机械工程材料(于永泗齐民)总复习
机械工讲义程材料总复习
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四、回复与再结晶
回复——再结晶——晶粒长大 影响因素再结晶温度的因素 热加工与冷加工的区分
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感谢聆听！
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四、 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；
相——金属或合金中凡成分相同、结构相同， 并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。
合金中的相分为：固溶体和金属化合物
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1、固溶体
合金的组元（元素）互相溶解，形成的晶体 结构与某一组元相同，这种相称为固溶体。
间隙固溶体
韧性； 在晶内呈颗粒状弥散分布——合金的强度、硬度升高，
塑性、韧性略有下降（弥散强化）
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三、塑性变形对组织和性能的影响
1、对组织结构影响 ——晶粒拉长、压扁、破碎甚至呈纤维状。 ——形成形变织构
2、对性能的影响——加工硬化和残余应力
随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提 高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。
➢标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。
2、控制晶粒度的方法 ⑴ 控制过冷度；⑵变质处理；（3）振动、搅拌
向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方 法为变质处理。加入的非均匀形核物质叫变质剂。
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第四章 金属的塑性变形与再结晶
一、金属塑性变形方式 1、滑移
晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另 一部分发生滑动位移的现象。
钢材最适合 切削加工的 硬度范围： HB170~230
热处理性能
淬透性、 耐回火性、 二次硬化、 回火脆性。
低碳钢采用正火，中高碳钢 采用退火调整硬度
4
第二章 材料结构
一、晶体结构的基本概念
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。
机械工程材料(于永泗 齐民)课后习题答案(二)
机械工程材料（于永泗齐民）课后习题答案（二）作者：WUST5-3、判断下列说法正误，并说明原因。
1.马氏体是硬而脆的相。
错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；2.过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体的硬度越高。
错，马氏体硬度取决于含碳量,与冷却速度无关;3.钢中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。
错,合金元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小;4.本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。
错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细;5.同种钢材在同样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。
错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度,与工件尺寸和冷却介质无关。
5-4、生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急冷后,出水停留一会,再整体投入水中冷却,两次水冷的作用及水冷后的组织。
刃部入水急冷淬火,得马氏体,出水停留一段时间为回火得回火马氏体,再整体入水,抑制继续回火,保留回火组织。
5-5、用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？20钢不适合表面淬火,含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。
5-6、钢经表面淬火或渗碳后,表层的残余应力是拉应力还是压应力？原因？压应力,因表面低温,收缩后心部的高温区产生塑性变形,冷却后内部部分弹性变形恢复。
5-7、一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？用锯片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后工件硬度提高,二调质会降低硬度。
5-8、将两个T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,保温后以大于V k 的速度冷却至室温,试回答问题,并说明原因。
1.哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？860,温度越高,奥氏体晶粒成长越快;2.哪个淬火后残余奥氏体量多？860,温度高，奥氏体含碳量高,转化充分,冷却时奥氏体越多;3.哪个淬火后末溶碳化物量多？780，溶碳能力较小;4.哪个淬火适合？780,因淬火加热温度以得到均匀细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥氏体组织,故780加热好。
机械工程材料总复习资料
机械工程材料复习第一部分 基本知识一、概述以“材料的化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→应用” 之间的关系为主线，掌握材料性能和改性的方法，指导复习。
二、材料结构与性能：⒈材料的性能：①使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； ②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。
⒉材料的晶体结构的性能：纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）；纯金属：体心立方（e F -α）、面心立方（e F -γ），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）→各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。
合金：多组元、固溶体与化合物。
力学性能优于纯金属。
单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成。
多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。
多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织的合金。
⒊材料的组织结构与性能⑴。
结晶组织与性能：F 、P 、A 、Fe3C 、Ld ；1）平衡结晶组织平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。
2）成分、组织对性能的影响①硬度(HBS)：随C ﹪↑,硬度呈直线增加， HBS 值主要取决于组成相C F e3的相对量。
②抗拉强度(b σ)：C ﹪＜0.9%范围内，先增加，C ﹪＞0.9～1.0％后，b σ值显着下降。
③钢的塑性(δϕ)、韧性(k a )：随着C ﹪↑,呈非直线形下降。
3）硬而脆的化合物对性能的影响：第二相强化：硬而脆的化合物，若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降；若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上：则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基体上：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。
机械工程材料学总复习
弱碳化物形成元素：Mn、Fe
如Fe3C
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 晶内片状：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
MS Mf
P M? +A’M回 M+A’T+M+A’T+B下+?M+A’S
PP B下
时间
3、回火时的转变 碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；-碳化物转
变为Fe3C ；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 。 W18Cr4V钢： 560℃三次回火。析出W、Mo、V的碳
化物，产生二次硬化。回火冷却时，A’转变为M。 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火, 它包含了四种基本强化方法。
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。
回火脆性。
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。
⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
晶格常数
体心立方 a
机械工程材料总复习
F
A
L
L+ Fe3C
F+ Fe3C
A+ Fe3CⅡ
A+ Fe3CⅡ+Le
Le
Le+ Fe3CⅠ
Le’+ Fe3CⅠ
Le’
P+ Fe3CⅡ+Le’
P+ Fe3CⅡ
P+F
P
F+ Fe3CⅢ
莱氏体Le(A+ Fe3C) Le’(P+Fe3C)
珠光体P(F+ Fe3C)
复相组织组成物：
工艺性能
01
铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。
锻造性能：成型性与变形抗力。
切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。
焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。
热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。
06
02
03
04
05
纯金属的晶体结构
01
理想金属
02
晶体：原子呈规则排列的固体。
实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。
奥氏体化后的晶粒度：
加热时的转变
本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。
初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。
热处理原理
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。
四、钢的热处理
2、冷却时的转变
0.74
0.74
0.68
致密度
12
12
8
配位数
6
4
2
原子个数
原子半径
a、c
a
a
晶格常数
密排六方
机械工程材料思考题答案
机械工程材料思考题答案【篇一：机械工程材料(于永泗_齐民)课后习题答案(全)】txt>于永泗齐民1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量。
解：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。
1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么？1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？解：为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。
1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？解：所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。
2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。
解：原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。
晶体长程有序，非晶体短程有序。
2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？解：相互垂直。
2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？解：合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。
3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。
解：在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。
在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。
3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？解：不属于。
同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。
3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。
解：①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。
②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。
机械工程材料(于永泗_齐民)课后习题答案(全)
机械工程材料课后习题参考答案1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量。
解：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。
1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么？解：伸长率等于，当试样(d)不变时，增加，则伸长率δ下降，只有当/为常数时，不同材料的伸长率才有可比性。
所以伸长率与样品长度有关。
1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？解：为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。
1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？解：所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。
2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。
解：原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。
晶体长程有序，非晶体短程有序。
2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？解：相互垂直。
2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？解：合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。
3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。
解：在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。
在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。
3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？解：不属于。
同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。
3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。
解：①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。
机械工程材料总复习
机械工程材料总复习机械工程材料是指用于制造机械构件或零部件的材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料。
在机械工程中，材料的选择和使用直接影响着机械构件的性能和寿命。
因此，对机械工程材料的了解和掌握对于机械工程师来说是非常重要的。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一、金属材料具有良好的强度、刚性、导热性和导电性等特点，广泛应用于机械工程领域。
金属材料可以分为非铁金属和铁基金属两大类。
非铁金属包括铜、铝、镁等，它们具有良好的导电性和导热性；铁基金属有铸铁、钢等多种种类，它们具有良好的强度和塑性。
金属材料的性能与其晶体结构和合金成分密切相关，通过合理的调整材料的组织和成分可以改善金属材料的性能。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
塑料是一种非常重要的非金属材料，它具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和可塑性。
塑料可以按照结构划分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
热塑性塑料可以在一定温度范围内反复熔化和冷却，而热固性塑料在加热过程中会发生化学反应，形成硬化网络结构，不能再次熔化。
橡胶是另一类重要的非金属材料，它具有高弹性和耐磨性。
陶瓷具有良好的耐热性和耐腐蚀性，但其韧性和强度较低。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，可以获得各种不同材料的优点。
复合材料可以按照增强材料的特点划分为纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料。
纤维增强复合材料的强度和刚度较高，主要用于要求高强度和低重量的机械构件制造；颗粒增强复合材料的强度较低，但密度较大，主要用于耐磨、耐冲击的机械构件制造。
复合材料的性能取决于增强材料和基体材料的选择和组织设计。
在机械工程材料中，还有一些与特殊性能相关的材料，如高温材料、耐腐蚀材料和保温材料等。
高温材料具有良好的高温稳定性和抗热震性能，用于高温环境中的机械构件制造。
耐腐蚀材料具有良好的耐腐蚀性能，用于受腐蚀介质作用的机械构件制造。
保温材料用于保护机械设备，减少能量损失。
在机械工程中，材料的选择应综合考虑机械构件的使用要求、结构设计和经济性。
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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。
成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。
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
《机械工程材料》
总复习
结晶 塑性变形
热处理
工业用钢 铸铁
有色金属及其合金
纯金属 合金
使用性能 工艺性能
一、性能
㈠ 使用性能 1、力学性能 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。
提高，塑性、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. ① 正常价化合物 如Mg2Si ② 电子化合物 如Cu3Sn ③ 间隙化合物：由过度族元素与C、N、H、B等小原
子半径的非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。
2
4
6
配位数
8
12
12
致密度
0.68
0.74
0.74
滑移面
{110}×6
{111} ×4 六方底面×1
滑移方向 <111> ×2
<110> ×3 底面对角×3
滑移系
12
12
3
常见金属 -Fe、Cr、W -Fe、Ni、Al Mg、Zn
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（ ）
回火脆性。
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。
⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
晶格常数
体心立方 a
面心立方 a
密排六方
a、c
原子半径
3a
4
2a
1a
4
2
原子个数
产生内吸附；是相变的优先形核部位。
金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多； 需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性 变形的抗力越高。
晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多, 变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和 塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好.
② 线缺陷——位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局
部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交接线。 ③ 面缺陷——晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶。
亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 ④ 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；
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
晶面或晶向。
3
⑸密排面和密排方向 ——同滑移面与滑移方向
在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。
2、实际金属 ⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 ⑵ 晶体缺陷—晶格不完整的部位 ① 点缺陷 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。
强碳化物形成元素：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 晶内片状：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,
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)
条件屈服强度 0.2—残余塑变为0.ห้องสมุดไป่ตู้%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、。 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。
⑹ 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标 为K1C。
2、化学性能 ⑴ 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 ⑵ 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。
㈡ 工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩
率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性. 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、
细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、 韧性的方法。
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