1、機械工程材料總復習一、性能l 使用性能l 1、力學性能l 剛度：材料抵抗彈性變形的能力。l 指標為彈性模量：E=s/el 強度：材料抵抗變形和破壞的能力。指標：l 抗拉強度s b材料斷裂前承受的最大應力。l 屈服強度s s材料產生微量塑性變形時的應力。l 條件屈服強度s 0.2殘余塑變為0.2%時的應力。l 疲勞強度s -1無數次交變應力作用下不發生破壞的最大應力。l 塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標為d、y。l 硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標為HB、HRC。l 沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標為k.材料的使用溫度應在冷脆轉變溫度以上。l 斷裂韌性：材料抵抗內部裂紋擴

2、展的能力。指標為K1C。l 2、化學性能l 耐蝕性：材料在介質中抵抗腐蝕的能力。l 抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用的能力。l 3、耐磨性：材料抵抗磨損的能力。l 工藝性能l 1、鑄造性能：液態金屬的流動性、填充性、收縮率、偏析傾向。l 2、鍛造性能：成型性與變形抗力。l 3、切削性能：對刀具的磨損、斷屑能力及導熱性。l 4、焊接性能：產生焊接缺陷的傾向。l 5、熱處理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。二、晶體結構l 純金屬的晶體結構l 1、理想金屬l 晶體：原子呈規則排列的固體。l 晶格：表示原子排列規律的空間格架。l 晶胞：晶格中代表原子排列規律的最小幾何單元. 三種常見純金屬

3、的晶體結構l 立方晶系的晶面指數和晶向指數l 晶面指數：晶面三坐標截距值倒數取整加（ ）l 晶向指數：晶向上任一點坐標值取整加 l 立方晶系常見的晶面和晶向 l 晶面族與晶向族l 指數不同但原子排列完全相同的 晶面或晶向。l 密排面和密排方向 同滑移面與滑移方向l 在立方晶系中，指數相同的晶面與晶向相互垂直。2、實際金屬 l 多晶體結構：由多晶粒組成的晶體結構。l 晶粒：組成金屬的方位不同、外形不規則的小晶體. l 晶界：晶粒之間的交界面。l 晶體缺陷晶格不完整的部位l 點缺陷l 空位：晶格中的空結點。l 間隙原子：擠進晶格間隙中的原子。l 置換原子：取代原來原子位置的外來原子。 l 線缺陷位

4、錯l 晶格中一部分晶體相對另一部分晶體沿某一晶面發生局部滑移, 滑移面上滑移區與未滑移區的交接線.l 面缺陷晶界和亞晶界 l 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。l 晶界的特點：l 原子排列不規則；阻礙位錯運動；熔點低；產耐蝕性低；生內吸附；是相變的優先形核部位。l 金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協調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。l 晶粒越細，單位體積內同時參與變形的晶粒數目越多,變形越均勻，在斷裂前將發生較大塑性變形。強度和塑性同時增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好. l 細晶強化：通過細化晶粒來提高強

5、度、硬度和塑性、韌性的方法。l 合金的晶體結構l 合金：由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色合金。 l 相：金屬或合金中凡成分相同、結構相同，并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。l 1、固溶體：與組成元素之一的晶體結構相同的固相.l 置換固溶體：溶質原子占據溶劑晶格結點位置形成的固溶體。多為金屬元素之間形成的固溶體。 l 間隙固溶體：溶質原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。l 為過渡族金屬元素與小原子半徑非金屬元素組成。l 鐵素體：碳在a-Fe中的固溶體。l 奧氏體：碳在g-Fe中的固溶體。l 馬氏體：碳在a-Fe中的過飽和固溶體。l 固溶強化：隨溶質含量

6、增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現象。l 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。 l 金屬化合物：與組成元素晶體結構均不相同的固相.l 正常價化合物 如Mg2Si l 電子化合物 如Cu3Snl 間隙化合物：由過度族元素與C、N、H、B等小原子半徑的非金屬元素組成。l 分為結構簡單的間隙相和復雜結構的間隙化合物。l 強碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VCl 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6l 弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe3Cl 性能比較：強度：固溶體>純金屬l 硬度：化合物>固溶體>純金屬l 塑性：化合物<

7、固溶體<純金屬l 金屬化合物形態對性能的影響l 基體、晶界網狀：強韌性低l 晶內片狀：強硬度提高，塑韌性降低l 顆粒狀：l 彌散強化：第二相顆粒越細，數量越多，分布越均勻,合金的強度、硬度越高，塑韌性略有下降的現象。 l 固溶體與化合物的區別：結構；性能；表達方式·合金元素在鋼中的作用l 1、強化鐵素體；l 2、形成化合物第二相強化l 3、擴大（C,Mn,Ni,Co）或縮小（Cr,Si,W,Mo）A相區l 4、使S、E點左移l 5、影響A化l 6、溶于A(除Co外), 使C曲線右移, Vk減小, 淬透性提高.l 7、除Co、Al外，使Ms、Mf點下降。l 8、提高耐回火性（淬火

8、鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力） l 9、產生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時，由于析出細小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時A轉變為M回，使硬度不僅不下降，反而升高的現象) l 10、防止第二類回火脆性：W、Mol (回火脆性 ：淬火鋼在某些溫度范圍內回火時，出現的沖擊韌性下降的現象。)三、組織l 純金屬的組織l 1、結晶：金屬由液態轉變為晶體的過程l 結晶的條件過冷：在理論結晶溫度以下發生結晶的現象。l 過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差。l 結晶的基本過程晶核形成與晶核長大l 形核自發形核與非自發形核l 長大均勻長大與樹枝狀長大l 結晶晶粒度控制方法：增加過冷度；變質處理；

9、機械振動、攪拌l 2、純金屬中的固態轉變l 同素異構轉變：物質在固態下晶體結構隨溫度而發生變化的現象。l 固態轉變的特點：形核部位特殊；過冷傾向大;伴隨著體積變化。l 3、再結晶l 再結晶條件：冷塑性變形l 加熱時的變化：回復再結晶晶粒長大l 再結晶：冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程.再結晶不是相變過程。 l 再結晶溫度：發生再結晶的最低溫度。l 純金屬的最低再結晶溫度T再»0.4T熔l 影響再結晶晶粒度的因素：加熱溫度和時間；l 預先變形程度l 4、塑性變形：l 金屬塑性變形方式：滑移和孿生l 滑移的特點：l 只能在切應力的作用下發生；l 沿密排面和密排方向發生；l 位移量是原

10、子間距整數倍；l 伴隨著轉動l 滑移的機理：通過位錯運動實現。l 孿生特點：l 孿生使晶格位向發生改變；所需切應力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。 l 冷熱加工：以再結晶溫度劃分l 冷加工組織：晶粒被拉長壓扁、亞結構細化、l 織構：變形量大時，大部分晶粒的某一位向與外力趨于一致的現象。l 加工硬化： 隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現象。l 冷加工使內應力增加，耐蝕性下降，r提高。l 熱加工：形成纖維組織、帶狀組織l 纖維組織使熱加工金屬產生各向異性，加工零件時應考慮使流線方向與拉應力方向一致。 合金的組織l 1、

11、相圖 勻晶L®a 共晶L®a+b 共析 g®a+b 包晶L+a®bl 杠桿定律：只適用于兩相區。l 枝晶偏析：在一個枝晶范圍內或一個晶粒范圍內成分不均勻的現象。 l 2、合金中的固態相變l 固溶體轉變：A®Fl 共析轉變：A®P(F+Fe3C)l 二次析出：A®Fe3Cl 奧氏體化l 過冷奧氏體轉變l 固溶處理+時效：l 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飽和的單相固溶體組織的處理。l 時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。 3、鐵碳合金相圖 l 點：符號、成分、溫度l典型合金的結晶過程（以共析鋼為例）杠桿定律的應用四、鋼的熱處理l 熱處理原理l 1、加熱時的轉變l 奧氏體化步驟：A形核；A晶核長大；殘余滲碳體溶解；A成分均勻化。l 奧氏體化后的晶粒度：l 初始晶粒度：奧氏體化剛結束時的晶粒度。l 實際晶粒度：給定溫度下奧氏體的晶粒度。l 本質晶粒度：加熱時奧氏體晶粒的長大傾向。 2、冷卻時的轉變l 等溫轉變曲線及產物 l 3、回火時的轉變l 碳鋼：馬氏體的分解 ；殘余奧氏體分解 ；e-碳化物轉變為Fe3C ；