安徽科技学院《机械工程材料》复习资料.docx

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=q/8。2、强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：（1）抗拉强度b b：材料断裂前承受的最大应力。（2）屈服强度b s：材料产生微量塑性变形时的应力。（3）疲劳强度b f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& 断面收缩率甲。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：致宓声=晶胞中原子所占有的体积密度"晶胞的体积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原子半径弓a齐1 a 2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<111>X2<110>X2底面对角X3滑移系12123常见金属a-Fe、 Cr、 W丫-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。表1-3体I泣方、面心立方晶格主要晶面的宙拐源厝度表1-4体心立方、面心立方晶格主要晶自的原孑搠用碧度晶向族体心立方晶格面心旦方晶格晶反1原于 排列示意图晶向原子密匿 （原子数任度）晶反1原于 排列示意图晶向原子密度（原子数/长度）<100>G(Pa 5a a割S=ia a<110>专=四a2X|+1_1.4a<111>2X+1_ 1.16岳 a我=竺屈 a8、 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（）10G杠杆定律的证明和力学比喻-L1、杠杆定律：Ql X ab= Qa X be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 艺珠无伟PA-650 1扩散型粗片状,F、FeC相间分布35-20退火S650-600细片状，F、Fe相间分布320-30正火T600-550极细片状，F、FeC相间3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FeC分3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FeC分3布于过饱和F针上50-60等温淬 火马氏 体M片MsMf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a Fe+ e -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 t，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3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一建筑、桥梁、船舶、车辆结构钢/渗碳钢机器制造用钢匕 调质钢J钢 弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢刃具钢 工具钢匕模具钢 、量具钢不锈钢特殊性能钢/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：沸腾钢一F；镇静钢 一2；半镇静钢一b；特殊镇静 钢一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f锻造f退火f粗加工f调质f精加工f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f锻造f正火f机加工f渗碳f淬火+低温回火f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bs/bSi 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，如铿刀、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：下料一锻造一球化退火一机加工一淬火一回火一磨 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)；（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 下组织性能用途一素构1 碳结钢<0.4Q195Q235轧冷 热贫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 脆转温度热空F+P塑性， 焊接性 好桥梁,船 舶，容器渗碳 钢0.10.2520 20Cr 20CrMnTiCr,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+ A （少回 量）+颗粒 状FeC3心部:M回+F表硬里 韧轴、齿轮调质 钢0.3 0.545 40Cr 40CrNiMoCr,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0.60.90.450.765Mn 60Si2MnCr,Mn :提高 淬透性，强 化F； Si：提 高屈强比淬火+ 中温 回火T回高Q /。、s b高b-1弹簧滚动 轴承 钢0.951.10GCr15Cr：提高淬 透性，耐磨 耐蚀性球退+ 淬火+ 低温 回火M p + A(少 量)+颗粒 状FeC 3高耐磨 高b 足够a k滚动轴承耐磨 钢1.01.3ZGMn13Mn：形成A组 织韧理 水处表：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 + A（少 量）+颗 粒状 FeC3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 +A（少 量）+颗 粒状 FeC 3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 +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1.42.3Cr12 Cr12MoVCr: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0.5 0.65CrNiMo5CrMnMo无如IM 金作调钢 合素同调质S回抗热疲 劳热锻模压铸模 钢0.3 0.63Cr2W8V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1Cr18Ni9T i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 ICrllMoV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QA17含7%Al的铝青 铜高强，耐 磨，耐蚀船舶 飞机零件