新版机械工程材料总复习.ppt

绑扎物件所用材料要求具有良好的塑韧性、易于变形，而铁
丝的主要成分为软韧相的铁素体，适宜用作绑扎材料；
起重机的钢丝绳要求其具有较高的强度，而60、65钢的主要
成分为珠光体，珠光体具有较高的强度，故起重机的钢丝绳用60、
65钢制造。
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8、钳工锯含碳量0.8%、1.0 %、1.2%等钢比锯含碳量0.1%、0.2%钢 费力，锯条易磨钝。
最大应力。
⑶ 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指 标为、。
⑷ 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为 HB、HRC。
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⑸ 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为αk. 材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。
⑹ 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标 为K1C。
2、化学性能
⑶ 立方晶系的晶面指数和晶向指数
①晶面指数：晶面三坐标截距值倒数取整加（ ）
②晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加 [ ]
立方晶系常见的晶面和晶向
⑷ 晶面族与晶向族
指数不同但原子排列完全相同的
a
晶面或晶向。
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⑸密排面和密排方向 ——同滑移面与滑移方向
在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。
⑴ 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。
⑵ 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。
3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。
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㈡ 工艺性能
1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、 偏析倾向。
2、锻造性能：成型性与变形抗力。
3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。
成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。
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⑵ 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成 的固溶体。
为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。
铁素体：碳在-Fe中的固溶体。
奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。
马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。
固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度
4、使S、E点左移
5、影响A化
6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, Vk减小, 淬透性提高.
7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。
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8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降 的能力）
9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火 时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’ 转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象)
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3、低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；
低温莱氏体由珠光体和渗碳体组成，其含碳量大于珠光体含碳量； C% ↑，硬脆相Fe3C%↑，软韧相 F%↓，故塑性 ↑。
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4、在1100℃，含碳量0.4%的钢能进行锻造，含碳量4%的铸铁不能进 行锻造；
在1100℃时，含碳量0.4%的钢可获得奥氏体组织，而奥氏体塑
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3、铁碳合金相图 点：符号、成分、温度
线：液固相线、水
A 1538℃ D 1227℃
N 1394℃ G 912℃
HJB 1495℃ ECF 1148℃ PSK 727℃
平线、固溶线、固 溶体转变线
温 度
A N
L+
HB J
A+
L D
相区标注
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一、性能
㈠ 使用性能
1、力学性能
⑴ 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。
指标为弹性模量：E=/
⑵ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：
抗拉强度 b—材料断裂前承受的最大应力。
屈服强度 s—材料产生微量塑性变形时的应力。
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条件屈服强度 0.2—残余塑变为0.2%时的应力。 疲劳强度 -1—无数次交变应力作用下不发生破坏的
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㈡ 合金的晶体结构 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性
的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。
相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其 他部分有界面分开的均匀组成Baidu Nhomakorabea分。
1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相.
⑴ 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形
⑷ 影响再结晶晶粒度的因素：①加热温度和时间；
②预先变形程度
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4、塑性变形： 金属塑性变形方式：滑移和孪生
⑴ 滑移的特点：
①只能在切应力的作用下发生；
②沿密排面和密排方向发生；
③位移量是原子间距整数倍；
④伴随着转动
滑移的机理：通过位错运动实现。
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孪生特点：
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强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VC
中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6
弱碳化物形成元素：Mn、Fe
如Fe3C
⑶ 性能比较：强度：固溶体纯金属
硬度：化合物固溶体纯金属
塑性：化合物固溶体纯金属
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⑷ 金属化合物形态对性能的影响
① 基体、晶界网状：强韧性低
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2、实际金属
⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。
晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体.
晶界：晶粒之间的交界面。
⑵ 晶体缺陷—晶格不完整的部位
① 点缺陷
空位：晶格中的空结点。
间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。
置换原子：取代原来原子位置的外来原子。
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①孪生使晶格位向发生改变；②所需切应力比滑移大 得多，变形速度极快，接近于声速；③孪生时相邻原 子面的相对位移量小于一个原子间距。
⑵ 冷热加工：以再结晶温度划分
① 冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、
织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋
于一致的现象。
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加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、 硬度提高，塑性、韧性下降的现象。
4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。
5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回
火脆性。
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二、晶体结构
㈠ 纯金属的晶体结构 1、理想金属 ⑴ 晶体：原子呈规则排列的固体。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.
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⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
形核——自发形核与非自发形核
长大——均匀长大与树枝状长大
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⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处 理；③机械振动、搅拌
2、纯金属中的固态转变
同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发 生变化的现象。
固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;
③伴随着体积变化。
不均匀的现象。
2、合金中的固态相变
⑴ 固溶体转变：AF
⑵ 共析转变：AP(F+Fe3C)
⑶ 二次析出：AFe3CⅡ.精品课件.
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⑷ 奥氏体化
⑸ 过冷奥氏体转变
⑹ 固溶处理+时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬
火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。
时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温 度保温，以析出弥散强化相的热处理。
冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，提高。 ② 热加工：形成纤维组织、带状组织 纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时
应考虑使流线方向与拉应力方向一致。
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㈡ 合金的组织 1、相图
匀晶L 共晶L+ 共析 + 包晶L+
杠杆定律：只适用于两相区。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分
晶格常数
体心立方 a
面心立方 a
密排六方
a、c
原子半径
3a
4
2a 4
1a 2
原子个数
2
4
6
配位数
8
12
12
致密度
0.68
0.74
0.74
滑移面
{110}×6
{111} ×4 六方底面×1
滑移方向 <111> ×2
<110> ×3 底面对角×3
滑移系
12
12
3
常见金属 -Fe、Cr、W.精品课-件F. e、Ni、Al Mg、Z17n
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金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多； 需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性 变形的抗力越高。
晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多, 变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和 塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好.
细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、 韧性的方法。
C%＜0.77% ：C%↑，P↑，σ ↑。 0.77% ＜ C%＜0.9%：C%↑, P组织越细，σ↑。 含C量超过共析成分后，合金中 Fe3CⅡ量很少，且呈粒片断续包围
P分布，由于相界面增多，所以合金强度还会略有升高，直到C% = 0.9%时。 0.9% ＜ C% ＜2.11% ： Fe3C呈网状分布，包围P，割裂了P晶粒之间的结合，使合金σ↓, （随C%↑）。
提高，塑性、韧性下降的现象。
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马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加 而提高。
⑵ 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相.
① 正常价化合物 如Mg2Si ② 电子化合物 如Cu3Sn ③ 间隙化合物：由过度族元素与C、N、H、B等小原
子半径的非金属元素组成。
分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。
性好、易于成形；
而含碳量4%的铸铁则获得奥氏体、莱氏体和渗碳体，其中莱氏
体和渗碳体的脆性大，因此不能锻造。
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5、钢铆钉一般用低碳钢制成；
铆钉通过变形连接两个工件，这要求所用材料具有良好的塑性。
而低碳钢含碳量较低，软韧性的铁素体含量较多，硬脆相的渗碳体
含量较少，因此塑性较好，能满足铆钉的选材要求。
铁的同素异构转变：-Fe13⇄94℃-Fe9⇄12℃-Fe
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3、再结晶 ⑴再结晶条件：冷塑性变形
⑵加热时的变化：回复→再结晶→晶粒长大
再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程. 再结晶不是相变过程。
⑶ 再结晶温度：发生再结晶的最低温度。
纯金属的最低再结晶温度T再0.4T熔
1、含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高； 硬度（HB)取决于组成相的硬度及其相对含量。 C% ↑，高硬度的Fe3C%↑，低硬度的 F%↓，故HB ↑。
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2、室温下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；
σ与C%有关，还与C的分布、形状有关。 晶粒呈片状的共析Fe3C与F组成的P组织具有较高的强度，且 P组织越细，则强度越高。
② 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低
③ 颗粒状：
弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀, 合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。
⑸ 固溶体与化合物的区别：①结构；②性能；③表达
方式
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• 合金元素在钢中的作用
1、强化铁素体；
2、形成化合物——第二相强化
3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区
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6、钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形；
含碳量0.0218%~2.11的铁碳合金称为钢，钢加热可获得奥氏
体组织，而奥氏体塑性好、易于成形；
而铸铁液相线和固相线之间的间距较小、流动性好、枝晶偏
析倾向小，铸造性能较好。
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7、绑扎物件一般用铁丝，而起重机的钢丝绳用60、65钢制造；
C% ↑，高硬度的Fe3C%↑，低硬度的 F%↓，故HB ↑。 含碳量过高，硬度太大，对刀具磨损严重，不利于切削。
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《机械工程材料》
总复习
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结晶 塑性变形
热处理
工业用钢 铸铁
纯金属
有色金属及其合金
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合金
使用性能 工艺性能
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金属强化机制
细晶强化 （变质处理又称孕育处理）金属凝固阶段 固溶强化（固溶处理）热处理阶段 弥散强化 （时效处理）热处理阶段 加工硬化 （塑性变形又称压力加工）制造阶段
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② 线缺陷——位错
晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发 生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线.
③ 面缺陷——晶界和亚晶界
亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小 晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。
④ 晶界的特点：
原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性
低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。
10、防止第二类回火脆性：W、Mo
(回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的
冲击韧性下降的现象。)
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三、组织
㈠ 纯金属的组织
1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程
⑴ 结晶的条件——过冷：在理论结晶温度以下发生 结晶的现象。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。
⑵ 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大