工程材料總復(fù)習(xí)第一頁(yè)，共41頁(yè)。第一章機(jī)械工程材料性能的要求工程材料與機(jī)械零件所受三大負(fù)荷（及各負(fù)荷對(duì)機(jī)械零件產(chǎn)生的作用）——力學(xué)負(fù)荷、熱負(fù)荷、環(huán)境介質(zhì)作用；工程材料的性能（特別注意：延伸率、沖擊韌性（零件使用溫度與韌脆轉(zhuǎn)變溫度關(guān)系）、硬度；比剛度、抗拉強(qiáng)度、密度等

）；工程材料類(lèi)型及主要特征：按零件在機(jī)械工程中實(shí)現(xiàn)的功能分：結(jié)構(gòu)材料、功能材料按化學(xué)組成分：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料（各自的主要特征）CompanyLogo第二頁(yè)，共41頁(yè)。第二章材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征1、材料的結(jié)構(gòu)（1）所有的固態(tài)物質(zhì)就其原子（或分子）排列的規(guī)則性來(lái)分類(lèi)，可分為：晶體、非晶體（2）金屬的常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)：

體心立方、面心立方、密排六方

CompanyLogo第三頁(yè)，共41頁(yè)。（3）晶體缺陷：①點(diǎn)缺陷空位：晶格中的空結(jié)點(diǎn)。間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子。②線缺陷——位錯(cuò)③面缺陷——晶界和亞晶界CompanyLogo第四頁(yè)，共41頁(yè)。細(xì)晶強(qiáng)韌化——金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力越大，使得金屬塑性變形的抗力越高，所以使強(qiáng)度、硬度越高。在相同變形量下，晶粒越細(xì)的金屬，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻，應(yīng)力集中越小，使其塑性、韌性越好。第二相（彌散）強(qiáng)化概念——當(dāng)硬而脆的金屬間化合物呈彌散狀分布于固溶體基體上時(shí)，使強(qiáng)度、硬度增加，而塑韌性略有下降或不降的現(xiàn)象。[沉淀（時(shí)效）強(qiáng)化]CompanyLogo第五頁(yè)，共41頁(yè)。2、相圖與相變（1）合金、組元、相、固溶體、固溶強(qiáng)化

（概念）（2）合金的兩大相結(jié)構(gòu)：

①固溶體：置換固溶體、間隙固溶體（相關(guān)概念）②金屬間化合物（3）相圖：勻晶L；共晶L+；共析+CompanyLogo第六頁(yè)，共41頁(yè)。（4）鐵碳合金：組成相：（五種）鐵素體：碳在-Fe中的間隙固溶體。奧氏體：碳在-Fe中的間隙固溶體。珠光體：F與Fe3C組成的片層狀的機(jī)械混合物。馬氏體：碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體。室溫組織：（鐵碳合金分類(lèi)）

含碳量對(duì)鐵碳合金組織及力學(xué)性能的影響CompanyLogo第七頁(yè)，共41頁(yè)。鐵碳合金相圖

CompanyLogo第八頁(yè)，共41頁(yè)。2．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程Fe-C合金分類(lèi)工業(yè)純鐵——C%≤0.0218%鋼——0.0218%＜C%≤2.11% 亞共析鋼＜0.77%

共析鋼＝0.77%

過(guò)共析鋼＞0.77%白口鑄鐵——2.11%＜C%＜6.69% 亞共晶白口鐵＜4.3%共晶白口鐵＝4.3%過(guò)共晶白口鐵＞4.3%CompanyLogo第九頁(yè)，共41頁(yè)。第三章工程材料成型過(guò)程中行為與性能變化1、金屬的凝固（1）、純金屬的結(jié)晶：

過(guò)冷現(xiàn)象；過(guò)冷度概念；冷卻速度與過(guò)冷度；結(jié)晶的基本過(guò)程：晶核的形成和晶核長(zhǎng)大（主要以樹(shù)枝狀長(zhǎng)大）（2）、晶粒大小對(duì)金屬性能的影響（細(xì)晶強(qiáng)韌化）（3）、形核率、長(zhǎng)大速度的概念（4）、細(xì)化晶粒的方法（即如何控制晶粒大?。孩僭黾舆^(guò)冷度；②變質(zhì)處理；③機(jī)械振動(dòng)、攪拌CompanyLogo第十頁(yè)，共41頁(yè)。2、鑄錠組織：（三個(gè)晶區(qū)）3、冷變形加工：（1）加工硬化概念；（2）冷變形金屬加熱工程中，其組織和性能一般要經(jīng)歷三個(gè)階段變化：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大。冷熱加工的區(qū)分界線:再結(jié)晶溫度CompanyLogo第十一頁(yè)，共41頁(yè)。第四章改善材料性能的熱處理、合金化及改性熱處理的概念：把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。鋼的熱處理工藝可分為退火、正火、淬火、回火和表面強(qiáng)化處理等幾種最基本的熱處理。

1、鋼材加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變（1）、加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化步驟：①A形核；②A晶核長(zhǎng)大；③殘余滲碳體溶解；④A成分均勻化。CompanyLogo第十二頁(yè)，共41頁(yè)。（2）、冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線及轉(zhuǎn)變組織650℃600℃550℃350℃A1MSMf時(shí)間PSTB上B下MM+A’A→PA→SA→TA→B上A→B下A→M過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷A過(guò)冷ACompanyLogo第十三頁(yè)，共41頁(yè)。加入合金元素后，C曲線位置的變化（右移）；相同條件下，亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼冷卻過(guò)程中過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性的比較2、預(yù)先熱處理（概念）：退火、正火、調(diào)質(zhì)

退火包括：（各種退火的目的）擴(kuò)散退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火等CompanyLogo第十四頁(yè)，共41頁(yè)。3、最終熱處理：淬火、回火（1）淬透性與C曲線的關(guān)系；合金元素對(duì)淬透性的影響（2）淬火三原則、淬火工藝、淬火后的組織（3）淬火鋼為什么必須經(jīng)過(guò)回火后才能使用？

淬火過(guò)程的副作用（負(fù)面效應(yīng)）：高應(yīng)力狀態(tài)；馬氏體是極端不穩(wěn)定的組織；（中高碳）馬氏體太脆?；鼗鹦?yīng)：改善上述情況，并調(diào)節(jié)硬度（力性）達(dá)到零件的實(shí)際要求。（4）回火按溫度高低分為：高溫回火、中溫回火、低溫回火；（回火目的、回火溫度、應(yīng)用、回火后的組織）

回火索氏體的性能明顯優(yōu)于奧氏體等溫冷卻直接所得到的片層狀索氏體的性能。CompanyLogo第十五頁(yè)，共41頁(yè)。制造滲碳零件的鋼種。1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度，即表硬里韌。⑵良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。滲碳鋼滲碳爐滲碳件—傳動(dòng)齒輪第十六頁(yè)，共41頁(yè)。2、成分特點(diǎn)⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：①提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B②

強(qiáng)化鐵素體：

Cr、Mn、Ni

③

細(xì)化晶粒：

W、Mo、Ti、V

滲碳件高精密獨(dú)立導(dǎo)柱第十七頁(yè)，共41頁(yè)。滲碳淬火后的表層組織3、熱處理特點(diǎn)滲碳件的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火+低溫回火正火目的為調(diào)整硬度，便于切削加工。淬火溫度一般為

Ac1+30-50℃。4、使用狀態(tài)下組織心部：M回+F表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)；第十八頁(yè)，共41頁(yè)。5、常用鋼號(hào)及用途低淬透性鋼：20、20Cr。柴油機(jī)凸輪軸活塞銷(xiāo)(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷(xiāo)、凸輪軸等。第十九頁(yè)，共41頁(yè)。中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。增壓柴油機(jī)曲軸汽車(chē)變速箱齒輪第二十頁(yè)，共41頁(yè)。調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)后使用的鋼種。1、性能要求⑴良好的綜合力學(xué)性能.⑵良好的淬透性。調(diào)質(zhì)鋼第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。2、成分特點(diǎn)⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強(qiáng)化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細(xì)化晶粒:Ti、V④防止第二類(lèi)回火脆性:W、Mo調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）破碎機(jī)主軸第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。3、熱處理及組織特點(diǎn)調(diào)質(zhì)件的加工工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→裝配調(diào)質(zhì)目的：獲得良好綜合力學(xué)性能使用狀態(tài)下的組織為：S回為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進(jìn)行表面淬火或氮化?；鼗鹚魇象w調(diào)質(zhì)處理車(chē)間(表面淬火+低溫回火)→裝配①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織.表面：

M回；心部：S回第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。柴油機(jī)凸輪軸4、常用鋼號(hào)及用途低淬透性鋼：

D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。中淬透性鋼：

D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。高淬透性鋼：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。合金結(jié)構(gòu)鋼曲軸單缸汽車(chē)曲軸第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。制造彈簧或類(lèi)似性能零件的鋼種。1、性能要求彈簧是利用彈性變形儲(chǔ)存能量或緩和沖擊的零件。⑴高的σs，σs/σb；高的σ-1；足夠的韌性⑵高的淬透性。彈簧鋼第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。2、成分特點(diǎn)⑴中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.45~0.7%C⑵合金元素作用：①提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

細(xì)化晶粒：V汽車(chē)彈簧彈簧絲第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。3、熱處理及組織特點(diǎn)⑴冷成型彈簧：冷拔→冷成型→定型處理(250~300℃)。用于<φ10mm彈簧。⑵熱成型彈簧：熱成型→淬火+中溫回火使用狀態(tài)下的組織：T回用于大截面彈簧(>φ10mm)汽車(chē)板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。4、彈簧的表面質(zhì)量彈簧的表面質(zhì)量對(duì)其壽命影響很大。提高表面質(zhì)量的方法:①

防止表面脫碳；②

避免表面缺陷；③進(jìn)行噴丸處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。板簧噴丸處理示意圖第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。5、常用鋼號(hào)及用途Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。大型熱卷彈簧汽車(chē)板簧第三十頁(yè)，共41頁(yè)。工具鋼熱處理及組織⑴熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②

為淬火作組織準(zhǔn)備。⑵使用狀態(tài)下的組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

球狀珠光體T12鋼正常淬火組織第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。CompanyLogo第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。第五章常用金屬材料與性能1、合金鋼的分類(lèi)：（1）、按含碳量高低分（2）、按合金元素含量高低分（3）、合金結(jié)構(gòu)鋼按用途及熱處理特點(diǎn)分CompanyLogo第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。2、牌號(hào)：（1）、結(jié)構(gòu)鋼：①以Q+屈服強(qiáng)度值表示：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金（高強(qiáng)度）結(jié)構(gòu)鋼②開(kāi)頭以C含量萬(wàn)分?jǐn)?shù)表示（2位）：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（10、25、45）；合金結(jié)構(gòu)鋼：合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼（2）、工具鋼①碳素工具鋼：T+C質(zhì)量的千分?jǐn)?shù)表示②合金工具鋼：開(kāi)頭以C質(zhì)量的千分?jǐn)?shù)表示（1位）（當(dāng)C%≥1.0%時(shí)省略不標(biāo)）另須注意軸承鋼的牌號(hào)：例如GCr15CompanyLogo第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。3、工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼的主要鋼種、熱處理及組織特點(diǎn)。4、高碳低合金工具鋼的成分特點(diǎn)5、不銹鋼按照按正火后組織不同，分為奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼等。6、石墨化鑄鐵按石墨的存在形態(tài)可以分為四種，分別是灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。鑄鐵牌號(hào)：例如HT200、KTH300-06、KTZ700-02、QT400-15CompanyLogo第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。3、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼（定義）（1）、用途及性能特點(diǎn)；（2）、成分特點(diǎn)（包括碳元素的含量及其它主要合金元素類(lèi)型及作用）；（3）、主要的熱處理工藝特點(diǎn)及熱處理后所獲得的主要組織；（4）、常用鋼種的牌號(hào)。CompanyLogo第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。合金滲碳鋼（1）用途及性能特點(diǎn)：用于承受較大沖擊載荷、同時(shí)表面經(jīng)受強(qiáng)烈摩擦磨損的零件。滲碳及淬火、回火后，表硬內(nèi)韌。（2）成分特點(diǎn)：①低碳（≤0.25%），保證滲碳及熱處理后表、里的良好配合。②加提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、B等，保證心部良好的強(qiáng)韌性。