《【2017年整理】机械工程材料(彩版) 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】机械工程材料(彩版) （2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、力学性能：材料受外力作用时，所表现的抵抗变形和破坏能力。弹性极限： ；屈服强度： ；抗拉强度： ；塑性指标：伸长率和断面收缩率；硬度：材料抵抗局部变形的能力；布氏硬度：HBW(硬质合金钢)HBS(淬火钢球)；洛氏硬度：HRB（B 标准尺） ，HRBS(钢球)，HRBW(硬质合金钢) ；维氏硬度（HV ）冲击韧性：冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力；疲劳：交变载荷的作用下，在低于屈服强度的情况下发生的断裂；疲劳极限： ；晶体：原子在三维空间呈规则排列的固体；非晶体：原子在三维空间呈无序排列的固体；晶体长程有序，非晶体短程有序；指数相同的晶面和晶向互相垂直。体心立方：原子数:2;配位数:8;密排面:1
2、10;密排方向:111 ；致密度：r=0.68。 面心立方：原子数:4;配位数 :12;密排面:111;密排方向:110 ；致密度：r=0.74。 。密排六方：原子数:6;配位数:12;密排面: 六方底面;密排方向: 底面对角线；致密度：r=0.74。 晶体缺陷：点：空位、间隙原子，线：位错，面：亚晶界。配位数越大的晶体致密度越高。晶面指数（221）晶面族100晶向指数 223晶向族. 金属的晶态结构有体心立方晶格。减少或增加位错密度都可提高金属强度。晶界对位错运动有阻碍作用。金属的晶粒越细。晶界总面积就越大，金属的强度就越高。合金：指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。相：金属或合
3、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。根据结构不同，可将合金中的相分为固溶体（置换间隙）和金属化合物。固溶体中，与合金晶体结构相同的元素成为溶剂。固溶体一定是单相。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，原因是晶格发生畸变。这种现象成为.金属化合物三高：高硬度、高熔点、高脆性。渗碳体的晶体结构：复杂斜方晶格 化学式与碳原子个数比 1：3。结晶的充要条件： 足够的自由能和过冷度。过冷： 液态金属实际冷却到结晶温度下而暂不结晶的现象。过冷度： 理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越大，过冷度越大。液体和晶体的自由能随温度升高而降低，且液体自
4、由能下降更快，能够继续长大的晶胚成为晶核，晶核最终长为晶粒，两晶粒接触后形成晶界、金属结晶是冷却速度较大，结晶的基本过程：晶核形成和晶核长大。同素异构转变：物质在固态下，晶格类型会随温度变化而发生变化。纯铁：-Fe (1394)-Fe(912)-Fe，体心立方面心立方体心立方。从液相中结晶出单一固相的转变为匀晶转变。为等温转变。随温度降低，固溶体溶解度下降。固态转变又称二次结晶或重结晶。组元：相图中，组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，端点是所求两平衡相的成分。枝晶偏析：一个枝晶范围内或一个晶粒范围内。成分不均匀的现象。枝晶偏析的大小：与冷速有关
5、。冷速越大，偏析越严重；与给定成分的液、固相线间距有关。间距越大，偏析越严重。枝晶偏析影响合金的性能。消除枝晶偏析：扩散退火（均匀化退火） 。铁碳合金是碳钢和铸铁的统称。共晶反应 L=+ 包晶反应 L+= 共析反应 =+ 铁素体（F 或 ）：碳在 -Fe 中的固溶体，727含碳量最高 0.0218%,强度硬度低，塑性韧性好,。-铁素体（ ）：碳在 -Fe 中的固溶体，1495含碳量最高 0.09%。奥氏体（A 或 ）：碳在 -Fe 中的固溶体，1148 含碳量最高 2.11%,强度低，塑性好。渗碳体（Fe3C 或 Cm）：铁和碳的间隙化合物，含碳量 6.69%,硬度很高，塑韧性为零,。铁碳合金
6、有 5 个基本相：液相 L，高温铁素体相 ，铁素体相 ，奥氏体相 和渗碳体相 Fe3C，形成 7 个两相区： L+，L+ ,L+Fe3C, +,+Fe3C, +,+Fe3C.F-F+P-P+Fe3C- P+Fe3C+Le-Le-Le+Fe3C-Fe3C.奥氏体和渗碳体的机械混合物为莱氏体，性能硬而脆。铁素体和渗碳体的机械混合物为珠光体。随着含碳量的增加，钢的强度、硬度升高，塑性、任性下降。形核率和长大速度的比值越大，晶粒度越细小。获得细晶粒组织方法：增加过冷度、变质处理、振动和搅拌；细晶强化：晶粒越细，晶界面积越大，位错障碍越多,因而金属强度、硬度越高，同时塑性、韧性越好。高温时，晶粒不易过粗
7、和过细。塑性变形的形式：滑移和孪生。只有在切应力的作用下金属才发生塑性变形.滑移面和滑移方向通常是晶体中的密排面和密排方向,原因是该处晶面和晶向之间的间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小,。面心体心密排六方；固溶强化：溶质原子的存在，使晶格发生畸变，从而使固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降。加工硬化：金属发生冷塑性变形时，随变形量增加，金属的强度、硬度增加，塑性、韧性下降。回复：温度较低时，金属中点缺陷及位错近距离迁移引起的变化，也称去应力退火；性能基本不变。在回复阶段，金属的组织变化不显著，强度，硬度略有下降，塑性提高，但内应力，电阻率显著下降.再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底
8、改组的过程。再结晶是晶核形成和长大的过程，但不是相变过程。其前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。加工硬化现象消失。晶粒长大。再结晶温度是一个范围，发生再结晶的最低温度。T 再= 0.4T 熔 T 为绝对温度. 例：Fe 的熔点为 1538，其再结晶温度为：T 再= （1538+273）0.4=451。提高加热速度， 再结晶温度提高。延长保温时间，降低再结晶温度。再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺。加热温度越高，保温时间越长，晶粒越大。在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工为冷加工，而高于再结晶温度的加工为热加工。热加工产生的加工硬化被再结晶产生的软化所抵消，
9、因而热加工不会带来加工硬化。改善刚的性能：合金化和热处理。热处理：加热、保温和冷却。热处理只通过改变工件的组织来改变性能，不改变其形状。共析钢奥氏体的形成过程：晶核形成，晶核长大，残余渗碳体溶解，奥氏体成分均匀化。实际晶粒度：给定条件下奥氏体的晶粒度。它决定钢的性能。本质晶粒度：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向。影响 A 晶粒大小的因素：加热温度和保温时间：加热温度高，保温时间长，晶粒粗大。 加热速度：速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。合金元素：碳化物形成元素（Ti、V ）阻碍奥氏体晶粒长大；锰、磷促进奥氏体晶粒长大。 原始组织：接近平衡状态的组织有利于获得细晶粒。随过冷度不同，过冷奥
10、氏体转变：珠光体 P 转变（A1550） 、贝氏体 B 转变（550 Ms）和马氏体 M 转变（Ms 以下） 。珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，根据片层厚薄，分为珠光体 P（A1650） 、索氏体 S（650600） 、托氏体 T（600550 ） 。马氏体是碳在 -Fe 的中过饱和固溶体, 体心立方晶格。M 的形态主要取决于其含碳量，0.2% （板条 M） ；1.0%（针状 M） 。高硬度是 M 性能的主要特点，M 的硬度主要取决于其含碳量，含碳量增加，硬度提高。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。M 的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状 M 脆性大，板条 M 脆性较小。
11、马氏体转变的特点：无扩散性、共格切变性、降温形成、高速长大、转变不完全。冷却方式：等温冷却和连续冷却。等温冷却：迅速冷却到临界点以下给定温度，进行保温，使其在该温度下恒温转变。连续冷却：以某种速度连续冷却使其在该临界点以下变温转变。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小。共析钢的过冷奥氏体最稳定，C 曲线最靠右。由共析钢成分开始，含碳量增加或减少都使 C 曲线左移，而 Ms 与 Mf随含碳量增加而下降。除 Co 以外，凡溶入奥氏体的 合金元素都使 C 曲线右移。除 Co 和 Al 以外，其他合金元素都使 Ms 与 Mf 下降。奥氏体化温度提高和保温时间长，可是奥氏体成分均匀，晶粒粗大，未溶碳化物减少
12、，过冷奥氏体的稳定性增加，使 C 曲线右移。Vk 为 CCT 曲线的临界冷却速度，即获得全部奥氏体组织时的最小冷却速度。C 曲线越靠右，Vk 越小，过冷奥氏体越稳定。 V1（炉冷）：P；V2:（空冷）：S；V4（油冷）：T+M+A ；V5 （水冷）：M+A 。完全退火：Ac3+ （3050），主要用于亚共析钢。退火（炉冷）：等温退火：亚共析钢（Ac3+（3050） ） ，共析、过共析钢（Ac1+（2040） ） 。球化退火：Ac1+ （1020） ，主要用于共析、过共析钢，目的：降低硬度，改善切削加工性能，并为后续热处理作组织准备。组织：球化珠光体， 。对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火
13、前应进行正火，以消除网状渗碳体。正火（空冷）：亚共析钢（Ac3+（3080） ） ，共析钢 Ac1+（3080） 。过共析钢（Acm+（3080） ） 。碳钢 Wc6% ，正火组织：P+S；Wc0.6%，正火组织：S。过共析钢正火：消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。淬火（快冷）：目的：为了获得 M，提高钢的力学性能。亚共析钢（Ac3+（3050） ） ，Wc0.5% ，组织：M。Wc0.5%，组织：M+少量 A。共析和过共析钢（Ac1+（ 3050） ） ，共析钢淬火后组织：M+少量 A。过共析钢由于淬火前进行了球化退火，组织：细 M+颗粒状渗碳体+ 少量 A。淬火方法：单介质，双介质
14、，分级，等温淬火法(得下贝氏体) 。淬透性：钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。淬硬层是指由工件表面到半马氏体区的深度。淬硬性：钢淬火后所达到的最高硬度，即硬化能力。淬硬层深度与工件的尺寸，冷却介质有关，工件尺寸小、介质冷却能力强。淬透性与尺寸和冷却介质无关。影响淬透性的因素：取决于其临界冷却速度。冷却速度越小，奥氏体越稳定，钢的淬透性越高。临界冷却速度取决于 C 曲线的位置，C 曲线越靠右，临界冷却速度越小。碳钢中，共析钢的临界冷却速度最小，因而其淬透性最高。提高奥氏体化温度和延长保温时间，提高奥氏体稳定性，钢的淬透性越高；钢种未溶第二相降低奥氏体稳定性，钢的淬透性下降。回火：低温回火（1502
15、50 ）组织：M 回；高硬度(5864HRC),高耐磨性，降低内应力，提高韧性。用于各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。中温回火（350-500）,：组织：T 回；较高的弹性极限和屈服极限，一定韧性，硬度（3545HRC） ，用于各类弹簧。高温回火（500650）：组织：S 回；良好的综合力学性能，高强度，良好的塑性和韧性，硬度（2535） 。用于重要结构件，连杆、轴、齿轮。45 钢调质组织：S 回。45 正火组织：细片状 P+铁素体。调质组织的强度、韧性、塑性及韧性均高于正火组织。调质：淬火加高温回火。 回火脆性：在某些温度范围内回火时，出现冲击韧性下降的现象。不可逆回火脆性（第一
16、类）250350 出现。 （可逆回火脆性）第二类 500650 出现。抑制第二类回火脆性方法：回火后快速冷却加入合金元素 W 和 Mo。表面淬火（用于 Wc 为 0.40.5）：不改变钢的化学成分及心部组织，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面。表面淬火要求的预处理：调质或正火。预处理的目的：为表面淬火作组织准备，并获得最终的心部组织。表面淬火后的回火：低回（不高于 200） 。目的：为了降低内应力，并保留表面淬火后的高硬度和高耐磨性。表面淬火+低回后的组织：表层：M 回，心部：S 回（预处理为调质） ，Fe+S（预处理为正火） 。化学热处理基本过程：介质（渗质）的分解，工件表面的吸收，原子向内部扩散。渗碳后必须进行淬火加低温回火处理才能使用。一次淬火后的组织：表层：高碳 M 回+ 颗粒状碳化物+少量残余奥氏体；心部：低碳M 回+铁素体。钢按化学成分分为：碳
