机械工程材料复习资料1

机械工程材料复习Page1of50《《机机械械工工程程材材料料》》总复习条件屈服强度0.2—残余塑变为0.2%时的应力。疲劳强度-1—无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。⑶塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。⑷硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。⑸冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为αk.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。⑹断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K1C。2、化学性能⑴耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。⑵抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。㈡工艺性能1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。2、锻造性能：成型性与变形抗力。3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。机械工程材料复习Page2of504、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。二二、、晶晶体体结结构构㈠纯金属的晶体结构1、理想金属⑴晶体：原子呈规则排列的固体。晶格：表示原子排列规律的空间格架。晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.⑵⑵三三种种常常见见纯纯金金属属的的晶晶体体结结构构⑶立方晶系的晶面指数和晶向指数①晶面指数：晶面三坐标截距值倒数取整加（）②晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加[]立方晶系常见的晶面和晶向⑷晶面族与晶向族指数不同但原子排列完全相同的晶面或晶向。⑸密排面和密排方向——同滑移面与滑移方向在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。22、、实实际际金金属属⑴多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体.机械工程材料复习Page3of50晶界：晶粒之间的交界面。⑵晶体缺陷—晶格不完整的部位①点缺陷空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。置换原子：取代原来原子位置的外来原子。②线缺陷——位错晶格中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接线.③面缺陷——晶界和亚晶界亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。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，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好.机械工程材料复习Page4of50细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。㈡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。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。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、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相.⑴置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。⑵间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。铁素体：碳在-Fe中的固溶体。奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。马氏体：碳在-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，塑性、韧性下降的现象。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。⑵金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相.①正常价化合物如Mg2Si机械工程材料复习Page5of50②电子化合物如Cu3Sn③间隙化合物：由过度族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。强碳化物形成元素：Ti、Nb、V如TiC、VC中碳化物形成元素：W、Mo、Cr如Cr23C6弱碳化物形成元素：Mn、Fe如Fe3C⑶性能比较：强度：固溶体纯金属硬度：化合物固溶体纯金属塑性：化合物固溶体纯金属⑷金属化合物形态对性能的影响①基体、晶界网状：强韧性低②晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低③颗粒状：弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。⑸固溶体与化合物的区别：①结构；②性能；③表达方式合金元素在钢中的作用1、强化铁素体；2、形成化合物——第二相强化机械工程材料复习Page6of503、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区4、使S、E点左移5、影响A化6、溶于A(除Co外),使C曲线右移,Vk减小,淬透性提高.7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力）9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象)10、防止第二类回火脆性：W、Mo(回火脆性：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。)三、组织㈠纯金属的组织1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程⑴结晶的条件——过冷：在理论结晶温度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。⑵结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大形核——自发形核与非自发形核长大——均匀长大与树枝状长大机械工程材料复习Page7of50⑶结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③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：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化。3、再结晶⑴再结晶条件：冷塑性变形⑵加热时的变化：回复→再结晶→晶粒长大再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。⑶再结晶温度：发生再结晶的最低温度。纯金属的最低再结晶温度T再0.4T熔⑷影响再结晶晶粒度的因素：①加热温度和时间；②预先变形程度4、塑性变形：金属塑性变形方式：滑移和孪生⑴滑移的特点：①只能在切应力的作用下发生；②沿密排面和密排方向发生；③位移量是原子间距整数倍；④伴随着转动滑移的机理：通过位错运动实现。机械工程材料复习Page8of50孪生特点：①孪生使晶格位向发生改变；②所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速；③孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。⑵冷热加工：以再结晶温度划分①冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，提高。②热加工：形成纤维组织、带状组织纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。㈡合金的组织1、相图匀晶L共晶L+共析+包晶L+杠杆定律：只适用于两相区。枝晶偏析：在一个枝晶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⑴固溶体转变：AF机械工程材料复习Page9of50⑵共析转变：AP(F+Fe3C)⑶二次析出：AFe3CⅡ⑷奥氏体化⑸过冷奥氏体转变⑹固溶处理+时效：固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。3、铁碳合金相图点：符号、成分、温度典型合金的结晶过程（以共析钢为例）杠杆定律的应用四、钢的热处理㈠热处理原理1、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晶粒度。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倾向。机械工程材料复习Page10of502、冷却时的转变⑴等温转变曲线及产物⑵用C曲线定性说明连续冷却转变产物根据与C曲线交点位置判断转变产物3、回火时的转变碳钢：马氏体的分解；残余奥氏体分解；-碳化物转变为Fe3C；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化。W18Cr4V钢：560℃三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化方法。㈡热处理工艺热处理工艺（续）五、工业用金属材料㈠工业用钢工业用钢（续）工业用钢（续）㈡铸铁石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。机械工程材料复习Page11of50㈢有色金属及其合金一．填空题（共30分，每空1分）1．液态金属结晶的基本过程是形核与晶核长大。2．铁素体（F）是碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，其晶格类型是：体心立方。3.检测淬火钢件的硬度一般用洛氏（HRC）硬度；而检测退火和正火钢件的硬度常用布氏（HRB）硬度。4．GCr15钢是滚动轴承钢，其Cr的质量分数是1.5%。5．16Mn钢是合金结构钢，其碳的质量分数是0.16%。6．QT600-03中的“03”的含义是：最低伸长率为3%。7.钢与铸铁含碳量的分界点是：2.11%。8．贝氏体的显微组织形态主要有B上和B下两种，其中B下的综合性能好。9．钢的淬火加热温度越高，淬火后马氏体中含碳量越高，马氏体晶粒越粗大，残余奥氏体的量越越多。10．钢加热时A的形成是由A晶核的形成、A晶核向F和Fe3C两侧长大、残余Fe3C的溶解、A的均匀化等四个基本过程所组成的。11．一般表面淬火应选中碳成分钢，调质件应选用中碳成分钢。13．碳钢常用的淬火介质是水，而合金钢是油。14．T10钢（Ac1≈727℃，Accm≈800℃）退火试样经700℃、780℃、860℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+Fe3C，Fe3C+M+Ar，M+Ar。15．渗碳钢在渗碳后缓慢冷却，由表面向心部的组织分布依次为：P+Fe3CⅡ（网状），P，P+F。二．判断题（共10分，每小题1分）（正确√错误×，答案填入表格）得分机械工程材料复习Page12of5012345678910×√√×××√√××1．在其他条件相同时，砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒更细。2．固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。3．珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。4．碳的质量分数对碳钢力学性能的影响是：随着钢中碳的质量分数的增加，硬度、强度增加，塑性、韧性也随着增加。5．淬火临界冷却速度是钢获得马氏体的最小冷却速度。6．淬透性好的钢，其淬硬性也一定好。7．大部分合金钢的淬透性比碳钢好。8．正火的冷却速度比退火快，故同一钢种经正火处理后的组织较细，其强度、硬度比退火高。9．由于淬火钢回火时的加热温度在A1以下，所以淬火钢在回火时没有组织变化。10．可锻铸铁具有一定的塑性，可以进行锻造加工。三．单项选择题（共15分，每小题1分）（请将答案填入表格）123456789101112131415bbabbbabaacaaab1．表示金属材料屈服点的符号是：a.σeb.σSc.σb2．引起钢的冷脆性的有害杂质元素是：a.硫b.磷c.硫和磷3．固溶体的晶体结构特点是：a.与溶剂相同b.与溶质相同c.形成新的晶体类型4．钢在淬火后获得M组织的粗细主要取决于：a.A的本质晶粒度b.A的实际晶粒度c.A的起始晶粒度5．高速钢的红硬性取决于：a.马氏体的多少b.淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量c.钢的含碳量机械工程材料复习Page13of506．室温下金属的晶粒越细，则：a.强度越高，塑性越差b.强度越高，塑性越好c.强度越低，塑性越好7．反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最