机械制造基础复习提纲

机械制造基础复习提纲(含答案)复习提纲组元、固溶体定义附：1.工程材料分为金属材料和非金属材料两大类2.按作用力的性质，强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等3.塑性材料在拉伸试验过程中经历四个阶段分别是：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段4.某些机械零件工作时不允许发生塑性变形，因此多以屈服强度为强度设计依据，而对于脆性材料，必须使用抗拉强度为强度指标5.冲击韧度和疲劳是在动载荷作用下测定的金属材料的力学性能指标6.与纯金属相比，合金的强度、硬度、耐磨性等力学性能都比纯金属高许多，某些合金还具有特殊性能，因此工业中使用的金属材料几乎全是合金7.在互相溶解时，保留原有晶格的形式的组元称为溶剂，失去原有晶格而溶入其他晶格的组元称溶质。如，钢，碳原子溶解到铁的晶格中，则铁为溶剂，碳溶质8.根据固溶体中溶质原子的溶解情况，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体（固态时，溶质原子与溶剂原子可任意比例互溶，即溶质的溶解度可达100%），大多数合金属于有限固溶体，且溶质的溶解度通常随温度身高而增大9.提高金属材料力学性能的途径：固溶强化、第二相强化（以金属化合物作为强化相强化金属材料的方法）10.自发形核：液态金属内部自发形成结晶核心非自发形核：液态金属原子以高熔点杂质（起到晶核作用）为中心，按一定形状排列形成晶体。自发与非自发在结晶时同时进行，但非自发形核常起优先和主导作用11.由于在固态下原子的扩散比液态下困难得多，因此同素异构转换需较大的过冷度第一章金属材料及热处理概论（重点）1.金属的力学性能主要有强度，塑性，硬度，冲击韧度，疲劳强度。2.什么是强度？常用来表示金属强度的指标有哪些？分别什么符号表示？答：强度指金属材料在力的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，包括屈服强度（δs=Fs/Ao式中：Fs—屈服时的最小载荷Ao-试样原始截面积）和抗拉强度（δb=Fb/AoFb-试样断裂前所承受的最大载荷）※：强度用应力值表示：δ=F/Ao应变：ε=ΔL/Lo3.塑性的定义，常用的塑性指标有哪些？答：塑性指金属材料在外力作用下产生的不可逆转的永久变形而不断裂的能力；常用指标有伸长率和断面收缩率，两者数值越大，表明金属材料的塑性越好。Δ5%塑性材料，反之脆性材料※：伸长率：试样断裂后，其标距长度的伸长量ΔL与原始标距Lo的百分数，δ=（试样拉断后的标距长度L1-试样原始标距长度Lo)/试样原始标距长度Lo×100%断面收缩率：试样断裂后，断口处截面积与原始截面积的百分数ψ=（Ao-A1）/Ao×100%注：分子为Ao-A1，与伸长率表达式不同4.硬度的定义，分别通过哪些试验获得？掌握测量洛氏硬度的A,B,C三种方法（P6表1-2）。洛氏硬度试验的优缺点。答：硬度指金属材料抵抗更硬的物体压入其内部的能力或抵抗局部变形的能力；常用的描述方法有布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）；洛氏硬度试验的优点：操作简单，硬度值可以直接读出，压痕小，可在工件上直接试验，不同的标尺可测定各种软硬不同的金属材料和厚薄不一的试样的硬度，因而广泛用于热处理的质量的检测；缺点：压痕较小，代表性差，由于金属材料的缺陷可能导致所测硬度值重复性差，分散度大。故要求测量不同地位三个点，取其算数平均值作为被测材料或构件的硬度值※：1.布氏硬度压头：淬火钢球（符号HBS）或硬质合金球（HBW），P5：尽量选用直径为10mm的压头，因为压痕面积大，将消除金属材料个别组成相及微小不平均性对平均性能的影响，试验数据稳定，重复性好。适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相得金属材料硬度2.缺点：对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载荷，压痕直径的测量也比较麻烦，因而用于自动检测时受到限制，且压痕较大，不宜薄件或成品检验5.冲击韧度的定义。答：指金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。由于瞬时的冲击力作用所引起的变形和应力比静载荷大得多，因此设计承受冲击载荷的零件时，必须考虑材料的冲击韧度※：测量冲击韧度试验：摆锤冲击试验，冲击韧度ak值越大，表明材料韧性越好6.什么是疲劳断裂，其特点又是什么？疲劳强度反映了什么？答：指金属材料收到交变应力或应变作用产生裂纹或突然发生完全断裂，特点：断裂前不产生明显的塑性变形，不易引起注意，常造成严重危害。金属材料在指定循环基数的交变载荷作用下，不产生疲劳断裂所能承受的最大应力※：导致疲劳断裂的原因：材料内部有气孔、疏松、夹杂等组织缺陷，内部有残余应力，表面有划痕、缺口等引起应力集中※：提高疲劳强度的方法：改善零件结构形状，避免尖角和尺寸的突然变化，减小表面粗糙度值，采取表面强化处理，减小内应力等；7.晶体和非晶体，晶格，晶胞和晶格常数，单晶体，多晶体的概念（P8）※：1.金属材料的力学性能取决于材料的化学成分和内部晶体结构2.晶体：内部原子在空间按一定次序有规则地排列的物质，固态金属及合金、金刚石、石墨、水晶。晶体具有固定的熔点和各向异性等特征，非晶体反之3.非晶体：内部原子在空间无规则地排列的物质，玻璃、沥青、松香、石蜡4.晶格：假设原子静止，并将其看成质点，用几何直线相连，组成空间格架。这种用于描述原子在晶体中的排列规则的三维几何空间格架称为晶格5.晶胞：在晶格中能代表晶格特征的几何单元。晶胞特征就可以反映出晶格和晶体的特征6.晶格常数：棱边长度、棱边之间夹角。常见晶格：体心立方、面心立方、密排六方7.单晶体：晶体内部的晶格位向完全一致，实际使用的金属材料多由许多位向不同的小单晶体组成，这种晶体结构称为多晶8.由于每个单晶体的外形多为不规则的颗粒状，故称晶粒，显微镜观察→显微组织8.什么是合金？什么是相？什么是组织？答：由两种或两种以上的金属元素（或金属和非金属熔合）组成具有金属特性的物质。如碳素钢、铸铁是铁和碳组成的合金。合金分为固溶体和金属化合物两类晶体结构相：金属或合金中化学成分相同，晶体结构相同或原子聚集状态相同，与其他部分有明确界面的独立均匀组成的一种状态。如液态纯金属称液相，结晶出的固态纯金属称固相组织：金属材料在镜像显微镜、电子显微镜下观察到的内部微观形貌9.固溶体包含哪几种，它们的特点又是什么？什么是固溶强化？答：根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同分为置换固溶体和间隙固溶体；置换固溶体指溶质原子置换溶质晶格节点上部分原子；间隙固溶体指溶质原子嵌入溶质晶格节点的间隙而形成的固溶体（溶质原子多是原子半径较小的非金属元素），如C、H、N。溶剂晶格的间隙有限，溶解度有限，故所有间隙固溶体都是有限固溶体10.金属化合物的定义及其特点。答：指溶质和溶剂相互作用形成的一种新相；特点：有明显的金属特性，晶体结构复杂，熔点高，性能脆而硬（前提：溶质含量超过溶剂的溶解度时）11.结晶的概念，过冷现象与过冷度。凝固：由液态转变为固态的过程结晶：若凝固的固态物质是晶体，则这种凝固称结晶（一般金属固态下是晶体，所以金属的凝固可称结晶）※：结晶之后，金属的温度还要下降，直至室温过冷现象：金属实际结晶温度Tn低于理论值To过冷度：△T=To-Tn其大小与冷却速度有关，冷却越快，实际结晶温度越低，△T越大12.结晶晶粒细化方法：促进结晶过程的形核率N抑制晶核的长大率Gp15.增大过冷度；变质处理（加入细小的变质剂或孕育剂）；附加振动；降低浇铸温度。13.以纯铁为例，金属的同素异构转变。（P16）1538℃开始结晶→δFe（体心立方）→至1394℃γFe（面心立方）→至912℃αFe（体心立方）之后晶格不再转变※γFe转变αFe时，会使金属体积膨胀，从而产生内应力，导致钢在淬火时工件变形开裂14.钢中的含碳量最多不超过2.11%（也是区分钢和铁的分界线）铸铁中，碳含量不超过5%15.什么是铁素体和奥氏体，机械性能各有什么特点？答：铁素体：碳溶于α-Fe中的间隙固溶体（溶碳极少，固溶强化作用不明显，力学性能与纯铁相近），呈体心立方晶格，具有较好的塑性和冲击韧度，强度和硬度较低；奥氏体（存在温度高727℃～1394℃）指碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格，强度和硬度不高，有良好的塑性，变形抗力较低。16.渗碳体的含碳量为6.69%,机械性能如何？Fe3C--3Fe+C石墨（可逆）答：渗碳体（Cm）是碳和铁形成的稳定化合物；性能：晶体结构复杂，硬度高，塑性几乎为零。17.什么是珠光体和莱氏体，含碳量多少，特点有哪些。莱氏体可分为哪两种？室温下莱氏体由什么组成？答：珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，含碳量为0.77%，具有高硬度，高强度，有一定塑性，综合性能好；莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，含碳量为4.3%。莱氏体分为高温莱氏体和低温莱氏体，室温下莱氏体由珠光体和渗碳体组成。18.Fe-Fe3C相图分析（重点）。建议大家能够把图画出来，最起码能够看懂图。Fe—Fe3C相图看起来比较复杂,但它仍然是由一些基本相图组成的,我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析.共晶转变在1148℃,4.3%C的液相发生共晶转变:Lc(AE+Fe3C),转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示.存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号Ld表示,组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号Ldˊ表示,组织由渗碳体和珠光体组成.低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的机械混合物.经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察,其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C基体上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起,一般无法分辨.共析转变：727℃,0.77%的奥氏体发生共析转变:AS(F+Fe3C),转变的产物称为珠光体.共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而非液体.特征点相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3点),S(A1点),它们的含义一定要搞清楚.根据相图分析如下点：相图中重要的点(14个)：1.组元的熔点:A(0,1538)铁的熔点;D(6.69,1227)Fe3C的熔点2.同素异构转变点:N(0,1394)δ-Feγ-Fe;G(0,912)γ-Feα-Fe3.碳在铁中最大溶解度点:P(0.0218,727),碳在α-Fe中的最大溶解度E(2.11,1148),碳在γ-Fe中的最大溶解度H(0.09,1495),碳在δ-Fe中的最大溶解度Q(0.0008,RT),室温下碳在α-Fe中的溶解度三相共存点:S(共析点,0.77,727),(A+F+Fe3C)C(共晶点,4.3,1148),(A+L+Fe3C)J(包晶点,0.17,1495)(δ+A+L)其它点B(0.53,1495),发生包晶反应时液相的成分F(6.69,1148),渗碳体K(6.69,727),渗碳体特性线相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线(A1线),GS线(A3线),ES线(ACM线)水平线ECF为共晶反应线.碳质量分数在2.11%～6.69%之间的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生共晶反应.水平线PSK为共析反应线碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生共析反应.PSK线亦称A1线.GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线,通常称A3线.ES线是碳在A中的固溶线,通常叫做Acm线.由于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%,而在727℃时仅为0.77%,因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中,将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII).Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线.PQ线是碳在F中固溶线.在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%,室温时仅为0.0008%,因此碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中,将从F中析出Fe3C.析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII).PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线.Fe3CIII数量极少,往往予以忽略.相图相区1.单相区(4个+1个):L,δ,A,F,(