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安徽科技学院机械工程材料复习资料机械工程材料第一部分 名词解释（）1、 刚度:材料抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量：E=s/e 。2、 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：（1） 抗拉强度s b：材料断裂前承受的最大应力。（2） 屈服强度s S：材料产生微量塑性变形时的应力。（3） 疲劳强度s -1：无数次交变应力作用下不发生破坏 的最大应力3、 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为伸长 率d、断面收缩率y。4、 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB(布氏硬度)、HRC（洛氏硬度）。5、 韧性：材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量。第二部分 晶体结构1、 晶格尺寸：指晶格晶胞的大小，可以用晶格常数表示。2、 晶胞原子数：指一个晶胞内所含有的原子数目。3、 原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。4、 配位数：晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。（等距离、最近邻）5、 致密度:6、 常见纯金属的晶体结构体心立方、面心立方、密排六方。体心立方面心立方密排六方晶格常数aaa原子半径原子个数246配位数81212致密度0.680.740.74滑移面110x6111x4六方底面x1滑移方向X2X2底面对角X3滑移系12123常见金属a-Fe、Cr、Wg-Fe、Ni、ALMg、Zn7、 体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度。8、 金属晶体缺陷（1）点缺陷：空位: 晶格中某个原子脱离了平衡位置，形成空结点。间隙原子：某个晶格间隙挤进了原子。异类原子：材料中总存在着一些其它元素的杂质。（它们可形成间隙原子，也可能取代原来原子的位置，成为置换原子）（2）线缺陷晶体中最普通的线缺陷是位错，它是在晶体中某一处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。（3）面缺陷 面缺陷包括晶界和亚晶界。第三部分 铁碳合金相图 ()第四部分 杠杆定律()1、杠杆定律： 杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成分点。2、注意：运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的两相区，并且只能在平衡状态下使用。3、杠杆定律的应用：确定某一温度下两平衡相的成分； 确定某一温度下两平衡相的相对量。第五部分 钢的热处理()1、 钢的热处理：是根据钢在固态下组织转变的规律性，通过不同的加热、保温和冷却，以改变合金的内部组织，从而得到所要求性能的一种加工工艺。2、过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）()转变类型转变产物形成温度转变机制显微组织特征HRC获得工艺珠光体PA1-650扩散型粗片状,F、Fe3C相间分布5-20退火S650-600细片状，F、Fe3相间分布20-30正火T600-550极细片状，F、Fe3C相间分布30-40等温处理贝氏体B上550-350半扩散型羽毛状，短棒状Fe3C分布于过饱和F条之间40-50等温淬火B下350-MS竹叶状，细片状Fe3C分布于过饱和F针上50-60等温淬火马氏体M片MS-MF无扩散型片状60-65淬火M板条MS-MF板条状50淬火 3、回火分类回火按回火温度分为回火类型回火温度回火组织性能及应用组织形态低温回火150-250回火马氏体保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工磨具钢，表面淬火及渗碳火件过饱和-Fe+ - 碳化物 中温回火350-500回火屈氏体硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度，用于弹性元件保留马氏体针形F+细粒Fe3C 高温回火500-650回火索氏体强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。多边形F+粗粒状Fe3C 第六部分 金属材料的塑性变形()1、塑性变形的两种形式:滑移和孪生。滑移：是指晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑移变形的特点：滑移只能在切应力的作用下发生。滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面(或晶向)发生。因为原子密度最大的晶面(或晶向)上，原子结合力最强，但晶面(或晶向)之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。2、三种典型金属晶格的滑移系第七部分 金属材料的热加工1、 冷加工：低于再结晶温度的加工。2、 热加工：高于再结晶温度的加工。3、热加工对金属组织与性能的影响使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。热加工可获得细小均匀、等轴的再结晶晶粒，从而使金属的力学性能全面提高。热加工可使各种可变形的夹杂物会沿变形方向拉长呈流线分布，也称纤维组织。热加工时应力求使流线合理分布。热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形方向交替地呈带状分布，称为带状组织。带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过正火来消除。第八部分 有色金属及其合金1、铝合金的热处理：固溶处理+时效。()铝合金牌号表示方法名称牌号举例防锈铝合金LF+序号LF21硬铝合金LY+序号LY11超硬铝合金LC+序号LC4锻铝合金LD+序号LD7第九部分 铜及铜合金1、 铜及铜合金牌号表示方法铜及铜合金牌号表示方法()名称牌号举例普通黄铜H（黄）+ 表示铜平均百分含量的数字H68表示平均含铜量为 68%。特殊黄铜H（黄）+主加元素符号（Zn除外）+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量HPb59-1：表示铅黄铜，含铜量为59%,含铅量为1%。青铜Q +主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量QSn4-3：4%Sn、3%Zn白铜B+镍的平均百分含量。B5：表示平均含NI量为5%第十部分 合金钢1、合金钢的分类 工程构建用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆结构钢 渗碳钢 滚动轴承钢 机器制造用钢 调质钢 耐磨钢 弹簧钢 刃具钢 不锈钢 工具钢 模具钢 特殊性能钢 量具钢 耐热钢2、合金钢的牌号合金结构钢名称牌号举例普通碳素结构钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号：沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。Q235AF：表示最低屈服强度为235MPa ,A等级，沸腾钢。优质碳素结构钢两位数字（或加字母Mn）这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。45号钢其平均含碳量为万分之四十五（0.45%C）。08F：平均含碳量为0.08%的沸腾钢。低合金结构钢用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示。16Mn:表示平均含碳量为0.16%含锰量约为0.7%-1.0%合金结构钢合金弹簧钢由两位数字（表示平均含碳量的万分之几）其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.503.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5等数字。如30CrMnSi、20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母“A”，如30CrMnSiA、60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母“E”，如30CrMnSiE。40Cr：表示含碳约0.4%，含铬Cr约1%。3、机械制造用钢1、调质钢(1) 成分特点与合金化原则： 中C：0.3%0.50%，以0.4%左右为主 加入提高淬透性元素Ni , Si, Cr, Mn, B 加入Mo,W消除回火脆性细化晶粒：Ti、V（2）调质件一般的工艺路线为：()下料锻造退火粗加工调质精加工装配。（3）常用钢号及其用途40Cr,40MnB一般尺寸重要零件, 如齿轮,主轴35CrMo截面尺寸较大零件,如曲轴,连杆.40CrNiMo大截面重载重要零件,如汽轮机主轴。2、渗碳钢 (1)成分特点：低碳(0.10.25%C 加Cr、Mn、Ni、B 等元素Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性 Cr、Mn、Ni ：强化铁素体 W、Mo、Ti、V ：细化晶粒（2）渗碳件的加工工艺路线为：()下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火磨削 （3）常用钢号及用途20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。3、弹簧钢（1)成分特点：中高碳：碳素弹簧钢为0.60.9%C；合金弹簧钢为0.450.7%C。（2）合金元素作用：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr提高ss/sb：Si 细化晶粒,提高回火抗力：V（3）常用钢号及用途65Mn, 60Si2Mn用于汽车、拖拉机。4、滚动轴承钢(1)成分特点：高碳(0.951.10%C)，以保证高的硬度和耐磨性；主加Cr。 Cr、Mn、Si：提高淬透性; Cr 还提高耐磨性和耐蚀性。（2）常用钢号及用途 Cr轴承钢：GCr15中小型轴承；冷冲模，量具，丝锥。 添加Mn，Si，Mo，V的轴承钢： GCr15SiMo，GSiMnMoV制造大型轴承。4、工具钢1、刃具钢1）碳素工具钢碳素工具钢为高碳钢，其含碳量为0.651.30%，碳素工具钢牌号为T+数字（钢平均含碳量的千分之几）。高级优质钢在钢号后加字母A，如T12A、T10A、T8A。T8其平均含碳量为千分之八（0.8%C）(2)成分特点高碳（0.651.35%C）含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。硫、磷杂质含量低，限制严格(3)用途T7、T8钢：适宜制造耐磨性要求较低，承受冲击和要求韧性较高的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。T9T11钢：制造冲击振动较小（低速）而切削力较大的工具，如钻头、丝锥、手工锯条等。T12T13钢：制造不承受冲击而耐磨性高的工具，如锉刀、刮刀等。2)低合金工具钢(1)成分特点 高碳：0.851.5%C（2）合金元素作用：提高淬透性: Cr、Mn、Si Si提高回火稳定性 提高耐磨性、细化晶粒: W、V (3)用途9SiCr用于制造 丝锥、板牙等。2、高速钢(1)成分特点高碳：0.701.5%C高合金元素含量：主加元素Cr、W、Mo、V加Cr目的：提高淬透性，提高钢的耐回火性和抗氧化性。加W、Mo目的：提高钢的热硬性，原因是在淬火后的回火过程中，析出了这些元素的碳化物，使钢产生二次硬化。加V目的：主要是细化晶粒，同时由于VC硬度极高，可提高钢的硬度和耐磨性。（2）加工与热处理加工工艺路线：下料锻造球化退火机加工淬火回火磨削（3）常用钢号基用途常用钢号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头。3、模具钢1）冷作模具钢（1）成分特点高碳(1.42.3%C)；高铬(11.513%Cr)（2）合金元素作用：Cr 提高淬透性、耐磨性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。 （3）常用钢号Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。2）热作模具钢（1）热锻模钢中碳低合金钢，含碳量0.50.6%。加入合金元素Cr、Ni、Mn、Mo等，Cr、Ni、Mn主要作用：提高淬透性、强化铁素体；Mo主要作用：防止第二类回火脆性。热处理：淬火加高温回火（调质），使用状态下的组织为回火索氏体。典型钢种5CrNiMo、5CrMnMo，前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。（2）压铸模钢中碳高合金钢，含碳量一般为0.30.6%。加入合金元素有Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性，W、Mo、V的主要作用是提高耐磨性，产生二次硬化，W、Cr还有提高抗热疲劳的作用。热处理淬火+回火后的组织：M回+颗粒状碳化物+A(少量) 。典型钢种如3Cr2W8V。 第十一部分 铸铁(1)石墨化的定义()铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。(2)影响石墨化的因素()化学成分冷却速度(2) 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁（）灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁铸铁名称牌号举例获得方法组织热处理用途灰铸铁HT250(最低抗拉强度为250MPa)液态金属石墨化+孕育处理基体(F、P、F+P) +片状石墨去应力，消除白口，表面淬火机床床身球墨铸铁KTZ450-06 (最低抗拉强度为450MPa,最低延伸率为6%) 白口+石墨化退火基体(F、P) +团絮状石墨石墨化退火车轮壳，管接头可锻铸铁QT500-7(最低抗拉强度为500MPa,最低延伸率为7%) 液态金属石墨化+球化处理+孕育处理 基体(F、P、F+P) +球状石墨可进行各种热处理柴油机曲轴附录1工业用钢钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途碳素结构钢0.4Q195Q235热轧空冷F+P塑性，焊接性好建筑结构低合金高强度钢0.2Q345(16Mn)Mn:强化F,增加P,降低脆转温度热轧空冷F+P塑性,焊接性好桥梁,船舶,容器渗碳钢0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒渗碳+淬火+低温回火 表面：M回+ A (少量)+颗粒状Fe3C心部：M回+F表硬里韧轴、齿轮调质钢0.30.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,强化F,Mo:防止第二类回火脆性调质S回良好综合力学性能轴、齿轮弹簧钢0.60.90.450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,强化F；Si:提高屈强比淬火+中温回火T回高ss/sb高s-1弹簧滚动轴承钢0.951.10 GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀性球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高耐磨高s-1 足够ak滚动轴承耐磨钢1.01.3ZGMn13Mn:形成A组织水韧处理表：M+碳化物心：A高耐磨耐冲击铲齿，履带板工业用钢（续）钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途碳素工具钢0.651.35T7T13球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨冲子、丝锥、锉刀低合金工具钢0.751.59SiCrSi、Cr：提高淬透性球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速钢0.71.5W18Cr4VCr:提高淬透性；W、V：提高热硬、耐磨性锻、退火、淬火+三次回火M回+ A(少量)+颗粒状碳化物高热硬高硬度高耐磨高速刃具冷作模具钢1.42.3 Cr12Cr12MoVCr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性锻，退，淬火+低温回火M回+ A(少量) +颗粒状碳化物高硬度高耐磨冷冲模挤压模热锻模钢0.50.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用同调质钢调质S回抗热疲劳热锻模压铸模钢0.30.63Cr2W8V合金元素作用同高速钢淬火+回火M回+ A(少量) +颗粒状碳化物抗热疲劳,耐磨压铸模工业用钢（续）钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途不锈钢0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蚀性；Ni:形成A；Ti:防止晶间腐蚀调质S回高耐蚀性(随C%增加,耐蚀性下降)汽轮机叶片3Cr134Cr13淬火+低温回火M回医疗器械0Cr13不能热处理F硝酸氮肥工业1Cr18Ni9Ti固溶处理A化学管道耐热钢15CrMo, 12CrlMoVCr，Si:提高 抗氧化性；Mo：提高T再；V.Ti:弥散强化；Ni：形成A组织正火F+P高热强性,高抗氧化性锅炉零件4Cr9si2 lCrllMoV调质S回气阀,叶片1Cr18NiTi固溶A过热器管 附录二有色金属及其合金合金牌号举例牌号含义性能用途铝合金LF55号防锈铝合金耐蚀、塑性好冷成型件LY1111号硬铝合金强硬度高冲压模锻件LC44号超硬铝合金高强受力大结构件LD77号锻铝合金可锻、耐温锻件ZL1022号Al-Si铸造合金耐蚀,铸造性好汽缸、活塞ZL2011号Al-Cu铸造合金耐热,强度较高较高温高强件ZL3011号Al-Mg铸造合金耐蚀,高强舰船配件ZL4011号Al-Zn铸造合金高强,铸造性好汽车飞机零件铜合金H68含68%Cu(32%Zn)黄铜塑性好冷变形件HPb59-1含59%Cu,1%Pb(40% Zn)黄铜高强船舶及化工零件QAl7含7%Al 的铝青铜高强,耐磨,耐蚀船舶飞机零件 22