机械工程材料重要知识点

201211619①第一章金属材料的力学性能钢：含碳量介于0.0218%--2.11%的铁碳合金。铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业纯铁：含碳量小于0.0218%的铁碳合金。使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。常用的力学性能材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。抗拉强度σb：材料断裂前所承受的最大应力值。屈服强度σs：材料发生微量塑性变形时的应力值。塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：伸长率、断面收缩率。冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。e，即材料承受最大弹性变形时的应力。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。硬度：材料抵抗表面局部塑性变形的能力。压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。机械工程材料包括：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。第二章金属与合金的晶体结构晶体与非晶体的相同点与不同点：晶体，原子（离子或分子）在三维空间中有规则地周期性重复排列构成的物质称为晶体。非晶体：组成物质的微粒无规则排列。如：玻璃、松香。晶体又分为：单晶体与多晶体。根本区别在于：晶体中的原子按照一定的几何规律周期性地排列而非晶体是无规则的排列。其在性能上的区别是晶体具有固定的熔点，且在不同的放上上具有不同的性能，表现出各向异性。但是非晶体表现出各向同性。晶体类型原子半径原子个数致密度配位数常见金属bcc268%8α-Fe、Cr、W等fcc474%12γ-Fe、Cu、Ni等hcp½a674%12Mg,Cd,Zn,Be等晶格类型分为体心立方、面心立方、密排六方晶格三种。晶面：通过晶体中原子中心的平面。晶向：通过原子中心的直线为原子列，原子列代表的方向为晶向。确定晶面指数的方法：1.设坐标：在晶格中，沿晶胞的互相垂直的三条棱边设坐标轴X/Y/Z，坐标的原点O应位于该待晶面的外面，以免出现零截矩。2.求截矩：以晶胞的棱边长度为度量单位，确定晶面在坐标轴上的截距。3.去倒数：将各截矩值取倒数。4.化整数：将上述三个倒数按比例化为最小简单整数。5.列括号：将上述所得的各个整数依次列入（）中，便可得晶面指数。确定晶面指数的方法：1.设坐标：在晶格中设坐标轴X/Y/Z，但坐标轴的原点O应定在待定晶向的矢尾。2.求坐标值：以晶格常数为度量单位，在待定的矢量上任取一点，求出该点在a43a42201211619②X/Y/Z上的坐标值。3.化整数：将上述三个倒数按比例化为最小简单整数。4.列括号:将上述所得的各个整数依次列入【】中。得晶向指数。。。合金：有两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的最基本的、独立的物质叫做组元。合金的相组成：固溶体、金属化合物。固溶体：合金在固态下，组元之间仍能互相溶解而形成的均匀相。固溶体的性能：由于固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属的强度硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属的强度硬度升高的现象叫做固溶强化。点缺陷：指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。线缺陷：指两维尺度很小，而第三维尺度很大的缺陷，即位错。有两种类型：刃型位错与螺型位错。面缺陷：是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。有两种类型：晶界(相邻晶粒位向差θ1～3o)与亚晶界(θ1～3o)。扩散：原子在金属晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象。第三章金属与合金的结晶金属结晶一般包括：晶核的形成（形核）与晶核的长大，而且是边形核、边长大的规律。细化晶粒的方法：①增加过冷度②变质处理③振动搅拌。过冷现象：指液态金属实际结晶温度（Tn）低于理论结晶温度(Tm)的现象。（或指实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。）过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为过冷度。过冷是结晶的必要条件。同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。平台现象：液态金属由高温冷却下来时，由于周围环境吸热，温度会均匀下降，由于结晶时会释放结晶潜热，弥补了金属向四周散发的热量，使液态金属在结晶过程中保持温度不变，出现水平“平台”，结晶结束，温度继续均匀下降。结论：1）纯金属恒温结晶。2）过冷是结晶的必要条件。晶粒度：就是指晶粒的大小，用单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）来表示。晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。晶粒越细，金属不仅强度高，塑性、韧性也好。细化晶粒是提高材料机械性能的重要手段。相图：研究合金在平衡的条件下（无限缓慢冷却，比如0.5~1.50C/min），合金的状态与温度、成分间的关系的图解称为相图或平衡图。合金发生相的转变时，必然伴随有物理、化学性能的变化。因此常用建立相图的方法有：热分析法、膨胀法、X射线分析法、金相分析、电阻试验等。匀晶相图：是指两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，冷却时发生匀晶反应的合金系，构成匀晶相图。匀晶转变：在一定温度范围内，不断由液相中凝固出固溶体，液相、固相成分都不断随温度的下降而沿液相线和固相线变化的过程，叫做匀晶转变。由于实际结晶速度远远大于原子的扩散速度,所以在固相内化学成分不均匀，从而产生偏析.固溶体常常呈树枝状方式长大，所以称为枝晶偏析。枝晶偏析：在非平衡结晶时，固溶体内部化学成分不均匀的现象（或晶内偏析）。共晶相图组织组成图———》201211619③共晶转变---从一个均匀的液相中可以同时结晶出两个成分截然不同的固相。共晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，冷却时发生共晶反应。共晶系合金有：Pb-Sn、Al-Si等。两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，冷却时发生包晶反应时构成包晶相图。二元相图的一些基本规律：1、两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，而不能以一条曲线接界；2、两个两相区之间必须以一个单相区或三相区隔开；3、相图中相邻相区的相数之差均为1（点接触除外）－相区接触法则；4、二元相图上的水平线（横坐标除外）都是三相平衡线，曲线是两相平衡线，垂直线（指纵坐标及化合物成分线）是单相线。第四章铁碳合金相图⑴工业纯铁:C％0.0218％⑵钢:含C％为0.0218％～2.11％a、共析钢C％＝0.77％b、亚共析钢0.0218％C％0.77％c、过共析钢0.77％C％2.11%⑶白口铸铁:2.11％C％6.69％a共晶白口铁C％＝4.3％b、亚共晶白口铁2.11％C％4.3％c、过共晶白口铁4.3％C％6.69％相⑴-Fe中的固溶体称铁素体,用F或α表示。是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。⑵奥氏体:碳在ｒ-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或ｒ表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。727℃时为0.77%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，碳钢室温组织中无奥氏体。⑶渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低、脆性大,塑性几乎为零。由于碳在ɑ-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。⑸莱氏体：r与Fe3C的机械混合物高温莱氏体：727℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示低温莱氏体：727℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示。铁碳相图如下：相：L、d、A、F、Fe3C五个相。相区：五个单相区：L、d、A、F、Fe3C。七个双相区：L＋A、L＋d、L+Fe3C、d＋A、A＋F、A＋Fe3C、F＋Fe3C。三个三相区：L+d+A、L＋A＋Fe3C、F+A+Fe3C。包晶线－HJB线，反应式为：L+高温铁素体→奥氏体。共晶线－ECF线，反应式为L→ｒ+Fe3C。共析线－PSK线－A1线，反应式为ｒ→ɑ+Fe3C。同素异晶转变线－GS线（A3线），加热时由F→A，冷却时由A→F。ES线又叫Acm。201211619④特线性含义AC铁碳合金的液相线，液态合金开始结晶出奥氏体CD铁碳合金的液相线，液态合金开始结晶出渗碳体AE铁碳合金的固相线，即奥氏体的结晶终了线ECF铁碳合金的固相线，即共晶转变线GS奥氏体转变为铁素体的开始线GP奥氏体转变为铁素体的终了线ES碳在奥氏体中的固溶线PQ碳在铁素体中的固溶线PSK共析转变线第五章钢的热处理钢的热处理：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。钢的热处理原理包括三部分：加热、冷却和回火。热处理工艺分类：a.普通热处理：退火、正火、淬火、回火b.表面热处理:表面淬火,化学热处理.c.其他热处理。奥氏体化过程包括：A的形核和长大、残余Fe3C溶解、A成分均匀化三个过程。亚共析钢加热到Ac3以上得到的组织A，共析钢加热到Ac1以上得到的组织A，过共析钢加热Accm以上得到的组织A。强调：亚共析钢一般为完全A体化。亚共析钢加热到Ac1～Ac3得到的组织A＋F，共析钢加热到Ac1稍上得到的组织A＋Fe3C，过共析钢加热到Ac1～Accm得到的组织A＋Fe3C。强调：共析钢和过共析钢是非完全A体化。等温处理将钢迅速冷却到临界点以下的一定温度进行保温，使其发生恒温转变；连续冷却即将钢以一定的速度连续冷却，使其在临界点以下发生变温转变。上贝氏体中的F片较宽，塑性形抗变力低，强度低；下贝氏体中的F细小，且无方向性，C的过饱和度大，因此下贝钢，强度高、韧性好且耐磨性好。高碳钢均希望得到下贝氏体。马氏体形态的形态一般可分为：板条状和针片状。形态主要取决于A中的C含量。过冷奥氏体等温转变曲线（TTT)过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（CCT）。共析钢二者的区别：1.共析钢的CCT无B转变。2.在A→P转变中有三条曲线：A→P的开始线，A→P的终了线A→P的终止线3.临界淬火速度–vk（只对CCT有意义）亚共析钢：有一条F的析出线，有B转变线。亚共析钢的CCT曲线MS线右端下降。（因F的析出使F周围奥氏体富碳从而使A→M转变的MS点下降）过共析钢：有P、M转变，无B转变MS线右端上升（因为：Fe3C的析出使Fe3C周围奥氏体贫碳，从而使A→M转变的MS点上升）。钢的退火：钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当、钢的退火温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却（一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。退火的目的：1．细化晶粒；2、降低硬度，以利于切削加工3．由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形与开裂。4.为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。退火分为：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火。完全退火；主要应用于亚共析成分的碳钢和合金的铸件、锻件以及热轧型材。得到的组织：铁素体与珠光体。等温退火：一般是将钢件加热到Ac3+（30~50）℃（亚共析钢）或Ac1+（30~50）℃（过共析钢）保温后，在Ar1以下某一温度等温，使奥氏体转变为珠光体型组织。等温退火的目的与完全退火相同。与普通退火相比的优点：1）由于珠光体转变在