机械工程材料总复习资料.doc

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1、机械工程材料复习第一部分基本知识一、概述⒈目的掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识（性能和改性方法是重点）。具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料；具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。⒉复习方法以“材料的化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→应用”之间的关系为主线，掌握材料性能和改性的方法，指导复习。二、材料结构与性能：⒈材料的性能：①使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）；②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性

2、能、机械加工性能等。⒉材料的晶体结构的性能：纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）；纯金属：体心立方（）、面心立方（），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）→各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。合金：多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成。多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织

3、的合金。⒊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：第二相强

4、化：硬而脆的化合物，若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降；若化合物呈球状、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，而塑性、韧性有所下降。⑵。塑性变形组织与性能1）组织与性能的变化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，非平衡组织向平衡组织转变：可通过再结晶、时效

5、及回火实现。加工硬化，物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性：产生纤维状组织；晶粒破碎、位错密度增加；织构现象的产生；残余内应力。2)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再结晶：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。⑶。热处理组织与性能1)贝氏体的机械性能：上贝氏体：铁素体片较宽．塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间，容

6、易引起脆断．因此，强度和韧性都较差。下贝氏体：铁素体针细小，碳化物分布均匀，所以硬度高，韧性好，综合机械性能好。2)马氏体的形态及机械性能①．板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量＜0.23％；机械性能：不存在显微裂纹，淬火应力小，强度高，塑性、韧性好。②．针状马氏体：碳含量＞1.0％；（显微镜下呈针状）机械性能：存在大量显微裂纹，较大的淬火应力，塑性和韧性均很差；③．混合组织马氏体：碳含量在0.23％一1.0％之间时．为板条和片状马氏体的混合组织。④．马氏体的硬度,含碳最增加，硬度升高．含碳量达

7、到0.6％以后，其硬度的变化趋于平缓。⑤合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。3）回火组织与性能回火类型回火温度组织性能及应用组织形态低温回火150~250回火M（M’）保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件过饱和＋碳化物()中温回火350-500回火屈氏体（T’）硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度↑，用于弹性元件保留马氏体针形F+细粒状Fe3C高温回火500-650回火索氏体（S’）强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。多边

8、形F+粒状Fe3C⒋材料组织结构变化实现的性能强化：固溶强化：通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化；细晶强化：强度、硬度越高；其塑性、韧性越好。晶界处原子排列混乱，使其熔点低，易受腐蚀。由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现。加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。第二相强化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈网状分布：则使强度、塑性下降；若呈球状、粒状（球墨铸