机械工程材料

机械工程材料的基本概念失效------零件若失去设计要求的效能即为失效。

变形------材料在外力作用下的形状或尺寸的变化叫变形。

弹性------是指材料弹性变形的大小。

弹性塑性变形------外力去除后能够恢复的变形叫弹性变形，不能够恢复的叫塑性形变。

弹性模量E---是材料抵抗弹性变形的性能指标。

主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。

熔点越高E越高。

反映原子间结合力强弱，跟温度的变化而变化。

刚度------零件在受力时抵抗弹性形变的能力。

强度------材料抵抗变形或断裂的能力。

屈服强度δs------是材料开始产生塑性形变的应力。

抗拉强度δb----是材料开始产生最大均匀塑性形变的应力。

塑性-是指材料断裂前发生塑性变形的能力。

断后伸长率δ，断面收缩率ψ。

硬度------是表征材料软硬程度的一种性能。

韧性------表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是材料强度和塑性的综合表现。

韧性好，发生脆性断裂的倾向小。

冲击韧性A k---是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

断裂韧性K Ic------是指材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

应力腐蚀------是指材料在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。

蠕变------材料在长时间的恒温，恒应力作用下缓慢的产生塑性变形的现象称为蠕变。

由于这种变形而引起的断裂称蠕变断裂。

（碳钢在300—350℃）蠕变极限-高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。

持久强度------材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。

过冷现象----液体温度达到T0时并不能结晶，必须到T0以下的某一温度T n时才开始结晶，称为实际结晶温度。

在实际结晶过称中总是低于T0，这种现象称为过冷现象。

过冷度------两者之间的温度差ΔT== T0——T n称为过冷度。

过烧---------钢材在奥氏体单项区温度范围内锻造或轧制，温度过高钢材氧化严重或发生奥氏体晶界熔化称过烧。

一般控制在固相线以下100---200度，过高晶粒粗大，过低塑性差，导致产生裂纹。

自由能----物质能够对外做功的能量。

自然界的一切自发转变过程总是从其能量较高的状态倾向能量较低的状态，同一物质的液体和固体，由于状态不同就有不同的自由能。

固体与液体间的自由能差为结晶驱动力。

结晶------物质从液体转变为晶体的过程为结晶。

欲使液体结晶就必须有一定得过冷度，以提供结晶驱动力，冷却速度大，过冷度大，过冷度大，自由能大，自由能大，结晶驱动力大，结晶倾向大，晶核多。

单晶体-----一块晶体只有一个晶核长成，只有一个晶粒，称之为单晶体。

如：单晶硅。

实际使用中的金属材料通常为多晶体。

晶体结构----晶体中原子在空间的具体排列就成为晶体结构。

常见的有三种:体心立方，面心立方，密排立方。

各项异性---不同晶面上和晶向上的原子排列情况不同，故在不同方向上的性能不同。

（单晶体）（多晶体-织构）晶体缺陷-----在实际晶体中会出现许多原子排列不规则的区域称之为晶体缺陷。

细晶强化-----材料的晶粒越细，晶界越多，强度越高。

通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化同素异构-----同一种元素在固态下随温度变化而发生的晶体结构转变称为同素异构转变。

工业纯铁-----含有少量杂质的纯铁称为工业纯铁。

室温下为α-Fe，具有体立方结构，强度低，塑性，韧性很好。

铁和碳的相互作用表现为两个方面：形成固溶体，化合物。

固溶体------就是固体溶液，它是溶质原子溶入溶剂中形成的晶体，保持着溶剂元素的晶体结构。

化合物----它的特点就是晶体结构和性能都不同于其组成元素铁素体-----人们把碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用α或F表示具有体心立方结构。

（max0.0218％）奥氏体------人们把碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或A表示具有面心立方结构。

（max2.11％）固溶强化-----通过融入某种溶质元素形成固溶体（固体溶液）而使材料的强度升高的现象称为固溶强化。

渗碳体-----碳和铁形成的化合物，特点：晶体结构和性能都不同与其组成元素，具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。

Fe3C熔点1227℃。

能轻易划破玻璃。

如果他在铁碳合金中以网状或粗大片状或作为基体出现时，将导致材料的脆性增加，如果以球状或细小片状出现时，将起强化作用。

相------指系统中具有同一聚集状态，同一化学成分，同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。

（铁素体，奥氏体，渗碳体）组织组成物-----构成显微组织的独立成分，它可以是单项，也可以是两项混合物或三项混合物。

（铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体）组织组成物的类型，数量，大小，形态，分布状况不同,就构成不同的显微组织。

分析材料的显微组织必须考虑两方面的情况：一是该组织组成物的类型如F；P等；二是组成物的数量（多或少），大小（粗或细），形状（片，球，网，针等）和分布（均匀或沿晶界，相界等）相图-----表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度，成分间关系的图形，又称平衡图或状态图。

匀晶转变----在共存的两项区直接从液相中结晶出固溶体即：L→α这种转变称为匀晶转变。

显微偏析-----先结晶和后结晶的固溶体的化学成分不同，这种固溶体成分的微观不均匀现象称为显微偏析。

杠杆定律------在固液两相共存时，随着温度变化，液相和固相的成分分别沿着液相线和固相线变化。

如何知道两个相的相对质量的计算方法。

与力学中的杠杆定律相似。

它只适用于两相区。

（分子相反法则）包晶转变------在恒温下（1495℃），有一定成分的液相和一定成分的固相相互作用生成一个一定成分的新固相的转变。

（L+α→β）。

共晶转变-----在恒温下（1148℃），有一定成分的液相同时转变成两种一定成分的固相的转变。

（L→α+β）。

（晶粒细化，温度最低，流动性好，铸造，保险丝共晶合金）莱氏体Ld。

共析转变------在恒温下（727℃），有一定成分的固相同时转变成两种一定成分的新固相的转变。

（α→β1+β2）。

（晶粒更细化，易过冷，形核率大，产生内应力）珠光体P。

铁碳合金按碳的质量分数和室温下平衡组织可分为三类：A 工业纯铁（ωc＜0.0218％）F, FeCⅢB 钢（ωc为0.0218％～2.11％）亚共析刚（ωc＜0.77％） F P共析钢（ωc＝0.77％）P过共析钢（ωc＞0.77％）P FeCⅡC 白口铸铁（ωc为2.11％～6.69％）亚共晶白口铸铁（ωc＜4.3％）P FeCⅡLd共晶白口铸铁（ωc＝4.3％）Ld过共晶白口铸铁（ωc＞4.3％）Ld FeCⅠ低碳钢：（ωc为0.10％～0.25％）容器建筑结构中碳钢：（ωc为0.25％～0.60％）轴类高碳钢：（ωc为0.60％～1.30％）工具热脆-------当钢材在1000----2000℃锻造或轧制时，FeS和γFe的共晶体会融化，使钢材变脆，沿奥氏体晶界开裂，这种现象称为热脆。

S的作用。

冷脆--------P元素固熔于F中，有强化作用，但它剧烈的降低了钢的塑性和韧性，特别是低温韧性，是刚在低温下变脆，这种现象叫冷脆。

P可以增强钢在大气中的抗腐蚀性，添加少量稀土，钛等元素，可以抑制冷脆。

氢脆---------H在钢中的含量达到0.5----3mL／100g会导致钢的塑性，韧性显着下降导致零件在使用中突然断裂的现象。

镇静钢------钢液在浇筑前用锰铁，硅铁，铝进行充分脱氧，注入锭摸后钢液不发生碳，氧反应处于镇静状态。

沸腾钢------钢液在冶炼的后期加入少量的锰铁进行轻度脱氧，钢液氧含量高，注入锭摸后发生碳氧反应，析出CO大量气体，引起钢液沸腾。

区域偏析------钢锭先结晶部位和后结晶部位化学成分不同，性能不一样的现象。

形变强化------人们把金属材料经冷塑性变形后，随变形度增加，强度，硬度升高，塑性，韧性降低的现象。

（加工强化）如：冷拔丝。

回复--------工件在经冷加工变形后，在加热温度不高的情况下，基本保持加工硬化效果。

这个阶段称回复，工业称去应力退火。

再结晶------工件在经冷加工变形后，当温度继续升高，原子活动能力增大，破碎的晶粒，拉长的晶粒变成细小均匀的等轴晶粒内应力完全消除，加工硬化消除，这个阶段称为再结晶，或再结晶退火。

工业纯铁在800度时已经完全再结晶。

钢的再结晶退火一般选用600---700℃，这样既保证完全再结晶又不止使晶粒粗化。

晶粒长大----再结晶结束后，如果温度继续升高或演唱加热时间，便会出现大晶粒吞并小晶粒的现象，这一阶段叫晶粒长大。

热加工，冷加工-------再结晶温度是冷加工和热加工的分界线，高于它为热加工反之为冷加工。

500℃钢：锡，铅，常温加工。

高级优质碳素钢：ωs＜0.020％, ωp＜0.030％(压力容器)实际晶粒度------在具体加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为奥氏体的实际晶粒度。

本质晶粒度------只表示钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。

过冷奥氏体------通常将在临界点（A1 A3 A cm）以下尚为发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。

奥氏体等温转变相图孕育期-------奥氏体转变为铁素体开始时所需时间长短为孕育期。

珠光体-------铁素体跟渗碳体所形成的相间片状组织。

（P,S,T）贝氏体------过饱和铁素体和渗碳体组成的混合物。

（B上B下）马氏体M------碳在铁素体中的过饱和固溶体。

体心正立方结构，其硬度高，强度高必须进行回火后才能使用。

临界冷却速度------V临，（V C V K）由奥氏体直接转变为马氏体的最小冷却速度。

P95钢的淬透性------刚在淬火时获得淬硬层深度大小的能力称为钢的淬透性。

除钴以外，其它元素都能挺高钢的淬透性。

除钴以外，所有的合金元素融入奥氏体后都能使奥氏体等温转变图右移，除钴和铝外，其他元素融入奥氏体后都使奥氏体等温转变图的Ms和Mf点降低。