機(jī)械工程材料專升本考試重點(diǎn)

一材料的力學(xué)性能：材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的行為，通過不同的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)定的相關(guān)參量的臨界值或規(guī)定值1強(qiáng)度：材料在外力作用下對(duì)變形與斷裂的抵抗能力屈服極限σs：材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的極限應(yīng)力值條件屈服強(qiáng)度σ0.2：假設(shè)材料無明顯屈服現(xiàn)象，以剩余變形量到達(dá)0.2%的應(yīng)力值來表征材料塑性變形的抗力抗拉強(qiáng)度σb：在受力過程中能承受的最大載荷處對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值2剛度：在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變的比值3彈性：用來描述外力作用下材料發(fā)生彈性行為的綜合性能指標(biāo)4塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力5硬度：反映材料軟硬程度的性能指標(biāo)，表示材料外表局部區(qū)域內(nèi)抵抗變形或破壞的能力布氏硬度HBW：用直徑D的硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)載荷F壓入試樣外表，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間，卸載后測(cè)量試樣外表的壓痕直徑d計(jì)算出壓痕球冠形外表積，進(jìn)而的到所承受的平均應(yīng)力值。優(yōu)點(diǎn)：壓痕面積大二測(cè)量結(jié)果誤差小，與強(qiáng)度之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有代表性和重復(fù)性。缺點(diǎn)：不適于成品零件和薄而小的零件：測(cè)試過程相對(duì)費(fèi)事，不適于大批量成產(chǎn)的零件檢驗(yàn)洛氏硬度HRC：以120°角金剛石壓頭壓入材料外表，按壓痕深度衡量硬度值。優(yōu)點(diǎn)：操作迅速簡(jiǎn)便，壓痕較小，幾乎不損傷工件外表缺點(diǎn)：代表性、重復(fù)性較差，數(shù)據(jù)分散度較大6韌性：材料在塑性變形和斷裂的全過程吸收能量的能力，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)沖擊韌度ak：材料在沖擊加載下吸收塑性變形功的斷裂功的能力7疲勞強(qiáng)度：σ-1：材料經(jīng)受屢次對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力作用而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值二晶格：通過金屬原子(離子)的中心劃出許多空間直線，這些直線將形成空間格架。這種格架稱為晶格。晶格的結(jié)點(diǎn)為金屬原子(或離子)平衡中心的位置。晶胞：由于晶體中原子規(guī)那么排列且有周期性的特點(diǎn)，為了便于討論通常只從晶格中，選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元來分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞。晶格常數(shù)：棱邊長(zhǎng)度a、b、c金屬晶體結(jié)構(gòu)體心立方：Cr面心立方：Cu、Ni、Al密排六方點(diǎn)缺陷：在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)，往往未被原子所占據(jù)，這種空著的位置稱為空位。同時(shí)又可能在個(gè)別空隙處出現(xiàn)多余的原子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱為間隙原子。占據(jù)在原來基體原子平衡位置上的異類原子稱為置換原子。線缺陷：晶體中，某處有一列或假設(shè)干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，稱為位錯(cuò)。其特征是在一個(gè)方向上的尺寸很長(zhǎng)，而另兩個(gè)方向的尺寸很短。面缺陷：晶界：不同取向晶粒之間的接觸面。亞晶界：亞晶粒之間的界面。晶界和亞晶界實(shí)際上是一個(gè)原子排列不規(guī)那么的區(qū)域〔如圖〕，該處晶體的晶格處于畸變狀態(tài)，能量高于晶粒內(nèi)部，在常溫下強(qiáng)度和硬度較高。課后題：7多晶體無明顯的各向異性：各個(gè)晶粒的位向都是散亂無序分布的，晶體的各個(gè)性能在各個(gè)方向上互相影響，在加上晶界的作用，掩蓋了每個(gè)晶粒的各向異性。三結(jié)晶晶粒大小及其控制：形核率越大，長(zhǎng)大速度越小，晶粒越細(xì)小。方法：1控制過冷度：增加過冷度可以提高形核率。適用于小件、薄件2變質(zhì)處理：在澆注前向液態(tài)金屬中參加變質(zhì)劑，以細(xì)化晶?；蚋纳平M織〔增加了晶核數(shù)目〕3震動(dòng)處理：在結(jié)晶過程中的液態(tài)金屬輸入一定頻率的振動(dòng)波，折斷樹枝晶臂，提高形核率體心立方面心立方體心立方同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下完成晶格轉(zhuǎn)變的，屬于二次結(jié)晶〔重結(jié)晶〕合金相結(jié)構(gòu)：合金的相是指合金中具有同一化學(xué)成分、同一聚集狀態(tài)、同一結(jié)構(gòu)且以界面互相分開的各個(gè)均勻組成局部。1固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相分類：按溶劑原子在金屬溶劑晶格中的位置：置換固溶體、間隙固溶體；按溶質(zhì)原子在金屬溶劑中的溶解度：有限固溶體、無限固溶體2金屬化合物:金屬組元之間發(fā)生相互作用形成一種新相，又稱中間相，其晶格類型和特性不同于其中任意組元分類：正價(jià)化合物：具有嚴(yán)格的化學(xué)比，成分固定不變，可用確定的化學(xué)式表示，具有較高的硬度和脆性電子化合物：主要以金屬件結(jié)合，具有明顯的金屬特性，熔點(diǎn)和硬度很高，韌性較差，在許多有色金屬中做強(qiáng)化相間隙相和間隙化合物：具有金屬特性和高的熔點(diǎn)、高的硬度勻晶相圖：兩組元在液態(tài)、固態(tài)均無限互溶的二元合金相圖特點(diǎn)：1.與純金屬一樣,

α固溶體從液相中結(jié)晶出來的過程中,也包括有生核與長(zhǎng)大兩個(gè)過程,但固溶體更趨于呈樹枝狀長(zhǎng)大2.固溶體結(jié)晶在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行,即為一個(gè)變溫結(jié)晶過程。3.在兩相區(qū)內(nèi),溫度一定時(shí),兩相的成分(即Ni含量)是確定的。

4.在兩相區(qū)內(nèi),溫度一定時(shí),兩相的重量比是一定的。成分偏析：如果冷卻較快,原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行,那么形成成分不均勻的固溶體。先結(jié)晶的樹枝晶軸含高熔點(diǎn)組元較多,后結(jié)晶的樹枝晶枝干含低熔點(diǎn)組元較多。結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分的分布不均。這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。均勻化退火：生產(chǎn)上常把合金加熱到高溫(低于固相線100℃左右),并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫,使原子充分?jǐn)U散,獲得成分均勻的固溶體,這種處理稱為均勻化退火。共晶相圖：兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶、固態(tài)時(shí)有限互溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織的二元系相圖細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的方法。在常溫下，細(xì)晶粒金屬晶界多，晶界處晶粒扭曲畸變，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、韌性好。固溶強(qiáng)化：由于溶質(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。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的增高而加大，溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大，引起的晶格畸也越嚴(yán)重。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變得更加困難，提高了金屬的強(qiáng)度和硬度課后：2低溫澆注的晶粒小于高溫澆注6固溶體：鐵素體〔體心立方〕、奧氏體〔面心立方〕，單相，塑性、韌性好，強(qiáng)度硬度不高金屬化合物：滲碳體〔不同于任一組元〕，單相，熔點(diǎn)高，塑性、韌性幾乎為零，強(qiáng)度高機(jī)械混合物：工業(yè)純鐵，多相〔>1〕，硬度高，塑性韌性好，綜合力學(xué)性能較好7鑄造金屬常選用接近共晶成分的合金：共晶成分的合金流動(dòng)性好；進(jìn)行壓力加工常選用單相固溶體成分的合金：?jiǎn)蜗喙倘荏w合金的塑性、韌性好四纖維組織：晶體變形量很大時(shí)，各晶粒伸長(zhǎng)，晶界變得模糊不清，各晶粒難以分辨，而呈現(xiàn)形如纖維狀的條紋，稱之為纖維組織。加工硬化：隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性、韌性顯著下降的現(xiàn)象。原因：與位錯(cuò)密度增大有關(guān)。隨著冷塑性變形的進(jìn)行，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，位錯(cuò)密度大大增加，位錯(cuò)間距越來越小，晶格畸變程度也急劇增大：位錯(cuò)間的交互作用加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形阻力增加。這樣金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就得增大外力。再結(jié)晶:冷變形的金屬材料加熱到足夠的溫度時(shí),通過新晶核的形成及長(zhǎng)大，最終形成無應(yīng)變的新晶粒組織的過程再結(jié)晶溫度TR=0.4Tm,Tm為熔點(diǎn)溫度，單位均為K再結(jié)晶晶粒大小影響因素：①變形程度；②原始晶粒尺寸；③雜質(zhì)與合金元素；④退火溫度。金屬強(qiáng)化機(jī)制：①固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子溶入基體中形成固體而使其強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象②細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越細(xì)，晶界越多，晶體的強(qiáng)化效果越顯著；③彌散強(qiáng)化〔沉淀強(qiáng)化〕：固溶體作基體和少量化合物所構(gòu)成的混合物中，化合物的的合理存在使得混合組織的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性受到一定損害；④錯(cuò)位強(qiáng)化。熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。例如鋼材的熱鍛和熱軋。課后：4在常溫下為什么細(xì)晶粒金屬強(qiáng)度高，且塑性、韌性也好？試用多晶體塑性變形的特點(diǎn)予以解釋。答：1強(qiáng)度高：晶界越多，越難滑移；2塑性好：晶粒越多，變形均勻而分散，減少應(yīng)力集中；3韌性好：晶粒越細(xì)，晶界越曲折，裂紋越不易傳播。6：成產(chǎn)中加長(zhǎng)的精密絲杠時(shí)，常在半加工后，將絲杠吊掛起來，并用木錘沿全長(zhǎng)輕敲幾遍，再吊掛7—15天，然后精加工，目的、原因：用敲擊的方式消除剩余內(nèi)應(yīng)力8鎢在1000℃變形加工，錫在室溫下變形加工，請(qǐng)說明它們是熱加工還是冷加工〔鎢熔點(diǎn)是3410℃，錫熔點(diǎn)是232℃〕？答：W、Sn的最低再結(jié)晶溫度分別為:TR(W)=〔0.4～0.5)×(3410+273)－273=〔1200～1568〕(℃)＞1000℃TR(Sn)=〔0.4～0.5)×(232+273)－273=〔-71～-20〕(℃)＜25℃所以五中滲碳體比擬計(jì)算室溫下Wc=0.2%與Wc=1.2%的鋼中組織組成物的相對(duì)含量與相組成物的相對(duì)含量。解：⑴Wc=0.2%時(shí)①組織組成物相對(duì)含量WF=〔0.77—0.2〕/〔0.77—0.0218〕×100%=76.2%WP=1—WF=23.8%②相組成物相對(duì)含量WF=〔6.99—0.2〕/6.99×100%=97%WFe3C=1—WF⑵Wc=1.2%時(shí)①組織組成物相對(duì)含量WF=〔2.11—1.2〕/〔2.11—0。77〕×100%=%WP=1—WF=%②相組成物相對(duì)含量WF=〔6.99—1.2〕/6.99×100%=82%WFe3C=1—WF某倉庫中積壓了許多退火狀態(tài)的碳鋼，由于鋼材混雜不知其化學(xué)成分，現(xiàn)找出一根，經(jīng)金相分析后發(fā)現(xiàn)組織為珠光體和鐵素體，其中珠光體占75％。問此鋼的碳含量大約為多少？答：Wc＝75％＝〔x—0.77〕／〔0.77－0.0218〕×100%∴X＝0.5775％第五章復(fù)習(xí)1.鐵素體(F)碳溶于α–Fe中的間隙固溶體。溶碳能力極低：727℃為0.0218％，室溫為0.0008％性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好2.奧氏體(A)碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。溶碳能力：1148℃為2.11％性能：強(qiáng)度低，塑性好，只存在于727℃以上。3.滲碳體(Fe3C):鐵與碳形成的金屬化合物。性能：硬度很高，塑性和韌性幾乎為零。4.珠光體(P)鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。兩相呈片層相間分布，綜合機(jī)械性能好。5.萊氏體(Ld)奧氏體〔或珠光體〕和滲碳體組成的機(jī)械混合物。成蜂窩狀，以滲碳體為根底性能硬而脆。6、Fe-Fe3C相圖上圖中有5個(gè)單相區(qū)、7個(gè)雙相區(qū)、3個(gè)三相區(qū)HJB線：包晶轉(zhuǎn)變反響式:LB+H反響得到AJ(條件是1495℃)ECF線：共晶轉(zhuǎn)變反響式:LC在1148℃條件下得到(AE+Fe3C)PSK線：共析轉(zhuǎn)變反響式:AS在727℃條件下得到(FP+Fe3C)7、上圖改正：工業(yè)純鐵的室溫組織為鐵素體+三次滲碳體〔F+Fe3C|||〕六奧氏體的形成：共析鋼加熱到Ac1以上時(shí)，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這包括奧氏體晶核的形成、奧氏體晶核的長(zhǎng)大、剩余滲碳體的溶解及奧氏體成分的均勻化四個(gè)根本過程。亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程與共析鋼根本相同,但必須加熱到Ac3〔亞共析鋼〕或Accm〔過共析鋼〕以上時(shí)才獲得單一的奧氏體組織。影響奧氏體形成的因素：加熱時(shí)間、加熱速度、鋼的成分、原始組織。奧氏體晶粒度:起始晶粒度:珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體的晶粒大小。實(shí)際晶粒度:某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度叫實(shí)際晶粒度，它決定鋼的性能。加熱產(chǎn)生的缺陷：氧化、脫碳、過熱、過燒。馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成;轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長(zhǎng)大;無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變(Fe、C原子均不擴(kuò)散),M與原A的成分相同；轉(zhuǎn)變不完全性,QM=f(T)。等溫轉(zhuǎn)變曲線右移：1.碳含量的增加2.奧氏體中含合金元素的影響:除Co所有合金元素溶入奧氏體中,會(huì)引起圖像右移。3.加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長(zhǎng),碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體定性,從而使TTT曲線向右移。連續(xù)冷卻：冷卻速度大于Vk時(shí)，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變得到馬氏體組織；當(dāng)冷卻速度小于Vk′時(shí)，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變得到珠光體組織；而冷卻速度大于Vk′而小于Vk時(shí)，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變將得到珠光體＋馬氏體組織。一般零件生產(chǎn)的工藝路線:毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工熱處理：將金屬或合金在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫、冷卻，以改變其整體或外表組織，從而獲得所需性能的工藝預(yù)備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火退火:將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡態(tài)組織的熱處理工藝完全退火：將鋼完全奧氏體化后，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。目的：細(xì)化組織，降低硬度，改善可加工性，去除內(nèi)應(yīng)力。適用于：亞共析成分的中碳〔合金〕鋼的鑄件、鍛件、軋制件、焊接件等溫退火：將鋼件或毛坯加熱到高于Ac3溫度，保溫后，較快的冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的某一溫度并等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，再在空氣中冷卻至室溫。目的：同上。適用于：高碳鋼、中碳合金鋼、滲碳處理后的低碳合金鋼、某些高合金鋼的大型鑄件、鍛件、沖壓件球化退火：將工件加熱到Ac1±10-20度，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。目的：降低硬度，提高塑性，改善可加工性，獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，為以后的淬火做組織準(zhǔn)備。適用于共析或過共析成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件均勻化退火：加熱到Ac3+150-200度長(zhǎng)時(shí)間保溫后冷卻，在不致使奧氏體晶粒過于粗化的條件下應(yīng)盡量提高加熱溫度以利于化學(xué)成分的均勻化。目的:減輕金屬鑄件或鍛坯的化學(xué)成分偏析和組織不均勻性。適用于：優(yōu)質(zhì)合金鋼、偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件去應(yīng)力退火：加熱至Ac1-100-200度保溫后緩慢冷卻。目的：去除剩余應(yīng)力正火:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的: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)備淬火:把零件加熱到臨界溫度以上30～50℃,保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。目的:為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性。回火:把淬硬后的零件重新加溫到Ac1線以下某一溫度,保溫一段時(shí)間后冷卻到室溫的工藝。目的:降低脆性、消除或降低殘留應(yīng)力；賦予工件所要求的力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸低溫回火：獲得回火馬氏體。目的：保持高硬度、高耐磨性的同時(shí)降低淬火應(yīng)力和脆性。適用于：高碳鋼、合金鋼制作的各類刀具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳及外表淬火的零件。中溫回火：獲得回火托氏體。目的：獲得較高的彈性極限、屈服強(qiáng)度，改善塑性、韌性。適用于：彈簧、鍛模高溫回火：得到回火索式體。目的：降低強(qiáng)度、硬度、耐磨性的前提下，提高塑性、韌性，較好綜合力學(xué)性能。適用于：中碳鋼結(jié)構(gòu)零件回火脆性：低溫回火脆性淬火鋼在250℃～350℃范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的脆性叫做低溫回火脆性，也叫第一類回火脆性。幾乎所有的鋼都存在這類脆性。這是一種不可逆回火脆性，目前尚無有效方法完全消除這類回火脆性。所以一般都不在250℃～350℃這個(gè)溫度范圍內(nèi)回火。高溫回火脆性淬火鋼在500℃～650℃范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，也稱為第二類回火脆性。這種脆性主要發(fā)生在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。這種脆性與加熱、冷卻條件有關(guān)。加熱至600℃以上后，以緩慢的冷卻速度通過脆化溫度區(qū)時(shí)，出現(xiàn)脆性；快速通過脆化區(qū)時(shí)，那么不出現(xiàn)脆性。此類回火脆性是可逆的，在出現(xiàn)第二類回火脆性后，重新加熱至600℃以上快冷，可消除脆性，也可參加W,鉬元素。鋼的外表熱處理：工藝使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能七通常所指的鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的總稱，指所有的鐵碳合金。碳鋼是含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。常用的碳鋼碳含量一般都小于1.3%，其強(qiáng)度和韌性均較好。合金鋼是在碳鋼的根底上，添加某些合金元素，用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼三類。按所用煉鋼爐不同，分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼按冶煉時(shí)脫氧程度，可將鋼分為沸騰鋼〔脫氧不完全〕、鎮(zhèn)靜鋼〔脫氧較完全〕和半鎮(zhèn)靜鋼三類。P—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差(冷脆)。在炮彈鋼中，含磷量高，其目的在于提高鋼的脆性，增加彈片的碎化程度，提