【正文】 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 1 of 77 《《 機(jī)機(jī) 械械 工工 程程 材材 料料 》》 總 復(fù) 習(xí) ? 條件屈服強(qiáng)度 ? — 殘余塑變?yōu)?%時(shí)的應(yīng)力。 ? 疲勞強(qiáng)度 ? 1— 無(wú)數(shù)次交變應(yīng)力作用下不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力。 ? ⑶ 塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為 ?、 ?。 ? ⑷ 硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)為 HB、 HRC。 ? ⑸ 沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)為 α 冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。 ? ⑹ 斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的能力。指標(biāo)為 K1C。 ? 化學(xué)性能 ? ⑴ 耐蝕性：材料在介質(zhì)中抵抗腐蝕的能力。 ? ⑵ 抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用 的能力。 ? 耐磨性：材料抵抗磨損的能力。 ? ㈡ 工藝性能 ? 鑄造性能：液態(tài)金屬的流動(dòng)性、填充性、收縮率 、 偏析傾向。 ? 鍛造性能：成型性與變形抗力。 ? 切削性能：對(duì)刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性。 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 2 of 77 ? 焊接性能：產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。 ? 熱處理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。 二二 、 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) ? ㈠ 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) ? 理想金屬 ? ⑴ 晶體：原子呈規(guī)則排列的固體。 ? 晶格：表示原子排列規(guī)律的空間格架。 ? 晶胞：晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元 . ⑵⑵ 三三 種種 常常 見(jiàn)見(jiàn) 純純 金金 屬屬 的的 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) ? ⑶ 立方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù) ? ①晶面指數(shù)：晶面三坐標(biāo)截距值倒數(shù)取整加（ ） ? ②晶向指數(shù)：晶向上任一點(diǎn)坐標(biāo)值取整加 [ ] ? 立方晶系常見(jiàn)的晶面和晶向 ? ⑷ 晶面族與晶向族 ? 指數(shù)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 —— 同滑移面與滑移方向 ? 在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。 實(shí)實(shí) 際際 金金 屬屬 ? ⑴ 多晶體結(jié)構(gòu)：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。 ? 晶粒：組成金屬的方位不同、外形不規(guī)則的小晶體 . 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 3 of 77 ? 晶界：晶粒之間的交界面。 ? ⑵ 晶體缺陷 — 晶格不完整的部位 ? ① 點(diǎn) 缺陷 ? 空位：晶格中的空結(jié)點(diǎn)。 ? 間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。 ? 置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子。 ? ② 線缺陷 —— 位錯(cuò) ? 晶格中一部分晶體相對(duì)另一部分晶體沿某一晶面發(fā)生局部滑移 , 滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交接線 . ? ③ 面缺陷 —— 晶界和亞晶界 ? 亞晶粒：組成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶塊。亞晶界：亞晶粒之間的交界面。 ? ④ 晶界的特點(diǎn)： ? 原子排列不規(guī)則；阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；熔點(diǎn)低；耐蝕性低；產(chǎn)生內(nèi)吸附；是相變的優(yōu)先形核部位。 ? 金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的 具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。 ? 晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多 ,變形越均勻，在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好 . 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 4 of 77 ? 細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的方法。 ? ㈡ 合金的晶體結(jié)構(gòu) ? 合金：由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色合金。 ? 相：金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。 ? 固溶體：與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相 . ? ⑴ 置換固溶體 ：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置形成的固溶體。多為金屬元素之間形成的固溶體。 ? ⑵ 間隙固溶體：溶質(zhì)原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。 ? 為過(guò)渡族金屬元素與小原子半徑非金屬元素組成。 ? 鐵素體：碳在 ?Fe中的固溶體。 ? 奧氏體：碳在 ?Fe中的固溶體。 ? 馬氏體：碳在 ?Fe中的過(guò)飽和固溶體。 ? 固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 ? 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，并隨含碳量增加而提高。 ? ⑵ 金屬化合物：與組成元素晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相 . ? ① 正常價(jià)化合物 如 Mg2Si 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 5 of 77 ? ② 電子化合物 如 Cu3Sn ? ③ 間隙化合物：由過(guò)度族元素與 C、 N、 H、 B等小原子半徑的非金屬元素組成。 ? 分為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。 ? 強(qiáng)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 性能比較：強(qiáng)度：固溶體 ?純金屬 ? 硬度：化合物 ?固溶體 ?純金屬 ? 塑性：化合物 ?固溶體 ?純金屬 ? ⑷ 金屬化合物形態(tài)對(duì)性能的影響 ? ① 基體、晶界網(wǎng)狀：強(qiáng)韌性低 ? ② 晶內(nèi)片狀：強(qiáng)硬度提高，塑韌性降低 ? ③ 顆粒狀： ? 彌散強(qiáng)化：第二相顆粒越細(xì)，數(shù)量越多，分布越均勻 ,合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑韌性略有下降的現(xiàn)象。 ? ⑸ 固溶體與化合物的區(qū)別：①結(jié)構(gòu)；②性能；③表達(dá)方式 ? 合金元素在鋼中的作用 ? 強(qiáng)化鐵素體； ? 形成化合物 —— 第二相強(qiáng)化 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 6 of 77 ? 擴(kuò)大（ C,Mn,Ni,Co）或縮?。?Cr,Si,W,Mo） A相區(qū) ? 使 S、 E點(diǎn)左移 ? 影響 A化 ? 溶于 A(除 Co外 ), 使 C曲線右移 , Vk減小 , 淬透性提高 . ? 除 Co、 Al外，使 Ms、 Mf點(diǎn)下降。 ? 提高耐回火性（淬火鋼在回火過(guò)程中抵抗硬度下降的能力） ? 產(chǎn)生二次硬化 (含高 W、 Mo、 Cr、 V鋼淬火后回火時(shí)，由于析出細(xì)小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時(shí) A’ 轉(zhuǎn)變?yōu)?M回 ，使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象 ) ? 防止第二類(lèi)回火脆性： W、 Mo ? (回火脆性 ：淬火鋼在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象。 ) 三、組織 ? ㈠ 純金屬的組織 ? 結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過(guò)程 ? ⑴ 結(jié)晶的條件 —— 過(guò)冷：在理論結(jié)晶溫度以下 發(fā)生結(jié)晶的現(xiàn)象。 ? 過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。 ? ⑵ 結(jié)晶的基本過(guò)程 —— 晶核形成與晶核長(zhǎng)大 ? 形核 —— 自發(fā)形核與非自發(fā)形核 ? 長(zhǎng)大 —— 均勻長(zhǎng)大與樹(shù)枝狀長(zhǎng)大 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 7 of 77 ? ⑶ 結(jié)晶晶粒度控制方法：①增加過(guò)冷度；②變質(zhì)處理；③機(jī)械振動(dòng)、攪拌 ? 純金屬中的固態(tài)轉(zhuǎn)變 ? 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 ? 固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：①形核部位特殊；②過(guò)冷傾向大 。③ 伴隨著體積變化。 ? 再結(jié)晶 ? ⑴再結(jié)晶條件：冷塑性變形 ? ⑵加熱時(shí)的變化：回復(fù)→再結(jié)晶→晶粒長(zhǎng)大 ? 再結(jié)晶：冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程 .再結(jié) 晶不是相變過(guò)程。 ? ⑶ 再結(jié)晶溫度：發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度。 ? 純金屬的最低再結(jié)晶溫度 T再 ? ? ⑷ 影響再結(jié)晶晶粒度的因素：①加熱溫度和時(shí)間； ? ②預(yù)先變形程度 ? 塑性變形： ? 金屬塑性變形方式：滑移和孿生 ? ⑴ 滑移的特點(diǎn)： ? ①只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生； ? ②沿密排面和密排方向發(fā)生； ? ③位移量是原子間距整數(shù)倍； ? ④伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng) ? 滑移的機(jī)理：通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 8 of 77 ? 孿生特點(diǎn)： ? ①孿生使晶格位向發(fā)生改變；②所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；③孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距。 ? ⑵ 冷 熱加工：以再結(jié)晶溫度劃分 ? ① 冷加工組織：晶粒被拉長(zhǎng)壓扁、亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、 ? 織構(gòu)：變形量大時(shí)，大部分晶粒的某一位向與外力趨于一致的現(xiàn)象。 ? 加工硬化： 隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 ? 冷加工使內(nèi)應(yīng)力增加，耐蝕性下降， ?提高。 ? ② 熱加工：形成纖維組織、帶狀組織 ? 纖維組織使熱加工金屬產(chǎn)生各向異性，加工零件時(shí)應(yīng)考慮使流線方向與拉應(yīng)力方向一致。 ㈡ 合金的組織 ? 相圖 勻晶 L?? 共晶 L??+? 共析 ???+? 包晶 L+??? ? 杠桿定律：只適用于兩相區(qū)。 ? 枝晶偏析 ：在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。 ? 合金中的固態(tài)相變 ? ⑴ 固溶體轉(zhuǎn)變： A?F 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 9 of 77 ? ⑵ 共析轉(zhuǎn)變： A?P(F+Fe3C) ? ⑶ 二次析出 ： A?Fe3CⅡ ? ⑷ 奧氏體化 ? ⑸ 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變 ? ⑹ 固溶處理 +時(shí)效： ? 固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。 ? 時(shí)效是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。 鐵碳合金相圖 ? 點(diǎn)：符號(hào)、成分、溫度 典型合金的結(jié)晶過(guò)程（以共析鋼為例） 杠桿定律的應(yīng)用 四、鋼的熱處理 ? ㈠ 熱處 理原理 ? 加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 ? 奧氏體化步驟： A形核； A晶核長(zhǎng)大；殘余滲碳體溶解； A成分均勻化。 ? 奧氏體化后的晶粒度： ? 初始晶粒度：奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度。 ? 實(shí)際晶粒度：給定溫度下奧氏體的晶粒度。 ? 本質(zhì)晶粒度：加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向。 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 10 of 77 冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 ? ⑴ 等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物 ⑵ 用 C曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ? 根據(jù)與 C曲線交點(diǎn)位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ? 回火時(shí)的轉(zhuǎn)變 ? 碳鋼：馬氏體的分解 ；殘余奧氏體分解 ； ?碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe3C ； Fe3C聚集長(zhǎng)大和鐵素體多邊形化 。 ? W18Cr4V鋼： 560℃ 三次回火。析出 W、 Mo、 V的碳化物，產(chǎn)生二次硬化?；鼗鹄鋮s時(shí)， A’ 轉(zhuǎn)變?yōu)?M。每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。 ? 強(qiáng)化鋼鐵材料最經(jīng)濟(jì)有效的熱處理工藝是淬火 +回火 ,它包含了四種基本強(qiáng)化方法。 ㈡ 熱處理工藝 熱處理工藝（續(xù)） 五、工業(yè)用金屬材料 ? ㈠ 工業(yè)用鋼 工業(yè)用鋼（續(xù)） 工業(yè)用鋼（續(xù)） ㈡ 鑄鐵 ? 石墨化：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過(guò)程。 機(jī)械工程材料復(fù)習(xí) Page 11 of 77 ㈢ 有色金屬及其合金 一．填空題（共 30 分，每空 1 分） 1．液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過(guò)程是 形核與晶核長(zhǎng)大 。