机械工程材料总复习

1、内燃机的活塞（1）用活塞销（2）与连杆（3）相连， 内燃机的活塞（ 用活塞销（ 与连杆（ 相连， 活塞销与连杆之间有一个轴瓦（ ），通过连杆螺栓 通过连杆螺栓（ 活塞销与连杆之间有一个轴瓦（4），通过连杆螺栓（5） 将连杆装在曲轴（ 连杆与曲轴之间装有轴瓦（ 将连杆装在曲轴（6）上，连杆与曲轴之间装有轴瓦（7）。 试写出以上7种零件的材料名称（ 试写出以上7种零件的材料名称（注：4和7用两种有色合 金）。 （1)活塞 铝合金，（ ）活塞销：20Cr 活塞:铝合金，（2）活塞销： 活塞 铝合金，（ ，（4）轴瓦：铜基轴承合金； （3）连杆：45，（ ）轴瓦：铜基轴承合金； ）连杆： ，（ ；（6)曲轴 （5）连杆螺栓：40Cr；（ 曲轴：45； ）连杆螺栓： ；（ 曲轴： ； （7）轴瓦：锡基巴氏合金 ）轴瓦：
组织 P+F P+F P+Fe3CII 球状P 球状
P+F 或 P+Fe3CII S（ + F 或 （ Fe3CII )
三、钢的淬火
加热： 加热： 亚共析钢： 亚共析钢：Ac3＋30～50℃ ～ ℃ 共析钢、过共析钢： 共析钢、过共析钢：Ac1＋30～50℃ ～ ℃ 淬火组织： 淬火组织： 亚共析钢： 亚共析钢： 含C量<0.2%时: M板条 量 时 含C量0.2 ～ 0.77％时: （M板条+M片状）+A´ 量 ％ ´ 共析钢： 共析钢： （M板条+M片状） ＋A 过共析钢： 过共析钢： M片状＋A´＋Fe3C粒状 应注意钢的淬透性与淬硬性两个概念的区别。 应注意钢的淬透性与淬硬性两个概念的区别。 淬透性 两个概念的区别
(b.c.c) (f.c.c) (b.c.c)
钢中的基本组织：铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、 钢中的基本组织：铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、 渗碳体（一次、二次、三次渗碳体） 渗碳体（一次、二次、三次渗碳体）
过共析钢 400× × 组织： ＋ 组织：P＋Fe3CⅡ 相： α＋Fe3C ＋
二、Fe-Fe3C相图的填写 相图的填写 1、用相组成物和组织组织物填写 、
铜合金 轴瓦
巴氏合 金轴瓦
2、生产壁厚为6mm的滚动轴承套圈，要求：〔1〕表面耐磨； 生产壁厚为6mm的滚动轴承套圈，要求： 6mm的滚动轴承套圈 表面耐磨； 〔2〕硬度大于58HRC；〔3〕组织为少量未溶渗碳体＋回火马氏体 硬度大于58HRC； 58HRC 组织为少量未溶渗碳体＋ 少量残余奥氏体。 ＋少量残余奥氏体。 （1）选用什么材料？若厚度增大（如大于15mm），改用什么材料 选用什么材料？若厚度增大（如大于15mm），改用什么材料 15mm）， 更好？ 更好？ （2）写出简明加工工序。 写出简明加工工序。 （3）画出预处理工艺曲线和最终热处理工艺曲线（注明加热温 画出预处理工艺曲线和最终热处理工艺曲线（ ）。选用什么淬火介质进行冷却 选用什么淬火介质进行冷却？ 度）。选用什么淬火介质进行冷却？ （4）预处理的目的是什么？ 预处理的目的是什么？
溶质原子C、 、 固溶于 固溶于α Fe基体中可形成固溶体 溶质原子 、Si、Mn固溶于α－Fe基体中可形成固溶体 ，其中 、 可形成间隙固溶体， 可形成置换固溶体， 加入 C 可形成间隙固溶体，加入 Si、Mn 可形成置换固溶体， 塑性变形 ， C 的固溶强化效果最大。对于纯铜， 提高强度， 的固溶强化效果最大。对于纯铜，可通过 提高强度 加工硬化 在铸造Al－ 合金中 加入变质剂(钠 合金中， 其强化机制为 。在铸造 －Si合金中，加入变质剂 钠 细晶强化 。（在 盐、Ti、B）提高强度的强化机制为 、 ） （P193） 。（在 ） 铸铁液中加入硅钙合金） 铸铁液中加入硅钙合金）
一、等温冷却转变曲线
800 700 600 500 400 300
Ms
T/℃
A1
A
转变开 始
过 冷 A
A→ P
转变结束
P 5~25HRC S
25~35HRC 35~40HRC 40~50HRC
A→ S A→ T
T
过 冷 A
A→上
B
上B
A →下 B
下B
50~60HRC
200 100 0 -100 0
Mf
10
3
10
4
5 10 时间/s
二、钢的退火与正火
处理类型 完全退火 等温退火 球化退火 去应力退火 扩散退火 正火 加热温度 Ac3＋30～50℃ ～ ℃ Ac3+30~50℃ ℃ Ac1+30~50℃ ℃ Ac1＋20～30℃ ～ ℃ ＜Ac1
Ac3+ 150～250℃ ～ ℃ Ac3（或Accm）以 上30~50℃ ℃
（3）a）正火的目的是为了消除锻造后的残余应力和细 正火的目的是为了消除锻造后的残余应力和细 化组织，提高切削加工性。可加热到870 880℃保温后 化组织，提高切削加工性。可加热到870 ～880℃保温后 出炉空冷。（ 。（2 出炉空冷。（2分） b）渗碳是为了增加齿轮表层含碳量，提高表面硬度、 渗碳是为了增加齿轮表层含碳量，提高表面硬度、 是为了增加齿轮表层含碳量 耐磨性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度； 耐磨性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；渗碳后缓冷是 为了减小变形（直接淬火变形大）。淬火加热温度要保 ）。淬火 为了减小变形（直接淬火变形大）。淬火加热温度要保 证心部处在单相奥氏体区，可选用860 860～ 加热， 证心部处在单相奥氏体区，可选用860～880 ℃ 加热， 采用低温回火， 180～200℃。 用压床淬火，油冷。回火采用低温回火 用压床淬火，油冷。回火采用低温回火，如180～200℃。 （4 分）
100
β+ α+β β α ） +α β+α α
70 80
0
20
30
40
50
60
90
100 G
Pb
WSn(%) Pb-Sn 相图
Sn
第三章 铁碳合金及合金钢概述
一、基本概念
相与组织、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、 相与组织、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、初生相与次生相 钢中的基本相：α相、γ相、δ相、渗碳体 钢中的基本相： 相 相
α+ Fe3C
Fe3C
2、用组织组成物填写 、 δ+L 1600 B 1495 δ
1400
N
1200 1000 800
δ+A A F+ A
0.77
L
2.11 1148
L+A E
L+Fe3CⅠ
4.3
D F
F
600 400
A+ A＋ Fe C ＋ 3 Ⅱ＋ Ld Fe3CⅡ
727
C Ld
Ld+Fe3CⅠ
a X
b
注意：若截距值是负值， 注意：若截距值是负值，在数字头上加横线如 (100 ) 。
注意： 注意：
体心立方晶格中，密排面为｛110}，密排方向为 体心立方晶格中 密排面为｛110}， 111〉 〈111〉。 面心立方晶格中，密排面为｛111}，密排方向为 面心立方晶格中 密排面为｛111}， 110〉 〈110〉。
3、一个重载齿轮，直径500mm，厚度70mm。（1）选择合 一个重载齿轮，直径500mm，厚度70mm。（1 500mm 70mm。（ 适材料；（ ；（2 写出简明加工路线；（ ；（3 适材料；（2）写出简明加工路线；（3）说明热处理方 法和目的（10分 法和目的（10分） 答：（1）选用渗碳钢（1分）。因为该齿轮尺寸较大， ：（1 选用渗碳钢（ ）。因为该齿轮尺寸较大， 因为该齿轮尺寸较大 所选材料应具有较高的淬透性和强度，可选用20CrMnMo 所选材料应具有较高的淬透性和强度，可选用20CrMnMo 等渗碳钢（ 等渗碳钢（2分） （2）加工路线：下料→锻造→正火→机加工→渗碳缓冷 加工路线：下料→锻造→正火→机加工→渗碳缓冷 淬火+低温回火→喷丸→检验（成品）（ ）（1 →淬火+低温回火→喷丸→检验（成品）（1分）
例1：求下列晶向的晶向指数 ： 1、建立坐标系。 、建立坐标系。 Z [332] c a b
2 c 3
2、过坐标原点做平行 、 于待定晶向的直线。 于待定晶向的直线。 3、求出直线上任意一点 、 的坐标值。 、 、 的坐标值。1、1、2/3 Y
4、将三个坐标值按比例 、 X 化为最小整数， 化为最小整数，加方 括号， 括号，[332] 注意：若坐标值是负值， 注意：若坐标值是负值， 在数字头上加横线。 在数字头上加横线。
二、晶体缺陷与强化机制
固溶强化（点缺陷与位错的相互作用） 点缺陷 —— 固溶强化（点缺陷与位错的相互作用） 加工硬化（位错与位错的相互作用） 线缺陷 —— 加工硬化（位错与位错的相互作用） 细晶强化（晶界与位错的相互作用） 面缺陷 —— 细晶强化（晶界与位错的相互作用） 弥散强化 （细小的第二相与位错的相互作用） 细小的第二相与位错的相互作用）
四、钢的回火
1. 低温回火（150～250 ℃） 低温回火（ ～ 组织： 组织： 回火M（ 过饱和α固溶体十 过饱和α固溶体十ε 碳化物 →回火 （M回 ） 2. 中温回火 中温回火(350-500℃) ℃ 组织： 组织： 细粒状Fe 回火屈氏体（ α相＋细粒状 3C → 回火屈氏体（T回） 相仍保持M形态 形态。 α相仍保持 形态。 3. 高温回火 高温回火(500-650℃ ） ℃ 组织： 组织： 多边形α 颗粒状Fe 回火索氏体（ 多边形α相＋颗粒状 3C→回火索氏体（S回） 回火索氏体
F+ Fe3CⅢ
200 0
P S P P＋ ＋ P Fe3CⅡ ＋ F
K
P＋ Fe3CⅡ＋L’d ＋ L’d
2 3 4
Ld’+Fe3CⅠ Fe3C
5 6 6.69
Fe百度文库
1
Wc(%)
基本反应： 基本反应： 发生包晶转变 包晶转变： 在1495 ℃发生包晶转变： LB+δH δ 1495℃ γJ
在1148℃发生共晶转变： 1148℃发生共晶转变： 共晶转变 1148℃ LC γE+Fe3C
在727℃发生共析转变： 727℃发生共析转变： 共析转变 727℃ γS αP+Fe3C
三、钢的分类与编号
Q235、45、40Cr、T10、20CrMnTi、 38CrMoAl、GCr15、60Si2Mn、5CrMnMo、 Cr12MoV、W18Cr4V、1Cr18Ni9TiQ
第四章 钢的热处理
第二章 合金的相结构与结晶 一、基本概念
1、固态合金的相结构 、
纯 金 属 合 金
金 属 材 料
三元 合金 固溶体
间隙固溶体 置换固溶体
二元 合金 正常价化合物 金属间化合物 多元 合金 非正常价化合物
2、相图 、 （二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图） 二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图） 3、几种转变 、 （匀晶转变、共晶转变、包晶转变） 匀晶转变、共晶转变、包晶转变）
例2：求下列晶面的晶面指数 ： 1、建立坐标系。（注意：原点不能设在待定晶面上） 。（注意 、建立坐标系。（注意：原点不能设在待定晶面上） Z （100） ） c 2、求待定晶面在三个 、 坐标轴上的截距。 坐标轴上的截距。 1、∞、 ∞ 、 、 3、取三个截距的倒数 、 1、0、0 、 、 Y 4、化为最小整数， 、化为最小整数， 加圆括号，（ ，（100） 加圆括号，（ ）
4、平衡结晶、非平衡结晶、晶内偏析、扩散退火 、平衡结晶、非平衡结晶、晶内偏析、
5、相与组织的区别 、
二、相图分析： 相图分析： T
500
400
L
A 327.5
300
200
α α+β β
0 F 10
M
L+α α 183
19
E
231.9 B L+β N β 97.5 β
（ 61.9 α+ +β β α+β β α+β α β α β α β
1.线 1.线、区说明 （5线、6区） 2.“孕育期” 2.“孕育期” 孕育期 即转变开始线 与纵坐标轴之 间的距离。 间的距离。 鼻尖” “鼻尖”处最 短， 既过冷A 既过冷A最易 发生转变。 发生转变。 3. 转变产物 P、S、T、B下 B上、M、A´
A→M
M+A'
60~65HRC
M
1
10
10
2
第一章 一、三种常见的晶体结构
体心立方、面心立方、 体心立方、面心立方、密排六方 晶面指数的求法： 晶面指数的求法： 建坐标→求截距→取倒数→化整数→ 建坐标→求截距→取倒数→化整数→加（ ） 晶向指数的求法： 晶向指数的求法： 建坐标→做直线→求坐标值→化整数→ 建坐标→做直线→求坐标值→化整数→加 [ ]
答： （1）选用滚动轴承钢，因该套圈厚度为 ）选用滚动轴承钢，因该套圈厚度为6mm，属中小型滚 ，
动轴承，对淬透性要求不高，可选用 等轴承钢。 动轴承，对淬透性要求不高，可选用GCr15等轴承钢。若厚度大 等轴承钢 更好。 于15mm，改用 ，改用GCr15SiMn更好。 更好
锻造→（正火＋）球化退火→机 ＋）球化退火 （2）下料 锻造 （正火＋）球化退火 机 ）下料→锻造 淬火＋ 粗磨→研磨 加工→淬火 低温回火→粗磨 研磨（抛光） 加工 淬火＋低温回火 粗磨 研磨（抛光） ）（4） （3）（ ）略。 ）（
1600 A δ 1400 N 1200 1000 800 600 400 200 0 Fe Q 1 2 3 4 5 6 6.69
δ+L
B 0.53 J 0.17 H 0.09
1495
L L+γ γ γ
2.11 E 1148
δ+γ
0.77
L+Fe3C
4.3 C
D F
G
α+ γ
α
γ+Fe3C
727
K
P S 0.02