别牌号合金代号Al-Si合金ZAlSi…ZL1××Al-Cu合金ZAlCu…ZL2××Al-Mg合金ZAlMg…ZL3××Al-Zn合金ZAlZn…ZL4××变形铝合金：按主要合金元素划分（GB/T3190-2008）合金组别合金牌号合金组别合金牌号铜为主要合金元素2×××锰为主要合金元素3×××硅为主要合金元素4×××镁为主要合金元素5×××镁/硅为主要合金元素并以Mg2Si为强化相6×××锌为主要合金元素7×××其它合金元素为主要合金元素8×××备用合金组9×××变形铝合金旧牌号类别牌号热处理应用防锈铝LF21、LF3、LF5等退火中、低载的焊接件、冲压件、容器、骨架等硬铝LY12LY2等淬火＋自然时效淬火＋人工时效铆钉、航空发动机叶片、飞机蒙皮骨架等超硬铝LC4、LC6等淬火＋人工时效飞机大梁、翼肋、起落架等锻铝LD5等淬火＋人工时效锻件铸铝ZL102等——铝硅合金ZL201等——铝铜合金ZL301等——铝镁合金退火或淬火＋时效壳体、汽缸体等铸件轴承合金的组织特点（难点）软基体(软质点)——被磨损而凹陷，保持润滑油硬质点(硬基体)——耐磨而相对凸起，支持轴的压力，并使轴与轴瓦接触面积减小巴氏合金（掌握）锡基轴承合金：ZChSnSb11-6性能：导热性、耐腐蚀性、工艺性良好；摩擦系数与膨胀系数较小，抗咬合能力强应用：广泛应用于制作航空发动机,气轮机,内燃机等大型机器中的高速轴承铅基轴承合金：ZChPbSb16-16-2性能：力学性能,导热,抗蚀,件摩等性能比锡基合金差应用：主要用于制作汽车,轮船,柴油机,减速器等中低运转的轴承，制造成本低廉

第10章机械零件的失效与选材要点：零件失效的含义、不同失效形式（掌握）各种失效形式（畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效）的特点（了解）零件失效后查找原因的方法（掌握）选材原则（重点掌握）难点失效分析的典型案例下面就具体内容作简要说明。1. 选材原则（掌握）使用性能原则——首要原则（难点）分析零件的工作条件受力状况1、载荷的类型（如静载、动载、循环载荷或单调载荷等），2、载荷的作用形式（如拉伸、压缩、弯曲或扭转等），3、载荷的大小以及分布特点（如均布载荷或集中载荷）。环境状况1、温度（如低温、高温、常温或变温）2、介质情况（如有无腐蚀或摩擦作用）。特殊功能导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。进行失效分析失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要