工程材料復(fù)習(xí)資料

材料的性能及應(yīng)用意義變形：材料在外力作用下產(chǎn)生形狀與尺寸的變化。強(qiáng)度：材料在外力作用下對(duì)變形與斷裂的抵御能力。（對(duì)塑性變形的抗力）比例極限（σp）彈性極限（σe）屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度（σs、σ0.2）抗拉強(qiáng)度（σb）比強(qiáng)度：多種強(qiáng)度指標(biāo)與材料密度之比。屈強(qiáng)比：材料屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比。塑性：指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，即材料斷裂前的塑性變形的能力。硬度：反應(yīng)材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，表達(dá)材料表面局部區(qū)域內(nèi)抵御變形或破裂的能力。韌性：材料強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn)。布氏硬度HBW洛氏硬度HR（長處：操作迅速簡便，壓痕較小，幾乎不損傷工件表面，故而應(yīng)用最廣。）維氏硬度HV疲勞斷裂特點(diǎn)：①斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料靜載下的抗拉強(qiáng)度甚至屈服強(qiáng)度；②斷裂前無論是韌性材料還是塑性材料均無明顯的塑性變形。疲勞過程的三個(gè)基本構(gòu)成階段：疲勞萌生、疲勞擴(kuò)展、最終斷裂材料的構(gòu)造鍵：在固體狀態(tài)下，原子匯集堆積在一起，其間距足夠近，它們之間便產(chǎn)生了互相作用力，即為原子間的結(jié)合力或結(jié)合鍵。根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱，可把結(jié)合鍵分為兩大類：強(qiáng)鍵（包括離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵）和弱鍵（即分子鍵）。共價(jià)鍵晶體和離子鍵晶體結(jié)合最強(qiáng)，金屬鍵晶體次之，分子鍵晶體最弱。晶體：原子在三維空間中有規(guī)則的周期性反復(fù)排列的物質(zhì)。各向異性：晶體具有固定熔點(diǎn)且在不一樣方向上具有不一樣的性能。晶格：晶體中原子（或離子、分子）在空間呈規(guī)則排列，規(guī)則排列的方式就稱為晶體構(gòu)造。結(jié)點(diǎn)：將構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)抽象成純粹的幾何點(diǎn)。體心立方晶格：晶胞原子數(shù)2面心立方晶格：晶胞原子數(shù)4密排六方晶格：晶胞原子數(shù)6晶體缺陷：原子的排列不也許像理想晶體那樣規(guī)則完整，而是不可防止地或多或少地存在某些原子偏離規(guī)則排列的區(qū)域，這就是晶體缺陷。晶體缺陷按幾何特性可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷（位錯(cuò)）和面缺陷（如晶界、亞晶界）三類。點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子線缺陷特性：兩個(gè)方向的尺寸很小，在另一種方向的尺寸相對(duì)很大。位錯(cuò)：晶體中有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。實(shí)際金屬晶體中存在的位錯(cuò)等晶體缺陷，晶體的強(qiáng)度值減少了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。面缺陷：晶界、亞晶界材料的凝固與結(jié)晶組織凝固：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程。結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)后，固態(tài)物質(zhì)是晶體，這種凝固的過程就是結(jié)晶。過冷：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。兩者之差稱為過冷度（△T），△T=Tm-Tn。過冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低。同一種金屬，其純度越高，則過冷度越大；冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過冷度越大。結(jié)晶過程：金屬的結(jié)晶過程是形核與長大的過程。形核方式：均質(zhì)形核（自發(fā)形核）、異質(zhì)形核（非自發(fā)形核）細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的措施。（晶粒越細(xì)，晶界越多，也越波折，強(qiáng)化作用越明顯。）晶粒大小對(duì)金屬性能的影響：細(xì)晶粒金屬晶界多，晶界處晶格扭曲畸變，提高了塑性變形的抗力，使其強(qiáng)度、硬度提高。細(xì)晶粒金屬晶粒數(shù)目多，變形可均勻分布在許多晶粒上，使其塑性好。因此，在常溫下晶粒越小，金屬的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好。細(xì)化鑄錠和焊縫區(qū)的晶粒措施：①控制過冷度（增長過冷度可提高N/G值，有助于細(xì)化晶粒）②變質(zhì)處理③振動(dòng)處理同素異構(gòu)：某些金屬元素和非金屬元素在不一樣溫度和壓力下，具有不一樣類型的晶體構(gòu)造。合金：合金是由兩種或兩種以上的金屬元素、或金屬與非金屬元素構(gòu)成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：構(gòu)成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)稱為組元，組元可以是元素或穩(wěn)定化合物。工業(yè)上廣泛使用的碳鋼和鑄鐵，就是由鐵和碳兩種組元構(gòu)成的二元合金。固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所構(gòu)成的合金相稱為固溶體。（間隙固溶體、置換固溶體）固溶強(qiáng)化：由于外來原子（溶質(zhì)原子）溶入基體中形成固溶體而使其強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，此是金屬強(qiáng)化的重要形式。金屬化合物：①正常價(jià)化合物②電子化合物③間隙相和間隙化合物二元合金相圖：①勻晶相圖②共晶相圖經(jīng)典三晶區(qū)組織：①表層細(xì)晶區(qū)②柱狀晶區(qū)③中心等軸晶區(qū)等軸晶：由于中心部位的溫度大體均勻，每個(gè)晶粒的成長在各方向上也是靠近一致的，故形成了等軸晶。冶金缺陷：①縮孔②疏松③氣泡④裂紋⑤偏析材料的變形斷裂與強(qiáng)化機(jī)制單晶體塑性變形的重要方式：滑移和孿生（常溫與低溫下）冷塑性變形對(duì)金屬組織構(gòu)造的影響：①顯微組織的變化②亞構(gòu)造的細(xì)化③變形織構(gòu)④殘留應(yīng)力變形織構(gòu)：一是拉拔時(shí)形成的織構(gòu)，稱為絲織構(gòu)，其重要特性是各個(gè)晶粒的某一晶向大體與拉拔方向平行；二是軋制時(shí)形成的織構(gòu)，稱為板織構(gòu)，其重要特性是各個(gè)晶粒的某一晶面與軋制平面平行，而某一晶相與軋制時(shí)的主變形方向平行。加工硬化（冷塑性變形對(duì)金屬力學(xué)性能的影響）：在冷塑性變形過程中，伴隨金屬內(nèi)部組織變化，其力學(xué)性能也將發(fā)生明顯變化。伴隨變形程度的增長，金屬的強(qiáng)度、硬度明顯升高，而塑性、韌性明顯下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生加工硬化的原因與位錯(cuò)密度增大有關(guān)。加工硬化現(xiàn)象實(shí)際意義：①它是一種非常重要的強(qiáng)化手段，可用來提高金屬強(qiáng)度，尤其是對(duì)那些無法熱處理強(qiáng)化的合金尤其重要。②加工硬化是某些工件或半成品可以拉伸或冷沖壓加工成形的重要基礎(chǔ)，有助于金屬均勻變形。③加工硬化課提高金屬零件在使用過程中的安全性。冷塑性變形后的金屬加熱時(shí)，隨加熱溫度升高，會(huì)發(fā)生答復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大等過程。答復(fù)：指經(jīng)冷塑性變形的金屬材料加熱時(shí)，在顯微組織發(fā)生明顯變化前（即再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生某些亞構(gòu)造和性能的變化過程。再結(jié)晶：指冷變形的金屬材料加熱到足夠高的溫度時(shí)，通過新晶核的形成及長大，最終形成無應(yīng)變的新晶粒組織的過程。冷塑性變形，即冷加工；熱塑性變形，即熱加工。熱加工:在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形，反之為冷加工。由于實(shí)際晶體中不可防止地存在著晶體缺陷，晶體材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論預(yù)期值。固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子與溶劑金屬原子大小不一樣，溶劑晶格發(fā)生畸變，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得困難，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。細(xì)晶強(qiáng)化：提高強(qiáng)度的同步也改善韌性。沉淀強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化）：材料通過基體中分布有細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)而產(chǎn)生的強(qiáng)化。位錯(cuò)強(qiáng)化：運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)之間發(fā)生交互作用而使其運(yùn)動(dòng)受阻，所導(dǎo)致的強(qiáng)化量與金屬中位錯(cuò)密度的平方根成正比。按材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量大小分類：脆性斷裂、韌性斷裂按裂紋擴(kuò)展途徑分類：穿晶斷裂（裂紋穿過晶體內(nèi)部擴(kuò)展的斷裂）、沿晶斷裂（裂紋沿晶界擴(kuò)展）鐵碳合金相圖及應(yīng)用鐵素體：碳在α—Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，該合金相常簡稱為鐵素體。奧氏體：碳在γ—Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體。滲碳體：分子式Fe3C，具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，用符號(hào)Cm表達(dá)。工業(yè)純鐵室溫組織：鐵素體+三次滲碳體（F+Fe3CⅢ）共析鋼室溫組織：珠光體（A→Fp+Fe3C）亞共析鋼室溫組織：鐵素體+珠光體過共析鋼室溫組織：珠光體+二次滲碳體（P+Fe3CⅡ）亞共晶白口鑄鐵室溫組織：珠光體+二次滲碳體+萊氏體共晶白口鑄鐵室溫組織：萊氏體過共晶白口鑄鐵室溫組織：一次滲碳體+萊氏體過共析鋼中，碳含量Wc靠近1.0%時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)最高值。共晶白口鑄鐵鑄造性能最佳。鋼的熱處理熱處理：指將金屬或合金在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以變化其整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種工藝。冷卻方式：爐冷、空冷、油冷、水冷奧氏體：發(fā)生P（F+Fe3C）→A的轉(zhuǎn)變奧氏體化過程：①奧氏體晶核的形成②奧氏體的長大③殘留滲碳體的溶解④奧氏體均勻化影響奧氏體形成的原因：①加熱溫度②加熱速度③鋼的成分④原始組織奧氏體晶粒的長大：加熱轉(zhuǎn)變過程中，新形成并剛好互相接觸時(shí)的奧氏體晶粒，稱為奧氏體起始晶粒，其大小稱為起始晶粒度。奧氏體的起始晶粒一般都很細(xì)小，但伴隨加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長，其晶粒將不停長大，長大到鋼開始冷卻時(shí)的奧氏體晶粒稱為實(shí)際晶粒，其大小稱為實(shí)際晶粒度，奧氏體的實(shí)際晶粒度直接影響鋼熱處理后的組織與性能。奧氏體晶粒的大小控制：①加熱溫度②保溫時(shí)間③加熱速度氧化：鋼在高溫作用下，在加熱介質(zhì)中O2、CO2、H2O等氧化性介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成金屬氧化物的現(xiàn)象。脫碳：鋼在加熱和保溫時(shí)，爐氣中具有O2、CO2、H2O、H2等脫碳性氣氛，鋼表層中固溶的碳和這些介質(zhì)在高溫作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，使表層碳濃度減少，即產(chǎn)生脫碳。過熱：加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長，得到粗大晶粒組織，稱作過熱。過燒：由于加熱溫度過高，使奧氏體晶界嚴(yán)重氧化，甚至發(fā)生了局部熔化，這種現(xiàn)象稱為過燒。珠光體轉(zhuǎn)變——高溫轉(zhuǎn)變（A1—550℃）在固態(tài)下形核和長大的結(jié)晶過程層片珠光體的性能重要取決于層片間距。珠光體（P）索氏體（S）托氏體（T）貝氏體轉(zhuǎn)變——中溫轉(zhuǎn)變（550℃—Ms）半擴(kuò)散轉(zhuǎn)變上貝氏體呈羽毛狀下貝氏體呈黑色針片狀馬氏體轉(zhuǎn)變——低溫轉(zhuǎn)變（Ms—Mf）無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變Wc＜0.30%板條馬氏體Wc＞1.0%片狀馬氏體Wc=0.30%—1.0%板條馬氏體和片狀馬氏體的混合組織馬氏體的性能取決于馬氏體的碳含量與組織形態(tài)，隨馬氏體中碳含量的升高，塑性與韌性急劇下降。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：①無擴(kuò)散性②轉(zhuǎn)變速度極快③轉(zhuǎn)變的不完全性馬氏體點(diǎn)的位置重要取決于奧氏體的成分。殘留奧氏體：當(dāng)奧氏體中的Wc不小于0.5%時(shí)，Mf已低于室溫，這時(shí)，奧氏體雖然冷到室溫也不能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這部分被殘留下來的奧氏體稱為殘留奧氏體。冷處理：生產(chǎn)中可將淬火工件冷至室溫后，再隨即放到0℃如下溫度的介質(zhì)中冷卻，以最大程度地消除殘留奧氏體，到達(dá)提高硬度、耐磨性與尺寸穩(wěn)定性的目的。過冷奧氏體的持續(xù)轉(zhuǎn)變：V1爐冷珠光體V2空冷索氏體V3油冷托氏體V4水冷馬氏體退火：將金屬或合金加熱到合適溫度，保持一定期間，然后緩慢冷卻，以獲得靠近平衡態(tài)組織的熱處理工藝。（高碳）完全退火：將鋼完全奧氏體化后，隨之緩慢冷卻，獲得靠近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。合用于亞共析鋼成分的中碳鋼及中碳合金鋼的鑄件、鍛件、軋制件及焊接件。完全退火目的：細(xì)化組織，減少硬度，改善可加工性，清除內(nèi)應(yīng)力。等溫退火：目的和加熱過程與完全退火相似。合用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理后的低碳合金鋼和某些高合金鋼的大型鑄、鍛件及沖壓件。球化退火：將工件加熱到Ac1±（10—20）℃，保溫后等溫冷卻或緩慢冷卻，使鋼中未溶碳化物球狀化而進(jìn)行的熱處理工藝。球化退火目的：減少硬度，提高塑性，改善可加工性，以及獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，為后來的淬火做準(zhǔn)備。球化退火重要合用于共析和過共析成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件。均勻化退火：又稱擴(kuò)散退火，是為了減輕金屬鑄錠、鑄件或鑄坯的化學(xué)成分偏析和組織不均勻性，將其加熱到高溫，長時(shí)間保持，然后進(jìn)行緩慢冷卻，以到達(dá)化學(xué)成分和組織均勻化的退火工藝。去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火是為了清除由于塑型加工、焊接、熱處理及機(jī)械加工等導(dǎo)致的及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火。正火：將鋼加熱到A3（對(duì)于亞共析鋼）或Acm（對(duì)于過共析鋼）以上30—50℃，保溫合適時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。（低碳）正火的重要目的是調(diào)整鍛件和鑄鋼件的硬度，細(xì)化晶粒，消除網(wǎng)狀滲碳體并為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火重要應(yīng)用于：①改善低碳鋼的切削加工性能②中碳構(gòu)造鋼件的預(yù)備熱處理③一般構(gòu)造零件的最終熱處理④消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物⑤用于某些碳鋼、低合金鋼的淬火返修件淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定期間后以合適速度冷卻，獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。淬火后可以得到細(xì)小而均勻的馬氏體。常用淬火介質(zhì)：水尺寸較小的碳鋼零件油合金鋼淬火措施：①單介質(zhì)淬火②雙介質(zhì)淬火③分級(jí)淬火④等溫淬火分級(jí)淬火：將工件奧氏體化后，隨之浸入溫度稍高或稍低于Ms點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)中，保溫合適時(shí)間，使鋼件內(nèi)外層都到達(dá)介質(zhì)溫度后取出空冷，獲得馬氏體組織的淬火工藝。等溫淬火：將工件奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（260—400℃）等溫足夠長時(shí)間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的淬火工藝。淬透性：鋼在淬火后的淬硬層深度，它表征了鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性的影響原因（冷卻速度必須不小于臨界速度Vk）：①合金元素②碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)③奧氏體化溫度④鋼中未溶第二相淬硬性：指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化（即得到馬氏體組織）所能到達(dá)的最高硬度的能力。淬硬性重要取決于馬氏體中的碳含量，碳含量越高，淬火后硬度越高，合金元素的含量則對(duì)它無明顯影響。回火：將淬硬后的鋼重新加熱到Ac1如下的某一溫度，保溫一定期間后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬闹匾康模孩贉p少脆性、消除或減少殘留應(yīng)力②賦予工件所規(guī)定的力學(xué)性能③穩(wěn)定工件尺寸低溫回火（150—250℃）回火馬氏體中溫回火（350—500℃）回火托氏體高溫回火（500—650℃）回火索氏體低溫下長時(shí)間保溫的熱處理稱為穩(wěn)定化處理?；鼗鸫嘈裕孩俚谝活惢鼗鸫嘈寓诘诙惢鼗鸫嘈裕p少鋼中雜質(zhì)元素的含量，加入Mo等能克制晶界偏聚的元素，中小型工件可通過回火后迅速冷卻來克制）淬火冷卻變形的原因：變形與開裂的主線原因是淬火時(shí)所形成的內(nèi)應(yīng)力所致。淬火冷卻變形是淬火冷卻過程中熱應(yīng)力與相變應(yīng)力在零件形狀、尺寸的反應(yīng)。淬火后工件表面局部未被淬硬的區(qū)域稱為軟點(diǎn)。表面淬火：表面淬火是通過迅速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的措施來實(shí)現(xiàn)的，即運(yùn)用迅速加熱使工件表面很快地加熱到淬火溫度，在不等熱量充足傳到心部時(shí)，即迅速冷卻，使表層得到馬氏體而被淬硬，而心部仍保持為未淬火狀態(tài)的組織，即本來的塑性、韌性很好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。（目的：提高硬度）化學(xué)熱處理基本過程：加熱、分解、吸取、擴(kuò)散常用的化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲與表面淬火相比，化學(xué)熱處理的重要特點(diǎn)是：表層不僅有組織變化，并且有成分的變化故性能變化的幅度大。滲碳工件工藝路線：鑄造→正火→機(jī)械加工→滲碳→淬火+低溫回火→精加工。滲碳工件經(jīng)淬火+低溫回火后的表面組織為針狀回火馬氏體+碳化物+少許殘留奧氏體滲氮：指在一定溫度下使活性氮原子滲透工件表面的化學(xué)熱處理工藝，也稱氮化。目前應(yīng)用較多的有氣體滲氮和離子滲氮。滲氮零件工藝路線：鑄造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力→粗磨→滲氮→精磨或研磨。與滲碳相比，氣體滲氮的特點(diǎn)：①變形很?、诟哂捕?、高耐磨性③疲勞極限高④高的耐蝕性能⑤生產(chǎn)周期長，成本高。鋼的碳氮共滲：向鋼的表面同步滲透碳和氮原子的過程，也稱氰化處理。鋼鐵材料合金元素存在的形式重要有三種：固溶態(tài)、化合態(tài)和游離態(tài)。合金元素溶入奧氏體中從而提高鋼的淬透性、溶入馬氏體中從而提高耐回火性等間接作用對(duì)鋼的性能影響程度，往往不小于其固溶強(qiáng)化這種直接作用。、游離態(tài)元素對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，故應(yīng)盡量防止此種存在形式。合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化的影響：絕大多數(shù)合金元素（尤其是碳化物形成元素）對(duì)非奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體形核與長大、殘存碳化