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金属材料的机械性能复习
要求掌握关于金属材料性能的基本表示方法
动载、 静载、 冲击、 周期性交变载荷、 高温及其它
硬度的测量及表示方法
使用性能
刚度: 材料抵抗弹性变形的能力。指标: 弹性模量E
⑵强度: 材料抵抗变形和破坏的能力。指标: sb、 ss、 s0.2、 s-1
⑶塑性: 材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标: d、 y
⑷硬度: 材料抵抗局部塑性变形的能力。指标: HB、 HRC
⑸冲击韧性: 材料抵抗冲击破坏的能力。指标: αk
⑹断裂韧性: 材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标: K1C
2.化学性能: 材料的化学稳定性, 包括耐蚀性和抗氧化性
3.耐磨性: 材料抵抗磨损的能力。
工艺性能
Ø 铸造性能: 液态金属的流动性、 填充性、 收缩率、 偏析倾向。
Ø 锻造性能: 成型性与变形抗力。
Ø 切削性能: 对刀具的磨损、 断屑能力及导热性。
Ø 焊接性能: 产生焊接缺陷的倾向。
Ø 热处理性能: 淬透性、 耐回火性、 二次硬化、 回火脆性等。
练习
金属材料的机械性能指标主要有那几项, 动载荷、 交变冲击载荷下主要用那几个指标?
2.常见的测量硬度的方法有几种? 其应用范围如何?
3.由拉伸试验能够得出哪些力学性能指标? 在工程上这些指标是怎样定义的?
晶体结构与结晶复习
目的要求:
建立金属晶体的概念, 区分晶体与非晶体, 单晶体与多晶体;
定性说明金属键与金属特性之间的关系;
熟悉金属中常见的三种金属晶体结构及其特征参数, 建立金属中多型性概念;
了解实际金属的晶体结构, 金属晶体缺陷的类型
了解金属结晶的基本过程
纯金属的晶体结构
理想金属
晶体、 晶格、 晶胞、 晶面(晶面族)、 晶向(晶向族)
典型金属晶体结构
实际金属
多晶体结构: 晶粒、 晶界
晶体缺陷: 点缺陷、 线缺陷、 面缺陷、 体缺陷
细晶强化
经过细化晶粒来提高强度、 硬度和塑性、 韧性的方法
三种常见纯金属的晶体结构
Mg、 Zn
g-Fe、 Ni、 Al
a-Fe、 Cr、 W
常见金属
3
12
12
滑移系
底面对角×3
<110> ×3
<111> ×2
滑移方向
六方底面×1
{111} ×4
{110}×6
滑移面
0.74
0.74
0.68
致密度
12
12
8
配位数
6
4
2
原子个数

原子半径
a、 c
a
a
晶格常数
密排六方
面心立方
体心立方

练习
1.试用金属键的结合方式, 解释金属具有良好导电性、 导热性、 塑性和金属光泽等基本特性。
2.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
3.常见金属晶体缺陷有哪些?
4.过冷度与冷却速度有何关系? 为什么金属结晶一定要有过冷度? 它对晶粒大小有何影响?
5.在实际应用中, 细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能。细化晶粒、 提高金属材料使用性能的措施有哪些?
6.常见纯金属Fe、 Cu、 Al室温下的晶体结构是什么? 固态Fe有 几种同素异构体?
7. 液态金属结晶的基本过程以及典型铸锭组织是什么?
复习
金属的塑性变形与再结晶 介绍金属塑性变形的基本概念, 主要变形方式, 加工硬化的本质与实际意义。 目的要求:
了解金属变形的主要方式——滑移的主要特点;
认识多晶体金属塑性变形的特点, 晶界与晶粒位向对塑性变形的影响;
加工硬化现象及其在实际中的意义;
再结晶的概念与应用
冷、 热加工的区别
1.与单晶体的塑性变形相比较, 说明多晶体塑性变形的特点以及影响多晶体塑性变形的主要因素。
2.金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?
3.用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉, 并随工件一起加热至1000 ℃, 当出炉后再次吊装工件时, 钢丝绳断裂, 为什么?
4.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金、 要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?
5.在室温下对铅板进行弯折, 愈弯愈硬, 而稍隔一段时间再行弯折, 铅板又象最初一样柔软, 这是什么原因?
6. 什么情况下会发生金属再结晶, 再结晶与重结晶有何不同?
二元合金 铁碳合金复习
二元合金 介绍合金相结构的概念, 认识二元合金相图, 学会使用杠杆定律。
铁碳合金 牢固掌握铁碳合金中存在的各种相和组织, 以及它们的本质、 性质、 构造、 形成条件。
弄清有关合金相结构和组织的基本概念;
了解合金相结构的分类, 固溶体与化合物的区别;
学会分析二元合金相图, 正确标注相图各区域的相和组织, 正确应用杠杆定律计算平衡相和组织的相对量;
了解非平衡结晶的特点和各种偏析
初步掌握相图与合金性能之间的定性关系
合金的晶体结构
基本概念
合金、 合金系、 相、 组织、 状态
合金的相结构
Ø 固溶体 固溶强化
Ø 金属化合物 金属化合物形态( 基体、 晶界网状、 晶内片状、 颗粒状) 对性能的影响 弥散强化
纯金属的结晶
结晶的条件(过冷)、 结晶的基本过程(形核、 长大)
纯金属的固态相变: 同素异构转变
合金相图
二元合金相图
匀晶La® 共晶La®+b 共析 a®g+b 包晶L+b®a

杠杆定律: 只适用于两相区
枝晶偏析、 比重偏析、 包晶偏析
铁碳合金相图分析
合金中的固态相变
⑴ 固溶体转变: A®F ⑵ 共析转变: A®P(F+Fe3C)
⑶ 二次析出: A®Fe3CⅡ ⑷ 奥氏体化
⑸ 过冷奥氏体转变 ⑹ 固溶处理+时效
练习
1.分析含碳量为0.20%, 0.77%, 1.2%的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程和室温组织, 分别计算含碳0.20%和1.2%的铁碳合金在室温下组织组成物的相对量。
2.何谓相组成物和组织组成物? 请举例说明之 。亚共析钢自高温缓慢冷却至室温其相组成物为F＋P, 这种说法是否正确?
3.间隙固溶体和间隙相有什么不同?
4.铁碳合金中共有五种不同形态的渗碳体, 按照形成温度由高到低写出她们的名称。
5.比较退火状态下的 45 钢、 T8 钢、 T12 钢的硬度、 强度和塑性的高低, 简述原因。
6.同样加热到1000℃以上, 为什么钢能锻造而铸铁不能锻造?
7.简述钢的分类编号办法。
8.说明45号钢的成分特点以及室温平衡组织。按用途分类属于哪一类钢, 按成分分类又属于哪一类钢? 典型的热处理方式以及处理后的组织是什么?
9. 普通碳素结构钢如何编号? Q235表示什么含义?
10.碳含量对钢的强度、 硬度、 塑形如何影响?
11.有一退火过共析钢试样, 经金相分析, 其中先共析渗碳体占10％, 珠光体90％, 则此钢的含碳量是多少?
12.熟悉铁碳相图
钢的热处理复习
热处理原理部分 以C曲线为中心, 以钢的化学成分, 组织结构的转变与性能间关系为主线。即: 钢在加热时奥氏体的形成, 钢在冷却使过冷奥氏体的转变
热处理工艺部分 重要的是正确选择热处理工艺方法和参数。
熟记各种热处理的定义、 目的、 方法、 适应范围
了解钢中常见组织的本质及其金相形态与性能特征
热处理工艺

≤0.5%C, M
＞0.5%C, M+Ar
M+Ar
M+Ar+Fe3C粒
亚共析钢 Ac3+30～50℃

共析钢 Ac1+30～50℃
过共析钢 Ac1+30～50℃

获得马氏体组织

淬火
＜0.6%C, F+S
≥0.6%C, S
S
S
亚共析钢 Ac3+30～50℃

共析钢 Ac1+30～50℃
过共析钢 Accm+30～50℃
1.低中碳钢同退火
2.过共析钢: 消除网状二次渗碳体
3.普通件最终热处理

正火
F+P
P
P球
亚共析钢 Ac3+30～50℃
共析钢 Ac1+30～50℃
过共析钢 Ac1+30～50℃
1.调整硬度,便于切削加工
2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备

退火
组织
加热温度
目的
工艺

适用于低碳钢 0.1~0.25%C
表面: M回+Ar(少)+Fe3C粒
心部: M回+F
M回
渗碳温度:900~950℃
淬火温度:
表面Ac1+30~50℃
心部Ac3+30~50℃
提高表面含碳量, 获得表硬里韧的性能。

渗碳
适用于中碳钢 0.4~0.5%C
表面: M回
心部: S回(调质) 或F+S(正火)
预备热处理:
调质或正火
表面获得马氏体组织, 并获得表硬里韧的性能。

表面淬火
亚共析,共析钢: M回
过共析钢:M回+Ar(少)+Fe3C粒
T回
S回
低温回火 150~250℃

中温回火 350~500℃
高温回火 500~650℃
(调质)
1.消除内应力, 减少变形
2.获得所需要的性能。

回火
组织
加热温度
目的
工艺

练习
1.化学热处理包括那几个基本过程? 常见的化学热处理方法有哪几种?
2.T12钢经淬火后得到什么组织? 经退火后得到什么组织? T12钢淬火后分别在200℃、 400℃、 600℃回火又得到什么组织?
3.锯条、 弹簧和重要的轴在淬火后一般分别应进行什么回火热处理, 并简述理由。
4.试比较索氏体与回火索氏体, 马氏体与回火马氏体之间, 在形成条件、 金相形态与性能上的主要区别。
5.试述固溶强化、 加工硬化和弥散强化的强化原理。
6.钢的淬透性是如何定义的, 和淬硬性有什么区别? 碳含量对淬透性以及淬硬性的影响分别是什么?
7.学会使用等温C曲线和连续冷却C曲线分析不同热处理工艺条件下钢的室温组织。
8.钢的表面淬火一般用于什么场合, 一般选用什么钢种, 进行怎样的热处理, 最终组织是什么? 举例说明
9.钢的化学热处理一般用于什么场合, 一般选用什么钢种, 进行怎样的热处理, 最终组织是什么? 举例说明
10.熟悉各种热处理工艺的定义、 目的及应用范围。
工业用钢复习
了解碳钢与合金钢的特点, 熟悉钢的分类与编号方法, 基本做到从钢的牌号能够推断出它属于哪一类钢种, 大概成分和主要用途;
熟悉典型工业用钢的工作条件、 性能特点、 化学成分、 常见热处理、 典型钢种及主要用途
典型工业用钢
弹簧
高ss/sb
高s-1
T回
淬火+中温回火
Cr,Mn:提高淬透性,强化F; Si:提高屈强比
65Mn
60Si2Mn
0.6~0.9
0.45~0.7
弹簧钢
轴、 齿轮
良好综合力学性能
S回
调质
Cr,Ni:提高淬透性,强化F,
Mo:防止第二类回火脆性
45
40Cr
40CrNiMo
0.3~
0.5
调质钢
轴、 齿轮
表硬里韧
表面: M回+ A’ (少量)+颗粒状Fe3C
心部: M回+F
渗碳+淬火+低温回火
Cr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒
20
20Cr
20CrMnTi
0.1~
0.25
渗碳钢
桥梁,船舶, 容器
塑性,焊接性好
F+P
热轧空冷
Mn:强化F,增加P,降低脆转温度
Q345
(16Mn)
<0.2
低合金高强度钢
建筑结构
塑性,焊接性好
F+P
热轧空冷

Q195
Q235
<0.4
碳素结构钢
用途
性能
使用状态下组织
热处理
合金元素作用
典型牌号
C%
钢种

练习
1.简述钢的分类及编号方法。
2.指出下列钢号属于什么钢? 各符号代表什么? Q235、 20CrNi、 T8、 T10A、 GCr15、 16Mn、 W6Mo5Cr4V2、 Cr12MoV、 60Si2Mn。
3.为下列工件选择合适的材料及热处理方法
工件: 发动机连杆螺栓、 发动机排气阀门弹簧、 镗床镗杆、 压铸模、 车辆缓冲弹簧、 滚动轴承、 螺丝刀、 高速粗车铸铁的车刀、 普通机床地脚螺栓、 拉伸试棒
材料: 38CrMoAl、 40Cr、 45、 Q235、 50CrVA、 T7、 Gr15、 W18Cr4V、 60Si2Mn、 3Cr2W8V
4. 典型零件的选材及处理办法, 如机床主轴、 机床齿轮、 汽车齿轮、 镗床镗杆等。

高速刃具
高热硬高硬度高耐磨
M回+ A’(少量)+颗粒状碳化物
锻、 退火、 淬火+三次回火
Cr:提高淬透性; W、 V: 提高热硬、 耐磨性
W18Cr4V
0.7~
1.5
高速钢

低速刃具
高硬度高耐磨
M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C
球退+淬火+低温回火
Si、 Cr: 提高淬透性
9SiCr
0.75~
1.5
低合金工具钢
冲子、 丝锥、 锉刀
高硬度高耐磨
M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C
球退+淬火+低温回火

T7~T13
0.65~
1.35
碳素工具钢
铲齿, 履带板
高耐磨耐冲击
表: M+碳化物
心: A
水韧处理
Mn:形成A组织
ZGMn13
1.0~
1.3
耐磨钢
滚动轴承
高耐磨高s-1
足够ak
M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C
球退+淬火+低温回火
Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀性
GCr15
0.95~1.10
滚动轴承钢
用途
性能
使用状态下组织
热处理
合金元素作用
典型牌号
C%
钢种

其它工程材料复习
铸铁 有色金属及其合金 非金属材料

了解各种材料的牌号及特点、 主要用途;
弄清铸铁的石墨化过程, 掌握铸铁石墨形态与性能之间的关系;
一般了解各种有色金属及非金属材料
铸铁
可进行各种热处理
石墨化退火
去应力, 消除白口, 表面淬火
热处理
柴油机曲轴
基体(F、 P、 F+P) +球状石墨
液态金属石墨化+球化处理+孕育处理
QT500-7
(最低抗拉强度为500MPa,最低延伸率为7%)
球墨铸铁
车轮壳, 管接头
基体(F、 P) +团絮状石墨
白口+石墨化退火
KTZ450-06 (最低抗拉强度为450MPa,最低延伸率为6%)
可锻铸铁
机床床身
基体(F、 P、 F+P) +片状石墨
液态金属石墨化+孕育处理
HT250
(最低抗拉强度为250MPa)
灰铸铁
用途
组织
获得方法
牌号举例
铸铁名称

有色金属及其合金
重型动力轴承
耐磨,导热,耐蚀
Sn基轴承合金
ZSnSb11Cu6
巴氏合金
船舶及化工零件
高强
含59%Cu,1%Pb(40% Zn)黄铜
HPb59-1
船舶飞机零件
高强,耐磨,耐蚀
含7%Al 的铝青铜
QAl7
<400℃航空件
高强,耐蚀,耐热
4号a+b型钛合金
TC4
钛合金
低速低载设备
高温高强
Pb基轴承合金
ZPbSb16Sn16Cu2
冷变形件
塑性好
含68%Cu(32%Zn)黄铜
H68
铜
合
金
汽车飞机零件
高强,铸造性好
1号Al-Zn铸造合金
ZL401
舰船配件
耐蚀,高强
1号Al-Mg铸造合金
ZL301
较高温高强件
耐热,强度较高
1号Al-Cu铸造合金
ZL201
汽缸、 活塞
耐蚀,铸造性好
2号Al-Si铸造合金
ZL102
锻件
可锻、 耐温
7号锻铝合金
LD7
受力大结构件
高强
4号超硬铝合金
LC4
冲压模锻件
强硬度高
11号硬铝合金
LY11
冷成型件
耐蚀、 塑性好
5号防锈铝合金
LF5

铝
合
金
用途
性能
牌号含义
牌号举例
合金

练习
1.为什么铸件上的重要工作面和重要加工面浇铸时应朝上?
2.简述非金属材料的分类和特征
3.焊接后矫正焊接变形的方法有哪些?
4.聚合物的分子量有什么特点? 如何表示聚合物分子量的大小?
5.聚合反应都有那些方式?
6.轴承合金在性能上有何要求? 在组织上有何特点?
7. 铸铁、 有色金属、 非金属材料的分类和编号规则。
复习
材料的选用
熟悉选用材料的三条基本原则以及它们相互之间的关系;
了解失效的定义和常见的失效形式
初步掌握针对失效方式选材的方法
掌握典型零件的选材分析方法
正确制定几种典型零件的热处理工艺和加工工艺路线。