機(jī)械工程材料復(fù)習(xí)要點(diǎn)
純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與組織 1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶體：結(jié)構(gòu)具有周期性和對(duì)稱(chēng)性的固體，原子或分子排列規(guī)則。 晶胞： （理解它的定義，主要是幾個(gè)詞） 三種典型晶胞(bcc, fcc, hcp)，晶胞中包含的原子數(shù)，原子半徑與點(diǎn)陣常數(shù)，致密度： PPT 上有個(gè)重要數(shù)據(jù)匯總表 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶向晶面（要會(huì)認(rèn)，會(huì)畫(huà)） ， 晶體缺陷：在實(shí)際晶體中存在的偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 點(diǎn)缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷，如空位、間隙原子、異類(lèi)原子。 線(xiàn)缺陷：在兩個(gè)方向上尺寸很小，而另一個(gè)方向尺寸較大的缺陷，主要是位錯(cuò)。 面缺陷： 在一個(gè)方向上尺寸很小， 而在另外兩個(gè)尺寸上尺寸較大的缺陷， 如晶界、 相界、 表面等。 孿晶界： 金屬中晶體兩部分沿某一公共面構(gòu)成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系， 公共晶面為孿晶面。 1.2 純金屬的結(jié)晶與組織 結(jié)晶：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過(guò)程。 過(guò)冷：液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度一下開(kāi)始結(jié)晶的現(xiàn)象。 過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。 均質(zhì)形核：只靠液態(tài)金屬本身在一定過(guò)冷度下形成晶核。 非均質(zhì)形核：依附于未溶的固態(tài)雜質(zhì)表面而形核，長(zhǎng)大方式多為枝晶方式成長(zhǎng)。 形核率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。 生長(zhǎng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)晶核生長(zhǎng)的線(xiàn)長(zhǎng)。 變質(zhì)處理液態(tài)金屬中加入難溶固體顆粒增加形核率，而細(xì)化晶粒的方法。 影響形核率和生長(zhǎng)速率的因素及機(jī)制： 受過(guò)冷度和雜質(zhì)的影響。 外來(lái)雜質(zhì)增加形核率同 時(shí)阻礙晶體生長(zhǎng)。 2 二元合金的相結(jié)構(gòu)與組織 2.1 合金的相結(jié)構(gòu) 組元：組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。 相：金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同、聚集態(tài)相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的均 勻組成部分。固溶體：合金中組元相互溶解而形成的均勻固體。 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。 固溶強(qiáng)化：固溶體中晶格畸變較大，隨溶質(zhì)原子增加，合金強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌 性降低。 金屬間化合物（分類(lèi)及性質(zhì)） ：金屬間化合物可分為正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙 相。金屬化合物熔點(diǎn)高、硬度高但很脆，彌散分布的金屬間化合物可提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬 度和耐磨性，但降低塑性。 2.2 二元合金相圖 相圖（依據(jù) PPT 中的定義） ：用來(lái)表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖 解，又稱(chēng)狀態(tài)圖或平衡圖。 2.3 二元合金相圖的基本類(lèi)型及相圖分析 杠桿定律（定義，計(jì)算，適用條件，求組織含量、相含量、組織成分和相成分） 晶內(nèi)偏析：溶質(zhì)原子在液相充分
擴(kuò)散，在故鄉(xiāng)內(nèi)來(lái)不及擴(kuò)散，以致固溶體內(nèi)先結(jié)晶的中 心和后結(jié)晶的部分成分不同。 枝晶偏析：一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。 1 1
批注 [Grcui1]: 過(guò)于簡(jiǎn)單，過(guò)冷度 的影響，雜質(zhì)的影響結(jié)果和原因，能 增加非均質(zhì)形核，阻礙原子的遷移， 所以才。。。 。。
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擴(kuò)散退火，加熱到固相線(xiàn)以下 100~200℃長(zhǎng)時(shí)間保溫,以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻， 消除枝晶偏析的熱處理工藝。 共晶體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱(chēng)為共晶體或共晶組織。 2.4 鐵碳合金相圖 默畫(huà)鐵碳相圖，能夠指出其中的點(diǎn)，線(xiàn)，區(qū)域所代表的相和平衡組織，給定合金成分， 能夠給出其從液態(tài)到常溫的組織及成分變化，要求會(huì)畫(huà)圖 2.24，2.25，2.26 中所示的三 種鋼的平衡條件下的固態(tài)轉(zhuǎn)變及組織。 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 3.1 金屬的變形過(guò)程 彈性變形：外力去除后能夠恢復(fù)的變形。 塑性變形：外力去除后步能夠恢復(fù)的變形。 滑移：一部分晶體沿著某一晶面和晶向相對(duì)于另一部分晶體滑動(dòng)。 滑移面、滑移方向：沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。 滑移系：一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。 晶體結(jié)構(gòu)與塑性變形的能力：面心立方晶格好于體心立方晶格好于密排立方晶格。 多晶體塑性變形的影響因素及機(jī)制：晶界和晶粒位向的影響。 （機(jī)制。。 。）P40，中間的 那個(gè)大段，仔細(xì)看。 3.2 塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響 纖維狀組織：金屬塑性變形后，內(nèi)部晶粒會(huì)被拉長(zhǎng)稱(chēng)謂細(xì)條狀或纖維狀的組織。 加工硬化（定義，機(jī)制，缺點(diǎn)） ：PPT3.2.2 變形織構(gòu)：由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位 向與變形方向趨于一致的現(xiàn)象。 殘余內(nèi)應(yīng)力（分類(lèi)） ：PPT3.2.4 3.3 金屬的回復(fù)與再結(jié)晶 回復(fù)（定義，機(jī)制） ：PPT3.3.1 去應(yīng)力退火：回復(fù)退火（。。。 。） 再結(jié)晶（定義，特點(diǎn)） ：冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改變的過(guò)程。特點(diǎn)：也是一個(gè)晶 核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程， 但不是相變過(guò)程， 再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類(lèi)型和成分完全相 同，沒(méi)有新相產(chǎn)生，并且由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，金屬的強(qiáng)度硬度下降，塑性。韌性 提高，加工硬化消失。 再結(jié)晶溫度（定義，影響因素） ：再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過(guò)程，它是自某一溫度開(kāi)始，在 一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過(guò)程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱(chēng)再結(jié)晶溫度。影響因素：① 金屬預(yù)先變形程度越大， 再結(jié)晶溫度越低②金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素， 尤其是高熔 點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用， 使再結(jié)晶溫度顯著提高③提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶
推遲到較高溫度發(fā)生；延長(zhǎng)加熱時(shí)間，使原子充分?jǐn)U散，再結(jié)晶溫度降低。 3.4 金屬的熱加工 冷加工：在低于再結(jié)晶溫度下使金屬發(fā)生塑性變形。 熱加工對(duì)組織性能的影響： 熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合， 使粗大的樹(shù)枝晶 或柱狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。 流線(xiàn)：熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長(zhǎng)。形成彼此平行的宏觀條紋， 稱(chēng)作流線(xiàn)。 帶狀組織：在加工亞共析鋼時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼中的 F 和 P 呈帶狀分布，這種組織稱(chēng)帶狀組織。 冷熱加工的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合區(qū)別：熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截 面尺寸大、 變形量大、 在室溫下加工困難的工作。 冷加工一般用于截面尺寸小， 塑性好、 2
批注 [Grcui2]: 這個(gè)定義不合適， 你再找找。
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尺寸精度及表面光潔度高的工作。 3.5 金屬的斷裂 斷裂分類(lèi)：按材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量大小分：韌性斷裂、脆性斷裂。 按裂紋擴(kuò)展路徑分：穿晶斷裂、沿晶斷裂。 評(píng)定金屬材料在應(yīng)力、介質(zhì)作用下的性能指標(biāo) 4.1 金屬材料在靜載荷作用下的性能指標(biāo) 靜載荷：作用于材料的載荷方向與作用時(shí)間無(wú)關(guān)。 機(jī)械性能：材料在外力作用時(shí)抵抗變形和破壞的能力。 剛度（定義，公式，分析） ：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。 （公式和分析見(jiàn) PPT4.1 第三頁(yè)） 彈性極限：開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的抗力，也可以說(shuō)。。。。 。。。 強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度（物理意義）：材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力， ） 包括屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力叫做屈服輕度或屈服點(diǎn)、屈服極限。材料 斷裂前所承受的最大應(yīng)力值稱(chēng)作抗拉強(qiáng)度， 其物理意義是： 表征材料對(duì)最大均勻變形的 抗力，也是材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。 屈服現(xiàn)象：拉伸過(guò)程中，出現(xiàn)載荷不增加或開(kāi)始下降，而試樣還繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象成屈服 現(xiàn)象。 伸長(zhǎng)率，斷面收縮率（兩個(gè)公式。。 。） 硬度（三種，縮寫(xiě)） ：材料抵抗外來(lái)物體嵌入的能力，或抵抗物體表面局部塑性變形的 能力。HB（布氏硬度分為 HBS 和 HBW） HR（洛氏硬度） HV（維氏硬度） 4.2 金屬材料在其他載荷作用下的性能指標(biāo) 沖擊韌性：材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度： 材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降， 在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇 下降，此溫度范圍稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 疲勞（定義，特點(diǎn)） ：材料在低于屈服極限的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。特 點(diǎn)：1.疲勞破壞的應(yīng)力低，甚至低于彈性極限。 2.在交變應(yīng)力下產(chǎn)生，若干次的交變
應(yīng)力下完成。 3.宏觀脆性斷裂，需用特殊的攤上設(shè)備檢測(cè)。 4.局部組織發(fā)生變化。 5．疲勞斷口分為兩部分。光滑疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后突然斷裂區(qū)。 6.循環(huán)應(yīng)力造成局部塑性變形而引起開(kāi)裂；拉伸應(yīng)力促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。 7.疲勞裂紋三階段：裂紋形成、裂紋擴(kuò)展和最終失穩(wěn)擴(kuò)展。 8.在應(yīng)力對(duì)稱(chēng)洗漱相同時(shí)，應(yīng)力振幅越大，斷前循環(huán)次數(shù)少。 疲勞極限：當(dāng)應(yīng)力低于一定值，應(yīng)力交變到無(wú)數(shù)次也不發(fā)生疲勞斷裂時(shí)的應(yīng)力。 4.3 金屬的缺口效應(yīng)與斷裂韌性 斷裂韌性：KIC=YσC ，一個(gè)只和材料本身的成分、組織與結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
4.4 金屬的磨損與接觸疲勞 磨損的分類(lèi)及機(jī)理： 相互破壞的零件間產(chǎn)生摩擦， 由于表面產(chǎn)生物理、 化學(xué)及力的作用， 導(dǎo)致零件形狀和尺寸的變化，從而產(chǎn)生磨損。可分為粘著磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損。 接觸疲勞及其失效形式和機(jī)理： 在接觸應(yīng)力長(zhǎng)期反復(fù)作用下， 零件的光滑接觸面會(huì)產(chǎn)生 針狀或豆?fàn)畹陌伎�，或大面積的表層壓碎的現(xiàn)象稱(chēng)為接觸疲勞。 其主要是失效形式：麻點(diǎn)脫落、淺層剝落、硬化層剝落。 4.5 應(yīng)力腐蝕與氫脆 3
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應(yīng)力腐蝕斷裂（定義，特點(diǎn)） ：由拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用而引起的低應(yīng)力脆性斷 裂。特點(diǎn)：1.拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用，其中拉伸應(yīng)力為外載荷或殘余應(yīng)力。 2．腐蝕介質(zhì)較弱，尤其在沒(méi)有拉應(yīng)力存在時(shí)，腐蝕很弱；并且不同材料只 對(duì)某些介質(zhì)敏感。 3.合金產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，純金屬不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 氫脆：將由氫的作用所引起的低應(yīng)力脆斷或開(kāi)裂的現(xiàn)象。 改善鋼的組織與性能的基本途徑 各種強(qiáng)化方式機(jī)制（見(jiàn) PPT） 5.1 冶金質(zhì)量對(duì)鋼性能的影響 雜質(zhì)（有害的，有益的） ：有益 Mn 和 Si；有害 S、P、O、N、H。 氫脆（白點(diǎn)） ：微量的氫會(huì)導(dǎo)致鋼由于氫含量較多而使鋼中出現(xiàn)非常危險(xiǎn)的內(nèi)部裂紋， 這種裂紋使斷口呈白色斑點(diǎn)狀，稱(chēng)之為白點(diǎn)，從而產(chǎn)生“氫脆” 。使鋼的塑性降低。 非金屬夾雜對(duì)鋼性能的影響： 與基體彈塑性變形不協(xié)調(diào)而引起應(yīng)力集中， 脆性?shī)A雜物邊 緣出現(xiàn)疲勞裂紋，從而降低鋼強(qiáng)度，降低鋼的使用性能和工藝性能。 鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼，半鎮(zhèn)靜鋼（知道它們是根據(jù)什么分類(lèi)的）縮孔，疏松，偏析（理解它 們的特點(diǎn)） 鋼的分類(lèi)（碳鋼，合金鋼，結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊用途鋼）PPT5.1.4 5.2 碳鋼的熱處理 熱處理：將鋼在固態(tài)下以一定的方式進(jìn)行加熱、保溫，然后采取合適的方式冷卻，讓其 獲得所需要的結(jié)構(gòu)組織和性能的工藝。 四把火（定義，目的） 表面淬火：將鋼件表面層加熱到臨界點(diǎn)以上溫度并急速冷卻。 化學(xué)熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中活性
原子滲入工作表層，以 改變表層的化學(xué)成分組織，具有某些特殊的機(jī)械和物化性能。 加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（PPT5.2.1） 三種奧氏體晶粒度：起始晶粒度：在奧氏體形成剛結(jié)束時(shí)，即晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí) 的晶粒大小。 實(shí)際晶粒度：鋼在加熱時(shí)所獲得的實(shí)際奧氏體晶粒大小。 本質(zhì)晶粒度：鋼在一定條件下奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向性。 冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變：珠光體，索氏體，屈氏體，貝氏體，馬氏體 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn):1.無(wú)擴(kuò)散性。。 。 2.共格位向關(guān)系。。 。 3.降溫形成。。 。 4.高速長(zhǎng)大。。 。 5.轉(zhuǎn)變不完全。。 。 馬氏體的形態(tài)（特征，分類(lèi)） 馬氏體的性能特征：高硬度 淬硬性：淬火后馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度值。 C 曲線(xiàn)的意義 PPT5.2.2 淬透性：鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。 淬硬層深度：由工件表層到半馬氏體區(qū)的深度。 淬火臨界直徑：圓柱鋼棒在規(guī)定的淬火介質(zhì)中能全部淬透的最大直徑。 合金元素對(duì)淬透性的影響：多數(shù)合金元素都使鋼的淬透性提高。 回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變：淬火碳鋼在回火時(shí)所發(fā)生的四個(gè)轉(zhuǎn)變（PPT5.2.4，還有課本上的幾 4
批注 [Grcui3]: 有點(diǎn)過(guò)于簡(jiǎn)單，要 理解小標(biāo)題內(nèi)的內(nèi)容
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個(gè)圖） 第一類(lèi)回火脆：淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的脆化現(xiàn)象叫做回火脆性， 由于這種脆性生成后不能消除， 也叫第 一類(lèi)回火脆。 回火的種類(lèi)（PPT5.3 上面的表） 5.3 鋼的合金化 合金元素在鋼中的存在形式：第一類(lèi)：非碳化物形成元素，主要固溶于鐵素體中。 第二類(lèi)：碳化物的形成元素，部分固溶于鐵素體，部分與 C 形成碳化物。 合金元素對(duì)淬透性的影響：除 Co 和 Al 外，合金元素均使 C 曲線(xiàn)右移，都不同程度地 降低臨界冷卻速度，都能提高鋼的淬透性。 對(duì)回火轉(zhuǎn)變及性能的影響： 二次淬火：高合金鋼中殘余奧氏體十分穩(wěn)定，回火冷卻后，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度 反而增加的現(xiàn)象。 二次硬化：含高Ｗ、Ｍo、Cr、V 鋼淬火后回火時(shí)，合金元素不但阻礙碳擴(kuò)散，而組織 析出細(xì)小彌散的特殊碳化物，使硬度不但不下降反而升高的現(xiàn)象。 回火穩(wěn)定性：合金元素抑制馬氏體分解，阻礙碳化物的聚集和長(zhǎng)大，使鋼在很高的回火 溫度下保持高硬度和高強(qiáng)度的性質(zhì)，成抗回火性或回火穩(wěn)定性。 第二類(lèi)回火脆性：在含有 Cr、Ni、Mn 等元素的鋼中，在 550-650℃回火后，又出現(xiàn)了沖 擊值的降低，稱(chēng)高溫回火脆性或第二類(lèi)回火脆性。 5.3.5（PPT 內(nèi)容） 構(gòu)件用鋼 6.1 構(gòu)件工作條件及性能要求 工作條件：不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期承受靜載荷作用，在一定溫度和介質(zhì)中工作； 使用性能：
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工藝
性能：焊接及冷變形能力，尤其是焊接的工藝性能。 常用鋼種：低碳鋼和低碳合金鋼 熱處理狀態(tài)：熱軋或正火狀態(tài)下使用，有時(shí)也在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。 常溫狀態(tài)下的組織：鐵素體+珠光體 6.2 低碳構(gòu)件用鋼的性能特點(diǎn) 冷脆：構(gòu)件用鋼隨實(shí)驗(yàn)溫度的不斷降低，其屈服點(diǎn)顯著升高，并導(dǎo)致斷裂性質(zhì)變化，即 由宏觀塑性破斷過(guò)度到宏觀脆性斷裂的現(xiàn)象。 時(shí)效（應(yīng)變時(shí)效，淬火時(shí)效，自然時(shí)效，人工時(shí)效） ， 藍(lán)脆：低碳鋼在 300~400℃的溫度范圍內(nèi)反常的出現(xiàn)σb 增高，而δψ降低的現(xiàn)象。 6.3 構(gòu)件用鋼 Q235, 12Mn 的常用場(chǎng)合 機(jī)器零件用鋼 7.1 概述 影響機(jī)器零件力學(xué)性能的主要因素： 1. 碳含量 2. 淬火后的回火溫度 3. 合金元素種類(lèi)和數(shù)量 5
7.2 軸類(lèi)零件用鋼 工作條件：承受交變應(yīng)力；相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦；承受一定的沖擊載荷。 性能要求：高的.疲勞極限；良好的沖擊韌性；軸的表面或局部表面有一定的耐磨性。 軸類(lèi)零件用鋼：碳素調(diào)質(zhì)鋼的組織：回火索氏體。 碳素調(diào)質(zhì)鋼的缺點(diǎn)（及克服措施） ： 1. 碳素鋼淬透性低——合金化 2. 調(diào)質(zhì)鋼硬度較低，耐磨性不足——表層強(qiáng)化提高耐磨性 3. 回火溫度高，強(qiáng)度下降較多——適當(dāng)調(diào)整回火溫度提高調(diào)質(zhì)碳素鋼強(qiáng)度。 合金調(diào)質(zhì)鋼的特點(diǎn)： 1. 淬透性高于碳素鋼 2. 合金鋼有第二類(lèi)回火脆，可加入 Mo 和 W 控制 3. 過(guò)熱敏感性較小，奧氏體晶粒較細(xì)，韌性強(qiáng)度高 4. 合金調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌性高于碳素調(diào)質(zhì)鋼 典型用鋼 45, 40Cr, 40CrMn 中碳鋼：預(yù)備熱處理工藝：完全退火或正火。目的：消除鍛造工藝中的缺陷，為隨后的 工藝操作作組織準(zhǔn)備。組織：完全退火后得到鐵素體加珠光體。 利于切削的硬 HB160~203 最終熱處理（工藝、目的和組織）工藝：完全淬火加高溫回火。目的：賦予零件綜合機(jī) 械性能。組織：淬火得到完全的馬氏體。中碳鋼回火后的組織為回火索氏體。 中碳合金鋼：與碳鋼的工藝區(qū)別（PPT7.3 上面的一頁(yè)） 7.3 齒輪用鋼 工作條件：1.通過(guò)齒面接觸而傳遞動(dòng)力，易產(chǎn)生接觸疲勞而形成脫落 2.兩齒輪齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)而易產(chǎn)生摩擦磨損 3.齒根承受反復(fù)彎曲應(yīng)力，易發(fā)生彎曲疲勞破壞 4.高速運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪間易產(chǎn)生膠合磨損 性能要求：高的接觸疲勞強(qiáng)度；高的耐磨性；高的彎曲疲勞強(qiáng)度和良好的韌性與塑性， 防止齒輪斷裂。為此，齒輪工作表面應(yīng)堅(jiān)硬耐磨；心部應(yīng)具有良好的韌性和塑性。 四種途徑滿(mǎn)足不同工作條件下齒輪的需求：1.低碳鋼滲碳淬火 2.中碳鋼感應(yīng)加熱表面淬火 3.中碳鋼調(diào)制處理加氮化處理 4.熱處理后再加表面冷塑性變形強(qiáng)化 影響表面性能的因素：表層組織；表層內(nèi)應(yīng)力分布；硬化層的厚度；心部硬度 滲碳用鋼：
20，20Cr，20Cr2Ni4 低碳鋼的滲碳淬火：目的：賦予齒輪表面良好的耐磨性及較高的疲勞接觸強(qiáng)度。 滲碳層組織分布：滲層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò) 0.8％~0.9％的為過(guò)共析組織，向內(nèi)依次為共析 組織和亞共析組織。 滲碳后的熱處理：淬火加低溫回火。 一次淬火和二次淬火的目的：第一次淬火加熱至 850~900，為細(xì)化心部，消除滲碳網(wǎng)； 第二次加熱到 780~800，未得到細(xì)針狀馬氏體和分布其間的剩余碳化物。 鍛后預(yù)備熱處理——采用正火的原因： 完全退火使組織中出現(xiàn)大塊鐵素體， 降低加工后 粗糙度。 噴丸處理的目的：噴丸處理使工件表 main 面產(chǎn)生塑性變形，形成加工硬化層，同時(shí)獲 得殘余壓應(yīng)力，提高了齒輪表面疲勞強(qiáng)度。 感應(yīng)加熱表面淬火用鋼：1，中碳鋼（45,40Cr，感應(yīng)加熱用，和調(diào)質(zhì)用的區(qū)別） ：一是 6
8
調(diào)制處理不是表面淬火的先決條件， 可用正火代替調(diào)制處理而保證心部的韌性； 二是感 應(yīng)加熱用鋼的化學(xué)成分應(yīng)同時(shí)保證表層和心部的性能。 感應(yīng)加熱表面淬火鋼的要求：1.感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)控制淬透性，淬透性大易引起開(kāi)裂 2.化學(xué)成分應(yīng)保證淬火后， 淬硬層和心部都得到所要求的 性能。 2，低淬透性鋼（55DTi） ，用在模數(shù)（4-6）的感應(yīng)加熱表面淬火，低淬透性+中頻感應(yīng) 加熱；3、感應(yīng)加熱淬火后立即低溫回火去應(yīng)力 自回火： 齒輪表面淬火后， 高頻加熱產(chǎn)生的熱量傳遞到內(nèi)部的熱量使已淬火的表面回火。 齒輪氮化用鋼：38CrMoAlA 其中 Al、Mo 的作用：加入 1%的 Al 提高氮化速度和氮化 層的硬度；加入 0.2%的 Mo 以抑制第二類(lèi)回火脆并提高回火抗力。 為何不能用普通碳鋼：普通碳鋼不形成特殊氮化物，氮化層硬度不高。 氮化前先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使心部獲得回火索氏體來(lái)支撐表面氮化層。 氮化層硬度：HRC58~62 氮化后齒輪不能淬火 氮化層的優(yōu)缺點(diǎn)：具有高的疲勞強(qiáng)度和較低的缺口敏感性，化學(xué)穩(wěn)定性高，防腐蝕。但 其滲氮時(shí)間長(zhǎng)，脆性大。 氮化的適用范圍：適用于精度高、變形小、高耐磨和耐蝕齒輪。 表 7.8 最好掌握 7.4 彈簧用鋼 工作條件與性能要求：1.高的彈性極限σs，可儲(chǔ)備更多能量，并防止彈簧產(chǎn)生塑性變形 2．高的疲勞強(qiáng)度σ-1 防止疲勞斷裂 3.具有一定的塑性和韌性（三個(gè)參數(shù)的要求） 素彈簧鋼（T9A）的特點(diǎn)和合金彈簧鋼的特點(diǎn)（PPT7.4.2） 五類(lèi)彈簧鋼（記住 5 個(gè)鋼號(hào)及分類(lèi)理由） ：根據(jù)其化學(xué)成分尤其是合金元素的含量及熱 處理制度的不同可將彈簧鋼分為:碳素合金鋼（T9A） 、錳彈簧鋼（65Mn） 、硅錳彈簧鋼 （60Si2MnA）鉻釩彈簧鋼（50CrVA）硅鉻彈簧鋼（60Si2CrA） 冷成型與熱成型：彈簧尺寸較小時(shí)，采用常溫成型，稱(chēng)為冷成型；
彈簧尺寸較大時(shí)，采 用加熱后成型，稱(chēng)為熱成型。 冷卷彈簧： 硬化狀態(tài)原料冷卷后只需要去應(yīng)力退火； 退火狀態(tài)原料冷卷后需要進(jìn)行淬火 +400~520℃回火，熱成型彈簧卷簧后需要淬火加回火+噴丸。 7.5 滾動(dòng)軸承用鋼 工作條件及性能要求（PPT7.5.1） 鉻軸承用鋼（GCr15，C 含量 1%，Cr 含量 1.5%）的成分特點(diǎn)（PPT7.5.2） 預(yù)備熱處理及最終熱處理（PPT7.5.3） 7.6 易切削鋼 Y 工具材料 工具鋼分為：刃具鋼，模具鋼，量具鋼 8.1 刃具鋼 工作條件：大的切削壓力，可能導(dǎo)致車(chē)刀變形和斷裂；與工件、切屑間的摩擦，可能導(dǎo) 致刃口磨損；切削產(chǎn)生的熱量使刀具溫度升高，可高達(dá) 500℃；零件組織和尺寸的不均 等，刀具受一定的沖擊載荷。 性能要求：1.高硬度 2.高耐磨性 7
3.高紅硬性 4.足夠的韌性 紅硬性：刃具在高溫下仍能保持高硬度的能力。 鋼的紅硬性取決于（原因） ： 1. 淬火馬氏體中合金元素 Cr W Mo V 等含量多少； 2. 回火時(shí)析出碳化物的類(lèi)型和分布 原因：碳化物阻止馬氏體在高溫時(shí)析出碳原子； 有二次硬化的效果。 工藝性能要求：較寬的鍛造溫度范圍，鍛裂、冷裂、析出網(wǎng)狀碳化物傾向低；球化退火 后硬度低，形成珠光體傾向低；良好的淬透性和淬硬性，淬后變形、開(kāi)裂傾向�。桓邷� 時(shí)，不易過(guò)熱和脫碳；抗磨裂性好。 可用鋼種：碳素刃具鋼、低合金刃具鋼和高速鋼 碳素刃具鋼的優(yōu)點(diǎn)：含碳量在 0.65%~1.35%范圍內(nèi)時(shí)，碳素刃具鋼具有較高的硬度，良 好的耐磨性和一定的強(qiáng)度和韌性。 （？） 缺點(diǎn)： 高碳片狀馬氏體中含有較多碳化物， 使高碳鋼韌性降低， 脆性增加。 高于 250℃回火后碳的析出使硬度顯著降低，導(dǎo)致其紅硬性較低。 預(yù)備熱處理：淬火加低溫回火（？） 三種碳素刃具鋼的特點(diǎn)用途： 亞共析刃具鋼：良好的強(qiáng)韌性，制造承受沖擊的工具。 共析刃具鋼：良好的淬透性，無(wú)網(wǎng)狀碳化物析出，可制造大截面刀具。 過(guò)共析刃具鋼：T10~T11 制造硬度和耐磨性較高的切削工具； T12~T13，韌性低，不易受沖擊，制造耐磨工具。 低合金工具鋼（9SiCr）的使用組織：M 回+顆粒狀碳化物+A?（少量） 8.2 高速鋼 風(fēng)鋼：制造高速切削刃具用鋼 性能特點(diǎn)：高紅硬性，高淬透性。 高速鋼（W18Cr4V）中合金元素的作用（W，Cr，V） （PPT8.2.1） 三次回火（多次回火的原因） ：1.析出彌散小的Ｗ、Ｍo、V 的碳化物，產(chǎn)生二次硬化 2.殘余奧氏體中，碳及合金元素含量下降，Ms 點(diǎn)上升， 剩余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?M。 8.3 模具鋼 冷作模具和熱作模具，冷作模具鋼：刃口性能要求，常用刃具鋼； （PPT8.3.1） 熱作模具鋼的性能要求:1.高的變形抗力 2．良好的斷裂抗力 3.高的熱疲勞抗
力 4.良好的淬透性 使用狀態(tài)下的組織：S 回 5CrMnMo 8.4 量具鋼 時(shí)效效應(yīng)的原因：1.殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，發(fā)生膨脹 2．馬氏體分解，體積收縮 3.殘余應(yīng)力變化及重新分布引起的彈塑性變形 性能要求：1.高硬度和耐磨性 2 高的尺寸穩(wěn)定性 8
9
3. 足夠的韌性 常用鋼種:碳素工具鋼、高碳合金工具鋼、滲碳鋼 熱處理工藝：淬火+低溫回火 8.5 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是什么：將一些難溶的化合物粉末和粘合劑混合，加壓成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的 一種粉末冶金材料。 特點(diǎn)：硬度高、熱硬性好、耐磨性?xún)?yōu)良。切削速度可比高速鋼提高 4~7 倍，刀具壽命 可提高 5~80 倍。 分類(lèi)：金屬陶瓷硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 特殊鋼 9.1 不銹鋼 不銹鋼：一般指在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼； 耐酸鋼：在各種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)（酸）中耐腐蝕的鋼。 防止電化學(xué)腐蝕的措施：1.獲得均勻的單相組織； 2.提高合金的電極電位，減小電極間電位差； 3.使表面形成致密的鈍化膜。 常見(jiàn)合金元素（C，Cr，Ni，Mo，Ti，Nb）對(duì)抗腐蝕的作用： C 具有雙重作用：碳量增加，因形成碳化鉻導(dǎo)致鉻的減少，從而使耐蝕性降低，因 此要求含碳量低；但對(duì)強(qiáng)度、硬度、和耐磨性等有具體要求時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加碳含量。 Cr：提高耐蝕性的主要元素：形成穩(wěn)定致密的氧化膜；縮小γ區(qū)，形成單相鐵素 體組織；提高基體電極電位。 Ni：獲得單相奧氏體組織 Mo：耐有機(jī)酸腐蝕； Ti 、Nb：防止奧氏體鋼晶間腐蝕。 1Cr13-抗氧化鋼，1Cr17Ni2-馬氏體不銹鋼-熱強(qiáng) 0Cr17Ni7Al-控制相轉(zhuǎn)變不銹鋼-優(yōu)點(diǎn) 0Cr18Ni9（304 臺(tái)灣牌號(hào)）-奧氏體不銹鋼（18-8）-性能特點(diǎn)：具有良好的耐蝕性，冷 熱加工性及可焊性。高的塑韌性，無(wú)磁性。 晶間腐蝕：沿晶粒晶界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。 應(yīng)力腐蝕：在特定的合金-環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。 9.2 耐熱鋼及耐熱合金 耐熱鋼的分類(lèi)：耐熱不起皮鋼和熱強(qiáng)鋼 熱強(qiáng)鋼：承受高溫氣體介質(zhì)作用外，還承受一定載荷作用的鋼 熱強(qiáng)性（三個(gè)影響因素） ：材料在高溫和載荷作用下抵抗塑性變形和破裂的能力。其高 溫力學(xué)性能與溫度、時(shí)間和組織有關(guān)。 蠕變：金屬在高溫下，當(dāng)外應(yīng)力低于屈服極限（甚至彈性極限）時(shí)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸 發(fā)生緩慢的塑性變形直至斷裂的現(xiàn)象，是材料在高溫條件下工作的一種主要失效形式。 提高高溫強(qiáng)度的途徑：固溶強(qiáng)化；析出強(qiáng)化；晶界強(qiáng)化 Cr13-馬氏體耐熱鋼 1Cr18Ni9Ti-奧氏體耐熱鋼 高溫合金鎳基，鈮基 9.3 耐磨鋼 Mn13 水韌處理：將鑄造后的高錳鋼加熱到 1000~1100℃，并保持一定時(shí)間，使碳化物完全融 入奧氏體中，然后水中冷卻。 9
石墨化鋼-鑄鋼-耐磨鋼 10 鑄鋼
10.1 鑄造碳鋼 魏氏組織特征與消除方法： 先共析鋼鐵素體成針狀插向奧氏體晶粒內(nèi)部。 可將鋼退火或 正火消除魏氏組織。 10.2 鑄造合金鋼 加入合金元素的主要目的：鑄造碳鋼淬透性低。 11 鑄鐵 分類(lèi)（PPT） 11.1 灰口鑄鐵 石墨化的三個(gè)階段：在 1153℃左右通過(guò)共晶反應(yīng)形成石墨；1153~738℃范圍，自?shī)W氏 體中析出二次石墨；738℃時(shí)，共析反應(yīng)形成石墨。 C、Si 促進(jìn)石墨化，快冷不利于石墨化 灰口鑄鐵的性能：力學(xué)性能低；耐磨性能好；消振性能好；鑄造性能好；切削性能好 ：防止 HT，灰口鑄鐵的三種熱處理類(lèi)型與目的：1.消除應(yīng)力的退火（低溫退火或時(shí)效） 變形開(kāi)裂，保證尺寸穩(wěn)定。2.改善切削加工性能的退火（高溫退火） ：降低硬度，防止產(chǎn)生 白口組織。3.表面淬火：提高表面硬度和耐磨性。 11.2 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵石墨化的兩種退火工藝曲線(xiàn) 11.3 球墨鑄鐵 C、Si 含量較高的目的：得到共晶成分，增加流動(dòng)性，提高石墨圓整度。 限制 S 的目的：S 可消耗球化元素 組：基體（F 、F+P、 P）+球狀 G 球鐵的熱處理類(lèi)型和目的（PPT11.3.3） 11.4 特殊性能鑄鐵 合金元素的作用 12 鋁、鈦及其合金 12.1 鋁及鋁合金 分類(lèi)：變形鋁合金和鑄造鋁合金 變形鋁合金的分類(lèi)：防銹鋁合金：LF+序號(hào)；硬鋁合金：LY+序號(hào)；超硬鋁合金：LC+ 序號(hào)；鍛鋁合金：LD+序號(hào) 鋁合金的熱處理方法：固溶處理加時(shí)效 固溶處理： 將合金加熱到固溶線(xiàn)以上， 保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處 理過(guò)程。 時(shí)效：將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線(xiàn)以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。 峰時(shí)效：溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線(xiàn)上出現(xiàn)峰值。 12.2 鈦及鈦合金 鈦的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：882.5℃由體心立方的β-Ti 到密排六方的α-Ti 根據(jù)退火組織鈦合金的分類(lèi)：α鈦合金 β型鈦合金 α+β型鈦合金 13 銅及銅合金 13.1 銅及銅合金 銅的特點(diǎn)：純銅呈紫紅色，又稱(chēng)紫銅，具有面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。 具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性，塑性好。銅合金 常加入 Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr 等元素既提高了強(qiáng)度又保持了純銅 10
特性。 分類(lèi)：黃銅-單相黃銅塑性好，兩相黃銅熱塑性好、強(qiáng)度高，青銅：錫青銅體積收縮率 在有色金屬中最小，鋁青銅強(qiáng)度高、鑄造性能好、焊接性能差，鈹青銅-性能出色但貴， 白銅-抗腐蝕好、冷熱加工性能出色 13.2 軸承合金 軸承合金的性能要求 1. 足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷 2. 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間膠合。 3. 較小的摩擦系數(shù)，良
好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的 跑合。 及滿(mǎn)足這些性能的兩類(lèi)組織特征：軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟 的質(zhì)點(diǎn)。 巴氏合金指具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金，在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)。
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