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安徽科技學院《機械工程材料》復習資料 機械工程材料 第一部分 名詞解釋（☆） 1、 剛度:材料抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量：E=s/e 。 2、 強度：材料抵抗變形和破壞的能力。指標： （1） 抗拉強度s b：材料斷裂前承受的最大應力。 （2） 屈服強度s S：材料產生微量塑性變形時的應力。 （3） 疲勞強度s -1：無數次交變應力作用下不發(fā)生破壞 的最大應力 3、 塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標為伸長 率d、斷面收縮率y。 4、 硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標為HB(布氏硬度)、HRC（洛氏硬度）。 5、 韌性：材料從變形到斷裂整個過程所吸收的能量。 第二部分 晶體結構 1、 晶格尺寸：指晶格晶胞的大小，可以用晶格常數表示。 2、 晶胞原子數：指一個晶胞內所含有的原子數目。 3、 原子半徑：晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半。 4、 配位數：晶格中與任一原子處于相等距離并相距最近的原子數目。（等距離、最近鄰） 5、 致密度: 6、 常見純金屬的晶體結構體心立方、面心立方、密排六方。 體心立方 面心立方 密排六方 晶格常數 a a a 原子半徑 原子個數 2 4 6 配位數 8 12 12 致密度 0.68 0.74 0.74 滑移面 {110}x6 {111}x4 六方底面x1 滑移方向 <111>X2 <110>X2 底面對角X3 滑移系 12 12 3 常見金屬 a-Fe、Cr、W g-Fe、Ni、AL Mg、Zn 7、 體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度。 8、 金屬晶體缺陷 （1）點缺陷： ①空位: 晶格中某個原子脫離了平衡位置，形成空結點。 ②間隙原子：某個晶格間隙擠進了原子。 ③異類原子：材料中總存在著一些其它元素的雜質。（它們可形成間隙原子，也可能取代原來原子的位置，成為置換原子） （2）線缺陷 ①晶體中最普通的線缺陷是位錯，它是在晶體中某一處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現象。 （3）面缺陷 ② 面缺陷包括晶界和亞晶界。 第三部分 鐵碳合金相圖 (☆) 第四部分 杠桿定律(☆) 1、杠桿定律： 杠桿的兩個端點為給定溫度時兩相的成分點，而支點為合金的成分點。 2、注意： 運用杠桿定律時注意，它只適用于相圖中的兩相區(qū)，并且只能在平衡狀態(tài)下使用。 3、杠桿定律的應用： ①確定某一溫度下兩平衡相的成分； ② 確定某一溫度下兩平衡相的相對量。 第五部分 鋼的熱處理(☆) 1、 鋼的熱處理：是根據鋼在固態(tài)下組織轉變的規(guī)律性，通過不同的加熱、保溫和冷卻，以改變合金的內部組織，從而得到所要求性能的一種加工工藝。 2、過冷奧氏體轉變產物（共析鋼） 過冷奧氏體轉變產物（共析鋼）(☆) 轉變 類型 轉變 產物 形成 溫度 轉變機制 顯微組織特征 HRC 獲得工藝 珠光體 P A1-650 擴散型 粗片狀,F、Fe3C相間分布 5-20 退火 S 650-600 細片狀，F、Fe3相間分布 20-30 正火 T 600-550 極細片狀，F、Fe3C相間分布 30-40 等溫處理 貝氏體 B上 550-350 半擴散型 羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間 40-50 等溫淬火 B下 350-MS 竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上 50-60 等溫淬火 馬氏體 M片 MS-MF 無擴散型 片狀 60-65 淬火 M板條 MS-MF 板條狀 50 淬火 3、回火分類 回火按回火溫度分為 回火類型 回火溫度 回火組織 性能及應用 組織形態(tài) 低溫回火 150-250 回火馬氏體 保持高硬度，降低脆性及殘余應力，用于工磨具鋼，表面淬火及滲碳火件 過飽和α-Fe+ ε- 碳化物 中溫回火 350-500 回火屈氏體 硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強度↑，用于彈性元件 保留馬氏體針形F+細粒Fe3C 高溫回火 500-650 回火索氏體 強度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機械性能，優(yōu)于正火得到的組織。中碳鋼、重要零件采用。 多邊形F+粗粒狀Fe3C 第六部分 金屬材料的塑性變形(☆) 1、塑性變形的兩種形式:滑移和孿生。 ①滑移：是指晶體的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現象。 ②滑移變形的特點： ①滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。 ②滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面(或晶向)發(fā)生。因為原<3>子密度最大的晶面(或晶向)上，原子結合力最強，但晶面(或晶向)之間原子間距最大，結合力最弱，產生滑移所需切應力最小。 2、三種典型金屬晶格的滑移系 第七部分 金屬材料的熱加工 1、 冷加工：低于再結晶溫度的加工。 2、 熱加工：高于再結晶溫度的加工。 3、熱加工對金屬組織與性能的影響 ①使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學性能提高。 ②熱加工可獲得細小均勻、等軸的再結晶晶粒，從而使金屬的力學性能全面提高。 ③熱加工可使各種可變形的夾雜物會沿變形方向拉長呈流線分布，也稱纖維組織。熱加工時應力求使流線合理分布。 ④熱加工常會使復相合金中的各個相沿著加工變形方向交替地呈帶狀分布，稱為帶狀組織。帶狀組織會使金屬材料的力學性能產生方向性，特別是橫向塑性和韌性明顯降低。一般帶狀組織可以通過正火來消除。 第八部分 有色金屬及其合金 1、鋁合金的熱處理：固溶處理+時效。(☆) 鋁合金牌號表示方法 名稱 牌號 舉例 防銹鋁合金 LF+序號 LF21 硬鋁合金 LY+序號 LY11 超硬鋁合金 LC+序號 LC4 鍛鋁合金 LD+序號 LD7 第九部分 銅及銅合金 1、 銅及銅合金牌號表示方法 銅及銅合金牌號表示方法(☆) 名稱 牌號 舉例 普通黃銅 H（黃）+ 表示銅平均百分含量的數字 H68表示平均含銅量為 68%。 特殊黃銅 H（黃）+主加元素符號（Zn除外）+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量 HPb59-1：表示鉛黃銅，含銅量為59%,含鉛量為1%。 青銅 Q +主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量 QSn4-3：4%Sn、3%Zn 白銅 B+鎳的平均百分含量。 B5：表示平均含NI量為5% 第十部分 合金鋼 1、合金鋼的分類 工程構建用鋼 建筑、橋梁、船舶、車輛 結構鋼 滲碳鋼 滾動軸承鋼 機器制造用鋼 調質鋼 耐磨鋼 彈簧鋼 刃具鋼 不銹鋼 工具鋼 模具鋼 特殊性能鋼 量具鋼 耐熱鋼 2、合金鋼的牌號 合金結構鋼 名稱 牌號 舉例 普通碳素結構鋼 Q+最低屈服強度值+質量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強度”；屈服強度值單位是MPa；質量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質量提高。脫氧方法符號：沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。 Q235AF：表示最低屈服強度為235MPa ,A等級，沸騰鋼。 優(yōu)質碳素結構鋼 兩位數字（或加字母Mn）這兩位數字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼在牌號尾部分別加符號“F”和“b”。 45號鋼其平均含碳量為萬分之四十五（0.45%C）。 08F：平均含碳量為0.08%的沸騰鋼。 低合金結構鋼 用兩位阿拉伯數字（表示平均含碳量的萬分之幾）和化學元素符號，按順序表示。 16Mn:表示平均含碳量為0.16% 含錳量約為0.7%-1.0% 合金結構鋼 合金彈簧鋼 由兩位數字（表示平均含碳量的萬分之幾）＋其后帶有百分含量數字的合金元素符號組成。當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量；當合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5……等數字。如30CrMnSi、20CrNi3。 高級優(yōu)質鋼在牌號后加字母“A”，如30CrMnSiA、60Si2MnA。 特級優(yōu)質鋼在牌號后加字母“E”，如30CrMnSiE。 40Cr：表示含碳約0.4%，含鉻Cr約1%。 3、機械制造用鋼 1、調質鋼 (1) 成分特點與合金化原則： ①中C：0.3%～0.50%，以0.4%左右為主 ②加入提高淬透性元素Ni , Si, Cr, Mn, B ③加入Mo,W消除回火脆性 ④細化晶粒：Ti、V （2）調質件一般的工藝路線為：(☆) ①下料→鍛造→退火→粗加工→調質→精加工→裝配。 （3）常用鋼號及其用途 ①40Cr,40MnB一般尺寸重要零件, 如齒輪,主軸 ②35CrMo截面尺寸較大零件,如曲軸,連桿. ③40CrNiMo大截面重載重要零件,如汽輪機主軸。 2、滲碳鋼 (1)成分特點： ①低碳(0.1~0.25%C 加Cr、Mn、Ni、B 等元素 ②Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性 ③ Cr、Mn、Ni ：強化鐵素體 ④ W、Mo、Ti、V ：細化晶粒 （2）滲碳件的加工工藝路線為：(☆) ①下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削 （3）常用鋼號及用途 ①20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。 ②20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。 ③18Cr2Ni4WA。用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。 3、彈簧鋼 （1)成分特點： ①中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C；合金彈簧鋼為0.45~0.7%C。 （2）合金元素作用： ①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr ②提高ss/sb：Si ③細化晶粒,提高回火抗力：V （3）常用鋼號及用途 ①65Mn, 60Si2Mn用于汽車、拖拉機。 4、滾動軸承鋼 (1)成分特點： ①高碳(0.95~1.10%C)，以保證高的硬度和耐磨性；主加Cr。 ②Cr、Mn、Si：提高淬透性; ③ Cr 還提高耐磨性和耐蝕性。 （2）常用鋼號及用途 ① Cr軸承鋼：GCr15——中小型軸承；冷沖模，量具，絲錐。 ② 添加Mn，Si，Mo，V的軸承鋼： GCr15SiMo，GSiMnMoV——制造大型軸承。 4、工具鋼 1、刃具鋼 1）碳素工具鋼 ①碳素工具鋼為高碳鋼，其含碳量為0.65~1.30%， ②碳素工具鋼牌號為T+數字（鋼平均含碳量的千分之幾）。高級優(yōu)質鋼在鋼號后加字母A，如T12A、T10A、T8A。T8——其平均含碳量為千分之八（0.8%C） (2)成分特點 ①高碳（0.65~1.35%C）含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。硫、磷雜質含量低，限制嚴格 (3)用途 ①T7、T8鋼：適宜制造耐磨性要求較低，承受沖擊和要求韌性較高的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。 ②T9~T11鋼：制造沖擊振動較?。ǖ退伲┒邢髁^大的工具，如鉆頭、絲錐、手工鋸條等。 ③T12~T13鋼：制造不承受沖擊而耐磨性高的工具，如銼刀、刮刀等。 2)低合金工具鋼 (1)成分特點 ① 高碳：0.85~1.5%C （2）合金元素作用： ①提高淬透性: Cr、Mn、Si ②Si提高回火穩(wěn)定性 ③提高耐磨性、細化晶粒: W、V (3)用途 ①9SiCr用于制造 絲錐、板牙等。 2、高速鋼 (1)成分特點 ①高碳：0.70~1.5%C ②高合金元素含量：主加元素Cr、W、Mo、V ③加Cr目的：提高淬透性，提高鋼的耐回火性和抗氧化性。 ④加W、Mo目的：提高鋼的熱硬性，原因是在淬火后的回火過程中，析出了這些元素的碳化物，使鋼產生二次硬化。 ⑤加V目的：主要是細化晶粒，同時由于VC硬度極高，可提高鋼的硬度和耐磨性。 （2）加工與熱處理 ①加工工藝路線：下料→鍛造→球化退火→機加工→淬火→回火→磨削 （3）常用鋼號基用途 ①常用鋼號為W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭。 3、模具鋼 1）冷作模具鋼 （1）成分特點 ①高碳(1.4~2.3%C)； ②高鉻(11.5~13%Cr) （2）合金元素作用： ①Cr 提高淬透性、耐磨性； ②Mo、V 提高耐磨性，細化晶粒。 （3）常用鋼號 ①Cr12和Cr12MoV。 ②用于制造冷沖模、擠壓模等。 2）熱作模具鋼 （1）熱鍛模鋼 ①中碳低合金鋼，含碳量0.5~0.6%。 ②加入合金元素Cr、Ni、Mn、Mo等，Cr、Ni、Mn主要作用：提高淬透性、強化鐵素體；Mo主要作用：防止第二類回火脆性。 ③熱處理：淬火加高溫回火（調質），使用狀態(tài)下的組織為回火索氏體。 ④典型鋼種5CrNiMo、5CrMnMo，前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模。 （2）壓鑄模鋼 ①中碳高合金鋼，含碳量一般為0.3~0.6%。 ②加入合金元素有Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性，W、③Mo、V的主要作用是提高耐磨性，產生二次硬化，W、Cr還有提高抗熱疲勞的作用。 ④熱處理淬火+回火后的組織：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量) 。 典型鋼種如3Cr2W8V。 第十一部分 鑄鐵 (1)石墨化的定義(☆) ①鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程。 (2)影響石墨化的因素(☆) ①化學成分 ②冷卻速度 (2) 灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵（☆） 灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 鑄鐵名稱 牌號舉例 獲得方法 組織 熱處理 用途 灰鑄鐵 HT250(最低抗拉強度為250MPa) 液態(tài)金屬石墨化+孕育處理 基體(F、P、F+P) +片狀石墨 去應力，消除白口，表面淬火 機床床身 球墨鑄鐵 KTZ450-06 (最低抗拉強度為450MPa,最低延伸率為6%) 白口+石墨化退火 基體(F、P) +團絮狀石墨 石墨化退火 車輪殼， 管接頭 可鍛鑄鐵 QT500-7 (最低抗拉強度為500MPa,最低延伸率為7%) 液態(tài)金屬石墨化+球化處理+孕育處理 基體(F、P、F+P) +球狀石墨 可進行各種熱處理 柴油機 曲軸 附錄1 工業(yè)用鋼 鋼種 C% 典型牌號 合金元素作用 熱處理 使用狀態(tài)下組織 性能 用途 碳素結構鋼 <0.4 Q195 Q235 熱軋空冷 F+P 塑性，焊接性好 建筑結構 低合金高強度鋼 <0.2 Q345 (16Mn) Mn:強化F,增加P,降低脆轉溫度 熱軋空冷 F+P 塑性,焊接性好 橋梁,船舶,容器 滲碳鋼 0.1~ 0.25 20 20Cr 20CrMnTi Cr,Mn:提高淬透性,強化F,Ti:細化晶粒 滲碳+淬火+低溫回火 表面：M回+ A’ (少量)+顆粒狀Fe3C 心部：M回+F 表硬里韌 軸、齒輪 調質鋼 0.3~ 0.5 45 40Cr 40CrNiMo Cr,Ni:提高淬透性,強化F, Mo:防止第二類回火脆性 調質 S回 良好綜合力學性能 軸、齒輪 彈簧鋼 0.6~0.9 0.45~0.7 65Mn 60Si2Mn Cr,Mn:提高淬透性,強化F；Si:提高屈強比 淬火+中溫回火 T回 高ss/sb 高s-1 彈簧 滾動軸承鋼 0.95~1.10 GCr15 Cr:提高淬透性,耐磨耐蝕性 球退+淬火+低溫回火 M回+ A’(少量)+顆粒狀Fe3C 高耐磨高s-1 足夠ak 滾動軸承 耐磨鋼 1.0~ 1.3 ZGMn13 Mn:形成A組織 水韌處理 表：M+碳化物 心：A 高耐磨耐沖擊 鏟齒，履帶板 工業(yè)用鋼（續(xù)） 鋼種 C% 典型牌號 合金元素作用 熱處理 使用狀態(tài)下組織 性能 用途 碳素工具鋼 0.65~ 1.35 T7~T13 球退+淬火+低溫回火 M回+ A’(少量)+顆粒狀Fe3C 高硬度高耐磨 沖子、絲錐、銼刀 低合金工具鋼 0.75~ 1.5 9SiCr Si、Cr：提高淬透性 球退+淬火+低溫回火 M回+ A’(少量)+顆粒狀Fe3C 高硬度高耐磨 低速刃具 高速鋼 0.7~ 1.5 W18Cr4V Cr:提高淬透性；W、V：提高熱硬、耐磨性 鍛、退火、淬火+三次回火 M回+ A’(少量)+顆粒狀碳化物 高熱硬高硬度高耐磨 高速刃具 冷作模具鋼 1.4~ 2.3 Cr12 Cr12MoV Cr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性 鍛，退，淬火+低溫回火 M回+ A’(少量) +顆粒狀碳化物 高硬度高耐磨 冷沖模 擠壓模 熱鍛模鋼 0.5~ 0.6 5CrNiMo 5CrMnMo 合金元素作用同調質鋼 調質 S回 抗熱疲勞 熱鍛模 壓鑄模鋼 0.3~ 0.6 3Cr2W8V 合金元素作用同高速鋼 淬火+回火 M回+ A’(少量) +顆粒狀碳化物 抗熱疲勞,耐磨 壓鑄模 工業(yè)用鋼（續(xù)） 鋼種 C% 典型牌號 合金元素作用 熱處理 使用狀態(tài)下組織 性能 用途 不銹鋼 0.03-0.95 1Cr13, 2Cr13 Cr:提高耐蝕性；Ni:形成A；Ti:防止晶間腐蝕 調質 S回 高耐蝕性(隨C%增加,耐蝕性下降) 汽輪機葉片 3Cr13 4Cr13 淬火+低溫回火 M回 醫(yī)療器械 0Cr13 不能熱處理 F 硝酸氮肥工業(yè) 1Cr18Ni9Ti 固溶處理 A 化學管道 耐熱鋼 15CrMo, 12CrlMoV Cr，Si:提高 抗氧化性；Mo：提高T再；V.Ti:彌散強化；Ni：形成A組織 正火 F+P 高熱強性,高抗氧化性 鍋爐零件 4Cr9si2 lCrllMoV 調質 S回 氣閥,葉片 1Cr18NiTi 固溶 A 過熱器管 附錄二 有色金屬及其合金 合金 牌號舉例 牌號含義 性能 用途 鋁合金 LF5 5號防銹鋁合金 耐蝕、塑性好 冷成型件 LY11 11號硬鋁合金 強硬度高 沖壓模鍛件 LC4 4號超硬鋁合金 高強 受力大結構件 LD7 7號鍛鋁合金 可鍛、耐溫 鍛件 ZL102 2號Al-Si鑄造合金 耐蝕,鑄造性好 汽缸、活塞 ZL201 1號Al-Cu鑄造合金 耐熱,強度較高 較高溫高強件 ZL301 1號Al-Mg鑄造合金 耐蝕,高強 艦船配件 ZL401 1號Al-Zn鑄造合金 高強,鑄造性好 汽車飛機零件 銅合金 H68 含68%Cu(32%Zn)黃銅 塑性好 冷變形件 HPb59-1 含59%Cu,1%Pb(40% Zn)黃銅 高強 船舶及化工零件 QAl7 含7%Al 的鋁青銅 高強,耐磨,耐蝕 船舶飛機零件 22