FILENAME機(jī)械工程材料及熱加工基礎(chǔ)第11頁共11頁《機(jī)械工程材料及熱加工基礎(chǔ)》第一章金屬的性能強(qiáng)度：金屬材料在靜載荷（大小和方向不變或逐漸變化的載荷）作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力。塑性：斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。硬度：金屬材料表面抵抗其他更硬物體壓入的能力。韌性：沖擊載荷（以較高速度作用于零件上的載荷）作用下，金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。疲勞：材料在循環(huán)應(yīng)力（大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷）和應(yīng)變作用下，在一處或幾次產(chǎn)生局部永久性累計(jì)損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)產(chǎn)生裂紋或發(fā)生斷裂的過程。疲勞極限用σ-1表示。屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）σs：材料在實(shí)驗(yàn)過程中，載荷不增加（保持恒定）試樣仍能繼續(xù)伸長時(shí)代應(yīng)力。σs﹦試樣發(fā)生屈服時(shí)代載荷/試樣原始橫截面積。[不是所有的金屬在拉伸試驗(yàn)中都會(huì)出現(xiàn)顯著的屈服現(xiàn)象]抗拉強(qiáng)度σb=試樣拉斷前所承受的最大載荷/試樣原始橫截面積。伸長率δ，數(shù)值上準(zhǔn)確地反映材料的塑性變形。斷面收縮率ψ：縮頸處橫截面積德最大縮減量與原始橫截面積的百分?jǐn)?shù)。硬度的測(cè)定：①布氏硬度（壓入法）：HBS（壓頭分淬火鋼球）和HBW（壓頭硬質(zhì)合金）②洛氏硬度HR(測(cè)定淬火鋼件的硬度用此方法)③維氏硬度HV。第二章金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.晶體:指其組成微粒（原子、分子或離子）按一定次序作有規(guī)律重復(fù)排列的物質(zhì)。2.晶格：描述原子在晶體中排列方式的空間格架。3.晶胞：晶格中一個(gè)能完整反映晶格特征的最小幾何單元。4.金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)；面心立方結(jié)構(gòu)；密排立方結(jié)構(gòu)。5.晶體缺陷：點(diǎn)缺陷（原子的熱震動(dòng)引起晶格畸變），使材料的強(qiáng)度、硬度提高；線缺陷（主要指位錯(cuò)），起到強(qiáng)化金屬的目的；面缺陷（晶界、亞晶界引起），阻礙金屬的塑性變形發(fā)生。6.細(xì)化晶粒度方法：增加過冷度；變質(zhì)處理（加入難溶物）；附加震動(dòng)。7.金屬的鑄態(tài)組織：表面細(xì)晶粒區(qū)，柱狀晶粒區(qū)，中心等軸晶粒區(qū)（穿晶）。8.鑄錠的缺陷：縮孔及縮松，氣孔及裂紋，偏析，非金屬夾雜物。9.金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象）。[1.形態(tài)變化從液態(tài)到固態(tài)再到固態(tài)；2.在恒溫下進(jìn)行重結(jié)晶；3.固態(tài)變相，遵循結(jié)晶定律；4.體積發(fā)生膨脹變化]δ-Fe（1538-1394℃），γ-Fe（1394-912℃），α-Fe（912-727℃）10.合金：兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合在一起而具有金屬特征的物質(zhì)。11.組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)/相：合金中化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的均勻組成部分/固溶體：間隙固溶體，置換固溶體（無限固溶體和有限固溶體）/固溶強(qiáng)化：通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，使金屬材料強(qiáng)度、硬度增高。15.共晶轉(zhuǎn)變：在共晶成分的液態(tài)合金中，在共晶溫度（恒定溫度）同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的轉(zhuǎn)變過程。/共析轉(zhuǎn)變：共析成分的固溶體在共析溫度（恒定溫度）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨煞N固相的轉(zhuǎn)變過程。第三章鐵碳合金相圖鐵素體（F）：碳溶于α-Fe中形成的間隙固溶體。體心立方晶格奧氏體（A）:碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。面心立方晶格滲碳體（Fe3C）：當(dāng)碳的含量超過碳在鐵中的溶解度時(shí)，多余的碳就會(huì)和鐵以一定的比例化合成金屬化合物。復(fù)雜斜方晶格珠光體（P）：是含碳量為0.77%的鐵碳合金共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織。萊氏體（Ld）：含碳量為4.33%的液態(tài)鐵碳合金，在1148℃時(shí)，同時(shí)從液態(tài)中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。（在727℃以上的萊氏體稱為高溫萊氏體，727℃以下的萊氏體稱為低溫萊氏體）。馬氏體（M）：過冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚讦?Fe中的過飽和固溶體。貝氏體（B）：過冷奧氏體在550℃～Ms（馬氏體轉(zhuǎn)變開始線）區(qū)間轉(zhuǎn)變出的物質(zhì)。Fe-Fe3C合金相圖：（共晶線ECF線；共析線PSK線）含碳量對(duì)鐵碳合金性能的影響：隨著含碳量的增加，滲碳體數(shù)量增加，合金的強(qiáng)度、硬度將提高，而塑性和韌性則下降。第四章鋼的熱處理熱處理：采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝方法。奧氏體的形成：奧氏體晶核的形成與長大；殘余滲碳體的溶解；奧氏體成分的均勻化/影響向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素：加熱溫度；加熱速度；鋼的原始組織/影響奧氏體晶粒長大的因素：加熱溫度和保溫時(shí)間；加熱速度；鋼中加入一定量合金元素?！具^冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變/連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變】。鋼的退火（將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定溫度，然后緩慢冷卻的熱處理工藝）；分為完全退火，等溫退火，球化退火，均勻化（擴(kuò)散）退火，去應(yīng)力退火；退火目的：降低鋼的硬度，細(xì)化晶粒，改善組織，提高力學(xué)性能，消除殘余應(yīng)力。鋼的正火：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定溫度，出爐后在空氣中冷卻的熱處理工藝。鋼的淬火（將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定溫度，然后快速冷卻的熱處理工藝）；目的是為獲得馬氏體或貝氏體。常用的冷卻介質(zhì)有油，水及水溶液；方法有單介質(zhì)淬火，雙介質(zhì)（雙液）淬火，分級(jí)淬火，等溫淬火。鋼的回火（將鋼件淬硬后，保溫后冷卻到室溫的熱處理工藝）；目的是為了減少淬火時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力和脆性，穩(wěn)定工件形狀和尺寸，獲得工件所必需的組織性能。過程分：馬氏體的分解；殘留奧氏體的分解；碳化物的轉(zhuǎn)變；滲碳體聚集長大和α固溶體再結(jié)晶（鋼的強(qiáng)度、硬度不斷下降，但塑性和韌性明顯提高）?；鼗鸱N類分：低溫、中文、高溫回火。鋼的淬透性（在規(guī)定條件下，鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的特征，它表證鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力）和淬硬性（鋼在理想條件下，進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度來表征的特征）。淬透性好的鋼，其淬硬性不一定高。鋼的表面熱處理(只改變工件表面組織，不改變化學(xué)成分的熱處理工藝)分感應(yīng)加熱表面淬火（高、中、工頻率）；火焰加熱表面淬火：淬火層深度一般為2～6mm，主要用于單件及大型零件的表面處理。鋼的化學(xué)熱處理（將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入其表層，以改變化學(xué)成分，組織和性能的熱處理工藝。有分解、吸收、擴(kuò)散三階段。常用的方法有滲碳（用CH4做氣體滲碳，滲碳后進(jìn)行淬火及低溫回火）、滲氮（又叫氮化，一般生產(chǎn)周期長，成本高）、碳氮共滲（共滲溫度為820～860℃，具有溫度低、時(shí)間短、變形小、硬度高等特點(diǎn)）。其他熱處理方法：化學(xué)氣相沉淀（CVD）、物理氣相沉淀（PVD）。熱處理工件質(zhì)量分析：①常有的缺陷：過熱、過燒、氧化、脫碳/變形與開裂②熱處理對(duì)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：盡量避免尖角、棱角、減少臺(tái)階/零件外形應(yīng)盡量簡(jiǎn)單/盡量采用對(duì)稱形狀/盡量采用封閉形狀/盡量采用組合結(jié)構(gòu)。第五章非合金鋼非合金鋼（碳鋼）：以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%并含有少量其他元素的鐵碳合金。雜質(zhì)元素對(duì)非合金鋼性能的影響：硅（提高鋼的強(qiáng)度和硬度，降低鋼的塑性和韌性,是有益元素）；錳（提高強(qiáng)度，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能，是有益元素）；硫[產(chǎn)生熱脆性（金屬在高溫時(shí)出現(xiàn)脆裂的現(xiàn)象）]；磷[產(chǎn)生冷脆性(鋼在低溫時(shí)由磷導(dǎo)致嚴(yán)重變脆的現(xiàn)象)]非合金鋼的分類：①按鋼的含碳量分：低碳鋼（ωc＜0.25%）、中碳鋼（0.25%＜ωc＜0.6%）高碳鋼（ωc＞0.6%）②按澆筑前脫氧程度的不同分：沸騰鋼（F）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）③按鋼的用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。非合金鋼的牌號(hào)、性能及用途：一、碳素合金鋼：Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（ABCD分別表示硫磷量依次升高）+脫氧方法（Z可省略）。eg：Q235AF表示屈服點(diǎn)大于235Mpa，質(zhì)量為A級(jí)的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：用兩位數(shù)字表示，表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬分之幾。eg：45鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。【08、10鋼屬于冷沖壓鋼；15、20、25鋼稱為滲碳鋼；30、35、40、50、55鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼；60、65、70、75、80、85鋼稱為彈簧鋼】三、易切削結(jié)構(gòu)鋼：在同類結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)前冠以“Y”。四、碳素工具鋼：用“T”+數(shù)字（表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為千分之幾）來表示，若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號(hào)后面加“A”，eg：T12A鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。五、工程用鑄造碳鋼：“ZG（鑄鋼）”+屈服點(diǎn)最低值—抗拉強(qiáng)度最低值。eg：ZG200—400鋼表示屈服點(diǎn)不小于200Mpa，抗拉強(qiáng)度不小于400Mpa的。第六章低合金鋼和合金鋼合金鋼：為改善和提高鋼的性能，在非合金鋼中加入各種合金元素的鋼。合金元素：能夠改善鋼的性能或使之具有某些性能，在煉鋼時(shí)加入的元素。合金元素與鐵、碳元素的作用及對(duì)基本相的影響：①使鋼的硬度、強(qiáng)度及耐磨性提高②阻礙奧氏體晶粒的長大，起到細(xì)化晶粒的作用，從而提高鋼的淬透性③提高回火穩(wěn)定性（淬火鋼在回火時(shí)強(qiáng)度和硬度下降緩慢的現(xiàn)象）合金鋼按合金元素含量可分為：低合金鋼（ωMe＜5%）、中合金鋼（5%＜ωMe＜10%）高合金鋼（ωMe＞10%）低合金鋼的牌號(hào)、性能及用途：一、常用低合金鋼的牌號(hào)：Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）+脫氧方法（Z、TZ可省略）。eg：Q345A表示屈服點(diǎn)大于或等于345Mpa，質(zhì)量為A級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。二、常用低合金鋼（一類可焊接的低碳低合金工程結(jié)構(gòu)用鋼）①低合金耐候鋼（在低碳非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量Cu、Cr等合金元素，使其在合金表面形成一層保護(hù)膜）②低合金專業(yè)用鋼：分汽車用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用及礦用低合金鋼。合金鋼（部分低合金鋼）的牌號(hào)、性能及用途：一、合金鋼的牌號(hào)：“數(shù)字＋合金元素符號(hào)＋數(shù)字”。1）合金元素符號(hào)最前的數(shù)字表示含碳量：低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼用二位數(shù)字表示平均含碳量(以萬分之幾計(jì))。不銹耐酸鋼、耐熱鋼等，一般用一位數(shù)字表示平均含碳量(以千分之幾計(jì))；平均含碳量≦0.08%的用“0”表示，含碳量≦0.03%的用“00”表示。合金工具鋼一般ωC≥1.0%時(shí)不標(biāo)出含碳量數(shù)字；若平均ωC＜1.0%時(shí)，可用一位數(shù)字表示含碳量(以千分之幾計(jì))。2）緊跟合金元素符號(hào)后的數(shù)字表示合金元素含量：平均合金含量＜1.5%時(shí)，牌號(hào)中僅標(biāo)明元素，一般不標(biāo)明含量。當(dāng)平均合金含量≥1.5%、2.5%、3.5%……時(shí)，則相應(yīng)地以2、3、4……表示。eg，GCr9表示平均含鉻量為0.9%的軸承鋼。Cr06表示平均含鉻量為0.6%的合金工具鋼。3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼(含S、P較低)，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”。4）為了表示鋼的專門用途，在牌號(hào)頭部(或尾部)附以相應(yīng)用途符號(hào)。例如，滾動(dòng)軸承鋼前加“G”(“滾”字的漢語拼音字首)如GCr15，又如20MnK，牌號(hào)后附以符號(hào)K，則表示此合金多為礦用。常用合金鋼：一、合金滲碳鋼：經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后，表面高硬度、高耐磨性且心部具有足夠的塑性和韌性。二、合金調(diào)質(zhì)鋼（在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后獲得良好的綜合機(jī)械性能的鋼。）①成分：含碳量一般在0.25%～0.5%之間，常加入的合金元素有Mn、Si、B等，主要作用是提高鋼的淬透性和保證良好的強(qiáng)度和韌性。②用途：制造各種負(fù)荷較大的、受沖擊的重要的機(jī)器零件，如齒輪等。三、合金彈簧鋼（按熱處理方式不同分）：①熱成型彈簧：大型彈簧要經(jīng)熱成型后進(jìn)行淬火和中溫回火以提高彈性極限和屈服強(qiáng)度。②冷成型彈簧：對(duì)于鋼絲直徑小于8mm的小型彈簧，經(jīng)冷拔彈簧鋼絲冷卷成型，成型后不再淬火，只進(jìn)行低溫退火、消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。四、超高強(qiáng)度鋼。五、合金鑄鋼。六、滾動(dòng)軸承鋼。七、合金工具鋼：1）冷模具鋼（接近室溫狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行變形加工的一種模具）。要求有高的硬度和良好的耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，熱處理變形要小。2）熱模具鋼（在高溫下工作的模具鋼如熱鍛模、熱沖模等）。要求在高溫下有高的強(qiáng)度及足夠的耐磨性和韌性，良好的抗熱疲勞性，良好的淬透性（為使截面的性能均勻）。八、高速（工具）鋼的熱處理特點(diǎn)：淬火加熱溫度高、回火時(shí)溫度高、次數(shù)多。九、特殊性能鋼，分：不銹鋼和耐熱鋼（抗氧化鋼、熱強(qiáng)鋼、耐磨鋼）第七章鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，具有優(yōu)良的鑄造性、良好的切削性、耐磨，減震性、消震性是鋼的10倍左右。石墨化：鑄鐵中碳以石墨的形式析出的過程。石墨化是一種原子擴(kuò)散的過程，石墨的含碳量為100%，具有特殊的簡(jiǎn)單六方晶格，強(qiáng)度、硬度及韌性很低。影響鑄鐵石墨化的因素：化學(xué)成分（碳硅促進(jìn)；錳硫磷抑制）和冷卻速度。鑄鐵（鐵的實(shí)質(zhì)：鋼基體上分布不同形狀的石墨）灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨形態(tài)片狀團(tuán)絮狀球狀蠕蟲狀性能抗拉強(qiáng)度及塑性較低強(qiáng)度塑性韌性均有提高貝氏體球墨鑄鐵強(qiáng)度最高力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵而低于球墨鑄鐵牌號(hào)及用途“HT”(灰鐵)+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）“KTH(Z)”+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）+數(shù)字（最低伸長率），KT為“可鑄”，H為黑心，Z為珠光體“QT”（球鐵）+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）

+數(shù)字（最低伸長率）“RuT”+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）熱處理消除內(nèi)應(yīng)力及降低硬度的退火；表面淬火白口鑄鐵+可鍛化退火通用于鋼的熱處理鐵水+蠕化劑和孕育劑其他“孕育處理”為變質(zhì)鑄鐵，常用于支架、氣缸、齒輪、車床卡盤俗稱“馬鐵”，常用于低壓閥門、活塞環(huán)、曲軸常用于汽車零件、氣缸體、車床的主軸有鐵素體、珠光體加鐵素體、珠光體三種合金鑄鐵：抗磨鑄鐵（常用于制作在干摩擦及抗磨料磨損條件下工作的零件）；減磨鑄鐵（常用于制作在潤滑條件下工作的零件，如氣缸套、活塞環(huán)）；耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵。第八章有色金屬及其合金工業(yè)純鋁：面心立方結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，分為：高純鋁，牌號(hào)有L01、L02、L03、L04，數(shù)字越大，純度越大；工業(yè)高純鋁，牌號(hào)有L0、L00；工業(yè)純鋁,牌號(hào)有L1～L7，數(shù)字越大，純度越低。變形鋁合金可分為防銹鋁合金（LF），硬鋁合金（LY）,超硬鋁合金（LC）,鍛鋁合金（LD）；鑄造鋁合金的代號(hào)有“ZL（鑄鋁）+三位數(shù)字”組成，牌號(hào)由“Z+基體金屬的化學(xué)元素符號(hào)+合金元素符號(hào)+數(shù)字”，eg：ZAlSi12表示ωsi≈12%的鑄造鋁合金。鋁合金強(qiáng)化方法：固溶強(qiáng)化、實(shí)效（沉淀