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1、工程材料与成型工艺基础复习第一章 工程材料与力学性能 要点表征材料的力学性能指标要求1. 理解材料常用力学性能指标的物理意义。2. 了解强度、塑性、硬度及冲击韧性指标的测试方法以及使用这些指标时应注意的局限性，重点掌握强度、塑性以及布氏硬度和洛氏硬度。材料力学性能指标力学 性能性能指标 说 明符号名称强度b抗拉强度试样在拉断前承受的最大应力值s 屈服强度材料开始产生屈服现象时的应力0.2 条件屈服 强度对于无明显屈服的材料，规定产生 0.2%残余伸长时所对应的应力值 塑性（ 5、10）延伸率断后试样标距伸长量与原始标距之比 的百分率，试样的长度/直径比为5、 10时记为5、10 断面收缩率试样
2、拉断处横截面积减缩量与原始横 截面积的百分比 弹性e弹性极限由弹性变形过渡到弹性-塑性变形时的 应力 p比例极限弹性变形时应力与应变成正比关系的 最大应力 刚性E弹性模量完全弹性变形时应力与应变的比值， 表征材料产生弹性变形的抗力拉伸试验的主要力学性能指标小结拉伸试验的主要力学性能指标小结几种硬度指标小结硬度种类硬度符号压头类型载荷/kgf硬度值有 效范围典型应用布氏HBS10mm淬 火钢球10000.6%C）2. 按用途碳素结构钢、碳素工具钢3. 按质量等级普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢碳钢碳钢Q 235A Fs 200MPa屈服强度普通碳素结构钢普通碳素结构钢1. 编号碳钢碳钢质量
3、等级，A、B、C、D四级F-沸腾钢（b-半镇静钢， Z- 镇静钢，TZ-特殊镇静钢）2. 应用: 钢板、型材钢板、型材, , 工程结构件及要求不高的零件工程结构件及要求不高的零件优质碳素结构钢 1. 编号 数字：含碳量（0.01%) 高级优质：在数字后加A Mn含量0.71.2%：数字后加Mn 铸钢：在钢号前加“ZG”08F、 45 、45A、20Mn、ZG45碳钢碳钢碳钢碳钢2. 2. 性能及应用性能及应用 低碳钢：强度低，塑性好。冲压件、焊接件、渗 碳件，如10，15，20； 中碳钢：调质后良好综合机械性能。轴、齿轮等 ，如40、45； 60钢：淬火+中温回火后弹性极限高，弹性件； 80钢
4、：冷冲头、螺旋弹簧等。碳素工具钢 1. 编号2. 性能及应用: 随含碳量增加， 淬火+低温回火后硬 度和耐磨性增加，而韧性下降 T7、T8 冲头、锻模、锤 T10、T12 丝锥、锉碳钢碳钢T 10 A含碳量, 0.1%碳素工具钢优质碳钢碳钢 铸造工艺性差。 魏氏组织:在原来粗大的的奥氏体晶粒内随温度下 降由相变产生的粗大针状铁素体。 ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa铸钢铸造碳钢合金钢合金钢钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用1. 对钢中基本相的影响(1)、溶于铁素体，形成合金铁素体 非碳化物形成元素(Ni、Si、Al、Cu、Co) 及过剩的碳化物形成元素。(2)、形成碳
5、化物 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。强碳化物形 成元素中碳化物形 成元素弱碳化物形 成元素合金钢合金钢2.对钢的力学性能的影响随碳化物增多, 硬度增加,耐磨性增加, 热强度增加.固溶强化弥散强化细晶强化合金钢合金钢3. 对Fe - Fe3C相图的影响(1)对奥氏体相区的影响扩大奥氏体相区: Ni、Mn、Co、C、N等。l当Mn13%或Ni9%时，S点降到0以下，室 温下为单相奥氏体组织 ，称奥氏体钢。 锰对奥氏体相区的影响合金钢合金钢铬对奥氏体相区的影响缩小奥氏体相区:Cr、Mo、Si、Ti、 W、Al等元素。 当Cr13%时，奥氏体相
6、区消失，室温 下为单相铁素体组 织，称铁素体钢。合金钢合金钢(2)对E点和S点位置的影响所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织 （如4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）。 合金钢合金钢4. 对钢热处理工艺影响 改变加热温度（由于A1、 A3 、Acm改变） 40钢 840；40Cr 850 ； 40Mn 820 合金元素（除Mn外）阻止A晶粒长大。 延长保温时间 合金碳化物稳定性高，难溶解； 合金元素改变了C在钢中扩散速度，合金元素使Fe 的自扩散减慢，合金元素本身扩散慢，使合金F较 难转变。 对过冷A转变的影响a. 对C曲线和淬透性的影响
7、：除Co外，凡溶入奥氏体 的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。合金钢合金钢常用提高淬透性的元素：Mn、Si、Cr、Ni、B。合金元素对钢 淬透性的影响合金钢合金钢MS点下降b.对Ms、Mf的影响:l除Co、 Al外,所有 元素都 使Ms、Mf点下降. 合金钢合金钢 对回火转变的影响a.提高回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称回火稳定性。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集.l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温 度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。合金钢合金钢高速钢b. 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
8、火冷却时A转变为M回,使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化.合金钢合金钢c. 产生第二类回火脆性含Mn、Cr、Ni等元素的合金结构钢回火后缓冷易产生回火脆性。加W、Mo可防止第二类回火脆性。合金钢合金钢合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号 工程用钢: 建筑、桥梁、船舶、车辆渗 碳 钢 调 质 钢 弹 簧 钢 滚动轴承钢 耐 磨 钢机器用钢结 构 钢刃具钢 模具钢 量具钢工 具 钢不锈钢 耐热钢特 殊 性 能 钢挤压模具合金钢合金钢1. 合金结构钢的编号两位数字元素符号数字+质量判别钢的平均 含碳量， 单位为 0.01%钢中的合 金元素合金元素含量1.5%:不标 1.52.4%:2 2.5
9、3.4%:3 40CrNiMo、30CrMnSiNi2A6.2 6.2 合金钢合金钢平均含碳量， 单位为0.1%， 但超过1.0%及 高合金工具钢 中一律略去钢中的合 金元素合金元素含量1.5%或强碳化 物形成元素:不标 1.52.4%:2 2.53.4%:3 5CrNiMo CrWMn一位数字元素符号数字+质量判别2. 合金工具钢的编号3. 轴承钢G+Cr+铬含量 “G”表示“滚动轴承钢”。* 铬含量以千分之一为单位.GCr156.2 6.2 合金钢合金钢合金钢合金钢涡轮叶片4. 不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+l含碳量的表示方法为：平均含碳量 0.1 %时为C%的0.
10、1%，如1Cr17, 2Cr13 ； 平均含碳量 0.1 %时以“0”表示，如0Cr18Ni9。铸铁铸铁铸铁特殊性能铸铁白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁碳存在形态组织性能特点石墨形态普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁F基体铸铁P基体铸铁F+P基体铸铁基体组织耐磨铸铁耐蚀铸铁耐热铸铁分类分类铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编号方法 牌 号实 例灰 铸铁 片 状FHT + XXX HT-灰铸铁代号 XXX-最低抗拉强度值，MPa。HT100F+PHT150PHT200可 锻铸铁 团 絮 状FKTH + XXXKTH-黑心KTB-白心KTZ-珠光体XXX-最低抗拉强度，MPa；XX-最低伸长率,% K
11、TH300- 06 表F 心PKTB + XXX+XXKTB350- 04PKTZ + XX+XXKTZ450- 06铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编 号 方 法 牌号实例 球 墨 铸 铁 球状F QT + XXX+XX QT- 球墨铸铁代号；XXX-最低抗拉强度值，MPa；XX-最低伸长率值，%。QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕 墨 铸 铁 蠕虫状F RuT + XXXRuT-蠕墨铸铁代号；XXX-最低抗拉强度值,MPa。RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法（续） 例题1 零 件 名 称 选 用 材 料 最
12、 终 热 处 理 丝锥、板牙 机 床 主 轴 滚 动 轴 承 弹 簧 高速切削刀具 大型热锻模 冲孔落料模 9SiCr 淬火+低温回火 40 Cr 淬火+高温回火（或调质） GCr15 淬火+低温回火 60Si2Mn 淬火+中温回火 W18Cr4V 淬火+三次高温回火 5CrNiMo 淬火+高温回火 Cr12MoV 淬火+低温回火例题2 名 称 生产方法 车床床身 砂型铸造 钛合金壳体焊接 氩弧焊 电子元器件与 软钎焊 印刷电路板的连接 大口径铸铁管 离心铸造 发动机连杆 模锻例题3 （本题共12分）1 写出铁碳相图中共晶和共析反应； 2 指出P、S、E、C点的含碳量；碳钢室温下 组织组成物；
13、 3 室温下，45号钢的相组成物相对含量； 4 室温下，45号钢的组织组成物相对含量。 (1) （各2分，共4分） ECF：共晶，LA+Fe3C即Ld体 PSK：共析，A-Fe+Fe3C即P体 (2)P=0.0218%、S=0.77%、E=2.11%和 C=4.3% ：P+F；点：P ；：P+Fe3CII (3) （3分） 室温下，45号钢的相组成物为F和Fe3C； 计算相组成物可直接用杠杠定律： Wc%(F)=0.008% Wc%(Fe3C)=6.69% MF= (6.69-0.45)/ (6.69-0.008) = 0.93 MFe3C = (0.45-0.008)/ (6.69-0.008) = 0.07 即45号钢的室温相组成物的质量百分比为 铁素体93%，渗碳体7%
