工程材料复习资料cnvx.docx
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1、工程材料料与成形形技术基基础概念念定义原原理规律律小结一、材料料部分材料在外外力作用用下抵抗抗变形和和断裂的的能力称称为材料料的强度度。材料在外外力作用用下显现现出的塑塑性变形形能力称称为材料料的塑性性。拉伸过程程中,载载荷不增增加而应应变仍在在增大的的现象称称为屈服服。拉伸伸曲线上上与此相相对应的的点应力力S,称为为材料的的屈服点点。拉伸曲线线上D点的应应力b称为材材料的抗抗拉强度度,它表表明了试试样被拉拉断前所所能承载载的最大大应力。硬度是指指材料抵抵抗其他他硬物压压入其表表面的能能力,它它是衡量量材料软软硬程度度的力学学性能指指标。一一般情况况下,材材料的硬硬度越高高,其耐耐磨性就就越好
2、。韧性是指指材料在在塑性变变形和断断裂的全全过程中中吸收能能量的能能力,它它是材料料塑性和和强度的的综合表表现。材料在交交变应力力作用下下发生的的断裂现现象称为为疲劳断断裂。疲疲劳断裂裂可以在在低于材材料的屈屈服强度度的应力力下发生生,断裂裂前也无无明显的的塑性变变形,而而且经常常是在没没有任何何先兆的的情况下下突然断断裂,因因此疲劳劳断裂的的后果是是十分严严重的。在晶体中中,原子子(或分子子)按一定定的几何何规律作作周期性性地排列列;晶体体表现出出各向异异性;具具有的凝凝固点或或熔点。而而在非晶晶体中,原原子(或分子子)是无规规则地堆堆积在一一起。常常见的有有体心立立方晶格格、面心心立方晶格
3、和和密排六六方晶格格。体心心立方晶晶格的致致密度比比面心立方晶格结结构的小小。金属的结结晶都要要经历晶晶核的形形成和晶晶核的长长大两个个过程。由两种或或两种以以上的金金属、或或金属与与非金属属,经熔熔炼、烧烧结或其其他方法法组合而而成并具具有金属属特性的的物质称称为合金金;合金中具具有同一一化学成成分且结结构相同同的均匀匀部分称称为相。通过溶入入溶质元元素形成成固溶体体,使金金属材料料的变形形抗力增增大,强强度、硬硬度升高高的现象象称为固固溶强化化,它是是金属材材料强化化的重要要途径之之一。(马氏体型转变、合金化)金属自液液态经冷冷却转变变为固态态的过程程是原子子从排列列不规则则的液态态转变为
4、为排列规规则的晶晶态的过过程,称称为金属属的结晶晶过程。金属从一一种固态态过渡为为另一种种固态的的转变即即相变,称称为二次次结晶或或重结晶晶。实验证明明,在一一般的情情况下,晶晶粒长大大对材料料力学性性能不利利,使强强度、塑塑性、韧韧性下降降。晶粒粒越细,金金属的强强度、塑塑性和韧韧性就越越好。因因此,晶晶粒细化化是提高高金属力力学性能能的最重重要途径径之一。相图:是是表示合合金在缓缓慢冷却却的平衡衡状态下下相或组组织与温温度、成成分间关关系的图图形,又又称为平平衡相图图或状态态图。二元合金金系中两两组元在在液态和和固态下下均能无无限互溶溶,并由由液相结结晶出单单相固溶溶体的相相图称为为二元匀
5、匀晶相图图。在一定温温度下,由由一定成成分的液液相同时时结晶出出成分一一定的两两个固相相的过程程称为共共晶转变变。合金金系的两两组元在在液态下下无限互互溶,在在固态下下有限互互溶,并并在凝固固过程中中发生共共晶转变变的相图图称为二二元共晶晶相图。共晶反反应:在一定温温度下,已已结晶的的一定成成分的固固相与剩剩余的一一定成分分的液相相发生转转变生成成另一固固相的过过程称为为包晶转转变。两两组元在在液态下下无限互互溶,固固态下有有限互溶溶,并发发生包晶晶转变的的构成的的相图,叫叫二元包包晶相图图。在恒定的的温度下下,一个个有特定定成分的的固相分分解成另另外两个个与母相相成分不不相同的的固相的的转变
6、称称为共析转变变,发生生共析转转变的相相图称为为共析相相图。共析反反应:铁碳相图图:(要要掌握)铁素体-碳溶于于-Fee中的间间隙固溶溶体,以以符号FF表示。体心立方晶格奥氏体-碳溶于于-Fee中的间间隙固溶溶体,以以符号AA表示。面心立方晶格渗碳体-是一种种具有复复杂晶格格结构的的间隙化化合物,分分子式为为Fe33C。珠光体是铁素素体和渗渗碳体组组成的两两相机械械混合物物,常用用符号PP表示。莱氏体-是奥氏氏体和渗渗碳体组组成的两两相机械械混合物物,常用用符号LLd表示。一般机械械零件和和建筑结结构主要要选用低低碳钢和和中碳钢钢制造。如如果需要要塑性、韧韧性好的的材料,就就应选用用碳质量量分
7、数小小于025的低碳碳钢;若若需要强强度、塑塑性及韧韧性都好好的材料料,应选选用碳质质量分数数为0.30.55的中碳碳钢;而而一般弹弹簧应选选用碳质质量分数数为0.600.855的钢钢。对于于各种工工具,主主要选用用高碳钢钢来制造造,其中中需要具具有足够够的硬度度和一定定的韧性性的冲压压工具,可可选用碳碳质量分分数为00.70.9的的钢制造造;需要要具有很很高硬度度和耐磨磨性的切切削工具具和测量量工具,一一般可选选用碳质质量分数数为1.011.3的钢制制造。钢在高温温时为奥奥氏体组组织,而而奥氏体体的强度度低、塑塑性好,有有利于塑塑性变形形。因此此,钢材材的轧制制或锻压压,一般般都是选选择在奥
8、奥氏体区区的适当当温度范范围内进进行。钢在热处处理时,首首先要将将工件加加热,使使之转变变成奥氏氏体组织织,这一一过程也也称为奥奥氏体化化。奥氏氏体晶粒粒越细,其其冷却产产物的强强度、塑塑性和韧韧性越好好。随着合金金中碳质质量分数数的增加加,合金金的熔点点越来越越低,所所以铸钢钢的熔化化温度与与浇注温温度都要要比铸铁铁高得多多。共晶成分分的铁碳碳合金,不不仅其结结晶温度度最低,其其结晶温温度范围围亦最小小(为零零)。因因此,共共晶合金金有良好好的铸造造性能。热处理是是将金属属或合金金在固态态下经过过加热、保温和冷却等三三个步骤骤,以改改变其整整体或表表面的组组织,从从而获得得所需性性能的一一种
9、工艺艺。C曲线(等等温转变变曲线,也也称为“TTTT”曲)表明明了过冷冷奥氏体体转变温温度、转转变时间间和转变变产物之之间的关关系。左左边一条条为转变变开始线线,右边边一条为为转变终终了线。1 珠光体型型转变高温温转变(A15550):珠光光体(PP)、索氏体体(S)和托氏体体(T)。2 贝氏体型型转变中温温转变(5500Mss) 下下贝氏体体强度和和硬度高高(50060HHRC),并且且具有良良好的塑塑性和韧韧度。3马氏氏体型转转变低温转转变(MMsMMf) 马马氏体是是碳在-Fee中的过过饱和固固溶体。产产生很强强的固溶溶强化效效应,使使马氏体体具有很很高的硬硬度。在c曲线线的下面面还有两
10、两条水平平线,上上面一条条为马氏氏体转变变开始的的温度线线(以MMs表示示),下下面一条条为马氏氏体转变变终了的的温度线线(以MMf表示示)。退火:将将钢加热热到一定定温度并并保温一一定时间间然后后随炉缓缓慢冷却却的热处处理工艺艺。降低低硬度、改改善切削削加工性性能,消消除残余余应力。正火:将将钢加热热到Acc3(对对于亚共共析钢)或ACCcm(对于过过共析钢钢)点以以上300-500,保温温一定时时间后,在在空气中中冷却,从从而得到到珠光体体类组织织的热处处理工艺艺。提高钢钢的强度度和硬度度。淬火是以以获得马马氏体组组织为目目的的热热处理工工艺,最最常用的的淬火冷冷却介质质是水和和油。提提高
11、钢的的硬度和和耐磨性性;获得得优异综综合力学学性能。回火:将将淬火钢钢重新加加热到AAc1以下某某一温度度,经适适当保温温后冷却却到室温温的热处处理工艺艺。过冷奥氏氏体的连连续冷却却转变曲曲线(CCCT曲曲线) Ps和和Pf分别为为过冷奥奥氏体转转变为珠珠光体的的开始线线和终了线线,两线线之间为为转变的的过度区区,KKK线为为转变的的终止线线,当冷冷却到达达此线时时,过冷冷奥氏体体便终止止向珠光光体的转转变,一一直冷到到Ms点点又开始始发生马马氏体转转变。v1相当当于炉冷冷(退火火),转转变产物物为珠光光体。vv2和v3相当于于以不同同速度的的空冷(正火),转变变产物为为索氏体体和托氏氏体。v
12、v4相当于于油冷,转转变产物物为托氏氏体、马马氏体和和残余奥奥氏体。V5相当于水冷,转变产物为马氏体和残留奥氏体。调质处理理:淬火火后再进进行高温温回火处处理。调调质处理理得到的的是回火火索氏体体组织,具具有良好好的综合合力学性性能。力力学性能能与正火火相比,不不仅强度度高,而而且塑性性和韧性性也较好好。冷处理:把淬冷冷至室温温的钢继继续冷却却到-77080(或更更低的温温度)保保持一段段时间,使使残余奥奥氏体转转变为马马氏体。时效:将将淬火后后的金属属工件,置置于室温温或低温温加热下下保持适适当时间间,以提提高金属属强度(和和硬度)的的热处理理工艺。表面淬火火:将工工件表面面层淬硬硬到一定定
13、深度,而而心部仍仍保持未未淬火状状态的一一种局部部淬火法法。表面面硬度高高、耐磨磨性好,而而心部韧韧性好。化学热处处理:将将工件置置于一定定的介质质中加热热和保温温,使介介质中的的活性原原子渗人人工件表表层,改改变其表表面层的的化学成成分、组组织和性性能的热热处理工工艺。分分为渗碳碳、氮化、碳氮共共渗、渗硼、渗铝等。主要要目的是是提高工工件的表表面硬度度、耐磨磨性以及及疲劳强强度,有有时也用用于提高高零件的的抗腐蚀蚀性、抗抗氧化性性。可控气氛氛热处理理:向炉炉内通人人一种或或几种一一定成分分的气体体,通过过对这些些气体成成分的控控制,使使工件在在热处理理过程中中不发生生氧化和和脱碳。形变热处处
14、理:将将形变与与相变结结合在一一起的一一种热处处理新工工艺。能能获得形形变强化化与相变变强化的的综合作作,是一一种既可可以提高高强度,又又可以改改善塑性性和韧性性的最有有效的方方法。激光热处处理:(1)激激光加热热表面淬淬火;(2)激激光表面面合金化化。气相沉积积技术:利用气气相中发发生的物物理、化化学反应应,生成成的反应应物在工工件表面面形成一一层具有有特殊性性能的金金属或化化合物的的涂层。钢的牌号号:普通通碳素结结构钢如如Q2335A。优质碳素素结构钢钢:两位位数字表表示平均均碳质量量分数,单单位为万万分之一一如钢号号45。碳素工具具钢:“T”后跟碳碳质量分分数的千千分之几几如 “T8”。
15、铸钢 ZZG2770-5000表示屈屈服强度度为2770MPPa、抗抗拉强度度为5000MPPa的铸铸钢。合金结构构钢 该类钢钢的钢号号由“数字+合金元元素+数数字”三部分分组成。前前两位数数字表示示钢中平平均碳质质量分数数的万分分之几;合金元元素用化化学元素素符号表表示,元元素符号号后面的的数字表表示该元元素平均均质量分分数。当当其平均均质量分分数11.5时,一一般只标标出元素素符号而而不标数数字。合金工具具钢:编编号前用用一位数数字表示示平均碳碳质量分分数的千千分数,如如9CrrSi钢钢,表示示平均碳碳质量分分数为00.9(当平平均碳质质量分数数1%时时,不标标出其碳碳质量分分数),合合金
16、元素素Cr、SSi的平平均质量量分数都都小于11.5的合金金工具钢钢。高速速钢(高高合金工工具钢)的的钢号中中一般不不标出碳碳质量分分数,仅仅标出合合金元素素的平均均质量分分数的百百分数,如如W6MMo5CCr4VV2。滚动轴承承钢 高碳铬铬轴承钢钢属于专专用钢,该该类钢在在钢号前前冠以“G”,其后后为Crr+数字字来表示示,数字字表示铬铬质量分分数的千千分之几几。例如如GCrrl5钢钢,表示示的平均均质量分分数铬为为1.55的滚滚动轴承承钢。特殊性能能钢 特殊性性能钢的的碳质量量分数也也以千分分之几表表示。如如“9Crrl8表示该该钢平均均碳质量量分数为为0.99;11Cr118Nii9Ti
17、i表示该该钢平均均碳质量量分数为为0.左右右,铬平平均质量量分数铬铬为1,镍镍平均质质量分数数铬为,钛钛平均质质量分数数铬为11左右右。但当当钢的碳碳质量分分数0.003及及0.008时时,钢号号前应分分别冠以以00及及0表示示。如000Crrl8NNil00,0CCrl99Ni99等。合金元素素在钢中中的作用用:1强化铁铁素体-溶于于铁素体体,产生生固溶强强化作用用;2形成合合金碳化化物;33阻碍碍奥氏体体晶粒长长大;44、提高高钢的淬淬透性;5提提高回火火稳定性性。渗碳钢通通常是指指经渗碳碳、淬火火、低温温回火后后使用的的钢,碳碳在0.100.25之间。调质钢一一般指经经过调质质处理后后使
18、用的的碳素结结构钢和和合金结结构钢,碳碳0.2270.550之之间。铸铁是碳碳质量分分数大于于2.111的的铁碳合合金。主主要由铁铁、碳、硅硅、锰、硫硫、磷以以及其他他微量元元素组成成。铸铁铁具有优优良的铸铸造性、切切削加上上性、减减摩性、吸吸震性和和低的缺缺口敏感感性,加加之其熔熔炼铸造造工艺简简单,价价格低廉廉,所以以铸铁是是机械制制造业中中最重要要的材料料之一。铸铁力学学性能标标注部分分为一组组数据时时表示其其抗拉强强度值;为两组组数据时时,第一一组表示示抗拉强强度值,第第二组表表示伸长长率值,两两组数字字之间用用“”隔隔开。有色金属属及其合合金又称称非铁材材料,是指除除铁、铬铬、锰之之
19、外的其其他所有有金属材材料。纯铝为面面心立方方晶格,无同素素异构转转变。纯铝不不能热处处理强化化,冷加加工是提提高纯铝铝强度的的唯一手手段。 铝合金的的强化:固态铝铝无同素素异构转转变,因因此不能能象钢一一样借助助于热处处理相变变强化。合合金元素素对铝的的强化作作用主要要表现为为固溶强强化、时时效强化化和细化化织织强强化。钛及其合合金的主主要特点点是比强强度高、耐腐蚀蚀。钛具有有同素异异构转变变,在88825以下为为密排六六方晶格格的Tii相,在在该温度度以上为为体心立立方晶格格的Ti相相。合金金元素可可提高钛钛的强度度,也影响响到钛的的同素异异晶转变变温度。钛合金金的热处处理方法法有退火火、
20、淬火火+时效效和化学学热处理理等。铜及其合合金按其其表面颜颜色,分分为纯铜铜、黄铜、青铜和白铜,其其中后三三种为铜铜合金。黄铜是以以锌为主加加元素的的铜合金金,只含含锌黄铜铜称为普普通黄铜铜。白铜是以以镍为主加加元素的的铜合金金;青铜铜是除锌和和镍以外外的其他他元素作作为主加加元素的的铜合金金。滑动轴承承合金是是用来制制造滑动动轴承中中的轴瓦瓦及内衬的合合金,应应具备以以下基本本性能:(1)常常温下具具有足够够的强度度、硬度度、冲击击韧性和和疲劳极极限。(2)耐耐磨性好好,与轴轴的摩擦擦系数小小,热膨膨胀系数数小,导导热性能能好(3)有有良好的的磨合性性和抗蚀蚀性能。轴承合金金的组织织特点应应
21、是在软软基体上上均匀分分布着硬硬质点或或硬基体体上分布布着软质质点。高分子材材料是由由相对分分子质量量1044以上的的(有机机)化合合物构成成的材料料。它是是以聚合合物为基基本组分分的材料料,所以以又称聚聚合物材材料或高聚物物材料。线型和支支链型聚聚合物加加热能变变软、而而冷却能能变硬的的可逆的的物理特特性,称称为“热塑性性”。网状结构构的聚合合物不易易溶于溶溶剂,加加热时不不熔融,具具有良好好的耐热热性和强强度,但但其弹性性差、塑塑性低、脆脆性大,只只能在形形成网状状结构之之前进行行一次成成型,不不能重复复使用。这这种性质质称为“热固性性”。高聚物的的一些力力学性能能,如抗抗拉强度度,抗冲冲
22、击强度度、弹性性模量、硬硬度等,都随分子量的增加而增加。结晶度越越高,分分子链排排列越紧紧密,分分子间的的作用力力就越强强,硬度度、强度度和弹性性模量增增加,但但伸长率率相应地地减小。塑料制品品是指以以有机合合成树脂脂为主要要成分,添添加多种种起不同同作用的的添加剂剂,然后后经过加加热、加加压而制制成的产产品。工程塑料料的成形形(主要有有注塑、挤挤压、吹吹塑、压压延、浇浇注等方方法)注塑成形形注塑机机的工作作原理与与打针用用的注射射器相似似,它是是借助螺螺杆(或或柱塞)的的推力,将将已塑化化好的熔熔融状态态(即粘粘流态)的的塑料注注射入闭闭合好的的模腔内内,经固固化定型型后取得得制品的的工艺过
23、过程。合成纤维维是由合合成高分分子为原原料通过过拉丝工工艺而制制成的。橡胶的突突出特点点是在很很宽的温温度(-401500)范围围内具有有高弹性性,所以以又称高高弹体,它它还有较较好的抗抗撕裂、耐耐疲劳特特性,在在使用中中经多次次弯曲、拉拉伸、剪剪切和压压缩不受受损伤,并并还具有有不透水水、不透透气、耐耐酸碱和和绝缘等等性能。胶粘剂(或粘合合剂)指指能把同同种的或或不同种种的固体体材料连连接在一一起的媒媒介物质质。是采采用合成成高分子子化合物物作为主主剂,配配合各种种固化剂剂、增塑塑剂、稀稀释剂、填填料以及及其他助助剂等配配制而成成。涂料属于于一种特特殊的液液态物质质,它可可以涂覆覆到物体体的
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