《机械工程材料》复习2012

《机械工程材料》复习
⑴ 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。
指标为弹性模量：E=/
⑵ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：
抗拉强度 b—材料断裂前承受的最大应力。
屈服强度 s—材料产生微量塑性变形时的 应力。
• 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、。
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。
2、冷却时的转变
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。
பைடு நூலகம்
• 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：AF
• ⑵ 共析转变：AP(F+Fe3C)
• ⑶ 二次析出：AFe C
一个合金的室温组织为α+二次β+(α+β)，它由（ ）。 A.二相组成√ B. 三相组成 C.四相组成 D. 两种组织组成物 含40％Ｎｉ的Ｃｕ－Ｎｉ合金平衡结晶到二相区内时，液相和 固相Ni含量的情况。
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
• 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。
常温下，金属单晶体的塑性变形方式为滑移或孪生。
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
• 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。 铁的同素异构转变：-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
3.0 2.11 100% 40.6% 4.3 2.11
2.11 0.77 13.4% 6.69 0.77
含碳 3.0%亚 共晶白 口铁
QF
6.69 3.0 100% 55.2% 6.69 0.0008
Q Le '
QFe3C 100% 55.2% 44.8%
• 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。
• 概念：
韧脆转变
二、晶体结构
• 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.
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
• 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。
• 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。
• 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。)
• 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
.
• 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。
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• 强碳化物形成元素：Ti、Nb、V • 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr • 弱碳化物形成元素：Mn、Fe
如TiC、VC 如Cr23C6 如Fe3C
度
A G
E
L+ Fe3C F
A+F
P
Le A+ S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le Le+ Fe3CⅠ
P F+ Fe3C Le’ P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
Fe
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
典型合金的结晶过程（以共析钢为例）
温度
时间
杠杆定律的应用
• ②预先变形程度
• 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。
1394℃ 912℃
• 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
• ①加热温度和时间；
(P70.)
HJB 1495℃ ECF 1148℃ PSK 727℃
• 点：符号、成分、温度 线：液固相线、水
平线、固溶线、固 溶体转变线 相区标注 组织组成物标注 复相组织组成物： 珠光体P(F+ Fe3C) 莱氏体Le(A+ Fe3C) Le’(P+Fe3C)
F A
J 温 N A+
H
L D L+A C A+ Fe3C
• 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。
凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程 (
)
金属结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这 两个过程是( )。 A. 自发和非自发形核 B. 成核和长大 C.冷却和过冷度 D. 平面长大和树枝状长大 自发生核的生核率与过冷度的关系是( )。
在一般情况下,若金属的晶粒细,则( A.金属的强度好、塑性好、韧性好 B.金属的强度好、塑性好、韧性差 C.金属的强度好、塑性差、韧性好 D.金属的强度差、塑性差、韧性差
合金 45钢 T10钢 相的相对重量百分比
QFe3C 0.45 0.0008 100% 6.7% 6.69 0.0008
组织组成物的相对重 量百分比
QP 0.45 0.0008 100% 58.4% 0.77 0.0008
QF 100% 6.7% 93.3%
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⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
晶格常数 体心立方 a
3 a 4
面心立方 a
2 a 4
密排六方 a、 c
1 a 2
原子半径
原子个数 配位数 致密度 滑移面 滑移方向 滑移系 常见金属 2 8
4 12 0.74 {111} ×4 <110> ×3 12 -Fe、Ni、
6 12 0.74 六方底面×1 底面对角×3 3 Mg、Zn
• 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
0.68 {110}×6 <111> ×2 12 -Fe、Cr、
• 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
a 3
晶面或晶向。
• 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。