机械工程材料复习资料

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1、机械工程材料复习资料工程材料的复习题是姜盛杰和王淼同学一起整理而成，其中在整 理时难免会存在一些错误，希望大家谅解，也希望大家指出其中的错 误。最后祝大家期末考试能考出好成绩。第一章工程材料的分类和性能 工程材料分为：金属材料、高聚物材料、无机非金属材料、复合材料金属的拉伸实验（大家看一下P4和P5、P6 ）、注意下：每个阶段发生什么变形和主要的几个极限点、像屈服强度、抗拉强度、断后 伸长率、断面收缩率的符合以及公式。硬度分为：布氏、维氏、洛氏（其中的 HRC 型号的常用）（以及 它们应用的场合可以大致看一下）冲击韧度（Ak）、疲劳强度（oN） 第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图 第一节

2、纯金属的晶体结构1、三种典型的金属晶体结构：体心立方晶格：原子数2个、代表金属a-Fe、Cr等 面心立方晶格：原子数4个、代表金属r-Fe、Cu、Al等 密排立方晶格：原子数6个、代表金属Mg、Zn等2、晶体缺陷：点缺陷空位和间隙原子线缺陷位错面缺陷晶界和亚晶界第二节金属的结晶与同素异晶转变1、冷却曲线与过冷度 理论结晶温度：曲线上出现的温度水平线段对应的温度值 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差2、结晶过程在恒温下结晶晶核的形成:自发行核和非自发行核 晶核的长大:均匀长大和树枝状长大，其中树枝状长大是主要方式3、晶粒的大小 在一般情况下，晶粒愈小，其强度、塑性、韧性也愈高。 晶粒大小与晶

3、体的长大速度、形核速度有关。细化晶粒的方法:1、提高结晶时的冷却速度，增加过冷度。2、进行变质处理3、在液态金属结晶时采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等方 法。金属的同素异晶转变：1394C 912C5-F e= = = = = = = =Y-Fe二二二二二二二二a-Fe 体心立方体面心立方体心立方 第三节合金的结晶与二元相图一、概述 合金：具有金属特性的物质 组元：组成合金的最基本、独立的物质。相：构成组织 组织：直接决定合金的性能二、合金的相结构1、固溶体 间隙固溶体和置换固溶体 固溶强化：使合金强度和硬度提高的方法2、金属化合物-新相碳化亚铁3、绝大多数合金的组织是由固溶体与金属化合物

4、组成的复合组织 第四节铁碳合金相图1、铁素体：符号“F”、碳溶于a-Fe形成间隙固溶体 强度硬度很低，塑性韧性好2、奥氏体：符号“A”、碳溶于Y-Fe形成的间隙固溶体 强度硬度比铁素体高，塑性韧性好3、渗碳体：Fe3C、铁和碳间隙化合物硬度高、塑性和韧性很差、脆性大4、P31相图分析：珠光体：符号“P”、成分“F+Fe3C”、强度较高，硬度适中， 有一定的塑性、机械混合物莱氏体：符号“Ld、成分“A+Fe3C、含碳量高、机械混合物GS(A3)线：合金冷却时奥氏体转变为铁素体的行合线 ES(A cm)线：碳在奥氏体中的溶解度曲线PQ线：碳在铁素体中的溶解度ECF线：共晶线1148CL C=A E

5、+Fe3C24.3 2.11 6.69PSK线(A3):共析线727CA S=F P+Fe3C K0.77 0.0218 6.69Fe-Fe3C相图中的4个单相区：F、A、L、Fe3C5、典型合金的结晶过程：1 ),工业纯铁：w cv 0.02%的铁碳合金2) ,钢：0.02%vw c2.11%亚共析钢：0.02%w c0.77%共析钢： 0.77%过共析钢：0.77%w c2.11%3) ,白口铸铁:2.11%w c 6.69%亚共晶白口铸铁：2.11%w c4.3%共晶白口铸铁：4.3%过共晶白口铸铁：4.3%w c 6.69%6、铁碳合金的硬度在w c 0.9%硬度最强 第三章钢的热处理

6、第一节钢的热处理基础一、概述(P40页参考图3-1)碳钢在加热时的临界温度分别为A C1、A cm、A C3冷却时的临界温度分别为A r1、Ar cm、A r3二、钢在加热时的转变1、钢的奥氏体化的目的是获得晶粒细小，成分均匀的奥氏体组织2、奥氏体晶粒度的种类：起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体的速度决定于：奥氏体的行核速率和晶核的长大速率3、为了控制奥氏体晶粒长大应采用以下措施：1）合理选择加热速度、加热温度、保温时间。加热温度愈高，保 温时间愈长，晶粒愈粗大。加热速度愈快，晶粒趋向细小2）成分。在钢中加入一些合金元素，可有效阻止晶粒的长大3）合理选择原始组织。一般原始组织愈细，加

7、热后的起始晶粒也 愈细三、钢在冷却时的转变P44页三种类型的钢的等温冷却转变图1）注意：共析钢C曲线最靠右 珠光体型转变：珠光体层间距随过冷度的增大而减小。珠光体、素氏体、托氏体三者硬度随层间距的减小而增高2）共析钢等温转变产物及性能上贝氏体的组织特征呈羽毛状，下贝氏体的呈针叶状。其中下贝 氏体力学性能高。马氏体的组织形态主要有板条状马氏体和针叶状马氏体，其中板 条状马氏体的韧性较好。珠光体与索氏体的主要共同点是相同的层片结构，不同点是层片 厚度不同。3）P47图3-8共析钢连续冷却转变图AB线是珠光体的停止转变线VK称为上临界冷却速度，也称为马氏体的临界冷去速度 VK称为下临界冷却速度，是获

8、得珠光体的最大冷却速度。 第二节钢的普通热处理一，钢的退火退火目的：1降低硬度2 消除残余内应力3 细化晶粒退火种类：1 完全退火（亚共析钢）2 等温退火3 球化退火（过共析 钢）4 去应力退火二、钢的正火对低碳钢来调整硬度，改善切削加工性 对共析钢、过共析钢可消除过其网状二次渗碳体，为球化退火作 好组织准备三、钢的淬火 淬火的目的：为了获得马氏体或下贝氏体组织 常用的淬火冷却介质有水和油，其中水是最廉价、冷却能力最强 的冷却介质。P53 常见淬火方法示意图 3-16：单介质淬火、双介质淬火、马氏 体分级淬火、贝氏体等温淬火四、钢的回火回火的目的：1 减小或消除淬火内应力2稳定工件的组织和尺寸

9、3 调整零件的力学性能淬火钢回火时的组织转变1）马氏体的分解阶段得到回火马氏体2）碳化物的转变得到回火托氏体3）渗碳体集聚长大和铁素体的再结晶得到回火索氏体 按回火温度不同可分为三种类型的回火：1）低温回火：回火组织为回火马氏体2）中温回火：回火组织为回火托氏体3）高温回火：回火组织为回火索氏体，注意：淬火加高温回火为 调质处理。4）回火脆性：1）低温回火脆性或第一类回火脆性 2）高温回火 脆性或第二类回火脆性。五、钢的淬透性 钢的淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，钢的淬硬性主要取决于钢中的含碳量 第四节钢的表面热处理（表硬里韧） 一、钢的表面淬火组织变化 表面组织：回火马氏体心部组织：回火索

10、氏体 二、化学热处理组织与成分都发生变化 主要方法：渗碳（固体渗碳、气体渗碳、液体渗碳）、渗氮（耐 磨渗氮、耐蚀渗氮）两种热处理都必须经历的过程1）分解 2）吸收 3）扩散 第五节热处理工艺的应用 热处理工艺的应用 常见的热处理缺陷1、过热与过冷 一般采用正火来消除过热缺陷。过热是无法挽救2、氧化与脱碳3、变形与开裂 热处理的工序位置1）预先热处理的工序位置退火、正火或调质2）最终热处理的工序位置 淬火、回火、表面淬火、表面化学热处理注意：P68例题，考试有可能考。第四章工业用钢 工程结构用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢 结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性为主。工艺性能以可焊 性、淬透性为主

11、。碳素结构钢用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。符号：沸腾钢（F）、半镇静（b）、镇静钢（Z ）碳素结构钢牌号：Q+屈服点数值+质量等级代号+脱氧方法 Eg:Q235-AF:屈服点os=235MPa。质量等级为A级的沸腾 钢碳素结构钢有 Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 Eg:Q460E:表示屈服点os=460MPa。质量等级为E级的低合 金高强结构钢、低合金高强结构钢有 Q295、Q345、Q390、Q420 Q460五个牌号(红色标记的为用途比较广的)一些钢的用途：1、Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。2、Q390钢含V、Ti、Nb ,

12、强度高，用于中等压力的压力容 器。3、Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高用于石 化中温高压容器。4、中淬透性钢：20CrMnTi用于中等载荷的耐磨件，如变速 箱齿轮。5、高淬透性钢：18Cr2Ni4W A用于大载荷的耐磨件，如柴油 机曲轴。6、合金调质钢：40CrNi，用于制造大中型零件。40CrNiMo, 用于制造大截面重载荷零件，如曲轴7、弹簧钢：65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。 50CrV ,用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。&滚动轴承钢：GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用 GCr15SiMn。9、工具钢：T7T9 :制造承受冲击的工具，如木工工具：冲

13、子、凿子、锤子。T12T13 :制造耐磨工具，如锉刀、锯 条10、合金量具刃具钢：9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形 小的低速刃具，如丝锥、板牙11、高速钢：W18Cr4V(18-4-1)和 W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用机叶片于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。12、冷作模具钢：Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压 模等13、热作模具钢：5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模14、不锈耐蚀钢：1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮不锈钢：1Cr18Ni9、1Cr1

14、8Ni9Ti广泛用于化工设备及管高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件 渗碳钢用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴15、道。16、17、提高高温强度的途径固溶强化；析出强化；晶界强化防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织。 提高合金的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜一些工艺的目的：1、锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中2、退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备3、淬火目的:获得高合金元素含量的马氏体。4、回火目的：主要为减少A。消除内应力、稳定组织。5、热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处 理。 Eg :45Mn钢表示平均碳含量

15、为0.45%的较高含锰组的优质碳素钢结构钢 Eg :Y20表示平均含碳量为0.2%的易切削结构钢 Eg :T13表示平均碳含量为1。3%的高级优质碳素工具钢合金结构钢牌号：两位数字（平均万分数表示的钢中碳的质量分 数）+元素符号+数字 若合金的质量分数=1.5%时不标明数字 Eg:20Gr 表示平均含碳量为 0.2%、平均含 Gr 量少于 1.5%的合 金 结构钢 合金工具钢牌号：碳的质量百分数以千分位来表示。 Eg: 9GrWM n表示钢中平均含碳量为0.9%，其他合金元素质量 分数均小于或等于 1.5%。滚动轴承钢牌号（G） Eg： GCr表示钢中平均含Gr量为1.5%的滚动轴承钢 耐蚀、耐热、不锈钢牌号，只有当 C 含量小于等于 0.03%或小于0.08%时、其余的钢牌号前都写0 或 00。 Eg： 00Gr18Ni9表示C含