大学机械工程材料总结Word格式.doc
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E=s/e
⑵强度:
材料抵抗变形和破坏的能力。
指标:
抗拉强度sb—材料断裂前承受的最大应力。
屈服强度ss—材料产生微量塑性变形时的应力。
条件屈服强度s0.2—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.
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)缺陷种类
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。
点缺陷对机械性能的影响:
晶格发生畸变,引起金属的强度和硬度增加。
点缺陷将加速金属中的扩散过程:
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.
位错与金属强度:
增加或降低位错密度,都能有效的提高金属强度。
但目前主要依靠增加位错密度,都能有效的提高金属强度。
③面缺陷——晶界和亚晶界(是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。
)
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;
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;
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,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。
2)晶体缺陷对金属性能的影响
引起强度的变化:
采用增加晶体缺陷的办法来提高金属的强度。
降低金属的抗腐蚀性能。
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。
铁素体(F/α):
体心立方、碳在a-Fe中的固溶体。
强度、硬度低,塑性好
奥氏体(A/γ):
面心立方、碳在g-Fe中的固溶体。
强度、硬度不高,塑性好
马氏体(M):
体心正方、碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
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。
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。
2.金属化合物:
金属与金属元素之间或金属与类金属元素之间的具有金属特性的化合物。
晶体结构与组成元素的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:
如(Fe3C)
⑶性能比较:
强度:
固溶体>
纯金属
硬度:
化合物>
塑性:
化合物<
固溶体<
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(如:
网状Fe3CⅡ)
②晶内片状:
强硬度提高,塑韧性降低(如:
珠光体、片状Fe3C)
③颗粒状:
(如:
S回、T回、颗粒Fe3C)
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:
固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同,而金属化合物的晶体结构与组成它的组元都不同,通常较复杂。
②性能:
固溶体相对来说塑韧性较好,硬度较低,金属化合物硬而脆。
3.合金元素在钢中的作用
⑴.强化铁素体;
⑵.形成化合物——第二相强化
⑶.扩大(C、Mn、Ni、Co)或缩小(Cr、Si、W、Mo)A相区
1Cr17,单相F,高温也不发生相变
1Cr18Ni9Ti,单相奥氏体
⑷.使S、E点左移
⑸.影响A化
⑹.溶于A(除Co外),使C曲线右移,Vk减小,淬透性提高.
⑺.除Co、Al外,使Ms、Mf点下降残余A↑。
⑻.提高耐回火性(淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力)
⑼.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)
⑽.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:
伴随着体积变化。
铁的同素异构转变:
d-Fe⇄g-Fe⇄a-Fe
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:
⑴.冷热加工(以再结晶温度划):
组织与性能的变化
①冷加工组织:
晶粒被拉长压扁、晶粒破碎、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。
②热加工:
形成纤维组织、带状组织、织构现象的产生
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。
金属塑性变形后产生晶格畸变,晶粒破碎现象,处于组织不稳定状态的非平衡组织,
⑵.变形金属在加热过程中组织和性能的变化
回复(去应力退火):
强度和硬度略有下降,塑性略有提高。
电阻和内应力等理化性能显著下降
形成细小的等轴晶粒。
加工硬化消失,金属的性能全部恢复。
金属的强度和硬度明显↓,而塑性和韧性显著↑,性能完全恢复到变形前的水平。
㈡合金的组织
1、相图
匀晶L®
a共晶L®
a+b共析a®
g+b包晶L+b®
a
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:
P(F+Fe3C)
⑶二次析出:
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。
固溶热处理:
将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右,使碳化物相全部或基本溶解,碳固溶于奥氏体中,然后快速冷却至室温,使碳达到过饱和状态。
这种热处理方法为固溶热处理
时效处理(自然时效和人工时效):
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。
人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火,它比自然时效节省时间,残余应力去除较为彻底.
3、铁碳合金相图
点:
符号、成分、温度
线:
液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线
相区标注
组织组成物标注
复相组织组成物:
珠光体P(F+Fe3C)莱氏体Le(A+Fe3C)Le’(P+Fe3C)
4.材料的组织结构与性能
⑴.结晶组织与性能:
F、P、A、Fe3C、Ld;
1)平衡结晶组织
平衡组织:
在平衡凝固下,通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀,并一直保留到室温。
2)成分、组织对性能的影响
①硬度(HBS):
随C﹪↑,硬度呈直线增加,HBS值主要取决于组成相的相对量。
②抗拉强度():
C﹪<0.9%范围内,先增加,C﹪>0.9~1.0%后,值显著下降。
③钢的塑性()、韧性():
随着C﹪↑,呈非直线形下降。
3)硬而脆的化合物对性能的影响:
化合物呈网状分布:
则使强度、塑性下降;
化合物呈球状、粒状(球墨铸铁):
降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用,使韧性及切削加工性提高;
呈弥散分布于基体上:
则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大,使强度、硬度增加,而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化;
呈层片状分布于基体上:
则使强度、硬度提高,而
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