工程材料複習知識點?第二章 材料的性能1、布氏硬度，下面我們就來聊聊關于工程材料複習知識點?接下來我們就一起去了解一下吧!

工程材料複習知識點

第二章 材料的性能

1、布氏硬度

布氏硬度的優點：測量誤差小，數據穩定。

缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。

适于測量退火、正火、調質鋼,

鑄鐵及有色金屬的硬度（硬度少于450HB）。

2、洛氏硬度

HRA用于測量高硬度材料, 如硬質合金、表淬層和滲碳層。

HRB用于測量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。

HRC用于測量中等硬度材料，如調質鋼、淬火鋼等。

洛氏硬度的優點：操作簡便，壓痕小，适用範圍廣。

缺點：測量結果分散度大。

3、維氏硬度

維氏硬度所用載荷小，壓痕淺，适用于測量零件表面的薄硬化層、鍍層及薄片材料的硬度，載荷可調範圍大，對軟硬材料都适用。

4、耐磨性是材料抵抗磨損的性能，用磨損量來表示。

分類有黏着磨損（咬合磨損）、磨粒磨損、腐蝕磨損。

5、接觸疲勞：（滾動軸承、齒輪）經接觸壓應力的反複長期作用後引起的一種表面疲勞剝落損壞的現象。

6、蠕變：恒溫、恒應力下，随着時間的延長，材料發生緩慢塑變的現象。

7、應力強度因子：描述裂紋尖端附近應力場強度的指标。

第三章 金屬的結構與結晶

1、晶體中原子（分子或離子）在空間的規則排列的方式為晶體結構。為便于描述晶體結構，把每個原子抽象成一個點，把這些點用假想直線連接起來，構成空間格架，稱為晶格。

晶格中每個點稱為結點，由一系列原子所組成的平面成為晶面。

由任意兩個原子之間連線所指的方向稱為晶向。

組成晶格的最小幾何組成單元稱為晶胞。

晶胞的棱邊長度、棱邊夾角稱為晶格常數。

①體心立方晶格

晶格常數用邊長a表示，原子半徑為√3a/4，每個晶胞包含的原子數為1/8×8 1=2（個）。

屬于體心立方晶格的金屬有 鐵、钼、鉻等。

②面心立方晶格

原子半徑為√2a/4，每個面心立方晶胞中包含原子數為1/8×8 1/2×6=4（個）

典型金屬（金、銀、鋁、銅等）。

③密排六方晶格

每個面心立方晶胞中包含原子數為為12×1/6 2*1/2 3=6（個）。

典型金屬 鋅 等。

2、各向異性：晶體中不同晶向上的原子排列緊密程度及不同晶面間距是不同的，所以不同方向上原子結合力也不同，晶體在不同方向上的物理、化學、力學間的性能也有一定的差異，此特性稱為各向異性。

晶體中的缺陷

1）點缺陷包括 空位、間隙原子、置換原子。

點缺陷的形成主要是由于原子在以各自的平衡位置為中心不停的作熱振動的結果。

2)線缺陷：在三維空間中兩維方向尺寸較小，另一維方向的尺寸相對較大的缺陷。

位錯是晶格中的某處有一列或若幹列原子發生了某些有規律的錯排現象。

位錯的基本形式：刃型位錯、螺型位錯。

提高位錯密度是金屬強化對重要途徑之一。

1） 面缺陷：尺寸在一維很小，另兩維較大的缺陷。

常見的是：晶界和亞晶界

1.2 凝固

1） 晶體的結晶

自由能的減少量等于在變化過程中所研究的物質可對外界做功的能量。

一個變化的自由能減少，則自發；自由能增加，則非自發。

結晶的溫度條件：在該溫度下固态自由能<液态自由能

過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度之差。過冷度越大，液固之間能量狀态差越大，促使液體結晶的驅動力越大。驅動力達到一定值時，結晶才能進行。

冷卻速度越快，過冷度越大。

2） 非晶體的結晶

非晶體是一種長程無序，短程有序的混合結構；性質上表現為各向同性。

非晶體的凝固是在一個溫度範圍内逐漸完成的。

1.2.2金屬的結晶

1、液态金屬在理論結晶溫度以下開始結晶的現象稱過冷。理論結晶溫度與實際結晶溫度的差DT稱過冷度， T= T0 –T1

2、金屬的結晶過程

金屬是由許多外形不規則，位向不同，大小不同的晶粒組成的多晶體。

金屬結晶過程中，晶核形成有兩種形式：均勻形核和非均勻形核。

由液體中排列規則的原子團形成晶核稱均勻形核。

以液體中存在的固态雜質為核心形核稱非均勻形核。

3、影響形核和長大的因素及晶粒大小控制

影響形核和長大的重要因素：冷卻速度（或過冷度）和難熔雜質。

過冷度較小時，形核率變化低于長大速度，晶核長大速度快，得粗晶粒。

過冷度較大時，形核率的增長快些，得細晶粒。

改變過冷度可控制結晶後晶粒的大小，過冷度可通過冷卻速度來控制。

冷卻速度越快，過冷度越大，晶粒越細，金屬的性能越好（強度、塑性、韌性）。

4、細化晶粒是提高金屬材料性能的重要途徑之一。（細晶強化）

（1） 增大過冷度

1、金屬型代替砂型2、增大金屬型厚度3、降低金屬型預熱溫度4、提高液态金屬的冷卻

能力。

（2） 變質處理，在金屬澆注前添加變質劑來改變晶粒的形狀或大小的處理方法。

作用：1.增大形核率；2.降低長大速率。

附加振動法（機械振動、超聲波振動、電磁振動等）。

5、金屬塑性變形後的加熱

三個階段: 回複----再結晶-----晶粒長大

（1）、回複:

1.溫度:回=(0.25~0.3)熔

2.注:要消除殘餘内應力,可采用回複處理,進行一次250~300攝氏度的低溫回火

（2）、再結晶:

1.再結晶:固态下,晶粒外形變化,但晶格類型不變

2.影響:冷變形強化現象消失,殘餘内應力完全消失

3.溫度:T再=0.4T熔

4.冷加工-----在T再以下的加工過程

熱加工-----在T再以上的加工過程

第四章 二元合金

合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的，具有金屬特性的物質。

組元：組成合金的、最基本的單元。（組成合金的元素或穩定的化合物）

相： 合金中具有相同的物理、化學性能并與該系統的其餘部分以界面分開的物質部分。

組織：用金相觀察法，在金屬及合金内部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關系的構造情況。

相變：在一定條件下一種相轉變成另一稱相。

二、

1、固态合金中有兩類基本相：固溶體和金屬化合物。

①固溶體：合金在固态下，組元間會相互溶解，形成在某一組元晶格中包含其他組元的固相。

溶劑:基礎金屬 溶質：合金元素

固溶體一般具有與溶質金屬相同的晶體結構

a） 置換固溶體：溶質原子代替一部分溶劑原子占據溶劑晶格中某些結點的位置。

b） 間隙固溶體：溶質原子嵌入各結點間的間隙中。

固溶強化：由于溶質原子的溶入，使固溶體的晶格發生畸變，變形抗力增大，合金的強度、硬度升高。

②金屬間化合物：合金組元形成晶格類型與任一組元都不相同的新相。 表達式：AmBn

特點：熔點較高，硬度很高，脆性高。 例如：滲碳體 Fe3C

彌散強化：金屬間化合物作為強化相彌散分布在固溶體基礎上，以提高其強度、硬度及耐磨性。

二元合金相圖

一、相圖：表達溫度、成分和相之間的關系，表明合金系中不同成分合金在不同溫度下，由哪些相組成以及這些相之間平衡關系的圖形。

二、類型

1）勻晶相圖

①定義：兩組元在液态和固态均能無限互溶。

②杠杆定律

③枝晶偏析：晶粒的成分不均勻現象。 均勻化退火

2）共晶相圖：

①兩組元在液态無限互溶，在固态有限溶解，并發生共晶反應時所構成的相圖。

②共晶反應：Lc→(共晶溫度)αd βe

産物是由兩個固相組成的機械混合物，稱為共晶體。

共晶體

顯微組織：兩相交替分布，細小分散。

3）包晶相圖及其他相圖

包晶相圖：兩組元在液态下無限互溶，在固态有限溶解，并發生包晶反應時的相圖。

鐵碳合金相變基礎知識

鐵碳平衡相圖

1.主要特性點

書上圖4-19 簡化的Fe-Fe3C相圖中各特性點的溫度、碳質量分數及含義

2．主要特性線

a、ACD線和AECF線 ACD線是液相線，AECF線是固相線。

b、ECF線 共晶線溫度1148℃。

c、PSK線 共析線溫度727℃，又稱A1線。

d、GS線 A3線。

e、ES線 Acm線。

f、PQ線 碳在鐵素體中的溶解度線。

3．相區

單相區 F、A、L和Fe3C四個。

兩相區 L A、L Fe3C、A F、F Fe3C和A Fe3C五個。

一、基本相

固溶體：鐵素體F 奧氏體A

金屬間化合物：滲碳體 Fe3C

1)F:碳在α-Fe中形成的間隙固溶體（體心立方）

特性：強度、硬度不高，塑性和韌性良好。

2）A：碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體（體心立方）

特性：良好的塑性和較低的變形抗力，适于壓力加工。

3）Fe3C：碳濃度超過固溶體溶解度後，多餘的碳與鐵形成金屬間化合物，含碳量為6.69%。

特性：硬度高、脆性大，作為強化相存在。

二、相圖分析

1）共晶反應 ECF為共晶線 L4.30%→(1148℃)A2.11% Fe3C

Ld萊氏體：共晶混合物

2）共析反應 PSK為共析線 A0.77%→(727℃)F0.02185 Fe3C

P珠光體：共析混合物

四、含碳量對鐵碳合金組織性能的影響

1．鐵碳含金的組織随着含碳量的增加，其鐵素體相對量減少，珠光體相對量增多，滲碳體與萊氏體相對量增多；

2．鐵碳合金的力學性能随着含碳量的增加，其強度、硬度增高，而塑性、韌性降低。但當WC＞1.0%時，因為有網狀Fe3C存在，所以強度下降。

五、鋼在加熱時的轉變

1. 奧氏體形成過程

鋼在加熱時珠光體向奧氏體的轉變過程稱為奧氏體化。該過程遵循形核和長大的相變基本規律，它通過以下四個基本階段來完成，如圖3.33所示。

1) 奧氏體形核

2) 奧氏體晶核長大

3) 殘餘滲碳體溶解

4) 奧氏體成分均勻化

(a) 形核 (b) 長大 (c) 殘餘Fe3C溶解 (d) A均勻化

圖3.33 共析鋼的奧氏體形成過程示意圖

2. 奧氏體晶粒度及其影響因素

鋼加熱時所獲得的奧氏體晶粒大小，對冷卻轉變後鋼的性能影響很大。晶粒細小均勻，冷卻後鋼的組織則彌散，強度與塑性、韌性較高。

a)起始晶粒度：奧氏體化剛剛完成時的晶粒大小

特點: 難以測量，在實際生産中意義不大

b) 實際晶粒度: 鋼在某一具體加熱條件下獲得的奧氏體晶粒大小（直接影響鋼冷卻後的力學性能）

特點：細小均勻，但提高溫度或延長保溫時間會使晶粒長大。

c) 本質晶粒度: 鋼在規定加熱條件下(930℃±10℃保溫3h～8h)加熱時奧氏體晶粒長大的傾向，可分為兩類：1本質細晶粒鋼：晶粒長大傾向小2本質粗晶粒鋼：晶粒長大傾向大

鋼中加入合金元素對奧氏體化主要有下列影響：1）延緩鋼的奧氏體化過程

2）細化奧氏體晶粒

2、合金的結晶隻有在緩慢冷卻條件下才能得到成分均勻的固溶體。但實際冷速較快，結晶時固相中的原子來不及擴散，使先結晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 後結晶的枝晶間含有較多的低熔點元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。

3、在一個枝晶範圍内或一個晶粒範圍内成分不均勻的現象稱作枝晶偏析。

4、冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴重。

5、當兩組元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并發生共晶反應時所構成的相圖稱作共晶相圖。

6、在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出兩個成分和結構都不相同的新固相的轉變稱作共晶轉變或共晶反應。

7、共晶組織，固态金屬自高溫冷卻時，從同一母相中同時析出，緊密相鄰的兩種或多種不同的相構成的組織。

8、共晶組織中的相稱共晶相。

9、共析反應(共析轉變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結構完全不同的新固相的過程。

10、固溶體合金液固相線間距越大、偏析傾向大, 樹枝晶發達, 流動性降低, 補縮能力下降, 分散縮孔增加.

11、共晶合金結晶溫度低，流動性好，縮孔集中， 偏析小， 鑄造性能好。

12、直接從液相中結晶出的固相稱一次相或初生相。

13、由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。

14、組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。【注意組織組成物和相組成物的區别】

15、含碳量為0.0218% ~2.11%的稱鋼

16、含碳量為 2.11%~ 6.69%的稱鑄鐵。

17、亞共析鋼随含碳量增加，P 量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。

18、含碳量對工藝性能的影響

① 切削性能: 中碳鋼合适

② 可鍛性能: 低碳鋼好

③ 焊接性能: 低碳鋼好

④ 鑄造性能: 共晶合金好

⑤ 熱處理性能: 以後章節介紹

第五章 金屬的塑性變形與再結晶

1、滑移的定義和現象；（采用挂圖和幻燈講解），這裡有五個問題：滑移線、滑移帶、滑移距離、滑移面和滑移方向；2、 滑移系：一個滑移面和一個滑移方向構成一個滑移系，滑移系的數目決定了金屬的塑性好壞，其數目越多，塑性越好；體心立方晶格：6×2=12個滑移系；塑性較低好；如鐵、鉻等；面心立方晶格：4×3=12個滑移系；塑性最好；如金、銀、銅、鋁等；密排六方晶格：1×3=3個滑移系；塑性最差；如鋅、镉等；3、滑移的機理：非剛性滑動，而是由位錯的移動實現的。1） 隻有位錯線附近的少數原子移動；2） 原子移動的距離小于一個原子間距；總結：金屬的塑性變形是由滑移這種方式進行的，而滑移又是通過位錯的移動實現的。所以，隻要阻礙位錯的移動就可以阻礙滑移的進行，從而提高了塑性變形的抗力，使強度提高。金屬材料常用的五種強化手段（固溶強化、加工硬化、晶粒細化、彌散強化、淬火強化）都是通過這種機理實現的。

4、滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分移動了原子間距的整數倍

5、滑移部位：滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結合力最弱，産生滑移所需切應力最小。

6、滑移系：滑移系越多，金屬發生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向對塑性的貢獻比滑移面更大。

7、孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發生的切變。

8、随冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現象稱加工硬化。

1、加熱可使原子擴散能力增加，金屬将依次發生回複、再結晶和晶粒長大

2、回複是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶内某些變化

3、最低再結晶溫度：T再≈0.4T熔

4、加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。

5、當變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結晶.

6、當超過臨界變形度後，随變形程度增加，變形越來越均勻，再結晶時形核量大而均勻，使再結晶後晶粒細而均勻，達到一定變形量之後，晶粒度基本不變。

7、金屬經冷變形後, 組織處于不穩定狀态, 有自發恢複到穩定狀态的傾向。但在常溫下，原子擴散能力小,不穩定狀态可長時間維持。

8、回複是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶内某些變化。在回複階段，金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内應力、電阻率等顯著下降。

9、去應力退火：（也是回複的過程）将冷變形金屬低溫加熱，既穩定組織又保留加工硬化的熱處理方法。金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内應力、電阻率等顯著下降。

10、再結晶：冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程。金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。晶粒的形狀開始發生變化，由破碎拉長的晶粒變為新的完整的等軸晶粒。再結晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程。

11、把消除加工硬化的熱處理稱為再結晶退火

12、晶粒粗大會使金屬的強度下降，尤其是塑性和韌性降低 。

13、低于再結晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結晶溫度的加工稱為熱加工。

14、提高塑性變形抗力的途徑：

1）細化晶粒

2）形成固溶體

3）形成第二相

4）采用冷加工變形

二、提高塑性變形抗力的途徑

（1）細化晶粒

σs = σ0 Kd-1/2 d晶粒尺寸， σ0、K材料常數

（2）形成固溶體

固溶後，基體晶格畸變，滑移面變得“粗糙”，位錯運動阻力↑，如淬火

（3）形成第二相

彌散分布的第二相可以阻礙位錯運動，第二相粒徑<0.1-0.2μ時，這種阻擋效果最好

（4）采用冷加工變形

冷加工造成加工硬化，即位錯密度↑，位錯運動受阻。

第六章 金屬熱處理及材料改性

1、在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。

2、奧氏體的形成過程

第一步 奧氏體晶核形成：首先在a與Fe3C相界形核。

第二步 奧氏體晶核長大：g 晶核通過碳原子的擴散向a 和Fe3C方向長大。

第三步 殘餘Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結構更接近于奧氏體，因而先消失。殘餘的Fe3C 随保溫時間延長繼續溶解直至消失。

第四步 奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解後，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。

3、處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩定組織，遲早要發生轉變。随過冷度不同，過冷奧氏體将發生珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變三種類型轉變。

4、退火：（完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退火）将工件加熱到臨界點（Ac1、Ac3）以上或以下某一溫度經過适當保溫後緩慢冷卻，一般是随爐冷卻的一種工藝操作過程。

目的：（1）改善組織和使成分均勻化，以提高鋼的性能。

（2）消除不平衡的強化狀态。

（3）經過重結晶以細化晶粒、改善組織，為最終熱處理做好組織上的準備。

5、正火：将鋼加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，經适當保溫後在空氣中冷卻的一種操作工藝。

目的：（1）普通構件的最終熱處理，正火可使粗大組織細化、均勻化。

（2）重要零件的預先熱處理。

（3）對于過共析鋼、軸承鋼和工具鋼等用正火消除鋼狀Fe3C，以利于球化退火，同時細化晶粒，并為淬火做組織準備。

正火和退火的選擇：低碳鋼（正火），中、高碳鋼（退火）

6、淬火：将鋼加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，經保溫燒透後快冷，使A向M轉變

的一種操作工藝過程。

目的：提高鋼的強度和硬度，得到的組織是M （淬火溫度不能過低和太高）

冷卻介質的确定：

水：用于形狀簡單和大截面碳鋼零件的淬火。

鹽水：用于形狀簡單和截面尺寸較大的碳鋼工件的淬火。 油：用于合金鋼和小尺寸碳鋼工件的淬火。

熔融鹽堿：用于形狀複雜、尺寸較小和變形要求較嚴格的零件，經常用于分級淬火和等溫淬火的工藝。

淬硬性：鋼淬火時的硬化能力。

淬透性:：以在規定條件下鋼試樣淬硬溫度和改變分布表征的材料特性稱為淬透性。

7、回火：将淬火鋼加熱到Ac1以下某一溫度，經适當保溫後冷卻到室溫的一種操作工藝過程。

目的：（1）使淬火後的M和A殘轉變為穩定的組織，防止零件在使用過程中發生尺寸和形狀的變化，特别是精密零件。

（2）防止變形和開裂，降低脆性。

（3）通過回火調整零件的強度、硬度、塑性和韌性，以滿足對零件設計和使用的要求。

回火時性能的變化：随回火溫度升高，強度和硬度下降，塑性和韌性增加。

①低溫回火（100~250攝氏度） 回火馬氏體

②中溫回火（250~500攝氏度） 回火托氏體

③高溫回火（500~650攝氏度） 回火索氏體

調質處理=淬火 高溫回火

注：退火和正火為預備熱處理，淬火和回火為最終熱處理。

8、合金元素對鋼回火的影響（三方面）：

提高回火穩定性

産生二次硬化

回火脆性

9、表面熱處理：

a.表面化學熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲及其它）

b.表面淬火（感應加熱表面淬火、激光加熱表面淬火）

c.化學氣相沉積

d.物理氣相沉積

e.離子注入

10、金屬的合金化：

1. 合金強化：

a. 固溶強化：強化效果的影響因素：1.與溶質原子引起的畸變程度有關

2.與溶質原子的數量有關

注：固溶強化在提高強度、硬度的同時，仍然保持相當好的塑性、韌性

b. 第二相強化：相界面的晶格畸變程度越大或第二相的彌散度越大，強度、硬度越高，對位錯運動的阻力作用越大，強化效果也越顯著。

第二相的強化效果除了與其本身的性能有關外，還與其形狀、分布及大小密度相關

c. 細晶強化

第七章 合金鋼

鋼的分類和編号

（一） 鋼的分類

低碳鋼（C<= 0.25%）

碳素鋼 中碳鋼（C<= 0.30%～0.60%）

高碳鋼（C<= 0.60%）

錳 鋼

按化學成分分 鉻 鋼

按合金元素種類分 硼 鋼

鉻鎳鋼

合金鋼 矽錳剛

低合金鋼（合金元素含量< 5%）

按合金元素含量分 中合金鋼（合金元素含量為5%～10%）

高合金鋼（合金元素含量> 10%）

普 通 鋼（S < 0.05% ，P <= 0.045%）

優 質 鋼（S <= 0.030 %，P <= 0.035%）

按質量分 高級優質鋼（S <= 0.020 %，P <= 0.030%）

特級優質鋼（S <= 0.015 %，P <= 0.025%）

建築工程用鋼

工程用鋼 橋梁工程用鋼

船舶工程用鋼

結構鋼 車輛工程用鋼

調質鋼

機器用鋼 滲碳鋼

按用途分 彈簧鋼

軸承鋼

刃具鋼

工具鋼 模具鋼

量具鋼

不鏽鋼

特殊鋼 耐熱鋼

耐磨鋼

冶煉簡單，成本低，具有相當的力學性能（即馬馬虎虎的性能），能滿足工程用剛的良好焊接性，冷成型性（鍛壓），和較高強度的要求，顧用量很大、

1. 成分特點：碳含量通常在0.4%以下，當強度要求高時，含碳量就去上限（最大值）。在含碳量小于0.2%的低碳鋼的基礎上，加入少量合金元素（總量小于3%）而形成低合金高強度合金鋼。Mn是強化的基本元素，即古榕強化，又降低了A3點，即提高強度又改善塑性和韌性。

2. 熱處理特點：這類鋼一半不進行而處理，大多在熱軋狀态下火熱軋後正火狀态下使用。組織為鐵素體和少量珠光體。當然，如有需要，也可以進行相應的熱處理。

非金屬夾雜物少，質量級别高，一半在熱處理後使用。

1. 性能要求：

①良好的塑性和焊接性能。适用于制造冷沖壓和焊接件。

②表面硬而耐磨，具有較高韌性和足夠強度。适用于在沖擊和磨損條件下的零件，如汽車上的變速齒輪，内燃機上的凸輪，活塞銷。

③高屈服點，屈強比，高疲勞強度，足夠的塑性韌性。

④綜合性能好。适用于齒輪，軸類件，連杆。

2. 成分特點：

含碳量：

低碳：含碳量一半在0.25%以下。中碳：一般在0.25%-0.55%，這類鋼通常經過調制處理，故也稱調制剛。（綜合性能好）

中高碳：一般為0.45%-0.85%。主要用于制造彈性元件。

高碳：一般為0.95%-1.15%，保證高硬度和耐磨度。主要用于制造滾動軸承。

合金化特點：（主要是Cr , Ni , Si , Mn 等元素）

3. 熱處理特點：機器零件的制造工藝流程一般為：

下料——毛坯成型（鍛造等）——預備熱處理——粗加工——最終熱處理——精加工—裝配

①預備熱處理（通常是退火或正火），目的是：降低硬度，便于切削，為淬火做好組織準備。

a.完全退火。退火後為F P（S）

b．球化退火

②最終熱處理

a.淬火 高溫回火。主要用于調制剛。處理後為回火索氏體。具有良好的綜合力學性能。适用于受力複雜的零件，如齒輪，連杆，螺栓等。

b．淬火 中溫回火。主要用于彈簧鋼名主力後為回火托式體。具有高彈性極限，屈服點，和屈強比。

c.淬火 低溫回火。主要用于滾動軸承鋼，處理後的組織為回火馬氏體和未融碳化物及參與奧氏體。具有高硬度耐磨性用于制造各種滾動軸承

d.滲碳 淬火 低溫回火。主要用于滲碳鋼。

工具鋼按化學成分可分為碳素工具鋼，低合金工具鋼。中合金工具鋼和鋼合金工具鋼。按用途份則分為刃具鋼，模具鋼和量具鋼。

1. 性能要求：高硬度，高耐磨，高耐熱，足夠的韌性塑性。

2. 成分特點

含碳量：中碳：一般為0.3%-0.6%主要用于熱做模具鋼。高碳：一般為0.65%-1.35%。主要用于碳素工具鋼，地和經工具鋼和高速鋼。超高碳：1.4%-2.3%。主要用于高鉻冷作工具鋼

合金化特點：低合金化：合金元素小于5%。中高合金化：合金元素大于5%

3. 鍛造與熱處理特點

鍛造

預備熱處理

⑴完全退火 用于熱做模具鋼

⑵球化退火 用于碳素工具鋼，低合金工具鋼，高速鋼，冷作模具鋼和部分熱做模具鋼。

最終熱處理

⑴淬火 高溫回火

⑵正常淬火 低溫回火（一次硬化法）

⑶高溫淬火 多次高溫回火（二次硬化法）{具體參見課本91頁}

1. 不鏽鋼

一． 金屬腐蝕的一般概念:得失電子。

二． 成分特點：

含碳量：低碳或超低碳，一般小于0.2%。含碳量越低，則晶間腐蝕傾向越小，耐蝕性越好。中碳或高碳,一般都是馬氏體不鏽鋼

合金化特點:Cr, Ni是主要元素

一， 熱處理特點：淬火 回火，主要用于馬氏體不鏽鋼

固溶處理 常用于奧氏體不鏽鋼。

第八章 鑄鐵

含碳量在2％以上的鐵碳合金。工業用鑄鐵一般含碳量為2％～4％。碳在鑄鐵中多以石墨形态存在，有時也以滲碳體形态存在。除碳外，鑄鐵中還含有1％～3％的矽，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、钼、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、矽是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。

鑄鐵可分為：

① 灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7％～4.0％），碳主要以片狀石墨形态存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低（1145～1250℃），凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用于制造機床床身、汽缸、箱體等結構件。

② 白口鑄鐵。碳、矽含量較低，碳主要以滲碳體形态存在，斷口呈銀白色。凝固時收縮大，易産生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。

③ 可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理後獲得，石墨呈團絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀複雜、能承受強動載荷的零件。

④ 球墨鑄鐵。将灰口鑄鐵鐵水經球化處理後獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用于制造内燃機、汽車零部件及農機具等。

⑤ 蠕墨鑄鐵。将灰口鑄鐵鐵水經蠕化處理後獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用于制造汽車的零部件。

⑥ 合金鑄鐵。普通鑄鐵加入适量合金元素（如矽、錳、磷、鎳、鉻、钼、銅、鋁、硼、釩、錫等）獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發生變化，從而具有相應的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機械和儀器、儀表等的零部件。

鑄鐵的分類

　　分類方法 分類名稱 說明

1.按斷口顔色分

(1)灰鑄鐵 這種鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀态的片狀石墨形式存在，其斷口呈暗灰色，有一定的力學性能和良好的被切削性能，普遍應用于工業中

　　(2)白口鑄鐵 白口鑄鐵是組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金，其斷口呈白亮色，硬而脆，不能進行切削加工，很少在工業上直接用來制作機械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又稱激冷鑄鐵或冷硬鑄鐵

　　(3)麻口鑄鐵 麻口鑄鐵是介于白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵，其斷口呈灰白相間的麻點狀，性能不好，極少應用

2.按化學成分分

(1)普通鑄鐵 是指不含任何合金元素的鑄鐵，如灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵等

　　(2)合金鑄鐵 是在普通鑄鐵内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一種高級鑄鐵。如各種耐蝕、耐熱、耐磨的特殊性能鑄鐵

3.按生産方法和組織性能分

(1)普通灰鑄鐵 參見“灰鑄鐵”

　　(2)孕育鑄鐵 這是在灰鑄鐵基礎上，采用“變質處理”而成，又稱變質鑄鐵。其強度、塑性和韌性均比一般灰鑄鐵好得多，組織也較均勻。主要用于制造力學性能要求較高，而截面尺寸變化較大的大型鑄件

　　(3)可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由一定成分的白口鑄鐵經石墨化退火而成，比灰鑄鐵具有較高的韌性，又稱韌性鑄鐵。它并不可以鍛造，常用來制造承受沖擊載荷的鑄件

　　(4)球墨鑄鐵 簡稱球鐵。它是通過在澆鑄前往鐵液中加入一定量的球化劑和墨化劑，以促進呈球狀石墨結晶而獲得的。它和鋼相比，除塑性、韌性稍低外，其他性能均接近，是兼有鋼和鑄鐵優點的優良材料，在機械工程上應用廣泛

　　(5)特殊性能鑄鐵 這是一種有某些特性的鑄鐵，根據用途的不同，可分為耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。大都屬于合金鑄鐵，在機械制造上應用較廣泛

鑄鐵-熱處理工藝

1.消除應力退火

　　由于鑄件壁厚不均勻，在加熱，冷卻及相變過程中，會産生效應力和組織應力。另外大型零件在機加工之後其内部也易殘存應力，所有這些内應力都必須消除。去應力退火通常的加熱溫度為500～550℃保溫時間為2～8h，然後爐冷(灰口鐵)或空冷(球鐵)。采用這種工藝可消除 鑄件内應力的90～95%，但鑄鐵組織不發生變化。若溫度超過550℃或保溫時間過長，反而會引起石墨化，使鑄件強度和硬度降低。

2.消除鑄件白口的高溫石墨化退火

　　鑄件冷卻時，表層及薄截面處，往往産生白口。白口組織硬而脆、加工性能差、易剝落。因此必須采用退火(或正火)的方法消除白口組織。退火工藝為：加熱到550－950℃保溫2～5 h，随後爐冷到500-550℃再出爐空冷。在高溫保溫期間 ，遊高滲碳體和共晶滲碳體分解為石墨和A，在随後護冷過程中二次滲碳體和共析滲碳體也分解，發生石墨化過程。由于滲碳體的分解，導緻硬度下降，從而提高了切削加工性。

3.球鐵的正火

　　球鐵正火的目的是為了獲得珠光體基體組織，并細化晶粒，均勻組織，以提高鑄件的機械性能。有時正火也是球鐵表面淬火在組織上的準備、正 火分高溫正火和低溫正火。高溫正火溫度一般不超過950～980℃，低溫正火一般加熱到共折溫度區間820～860℃。正火之後一般還需進行四人處理，以消除正火時産生的内應力。

4.球鐵的淬火及回火

　　為了提高球鐵的機械性能，一般鑄件加熱到Afc1以上30～50℃(Afc1代表加熱時A形成終了溫度)，保溫後淬入油中，得到馬氏體組織。為了适當降低淬火後的殘餘應力，一般淬火後應進行回火，低溫回火組織為回火馬氏作加殘留貝氏體再加球狀石墨。這種組織耐磨性好 ，用于要求高耐磨性，高強度的零件。中溫回火溫度為350-500℃回火後組織為回火屈氏體加球狀石墨，适用于要求耐磨性好、具有一定效穩定性和彈性的厚件。高溫 回火溫度為500-60D℃，回火後組織為回火索氏作加球狀石墨，具有韌性和強度結合良好的綜合性能，因此在生産中廣泛應用。

5.球鐵的多溫淬火

　　球鐵經等溫淬火後可以獲得高強度，同時兼有較好的塑性和韌性。多溫淬火加熱溫度的選擇主要考慮使原始組織全部A化、不殘留F，同時也避免A晶粒長大。加熱溫度一般采用Afc1以上30～50℃，等溫處理溫度為0～350℃以保證獲得具有綜合機械性能的下貝氏體組織。稀土鎂鋁球鐵等 溫淬火後σb=1200～1400MPa，αk=3～3.6J／cm2，HRC＝47～51。但應注意等溫淬火後再加一道回火工序。

6.表面淬火

　　為了提高某些鑄件的表面硬度、耐磨性及疲勞強度，可采用表面淬火。灰鑄鐵及球鐵鑄件均可進行表面淬火。一般采用高(中) 頻感應加熱表面淬火和電接觸表面淬火。

7.化學熱處理

　　對于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蝕的鑄件，可以采用類似于鋼的化學熱處理工藝，如氣體軟氯化、氯化、滲硼、滲硫等處理。

鑄鐵的焊接性

　　鑄鐵含碳量高，塑性差，組織不均勻，焊接性很差，在焊接時，一般容易出現以下問題：

　　1、焊後易産生白口組織

　　2、焊後易出現裂紋

　　3、焊後易産生氣孔

　　因此,在生産中,鑄鐵是不作為焊接材料的.一般隻用來焊補鑄鐵件的鑄造缺陷以及局部破壞的鑄鐵件。鑄鐵的焊補一般采用氣焊或焊條電弧焊。

第九章 有色金屬及其合金

5.3.1鋁及其合金

1》純鋁

1、 比重小，比強高。

2、 具有優良的物理化學性能，導電、導熱性好

3、 加工性能好，焊接性能好。

2》鋁合金分類

根據成分和工藝性能特點分為：形變鋁合金，鑄造鋁合金（結合書中P107圖5-3-1

【1】 形變鋁合金

（1） 防鏽鋁合金：代号“LF”，所含合金元素錳、鎂，主要作用是産生固溶強化和提高耐腐蝕性。

（2） 硬鋁合金：代号“LY”時效處理強化

（3） 超硬鋁：代号“LC”，室溫強度最高

（4） 鍛造鋁合金：代号“LD”，固溶處理和人工時效強化

【2】 鑄造鋁合金：代号“ZL”，常用鑄造鋁合金分為al-si,al-mg,al-cu,al-zn系，應用最廣的是AL-SI系合金

（1） 鋁矽鑄造鋁合金{舉例ZL102}

（2） 其他鑄造鋁合金：鑄造鋁銅合金，鑄造鋁鎂合金，鑄造鋁鋅合金

5.3.2銅及其合金

1》純銅

（1）又稱為紫銅，相對密度為8.96，熔點為1083度。具有良好的導電、導熱性以及抗大氣腐蝕性抗磁性金屬

（2）工業純銅有T1T2T3T4四個牌号，T後數字越大，純度越低

2》黃銅

（1） 以ZN為主要合金元素，用H 平均含銅量

（2） 普通黃銅的組織和性能受含鋅量的影響，工業黃銅中的鋅含量不超過47%

（3） 根據退火組織分為單相黃銅和雙相黃銅

（4） 為了改善黃銅的某些性能加入一些其他的合金元素

3》青銅

工業上以鋁、矽、铍、錳、鉛、钛等為主加元素的銅合金

編号為“Q 主加元素符号 主加元素含量”鑄造青銅前面加Z

[1]錫青銅

（1）以SN為主加元素，組織性能與含SN量有關{見書上P113圖5-3-8}

（2）含SN量低于8%的塑性好，适于壓力加工，成為壓力加工錫青銅，大于10%成為鑄造錫青銅

【2】鋁青銅

（1） 以鋁為主加元素，力學性能受含鋁量的影響{書P114圖5-3-9}

（2） 強度高、抗腐蝕性和鑄造型均好

【3】 铍青銅

（1） 進行固溶時效處理，力學性能與含BE量及時效處理工藝有關

（2） 主要用于制造精密儀器、儀表的彈性元件、耐磨零件等

5.3.3軸承合金

編号為“ZCH 基本元素 主加元素 主加元素含量 輔加元素含量”

1》 錫基軸承合金

是SN-SB-CU系合金，膨脹系數和摩擦系數小，良好的導熱、抗蝕性和工藝性，适于制造重要的軸承

2》 鉛基軸承合金

是PB-SB-SN-CU系合金，性能低于錫基軸承合金，但是由于價格便宜，常用作低速、低載荷的軸承材料

3》 其他軸承合金

銅基、鋁基軸承合金

5.3.4其他有色金屬及其合金

1》钛及其合金

（1）钛是銀白色金屬，相對密度小，熔點為1668度，導熱性差

（2）钛合金分為：三類

2》鎂及其合金

（1）鎂的相對密度為1.74，具有很高的化學活性，易在空氣中形成疏松多孔的氧化膜

（2）鎂合金可以分為加工鎂合金、鑄造鎂合金

制造飛行器中的零件

4》 鋅及其合金

（1）鋅的熔點低，抗大氣腐蝕性良好，再結晶溫度在室溫以下

（2）鋁、銅、鎂等為鋅的主要合金元素，對鋅合金産生明顯的強化作用

（3）鋅合金可分為變形合金和鑄造合金兩類

第十二章 鑄造

1、鑄造是将液态合金澆注到具有與零件形狀相适應的鑄型空腔中，待其冷卻凝固後獲得零件或毛胚的方法。

2、液态合金充滿鑄型空腔，獲得形狀完善、輪廓清晰的能力——液态合金的充型能力

影響充型能力的主要因素如下：

①合金的流動性：液态合金本身流動能力稱為合金流動性。

②澆注條件

③鑄型的充填條件

3、在鑄件凝固過程中，其斷面存在三個區域，即固相區、凝固區和液相區。而對鑄件質量影響較大的主要是液相與固相并存凝固區的寬窄。

4、液态合金在冷凝過程中，若其液态收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到及時補充，則在鑄件最後凝固部分形成孔洞。按孔洞大小分布分為縮孔和縮松。

5、熱應力是由于鑄件壁厚不均勻，冷卻速度不同在同一時間内鑄件各部分收縮不一樣而引起的 。同時凝固—減少熱應力

6、變形的産生：具有殘留内應力的鑄件，厚的部位受拉應力、薄的部位受壓應力。

7、熔模鑄造又稱為失蠟鑄造，它是利用易熔的蠟質材料制成精确的蠟模，又稱為精密鑄造。

8、金屬型鑄造是将液态合金澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法—永久鑄造。

9、壓力鑄造：指在高壓作用下，使液态或半液态金屬以高速壓入金屬鑄型中，并在壓力下凝固以獲得鑄件的一種工藝方法。壓鑄是在壓鑄機上進行鑄型稱壓型。

第十三章 壓力加工

1、塑性變形：冷變形、熱變形、溫變形，以T再（再結晶溫度）為區分。

2、鍛造流線：鋼錠成分中分布在晶界上的雜質随着晶粒變形被拉長，在再結晶時金屬晶粒形狀改變，雜質沿着被拉長方向保留下來，形成纖維狀組織。

3、可鍛性：衡量材料經受壓力加工難易程度的工藝性能。

4、自由鍛：利用外力使金屬在上下兩個砧鐵之間産生變形，從而得到所需形狀及尺寸的鍛件。

5、高合金鋼鍛造特點：合金元素含量很高，内部組織複雜、缺陷多、塑性差、鍛造時難度較大。

6、沖壓：通過模具對材料施以外力，使之産生塑性變形和分離從而獲得一定形狀、尺寸與機械性能的零件加工方法。

7、分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷、修整。

①　落料―被分離部分為成品，而周邊是廢料

②　沖孔―被分離部分為廢料，而周邊是成品

第十四章 焊接

1、焊接: 是将分離的金屬，用局部加熱或加壓手段，借助于原子間的結合，以形成永久性連接的方法。

2、手工電弧焊：用手工操縱電焊條，以電焊條和焊件之間産生的電弧為熱源進行焊接的熔化焊方法。

3、焊接電弧：指發生在電極與工件間的氣體介質中長時間的放電現象，即強烈而持久的氣體放電現象。

4、焊條選用

a、等強度原則—選用與母材同強度等級的焊條；

b、同成分原則—按母材化學成分選用相應成分焊條；

c、抗裂紋原則—選用抗裂性好的堿性焊條；

d、抗氣孔原則—對油污、鐵鏽等清理不便，選用抗氣孔能力↑酸性焊條；

e、低成本原則。

5、焊接接頭就是有焊縫和焊接熱影響區組成。

⑴焊縫區 ⑵熱影響區①熔合區② 過熱區③ 正火區 ④ 部分相變區

6、埋弧焊的特點

(1)生産率高 (2)焊接質量高且穩定 (3)節省金屬和電能 (4)勞動條件好

7、焊接性概念：指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下獲得優質焊接接頭能力。

① 工藝焊接性— 金屬材料通過焊接加工形成完整焊接接頭的能力(結合性能)。

② 使用焊接性— 形成焊接接頭在使用條件下完全運行的能力。

8、通常把鋼材在焊接過程中産生裂紋的傾向作為評價其焊接性的指标，影響裂紋傾向的主要因素是化學成分，而C最顯著

9、減少焊接應力和變形的措施

（1） 預留收縮變形量；

（2）反變形法

（3）剛性固定法

（4）選擇合理的焊接順序

（5）焊前預熱和焊後緩冷

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