【正文】 機(jī)械工程復(fù)習(xí)材料作者：日期：機(jī)械工程材料復(fù)習(xí)第一部分 基本知識一、概述⒈目的掌握常用工程材料的種類、成分、組織、性能和改性方法的基本知識（性能和改性方法是重點(diǎn)）。具備根據(jù)零件的服役條件合理選擇和使用材料；具備正確制定熱處理工藝方法和妥善安排工藝路線的能力。⒉復(fù)習(xí)方法以“材料的化學(xué)成分→加工工藝→組織、結(jié)構(gòu)→性能→應(yīng)用” 之間的關(guān)系為主線，掌握材料性能和改性的方法，指導(dǎo)復(fù)習(xí)。二、材料結(jié)構(gòu)與性能：⒈材料的性能：①使用性能：機(jī)械性能（剛度、彈性、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性）；②工藝性能：熱處理性能、鑄造性能、鍛造性能、機(jī)械加工性能等。⒉材料的晶體結(jié)構(gòu)的性能：純金屬、實(shí)際金屬、合金的結(jié)構(gòu)（第二章）；純金屬：體心立方（ ）、面心立方（ ），各向異性、強(qiáng)度、硬度低；塑性、韌性高eF?eF?實(shí)際金屬：晶體缺陷（點(diǎn)：間隙、空位、置換；線：位錯；面：晶界、壓晶界）→各向同性；強(qiáng)度、硬度增高；塑性、韌性降低。合金：多組元、固溶體與化合物。力學(xué)性能優(yōu)于純金屬。單相合金組織：合金在固態(tài)下由一個固相組成；純鐵由單相鐵素體組成。多相合金組織：由兩個以上固相組成的合金。多相合金組織性能：較單相組織合金有更高的綜合機(jī)械性能，工程實(shí)際中多采用多相組織的合金。⒊材料的組織結(jié)構(gòu)與性能⑴。結(jié)晶組織與性能：F、P 、A、Fe3C、Ld ；1）平衡結(jié)晶組織平衡組織：在平衡凝固下，通過液體內(nèi)部的擴(kuò)散、固體內(nèi)部的擴(kuò)散以及液固二相之間的擴(kuò)散使使各個晶粒內(nèi)部的成分均勻，并一直保留到室溫。2）成分、組織對性能的影響①硬度(HBS)：隨C﹪↑,硬度呈直線增加， HBS值主要取決于組成相 的相對量。CFe3②抗拉強(qiáng)度( )：C﹪＜%范圍內(nèi)，先增加，C﹪＞～％后， 值顯著下降。b? b?③鋼的塑性( )、韌性( )：隨著C﹪↑,呈非直線形下降。??ka3）硬而脆的化合物對性能的影響：第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物，若化合物呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降；若化合物呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：降低應(yīng)力集中程度及對固溶體基體的割裂作用，使韌性及切削加工性提高；呈彌散分布于基體上：則阻礙位錯的移動及阻礙晶粒加熱時的長大，使強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化；呈層片狀分布于基體上：則使強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。⑵。塑性變形組織與性能1）組織與性能的變化金屬塑性變形后產(chǎn)生晶格畸變，晶粒破碎現(xiàn)象，處于組織不穩(wěn)定狀態(tài)的非平衡組織，非平衡組織向平衡組織轉(zhuǎn)變：可通過再結(jié)晶、時效及回火實(shí)現(xiàn)。加工硬化， 物電阻增大、耐蝕性降低等，各向異性：產(chǎn)生纖維狀組織；晶粒破碎、位錯密度增加；織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生；殘余內(nèi)應(yīng)力。2)變形金屬在加熱過程中組織和性能的變化回復(fù)（去應(yīng)力退火）：強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性略有提高。電阻和內(nèi)應(yīng)力等理化性能顯著下降再結(jié)晶：形成細(xì)小的等軸晶粒。加工硬化消失，金屬的性能全部恢復(fù)。金屬的強(qiáng)度和硬度明顯↓，而塑性和韌性顯著↑，性能完全恢復(fù)到變形前的水平。⑶。熱處理組織與性能1)貝氏體的機(jī)械性能： 上貝氏體：鐵素體片較寬．塑性變形抗力較低；同時，滲碳體分布在鐵素體片之間，容易引起脆斷．因此，強(qiáng)度和韌性都較差。下貝氏體：鐵素體針細(xì)小，碳化物分布均勻，所以硬度高，韌性好，綜合機(jī)械性能好。 2)馬氏體的形態(tài)及機(jī)械性能①．板條馬氏體（又稱位錯馬氏體。）：碳含量＜％；機(jī)械性能：不存在顯微裂紋，淬火應(yīng)力小，強(qiáng)度高，塑性、韌性好。②．針狀馬氏體：碳含量＞％；（顯微鏡下呈針狀）機(jī)械性能：存在大量顯微裂紋，較大的淬火應(yīng)力，塑性和韌性均很差；③．混合組織馬氏體：％％之間時．為板條和片狀馬氏體的混合組織。④．馬氏體的硬度,含碳最增加，硬度升高．％以后，其硬度的變化趨于平緩。⑤合金元素對鋼中馬氏體的硬度影響不大。3）回火組織與性能回火類型 回火溫度 組織 性能及應(yīng)用 組織形態(tài)低溫回火 150~250 回火M（M’）保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力，用于工模具鋼，表面淬火及滲碳淬火件過飽和 ＋ 碳化物( )??CFex中溫回火 350500 回火屈氏體（T’）硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度↑，用于彈性元件保留馬氏體針形F+細(xì)粒狀Fe 3C高溫回火 500650 回火索氏體（S’）強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機(jī)械性能，優(yōu)于正火得到的組織。中碳鋼、重要零件采用。多邊形F+粒狀Fe 3C⒋材料組織結(jié)構(gòu)變化實(shí)現(xiàn)的性能強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使金屬材料得到強(qiáng)化稱為固溶強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化：強(qiáng)度、硬度越高；其塑性、韌性越好。晶界處原子排列混亂，使其熔點(diǎn)低，易受腐蝕。由結(jié)晶過程、冷熱塑性變形、合金化、熱處理實(shí)現(xiàn)。 加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉長、位錯密度增加，從而使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性、耐蝕性等下降，并產(chǎn)生各向異性。冷塑性變形實(shí)現(xiàn)。第二相強(qiáng)化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈網(wǎng)狀分布：則使強(qiáng)度、塑性下降；若呈球狀、粒狀（球墨鑄鐵）：使韌性及切削加工性提高；呈彌散分布于基體上：使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性僅略有下降或不降即彌散強(qiáng)化；呈層片狀分布于基體上：強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降。形變強(qiáng)化：金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度；相變強(qiáng)化：通過熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強(qiáng)化。三、材料熱處理、合金化與性能⒈改善材料成形加工組織與性能的熱處理工藝（預(yù)先熱處理）⑴退火：完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火 退火：加熱＋保溫＋緩冷獲得接近平衡狀態(tài)組織。 退火目的： 改善鑄、鍛、焊粗大不均勻的組織，降硬度，提高塑性，改善冷加工工藝性。消除成分不均勻，內(nèi)應(yīng)力。1）完全退火（加熱Ac3＋（20～30℃）溫度，保溫、緩冷組織：P+F目的：① 細(xì)化，均勻化粗大、的原始組織；② 降低硬度→切削性↑；③ 消除內(nèi)應(yīng)力；消除組織缺陷；應(yīng)用：（C%=～%）亞共折鋼，共析鋼和合金鋼鑄、鍛、軋2）球化退火加熱Ac1＋（10～30℃），保溫、緩冷（或Ar1－（20～30℃）等溫）應(yīng)用：過，共析鋼、高碳合金鋼組織：球狀P（F+球狀Cem）目的：①Fe3 CII及Fe3 C共析球化→HRC↓，韌性↑→切削性↑②為淬火作準(zhǔn)備；球化退火前，正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，以利于球化進(jìn)行。3）擴(kuò)散退火加熱1050～1150℃，保溫10～20h,冷卻：爐冷組織：P+F或P+Fe 3CII目的：消除偏析后果：粗晶、魏氏組織、帶狀組織，韌性、塑性較差，需完全退火或正火來細(xì)化晶粒。4）去應(yīng)力退火（再結(jié)晶退火）加熱：Ac1－（100～200）℃；保溫＋爐冷；目的：消除加工硬化，消除殘余應(yīng)力。⑵正火正火：亞共析加熱Ac 3 ＋（30～50℃）、過共析鋼加熱Accm＋（30～50℃）保溫＋空冷，得到P類工藝。組織：S或P（F＋Fe 3C） 正火與完全退火的區(qū)別：冷速較快，組織較細(xì)，得更高的強(qiáng)度和硬度；生產(chǎn)周期較短，成本較低。 目的及應(yīng)用：預(yù)先熱處理、最終熱處理、改善切削加工性能。