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1、优秀学习资料 欢迎下载 机械工程材料复习课 第一章 金属的晶体结构与结晶 一晶体与非晶体 晶体：非晶体：长程有序排列 短序有序 具有确定熔点 无固定熔点 各向异性 各向同性 二金属的晶体结构 体心立方 面心立方 密排六方 晶胞内原子数 2 个 4 个 6 个 致密度 K=0.68 K=0.74 K=0.74 三实际晶体的结构 晶粒内的晶格位向基本一致，各晶粒间位向都不同；亚晶间两侧晶体有很小的位向差 2，亚晶界由一系列相隔一定距离的刃型位错垂直排列而成。1点缺陷：空位与间隙原子 在一定温度下总有一定平衡浓度的点缺陷存在，引起点陈畸变，可以消失。当淬火或冷加工时会产生室温下的过饱和点缺陷。空位与
2、扩散机制有关。2线缺陷：位错 晶体中有几层原子错排了位置而形成的晶体缺陷。正、负刃型位错可相互抵消。塑性变形机制：通过位错在切应力作用下在晶体中逐渐移动完成，而不是刚性的移动。位错密度：m=L 提高强度：（1）完全消除金属内的位错缺陷，s理论值：（2）m加工硬化、热处理强化。3面缺陷：晶界、亚晶界 晶界、亚晶界细化，可以强度、硬度和塑、韧性 （1）界面对塑性变形时的位错移动有阻碍作用，引起位错塞积，使变形抗力，强度、硬度。优秀学习资料 欢迎下载（2）需要周围晶粒作协调的弹性变形以保持物体的连续性，使变形抗力。（3）晶界越多，阻碍裂纹扩展，使韧性。（4）晶粒细化，可使塑性变形均匀分散到各晶粒内，
3、使应力集中程度，试样断前塑性变形更多，使塑性。四纯金属的结晶 平衡凝固条件下：理论凝固温度 T0=T熔 实际非平衡凝固，存在过冷现象。T=T0-T1 冷却速度越大，T 也越大，过冷是金属结晶的必要条件。结晶是一个不断形核与长大的过程，最后长成一个多晶体。自发形核：液相中一些原子的短程有序结构自发成为晶核；非自发形核：依附于难熔质点和型壁表面形核。由于棱角处散热条件优越，晶粒常长成树枝晶。五细化晶粒的方法 依据：Z ZNG ，随着T，形核率 N的比 G的快，得细晶粒。冶铸时（1）增大T；（2）变质处理：改变 N、G。（3）附加振动：使树枝晶破碎，N。其它方法：（4）通过重结晶，重新形成晶核，长成
4、细晶粒，eg:Fe-C合金。（5）高应力下热加工时动态再结晶，锻、轧钢材比铸钢晶粒细。六金属同素异晶转变 当外界条件改变时，有些金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。特点：（1）属恒温转变，原子重排的固态相变，需更大的过冷度 T。（2）包括形核、长大的过程，释放结晶潜热，称为重结晶或二次结晶。（3）伴随有比容的跃变，产生较大内应力。（K、a 不同）第二章 机械性能 一强度与塑性（静拉伸试验）1弹性极限：Re=FeAo 开始产生微量塑性变形的抗力 op 段 成直线关系：=E 个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下
5、的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 2屈服极限 R s=FsAo 代表材料发生明显塑性变形的抗力。3抗拉强度：Rm=FbAo 材料在断裂前所发生的均匀塑性变形所能承受的最大应力。材料的强度：材料在静载荷作用下抵抗破坏（塑变、断裂）的能力。塑性：材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。延伸率：A=L1L0L0 100%断面收缩率：Z=A0-A1A0 100%二硬度 1布氏硬变 HB：适用于 HBS450 的灰铸铁，轴承合金，有色金属、调质钢、退火的毛坯件，HBW650。压痕大，测值重复性高，精确。2洛氏硬度 HR：HRA、HRC 测
6、高硬度材料，HRB 测软材质，相互间不能比较。广泛用于成品检验，压痕小，测值分散度大。3维氏硬度 HV：使从软到硬材料有一个连续标度。可查附表对照其它硬度值。一般不用于热处理现场检验，尤适于表面处理的模具硬度，作研究用。三冲击韧性 Ak=G（H-h）常用 V 梅氏试样，对易出现脆断的机件（焊接结构船）用 V 夏氏试样。Ak值对材质反映敏感，生产上用来检验冶金、热锻、热处理的工艺质量。四多次冲击试验 多冲抗力=f（强度、塑性）1冲击能高塑性，冲击能低强度（高强钢需要适当的韧性 ak 配合）。2普通结构钢常桌用“淬火+中温回火（+低温回火）”工艺。五疲劳 无论脆性还是韧性材料，承受交变重复应力时往
7、往在工作应力 RRs下突然断裂，无塑变。材料受相当循环次数（钢铁 N=107，非铁金属 108）不发生断裂的最大应力疲劳强度-1。第三章 加工硬化与再结晶 多晶体的塑性变形抗力较单晶体为高：Rs=Ri+Kd 1）既要克服晶界的阻碍;2）又要保证各晶粒间的连续性和协调的相应变形。一加工硬化 随着材料冷塑度程度的增加，其强度、硬度、塑韧性的现象。内部组织个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 亚结构发生变化：胞状亚结构、呈细长条，
8、纤维组织。作用：（1）强化金属；（2）均匀成形；（3）过载安全保护。不利：（1）抗蚀性下降，需去应力退火；（2）消除加工硬化要再结晶退火。二回复再结晶 1回复冷变形金属加热时，只发生某些亚结构和性能的变化，而光学显微组织不发生变化。（1）去应力退火：可以保留加工硬化的强化效果，消除内应力。避免应力腐蚀开裂。（2）消除空位等缺陷，（m 不多），使电阻率。2再结晶冷变形金属加热时，通过形核长大，形成无畸变的新晶核。（1）再结晶退火：可以消除加工硬化恢复到冷变形以前的水平。T再=0.4T熔 （2）再结晶温度：T 再开始再结晶的最低温度。1）预变形量：T再。2）熔点：TmT再。3）微量溶质原子：T再。
9、（3）晶粒长大：温度，时间增长，d。（4）临界变形度 210%，异常粗大的晶粒度。三热加工 高温塑变时，金属材料的加工硬化作用能被动态再结晶等软化过程所抵消，获得近般稳定的流变应力。T再以上：热加工，无加工硬化；T再以下：冷加工，有加工硬化；在高的流变应力下进行热加工发生动态再结晶也可以细化晶粒。第四章 二元合金状态图 合金：由两种以上金属或非金属组成的确良具有金属特性的物质。相：系统中具有同一聚集状态，同一结构、成分、性能相同的均匀组成部分，常有相界存在。组织：显微镜下观察到的具有某种形态或形貌特征的各种相的综合。一合金相结构 无限固溶体 置换固溶体 1固溶体（溶剂晶格）有限固溶体 间隙固溶
10、体（有限）溶质 Rx 大小、温度、晶格类型有关。2固溶强化 溶质溶入溶剂中形成固溶体，使晶格畸变，位错移动的阻力、强度。（1）固溶强化比加工硬化的塑韧性要好。个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载（2）合金化可以在固溶体基体上形成强化相构成条相合金。二化合物 1金属化合物：晶体结构不同于任一组元的结构，熔点高，硬而脆的相。正常价化合物 间隙相 电子化合物 间隙化合物 2机械混合物：由两相或多相按一定比例构成的金属组织。如珠光体
11、 Fe3C/F、莱氏体，性能与各组成相的性能、数量和分布情况有关。三二元合金状态图 1匀晶状态图 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称之。（以 Cu-Ni无限固溶体为例）只有在平衡状态下，所测得的结晶温度才是理论凝固温度 To=熔点温度Tm。平衡状态图：假定冷却速度非常缓慢，以固相中原子都能充分进行扩散，成分均匀。60%合金但随 T（合金成分），相，L相，液、固相平均成份不断沿着液、固相线变化，直到 b3 点，凝固终了，相成分=原合金成分。枝晶偏析：非平衡凝固下，先析出的枝杆部分含高熔点成分多，后析出的分枝、枝间含低熔点的成分较多，原子来不及扩散均匀，造成微观偏折。2共晶状态图 在共晶点以
12、左 CE 段为过共晶合金：先 Lsb，然后 LcPbSb 组织由 Sb+（Pd+Sb）组成。共晶转变：在恒温条件下，从液态中同时结晶出两种晶体（或两种固溶体）的过称称之。其中发生共晶反应的成分为共晶成分，全体为共晶体的合金称为共晶合金。密度偏析：先共晶相与余液相的密度相差较大，会引起结晶相上浮或下沉，造成铸件在高度方向上成分组织的不均匀的宏观偏析。3杠杆规则应用 WLWS WSXOXOXL XKKX 个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资
13、料 欢迎下载 只适用于二元合金平衡相图的两相区或三相平衡共存线，不适于单相区。4共析状态图 共析转变：在高温通过匀晶转变所形成的单相固溶体，在冷却到某温度时又发生恒温固态相变，同时分解析出两个新的固相的过程称之。第五章 铁碳合金状态图 一状态图分析 ACD 液相线，AECF 固相线：（1）液、固相线之间两相区：L+A，L+Fe3C。（2）固相线以下：AESG 区域：单相 A 区。727以上：A+L，A+Fe3C；727以下：F+Fe3C（3）恒温相变：LcE+Fe3C，sp+Fe3C 二金相组织与钢的凝固过程 （1）亚共析钢：LL+A AA+F F+P （2）共析钢：AP （3）过共析钢：AF
14、e3CII+AFe3CII+P （4）共晶白口铸铁：L4.3Ld(A+Fe3CILd（5）亚共晶白口铸铁：LA+L A+Ld A+Fe3CII Ld P+Fe3CII+Ld （6）过共晶向口铸铁：L L+Fe3CI Ld+Fe3CI L d+Fe3CI 组织形貌：参考书上 P49 图 3-3-5至图 3-3-10。凡：C%=02.11%为钢，C%=2.116.09%为铁，画出冷却曲线，组织转变示意图。第六章 钢的热处理 一钢在加热时的 A 化过程 临界点温度：A1、A3、Acm，Ac1、Ac3、Accm,Ar1、Ar3、Arcm 1A 化有三个阶段：（1）A 晶核在 P 的 F/Fe3相界处优
15、先形核并长大；（2）F 先消失，然后剩后 Fe3C 需有一溶解过程；（3）A 的成分均匀化。此外，过共析钢常在 Ac1Acm 间进行“不完全 A 化”：A+部分 Fe333C。个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 2奥氏体晶粒长大及控制：（1）起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；（2）提高加热速度，缩短加热时间，可获得超细隐晶晶粒度（高频）；（3）合金元素、含碳量对 A 晶粒长大趋势有影响：C、Mn、P 促进 A 长大，其余
16、 Me 阻碍 A 长大。二冷却时的组织转变 1过冷 A 等温转变：TTT 图（又称 C 曲线）特点：从 A1MS 间转变有孕育期 不同温度范围内产物不同。P 区：A1C 曲线鼻尖以上高温转变区：P：0.3 m，1025 HRC（100250HB）S：0.1m，2535 HRC T：VK，得到 M 组织 （1）淬火温度：亚共析钢 AC3+3050 过共析钢 AC1+3050（2）淬火方法：1）单液淬火：水、油、高分子聚合物水溶液。2）双液淬火：水淬油冷（T10A 钢）。3）分级淬火法：Ms 点以上短时停留，M 硝盐浴或碱浴，4）等温淬火法：Ms 以上长时间降成，B下 用于形状复杂的小件 5）冷处
17、理：消除 A 残。（3）淬透性与淬硬性：个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 淬透性VK，过冷 A 越稳定越好，除 CO外，大多数合金元素淬透性。淬硬性M 中 C%有关，淬透性高未必淬硬性高。2回火 淬火 M 组织不稳定，组织极脆，工件中存在很大的内应力，若不及时回火，会使工件变形开裂。（1）M 分解：100以上，M中 C以-F2.4C析出，过饱和度变，工模具和渗碳、表面淬火件形成“回火 M”组织，含碳 0.25%C，降低内
18、应力和脆性 60HRC。（2）残余 A 分解：200300，AB下。（3）碳化物类型转变：250400，“Fe3C+针条状 F”，回火 T。eg 弹簧，有较高s,e。（4）渗碳体聚集长大：450以上，Fe3C聚集长成粒状，F发生再结晶。成为：“球粒状 Fe3C+等轴状 F”回火索氏体 S。淬火+高温回火=调质，综合机械性能好，同时有良好的塑韧性和强度，用于处理重要零件，或作为表面处理的预备组织。五表面热处理 （1）表面淬火：高、中频淬火，适于中碳钢，耐疲劳强度提高。（2）化学热处理：掌握渗碳处理，其它方法一般了解，不考试。低碳钢材料渗碳处理：用于承受较大冲击载荷和严重磨损条件下提高材料疲劳强度
19、、耐磨性，及心部韧性。组织：表层：0.85 1.05%C：“细小的回火 M+粒状 Fe3C”，5864 HRC，心部：回火低碳 M 及部分 T，S 组织，不允许大块状 F。四成分、组织、性能间的关系、铁碳状态图的应用 1解释书上图 5-16。2选材应用：结构型钢、机械零件、弹簧、工模具用钢。3为什么铸铁常选共晶成分？（流动性、疏松、偏析、热裂倾向）4锻造温度范围：（1）亚共析钢：GS（AC3线）以上 （2）过共析钢：A1以上：破碎网状 Fe3CII 第七章 金属材料及应用 一碳钢号及应用 1钢号意义及表示方法 普通碳素钢：A 类钢、B 类钢 镇静钢：Mn、Si、Al 充分脱氧，属本质细晶粒钢
20、有集中缩孔（须冒口成材率低），组织致密。沸腾钢：Mn 脱氧，属本质粗晶粒钢、有疏松、许多汽泡、无集中缩孔成材率高，成本低。表面有细品区，表面质量好，含Si 少，塑性佳，宜作轧材。2 优质碳素钢：45 钢、T8 钢 3高级优质碳素钢：T12A 钢 个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 4铸造碳钢 ZG Rs-Rm（Mpa），用途。二合金钢分类与编号 1低（Me5%），中（5%Me10%Me）合金钢含碳量 C1%，不标碳量）eg
21、：W18Cr4V(0.7%0.8%),00Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti。三钢中常存杂质元素影响 1Si 和 Mn：Si0.4%、Mn0.8%一般固溶强化 F，否则有害。MnS 可S 的害处。2S：易形成 A-FeS（985）的离异共晶，产生热脆，用 MnS（1600）消除。3 P：极大地固溶入 F 中，使钢强化但脆性也冷脆。可以提高大气抗蚀性，用于 S、P 的易削钢或炮钢中。四合金结构钢 1普低钢 16Mn、15MnV 作结构件，Q表示。低碳：C0.2%，保证良好塑韧性能泠成型，良好的焊接性能。少量的 Mn1.8%,Si0.6%,固溶强化，增加 P 量，在不降低韧性的前提下，使s 提高
22、 2050%。辅加 V、Ti、Nb：细化晶粒，弥散强化，Cu、P大气抗蚀性，Re低温韧性。2合金渗碳钢 用于受较强烈的冲击作用和磨损条件下工作的零件或交变载荷。要求表面具有高硬度：高耐磨性，心部要有高韧性和足够的强度。C0.1 0.25%，保证心部有足够塑韧性。Cr、Ni、Mn、B等；淬透性，提高参层强韧性。Ti、V、Mo等强碳化物形成元素：细化晶粒，抑制渗碳过热。个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 渗碳后”直接淬火+低温
23、回火”组织：表层：（Me,Fe）3C+回火 M+少量 A残，5862；心部：1）全部淬透：低碳 M，HRC40 48；2）部分淬透：T+低碳回 M+少量 F 钢号：20Cr、20MnV薄层渗碳；20CrMnTi 做齿轮；18 Cr2Ni4WA（M钢）做飞机、坦克上重载齿轮。3合金调质钢 制作一些受循环交变载荷或有冲击及各种复合应力工作的重要零件。保证有较好的综合机械性能。含碳量：中碳 0.3 0.55%C，既保证强度，又有较好韧性。主加元素：Cr、Ni、Mn、Si、B渗透性，强化 F。辅加元素：V、Ti、Al 细化晶粒，回火稳定性。W、Mo可防止或减轻 Cr、Ni 钢的可逆回火脆倾向。钢号：1
24、）低淬透性：45，40，40Mn,40MnB 2)中淬透性：40MnVB、42SiMn,40Cr,42CrMo 3）高淬透性：40CrNiMoA,40CrMno,38CrMoAlA 热处理：淬火+高温回火（回火 S）4弹簧钢 失效：疲劳为主，要有高的e 和屈强比 Rs/Rm。1)含 C：0.45 0.75%(0.6 0.9%)保证 Re和 Rs/Re 高。2)主加元素：Mn,Si,提高渗透性，强化 F。3)辅加元素：Cr,W,o,Nb 降低过热敏感，脱碳，细化品粒，提高稳定性。钢号：65Mn,60Si2Mn,50CrVA,65,75,85号钢。热处理：淬火+中温回火（回火 T）5滚动轴承钢 G
25、Cr15 1）含 C：0.95 1.10%，保证高的溶硬性和耐磨性。2）Cr：1.3 1.65%,提高渗透性，回火稳定性，及一定韧性，抗蚀性。热处理：球化退火（HB180 207）淬火+泠处理+低温回火 6165HRC，组织：极细的回 M+均布细粒（Cr,Fe）3C+少量 A残。6其他结构钢：易切钢：Y15 超高强度钢：40CrNiMoA,4Cr5 oVSi,Ni25Ti2AlN6。五合金工具钢 1高速钢 W18Cr4V 1）含 C:0.7 0.8%形成 W,Cr,V 的大量碳化物，过饱和的 M。2）W：1719%，形成 W2C,VC 保证红硬性（二次硬化）3）Cr：4%，提高渗透性，形成 C
26、r23C6提高抗回火稳定性。1）锻造：破碎铸态下的晶莱氏体碳化物及二次碳化物。2）球化退火：S+细粒状碳化物（Cr23C6,Fe3W3C,VC）个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位优秀学习资料 欢迎下载 3）淬火：12601280淬火，使尽量可能多碳化物溶入 A，提高淬透性，提高 红硬性和抗回火稳定性。4）回火：5601hr 三次：使 2030%A残M。并弥散析出 W2C.VC 起二次硬化作用。组织：回 M+含量碳化物+A残。2冷作模具钢 Cr1
27、2MoV （1）锻造：使碳化物均匀，破碎网状或莱氏体（Cr、Fe）7C3碳化物。（2）球化退火：细粒状 P+Cr7C3 255HB （3）淬火+回火：回火 M+Cr7C3+20%A残 HRC62 64 由于大量 A残存在，比一般低合金钢，高速钢变形小。3.低合金工具钢 9SiCr、CrWMn、9Mn2V等。4.热作模具钢 （1）中碳 C0.5%：保证良好的强度与韧性配合；（2）Cr、Ni、Mn、Si：淬透性。（3）少量 Mo、W、V：钢的回火稳定性及减少回火脆性。Cr、W 等缩小 A 区元素，组织较稳定，冷热抗疲劳能力。热处理：淬火+高（中）温回火 5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5Mo
28、SiV、3Cr2W8V；组织:“回火 M+弥散硬化的碳化物”，回火 T或回火 S。六特殊性能钢 1钢号：M 不锈钢：1CrB、2CrB 淬火+高温回火，S回 及 3Cr13（共）4Cr13（过），淬火+低温回火，M回 A 不锈钢：0Cr18N9、1Cr18N9 顺磁体 抗氧化钢：15CrMo、12CrMoV(P)、1Cr11MoV、1Cr12MoV（M）4Cr14Ni14W2Mo、1Cr18Ni9Ti（A）耐磨钢：ZGMnB、ZGMn8 2奥氏体不锈钢的热处理特点 固溶处理：1100水淬 HRC。时效处理：850880 6hr 析出 TiC、NbC 防晶间腐蚀，ZGMn13 有个水韧处理：也是得到单相 A 组织，受应力时：AM。个个个致密度三实际晶体的结构晶粒内的晶格位向基本一致各晶粒间位陷存在引起点陈畸变可以消失当淬火或冷工时会产生室温下的过饱和点逐渐移动完成而不是刚性的移动位错密度提高强度完全消除金属内的位