《机械工程材料》复习课

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1、《机械工程材料》复习课第一章金属的晶体结构与结晶一．晶体与非晶体晶体：非晶体：长程有序排列短序有序具有确定熔点无固定熔点各向异性各向同性二．金属的晶体结构体心立方面心立方密排六方晶胞内原子数2个4个6个致密度K=0.68K=0.74K=0.74三．实际晶体的结构1．点缺陷：空位与间隙原子在一定温度下总有一定平衡浓度的点缺陷存在，引起点陈畸变，可以消失。当淬火或冷加工时会产生室温下的过饱和点缺陷。空位与扩散机制有关。2．线缺陷：位错晶体中有几层原子错排了位置而形成的晶体缺陷。正、负刃型位错可相互抵消。塑性变形机制：通过位错在切应力作用下在

2、晶体中逐渐移动完成，而不是刚性的移动。位错密度：ρm=提高强度：（1）完全消除金属内的位错缺陷，σs～理论值：（2）↗ρm加工硬化、热处理强化。3．面缺陷：晶界、亚晶界晶粒内的晶格位向基本一致，各晶粒间位向都不同；亚晶间两侧晶体有很小的位向差θ<2°，亚晶界由一系列相隔一定距离的刃型位错垂直排列而成。晶界、亚晶界细化，可以↗强度、硬度和塑、韧性（1）界面对塑性变形时的位错移动有阻碍作用，引起位错塞积，使变形抗力↗，强度、硬度↗。（2）需要周围晶粒作协调的弹性变形以保持物体的连续性，使变形抗力↗。（3）晶界越多，阻碍裂纹扩展，使韧性↗。（

3、4）晶粒细化，可使塑性变形均匀分散到各晶粒内，使应力集中程度↙，试样断前塑性变形更多，使塑性↗。四．纯金属的结晶平衡凝固条件下：理论凝固温度T0=T熔实际非平衡凝固，存在过冷现象。⊿T=T0-T1℃冷却速度越大，⊿T也越大，过冷是金属结晶的必要条件。结晶是一个不断形核与长大的过程，最后长成一个多晶体。自发形核：液相中一些原子的短程有序结构自发成为晶核；非自发形核：依附于难熔质点和型壁表面形核。由于棱角处散热条件优越，晶粒常长成树枝晶。五．细化晶粒的方法依据：Z∝，随着⊿T↗，形核率N的↗比G的↗快，得细晶粒。冶铸时（1）增大⊿T；（2）

4、变质处理：改变N、G。（3）附加振动：使树枝晶破碎，↗N。其它方法：（4）通过重结晶，重新形成晶核，长成细晶粒，eg:Fe-C合金。（5）高应力下热加工时动态再结晶，锻、轧钢材比铸钢晶粒细。六．金属同素异晶转变当外界条件改变时，有些金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。特点：（1）属恒温转变，原子重排的固态相变，需更大的过冷度⊿T。（2）包括形核、长大的过程，释放结晶潜热，称为重结晶或二次结晶。（3）伴随有比容的跃变，产生较大内应力。（K、a不同）第二章机械性能一．强度与塑性（静拉伸试验）1．弹性极限：бe=开始产生微量塑性变形

5、的抗力op段成直线关系：σ=Eε2．屈服极限бs=代表材料发生明显塑性变形的抗力。3．抗拉强度：бb=材料在断裂前所发生的均匀塑性变形所能承受的最大应力。材料的强度：材料在静载荷作用下抵抗破坏（塑变、断裂）的能力。塑性：材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。延伸率：δ=×100%断面收缩率：ψ=×100%二．硬度1．布氏硬变HB：适用于HBS<450的灰铸铁、轴承合金，有色金属、调质钢、退火的毛坯件，HBW<650。压痕大，测值重复性高，精确。2．洛氏硬度HR：HRA、HRC测高硬度材料，HRB测软材质，相互间不能比较。广泛用于成

6、品检验，压痕小，测值分散度大。3．维氏硬度HV：使从软到硬材料有一个连续标度。可查附表对照其它硬度值。一般不用于热处理现场检验，尤适于表面处理的模具硬度，作研究用。三．冲击韧性Ak=G（H-h）常用V梅氏试样，对易出现脆断的机件（焊接结构船）用V夏氏试样。ak值对材质反映敏感，生产上用来检验冶金、热锻、热处理的工艺质量。四．多次冲击试验多冲抗力=f（强度、塑性）1．冲击能高～塑性，冲击能低～强度（高强钢需要适当的韧性ak配合）。2．普通结构钢常用“淬火+中温回火（+低温回火）”工艺。五．疲劳无论脆性还是韧性材料，承受交变重复应力时往往在

7、工作应力σ<σs下突然断裂，无塑变。材料受相当循环次数（钢铁N=107，非铁金属108）不发生断裂的最大应力——疲劳强度σ-1。第三章加工硬化与再结晶多晶体的塑性变形抗力较单晶体为高：σs=σi+Kd1）既要克服晶界的阻碍;2）又要保证各晶粒间的连续性和协调的相应变形。一．加工硬化随着材料冷塑度程度的增加，其强度、硬度↗、塑韧性↙的现象。内部组织亚结构发生变化：胞状亚结构、呈细长条，纤维组织。作用：（1）强化金属；（2）均匀成形；（3）过载安全保护。不利：（1）抗蚀性下降，需去应力退火；（2）消除加工硬化要再结晶退火。二．回复再结晶1．

8、回复——冷变形金属加热时，只发生某些亚结构和性能的变化，而光学显微组织不发生变化。（1）去应力退火：可以保留加工硬化的强化效果，消除内应力↙↙。避免应力腐蚀开裂。（2）消除空位等缺陷，（ρm↙不多），使电阻