机械工程材料2版(一)课件 国家级精品课程
机械工程材料 一 主编赵程杨建民多媒体制作赵海霞https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,绪论
第一章工程材料的力学性能
第二章工程材料的基础知识第三章金属的塑性变形与再结晶第四章钢的热处理
第五章金属材料第六章非金属材料和复合材料第七章常用机械工程材料的选用https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,绪论 1.1 材料与人类文明 1.2 工程材料的分类 1.3 课程性质与任务https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.1 材料与人类文明材料是人类作来制作各种产品的物质 是先于人类存在的 为人类生活和生产的物质基础。
一、材料
二、人类发展与材料人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁 资本主义大工业时期 →合成材料 20世纪 →复合材料 20世纪40年代 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,三、材料科学技术――现代文明的支柱之一人与动物的区别
1、制造工具 本质
2、能源的利用
3、信息的传播和保存
支撑人类文明大厦的四大支柱技术 材料科学与技术生物科学与技术能源科学与技术
信息科学与技术https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.2 工程材料的分类一、按来源分为天然材料和人工材料
二、接用途分为功能材料和结构材料
三、按化学性质分为 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,金属材料
陶瓷材料 离子键和共价键 离子键为主
高分子材料 共价键、分子键和氢键 共价键
为主 。四、工程材料的常见分类
1 无机材料 金属、金属间化合物、无机非金属材料 玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷
2 有机材料 有机天然材料、有机合成高分子材料
3 复合材料 金属基、陶瓷基、树脂基、金属间化合物基 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.3 课程性质与任务1、性质在机械设计过程中不可避免地要对工程材料的选择、应用与加工等问题进行科学系统的分析并予以全面正确的解决。“机械工程材料”课程正是为实现
这一目标而设臵的。2、任务通过本课程的学习使学生在获得工程材料一般知识的基础上 了解常用材料成分、组织、性能和加工工艺之间的关系及其用途 从而使其初步具备合
理选择材料和使用材料、正确选择加工方法及安排制定加工工艺路线的能力 也为后继有关课程的学习奠定必要的材料学基础。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,[本章内容]1.1 材料的强度与塑性 1.2 材料的硬度
1.3 材料的冲击韧性1.4 材料的疲劳强度1.5 材料的断裂韧度[重点掌握]各种力学性能指标 强度, 塑性 冲击韧性 硬度HB HRC HV 疲劳强度 断裂韧性。 的物理意义和单位。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.1 材料的强度与塑性
1.拉伸试验及拉伸曲线
2.拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,一、静载单向静拉伸应力――应变曲线1.拉伸试样 长试样 L0=10d0短试样 L0=https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, ΔLF0低碳钢拉伸曲线
脆性材料拉伸曲线
2.拉伸机上 低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,纵坐标为应力ζ单位MPa(MN/mm ) 横坐标为应变ε其中 ζ=F/S表示材料抵抗变形和断裂的能力ε L1-L0 /L0
3.曲线分为四阶段 1 阶段I ope ――弹性变形阶段p: Fp e: Fe 不产生永久变形的最大抗力 op段 △L∝ P直线阶段
pe段 极微量塑性变形 0.001--0.005%)2 阶段II ess’ 段――屈服变形S: 屈服点Fs3 阶段III s’b 段――均匀塑性变形阶段b:Fb材料所能承受的最大载荷https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,4 阶段IV(bK) 段――局部集中塑性变形 颈缩铸铁、陶瓷 只有第I阶段中、高碳钢 没有第II阶段二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1 刚度和弹性刚
度材料在受力时 抵抗弹性变形的能力。E=ζ/ε杨氏弹性模量GPa, MPa
本质是 反映了材料内部原子结应力的大小 组织不敏感的力系指标。弹性 材料不产生塑性变形的情况下 所能承受的最大应力。比例极限 ζp=Fp/Ao应力――应变保持线性
关系的极限应力值https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,弹性极限 ζe=Fe/Ao 不产永久变形的最大抗力。
2.强度 材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度 s 材料发生微量塑性变形时的应力值。即在拉伸试验过程中 载荷不增加 试样仍能继续伸长时的应力。条件屈服强度 0.2 高碳钢等无屈服点 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度 以ζ0.2来表示抗拉强度 b 材料断裂前所承受的最大应力值。 材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值 。
s 0.2 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3.3.塑性 材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性 材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
延伸率延伸率与试样尺寸有关 δ5、δ10(L0=5d,10d)断面收缩率ψ=△A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% > 时 无颈缩 为脆性材料表征 < 时 有颈缩 为塑性材料表征。断裂后拉
伸
试
样
的
颈
缩
现
象https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.2 材料的硬度抵抗外物压入的能力 称为硬度 综合性能指标。
1 布氏硬度https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,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。压头为硬质合金时 用符号HBW表示
适用于布氏硬度在650以下的材料。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf 9.807kN 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度的优点 测量误差小 数据稳定。缺点 压痕大 不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
材料的 b与HB之间的经验关系 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB对于高碳钢 b(MPa)≈3.4HB对于铸铁 b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 洛氏硬度定义 HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有 B、C、A三种①HRA硬、薄试件 如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。②HRB轻金属 未淬火钢 如有色金属和退火、正火钢等。③HRC较硬 淬硬钢制品 如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点 操作简便 压痕小 适用范围广。缺点 测量结果分散度大。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛
氏
硬
度
计https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,维氏硬度试验原理维氏硬度计3.3.维氏硬度维氏硬度https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点 既可测量由极软到极硬的材料的硬度 又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度 又可测量金相
组织中不同相的硬度。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.3 冲击韧性冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
指标为冲击韧性值ak 。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,a k=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积S
(J/cm )?ak值低的材料叫做脆性材料 断裂时无明显变形 金属光泽
呈结晶状。?ak值高 明显塑变 断口呈灰色纤维状 无光泽 韧性材料。材料的冲击韧性随温度下降
而下降。在某一温度范围内
冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,疲劳 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化 交变应力作用下 往往在
远小于强度极限 甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳强度ζ-1 材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限 经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低 金属材料疲劳强度较高 纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。影响因素 循环应力特征、温度、材料成分和组织、
夹杂物、表面状态、残余应力等。
§1.4 疲劳强度 80%的断裂由疲劳造成 周次ζhttps://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,轴的疲劳断口疲劳辉纹 扫描电镜照片 疲劳断口疲劳断口
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。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§1.5 材料的断裂韧性1 问题的提出低应力脆断――断裂力学断裂韧性是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的物理量,是材料抵抗应力脆性断裂的韧性参数.2 应力场强度因子K前面所述的力学性能 都是假定材料内部是完整、连续的 但是实际上 内部不可避免的存在各种缺陷 夹杂、气孔等 由于缺陷的存在 使材料内部不连续 这可看成材料
的裂纹 在裂纹尖端前沿有应力集中产生 形成一个裂纹尖
端应力场。表示应力场强度的参数——―应力场强度因子”。
I 单位厚度 无限大平板中有一长度2a的穿透裂纹
Y 裂纹形状 加载方式 试样几何尺寸 试验类型有关
的系数――几何形状因子。Y=https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3 断裂韧性对于一个有裂纹的试样 在拉伸载荷作用下 Y值是一定的 当外力逐渐增大 或裂纹长度逐渐扩展时 应力场强度因子也不断增大 当应力场强度因子KI增大到某一值时 就可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使材料产生分离 从而导致裂纹突然失稳扩展 即发生脆断。这个应力场强度因子的临界值 称为材料的断裂韧性 用KIC表示 它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。当KI>KIC时 裂纹失稳扩展 发生脆断。KI KIC时 裂纹处于临界状态KI 晶体 晶格 晶粒 单晶体 三种常见的金属晶格。实际晶体的缺陷 2. 合金相结构的基本类型 固溶体、化合物及混合物 以及这些合金相结构的结构特点与性能特点。 3.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成 长大规律及其影响因素 4.二元合金相图的基本概念 相、组织、组元、相图、合金、合金系等 5.二元合金相图的分析方法 熟悉几种最基本的二元 合金相图 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,6.杠杆定律及其应用。7.纯铁的同素异构转变 8.铁碳合金的基 本组织 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的结构和性能特点及显微组织形貌 9.铁碳合金相图中各点、线、区的含义 了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律 根据相图 分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程 10.铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系 铁碳相图的应用。 [一般要求]1.晶格的致密度 晶体的各向异性 2.金属中的扩散。 3.复习并进一步熟悉强度 塑性等机械性能指标https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 4.形成稳定化合物的相图 5.合金相图与性能的关系 6.各类特殊性能铸铁的成分 组织 性能特点和应用 7.白口铁的组织与性能 [教学内容] §2.1 金属的晶体结构和组织§2.2 合金的相结构§2.3 纯金属的结晶 §2.4 合金的结晶 §2.5 铁碳合金相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§2.1 金属的晶体结构和组织1.晶体与非晶体3.实际金属的晶体结构4.晶体中的扩散2. 金属的晶体结构https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,一、晶体与非晶体1. 晶体 指原子呈规则、周期性排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。非晶体 原子呈无规则堆积 和液体相似 亦称为“过冷液体”或“无定形体”。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。2. 区别(a)是否具有周期性、对称性(b)是否长程有序(c)是否有确定的熔点(d)是否各向异性金属的结构晶态非晶态Si2O的结构https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,二、金属的晶体结构1.金属的晶体结构 晶体结构描述了晶体中原子 离子、分子 的排列方式。1 理想晶体——实际晶体的理想化·三维空间无限延续 无边界·严格按周期性规划排列 是完整的、无缺陷。 ·原子在其平衡位臵静止不动 2 理想晶体的晶体学抽象空间规则排列的原子→刚球模型→晶格 刚球抽象为 晶格结点 构成空间格架 →晶胞 具有周期性最小组成单元 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,晶格 用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空 间格架。直线的交点 即原子中心 称结点。由结点形成的空间的阵列称空间点阵。晶胞 能代表晶格原子排列规律的最小几何单元https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3 晶胞的描述晶体学参数 a,b,c,α,β,γ晶格常数 a,b,c 4)晶系 根据晶胞参数不同 将晶体分为七种晶系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系 a=b=c = = =90 六方晶系 a1=a2=a3 c, = =90 , =120 立方六方 四方 菱方正交 单斜三斜5 原子半径 晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。6)晶胞原子数 一个晶胞内所包含的原子数目。7)配位数 晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。 8)致密度 晶胞中原子本身所占的体积百分数。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2.三种典型的金属晶体晶胞1 体心立方晶胞BCC Body Centered Cube 晶格常数 a(a=b=c)ar 4 3 原子半径 原子个数 2配位数 8 致密度 0.68 常见金属 -Fe、Cr、 W、Mo、V、Nb等https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,b 面心立方晶胞FCC Face-Centere Cube 晶格常数 aa 4 2 r 原子半径原子个数 4配位数 12致密度 0.74常见金属 -Fe、Ni、Al、Cu、Pb等https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,c)密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed 晶格常数 底面边长a 和高c c/a=1.633 a 2 1 r 原子半径原子个数 6配位数 12致密度 0.74常见金属 Mg、Zn、Be、Cd等https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, d BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度FCCa=b=c,α= β=γ=90o2868% BCCa=b=c,α=β=γ=90041274%HCP a=bc,c/a= 1.633, α=β=90o, γ=120oa/261274%https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、立方晶系晶面、晶向表示方法 晶体中各方位上的原子面称晶面 各方向上的原子列称晶向 1 晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为 ⑴确定原点 建立坐标系 求出所求晶面在三个 坐标轴上的截距。 ⑵取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数 加圆括弧 形式为 hkl 。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,例一、求截距为1, , 晶面的指数。 截距值取倒数为1,0,0 加圆括弧得 100 例二、求截距为1 2 3晶面的指数。 取倒数为1 1/2 1/3 化为最小整数加圆括弧得(632) 例三、画出 221 晶面。 取三指数的倒数1/2 1/2 1 化成最小整数为1,1,2 即为X Y Z三坐标轴上的截距。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为 ⑴确定原点 建立坐标系 过原点作所求晶向的 平行线。 ⑵求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数 加 方括弧。形式为[uvw]。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1 1.5 2 求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 例二、已知晶向指数为[110] 画出该晶向。找出1 1 0坐标点 连接原点与该点的直线即所求晶向。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,33 晶面族与晶向族晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 那些指数虽然不同 但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别 用{hkl}和 011 011 X Z https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,立方晶系常见的晶向为 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,<111>[111][111] [111][111]X Z https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,说明 ①在立方晶系中 指数相同的晶面与晶向 相互垂直。 ②遇到负指数 “-‖号 放在该指数的上方。----③晶向具有方向性 如[110]与[110]方向相反。 XZ Y(221) [221] [110][110]https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 4 密排面和密排方向 单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。 单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。 原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。 三种常见晶格的密排面和密排方向为 密排面数量密排方向数量 体心立方晶格{110}6<111>4面心立方晶格{111}4<110>6密排六方晶格六方底面1底面对角线https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,体心立方(110)面面心立方(111)面密排六方底面https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,三 实际金属的晶体结构 理想晶体+晶体缺陷——实际晶体实际晶体——单晶体和多晶体 单晶体 内部晶格位向完全一致 各向同性。多晶体 由许多位向各不相同的单晶体块组成 各向异性1 晶体缺陷 实际晶体中存在着偏离 破坏 晶格周期性和规则性的部分 a. 点缺陷——晶格结点处 或间隙处 产生偏离理想晶体的变化https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,空位晶格结点处无原子置换原子晶格结点处为其它原子占据 间隙原子原子占据晶格间隙空位间隙原子大置换原子 小置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态 使晶格发生扭曲 称晶格畸变。从而强度、硬度提高 塑性、韧性下降。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,刃型位错螺型位错b.线缺陷(位错)—二维尺度很小 另一维尺度很大的原子错排位错 晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部 滑移 滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。 有刃型位错和螺型位错两种类型。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 刃型位错 当一个完整晶体某晶面以上的某处多出 半个原子面 该晶面象刀刃一样切入晶体 这个多 余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错 用“?”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错 用“?”表示。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 位错密度 单位体积内所包含的位错线总长度。 = S/V(cm/cm3或1/cm2) 金属中的位错密度为104~1012/cm2。 位错对性能的影响 金属的塑性变形主要由位错运动引起 因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 从 - 关系可以看出 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,电子显微镜下的位错透射电镜下钛合金中的位错线(黑线) 高分辨率电镜下的刃位错高分辨率电镜下的刃位错 白点为原子 白点为原子 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,c. 面缺陷——一维尺度很小 而二维尺度较大的原子 错排区域。分为晶界、亚晶界、表面等晶界是不同位向晶粒的过度部位 宽度为5~10个原子间 距 位向差一般为20~40°。位向差很小 10’~2 °)的 小晶块为亚晶粒。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶 界也可看作位错壁。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,四、晶体中的扩散1.扩散——原子在晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象扩散→热激活过程 以克服晶格约束 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 影响扩散的因素 (1)温度原子能量提高 最主要因素 D=Doexp(-Q/RT Do:扩散系数(cm2/s),Q 扩散激活能Do Q与温度无关 决定于晶体的成分和结构温度提高10-15度 D提高一倍。(2)晶体结构 致密度小→克服的能垒小→扩散容易(3)表面及晶体缺陷晶格畸变→高能态原子→激活能小 体扩散的0.6-0.7 →扩散快100-1000倍https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2.2合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特 性的物质。 组成合金的元素可以是全部是金属 也可是金属与非金属。 组成合金的元素相互作 用可形成不同的相。Al-Cu两相合金https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 所谓相是指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。 显微组织实质上是指在显微镜下 观察到的金属中各相或各晶粒的 形态、数量、大小和分布的组合。 固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,1、固溶体组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体A B 。A 溶剂B 溶质https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,①分类a.按溶质原子的位臵分臵换固溶体其中溶质原子占据溶质原子点阵位臵的固溶体。晶格类型相同,原子半径相差不大,电化学性质相近.间隙固溶体溶质原子位于溶剂原子点阵的间隙位臵中的固溶体 原子半径较小。b.按溶解度分有限固溶体无限固溶体 c.按分布有序度分有序固溶体无序固溶体 ②固溶强化由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸变而造成材料硬度升高 塑性和韧性没有明显降低。 溶质原子溶入→晶格畸变→位错运动阻力上升→金属塑性变形困难→强度、硬度升高。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,22、、金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、 硬度和脆性 并可用分子式表示其组成。 当合金中出现金属化合物时 可 提高其强度、硬度和耐磨性 但 降低塑性。金属化合物也是合金的重要组成相。铁碳合金中的https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,⑴正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si。 ⑵电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子数的比值。⑶间隙化合物—由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金属元素组成。①间隙相 r非/r金 0.59时形成的具有简单晶格结构的间隙化合物。如:Fe4N、Fe2N、W2C、TiC、VC、TiN等。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,Fe3C的晶格②②具有复杂结构的间隙化合物具有复杂结构的间隙化合物当当rr非非/r/r金金>0.59>0.59时形成复杂结构间时形成复杂结构间隙化合物。隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。其中 Fe3C称渗碳体 是钢中重要组成相 具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原子 形成以化合物为基的固溶体。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§2.3 金属与合金的结晶1 .结晶与凝固的区别 2.纯金属的冷却曲线和过冷现象 3.纯金属的结晶过程 4. 金属晶粒的大小与控制 雾 凇https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,一、结晶与凝固的区别 凝固 L→SS可以是非晶结晶 一种原子排列状态 晶态或晶态 过渡为另一种原子规则排列状态 晶态 的转变过程一次结晶 L→S晶态 二次结晶 S→S晶态 二、纯金属的冷却曲线和过冷现象1.结晶驱动力ΔF≤0 不是过冷度ΔT 自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0 ?体系中各种能量的总和叫做内能→U 其中可以对外做功或向外释放的能量叫自由能→F F=U-TS 熵 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,a.当温度T>T0时 Fs>FL,液相稳定b.当温度T T0 理论结晶温度 熔点或平衡结晶温度 在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态 2.冷却曲线与过冷度1 冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。 Δ纯金属的冷却曲线https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 过冷与过冷度 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差 T称过冷度。 T= T0–T1过冷度大小与冷却速度有关 冷速越大 过冷度越大。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,三、纯金属的结晶过程1、结晶的基本过程 结晶由晶核的形成和晶核 的长大两个基本过程组成。 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团 它们时聚时散 称为晶坯。在T0以下 经一段时间后 即孕育期 一些大尺寸的晶坯将会长大 称 为晶核。界面自由能 体积自由能 晶胚晶核r rc ΔG* 自 由 能 变 化Δhttps://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,晶核形成后便向各方向生长 同时 又有新的晶 核产生。晶核不断形成 不断长大 直到液体完 全消失。每个晶核最终长成一个晶粒 两晶粒接 触后形成晶界。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、晶核的形成方式形核有两种方式 即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。 非均匀形核更为普遍。非均匀形核示意图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、晶核的长大方式晶核的长大方式有两种 即 平面长大和树枝状长大。实际金属的结晶主要以树枝状长大。 这是由于晶核棱角处的散热条件好 生长快 先形成一次轴 一次轴又 会产生二次轴… 树枝间最后被填充。平面长大https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,负温度梯度https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 树枝状结晶金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶 冰 的 树 枝 晶https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,表示晶粒大小的尺度叫晶 粒度。晶粒度可用晶粒的平均面积或平均直径表示。 工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准 晶粒度共分八级 一级最粗 八级最细。通过100 倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。四.金属晶粒的大小与控制 1.晶粒度https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2.决定晶粒度的因素晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。 单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。 单位时间内晶核生长的长度过冷度对N、G的影响叫长大速度(G)。 N/G比值越大 晶粒越细小。 因此 凡是促进形核、抑制 长大的因素 都能细化晶粒。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,过冷度Δ T提高 N提高、G提高 过冷度Δ T太高 D降低——N降低、G降低所以 过冷度Δ T↑ N↑↑ G↑——N/G增大 细化3.控制晶粒度的因素①提高过冷度https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,②变质处理又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫变质剂 或称孕育剂 。③振动 搅拌等对正在结晶的金属进行振动或搅动 一方面可靠外部输入的能量来促进形核 另一方面也可 使成长中的枝晶破碎 使晶核数目显著增加。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,1.二元合金相图的基本知识 2.二元合金相图3.合金性能与相图的关系https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,一、二元合金相图的基本知识1.相图的基本概念相图是用来表示合金系中各合金结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一 系列不同成分的合金。 组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的 物质。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,多数情况下组元是指组成合金的元素 但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元 如Fe-C合金中的Fe3C。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的 规律 是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图三元相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 几乎所有的相图都是通过实验得到的 最常用 的是热分析法。2、相图的建立https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,Ⅰ 纯铜Ⅱ 75%Cu+25%Ni III 50%Cu+50%Ni Ⅳ 25%Cu+75%NiⅤ 纯Ni二元相图的建立 [以Cu-Ni合金(白铜)为例]https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,1、配制不同成分的合金 测出各合金的冷却曲 线 找出曲线上的临界点 停歇点或转折点 。2、在温度-成分坐标中做成分垂线 将临界点标在成分垂线上。3、将垂线上相同意义的点连接起来 并标上相应的数字 和字母。相图中 结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。Cu Cu--NiNi合金相图合金相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、杠杆定律 当合金在某一温度下处于两相区时 由相图不 仅可以知道两平衡相的成分 而且还可以用杠杆定律求出两平衡相的相对重量百分比。 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律 ⑴确定两平衡相的成分 设合金成分为x 过x 做成分垂线。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,在成分垂线相当于温度t的o点作水平线 其与液固 相线交点a、b所对应的成分x1、x2即分别为液相和固相的成分。⑵确定两平衡相的相对重量 设合金(x)的总重量为1 液相(x1)重量为QL 固相(x2)重量为Q 。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,则QL+ Q =1 QLx1+ Q x2=x 解方程组得1 2 1 α 12 2 Lx x xx Q xx xx Q 式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的长度。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 因此两相的相对重量百分比为 %)100 ab ao %(100 xx xx Q %)100 ab ob %(100 xx xx Q2 1 1 21 2 L 两相的重量比为 两相的重量比为 21L 1 2L xxQxxQ ) ao ob ( xx xx Q Q 或o o b b x x1x2QLQ https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 上式与力学中的杠杆定律完全相似 因此称之为杠 杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于 该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中 杠杆的支点是合金的成分 杠杆的端点是所求的两平衡相 或两组织组成物 的成分。 杠杆定律只适用于两相区。单相区无必要使用 三 相区不能使用。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 合金的结晶只有在缓慢冷却的条件下才能得到成分均匀的固 溶体。但实际冷速较快 在结 晶过程中固相中的原子来不及 扩散 使先结晶出的枝晶轴含 有较多的高熔点元素(如Cu-Ni 合金中的Ni) 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu- Ni合金中的Cu)。4、枝晶偏析https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的 现象称作枝晶偏析。 不仅与冷速有关 而且与液固相线的间距有关。 冷速越大 液固相线间距越大 枝晶偏析越严重。 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温以消除枝晶偏析 这种热处理工艺称作扩散 退火。通过扩散退火可使原子充分扩散 使成分均 匀。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,二、二元相图的基本类型1、二元匀晶相图两组元在液态无限互溶 在固态也无限互溶 冷却时发生匀晶转变的合金系→匀晶相图 L→α 如Cu-Ni Fe-Cr Au-Ag。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 3 匀晶转变的特点a.形核、长大 树枝状长大 b.变温过程 c.两相区内 温度一定 成分确定 d.两相区内 温度一定 两 相相对量一定e.枝晶偏析 冷速快→原子扩散不充分→成分不均。扩散退火消除。 1 相图分析 液相线固相线L a L+ a 2 匀晶转变的结晶过程L→L+a →https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、共晶相图 两组元在液态无限互溶 在固态有限互溶的结晶转变。共晶转变的合金系构成共晶相图 Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu 1 相图分析液相线adb 固相线acdeb三个单相区 L、α、β α、β是有限固溶体 共晶点 d 共晶成分的合金冷却到此点所对应的温度 共晶温度 共同结晶出αc、βhttps://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,共晶反应线 cde溶解度线 cf eg T↓→过饱和固溶体析出另一相→脱溶转变 2 典型合金的结晶过程①合金I L-->L+α-->α-->α+βII相组成物 α,β组织组成物 α,β https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,相相对量 组织相对量 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,②合金II 共晶合金 LdgacbeL-->L+( ac+β e )--->ac+ βe--->af+ b II+βg +a IIPb-Sn共晶合金组织19.2室温下 相组成物α β 相对量如 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,③合金III 亚共晶合金 L--->L+a初--->L+a 初+ a c+βe)---> a 初+ ac + βe)--->a +βII+ a+β 亚共晶合金组织组织组成物 α+β 共晶体 α+β %=100% https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,组织相对量 在共晶温度时 室温下 a初--->α+βII室温下 相组成物α β相的相对量 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,④合金IV 过共晶合金 过共晶合金的结晶过程 与亚共晶合金相似 不 同的是一次相为 二 次相为 Ⅱ。 其室温组织为 Ⅰ+( + )+ Ⅱ。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,组织标注相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、二元包晶相图 当两组元在液态下完全互溶 在固态下有限互溶 并 发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。以Pt- Ag相图为例简要分析。1 相图分析单相区 L, ,β 二相区 L+ , L+ , + 三相区 L+ + 水平 线PDC L+ L+ L + https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,水平线PDC称包晶线 与该线成分对应的合金在该温 度下发生包晶反应 LC +αP ?βD 。该反应是液相L包 着固相α 新相β在L与α的界面上形核 并向L和α两 个方向长大的过程。 在一定温度下 由一个 液相包着一个固相生成 另一新固相的反应称包 晶转变或包晶反应。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 合金的结晶过程⑴Ⅰ合金 包晶成分合金 匀晶 包晶 二次析出。 室温组织为β+αII。 ⑵Ⅱ合金 匀晶 包晶 二次析出。室温组织为 α+βII+β+αII。 ⑶Ⅲ合金 匀晶 包晶 匀晶 二次析出。室 温组织为β+αII。Ⅰ ⅢⅡL+ L+ + 1 1 1222L3 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,所谓共析反应 转变 是指在一定温度下 由一定 成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新 固相的过程。共析转变也是固态相变。 最常见的共析转变是 铁碳合金中的珠光体转变: S? P+Fe3C。 4、具有共析反应的二元相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 共析相图与共晶相图相似共析相图与共晶相图相似 对应的有对应的有共析线共析线(PSK(PSK线线))、、共析点 共析点(S(S点点))、、共析温度共析温度、、 共析成分共析成分、、共析合金共析合金((共析共析 成分合金成分合金))、、亚共析合金亚共析合金 ((共析线上共析点以左的合共析线上共析点以左的合 金金))、、过共析合金过共析合金((共析线共析线 上共析点以右的合金上共析点以右的合金))。。铁碳合金相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 共析反应的产物是共析体 铁碳合金中的共析体称 珠光体 也是两相的机械混合物。 与共晶反应不同的是 共析反应的母相是固相 而不是液相。 另外 由于固态转变过冷度大 因而 共析组织比共晶组 织细。珠光体https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,5、二元相图的分析步骤 实际二元相图往往比较复杂 可按下列步骤进行分析。㈠分清相图中包括哪些基本类型相图㈡确定相区 1、相区接触法则 相邻两个相区的相数差为1。 2、单相区的确定 ⑴液相线以上为液相区 Fe-Fe3C相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,⑵靠纯组元的封闭区是以该组元为基的单相固溶体区 ⑶相图中的垂线可能是稳定化合物 单相区 也可能 是相区分界线 ⑷相图中部出现的成分可变的单相区是以化合物为基的单相固溶体区 ⑸相图中每一条水平线必定与三个单相区点接触。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、两相区的确定 两个单相区之间夹有一个两相区 该两相区的相由两相邻单相区的相组成。 4、三相区的确定 二 元相图中的水平线 是三相区 其三个 相由与该三相区点 接触的三个单相区 的相组成。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,恒温下由一个固相同时 析出两个成分结构不同的固相。 ? + β 共析反应 恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。L+α? β 包晶反应 恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不 同的固相。 L ? + 共晶反应说明 反应式图形特征反应名称常见三相等温水平线上的反应https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,四、合金性能与相图的关系1、合金的使用性能与相图的关系溶质元素→晶格畸变 大→强度、硬度↑ 50%↑最大 复相组织区域内 如共晶转变范围内 合金的强度和硬度随成分的变化呈直线关 系 大致是两相性能 的算术平均值。 HB=HBa * a% + HBβ * β%对组织较敏感的性能—强度 与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密 强度越高 共晶点处 共晶组织呈细小、均 匀细密的复相组织 强度可达最高值。 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、合金的工艺性能a.铸造性能—液态合金的流动性以及产生缩孔 裂纹的倾向性等。液固相线距离愈小 结晶温度范围愈小→合金的流动性好→有利于浇注。液固相线距离大→枝晶偏析倾向愈大 合金流动性也愈 差 形成分散缩孔的倾向也 愈大 使铸造性能恶化 所 以铸造合金的成分常取共晶 成分和接近共晶成分或选择 结晶温度间隙最小的成分。b.锻造、轧制性能单相固溶体合金单相组织变形抗力小 变形均匀 不易开裂 塑性好https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,§2.5 铁碳合金相图1.铁碳合金的组元和相 2.铁碳合金相图分析 3.典型铁碳合金结晶过程及其组织 5.铁碳相图的应用及局限铁碳合金相图是研究铁碳合金 最基本工具 是研究碳钢和 铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础 是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。4.含碳量对铁碳合金组织和性能的影响https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,一、铁碳合金的组元和相1、组元 Fe、Fe3C2、相 ⑴铁素体 碳在α-Fe中的固溶体称铁素体 用F或 表示。 碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体 用δ表示。 都是体心立方的间隙固溶体。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。铁素体https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,⑵奥氏体:碳在 -Fe 中的固溶体称奥氏体。用A或 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%。组织为不规则多面体晶粒 晶界 较直。强度低、塑性好 钢材热 加工都在 区进行。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,⑶渗碳体 即Fe3C 含碳6.69% 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、脆性大 塑性几乎为零。 Fe3C是一个亚稳相 在一定条件下可发生分解 Fe3C→3Fe+C 石墨 该反应对铸铁有重要意义。 由于碳在 -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。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,二、铁碳合金相图的分析1、特征点? ??? ?LJN G +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、特征线⑴液相线—ABCD 固相线—AHJECFD⑵三条水平线 HJB 包晶线LB+δH? JECF 共晶线LC? E+ Fe3C共晶产物是 与Fe3C的机械混合物 称作莱氏体 用 Le表示。为蜂窝状 以Fe3C为基 性能硬而脆。莱氏体https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,PSK 共析线 S?FP+Fe3C 共析转变的产物是 与Fe3C的机械混合物 称作珠光体 用P表示。其组织特点是两相呈片层相间分布 性能介于两 相之间。PSK线又称A1`线。珠光体L+δ L+ L+ Fe3C δ+ + Fe3C + F+ https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 3 其它相线 GS,GP— ? 固溶体转变线 GS又称A3线。HN,JN—δ? 固溶体转变线 ES—碳在 -Fe 中的固 溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在α-Fe中的固溶线。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、相区⑴五个单相区 L、 、 、 、Fe3C ⑵七个两相区 L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C ⑶三个三相区 即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C) 三条水平线 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,三、典型合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金 按成分可分为三类 ⑴工业纯铁(<0.0218%C)组织为单相铁素体。⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组 织为单相 易于变形 ①亚共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C) ③过共析钢(0.77~2.11%C)https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,⑶白口铸铁(2.11~6.69%C) 铸造性能好 硬而脆 ①亚共晶白口铸铁(2.11~4.3%C) ②共晶白口铸铁(4.3%C) ③过共晶白口铸铁(4.3~6.69%C)https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,典型铁碳合金平衡结晶过程分析1.工业纯铁 2.共析钢 3.亚共析钢 4.过共析钢 5.共晶白口铁 6.亚共晶白口铸铁 7.过共晶白口铸铁https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,P+https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,1 工业纯铁 C%≤0.0218% 相组成物 F+Fe3C C%>0.0008% ; F C%<0.0008%相相对量 F%= Fe C%=组织组成物 F和Fe3CIIIL--->L+A--->A--->A+F--->F+https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降 Fe3CⅢ量不断增加 合金的室温下组织为F+ Fe3CⅢ。室温下Fe3C Ⅲ的最大量为:%3.0 %100 0008.069.6 0008.00218.0 QIII 3CFe https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2 共析钢C%=0.77% L--->L+A--->A--->A+P--->P相组成物 F和Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物 P 珠光体https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3 亚共析钢0.0218% 相组成物 F Fe3C 45钢金相 F%=Fe3C%=https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织亚共析钢室温下的组织为F+P。在0.0218~0.77%C范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。 P%=F%=https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,4 过共析钢 L--->L+A--->A--->A+Fe3CII--->A+P+Fe3CII--->P+Fe3CIIT12钢金相https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,相组成物 F Fe3CF%= Fe3C%=组织组成物 P Fe3CII组织相对量 Fe3CII%=P%=含1.4%C钢的组织https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,5 共晶白口铁 C%=4.3% L--->L+Le--->Le (A+Fe3C共晶)--->Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII)--- >Le’(P+Fe3CII+Fe3C) https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,共晶白口铁金相 相组成物 F Fe3C F%=Fe3C%= 组织组成物 Le'https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,6 亚共晶白口铸铁2.11% Fe3C%=组织组成物 P Le’ https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,7 过共晶白口铸铁https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 过共晶白口铁金相相组成物 F Fe3CF%= Fe3C%=组织组成物 Le’ Fe3CFe3C%= Le’%=Lc%=https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,小结 标注组织的铁碳相图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1、含碳量对室温平衡组织的影响 根据杠杆定律的计算结果 可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系 随含碳量增加 组织中Fe3C不仅数量增加 而且形态也在变化 由分布在 基体内(P中Fe3C)变为分布在A晶界上(Fe3CⅡ) 最后形成莱氏体时 Fe3C已作为基体出现。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加 P 量增加 钢的强度、硬度升 高 塑性、韧性下降。 0.77%C时 组织为100%P 含碳量对力学性能的影响钢的性能即P的性能。 0.9%C, Fe3CⅡ为晶界连续网 状, 强度下降, 但硬度仍上升。 2.11%C, 组织中有以Fe3C为 基的Le’ 合金太脆。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3、含碳量对工艺性能的影响 ⑴切削性能 中碳钢比较合适。 ⑵可锻性能 低碳钢比高碳钢好。⑶铸造性能 共晶成分附近的合金 铸造性能好。⑷焊接性能 低碳钢好于高碳钢。 ⑸热处理性能 第六章介绍。焊缝组织铸造https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,五、铁 渗碳体相图的应用 一 应用 1 选材 2 热加工工艺制定的基础 二 局限性1 反映的是平衡相 而不是组织2 反映二元合金中相的平衡状态 3 没有反映时间的作用——平衡条件下https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,第三章金属的塑性变形与再结晶§3.1金属的塑性变形 §3.2.冷塑性变形对金属组织和性能的影响 §3.3 回复与再结晶塑性变形及其随后的加热对金属材料的组织和性能有着显著的影响。了解塑性变形的本质 塑性变形及加 热时组织的变化 有助于发挥金属的性能潜力 正确确定加工工艺。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,第一节金属的塑性变形单晶体受力后 外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变 形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属 晶体才能产生塑性变形。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,如拉伸时 滑移面上的外力P分解为正应力δ和切应力ε。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,?正应力只能引起弹性变形及解理断裂ζ↓伸长量↓ ζ→O 变形恢复 ζ↑伸长量↑ ζ 原子间结合力时 拉断。正应力ζ只能使晶体产生弹性变形和断裂 不能使晶体产生塑性变形。?切应力作用使晶格发生弹性歪扭η ηc 临界切应力 η↓变形量↓ η→O 变形恢复 η ηc 发生滑移 产生永久塑性变形。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 塑性变形有两种形式 滑移和孪生。在多数情况下 金属的塑性变形是以滑移方式进行的。 一 滑移 1. 滑移与滑移带 1)滑移是指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。 滑移变形的特点 ⑴滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, ⑵滑移常沿晶体中原子密度 最大的晶面和晶向发生。 因为原子密度最大的晶面 和晶向之间原子间距最大 结合力最弱 产生滑移所 需切应力最小。 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方 向。通常是晶体中的密排面和密排方向。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,滑移的结果在晶体表面形成台阶 称滑移线 若 干条滑移线组成一个滑移带。滑移带和滑移线示意图铜拉伸试样表面滑移带2)滑移带 ⑶滑移时 晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,三种典型金属晶格的滑移系 滑移系越多 金属发生滑移的可能性越大 塑性也越好 其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 2.滑移系 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,如FCC和BCC的滑移系为12个 HCP为3个 FCC的滑移方向多于BCC 金属塑性如Cu FCC Fe BCC Zn HCP 。 因而金属的塑性 面心立方晶格好于体心立方晶 格 体心立方晶格好于密排六方晶格。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3.滑移时晶面的转动 ①外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉 伸轴。②以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥ 最大切应力方向。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,4.滑移的机理 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应 力值比实际测量临界切应力值大3-4个数量级。 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,晶体通过位错运动产生滑移时 在位错中心的少数原子发生移动 它们移动的距离远小于一个原子间距 因而所需临界切应力小 这种 现象称作位错的易动性。 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,㈡孪生孪生是指晶体的一部分沿一 定晶面和晶向相对于另一部 分所发生的切变。发生切变 的部分称孪生带或孪晶 沿其发生孪生的晶面称孪生面 孪生的结果使孪生面两侧的 晶体呈镜面对称。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,与滑移相比 孪生使晶格位向发生改变 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,二、多晶体金属的塑性变形单个晶粒变形与单晶体相似。而 多晶体变形比单晶体复杂得多。 ㈠晶界及晶粒位向差的影响1、晶界的影响 当位错运动到晶界附近时 受到晶界的阻碍而堆积起 来 称位错的塞积。要使变形继续进行 则必须增加外力 从而使金属的塑性变形抗力提高。 位错塞积示意图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2、晶粒位向的影响由于各相邻晶粒位向不同 当一个晶粒发生塑性变形时 为了保持金属的连续性 周围的晶粒若不发生塑 性变形 则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形 便成为塑性变形晶粒的变 形阻力。由于晶粒间的这 种相互约束 使得多晶体 金属的塑性变形抗力提高。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,㈡多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或 接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定 程度 加上相邻晶粒的转动 使相邻晶粒中原来处于 不利位向滑移系上的位错开动 从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒 当有 大量晶粒发生滑移后 金属 便显示出明显的塑性变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,㈢晶粒大小对金属力学性能的影响金属的晶粒越细 其强度和硬度越高。 因金属晶粒越细 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 使金属塑性 变形的抗力越高。晶粒大小与金属强度的关系https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 金属的晶粒越细 其塑性和韧性也越高。 因晶粒越细 单位体积内晶粒数目越多 参与变形的晶粒数目也越多 变形越均匀 使在断裂前发生较大的塑性变形。 强度和塑性同时增加 金属在断裂前消耗的 功也大 因而其韧性 也比较好。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,通过细化晶粒来同时提高 金属的强度、硬度、塑性 和韧性的方法称细晶强化。锌单晶和多晶的拉伸曲线https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,第二节塑性变形对组织和性能的影响一、塑性变形对组织结构的影响1.晶粒变形 金属发生塑性变形时 不仅外形发生变化 而且其内部的晶 粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时 晶粒将被拉长 为纤维状 晶界变得模糊不清。 塑性变形还使晶粒破碎为亚 晶粒。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%冷变形纯铝中的位错网(a) 正火态(c) 变形80%(b) 变形40%https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,2.形变织构 在塑性变形过程中 由于晶粒的转动 当变形达到 一定程度时 会使绝大部分晶粒的某一位向与外力 方向趋于一致 这种现象称织构或择优取向.。 形变织构使金属呈现各向异性 在深冲零件时 易产生“制耳”现象 使零件边缘不齐 厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。板织构 丝织构 形变织构示意图各向异性导致的“制耳”变形前 变形后https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,二、冷塑性变形对金属组织性能的影响 1 加工硬化 形变硬化 冷作硬化 https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,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。 产生加工硬化的原因是 1 随变形量增加 位错密度增加 由于位错之间的 交互作用(堆积、缠结等) 使变形抗力增加。 2 随变形量增加 亚结构细化。 3 随变形量增加, 空位密度增加。 4 几何硬化 由晶粒转动引起。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,由于加工硬化的存在 使已变形部分发生硬化而停止 变形 而未变形部分开始变形 因此 没有加工硬化 金属就不会发生均匀塑性变形。 加工硬化是强化金属的重要手段之一 尤其对于那些不能以热处理强化的金属和合金更为重要。2.物理化学性能的变化https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,3.残余内应力内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时 外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中。 内应力分为三类 第一类内应力平衡于表面与心部之间 宏观内应力 。 第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间 微观内应力 。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。第三类内应力是形变金属中的主要内应力 也是金 属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强 度降低。 内应力的存在 使金属耐蚀性下降 引起零件加工、 淬火过程中的变形和开裂。因此 金属在塑性变形后 通常要进行退火处理 以消除或降低内应力。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,第三节回复与再结晶金属经冷塑性变形后 组织处于不稳定状态 有自 发恢复到变形前组织状态的倾向。但在常温下 原 子扩散能力小 不稳定状态可以维持相当长时间 而加热则使原子扩散能力增加 金属将依次发生回 复、再结晶和晶粒长大。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,㈠回复回复是指在加热温度较低时 由于金属中的点缺陷及位 错的近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其 他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使 缺陷数量减少等。 由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布 形成亚晶界 这一过程称多边形化。多边形化示意图https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html, 在回复阶段 金属组织变化 不明显 其强度、硬度略有 下降 塑性略有提高 但内 应力、电阻率等显著下降。 工业上 常利用回复现象将 冷变形金属低温加热 既稳定组织又保留加工硬化 这种热处理方法称去应力退火。https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,㈡再结晶1. 当变形金属被加热到较高温 度时 由于原子活动能力增 大 晶粒的形状开始发生变 化 由破碎拉长的晶粒变为 完整的等轴晶粒。这种冷变 形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热https://www.wendangku.net/doc/af11729538.html,再结晶也是一个晶核形成和长大的过程 但不是 相变过程 再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和 成为一名机械工程师需要掌握的知识 注册机械工程师资格考试基础考试大纲 一.高等数学 1.1空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线 1.2微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用 1.3积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数 1.5常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程 1.6概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计的基本概念参数估计假设检验方差分析一元回归分析 1.7向量分析 1.8线性代数行列式矩阵n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型 二.普通物理 2.1热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平衡碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵 2.2波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应 2.3光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉麦克尔干涉仪惠更斯——菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用 三.普通化学 3.1物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系 3.2溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及ph值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算 3.3周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律 3.4化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀 3.6有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔 机械工程材料试题三 一、名词解释（共15分，每小题3分） 1. 奥氏体（A） 2.回复 3.固溶体 4.自然时效 5.加工硬化 二、填空题（共20分，每空1 分） 1.石墨为片状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为________铸铁。其中________铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指________，在________程中形成的，它 ________了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 三、选择题（共25分，每小题1分） 1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是( ) A.温度过低； B.温度过高； C.钢锭含磷量过高； D.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是( ) A.20钢； B.40钢； C.T8钢； D.T12钢 3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是( ) A.提高淬透性； B.固溶强化； C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区； D.细化晶粒； 4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行( ) A.完全退火； B.球化退火； C.去应力退火； D.再结晶退火 5.下列材料中，最适合制造机床床身的是( ) A.40钢； B.T12钢； C.HT300； D.KTH300-06 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是 A.1Cr13钢； B.1Cr17钢； C.3Cr13钢； D.4Cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是( ) A.ZAlSi12； B.2A50(旧牌号LD5)； C.ZAlMg10； D.2A12(旧牌号LY12) 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是( ) A.1Cr17； B.1Cr18Ni9Ti； C.聚四氟乙烯； D.SiO2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( ) A.60Si2Mn； B.5CrNiMo； C.Cr12MoV； D.GCr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是( ) A.Al2O3； B.聚苯乙烯； C.聚丙烯； D.饱和聚酯 11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只 需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是( ) A.铁总是存在加工硬化，而铜没有； B.铜有加工硬化现象，而铁没有； C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有 D.铁和铜的再结晶温度不同 12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和( ) A.铁素体-奥氏体不锈钢； B.马氏体-奥氏体不锈钢； C.莱氏体不锈钢； D.贝氏体不锈钢 13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？( ) A.马口铁； B.白口铸铁； C.麻口铸铁； D.灰铸铁 晶体缺陷： 点缺陷（空位、间隙原子、异类原子微观影响：晶格畸变）线缺陷（位错；极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性、扩散及相变有显著影响）面缺陷（晶界、亚晶界） 合金相结构 :相是指系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分。相变：相与相的转变。按结构特点:固溶体、化合物、非晶相。 固溶体:指溶质原子溶入溶剂中所形成的均一结晶相。其晶体结构与溶剂相同。置换固溶体（溶质原子占溶剂晶格结点位置形成的固溶体）间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体 结晶： 材料从液态向固态的凝固成晶体的过程。 基本规律:晶核形成和长大交替进行。包括形核和核长大俩个过程， 影响形核率和成长率的因素：过冷度、不容杂志、振动和搅拌 变质处理：金属结晶时，有意向金属溶液中加入某种难溶物质，从而细化晶粒，改善金属性能 调质处理:淬火和高温回火 同素异构转变;固态金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。 合金的组织决定合金的性能 金属材料的强化 本质;阻碍晶体位错的运动 强化途径:形变强化（冷加工变形）、固溶强化（形成固溶体）、第二相强化、细晶强化（晶粒粒度的细化） 钢的热处理 预先热处理：正火和退火 最终热处理：淬火和回火 退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削性能；消除钢中内应力；细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。常用：完全退火Ac3以上30-50度（适用亚共析钢和合金钢，不适应低碳钢和过共析钢）得到组织为铁素体和珠光体，等温退火：适用某些奥氏体比较稳定的合金钢，加热和保温同完全退火，使奥氏体转变为珠光体，球化退火：温度略高于Ac1，适用过共析钢和合金工具钢，得到组织球状珠光体，去应力退火：Ac1以下100-200度，不发生组织变化，另外还有再结晶退火和扩散退火。 正火：亚共析钢Ac3以上30-50度，过共析钢Accm以上30-50度，保温后空冷获得细密而均匀的珠光体组织。目的:调整钢的硬度，改善加工性能；消除钢中内应力，细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。主要作用:作为低、中碳钢的预先热处理；消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做准备；作为普通件的最终热处理。 退火和正火区别：冷却速度不同，正火快，得到珠光体组织细，因而强度和硬度也高。实际中，如果俩者均能达到预先热处理要求时，通常选正火 淬火：加热到Ac1或Ac3以上某个温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使A转变为M 的热处理工艺.目的：获得马氏体或下贝氏体组织。温度：亚共析钢Ac3上30-50度，组织为M+少量A残，共析钢和过共析钢Ac1上30-50度，组织M+粒状Fe3C+少量A残 要求:淬火冷却速度必须大于临界冷却温度Vk.常用方法;单液、双液、分级、等温、局部淬火 回火：淬火以后的工件加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的一种热处理工艺.目的：降 机械工程材料 1 .室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越高。() 2 ?因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。() 3?间隙固溶体一定是无限固溶体。() 4 ?铁素体的本质是碳在a-Fe中的间隙相。() 5?在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。 6 ?高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。() 7 .钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。() 8 ? T8钢比T12和40钢有更好的淬透性。() 9 ?灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。() 10. 齿轮渗碳用钢常采用低碳钢。() 是非题 1 ? (V) 2 ? ( X ) 3 ? ( X ) 4 ? ( V) 5 ? ( X ) 6 ? ( X ) 7 ? (V) 8 ? (V) 9 ? ( X)10 ? ( V) 1. _________________________________________________ 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 _______________________________________________ a ?越高； b ?越低； c ?越接近理论结晶温度 2 ? a —Fe是实际原子数为 _________ 。 a ? 2; b ? 4; c ? 6 3 ?固溶体的晶体结构___________ 。 a ?与溶剂相同； b ?与溶质相同； c ?为其他晶型 4?间隙相的性能特点是_____________ 。 a ?熔点高、硬度低； b ?硬度高、熔点低； c ?硬度高、熔点高 5. __________________________________ 金属的加工硬化现象将导致。 a. 强度降低，塑性提高； b.强度提高，塑性降低；c ?强度降低，塑性降低 6 ?用下述三种方法制成齿轮，____________ 种方法较为理想。 a.用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； b.由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮; 圆棒锻成圆 c.由 饼，再加工成齿轮 7.钢中含硫量过高的最大危害是造成__________________ 。 a.热脆； b.冷脆； c.氢脆 8 ?奥氏体是___________ 。 机械制造技术基础知 识点整理 1.制造工艺过程：技术准备，机械加工，热处理，装配等一般称为制造工艺过程。 2.机械加工由若干工序组成。工序又可分为安装，工位，工步，走刀。 3.按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型：单件生产，成批（小批,中批,大批）生产，大量生产。 4.材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。 5.金属切削加工的方法有车削，钻削，镗削，铣削，磨削，刨削。 6.工件上三个不断变化的表面待加工表面，过渡表面（切削表面），已加工表面。（详见P58） 7.切削用量是以下三者的总称。 （1）切削速度，主运动的速度。 （2）进给量，在主运动一个循环内刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。 （3）背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。 8.母线和导线统称为形成表面的发生线。 9.形成发生线的方法成型法，轨迹法，展成法，相切法。 10.表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。 11.机床的分类：（1）按机床万能性程度分为：通用机床，专门化机床，专用机床。 （2）按机床精度分为：普通机床，精密机床，高精度机床。 （3）按自动化程度分为：一般机床，半自动机床，自动机床。 （4）按重量分为：仪表机床，一般机床，大型机床，重型机床。 （5）按机床主要工作部件数目分为：单刀机床，多刀机床，单轴机床，多轴机床。 （6）按机床具有的数控功能分:普通机床，一般数控机床，加工中心，柔性制造单元等。 12.机床组成：动力源部件，成型运动执行件，变速传动装置，运动控制装置，润滑装置，电气系统零部件，支承零部件，其他装置。 13.机床上的运动：（1）切削运动（又名表面成型运动），包括： 1、主运动使刀具与工件产生相对运动，以切削工件上多余金属的基本运 动。 2、进给运动不断将多余金属层投入切削，以保证切削连续进行的运 动。（可以是一个或几个） （2）辅助运动。分度运动，送夹料运动，控制运动，其他各种空程运动 14.刀具分类： （1）按刀具分为切刀，孔加工刀具，铣刀，拉刀，螺纹刀具，齿轮刀具，自动化加工刀具。 （2）按刀具上主切削刃多少分为单刃刀具，多刃刀具。 （3）按刀具切削部分的复杂程度分为一般刀具，复杂刀具。 （4）按刀具尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸刀具，非定尺寸刀具。 （5）按刀具切削部分本身的构造分为单一刀具和复杂刀具。 （6）按刀具切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式刀具和装配式刀具。 15.切刀主要包括车刀，刨刀，插刀，镗刀。 16.孔加工刀具有麻花钻，中心钻，扩孔钻，铰刀等。 17.用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金钢。 18.高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。 19.高性能高速钢分钴高速钢，铝高速钢，高钒高速钢。 20.刀具的参考系分为静止（标注）角度参考系和工作角度参考系。 21.静止（标注）角度参考系由主运动方向确定，工作角度参考系由合成切削运动方向确定。 22.构成刀具标注角度参考系的参考平面有基面，切削平面，正交平面，法平面，假定工作平面，背平面。 《机械工程材料》 基础篇 一：填空 1. 绝大多数金属具有体心立方、面心立方、和密排立方三种类型，α－Fe是体心立方类型，其实际原子数为 2 。 2．晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、和面缺陷。 3．固溶体按溶质原子在晶格位置分为置换固溶体、间隙固溶体。 4．铸造时常选用接近共晶成分（接近共晶成分、单相固溶体）的合金。5．金属的塑性变形对金属的组织与性能的影响晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化、织构现象的产生。6．金属磨损的方式有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损。 7.金属铸件否（能、否）通过再结晶退火来细化晶粒。 8．疲劳断裂的特点有应力低于抗拉极限也会脆断、断口呈粗糙带和光滑带、塑性很好的材料也会脆断。 9．钢中含硫量过高的最大危害是造成热脆。 10．珠光体类型的组织有粗珠光体、索氏体、屈氏体。 11．正火和退火的主要区别是退火获得平衡组织；正火获得珠光体组织。 12. 淬火发生变形和开裂的原因是淬火后造成很大的热应力和组织应力。 13. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。甲、乙两厂产品的组织各是铁素体＋珠光体、回火索氏体。 14．40Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 40Cr 。15．常见的普通热处理有退火、正火、淬火、回火。 16．用T12钢制造车刀，在切削加工前进行的预备热处理为正火、 球化退火。 17．量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为调质（退火、调质、回火）。 18．耐磨钢的耐磨原理是加工硬化。 19．灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为高温退火。 20、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。 21．纯铁的多晶型转变是α-Fe→γ-Fe→δ-Fe 。 22．面心立方晶胞中实际原子数为 4 。 23．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着晶面与晶向相互垂直关系。 24．过冷度与冷却速度的关系为冷却速度越大过冷度越大。 25．固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为间隙固溶体、置换固溶体。26．金属单晶体滑移的特点是滑移只能在切应力下发生、滑移总是沿原子密度最大的晶面和晶向进行、滑移时必伴随着晶体向外力方向转动。 27．热加工对金属组织和性能的影响有消除金属铸态组织的缺陷、改变内部夹杂物的形态与分布。 机械工程师知识要求 机械工程师的知识要求： Ⅰ.基本要求 1．熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2．熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。 7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 Ⅱ.考试内容 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零、部件（系统）图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图 机械工程材料复习 第一部分 基本知识 一、概述 ⒈目的 掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识（性能和改性方法是重点）。 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料； 具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。 ⒉复习方法 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值显著下降。 ③钢的塑性(δ ?)、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。 ⑵。塑性变形组织与性能 第1章机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2 塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用 表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 多个精品课程课件网络资源 收录日期: （部分内容已严重陈旧或已淘汰） 食品卫生检验教案讲稿 最新国家食品卫生标准贯彻实施手册 农药分析手册 食品法规（版） 英文版 原理与实施第二版 法律专题 安徽建筑工程学院大学物理实验精品课程 安徽建筑工程学院无机与分析化学精品课程 安徽科技学院精品课程 白兰地工艺学 包装技术课件 保健食品检验与评价技术规范实施手册 保健食品原料手册 贝类油脂化学与工艺学 病理学实验指导－大连医科大学 仓储与配送管理－天津开发区职业技术学院 长春工业大学精品课程 长春师范学院教学课件 长效酸奶技术 常见中毒急救手册 常用分子生物学软件中文说明 常用天然提取物质量标准参考手册 常用药物辅料手册 成都大学精品课程建设 成都中医药大学中药学精品课程 成都中医药大学中药药理学精品课程 成都中医药大学中医方剂学精品课程 成都中医药大学中医药统计学精品课程 大连水产学院大学.物理精品课程 大连水产学院精品课程 大连水产学院水产动物生理学精品课程 大连水产学院水生生物学精品课程 大连水产学院养殖水环境化学精品课程 大学基础化学 大学物理 大学物理 大学物理－西安科技大学 蛋白质纯化与鉴定实验指南 蛋白质电泳实验技术 蛋白质电泳实验技术 蛋白质技术手册 蛋白质与氨基酸 蛋白质组学－黎明涛 蛋制品工艺学 当代食品生产技术丛书－当代食品生产技术与配方当代食品生产技术丛书－调味品 当代食品生产技术丛书－果蔬保鲜与加工 当代食品生产技术丛书－酒类制造 当代食品生产技术丛书－粮食深加工 当代食品生产技术丛书－乳制品 当代食品生产技术丛书－食用植物油与植物蛋白当代食品生产技术丛书－饮料 当代中医药美容妙方 电镜精品课件－江南大学 电泳－生物化学实验技术丛书 电子显微镜图像分析原理与应用 调香术－化学工业出版社 动物学 动物学 动物营养学 毒理学 发酵调味品生产技术 发酵工程 发酵工程 发酵工艺及设备 发酵工艺学课件 发酵工艺学原理 发酵食品工艺学 发酵与酿造工艺学 发酵原理课外讲座 发酵原理演示教案 方便食品加工工艺及设备选用手册 方便食品原料学与工艺学 分析化学 分析化学 分析化学 分析化学 分析化学电子教案 分析化学讲义 分子克隆实验指南－第三版 机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号S表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产 第1章材料的性能 一、选择题 1.表示金属材料屈服强度的符号是（ B） A.σ B.σs C.σb D.σ-1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（ A） A.σe B.σs C.σb D.σ-1 3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（ B） A.HB B.HRC C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A ） A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 二、填空 1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形）或（破坏）的能力。 2.金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。 3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（塑性变形）和（断裂）三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法）、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）作用而（不发生断裂时）的最大应力值。 三、是非题 1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。是 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。是 3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。 四、改正题 1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。将冲击载荷改成交变载荷 2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。将HB改成HR 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。将疲劳强度改成冲击韧性 4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。将冲击韧性改成断面收缩率 5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。将载荷改成冲击载荷 五、简答题 1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σs、σ0.2、HRC、σ-1、σb、δ5、HBS。σs: 屈服强度σ0.2：条件屈服强度 HRC：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥）σ-1: 疲劳极限 σb: 抗拉强度σ5：l 0=5d 时的伸长率（l =5.65s 1/2） HBS:布氏硬度（压头为钢球）第2章材料的结构 机械工程材料总结 通过这一学期的学习，对各种材料也有了了解，比如说，在机械工程材料中，金属材料最重要的。掌握了常用机械工程材料的性能与应用，具有选择常用机械工程材料和改变材料性能的方法。了解了与本课程有关的新材料，新技术，新工艺及其发展概况。 材料是人类生产和生活的物质基础。人类社会发展的历史表明，生产技术的进步和生活水平的提高与新材料的应用息息相关。每一种新材料的发明和应用，都使社会生产和生活发生重大的变化，并有力地推动着人类文明的进步。例如，合成纤维的研制成功改变了化学、纺织工业的面貌，人类的衣着发生重大变化；超高温合金的发明加速了航空航天技术的发展；超纯半导体材料的出现使超大规模集成电路技术日新月异，促进了计算机工业的高速发展；光导纤维的开发使通信技术产生了重大变革；高硬度、高强度等新材料的应用使机械产品的结构和制造工艺发生了重大变化。因此，历史学家常以石器时代、铜器时代、铁器时代划分历史发展的各个阶段，而现在人类已跨进人工合成材料的新时代。 学完了整册书，对本书有了深刻了解。通过对第一章的力学性能的学习，了解了要正确，合理地使用金属材料，必须了解其性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在各种加工进程中所表现出来的性能，主要有力学性 能、物理性能和化学性能。在机械行业中选用材料时，一般以力学性能为主要依据。在第二章的学习中，了解了金属的晶体结构和结晶，固体材料按内部原子聚集状态不同，分为晶体和非晶体两大类。固态金属基本上都是晶体物质。材料的性能主要取决于其内部结构。因此，研究纯金属与合金的内部结构，对了解和掌握金属的性能是非常重要的。 在深入的了解中我又学到了金属不但能结晶，而且还能再结晶。为了获得预期组织结构与性能，我们通常采用热处理来实现这一方法。热处理是提高金属使用性能和改善工艺性能的重要加工工艺方法，因此，在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。一般应用以下方面：1.作为最终热处理，正火可以细化晶粒，使组织均匀化，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，力学性能要求不是很高时，可以正火作为最终热处理。2.作为预先热处理，截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理前长行正火，以清除魏氏组织或带状组织，并获得细小而均匀的组织，对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。3.改善切削加工性能，低碳钢或低碳钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高其硬度，改善其切削加工性能。 实践证明，生产中往往会由于选材不当或热处理不妥，使机械零件的使用性能不能达到规定的技术要求，从而导致零件在使用中因发生过量变形，过早磨损或断裂等而早期失效。所以，在 机械工程师基础知识340点（一） （一） 1：铆工常用的锤有哪几类？ 答：有手锤，大锤，型锤。 2：铆工常用的凿子有哪几类？ 答：有扁凿和狭凿两大类。 3：什么叫钢？ 答：含碳量低于2.11%的铁碳合金叫钢。 4：什么叫高碳钢？ 答：含碳量大于0.6%的钢叫高碳钢。 5：钢根据用途可分几类？ 答：可分为结构钢，工具钢和特殊用途刚。 6：钢按其端面形状可分几类？ 答：可分为板材，管材，型材，线材。 7：钢材变形矫正的基本方法有哪两种？ 答：有冷作矫正和加热矫正。 8：什麽叫装配夹具？ 答：指在装配过程中用来对零件施加外力，使其获得可靠定位的工艺装备。9：冷作矫正的基本方法有几类？ 答：有手工矫正和机械矫正。 10：加热矫正分哪几类？ 答：分全加热矫正和局部加热矫正。 11：局部加热矫正加热区的形状有几种？ 答：有点状，线状，三角形三种。 12：角钢变形有哪几种？ 答：有扭曲，弯曲，角变形三种。 13：槽钢的变形有哪几种？ 答：有扭曲，弯曲，翼板局部变形。 14：什么叫冷作矫正？ 答：再常温下进行的矫正叫冷作矫正。 15：分离包括哪几道工序？ 答：包括落料，冲孔，切口三个工序。 16：什么叫冲压？ 答：使板料经分离或成形得到制件的过程。 17：冲压有哪些优点？ 答：产品质量好，生产率高，节约材料，降低成本，易实现自动化。 18：什么叫弯曲成型？ 答：将坯料弯成所需形状的加工方法。 19：铆接的基本形式有那三种？ 答：对接，搭接，角接。 20：什么叫铆接？ 答：利用铆钉将两个或两个以上构件连接为一个整体。 21：常用的铆钉有几种？ 答：有半圆头，沉头，半沉头，平头，平锥头，扁圆，扁平。22：铆接的种类有哪几种？ 答：有强固铆接密固铆接紧密铆接。 23：什麽叫装配？ 答：将各个零件按照一定技术条件联合成构件的过称。 24：装配的三要素是什么？ 答：定位，支撑，夹紧。 25：金属结构的连接方法有哪几种？ 答：有焊接，铆接，螺栓连接，铆焊混合连接。 26：防样常用的工具有哪些？ 答：粉线，石笔，画针，尺子，样冲，手锤。 27：求相贯线的主要方法有哪些？ 答：有素线法，辅助平面法，球面法。 28：求直线段实长的方法有哪些？ 答：旋转法，直角三角形法，换面法，支线法。 29：作展开图的方法有哪些？ 答：有作图法，计算法。 30：常用的展开方法有哪些？ 答：有平行线法，放射线法，三角形法。 31：材料剪切断面可分为哪几部分？ 答：塌角，光亮带，剪裂带，毛刺。 32：矫正分哪几种？ 答：分手工矫正，机械矫正，火焰矫正。 33：什麽叫基准？ 答：零件图上用来确定其他点，线，面位置的点线面。 34：什么叫塑性？ 答：金属材料在外力作用下，永久变形而不破坏的能力。35；什麽叫韧性？ 答：金属材料在冲击载荷作用下不被破坏的能力。 36：防止焊接变形有哪些措施？ 答：反变形法，刚性固定法，合理的焊接顺序。 37：空间直线投影有哪些特性？ 答：真实性，积聚性，收缩性。 38：什麽叫截交线？ 答：由平面截割形体而产生的交线。 39：什麽叫相贯线？ 答：由两个平面相交而产生的表面交线。 40：视图分几种？ 答：分基本视图，局部视图，斜视图，旋转视图。 41：什麽叫基本视图？ 答：机件向基本投影面投影所得的视图。 42：基本视图有哪些？ 答：主视，俯视，左视，右视，仰视，后视。 1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。(欢迎关注自动化爱好者论坛，更多学习资料，更多交流者） 主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2、Q235（A3钢）——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4、HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5、35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 . 一、填空题（每空1分，共20分） 1．常见的金属晶格类型有:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 2．空位属于____点__缺陷，晶界和亚晶界分别_____线_____ 缺陷，位错属于________面_______缺陷。 3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为____过冷______。4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为______间隙______固溶体和_____置换____ 固溶体。 5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是：铁素体、珠光体、渗碳体、莱氏体6．常见的金属的塑性变形方式有_____滑移___和____孪生____两种类型。 7．钢的热处理工艺是：加热、保温、冷却 _三个步骤组成的。 8．铁碳合金为双重相图，即铁－渗碳体相图和铁－渗碳体相图。 二、单项选择题（每题2分，共20分） （ B ）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构。 A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体 （ D ）2.铸造条件下，冷却速度越大，则。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗 C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细 （ A ）3.金属多晶体的晶粒越细，则其。 A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差 C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差 （ B ）4. 钢的淬透性主要取决于。 A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素 （ D ）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用。 A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火 （ A ）6.完全退火主要适用于。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁 （ A ）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为。 A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G （ D ）8.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为。 A．淬火 + 低温回火 B．正火 C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 （ C ）9. 马氏体的硬度主要取决于。 A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 （ D ）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是。 A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理 三、判断题（每题1分，共10分） （正确）1.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称为相。 （错误）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。 （错误）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。 （正确）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （错误）5. 回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。 （正确）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 （错误）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。 （错误）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。 （正确）9. 滑移变形所需要的切应力要比孪生变形时所需的小得多。 （错误）10.奥氏体冷却时，只要温度达到Ms以下，马氏体的转变就能完成。 四、名词解释题（每题3分，共15分） 1. 制造工艺过程：技术准备，机械加工，热处理，装配等一般称为制造工艺过程 2. 机械加工由若干工序组成。工序又可分为安装，工位，工步，走刀。 3. 按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型:单件生产,成批（小批，中批,大批）生产，大量生 产 4. 材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。 5. 金属切削加工的方法有车削，钻削，镗削，铣削，磨削，刨削。 6. 工件上三个不断变化的表面待加工表面，过渡表面（切削表面），已加工表面。（详见P58） 7. 切削用量是以下三者的总称。 （1）切削速度，主运动的速度。 （2）进给量，在主运动一个循环内刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。 （3）背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。 8. 母线和导线统称为形成表面的发生线。 9. 形成发生线的方法成型法，轨迹法，展成法，相切法。 10. 表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。 11. 机床的分类：（1）按机床万能性程度分为：通用机床，专门化机床，专用机床。 （2）按机床精度分为：普通机床，精密机床，高精度机床。 （3）按自动化程度分为：一般机床，半自动机床，自动机床。 I （4 ）按重量分为：仪表机床，一般机床，大型机床，重型机床。 （5）按机床主要工作部件数目分为：单刀机床，多刀机床，单轴机床，多轴机床。 （6）按机床具有的数控功能分:普通机床，一般数控机床，加工中心，柔性制造单元等。 ■OF I ■ u J 一 - ff 备 12. 机床组成：动力源部件，成型运动执行件，变速传动装置，运动控制装置，润滑装置，电气系统零 部件，支承零部件，其他装置。 13. 机床上的运动：（1）切削运动（又名表面成型运动），包括： 工程材料篇 45号钢(优质碳素结构钢)（价格：7元/KG） 常见图纸标示：45#，S45C 含碳量：0.42∽0.50% ；密度：7.85g/cm3 是机械设计中使用最多的金属材料，常用于：支撑件、普通轴、导向件、定位件、连接件等。优点：热处理硬度范围宽，可获得不同的使用性能。 常见热处理：1.淬火+高、低温回火（回火温度不同，硬度不同） 注释：淬火HRC38∽HRC45 2.调质：淬火+高温回火 注释：调质HRC28∽HRC32 3.局部表面高频淬火 注释：表面高频淬火HRC43∽HRC50 常见表面处理：1.镀硬铬 2.发黑 （其它：镀镍、镀锌等） 40Cr(中碳调质钢) 含碳量：0.37∽0.44%；含Cr 0.80∽1.10% 通常调质后适用于中等精度而转速较高的轴类零件。 常见热处理：1.表面渗碳淬火 HRC48∽HRC56 2.调质+氮化 HRC43∽HRC52 常见表面处理：1.镀硬铬 2.发黑 （其它：镀镍、镀锌等） A3钢(普通碳素结构钢)（价格：6元/KG） 常见图纸标示：A3，Q235,Q235A 含碳量：0.14∽0.22% ； 是仅次于45#的金属结构料，常用于：机架、连接板、支架等及可替代部分不需热处理的45#零件。优点：焊接性能好。例如大部分方通、扁通、角钢、槽钢、工字钢等均为A3材质。 A3钢一般不作为热处理材料使用。 常见表面处理：1.镀硬铬 2.发黑 3.表面喷涂 冷轧板（SPCC,Q235） 规格：厚度为0.2-4mm，宽度为600-2 000mm，钢板长度为1 200-6 000mm。 常用于制作机柜，电柜等钣金件。 SK3(高级碳素工具钢) 常见图纸标示：SK3，T10 含碳量：1.05∽1.14% ； 耐磨行优良，可加工性好。 常用来制作冲压模具，工具等 SKD11（高碳高铬合金工具钢） 常见图纸标示：SKD11，Cr12MoV，D3 含碳量：1.40∽1.60% ；含Cr 11.00∽13.00% 应用最广泛的模具钢。常用于：销轴、刀口模、五金冲压模具、成形轧辊、压印模等常见热处理：淬火+回火 HRC58∽HRC62 淬火+冷处理+回火 淬火+回火+氮化处理 常见表面处理：镀硬铬 SUJ2（高碳铬轴承钢） 常见图纸标示：SUJ2，GCr15, 含碳量：0.95∽1.10% ；含Cr 0.30∽1.60% 用于一般塑胶模具,机床轴承,钢球,滚子,轴套，导柱等 常见热处理：淬火+回火注释：淬火HRC58∽HRC62 高频淬火HRC58∽HRC62 常见表面处理：镀硬铬 38CrMoAl(高级氮化钢) 含碳量：0.35∽0.42% ；含Cr：1.35∽1.65%； 含钼 Mo：0.15～0.25%；含Al：0.70～1.10% 高耐磨性及疲劳强度，并具有良好的耐热性及腐蚀性，淬透性不高。 常用于制作高耐磨性、高疲劳强度和相当大的强度、处理后尺寸精度高的氮化零件，如仿模、气缸套、齿轮、高压阀门、镗杆、蜗杆、磨床主轴等。 常见热处理：调质+氮化 常用铝合金（6061，7075，5052，2024） 1.1XXX系列工业纯铝； 2.2XXX系列 Al-Cu、Al-Cu-Mn合金 3.3XXX系列 Al-Mn、可加工纯铝；成为一名机械工程师需要具备哪些知识
机械工程材料试题及答案三
机械工程材料基本知识点
机械工程材料试卷复习题
机械制造技术基础知识点整理讲解学习
机械工程材料基础知识大全
机械工程师知识要求教学提纲
机械工程材料总复习资料
第1章机械工程材料基本知识
600多个精品课程课件网络资源
机械工程材料基本知识
#机械工程材料_习题集答案
机械工程材料总结
机械工程师基础知识340点(一)
机械常用金属材料与特性
机械工程材料试题及答案(1)
完整版机械制造技术基础知识点整理
机械常用材料