机械工程材料总复习资料

机械工程材料复习 第一部分 基本知识

一、概述

⒈目得

掌握常用工程材料得种类、成分、组织、性能与改性方法得基本知识（性能与改性方法就是重点）. 具备根据零件得服役条件合理选择与使用材料;

具备正确制定热处理工艺方法与妥善安排工艺路线得能力。 ⒉复习方法

以“材料得化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→应用\之间得关系为主线，掌握材料性能与改性得方法，指导复习。

二、材料结构与性能： ⒈材料得性能：

①使用性能:机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； ②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。

⒉材料得晶体结构得性能：纯金属、实际金属、合金得结构（第二章)；

纯金属:体心立方(）、面心立方（),各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高

实际金属:晶体缺陷（点:间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）→各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。

合金:多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。

单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成. 多相合金组织：由两个以上固相组成得合金。

多相合金组织性能：较单相组织合金有更高得综合机械性能,工程实际中多采用多相组织得合金。

⒊材料得组织结构与性能

⑴。结晶组织与性能：Ｆ、P、A、Ｆe3Ｃ、Ld； 1)平衡结晶组织

平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部得扩散、固体内部得扩散以及液固二相之间得扩散使

使各个晶粒内部得成分均匀，并一直保留到室温。

2)成分、组织对性能得影响

①硬度（HBS)：随Ｃ﹪↑，硬度呈直线增加， HBS值主要取决于组成相得相对量。 ②抗拉强度（）:C﹪＜0、9％范围内,先增加,C﹪＞0、9～1、0％后，值显著下降. ③钢得塑性(）、韧性(）:随着C﹪↑,呈非直线形下降。

３）硬而脆得化合物对性能得影响：

第二相强化:硬而脆得化合物，

若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降；

若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁):降低应力集中程度及对固溶体基体得割裂作用,使韧性及切削加工性提高；

呈弥散分布于基体上：则阻碍位错得移动及阻碍晶粒加热时得长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；

呈层片状分布于基体上：则使强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降。 ⑵。塑性变形组织与性能

1)组织与性能得变化

金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态得非平衡组织, 非平衡组织向平衡组织转变：可通过再结晶、时效及回火实现。 加工硬化， 物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性：

产生纤维状组织;晶粒破碎、位错密度增加;织构现象得产生；残余内应力。

2）变形金属在加热过程中组织与性能得变化

回复(去应力退火)：强度与硬度略有下降,塑性略有提高.电阻与内应力等理化性能显著下降

再结晶:形成细小得等轴晶粒。加工硬化消失,金属得性能全部恢复。金属得强度与硬度明显↓,而

塑性与韧性显著↑,性能完全恢复到变形前得水平。

⑶。热处理组织与性能 １）贝氏体得机械性能：

上贝氏体:铁素体片较宽。塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断．因此,强度与韧性都较差.

下贝氏体：铁素体针细小，碳化物分布均匀,所以硬度高,韧性好,综合机械性能好。

2）马氏体得形态及机械性能

①。板条马氏体（又称位错马氏体.)：碳含量<0、2３%； 机械性能：不存在显微裂纹,淬火应力小,强度高，塑性、韧性好。 ②.针状马氏体:碳含量＞1、0%；(显微镜下呈针状)

机械性能：存在大量显微裂纹，较大得淬火应力，塑性与韧性均很差；

③．混合组织马氏体：碳含量在0、23％一１、0％之间时.为板条与片状马氏体得混合组织。 ④。马氏体得硬度，含碳最增加,硬度升高．含碳量达到０、6％以后，其硬度得变化趋于平缓。 ⑤合金元素对钢中马氏体得硬度影响不大。

3）回火组织与性能 回火类型 回火温度 组织

性能及应用 组织形态

保持高硬度,降低脆性及残低温回火 150~250 回火M(M’) 余应力,用于工模具钢,表面过饱与＋碳化物() 淬火及渗碳淬火件 回火屈氏体硬度下降,韧性、弹性极限与保留马氏体针形F+细粒状Fe3C (T’) 屈服强度↑,用于弹性元件 中温回火 350-500 强度、硬度、塑性、韧性、回火索氏体良好综合机械性能,优于正高温回火 500-650 多边形F+粒状Fe3C (S’) 火得到得组织。中碳钢、重要零件采用。 ⒋材料组织结构变化实现得性能强化:

固溶强化:通过合金化(加入合金元素）组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化; 细晶强化：强度、硬度越高；其塑性、韧性越好.晶界处原子排列混乱，使其熔点低，易受腐蚀。由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现.

加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。

第二相强化：硬而脆得化合物（Fｅ３Ｃ)，若呈网状分布:则使强度、塑性下降；

若呈球状、粒状（球墨铸铁）:使韧性及切削加工性提高；

呈弥散分布于基体上:使强度、硬度增加,塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化； 呈层片状分布于基体上:强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降。

形变强化：金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度；

相变强化：通过热处理等手段发生固态相变,获得需要得组织结构，使金属材料得到强化。

三、材料热处理、合金化与性能

⒈改善材料成形加工组织与性能得热处理工艺(预先热处理）

⑴退火:完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火与去应力退火 退火:加热+保温＋缓冷获得接近平衡状态组织。

退火目得： 改善铸、锻、焊粗大不均匀得组织，降硬度,提高塑性，改善冷加工工艺性。 消除成分不均匀，内应力。

１)完全退火（加热Ａc3＋（20～30℃）温度，保温、缓冷

组织：P+F

目得：①细化,均匀化粗大、得原始组织;②降低硬度→切削性↑;③消除内应力；消除组织缺陷； 应用:（C％=0、３～0、6%）亚共折钢，共析钢与合金钢铸、锻、轧

2）球化退火

加热Ａc1+（1０～３0℃），保温、缓冷(或Ar1－（20~3０℃）等温) 应用:过，共析钢、高碳合金钢 组织:球状P（Ｆ+球状Cem)

目得：①Fe3CII及Fｅ3C共析球化→HRＣ↓,韧性↑→切削性↑

②为淬火作准备；球化退火前,正火处理,消除网状碳化物，以利于球化进行。

3)扩散退火

加热1050～1150℃,保温10～20h,冷却:炉冷 组织:P+F或Ｐ+Fe３CＩI 目得：消除偏析

后果：粗晶、魏氏组织、带状组织,韧性、塑性较差,需完全退火或正火来细化晶粒. 4）去应力退火(再结晶退火)

加热：Aｃ1-(1０0～２00）℃;保温＋炉冷； 目得：消除加工硬化,消除残余应力。 ⑵正火

正火：亚共析加热Ａc3 ＋（3０～50℃)、

过共析钢加热Accm＋(30~５0℃)保温+空冷，得到P类工艺。 组织：S或P（F＋Ｆe3Ｃ）

正火与完全退火得区别:冷速较快,组织较细,得更高得强度与硬度;生产周期较短,成本较低。 目得及应用：预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。

⒉预先热处理工艺应用

工具钢：球化退火;结构钢：正火,完全退火。表面强化处理得零件：调质处理正火。 ⑴改善冷塑性加工性能

再结晶退火:恢复变形前得组织与性能，恢复塑性，以便继续变形。 ⑵改善机加工性能

C％＜0、40%中低碳钢:正火，提高硬度 C％＝ ０、4O％~0、60％：完全退火；

Ｃ%＞ 0、6%得高碳钢：球化退火，获得粒状珠光体。 合金钢:退火：

铸铁件白口层:加热850～950℃＋保温+（炉冷＋空冷）。