机械工程材料

1工业纯铁的室温组织为F铁素体由于其强度低、硬度低，不宜用作结构材料2共析钢的室温平衡组织为P珠光体珠光体是奥氏体共析其成分为铁素体和渗碳体的混合物亚共析钢的室温平衡组织为F+P过共析钢的室温平衡组织为Fe3C2碳钢强韧性较好+二次渗碳体+低温莱氏体共晶白品铸铁的室温平衡组织为低温莱氏体过共晶白口铸铁的室温平衡组织为一次渗碳体+低温莱氏体白口铸铁的室温组织中含有低温莱氏体硬度高脆性大应用较少金属的塑性加工，由于晶界对位借运动的阻力较大增大了对塑性变形的抗力。细晶粒金属材料晶界多，故强度较高、塑性好比较好。塑性变形造成晶格扭曲、晶粒变形和破碎，出现亚结构，甚至形成纤维组织。当外力去除后，金属内部还存在残余内应力。塑性变形使位错密度增加，从而使金属的强度、硬度增加，塑性韧性下降，即产生加工硬化。塑性后的金属在再加热时，随着加热温度的升高，将发生回复、再结晶与晶粒长大等过程。再结晶后，金属形成新的无畸变的并与变形前相同晶格形式的等轴晶粒同，同时位错密度降低，加工硬化现象消失。再结晶的开始温度主要取决于变形度。变形度越大，再结晶开始温度越低，再结晶后的晶粒大小与加热温度和预变形度有关。对于一般的金属当变形度为2%—10%时，由于变形很不均匀，会出现晶粒的异常长大，导致性能急剧下降。钢的热处理热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保湿和冷却，以改变其整体或表面组织的，从而获得所需性能的一种工艺。过冷奥氏体的高温转变产物是珠光体型组织。珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，转变温度越低，层间距越小。分为珠光体、索氏体、屈氏体。过冷奥氏体的中温转变产物是贝氏体分为上贝氏体和下贝体过冷奥氏体的低温转变产物是马氏体，马氏体是碳在铁素体中的过饱和固溶体。马氏体的转变量种非扩散型转变，马氏体的形成速度非常快，而它的转变是不彻底的，总要残留少量奥氏体；马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。马氏体的形态有板条状和针状。碳质量分数在0.25%以下时基本上是板条状马氏体，碳质量分数在1.0%以上时，基本上是针状马氏体。马氏体的性能特点：高碳马氏体由于过饱和度大，内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性极差。但晶粒细化后得的隐马氏体却有一定的韧性。低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在信错亚结构，则不仅强度高，而且塑性、韧性也较好。马氏体的比容比奥氏体大。马氏体是一种磁相。马氏体是晶格有很大的畸变，因此它的电阻率高。亚共析钢、和过共析钢与共析钢不同，在奥氏体转变为珠光体之前，就先有共析铁素体或渗碳体析出。因此，在亚共析钢C曲线上多了一条铁素体析出线，过共析钢则多了一条渗碳体析出线。改变金属整体组织的热处理有退火、正火、淬火、回火四种；改变金属表面或局部组织的热处理工艺有表面淬火和化学热处理两种。结晶过程依靠的两个过程是形核和长大当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是细化晶粒和改善组织过冷度是指理论结晶温度T0与实际结晶温度的Th之差典型铸锭的三个晶区分别为细等轴晶区、柱状晶区、粗地、等轴晶区。固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度大固溶体出现枝晶偏析后右可用扩散退火加以消除。铁素体在912摄氏度向奥氏体时，体积将变小。珠光体的本质是铁素体与渗碳体的机械混合物。在铁碳合金的室温组织中，含二渗碳体最多的点是2.11%,含低温莱氏体最多是4.3%钢在常温下的变形加工称为冷加工，而铅在常温下的加工称为热加工。加工硬化的根本原因是今位错密度提高。滑移运动的本质是位错运动再结晶后晶粒的大小取决于加热温度和预先变形度。在过冷转变产物中珠光体与屈氏体的主要相同点是都是层片状不同点是层片粗细不同。用显微镜观察，上贝氏体呈羽毛状，下贝氏体呈黑色针状。钢的淬透性越好则其C曲线越靠右，钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做淬性。钢的淬透性由其临界冷却速度决定，临界冷却速度越小，则奥氏体越稳定，则钢的淬透性越好。马氏体是一种铁磁相，在磁场中呈现磁性；而奥氏体是一种顺磁相，在磁场中无磁性。球化退火加热温度略高于AC1，以便保留较多的未溶碳化物粒子或较大的奥氏体中碳浓度分布的不均匀性，促进球状碳化物的形成。球化退火的的主要目的是使钢中的碳化物球状化，它主要用于过共析钢。亚共析钢的正常淬火温度是AC3以上30-50摄氏度，过共析钢的正常淬火温度是AC1以上30-50摄氏度。淬火钢进行回火的目的是消除内应力，回火温度越高，钢的强度与硬度越低。并不是所有由液体凝固成固体的过程都是结晶。金属的晶粒越小，金属的强度、塑性和韧性越好。使金属晶粒细化，是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细晶强化。细化晶粒的措施有:增大过冷度，变质处理，振动，电磁搅拌实际金属中常含有杂质。杂质的存在能够促进晶核的形成。树枝晶是单晶体。晶粒度级数的数值越大，晶粒越细。液态金属要结晶就必须低于理论结晶温度，也就是金属必须过冷。滑移变形不会引起金属结构的变化。孪生变形所需的切应力比滑移变形的大的多。金属铸件不可以通过再结晶来细化晶粒，铸铁可以。再结晶过程没有晶格类型的变化。完全退火又称重结晶退火，主要用于亚共析钢。退火的概念:将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺叫做退火。金属经塑性变形后，组织结构和性能发生很大的变化，如果对变形后的金属进行加热，金属的组织将会发生变化，随着加热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。渗碳体形态能影响奥氏体化形成速度。马氏体是碳在铁素体中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时体积要变大。当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的速度快。当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物越细。在碳钢中，共析钢的淬透性最好。在同样淬火条件下，淬透层越大，则钢的淬透性越好。金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将越低。为细化铸造金属的晶粒，可采用加变质剂。奥氏体是间隙固溶体珠光体是两相混合物。铁素体的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。变形金属再结晶后：形成等轴晶，塑性长升高。奥氏体各向珠光体的转变是扩散型转变。钢经调质处理后得是回火索氏体。共析钢的过冷奥氏体在550-350的温度区间转变时，所形成的组织是上贝氏体。若合金元素的C曲线右移，钢的淬透性将提高。马氏体的硬度将取决于碳的质量分数。淬透性好的钢具有高的碳质量分数。对于形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时应先用低淬透性钢。直径为10mm的40钢的常规淬火温度为850。直径为10mm的40钢在常规淬火温度加热水淬后的显微组织为马氏体。完全退火主要用于亚共析钢。钢的回火处理是在淬火后进行。钢的淬透性主要取决于钢中合金无素的种类和质量分数。钢的淬硬性主要取决于冷却介质。过冷奥氏体转变为马氏体是一种非扩散型转变。因转变温度很低，铁和碳原子都不能进行扩散。因此马氏体就是碳在铁素体中过饱和固溶体。过饱和碳使铁素体晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。马氏体的转变是不彻底的，总要残留少量的奥氏体，当奥氏体的碳质量分数小于0.6%时，残余奥氏体可忽略。马氏体形成时体积膨胀，产生很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。高碳马氏体，由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差。奥氏体转变为马氏体时体积膨胀。碳素结构钢的用途：Q195Q215Q235AQ235B等钢塑性较好，有一定强度。通常轧制钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用于普通螺钉、螺帽、铆钉等。Q235CQ235D可用于重要焊接件。这类钢主要用于保证机械性能。一般情况下，在热轧状态下使用，不再进行热处理。