机械工程材料考试复习

1机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷?这些负荷对零件产生什么作用? 机械工程材料在工作中，会受到力学负荷、热负荷、环境介质的作用。

力学负荷可分为静载荷和动载荷两类。

热负荷主要指材料的热疲劳现象和高温氧化等。

环境负荷主要包括金属的腐蚀和金属的摩擦磨损和老化作用等.2金属材料有哪些加工工艺?加工工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，反映了材料加工的难易程度。

包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。

3常见的金属晶格有：体心立方晶格, 面心立方晶格, 密排六方晶格4晶体缺陷有哪些?他们的几何特征是: 由于结晶条件等原因，会使晶体内部出现某些原子排列不规则的区域，这种区域被称为晶体缺陷。

根据晶体缺陷的几何特点，可将其分为以下三种类型：(1）点缺陷：点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。

最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子和置换原子。

（2）线缺陷：线缺陷是指在一个方向上的尺寸很大，另两个方向上尺寸很小的一种缺陷，主要是各种类型的位错。

（3）面缺陷：面缺陷是指在两个方向上的尺寸很大，第三个方向上的尺寸很小而呈面状的缺陷。

面缺陷的主要形式是各种类型的晶界，它是多晶体中晶粒之间的界面。

5结晶时的过冷现象和过冷度:金属在平衡条件下所测得的结晶温度称为理论结晶温度 (T0)。

但在实际生产中，液态金属结晶时，冷却速度都较大，金属总是在理论结晶温度以下某一温度开始进行结晶，这一温度称为实际结晶温度(Tn)。

金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，用△T表示，即△T=T0-Tn。

6金属晶粒大小对机械性能有什么影响?如何控制结晶时晶粒的大小?金属结晶后的晶粒大小对金属的力学性能影响很大。

一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。

因此，细化晶粒是使金属材料强韧化的有效途径。

金属结晶时，一个晶核长成一个晶粒，在一定体积内所形成的晶核数目愈多，则结晶后的晶粒就愈细小。

因此，工业生产中，为了获得细晶粒组织，常采用以下方法：1．增大过冷度，增加过冷度，使金属结晶时形成的晶核数目增多，则结晶后获得细晶粒组织。

2．进行变质处理，变质处理是在浇注前向液态金属中人为地加入少量被称为变质剂的物质，以起到晶核的作用，使结晶时晶核数目增多，从而使晶粒细化。

例如，向铸铁中加入硅铁或硅钙合金，向铝硅合金中加入钠或钠盐等都是变质处理的典型实例。

3．采用振动处理，在金属结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法，使正在长大的晶体折断、破碎，也能增加晶核数目，从而细化晶粒。

7冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

8奥氏体的形成过程：分为新相的形核，长大过程。

根据Fe-Fe3C，将共析钢加热到A1以上温度后，珠光体处于不稳定状态。

首先，在铁素体碳体的交界处产生奥氏体晶核，这是由于Fe/Fe3C相界上原子排列不规则以及碳浓度不均匀，为优先形核提供了有利条件，既有利于铁的晶格有体心立方变为面心立方，有利于Fe3C的溶解及碳向新生相的扩散，其后就是奥氏体晶核长大的过程，也就是α-Fe→γ-Fe的连续转变和Fe3C向奥氏体的不断溶解。

实验表明，在奥氏体长大的过程，也就是铁素体比参碳体先消失。

因此，奥氏体形成之后还有残余参碳体不断溶入奥氏体，直到参碳体全部消失，继续加热时奥氏体中碳含量逐渐均匀化，最终得到细小均匀的奥氏体。

10钢常用的合金元素有锰Mn硅Si铬Gr镍Ni钨W钼Mo钒V钛Ti硼B这些元素既可以单独加入钢中，也可将两种，三种或更多元素同时加入钢中。

合金元素在钢中的作用：①形成固溶体，产生固溶强化②形成含部分金属键的金属间化合物，产生弥散强化（或第二相强化）③溶入奥氏体，提高钢的淬透性④提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强化，硬度和耐磨性⑤细化晶粒，产生细晶强韧化⑥形成钝化保护膜⑦对奥氏体和铁素体存在范围的影响11热处理工艺就是将材料在固态下通过加热，保温和冷却使其内部组织结构发生变化，获得与其的性能。

预先热处理的目的与常用工艺：进行预先热处理旨在改善毛坯后半成品件的组织性能，或为最终热处理及其他终加工处理做好组织准备。

预先热处理常用的工艺方法有退火，正火，调质。

退火是降金属或合金加热到适当的温度保温一定时间，然后慢慢冷却的热处理工艺，退火后获得接近平衡状态的组织。

正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30~50完全奥氏体化以后炉中取出空冷的工艺。

调质就是“淬火+高温回火”先得到马氏体，然后通过在低于A1的500~650加热（回火工艺）获得回火索氏体，得到的组织均匀细小，其碳化成球状，对基体的割裂，作用及应力集中小，使强韧性比正火态有显著提高。

12钢淬火后为什么一定要回火：回火是零件淬火后必不可少的后续工序，它是将淬火后的钢加热到A1一下的某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺方法。

淬火钢一般不能直接使用，这是由于：①零件处于高应力状态，在室温下放置或使用时很易引起变形和开裂②淬火态（M+A`）是亚稳定态，使用中会发生组织，性能和尺寸变化③淬火组织中的片状马氏体硬而脆，不能满足零件的使用要求。

会火能使这些状况得到改善，获得所要求的力学性能。

由于在回火过程中随温度的提高逐渐发生了各种组织变化，钢的性能也会逐渐改变。

13轴类零件加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→表面淬火及低温回火→磨削加工：正火的目的于得到合适的硬度，便于切削；改善锻造组织，为调质做准备。

调质是为了使主轴得到主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度。

为了更好地发挥调质效果，安排在粗加工。

调质还为最终（高频）表面淬火做准备。

14轴类零件材料的选择：制造轴类零件的材料主要是：碳素结构钢和合金结构刚，特殊场合也用不锈钢，有色金属甚至塑料。

1：轻载，低速，不重要的轴选用Q235，Q255，Q275等普通碳素结构钢，通常不用热处理。

2：中等载荷且精度要求一般的轴常选用优质中碳结构钢。

35，45，40，50钢等。

一般要进行正火或调质处理。

3：受较大载荷或要求精度高的轴，一般选用合金钢。

20Gr 40Mn 40Gr 等，根据性能要求可采用调质，表面淬火，渗碳，氮化，淬火回火等处理。

15齿轮的加工工艺路线：①调质齿轮下料→锻造→正火→粗加工→调质→齿形加工→喷砂②高频淬火齿轮的加工工艺路线下料→锻造→正火→调质→半精加工→高频淬火回火→加工花键孔或圆孔→精磨③参碳齿轮的加工工艺路线下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→参碳→淬火及低温回火→喷丸→磨削加工④氮化齿轮：下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→氮化→精磨。

16工业刚的分类：（１）按钢的Wc%分类：根据钢中Wc%的高低可分为：低碳钢，Wc%>=0.25%；中碳钢Wc为0.25%~0.06；高碳钢，Wc%>=0.06%（2）按治金特点分类：按钢中有害元素硫磷含量的高低，结构钢可分为：普通钢，优质钢，高级钢和特优质钢。

（3）按钢的用途，成分，性能，和热处理特点分类：按用途和性能可分为：结构钢，工具钢，轴承钢，不锈钢，耐蚀钢和耐热钢等；按成分分为：非合金钢（即碳素钢），低碳钢及合金钢。

17失效就是机械零件丧失规定功能的现象。

失效的含义有三：一是零件破损不能正常工作；二是虽然还可以安全工作，但不能满足原有的功能要求；三是还可以继续工作，但不安全。

失效的形式：（1）过量变形失效①过量弹性变形失效②塑性变形失效：是零件的实际工作能力超过材料的屈服强度引起的③过量蠕变失效：是零件或构件在高温长时间的作用下产生的缓慢塑性变形失效。

（2）断裂失效①韧性断裂：零件所受应力大于断裂强度，断裂前有明显塑性变形的实效②低应力脆断：构件所受名义应力低于屈服极限，再无明显的塑性变形的情况下，产生的突然断裂。

③疲劳断裂：实在零件承受交变负荷，且在负荷循环了一定的周次之后出现的④蠕变断裂失效和介质加速断裂失效。

（3）表面损伤失效①当相互接触的两个零件做相对运动时，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐渐脱落，使表面状态和尺寸改变引起②接触疲劳失效：两个零件做相对滚动或周期性的接触，由于压应力或接触应力的反复作用所引起的表面疲劳破坏现象③腐蚀失效：金属零件或构件的表面在介质中发生化学或电化学作用而逐渐损坏的现象18选材三原则：（1）使用性能原则：使用性能是零件在使用中应该具有的性能，这是保证零件完成规定的必要条件（2）工艺性原则：工艺性是指材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力（3）经济性原则：零件或产品的经济性涉及原材料成本，加工成本及市场销售利润19常见磨损类型：（1）粘着磨损：由于接触表面做相对运动时，在局部接触处因粘结（固相粘结）作用是材料从一个表面转移到另一个表面或脱落而造成的，主要产生于以相互溶解扩散的韧性材料间（2）磨料磨损：是配合表面间由于外来硬颗粒或表面微凸起硬物，是材料产生迁移刻划而形成（3）接触疲劳：是在交变载荷作用下，产生表面裂纹或亚表面裂纹（一般是夹杂物处），裂纹沿表面平行扩展而引起表面金属小片的脱落，在金属表面形成麻坑。

（4）磨蚀磨损：是只金属在摩擦过程中同时受周围介质腐蚀作用，使表面强度降低，促使表面材料损失，迁移的现象。

20提高材料耐磨性的表面强化与防护处理：提高零件耐磨性的表面强化主要有表面热处理（表面淬火）化学热处理，薄膜（表面涂层）强化和表面形变强化（喷丸和滚压）等。

对表面热处理。

与表面淬火相比，化学热处理不仅改变表层的组织，而且还改变其化学成分，常用参碳，参氮，碳氮共参，参硼，参钒等工艺，提高材料耐磨性的效果十分显著。

表面薄膜强化是利用电镀或物理化学方法，在零件表面形成一层或多层附着力很强的，不用材料的耐磨或防腐蚀薄膜，不仅可以改善表面的性质，还可以对已磨损的表面进行修复，这是表面而处理和化学而处理不可能达到的。

21三个阶段和趋势：蠕变曲线上人一点的斜率（dε/dt）表示该点的蠕变速度，根据蠕变速度的变化可将蠕变过程分成减速蠕变，恒速蠕变和加速蠕变三个阶段。

蠕变曲线因材料，温度和应力的不同而变化。

对于金属，当温度较低或应力较小时，蠕变第二阶段（恒速蠕变）持续时间长，甚至可能不产生第三阶段（加速蠕变）；当温度较高或应力较大时，第二阶段（恒速蠕变）很短甚至完全消失，试样将在很短时间内断裂。

对于陶瓷，在温度较低后应力较小时，恒速蠕变阶段往往很短，甚至趋近于零；当温度较高或应力较大时，陶瓷内部缺陷得到了激活，促使稳态蠕变过程即第二阶段的发展。