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1、工程材料复习提纲第二章常见的晶格类型：体心立方，面心立方，密排六方过冷度，晶体缺陷及对应的强化类型：点缺陷固溶强化线缺陷形变强化面缺陷细晶强化 （方法：增加过冷度；变质处理）相：材料中具有 同一成分、同一结构、同一聚集状态并以 界面相互隔开的均匀 组成部分。相和组织金属铸锭组织表层细晶区柱状晶区中心等轴晶区铸锭组织的缺陷缩孔和疏松偏析气泡滑移：本质是位错运动。加工硬化晶粒破碎细化、位错密度增加。热加工优点金属塑性好、变形阻力小：变形温度、时间和冷却速度影响晶粒大小固溶体的两种形式间隙固溶体置换固溶体二元合金相图定义缓慢冷却、平衡状态杠杆原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师
2、归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页第三章根据含碳量增加：工业纯铁（0.0218%)亚共析钢(0.0218%)共析钢 (=0.77%) 过共析钢 (0.77%、2.11%)亚共晶白口铸铁 (2.11& 、4.3%) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页碳钢中常见的杂质锰 Mn 脱氧、固溶强化硅 Si 脱氧、固溶强化硫 S能改善切削性能，但有热脆性磷 P固溶强化，但有冷脆性钢的分类按含碳量：低碳钢、中碳钢、高碳钢按质量（ P、S 含量） ：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢按用途：碳素结构钢
3、、碳素工具钢钢的牌号碳素结构钢 Q XXX（屈服强度）优质碳素结构钢 XX（含碳量万分之一）工具钢 T X （含碳量千分之一）铸钢 ZG XXX -XXX（屈服强度 - 抗拉强度）第四章相变：物质从一种相到另一种相的转变（一般过程：形核- 长大）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页热处理：普通热处理（正火、退火、淬火、回火、固溶时效）、表面热处理（表面淬火、渗氮、渗碳、碳氮共渗）C珠光体转变：（层片状珠光体、 索氏体、屈氏体（托氏体）、颗粒状珠光体）贝氏体转变：（上贝氏体、下贝氏体）马氏体转变 ： （板条状马氏体、针
4、片状马氏体）共析钢在 C曲线最右影响 C曲线的主要因素 ： 化学成分碳和合金成分： 加热温度和保温时间钢的正火：工艺：加热到 Ac3或 Acm上 3050 保温空冷目的：细化组织和晶粒、消除网状渗碳体、消除应力改善加工性能适用情况： 普通结构件最终热处理、 重要零件的预处理、 高碳钢消除网状渗碳体钢的退火：工艺：加热到某一温度保温缓慢冷却正火和退火的比较：正火（低碳钢的预先热处理、简单零件的最终热处理）退火（中、高碳钢的预先热处理、复杂零件的最终热处理）相同点：工艺相近、得到的组织相近不同点：冷却速度不同、正火的组织更细、硬度和强度的改变、工艺复杂度和经济性淬火：亚共析钢加热到Ac3 上 30
5、50 保温快速冷却过共析钢加热到Ac1 上 3050 保温快速冷却目的：得到硬度强度较高的马氏体组织冷却介质：油、水、盐水等淬硬性：淬火时能够达到的最高硬度（决定因素含碳量）淬透性：淬火时获得马氏体的能力（影响因素含碳量和合金元素含量）淬硬层深度：淬透性、冷却介质、工件尺寸淬火后的组织一般为M ，同时有内应力存在，组织较不稳定，容易变形，性能硬而脆。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页回火：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页表面热处理：普
6、通热处理的问题表面热处理： 表层与芯部性能较接近；变形和开裂、精度无法保证一般工艺路线： 预处理 表面热处理后续处理表面性能： 高强度、高硬度、高耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳芯部性能： 高强度、高韧性表面淬火：常用方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、激光加热表面淬火工艺路线： 调质或正火精加工感应表面淬火低温回火适用情况： 表面耐磨要求高的零件齿轮、轴类；中碳钢或中碳合金钢加热速度快、冷却速度快、表面不易氧化和脱碳、变形小、表面淬火组织很细、淬硬层深度容易控制、容易机械化和自动化缺点 ：成本高、维修调整困难、只适合形状简单的零件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
7、 - - - - - -第 6 页，共 20 页第五章思考题普通碳钢存在什么问题？面或形状复杂件合金的影响：强化力学性能（三种强化机制： 固溶强化、弥散强化（第二相强化）、细晶强化）；金属化合物（获得特殊的性能） ；影响原子扩散。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 20 页合金结构钢：渗碳钢常用钢牌号20Cr 、20CrMn 、20CrMnTi 、18Cr2Ni4W 热处理工艺渗碳淬火低温回火表层组织：高碳回火M+ 颗粒状碳化物 +少量残余A 芯部组织： F 或 S 或 T+ 低碳马氏体调质钢常用钢牌号40Cr 、35CrM
8、o 、38CrMoAlA 热处理工艺淬火高温回火后处理组织回火 S 弹簧钢常用钢牌号60Si2Mn 、 50CrV 热处理工艺淬火中温回火去应力退火 / 喷丸组织回火 T 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 20 页轴承钢常用钢牌号GCr4、GCr15、 GCr15SiMn 、GCr18Mo 热处理工艺球化退火 淬火低温回火组织回火 M+颗粒状碳化物+少量残余A 合金工具钢：低合金钢工具钢常用钢牌号 9SiCr 、CrWMn 热处理工艺球化退火 淬火低温回火组织回火 M+ 颗粒状碳化物+少量残余A 高铬钢模具钢常用钢牌号 C
9、r12 、Cr12MoV 热处理工艺球化退火 低温淬火低温回火球化退火 高温淬火高温回火组织回火 M+ 颗粒状碳化物+少量残余A 高速钢代表牌号： W18Cr4V合金元素的作用：Cr 还能提高抗氧化抗腐蚀能力铸造组织晶粒粗大的鱼骨状共晶莱氏体热处理工艺球化退火 淬火三次高温回火最终组织回火 M+ 颗粒状碳化物 +少量残余A 退火组织 S+ 细粒状碳化物特殊性能钢不锈钢： 合金元素的作用：提高基体的电极电位、使刚在室温呈单相组织、形成致密氧化膜 Cr 、Si 、Al 分类： 马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体- 铁素体型不锈钢、沉淀硬化型不锈钢马氏体型不锈钢常用钢牌号 1Cr
10、13 4Cr13、9Cr18 热处理工艺亚共析钢 淬火高温回火过共析钢 淬火低温回火组织回火索氏体或者回火马氏体（强度好）铁素体型不锈钢（室温到高温都为铁素体组织）常用钢牌号 0Cr13 、1Cr17、1Cr28 热处理工艺不能热处理！ ！ ！组织单相铁素体（力学性能不高，耐蚀性很高）奥氏体不锈钢常用钢牌号 0Cr18Ni9 、1Cr18Ni9 、1Cr18Ni9Ti 退火组织奥氏体 +碳化物强化方法 加工硬化去应力退火性能特点（高耐腐蚀性、高的塑性、低温韧性、可以通过加工硬化、良好的焊接性能、容易产生晶间腐蚀（Cr 的偏析）性能特点：降低碳含量、加入强碳化物、固溶处理精选学习资料 - - -
11、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页奥氏体 - 铁素体型不锈钢（两种组织的优点）添加元素 Mn、Mo 、W 、Cu、N等组织奥氏体 +铁素体沉淀硬化型不锈钢（复杂不锈钢零件的强化）基本原理金属间化合物析出实现沉淀硬化添加元素 Al 、Cu、Mo 、Nb等组织奥氏体耐磨钢高锰钢代表牌号： ZgMn13锰的作用：提高硬度和强度、扩大并稳定奥氏体区组织单相奥氏体水韧处理加热到一定温度后保温一定时间，使碳化物完全溶入奥氏体中，在水中快速冷却，使碳化物来不及析出，从而获得单相奥氏体。水韧后不再回火，防止碳化物的重新析出。铸铁：铸铁的定义：含碳量大于2
12、.11%，含有 Si 、Mn 、S 、P元素的多元铁基合金单质碳的常见同素异形体：金刚石、碳、石墨、其他复杂结构铸铁中碳的存在形式少量固溶于铁素体和奥氏体中（间隙固溶体）化合态的渗碳体（Fe3C）游离态的石墨（G ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页按石墨化程度分类：白口铸铁灰口铸铁按石墨形态分类（显微组织）片状灰铸铁、团絮状可锻铸铁、球状球墨铸铁、蠕虫状蠕墨铸铁灰铸铁性能：?高抗压强度、耐磨性和消振性，低的缺口敏感性?缺点低的抗拉强度孕育处理?浇铸前加入少量孕育剂作为人工晶核， 细化石墨片?得到的铸铁组织为细珠
13、光体 + 细石墨片?强度、硬度比变质前高精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页球磨铸铁球化处理?加入球化剂（ Ce 、Mg 、RE ）促进石墨球化?同时进行孕育处理，增加石墨球数量，减小球尺寸特点与性能：?球状石墨对基体的割裂作用小，充分发挥基体强度?良好的铸造性、耐磨性和可切屑加工性，低的缺口敏感性， 又有与中碳钢媲美的抗拉强度、弯曲疲劳强度、塑性和韧性?还可以通过合金化和热处理来改善性能?代替中碳钢可锻铸铁工艺原理?将亚共晶白口铸铁石墨化退火， Fe3C 固态下分解成团絮状石墨?缓慢冷却黑心可锻铸铁?快速的共析转
14、变珠光体可锻铸铁?氧化性介质中退火白心可锻铸铁特点与性能：?团絮状石墨对基体的割裂作用小，但不能锻造！?强度、塑性与韧性均比灰铸铁高?缺点：生产周期长、工艺复杂、成本高蠕墨铸铁蠕化处理?加入稀土硅钙合金（Si 、Ca 、RE ）进行蠕化处理?后期进行孕育处理促进石墨化?蠕虫状石墨总是和球状石墨共存特点与性能：?蠕虫状比片状石墨对基体的割裂作用更小?抗拉强度、塑性和疲劳强度优于灰铸铁，接近铁素体球磨铸铁?导热性、铸造性、可切屑加工性优于球磨精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页铸铁，接近灰铸铁的性能四种铸铁特性的对比：
15、合金铸铁高强度合金铸铁（连杆、变速齿轮、曲轴）基体：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁添加元素： Cr 、Ni 、 Cu、Mo 等元素稀土镁钼系和稀土铜钼系合金铸铁耐热合金铸铁（烟道挡板、炉底板、渗碳罐）耐热性高温下抵抗氧化和“生长”的能力? 氧化高温气氛使铸铁表层发生化学腐蚀? 生长反复加热冷却产生的不可逆体积长大现象 渗碳体分解为石墨 铸铁内氧化添加元素： Al 、Cr 、 Si 中硅球磨铸铁、高铝球磨铸铁、高铬耐热铸铁耐蚀合金铸铁（阀门、离心泵、反应锅）电腐蚀原理? 条件电解质溶液中? 铁素体电极电位最低基体：灰铸铁、球磨铸铁添加元素： Si 、Al 、Cr 、Mo 、Cu、Ni 稀土高硅球墨铸
16、铁、高铬耐蚀铸铁等磨损的形式：磨粒磨损、粘着磨损耐磨合金铸铁抗磨铸铁磨粒磨损条件下工作（球磨机衬板、球磨机磨球、粉碎机锤头）? 工况：干摩擦条件下的磨粒磨损? 要求：高而均匀的硬度、有强化相? 材料：白口铸铁（高铬）、冷硬铸铁、抗磨球铁精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页? 添加元素： Mn 、 Si 、Cr 、Mo 、Ni 减磨铸铁粘着磨损条件下工作（汽缸套、活塞环）? 工况：润滑条件下? 要求：小摩擦系数、有强化相? 基体材料：珠光体基的灰铸铁? 添加元素： P、Cu、Cr 、Mo 、V、Ti 第六章铝及铝合金
17、有色金属的定义：除黑色金属（钢、铁族）以外的所有金属有色金属的分类重金属 ( 密度 3.5); Cu、Ni 等轻金属 ( 密度 3.5); Al 、Mg 等贵重金属 ; Au 、Ag、Pt 等稀有金属 ; W 、Ti 、Ra、Nb 等半金属 ; Si、Te 、B 等铝的性能特点：地表含量高，价格便宜，密度小、导电及导热性能好、抗大气腐蚀性好、塑性高，强度低，加工工艺性好、无磁性，无打击火花纯铝的分类：工业纯铝（99.00%） 、高纯铝（ 99.80%） 、超高纯铝（99.99%）铝合金的分类：形变铝合金（固溶温度以上的单相区，材料塑性好适合压力加工）、铸造铝合金（熔点低、含有共晶成分、铸造性能
18、好）合金强化的主要途径1 冷变形强化（加工硬化）（外形变化，晶粒也发生变化、内应力）2 热处理强化（时效强化）热处理强化流程高温保温得到均匀固溶体固溶处理（淬火）快速冷却得到过饱和固溶体时效处理室温或低温加热保温一段时间（自然时效、人工时效）影响时效强化的因素：温度、时间3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 20 页Al - Si 系铸造铝合金优点 密度小、耐热、抗蚀、焊接性能能好缺点 强度低、不能热处理应用
19、 形状复杂、耐磨耐热的零件Al - Cu 系铸造铝合金 高强度、耐热性Al - Mg 系铸造铝合金轻、耐腐蚀冲击Al - Zn 系铸造铝合金 高强度铸造性好铜及铜合金：纯铜（紫铜）铜的性能特点地表含量高，价格便宜，无同素异构转变导电及导热性能好很高的化学稳定性、抗腐蚀性好塑性高，强度低，加工工艺性好纯铜的杂质热脆 Pb、Si 和 Cu 在晶界上形成共晶体，热加工时脆性断裂冷脆 S、O 与 Cu 形成脆性化合物，降低塑性和韧性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页铜合金铜合金的特点纯铜的特性高导电导热强度大大提高固溶、
20、时效、第二相强铜合金的分类生产加工方式：加工铜合金、铸造铜合金成分含量：黄铜、白铜、青铜加工黄铜添加元素Zn 、Si 、 Pb、Sn 、Fe 、Ni 、 Al 、 Mn 细分? 普通黄铜只有Cu 和 Zn ? 特殊黄铜除了Cu 和 Zn ，还加入其他元素加工黄铜加工工艺? 冷加工加工应力 优点：强度高 缺点：残余应力，容易产生应力腐蚀开裂? 去应力退火250 -300 度? 再结晶退火500 -700 度特殊黄铜所有合金元素都可以提高强度提高抗腐蚀性Al 、Mn 、Si 、Ni 、Sn 改善加工性能Pb 青铜添加元素Sn 、Al 、Si 、Be、Mn 、Cr 、Zr 、Cd 锡青铜性能特点?
21、减磨性、抗磁性、低温韧性? 抗腐蚀性（海水、淡水、蒸汽）? 添加元素还可提高铸造性、切削加工性和疲劳强度非锡青铜铝青铜? 高强度硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀性都比锡青铜好? 焊接性能差铍青铜? 高强度硬度、高弹性极限、抗蚀耐磨、导电导热好、耐低温、无磁性、受冲击不起火花、加工性能好? 价格高、有毒精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页白铜添加元素Ni 、Zn 、Al 、 Mn、Cr 、Zr 、Cd 性能特点? Cu-Ni 无限固溶 单相固溶体? 冷加工、热加工和耐蚀性能很好? 通过固溶强化和加工硬化提高强度? 强度、硬度
22、、电阻率、热电势各方面性能良好巴氏合金添加元素 Sb 、Pb、Cu 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页第九章复合材料：塑料基复合材料、橡胶基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料复合材料的分类按增强相分类? 零维? 一维? 二维复合材料的性能特点：比强度和比模量高、抗疲劳和破断安全性好、高温和减振性能好复合增强材料的组成基体连续相（金属、陶瓷、高分子）增强相分散相（纤维、颗粒）常见的复合增强材料：纤维增强材料、颗粒增强材料纤维增强机制纤维的尺寸小，脆性降低基体对纤维起保护作用基体阻碍纤维裂纹的扩展纤维同基体的界
23、面强度能提高材料断裂强度颗粒增强机制颗粒阻碍位错运动颗粒直径弥散程度塑料基复合材料：玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、硼纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页第十二章金属零件的一般工艺路线性能要求不高：备料毛坯加工热处理（正火或退火）机加工零件性能要求较高：备料毛坯加工热处理（正火或退火）粗加工热处理（淬火 + 回火或固溶失效或表面热处理）精加工零件尺寸精度要求很高：备料毛坯加工热处理（正火或退火） 粗加工热处理（淬火 + 回火或固溶失效或表面热处理）表面化学热处理（渗氮或渗碳）或稳定
24、化处理（去应力退火）精磨稳定化处理（去应力退火）零件齿轮工作条件根部有较大的交变弯曲应力表面较大的接触应力以及摩擦磨损啮合不均匀时承受一定冲击力失效方式齿根断裂齿面磨损材料要求高弯曲疲劳强度足够高的齿心强度和韧性足够高的齿面接触疲劳强度和耐磨性较好的工艺性能加工工艺路线中碳钢下料锻造正火粗加工调质半精加工表面淬火+ 低温回火精磨零件渗碳钢下料锻造正火机加工渗碳淬火+ 低温回火喷丸磨加工零件轴工作条件承受交变扭转和交变弯曲载荷局部承受摩擦磨损特殊条件下受温度或介质作用失效方式疲劳断裂轴颈处磨损冲击断裂塑性变形或腐蚀材料要求高疲劳强度良好的综合机械性能局部有高硬度和耐磨性特殊条件下有特殊性能加工工艺路线中碳钢：下料锻造正火粗加工调质半精加工局部表面淬火+ 低温回火精磨零件球墨铸铁：熔炼铸造正火高温回火机加工局部表面淬火+ 低温回火零件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 20 页
