材料的力学性能

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1、第一章 材料的力学性能1 力学性能：材料在各种力的作用下所表现出的特性。力学性能包括强度，塑形，硬度，抗 疲劳性和耐磨性等。2 强度：材料在外力的作用下抵抗变形和断裂的能力。 塑形：材料在外力作用下显现出 的塑性变形能力。衡量强度和塑性的指标有：弹性模量E,屈服强度 ，抗拉强度 ，延伸率 ，断面收缩率 ，3硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。工业上常用的有布氏硬度HBW）,洛氏硬 度（HRA,HRB,HRC），维氏硬度（HV）4 冲击韧度：材料在冲击韧度的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。根据实验式样的缺口 形式，U型缺口和V型缺口的冲击韧度值分别以aku和akv表示。5 疲劳断裂：材料在

2、交变应力的作用下发生的断裂现象。疲劳极限：当应力低于某数值时， 经无数次应力循环也不会发生疲劳断裂。6 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。第二章金属材料的基础知识（一）工艺性能铸造性能：液态金属的流动性，填充性，收缩率，偏析倾向。 铸造性能：成型性与变形 能力。 切削性能：对刀具的磨损，断屑能力及导热性 焊接性能：产生焊接缺陷的 倾向。 热处理性能：淬透性，耐回火性，二次硬化，回火脆性。（二）晶体结构 1 纯金属的晶体结构 理想金属（1）晶体：金属成规则排列的固体 晶格：表示原子排列规律的空间框架 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元（三种常见纯金属的晶体结7构）体心立方面心立方密排

3、立方晶格常数aaA,c原子个数246配位数81212致密度0.680.740.74滑移面110*6111*4六方底面*1滑移方向vlll*2*3底面对角*3滑移系121232 实际金属（1） 多金属结构：由多晶体组成的晶体结构 晶粒：组成金属的方位不同，外形不规则的小晶体 晶界：晶粒之间的界面（ 2） 晶粒缺陷晶格不完整的部位1）点缺陷空位：晶格中空结点； 间隙原子：挤进晶格间隙的原子 置换原子：取代原来原子位置的外来原子2）线缺陷：位错 晶格的一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区 的交界线3）面缺陷晶界和亚晶界亚晶界：组成晶粒的尺寸很小，位相差也很小的小

4、晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面4）晶界的特点 原子排列不规则：阻碍位错运动，熔点低，耐蚀性低，产生内吸附，是相变的优先形核部位。 金属的晶粒越细，晶面总面积越大，位移障碍越多，需要协调的具有不同相位的的晶粒就越 多，获得金属变形的抗力就越高。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目就越多，变形越均匀，在断裂前发生较大的 塑形变形，强度和塑形同时增加，在断裂前消耗的功大，故而韧性也好。结晶强化：通过细化晶粒来提高强度，塑形和韧性的方法。 （二）合金的晶体结构合金：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。1 固

5、溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相（1） 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格节点形成的固溶体（2） 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。为过渡金属元素和小原 子半径非金属元素组成。铁素体：碳在a-Fe中的固溶体奥氏体：铁在Y -Fe中的固溶体马氏体：碳在a -Fe中的过饱和固溶体。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑形、韧性下降的现象 金属化合物：正常价化合物、电子化合物、间隙化合物2 金属化合物形态对性能的影响 晶体、网状晶界：强韧度低 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 颗粒状：弥散强化：第二相颗粒越多，分布越均匀，合金的强度硬度越高，韧性有所下 降的现象

6、重点：合金元素在钢中的应用 强化铁素体 形成化合物 扩大或缩小 A 相区 使 S,E 点左移 影响 A 化 提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） 产生二次硬化组织 纯金属的组织1 结晶：金属由液态变为晶体的过程 结晶的条件一一过冷：在理论结晶以下发生结晶的现象 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差 结晶的基本过程：晶核形成和晶核长大 晶核形成一一自发形核和非自发形核 长大一一均匀长大和树枝状长大 结晶晶粒度控制方法：增加过冷度，变质处理，机械振动搅拌2 纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象 固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大；伴随

7、着体积变化3 再结晶再结晶条件：冷塑性变形加热时的变化：回复一一再结晶一一晶粒长大 再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底被改组的过程。再结晶不是相变过程。再结晶温度：发生再结晶的最低温度影响再结晶温度的因素：加热温度和时间，预先变形程度4 塑形变形：金属塑性变形的方式：滑移和孪生。滑移的特点：只能在切应力的作用下发生，沿密排面和密排方向发生，位移是原子间距整 数倍，伴随着转动滑移的机理：通过位错运动实现孪生的特点：孪生使晶格未向发生改变；所需切应力比滑移大得多，变形速度极快；孪生 时相邻原子面的相邻位移小于一个原子间距冷热加工：以再结晶温度划分 冷加工组织：晶粒被拉长压扁，亚结构细化 加工硬化：

8、随冷塑形变形量增加，金属的强度、硬度增加，塑形、韧性下降的现象。 冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，P提高。 热加工：形成纤维组织，带状组织合金的组织1 相图匀晶La共晶La +B共析y a +B包晶L+a杠杆定律：只适用于两相区 京枝偏析：在一个晶枝范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象2 合金中的固态相变固溶体转变：AF共析转变：AP(F+Fe3C二次析出AFe3C第四章 钢的热处理热处理原理加热时的转变奥氏体化步骤：A形核；A晶核长大；残余渗碳体溶解；A成分均匀化 奥氏体化后的晶粒度：初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的温度。实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大

9、倾向热加工工艺工艺目的加热温度组织退火1调整硬度便于切削加工2细化晶 粒为最终热处理作用组织准备正火1低中碳钢冋退火2过共析钢，消 除网状二次渗碳体3普通件最终 热处理淬火获得马氏体组织第七章 机械零件的失效与选材1 失效的三种基本形式是什么？哪些因素会造成零件的失效？ 失效的三种表现形式：零件完全破坏，不能继续工作了；零件严重损伤，继续工作但不安全； 零件虽能安全工作，但不能满意的起到预期作用。原因：设计不合理；选材不合理，加工工艺不当，安装使用不正确。2 零件失效的类型过量变形，断裂及表面损伤三类3 什么是失效分析？失效分析是研究失效的过程并进行分析，以求弄清失效的本质，产生的原因以及提出

10、预防的 措施，以防类似的问题再次发生。4 失效分析常采用哪些实验方法，一般步骤怎样？ 主要试验方法：端口方法，化学成分分析，宏观检查，显微组织分析，应力分析，断裂力学 分析，其他实验方法。步骤：调查取证阶段，分析研究阶段，事后处理阶段。5 设计人员在选材时应考虑什么原则？如何做到合理选材？1）材料的使用性能，分析零件的工作条件，确定使用性能要求；提出对材料性能指标的要 求2）材料的工艺性能3）材料的经济性4）资源与环境管理6 选材的一般步骤？1）根据零件的工作条件和失效方式提出零件材料的主要性能与技术指标2）根据提出的主要性能指标和技术条件结合工艺性和经济性综合考虑，借助相关的材料手册进行初选

11、3）对预选材料进行计算以确定是否满足性能要求4）根据计算结果进行材料的二次选择，初步确定所选材料5）通过实验和小批量试生产最终确定适用的材料。7 金属材料的加工工艺路线（1） 一般性能的加工工艺路线是：毛胚（铸造或锻造加工）热处理（正火或退火）切削加工零件铸造加工与锻造加工是最常用的获得零件毛胚的方法，经过铸造或锻造加工后的毛胚材料容 易存在晶粒粗化，加工硬化，残余应力等问题，因而在切削加工前要采用正火或退火等热处 理方法改善其加工性能和使用性能。（2） 性能要求较高的零件加工路线为： 毛胚预先热处理（正火或退火）粗加工最终热处理（淬火+回火处理或化学热 处理等）精加工（磨削）零件 预先热处理

12、的目的是改善切削加工性能，消除组织缺陷，并为零件的最终热处理做好组织准 备。最终热处理的目的是为零件赋予最终的使用性能，常采用淬火+回火的热处理工艺。对 零件表面有特殊性能要求的零件，最终热处理可以采用渗碳，渗氮或表面淬火等热处理工艺 进行硬化处理，对一些要求比较高的零件，如轴，高精度齿轮等，热处理后还要进行磨削加 工，以减小表面粗糙度和提高配合精度。8 齿轮的失效方式：轮齿折断，齿面损伤9 对齿轮材料的性能要求：高的齿面硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，足 够高的齿心强度和韧性.10 机床齿轮的加工工艺路线一般为：下料锻造粗加工调质滚齿齿部 高频加热表面淬火+低温回火 正火作为预

13、报热处理工艺可以消除锻造毛胚的应力，细化组织，调整毛胚毛胚的硬度到适合 切削加工的范围 调质处理的目的是为齿轮提供较高的力学性能，同时减少淬火后的变形.高频加热表面淬火+低温回火处理可以提高齿面硬度，有利于提高齿轮的耐磨性和接触疲劳 抗力。11汽车齿轮采用20CrMnTi制作，其工艺路线如下：下料一锻造一正火一粗加工一局部镀 铜f渗碳、淬火+低温回火f喷丸f精磨f零件。正火处理的目的是消除锻造应力，均匀细化组织，便于材料的切削加工。正火后得到的组织 一般为珠光体与铁素体。淬火后获得低温马氏体组织，有较好的冲击韧度。低温回火的目的 是消除淬火应力，降低脆性。1解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷

14、，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、置换原子等。线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两 个方向上的尺寸很小。如位错。面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向 上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着 许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称 亚晶粒。亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对

15、于另一部分晶体的局部滑移 而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对 滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像 插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶 体。多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶 核心。非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以 成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从 而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。4.晶面指数和晶向指数有什么不同？