浙大机械制造基础复习提纲—

钢铁按化学成分分类：

纯铁（<0.02% ）、熟铁（<0.04%）、钢（0.05~2%）、生铁又称铸铁（2%～

4.3%）

其中

低碳钢0.04%~0.25%C

中碳钢0.25%~0.6%C

高碳钢0.6%~2.11%C

第1章金属材料的力学性能

1力学性能：指材料在外力的作用下抵抗变形和破坏的能力。

2力学性能指标：（1）强度：屈服强度，抗拉强度，疲劳强度

（2）塑性：延伸率，断面收缩率

（3）硬度：布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度

（4）韧性：冲击韧性，断裂韧性

3材料被外力破坏的一般过程：弹性形变——塑性形变——断裂

弹性变形是外力去除后能够自行恢复的变形。

塑性变形是外力去除后不能完全自动恢复而保留下来的变形，又称永久变形。4力的伸长曲线

OE段：弹性变形阶段，E点为弹性极限。

ES段：屈服强度（弹-塑性阶段），高碳钢该阶段屈服较高，曲线较长，s点为屈服点SB段：强化阶段

BK段：缩颈阶段

K处：断裂

5抗拉强度：σb，材料能承受的最大应力（b点）。表征材料抵抗断裂的能力。σb=F b/S o 对于脆性材料必须用σb作为强度指标。

6抗压强度σbc，抗弯强度σbb，抗剪强度στ

7刚度：零件或构件抵抗弹性变形（oe段）的能力，取决于弹性模型E

8ε取决于金属本身性质，热处理影响极小。

，伸长率与试样的长度有关，同一材料长度不同，伸长率也不同。所以规定一般取L0=10S0或5S0

9硬度：材料抵抗硬物压入或划伤表面的能力。常见三种测定方法，均采用压入法。

10布氏硬度（HB）：使用淬火钢球压头（HBS，HB<450时使用）或硬质合金球（钨锰合金）压头（HBW，HB>450时使用）以相应的实验力压入待测材料表面。

表示方法：600HBW5/30/20 硬度值压头压头直径/试验力Kgf/保持时间

11洛氏硬度（HR）：采用120°的金刚石圆锥体压头或直径1.588m的淬火钢球或硬质合金球压头。

当被测样品过小或者布氏硬度大于450时，就改用洛氏硬度计量。

以压痕深浅来计量硬度。

测定过程：加初载荷，加主载荷，卸主载荷（由于弹性形变略微提高高度）。

测试原理基本与布氏硬度相同，载荷分为六级。

在试样厚度允许的情况下尽可能选用较大的试验力，提高测量精度。

表示方法：640HV30/20 硬度值HV试验力/保持时间

13屈服强度

产生屈服时（S点）的最小应力。表征抗塑性变形的能力。σs=F s/S o

14疲劳断裂

工作应力远小于抗拉强度、甚至小于屈服强度时，在长时间工作后发生突然断裂的现象。

事先无明显的塑性变形，具有很大的危险性。

15疲劳强度

材料经无限多次应力循环仍不断裂时的最大应力。

问题一

高碳钢的力—伸长曲线应该是怎么样的？

答案：

问题二

有一紧固螺栓使用后发现有塑性变化（伸长），试分析材料的哪些性能指标达不到要求。

答案

强度和硬度不足。

材料在载荷作用下抵抗塑性变形和破坏的能力称为强度。材料出现了塑性变形说明其抵抗塑性变形的能力不足。

硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形和破坏的能力。材料出现了塑性变形说明其抵抗局部塑性变形的能力不足。

第3章铁碳合金

合金概念

合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的材料。

相

在合金中，成分、结构及性能相同的组成部分成为相。

基本项：F、A、Fe3C；多相混合物：P、Ld

合金组织

固溶体：一种组元的原子融入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。

金属化合物：按一定原子数量之比互相化合而形成的具有金属特性的物质。

混合物：两种或两种以上相按一定的质量分数混合在一起而组成的物质。

认识相图（特性点、线，相区，温度，含碳量）

C>6.69%，脆性大，工业上没有使用价值。

没有反映时间的作用，因而在实际加工过程，当冷却和加热速度较快时，常常不能用相图来分析问题。

特征点：

A点（1538℃）：纯铁的熔点。

C点（1148℃）：共晶点。

D点（1227℃）：渗碳体的熔点。

E点（1148℃）：碳在γ-Fe中最大溶解度。

F点（1148℃）：共晶渗碳体的成分点。

G点（912℃）：纯铁的同素异构转变点（A3）。

P点（727℃）：碳在α-Fe中的最大溶解度。

S点（727℃）：共析点。

Q点（室温）：碳在铁素体中的溶解度（0.0008%）。

特征线：

ACD：液相线。

AECF：固相线。

ECF：共晶反应线，C为共晶点，温度问1148摄氏度，成分为莱氏体。

PSK（A1线）：共析反应线，S为共析点。

ES（A cm线）：碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体固溶C的能力随温度下降而下降。

PQ：碳在铁素体F中的溶解度曲线。析出三次渗碳体。

相区：

从左至右：亚共析钢=>共析钢（0.77%C）=>过共析钢=>（2.11%C）=>亚共晶白口铸铁=>共晶白口铸铁（4.3%C）=>过共晶白口铸铁。

各相性能、形态

铁素体（F）：铁溶于α-Fe。

强度低、硬度低、塑性好。

晶粒在显微镜下呈现均匀明亮、边界平缓的多边形特征。

奥氏体（A）：碳溶于γ-Fe。

强度较低、硬度不高、塑性良好。

显微组织为边界比较平直的多边形晶粒。

渗碳体：分为一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体。

硬度很高（800HB）、塑性极差、脆性大、强度低、耐磨性较好。

呈片状、针状、粒状或网状。

合金中，渗碳体越多，合金越硬、越脆。

珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。平均含碳量0.77%。

在727℃由奥氏体共析反应生成。

强度、硬度、塑性均较好。

显微结构为铁素体与渗碳体层片相间，片状P。

莱氏体（Ld）：铁碳合金中的共晶混合物。

1148℃时，C量大于2.11%的液态合金同时结晶出A与Fe3C（共晶反应）的机械混合物。

强度、塑性低，硬度很高。

溶碳能力：渗碳体>奥氏体>铁素体

典型铁碳合金结晶过程

力学性能与含碳量、温度变化，如螺钉螺丝

随着碳含量的增加，渗碳体的含量增大；硬度不断增高，强度在0.77%C前增大、之后逐渐下降；塑性和韧性不断下降，白扣主题塑性降到近于零值。

对于形状复杂的箱体、机器底座，可选用熔点低、流动性好的铸铁材料。

螺钉、螺母等标准件常用低碳钢（0.25%）制造，因为其塑性、韧性好，有一定强度，具有优良的冷成型性能。

室温时平衡状态下T10比T12抗拉强度高，但硬度低，因为在钢中当含碳量超过1.0%时，所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状使钢的脆性增加，塑性韧性不断下降，而硬度呈直线上升。

铸造要求结晶温度间隔小、流动性好、分散缩孔少，常选用结晶共晶成分附近的合金。

钢的含碳量一般小于2.11%，塑性好，容易加工成型。

第4章钢的热处理

热处理

通过加热、保温、冷却，改变其组织，获得所需性能的一种加工工艺。

原理：基于同素异构转变、共析转变、固溶和脱溶等固态下的组织转变。

重点分类：整体热处理、表面热处理、化学热处理（属于表面热处理）。

工艺要素：温度和时间。

奥氏体的形成过程

奥氏体化就是加热工件，使温度达到共析温度以上，使常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。

奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的的组织。

加热时组织转变：奥氏体晶核的形成=>奥氏体晶核的长大=>残余渗碳体的溶解=>奥氏体