机械工程材料要点整理

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机械工程材料要点整理

晶粒越细，材料的强度越高、塑性和韧性越好，即综合性能越好

强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。

常用硬度：布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）

120HBS10/1000/30：直径为10mm的钢球在1000kgf载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。

三种晶格的晶胞原子数、原子半径、致密度：

理论结晶温度与实际结晶温度的差T叫做过冷度，过冷度T?T0?Tn。

T越大，液态与固态之间能量状态差就越大，促进液体结晶的驱动力就越大，结晶越容易进行。

金属总是在过冷的情况下进行结晶，但同一种金属结晶时的过冷度不是一个定值，它与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。 随过冷度的增大，形核率N和晶粒长大速度v值增大，但N的增长速率大于v的增长速率。提高过冷度可以增加单位体积内晶粒的数目，使晶粒细化。但过冷度过大或温度过低时，原子的扩散能力降低，形核速率反而减少。

铁的室温组织：??Fe（体心立方）；高温组织：??Fe（面心立方） C?Fe3C? 铁素体：碳溶于??Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（以符号F表示）。 （体心立方结构，有良好的塑性与韧性、强度、硬度低）

渗碳体：具有复杂晶格结构的间隙化合物（以符号Fe3C表示）。

（面心立方结构，硬度很高，脆性很大，强度和塑性很差）

奥氏体：碳溶于??Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体（以符号A表示）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的两相机械混合物（以符号P表示）。 ．．．．．．

莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物（以符号Ld表示）。 ．．．．．．

共晶转变、共析转变与包晶转变的异同点：

共晶转变：指一定成分的液体合金，在恒定的温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。共析转变：指由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。包晶转变：在一定的温度下，固相与液相发生转变生成分另一新固相的反应。

共同点：三种反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。

不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应。包晶转变是固相与液相发生转变生成分另一新固相的反应。

铁碳合金相图的组织标定（高温—A+Fe3C，室温—F+Fe3C）

过共析钢、亚共析钢的结晶过程(上图两虚线)

马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

如何得到马氏体：过冷奥氏体以大于临界冷却速度Vk冷却到Ms点以下（230℃）时，将转变为马氏体。其转变不能在恒温下完成，而是在Ms—Mf之间一个温度范围内连续冷却完成。 回火马氏体：碳的过饱和度有所降低的?固溶体和与其共格切变弥散分布的?碳化物组成的组织。

退火：将钢加热到一定温度并保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。

退火目的：（1）调整硬度，便于切削加工；（2）消除内应力，防止加工中变形；（3）细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

退火的种类：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火。

正火：将钢加热到Ac3(对于亚共析钢)或Accm(对于过共析钢)点以上30~50C，保温一定时间后，在空气中冷却，从而得到珠光体类组织的热处理工艺。

淬火：将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，然后以大于临界冷却速度?k的冷速快冷到Ms以下进行马氏体转变的热处理工艺。

淬火的目的：获得马氏体组织；提高钢的硬度和耐磨性；获得优异的综合力学性能；获得某些特殊的物理和化学性能。

表面淬火的目的：（1）使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限。（2）心部在保持一定强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。

表面淬火的常用方法：（1）火焰加热表面淬火；（2）感应加热表面淬火；（3）激光加热表面淬火。

回火：将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，经适当保温后冷却到室温的处理工艺。

回火目的：（1）减少或消除淬火内应力；（2）获得所需的力学内应力；（3）稳定尺寸，防止使用时变形；（4）降低硬度，缩短软化周期。

调质处理：钢淬火后再进行高温回火处理的工艺称调质处理。调质处理得到的是回火索氏体

．．．．．?

组织，具有良好的综合力学性能。

比较共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变与等温转变的异同：

相同点是二者均是过冷奥氏体的转变，前者是在一定温度下的等温转变，后者是以一定的冷却速度时的连续转变，二者在本质上是一致的，转变过程和转变产物的类型基本相互对应。

二者的区别在于冷却条件的不同，其显著的区别主要有：

1、连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同，连续冷却转变为等温转变的1.5倍。

2、连续冷却时，过冷奥氏体是在一个温度范围内完成组织转变的，其组织的转变很不均匀，先转变的组织较粗，而后转变的组织较细，往往得到几种组织的混合物。

3、共析钢在连续冷却转变时，只有珠光体的转变而无贝氏体。这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到Ms点而发生马氏休转变，所以不出现贝氏体转变。

QT——球墨铸铁的牌号

钢中S、P的质量分数对刚的质量有何影响： ．．

S不溶于铁素体，硫与铁化合成硫化铁存在于钢中，FeS的塑性差，因此含硫多的钢脆性大。FeS与Fe易形成低熔点的共晶体分布在奥氏体晶界上，当钢加热到约1000℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。

钢中的磷能全部溶于铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。

S、P都是钢中的有害杂质，容易形成“热脆”和“冷脆”。

奥氏体的形成（以共析钢为例）：（P67—68）

（1）奥氏体晶核形成，奥氏体优先在铁素体的渗碳体相界处形成；

（2）奥氏体晶核的长大，奥氏体晶核通过原子扩散向铁素体和渗碳体方向长大；

（3）残留渗碳体的溶解，铁素体先于渗碳体消失，而残留渗碳体随保温时间延长不断溶解直至消失；

（4）奥氏体成分的均匀化，渗碳体溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。

珠光体型组织分类：

从获得的组织和性能方面考虑，亚共析钢、共析钢淬火加热温度的选择：

对于亚共析钢，适宜的淬火加热温度为AC3以上30~50?C，淬火可获得细小均匀的马氏体组织，如果淬火温度不足，则淬火后的组织中将会出现铁素体，造成硬度不足、强度降低。若淬火加热温度过高，获得粗大的马氏体组织，零件的性能变坏，同时容易引起零件的变形和开裂。

对于共析钢，适宜的淬火加热温度为AC1以上30~50?C，淬火获得细小均匀的马氏体和粒状的渗碳体的混组织，残留的奥氏体比较少，刚的硬度和耐磨性都比较高。如果淬火加热温度过高，获得粗大的马氏体组织，，同时容易引起零件的变形和开裂，而且由于二次渗碳体全部溶解，使奥氏体的碳质量分数过高，从而降低了Ms点，增加了淬火钢中参与奥氏体的数量，使钢的硬度和耐磨性降低。

奥氏体等温转变图

固溶体：溶质原子溶入溶剂中形成的均一的结晶相。 弹簧钢组织的特点：回火托氏体。

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