机械工程材料与热加工工艺1第二章
工程材料及热加工工艺
材料及热加工复习资料2工程材料及热加工工艺绪论一.课程的任务及内容工艺方法工程材料———加工工艺———产品件装配试车工艺过程基本知识热加工冷加工成分.组织.性能铸.锻.焊.热（切削加工）关系.应用性质：机械类各专业必修的一门综合的技术基础课。
任务：使学生获得有关金属学.钢的热处理.常用的金属材料及加工的基础知识，培养学生合理选材.确定热处理方法及安排工件加工工艺路线的初步能力。
先修课：物理.化学.机械制图.金工实习等，与材料力学. 机械设计等关系密切。
作用：打基础为后续课为专业课为工作实践二．材料及发展趋势钢：碳钢. 合金钢. 铸钢….黑色金属金属材料铁： HT. QT. 合金铸铁… Cu及Cu合金有色金属 AI及AI合金工程材料其它：轴承…普通无机非金属材料陶瓷材料例特种非金属热塑性材工程塑料料工程塑料通用塑料热固性有机高特种塑料分子材料橡胶金属材料 + 非金属材料 = 复合材料结构材料机性. 物性. 化性工程材料（应用）功能材料特异物化性能. 超导.激光材料……三.金属材料的应用.特点.陶瓷. 高分子材料发展速度很快，但还不能全面代替传统的金属材料。
金属材料各行各业应用广泛。
原因：金属材料可满足各种各样的性能。
具体： 1. 一般均具有优良的机械性能；2. 具有优良的物理性能；3. 具有优良的工艺性能；热处理较大范围改变金属材料的性能。
四.影响金属材料性能的因素1. 化学成分决定组织. 性能2. 处理工艺内部组织变化性能与微观组织有关。
第一章金属材料的力学性能物理性能导电.热.磁.密度.熔点化学性能耐蚀.热.酸.抗氧化使用性能其它性能耐磨性.承受磨损耐久程度.综合性机械性能外力作用下表现的性能，变形.失效性能（力学性能）铸造性能流动性.收缩性.吸气性…工艺性能塑性成形性可锻性.冲压性（加工性能）焊接性热处理工艺性切削加工性根据使用性选择材料用途选材.选工艺性能是基础根据加工性选择加工方法机械性能（力学性能）是设计零件选材的依据，控制材料质量的重要参考。
工程材料及热加工-第一章
洛氏硬度HRC
洛氏硬度是在洛氏硬度计上测定的。其原理 与布氏硬度一样，如图1-4所示。
洛氏硬度三种规范
标度 压 头 预载荷 总载荷 HRA 120 º 金刚 98.07N 60×9.807N 石圆锥 HRB Φ1.588m 98.07N m钢球 HRC 120 º 金刚 98.07N 石圆锥 应用 适用的材料 范围 70~85 硬 质 合 金 、 表面淬火钢
是设计和选材力-应变曲线
中碳调质钢应力-应变曲线
淬火钢及铸铁应力-应变曲线
低、中碳回火钢应力-应变曲线
塑性及衡量指标
材料在外力作用下，发生不能恢复原状的变形称 为塑性变形，产生塑性变形而不断裂的性能称为 塑性。 金属的塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。 伸长率δ表示拉伸试样被拉断时的相对塑性变形量 L1 - L 0 100 % L0
断面收缩率ψ表示拉伸试样被拉断时的截面积相 对减缩量 A 0 A1
A0 100%
塑性材料与脆性材料
δ、ψ愈大，表示材料的塑性愈好。
通常以伸长率δ的大小来衡量金属材料塑性 的好坏，δ＞2%～5%的材料为塑性材料，δ ＜2%～5%的材料为脆性材料。
二、疲劳强度
金属材料承受周期性交变载荷时抵抗断裂的能 力称为疲劳强度。 疲劳强度常比σS小得多，工程上规定：钢铁材 料循环107、有色金属循环108次不发生断裂的 最大应力，作为该材料的疲劳强度，用σ-1表示。 产生疲劳破坏的原因：材料内部夹杂物，表面 划痕及能引起应力集中的缺陷，而导致微裂纹 的产生。 避免疲劳破坏的方法：改善其结构形状、避免 应力集中、降低零件的表面粗糙度等。
第一章 工程材料的力学性能
工程材料及机械制造基础复习(热加工工艺基础)
工程材料及机械制造基础复习（Ⅱ）——热加工工艺基础铸造1．1 铸造工艺基础(1)液态金属的充型能力液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力。
充型能力好，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件，有利于排气和排渣，有利于补缩。
充型能力不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、渣孔等缺陷。
影响液态金属充型能力的因素是：1)合金的流动性液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性，即合金本身的流动能力。
流动性的好坏用螺旋线长度来表示。
螺旋线长度越长，流动性越好；反之，则流动性越差。
共晶成分的合金流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。
2)浇注条件①浇注温度：浇注温度越高，则充型能力越好。
因为浇注温度高，金属液的黏度低，同时，因金属液含热量多，能保持液态的时间长，由于过热的金属液传给铸型的热量多，在结晶温度区间的降温速度缓慢。
但在实际生产中，常用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化也严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。
②充型压头。
③浇注系统的结构。
3)铸型填充条件：包括铸型材料、铸型温度和铸型中的气体等。
(2)合金的收缩1)基本概念铸件在冷却、凝固过程中，其体积和尺寸减少的现象叫做收缩。
铸造合金从浇注温度冷到室温的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的阶段。
总收缩；液态收缩+凝固收缩+固态收缩∨↓体积变化尺寸变化↓↓产生缩孔、缩松的基本原因产生应力、变形、裂纹的基本原因影响收缩的因素是：①化学成分：凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩率增大。
②浇注温度：T浇↑→过热度↑→液态收缩↑→总收缩↑。
③铸件结构与铸型条件。
2)缩孔、缩松的形成与防止3)铸造内应力的产生及防止铸造内应力按产生原因的不同可分热应力和收缩应力两种。
热应力是由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，在铸件内部产生了互相制约的内应力，铸件的厚大部分(或心部)受拉应力，薄的部分(或外部)受压应力。
机械工程材料与热加工工艺0
第一章 金属材料的力学性能1. 什么是应力？什么是应变？答：应力:若物体受到一定作用的外力,则其内部会相应的产生一个内力，则在其截面上单位面积的内力叫应力。
应变;物体内任意一点因各种作用而引起的相对变形叫做应变。
2. 缩颈现象在力—拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没发生塑性变形？答：出现在B 点;不是的，即使没有颈缩也可能会出现塑像变形。
因为，颈缩的程度有大小，如果程度太小，则不易观察，有可能会误以为没有颈缩现象，但他实际存在。
3. 将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？答；.塑性变形，应为拉直后他恢复不了原状;在一定外力作用下物体发生变形，撤掉外力后如果物体恢复了原状则是弹性变形，否则是塑性变形。
4. 布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度：库存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。
答：布氏硬度：A.优点：压痕面积达，能反映出较大范围内金属的平均性能；B 缺点：由于压痕面积达，则检验成品有困难，即：测量范围有限。
洛氏硬度：A.优点：操作简便，可直接读出硬度值并且可检测成品件和较薄的材料；B.缺点：测值重复性差。
库存刚才：布氏硬度硬质合金刀头：洛氏硬度锻件：台虎钳钳口：洛氏硬度5. 下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么：0.21,,,,,,,,,,,.s b k E HRC HBS HBW HV σσσσδψα-答：.E ：金属的弹性模量；其含义是：引起金属单位变形时所需的应力。
σs :屈服强度；其含义是：金属产生屈服时该点的应力。
σb:抗拉强度；其含义是：金属在拉伸过程中的最大拉力所对应的应力。
σ0.2：屈服点，对没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以试样产生0.2%塑性变形时的应力作为该材料的屈服点，用σr0.2表示。
σ-1:疲劳强度；其含义是：指金属材料经无穷多次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值。
δ：断后拉伸率;其含义是：试样被拉断后的伸长量于原始长度的比值。
第二章机械工程概论
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航天飞机利用机械臂施放哈勃空间望远镜
第1节 机械工程及学科总论
现代机械工程的发展
18世纪前，机械工程师主要凭借经验和技艺 现代机械工程，引入了计算机信息技术
现代机械工程范围广泛
自动化流水线、数 控机床、机器人、 成组技术、柔性制 造系统
特种加工
高精度加工、 超精密加工
第1节 机械工程及学科总论 现代机械工程的发展
1914年，福特流水生 产线，大量生产汽车。
19世纪末，泰勒 “科 学管理法”的出现
第1节 机械工程及学科总论
现代机械工程的发展
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天， 海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、 空间站、航空母舰、深海探测器等。
国际太空站
第1节 机械工程及学科总论
机械工业是国民经济的支柱工业之一。 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。
第1节 机械工程及学科总论
机械发展的历史回顾----中国古代
五千年前已开始使用简单的纺织机械； 晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理； 西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车； 东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。 目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东 汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。
机械工程材料与热加工工艺
机械工程材料与热加工工艺摘要：本文主要阐述了机械工程材料的主要性能及其应用，同时说明机械工程材料热加工工艺，其中包括钢铁生产与质量、钢的热处理、低合金钢和合金钢、铸铁以及有色金属及其合金等。
关键词：机械工程；工程材料；热加工工艺引言：机械工程材料种类繁多，其中最为常见就是有色金属材料，要根据有色金属材料特点，采用正确的制造技术和加热工艺，有效增强有色金属强度和耐腐蚀性等，确保所制作出的零部件，其质量和性能都有显著增强。
1机械工程材料的主要性能及其应用机械工程各类产品多数都是由种类繁多、性能各异的金属材料和非金属，通过正确加工所制作出的零部件共同构成的。
金属材料的机械性能主要是指金属材料在各种形式的外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，判断金属机械性指标包括金属材料强度、塑性和硬度等。
金属材料在受力时抵抗产生弹性的能力则称为刚度。
金属材料的硬度主要是指材料抵抗外物压力的能力，硬度越高，金属材料抵抗局部塑性变形的能力就越大。
通常材料的硬度越高，其耐磨性就越强，强度和硬度间存在着内部联系。
金属冲击韧性是材料在冲击荷载作用下，抵抗断裂的能力，现阶段机械工程技术常用一次摆锤冲击弯曲试验，测定材料受冲击荷载能力。
机械工程所用零件种类较多，如发动机设备中的曲轴、连轴等，该类零件常在交变荷载下工作。
此外，转动轴等零件虽然受到的荷载无法随时间交替变化，但零件本身是能够旋转的。
以该两种情况为背景，零部件中都会产生随时间变化的应力，该种应力即称为“交变应力”。
此外，以此种情况为背景工作的零部件，其最大应力要低于材料在静荷载小的极限，但经过长期工作的磨损，难免会出现断裂等情况，引发断裂事故。
所以，要采取有效措施避免断裂事故发生。
制造零部件和选用工艺时，要充分考虑所选材料的工艺性能，如低碳钢有着较强的塑性成形性能和可焊性，所以常被用作制造量器和刀具等[1]。
2机械工程材料表面处理方法机械工程材料表面处理方法主要包括强化处理法、表面防护处理法、涂料涂装法和氧化处理法，其中，强化处理法即可分为表面覆盖层强化法、表面表型强化法两种，表面覆盖层强化法指的是在材料表面，获得特殊性能的覆盖膜，以此增强材料表面的刚度、硬度和耐疲劳性，增强材料质量。
机械工程材料及热加工基础资料
《机械工程材料及热加工基础》第一章金属的性能1.强度：金属材料在静载荷（大小和方向不变或逐渐变化的载荷）作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。
2.塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。
3.硬度：金属材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。
4.韧性：冲击载荷（以较高速度作用于零件上的载荷）作用下，金属在断裂前吸收变形能量的能力。
5.疲劳：材料在循环应力（大小、方向随时间发生周期性变化的载荷）和应变作用下，在一处或几次产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数产生裂纹或发生断裂的过程。
疲劳极限用σ-1表示。
6.屈服点（屈服强度）σs：材料在实验过程中，载荷不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时代应力。
σs﹦试样发生屈服时代载荷/试样原始横截面积。
[不是所有的金属在拉伸试验中都会出现显著的屈服现象]7.抗拉强度σb=试样拉断前所承受的最大载荷/试样原始横截面积。
8.伸长率δ，数值上准确地反映材料的塑性变形。
9.断面收缩率ψ：缩颈处横截面积德最大缩减量与原始横截面积的百分数。
10.硬度的测定：①布氏硬度（压入法）：HBS（压头分淬火钢球）和HBW（压头硬质合金）②洛氏硬度HR(测定淬火钢件的硬度用此方法)③维氏硬度HV。
第二章金属的结构与结晶1.晶体:指其组成微粒（原子、分子或离子）按一定次序作有规律重复排列的物质。
2.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间格架。
3.晶胞：晶格中一个能完整反映晶格特征的最小几何单元。
4.金属晶体结构：体心立方结构；面心立方结构；密排立方结构。
5.晶体缺陷：点缺陷（原子的热震动引起晶格畸变），使材料的强度、硬度提高；线缺陷（主要指位错），起到强化金属的目的；面缺陷（晶界、亚晶界引起），阻碍金属的塑性变形发生。
6.细化晶粒度方法：增加过冷度；变质处理（加入难溶物）；附加震动。
7.金属的铸态组织：表面细晶粒区，柱状晶粒区，中心等轴晶粒区（穿晶）。
8.铸锭的缺陷：缩孔及缩松，气孔及裂纹，偏析，非金属夹杂物。
机械工程材料及热处理工艺
1、常用金属的晶格有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。
2、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（面缺陷）和（线缺陷）三种。
3、点缺陷包括（空位）、（置换原子）和（间隙原子）等；线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）两种；面缺陷通常指金属中的（晶界）和（亚晶界）。
4、在固态合金中的基本相结构为（固溶体）和（金属化合物）两种。
5、固溶体根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同,又可以分为（置换）固溶体和（间隙）固溶体。
1、金属结晶过程包括两个阶段：即（晶核的形成）和（晶核的长大）。
（过冷）是结晶的必要条件。
细化晶粒的方法有（增大过冷度）、（变质处理）、（机械振动）、（超声振动）、（电磁振动）等。
2、晶核的形成主要有（自发形核）和（非自发形核）两种形式3、合金状态图都是用实验的方法绘制的，常用（热分析法）来测定。
4、若结晶冷却速度较快，则须通过（扩散）退火来消除偏析。
5、一定成分的液相在一定温度下同时结晶出两个不同成分固相的过程称（共晶反应），反应式为（r=a+b ）；一个固相同时转变为两种不同的新固相的转变（反应）称（共析反应），反应式为（l=a+b ）1.影响晶粒度的因素主要有过冷度和异质晶核两个方面。
2.合金化强化主要途径有固溶强化和第二相强化（又称弥散强化）两种。
3.细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度 .硬度. 塑性和韧性的方法称细晶强化。
1、单晶体塑性变形的基本形式有（滑移）和（孪生），其中（滑移）是金属中最主要的一种塑性变形方式。
2、加工硬化:材料的强度，硬度上升，而塑性韧性下降的现象，称为加工硬化。
3、随着加热温度的提高，变形后的金属将相继发生（回复）、（再结晶）和（晶粒长大）三个过程。
3.钢经正火后获得的组织是( 索氏体)，经调质处理后获得的组织是( 回火索氏体)。
1 用光学显微镜观察，上贝氏体组织呈（羽毛）状，下贝氏体呈（针）状。
2马氏体的硬度主要取决于其（含碳量）。
机械制造基础工程材料及热加工工艺基础绝密
绝对最全！！！！！！！工程材料与热加工拒绝盗版！第1章材料的力学性能一、选择题1．金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性B. 硬度C. 强度D. 弹性2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBSB. HRCC. HVD. HBW3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷B. 交变载荷C. 冲击载荷D. 动载荷二、填空题1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
( √)2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。
( ×)四、概念及思考题1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW （钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV2．韧性，冲击韧性。
3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章金属的晶体结构与结晶一、名词解释晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
工程材料与热加工基础1
（二）变形条件
1．变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难， 而且容易开裂。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的 结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的 确定以合金状态图为依据。 2．变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度，变形速度低时，金属 的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增 大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗
1．轴杆类锻件 包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧辊、立柱、 拉杆等，还有矩形方形、工字形截面的杆件如摇杆、杠杆、推杆、连杆 等，锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的铸件，为 满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。
2．空心类锻件 包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、 空心轴等，锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒拔长
避免锥形、楔形结构
三、自由锻零件结构工艺性 3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；
避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交
三、自由锻零件结构工艺性 4、零件上不允许有加强筋；
三、自由锻零件结构工艺性 5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进 行锻造，然后用螺纹连接。
如下图：螺纹连接
如下图所示：
2. 模锻模膛 2. 模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。 （1）预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折 迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿
命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。
机械工程材料与热加工工艺试题与答案
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
工程材料及热加工工艺基础课件
拉伸试样的颈缩现象
指标
塑性—断裂前材料发生不可逆永久变形的能力
断后延伸率 d (L-L0)/ L0 断面收缩率y (A0-A)/A0
d 和y越高 材料的塑性越好
说明：
① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。
② 直径d0 相同时，l0，d。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用d 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用d5 表示。显然d5>
刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模量E。 E tg （MPa） 材料的E越大，刚度越大；
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐 降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等 对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形 状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性
强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
当承受拉力时，主要是屈服强度和抗拉强度。
屈服强度s：材料发生微量塑性变 形时的应力值。即在拉伸试验过程 中，载荷不增加，试样仍能继续伸 长时的应力。
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服 点，国家标准规定以残余变形量为 0.2%时的应力值作为它的条件屈服 强度，以σ0.2来表示。 抗拉强度σb：试样在断裂前所能承受的最大应力，表示材 料抵抗断裂的能力。
▪金属基复合材料 ▪陶瓷基复合材料 ▪树脂基复合材料
Space
复合材料的应用领域
Commercial
Military
Helicopters
根据材料的性能分类
结构材料 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构
不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材 料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、 桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材料，包 括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料 等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶 瓷等高级结构材料。
机械工程材料-2章2 晶体结构、结晶与相图
碳存在于八面体间隙中
500个晶胞中最多有1个碳原子。
铁素体性能：Rm = 230MPa, A = 50%,
50～80HBS。
奥氏体( A )
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。 面心立方晶格。1148℃时固溶度最大， 2.11%，727℃时固溶度为0.77%。固溶 度最大时：
C原子 2.11 / 12 14 2.11 ＝ 0.10059 Fe原子 (100 2.11) / 56 3 97.89
不同晶格金属的滑移系
晶格
体心立方
面心立方
密排六方
晶胞
滑移面
滑移 方向 滑移系 数量
6个
2个 6×2＝12
4个
3个 4×3＝12
1个
3个 1×3＝3
外力P使单晶体零件内部在 如图所示的滑移面和滑移方向上 发生了滑移，下面求此滑移方向 上的切应力分量τc的大小。
P 横截面 A A A / cos
Fe3C塑性极差，合金的塑性变形全部 由F提供。所以随碳含量的增大，F量不断 减少时，塑性连续下降。到合金成为白口 铸铁时，塑性就接近于零。
3 Fe-FeC3相图的应用
1)在选材方面的应用
若需要塑性、韧性高的材料，应选用低 碳钢 (Wc=0.10%～0.25%)； 需要强度、塑性及韧性都较好的材料， 应选用中碳钢 (Wc=0.25%～0.60%)； 当要求硬度高、耐磨性好的材料时，应 选用高碳钢 (Wc=0.60%～1.3%)。 例如：铸造成型的零件尽量选择共晶成 分合金。问：不锈钢水杯？锉刀？
奥 氏 体
液 相
碳在铁中最大溶解度点
P（0.0218，727）：α-Fe 中 E（2.11，1148）：γ-Fe 中 Q（0.0008，RT）：室温下 F（6.69,1148) 渗碳体 K (6.69,727) 渗碳体 S（0.77，727）：共析（A＋F ＋Fe3C） C（4.3，1148）：共晶（ A ＋L ＋Fe3C）
机械工程材料及热加工工艺试题及答案
机械工程材料及热加工工艺试题及答案一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法名称机床床身汽车后桥齿轮候选材料T10A,KTZ450-06,HT20040Cr,20CrMnTi,60Si2Mn选用材料HT20020CrMnTi热处理方法时效渗碳＋淬火＋低温回火最终组织P＋F＋G片表面Cm＋M＋A’心部F＋MCm＋M＋A’Cm＋M＋A’T回Cm＋M＋A’F＋Pa+SnSbAS回＋G球滚动轴承GCr15,Cr12,QT600-2GCr15球化退火＋淬火＋低温回火锉刀9SiCr,T12,W18Cr4VT12球化退火＋淬火＋低温回火汽车板簧钻头桥梁滑动轴承耐酸容器发动机曲轴45,60Si2Mn,T10W18Cr4V，65Mn,201Cr13,16Mn,Q195H70,ZSnSb11Cu6,T860Si2MnW18Cr4V16Mn,ZSnSb1 1Cu6淬火＋中温回火淬火＋低温回火不热处理不热处理固溶处理等温淬火＋高温回火Q235,1Cr18Ni9Ti,ZGMn131Cr18Ni9TiQT600-3,45,ZL101QT600-3三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
工程材料与热加工技术课件
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
大学课件-《工程材料与热加工工艺》-李书伟(完整)
力学性能
2. 断面收缩率（ψ）
断面收缩率是指试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩 减量与原始横断面积的百分比，即 ψ =(F0-F1)/F0
F1—试样断裂处的最小横断面积 F0—试样原始横断面积
特别提示：δ或ψ越大，表示材料的塑性越好。
力学性能
三、硬度
材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。
式中：Y__裂纹的几何形状因子;
σ__外加应力（N/mm2）； a__裂纹的半长（mm）； K1__ 强度因子（MPa·m1/2或MN·m-3/2）
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安 全可靠。
力学性能 物理性能
化学性能
制造：指将原材料变成产品的全过程。 材料对其所涉及的加工工艺的适应能力——工艺性能
锻造性能 加工性能
焊接性能
热处理性能
§1.2 材料的使用性能 ——力学性能
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的性能。
力学性能的类型
1.按加载方式不同：拉伸、压缩、弯曲、扭转与剪切等 2.按载荷变化特性：静载荷力学性能和动载荷力学性能
形状记忆合金内
部的微观结构会
(c)
加热后恢复
发生晶相转变， 宏观就表现为自
身形状的改变。
形状记忆效应简易演示实验
提起陶瓷，大家并不陌生，我们每天都在与陶瓷 打交道：吃饭的碗，喝水的茶杯，贴墙的瓷砖，建筑 水泥，玻璃……
陶瓷是我国古代劳动人民的一大发明。陶瓷诞生 的确切年月，已无从考证。从现有的考古材料看，可 以断定陶瓷与中华文明几乎同时诞生。 在英文单词 中，“china”一词代表中国，当这个单词的开头字 母用小写字母时，则代表陶瓷器，可见中国人发明了
机械工程材料与热加工工艺 (1)
第一章 金属材料的力学性能1. 什么是应力？什么是应变？2. 缩颈现象在力—拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没发生塑性变形？3. 将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？4. 布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度：库存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。
5. 下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么：0.21,,,,,,,,,,,.s b k E HRC HBS HBW HV σσσσδψα-洛氏硬度的测试规范标尺 压头 总载荷／N适用测试材料 有效值 HRA 1200金刚石圆锥体600 硬质合金，表面淬火钢 70-85 HRB 1.588mm φ淬火钢球1000 退火钢，非铁合金25-100 HRC 1200金刚石圆锥体1500一般淬火钢件20-67第二章 金属及合金的结构与结晶1. 名词解释：金属键，晶体，晶格，配位数，致密度，单晶体，多晶体，晶体缺陷，相，固溶体，金属化合物，相图。
2. 简述金属的结晶过程。
3. 金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响。
4. 典型金属铸锭组织有哪几部分组成？影响金属铸锭组织的因素有哪些？第三章 铁碳合金相图1. 什么是同素异构转变？室温和11000C 时纯铁晶格有什么不同？和组织名称。
4. 分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织。
5. 含碳量对碳钢组织与性能有哪些影响？第四章 钢的热处理1. 什么叫热处理？常用热处理的方法大致分为哪几类？2. 简述钢在加热时奥氏体的形成过程，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？3. 简述过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能？影响过冷奥氏体转变的因素有哪些？4. 在连续冷却转变中如何应用过冷奥氏体等温转变？5. 什么叫退火？什么叫正火？两者的特点和用途有什么不同？6. 亚共析钢的淬火为何是3(3050)c A C +-︒?过高或过低有什么弊端？7. 什么叫钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？ 8. 碳钢在油中淬火的后果如何？为什么合金钢可以在油中淬火？9. 钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的用途有什么不同？汽车发动机缸盖螺钉应采用哪种回火？为什么？10. 锯条，大弹簧，车床主轴，汽车变速器齿轮的最终热处理有何不同？ 11. 用T12钢制造钢件，请填写工艺结构方框图中的处理工序名称：12. 在普通热处理中，加热后进行保温的作用是什么？感应加热表面淬火是否需要保温，化学热处理的保温有何特点？为什么？第五章 工业用钢1. 填表钢号 所属类别大致含碳量（%）性能特征用途举例Q235-A-F45 T10A 16Mn 20CrMnTi 9CrSi2. 仓库中储存了相同规格的20钢，45钢和T10圆钢，请找出一种较为简便的区分方法。
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fcc 4 12 74% 0.41r γ-Fe.AI.Cu. 最紧排列
bcc 2 8 68% 0.29r α-Fe.Cr.W. 次紧排列
hcp 6 12
74% 0.41r Mg.Zn.Be 最紧排列
三、金属的实际晶体结构与晶体缺陷
1. 单晶体 多晶体
单晶体具有各向异性
晶体的各向异性： 晶体不同方向上的性能差异
工业用金属一般是多晶体---- 多个单晶体（晶粒） 组成 呈现出各向同性
几个名词：晶界
亚晶粒:晶粒内部不同晶格位向的区域.
亚晶界
2、实际金属的晶体缺陷
金属中原子排列的不完整性 (1)点缺陷—空位,间隙原子（离位原子）.
置换 原子 特点：三维尺寸都很小 (2)线缺陷—位错（位错线） 特点：二维尺寸都很小，另一维尺寸相对较长 以位错密度表示 “ρ” 单位 cm/cm3或cm2 (3)面缺陷—晶界,亚晶界 “亚晶”（界） 特点：一维尺寸很小，另二维尺寸相对较大 晶体缺陷并非一成不变
┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金
属的强度.硬度升高的现象称为固溶强化。
一种强化方式，提高材料机性的主要途径 之一
固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工 业常用作基本相,还需强化相---金属化合物。
2.金属化合物
合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它 的晶体结构.性能.熔点与两组元都不同，并具有金 属特征，这种相称为金属化合物 。
二元合金相图的基本类型
各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单 一固溶体，但塑性、可锻性不如单一固溶体。 ∴ 锻钢先加热→单一固溶体（A），再锻打。
组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部 分称为组织。有单相.多相
三.二元合金相图
相图—就是表示不同浓度合金结晶过程的简明图 解。或叫状态图. 平衡图.
四、金属的结晶
1. 金属结晶的概念
温度—时间坐标
过冷—实际结晶温度(Tn)
总是低于熔点(T0)
过冷度 △T=T0-Tn
“过冷” 是金属结晶的必要条件
△T与V冷金属种类、结构、纯度有关 同一金属 V冷↑ △T↑ 结晶平台：结晶潜热补偿外逸热量，Tn不变，液固共存。
四、金属的结晶
第二章 金属及合金的结构与结晶
§1. 金属的结构与结晶 一、金属键与金属的特性（导电性，导热性，塑性）
正离子和自由电子的相互吸引 使金属原子相互 结合的方式形成金属健。 二、金属的晶体结构 1、晶体的概念 晶体 有规则 非晶体 无规则 几个名词：晶格、晶胞、结点、晶格常数 Å为单位（1Å=10-10m）、晶面、晶向
2. 金属结晶的能量条件
高能→低能
温度 T >T0 F固>F液 液体较稳 T <T0 F 固<F液 结晶自发进行 To 理论结晶温度
Tn↓ △T↑ 两相F差大，结晶加速 3. 金属结晶的基本过程
（1） 形成晶核：自发形核 难
非自发形核 多
（2） 晶粒长大 树枝状方式长大
Fe + C → Fe3C Bcc.Fcc +六方→复杂晶格 硬 脆 δ↓
（1）正常价化合物
以形成分（2）电子化合物 电子浓度
（3）间隙化合物（间隙相、具有复杂
结构的间隙化合物） 碳化物 氮化物 …
பைடு நூலகம்
3、机械混合物
单一固溶体强度不够高，应用受限；金属化合物 都是硬而脆，无法用；一般固溶体为基本相 + 分 布少量金属化合物强化相（第二相.中间相），具 有足够的强度，良好的塑性，即机械混合物。常 见钢、铜. 黄铜. 铝合金…
弱、负电性相差小）
b.原子半径相差不大（较小）； c. 晶格类型相同；（晶体结构） ★注意：三个条件必要但不充分！
例 Fe与Au…
（2）间隙固溶体
d质/d剂 ＜ 0.59 奥氏体 铁素体
溶质原子溶入溶剂晶格间隙中而形成的固溶体。
取决于原子半径差和溶剂晶格中间隙半径
3）. 固溶强化 （性能）
2、常见的三种金属晶格
两个参数：
（1） 配位数： 愈大 愈紧密
（2） 致密度： 致密度 ↑ 紧密程度↑
面心立方晶格fcc(Cu,Al,Y-Fe)
晶格类型 体心立方晶格bcc (a-Fe,δ-Fe)
密排六方晶格hcp (Mg,Zn,Ti)
常见的三种金属晶格比较
晶格 原子数n 配位数 致密度 间隙半径 代表金属
溶解），从而形成一种成分和性能均匀的新相， 称为固溶体。
☆特征：溶质原子溶入溶剂晶格中，而仍然保持溶
剂的晶格。
无限固溶体 Cu-Ni…
置换固溶体 有限固溶体
固溶体
间隙固溶体 溶解度总是有限的。
（1）置换固溶体
d质/d剂 >0.59 置换固溶体—— 溶解方式叫做置换溶解。 ☆无限固溶满足三个条件： a.原子外层电子结构相近（电化学亲和力
4、晶粒大小及其控制
晶粒
晶界 不规则 畸变 不稳定… 塑
变抗力↑.强度↑.硬度↑
晶粒小，晶界多，塑韧性好，抗力小
∴控制晶粒要小 ，要细化
形核率（形核速度）N
长大率（长大速度）G
要细化 总的要 ↑N ↓G 比值N/G↑
★细化晶粒的措施
（1）提高金属在结晶时的冷却速度 （提高过冷度）；
系——所研究合金的系统 组元—— 组成合金最基本，能独立存在的物质
相——具有同一化学成分、同一晶体结构，并 以界面相互分开的各个均匀组成部分。
例如： Fe在912℃ α―Fe→γ―Fe Bcc→Fcc, 液→固, 固→另一固…
二.固态合金中的相结构
两类相结构： 固溶体 金属化合物
1.固溶体 组成合金的元素在固态下能够溶解某些元素（互相
（2）变质处理（增加形核率或减小长大率） （3）振动、搅拌 5. 金属的铸锭组织（宏观 ） （1）表层细等轴晶区 细.薄 （2）柱状晶区 ⊥模壁，厚
穿晶（横晶） 各向异性 （3）中心粗等轴晶区 △T小 晶粒粗大疏松
§2 合金的结构与二元合金相图
一.合金——由2或2种以上元素组成的具有金属 特性 的物质。 如：钢铁(Fe-C)、黄铜(Cu-Zn) 青铜(Cu-Sn.Cu-AI…)、硬铝(AI-Cu-Mg)