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《机械工程材料》资料

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《机械工程材料》资料

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教学资源
作者:
2018/01/26 16:59
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  《机械工程材料》

  条件屈服强度s 0.2—残余塑变为0.2%时的应力。

  疲劳强度s -1—无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。

  ⑶ 塑性:材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为d、y。

  ⑷ 硬度:材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。

  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

  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。

  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。

  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。

  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.

  ⑵ 三种常见纯金属的晶体结构

  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

  晶面或晶向。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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部分。

  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成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。

  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a-Fe中的固溶体。

  奥氏体:碳在g-Fe中的固溶体。

  马氏体:碳在a-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、硬度提高,塑性、韧性下降的现象。

  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。

  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

  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

  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

  · 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

  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。

  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)

  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。)

  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

  形核——自发形核与非自发形核

  长大——均匀长大与树枝状长大

  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。

  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

  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

  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。

  孪生特点:

  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。

  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。

  冷加工使内应力增加,耐蚀性下降,r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。

  ㈡ 合金的组织

  1、相图

  匀晶L®a 共晶L®a+b 共析 g®a+b 包晶L+a®b

  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不均匀的现象。

  2、合金中的固态相变

  ⑴ 固溶体转变:A®F

  ⑵ 共析转变:A®P(F+Fe3C)

  ⑶ 二次析出:A®Fe3CⅡ

  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。

  3、铁碳合金相图

  点:符号、成分、温度

  典型合金的结晶过程(以共析钢为例)

  杠杆定律的应用

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