工程材料与成型工艺

第一章：工程材料的分类及力学性能

1、强度：材料抵抗外力作用下变形和断裂的能力（MPa ） （1）弹性限度0e S Fe =

σ（2）屈服点0

s S Fs =σ 屈服阶段特点：负荷F 不变，或略有升高，伸长量L ∆继续显著增加

（3）条件屈服极限2.0σ（无明显屈服现象）

（4）抗拉强度b σ（材料能抵抗最大塑性变形和断裂的能力）

2、塑性：在外力作用下，材料产生永久性变形而不破坏的能力（柔软性）

断后伸长率δ=

00L L L u -断面收缩率ψ=0

0S S S u

-。 ψδ，越大塑性越好 3、硬度（耐磨性）：材料抵抗变形特别是压痕或划痕行成的永久变形的能

力。

（1）布氏硬度HBW /HBS ：以式样压痕的表面积A 去除符合下所得的商 压头：硬质合金头/淬火钢球 HBW=F/A

优点：能准确反映试样的真实硬度。缺点：不适于检验小件薄件和成品件。 350HBW10/1000/30：用直径10mm 的硬质合金钢球在9.807KN 试验力作用 下保持30s 测得的布氏硬度值为350。 （2）洛氏硬度HR ：以残余压痕的大小作为计量硬度的依据。 压头：金刚石圆锥、钢球或硬质合金球 HR=100-n/0.002

60HRBW/s ：用硬质合金球/钢球压头在B 标尺上测得洛氏硬度值为60。 优点：压痕面积小，可检测成品小件和薄件，测量范围大，测量简便迅速。缺点：对内部组织和性能不均匀的材料测量不准确。

4、冲击韧性k a ：在冲击再和作用下抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。

5、疲劳强度：b 12

1

σσ=

-材料在规定N 次的交变载荷作用下，而不致引起断裂的最大应力称为疲劳强度。

6、断裂韧度IC K ：是指带微裂纹的材料或零件阻止裂纹扩展的能力。

第二章：金属学基础

一、金属的晶体结构

2、典型金属晶格类型

3、金属的同素异构转变：

同一金属在一定温度下，发生晶体结构变化的现象。 纯铁在固态下发生两次同素异构转变 二、金属的结晶

1、过冷现象：结晶过程中，n T 总是低于0T 的现象

0T ：理论结晶温度；n T 实际结晶温度

过冷度：0T 与n T 的差值，n T T T

-=∆0

2、过冷是金属结晶的必要条件。

4、晶粒越细，不仅其强度，硬度越高，而且塑性和韧性也越好。

5、晶粒的大小取决于：形核率 N 、生长线速度 G

6、细化晶粒的方法：快速冷却、变质处理、振动搅动、热处理 压力加工 三、金属的塑性变形与再结晶

1、金属塑性变形的实质：滑移（塑性变形的主要形式）

2、冷变形：在低于某一温度（再结晶温度）情况下进行的塑性变形。

3、加工硬化：金属发生冷变形时，随着变形量的增加，金属强度和硬度会增高，塑性与韧性会下降。加工硬化是提高金属强度硬度强化金属材料的重要方法之一，

4、回复：金属加热到某一温度以上时，通过原子的少量扩散而消除晶粒的晶格扭曲，可显著降低金属的内应力。对应的温度称为回复温度。

5、再结晶：可以全部消除加工硬化。再结晶温度：能够进行再结晶时最低温度。 四、合金结构与合金相图

1、固溶体（接近金属，塑性好）

合金的组元之间以不同比例相互混合，混合后形成的固体晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相称为固溶体。

分类：置换固溶体、间隙固溶体。 固溶强化：提高合金的强度，硬度

2、金属化合物 ：各种元素按一定比例形成的具有金属特性的新相，它的晶体类型不同于任一元素。

分类：正常价化合物、电子价化合物、间隙化合物 3、机械混合物：合金的组织之一。

第三章：铁碳合金

一、铁碳合金的基本组织二、铁碳合金状态图应用

1、含碳量对组织平衡的影响

任何成分的铁碳合金在室温下的组织均由铁素体和渗碳体两相组成。随C 含量增加，组织按F →F+P →P → C F P 3e +→d L C F P '++ 3e →Ld ’→

I +'C F d L 3e →C F 3e

2、 含碳量对力学性能的影响

当含碳量<0.9%时，随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 当含碳量>0.9%时，强度明显下降，但硬度仍升高，塑性和韧性下降。 当含碳量>2.11%时，硬度高脆性大，难以切削加工。

三、C F F 3e e 状态图分析

第四章：钢的热处理

一、钢在加热时的组织变换

1、加热时的临界点标c ，冷却时的临界点标r 。

2、共析碳钢的奥氏体化过程：

界面形核→奥氏体晶核长大→未溶C F 3e 溶解→奥氏体均匀化

3、加热和保温的目的：为了获得均匀的奥氏体组织。

4、奥氏体晶粒度及其控制 （1）奥氏体晶粒度：

评定钢的加热质量优劣的主要标准。 （2）获得细小均匀奥氏体晶粒方法： 热处理生产中，控制加热温度和保温时间。 （3）影响奥氏体晶粒度的因素：

加热温度和保温时间：温度过高，时间过长，晶粒粗大。加热速度：冷却时，过冷度大，珠光体组织得到细化。加热时，过热度大，奥氏体晶粒细化。加热速度快，过热度大，有利于细化奥氏体晶粒。钢的组织及成分：钢的原始组织越细，有利于获得细晶组织。 二、钢在冷却时的组织转变 1、冷却方式：

连续冷却（退火、正火、淬火）、等温冷却 2、共析碳钢过冷奥氏体等温转变 3、奥氏体的连续冷却转变 三、钢的退火与正火 1、退火（炉冷）

（1）将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢的冷却以获得接近平衡态组织的热处理工艺。 （2）特点：缓慢冷却（炉冷、坑冷、灰冷）

（3）目的：降低硬度、提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒；消除应力。 （4）分类：

2、正火（空冷）

（1）概念：钢加热到3c A 或cm c A 以上30~50℃，保温

一定时间后，以适当的速度冷却（空冷、风冷、雾冷）而获得索氏体组织的工艺方法。 （2）目的：

3、退火与正火的选择

四、钢的淬火（硬度高、脆性大） 1、概念：钢加热到3c A 或

1c A 以上一定温度，保温一定

时间后，快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺方法。

2、目的：为了得到马氏体；提高工件的硬度和耐磨性；提高弹簧钢的弹性极限；改善某些钢的物理化学性能。 4、淬火的冷却方法：

（1）常见的冷却介质：水、盐水、油、碱水等 合金钢：油淬；碳钢：水淬

（2）单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火，预冷淬火、冷处理