工程材料总复习.ppt

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1、工程材料总复习 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望CompanyL1.1.名词解释名词解释(15(15分）分）2.2.填空题（填空题（2020分）分）3.3.选择题（选择题（2020分）分）4.4.判断题（判断题（1515分）分）考试题型：5.5.简答题简答题(10(10分）分）6.6.综合题（综合题（2020分）分）CompanyL第一章第一章机械工程材料性能的要求机械工程材料性能的要求v工程材料与机械零件所受工程材料与机械零件所受三大负荷（及各负荷

2、对机械零件产生的三大负荷（及各负荷对机械零件产生的三大负荷（及各负荷对机械零件产生的三大负荷（及各负荷对机械零件产生的作用）作用）作用）作用）力学负荷、热负荷、环境介质作用；力学负荷、热负荷、环境介质作用；v工程材料的工程材料的性能性能性能性能（特别注意：延伸率、冲击韧性（零件使用温度（特别注意：延伸率、冲击韧性（零件使用温度与韧脆转变温度关系）、硬度；比刚度、与韧脆转变温度关系）、硬度；比刚度、抗拉强度、密度等抗拉强度、密度等 ）；）；v工程材料类型及主要特征：工程材料类型及主要特征：按零件在机械工程中实现的按零件在机械工程中实现的功能功能功能功能分：分：结构材料、功能材料结构材料、功能材料

3、 按按化学组成化学组成化学组成化学组成分：分：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料（金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料（各自的主各自的主要特征）要特征）CompanyL第二章第二章第二章第二章 材料的组成和内部结构特征材料的组成和内部结构特征材料的组成和内部结构特征材料的组成和内部结构特征v1 1、材料的结构、材料的结构（1 1）所有的固态物质就其原子（或分子）排列的规则性来分类，）所有的固态物质就其原子（或分子）排列的规则性来分类，可分为：可分为：晶体、非晶体晶体、非晶体（2 2）金属的常见晶体结构：）金属的常见晶体结构：体心立方、面心立方、密排六方体心立方、面心立方、密排六方Co

4、mpanyL（3 3）晶体缺陷：）晶体缺陷：点缺陷点缺陷 空位：晶格中的空结点。空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。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。置换原子：取代原来原子位置的外来原子。v 线缺陷线缺陷位错位错v 面缺陷面缺陷晶界和亚晶界晶界和亚晶界CompanyLv细晶强韧化细晶强韧化金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错运动阻金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错运动阻力越大，使得金属塑性变形的抗力越高，所以使强度、硬度越高。力越大，使得金属塑性变形的抗力越高，所以使强度、硬度越高。在相同变形量下，晶粒越细的金属，单位体积内同时参与变形的

5、在相同变形量下，晶粒越细的金属，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多晶粒数目越多,变形越均匀，应力集中越小，使其塑性、韧性越变形越均匀，应力集中越小，使其塑性、韧性越好。好。v第二相（弥散）强化第二相（弥散）强化概念概念当硬而脆的金属间化合物呈弥散状当硬而脆的金属间化合物呈弥散状分布于固溶体基体上时，使强度、硬度增加，而塑韧性略有下降分布于固溶体基体上时，使强度、硬度增加，而塑韧性略有下降或不降的现象。或不降的现象。沉淀（时效）强化沉淀（时效）强化 CompanyLv2 2、相图与相变、相图与相变（1 1）合金、组元、相、固溶体、固溶强化合金、组元、相、固溶体、固溶强化 （概念）（概念）（2

6、2）合金的两大相结构：）合金的两大相结构：固溶体：置换固溶体、间隙固溶体固溶体：置换固溶体、间隙固溶体 （相关概念）（相关概念）金属间化合物金属间化合物（3 3）相图：匀晶）相图：匀晶L L ；共晶；共晶L L+；共析；共析 +CompanyL（4 4）铁碳合金：）铁碳合金：组成相组成相：（：（五种）五种）铁素体：碳在铁素体：碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体。中的间隙固溶体。奥氏体：碳在奥氏体：碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体。中的间隙固溶体。珠光体：珠光体：F F与与Fe3CFe3C组成的片层状的机械混合物。组成的片层状的机械混合物。马氏体：碳在马氏体：碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱

7、和固溶体。室温组织：（室温组织：（铁碳合金分类）铁碳合金分类）含碳量对铁碳合金组织及力学性能的影响含碳量对铁碳合金组织及力学性能的影响CompanyL铁碳合金相图铁碳合金相图CompanyL2 2铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程Fe-C Fe-C 合金分类合金分类合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C%0.0218%C%0.0218%钢钢 0.0218%0.0218%C%2.11%C%2.11%亚共析钢亚共析钢 0.77%0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11%C%C%6.69%6.69%亚共晶白口铁亚共

8、晶白口铁 4.3%4.3%共晶白口铁共晶白口铁 4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3%4.3%CompanyL第三章第三章第三章第三章 工程材料成型过程中行为与性能变化工程材料成型过程中行为与性能变化工程材料成型过程中行为与性能变化工程材料成型过程中行为与性能变化v1 1、金属的凝固、金属的凝固（1 1）、纯金属的结晶：）、纯金属的结晶：过冷现象；过冷度概念；冷却速度与过冷度；过冷现象；过冷度概念；冷却速度与过冷度；结晶的基本过程：晶核的形成和晶核长大结晶的基本过程：晶核的形成和晶核长大 （主要以树枝状长大）（主要以树枝状长大）（2 2）、晶粒大小对金属性能的影响（）、晶粒大小对金

9、属性能的影响（细晶强韧化）细晶强韧化）（3 3）、形核率、长大速度的概念）、形核率、长大速度的概念（4 4）、细化晶粒的方法（即如何控制晶粒大小）：）、细化晶粒的方法（即如何控制晶粒大小）：增加过冷度；增加过冷度；变质处理；变质处理；机械振动、搅拌机械振动、搅拌CompanyLv2 2、铸锭组织：（三个晶区）、铸锭组织：（三个晶区）v3 3、冷变形加工：、冷变形加工：（1 1）加工硬化概念；）加工硬化概念；（2 2）冷变形金属加热工程中，其组织和性能一般要经历三）冷变形金属加热工程中，其组织和性能一般要经历三个阶段变化：回复、再结晶、晶粒长大。个阶段变化：回复、再结晶、晶粒长大。v冷热加工的区

10、分界线冷热加工的区分界线:再结晶温度再结晶温度CompanyL第四章第四章第四章第四章 改善材料性能的热处理、合金化及改性改善材料性能的热处理、合金化及改性改善材料性能的热处理、合金化及改性改善材料性能的热处理、合金化及改性v 热处理的概念：把固态金属材料在一定介质中的加热、保热处理的概念：把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。钢的热处理工艺可钢的热处理工艺可分为退火、正火、淬火、回火和表面强化处理等几种最基本的热处理。分为退火、正火、淬火、回火和表面强化处理等几种最基本的热处理。v1 1、钢材加热和冷却时的转变、钢材

11、加热和冷却时的转变v（1 1）、加热时的转变）、加热时的转变 奥氏体化步骤：奥氏体化步骤：A A形核；形核；A A晶核长大；晶核长大；残余渗碳体溶解；残余渗碳体溶解；A A成分均匀化。成分均匀化。CompanyL（2 2 2 2）、冷却时的转变）、冷却时的转变）、冷却时的转变）、冷却时的转变v等温转变曲线及转变组织650600550350A1MSMf时间时间PSTB上上B下下MM+AAPASATAB上上AB下下AM过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷ACompanyLv 加入合金元素后，加入合金元素后，C C曲线位置的变化（右移）；曲线位置的变化（右移）；v 相同条件下，亚共析钢、

12、共析钢、过共析钢冷却过程中相同条件下，亚共析钢、共析钢、过共析钢冷却过程中过冷奥氏体稳定性的比较过冷奥氏体稳定性的比较v2 2、预先热处理（概念）：退火、正火、调质、预先热处理（概念）：退火、正火、调质v 退火包括退火包括：（：（各种退火的目的）各种退火的目的）扩散退火、再结晶退火、去应力退火、球化退火等扩散退火、再结晶退火、去应力退火、球化退火等CompanyLv3 3、最终热处理：淬火、回火、最终热处理：淬火、回火 （1 1）淬透性与）淬透性与C C曲线的关系；合金元素对淬透性的影响曲线的关系；合金元素对淬透性的影响 （2 2）淬火三原则）淬火三原则、淬火工艺、淬火后的组织、淬火工艺、淬火

13、后的组织v （3 3）淬火钢为什么必须经过回火后才能使用？）淬火钢为什么必须经过回火后才能使用？v淬火过程的副作用（负面效应）：淬火过程的副作用（负面效应）：高应力状态；马氏体高应力状态；马氏体v 是极端不稳定的组织；（中高碳）马氏体太脆。是极端不稳定的组织；（中高碳）马氏体太脆。v 回火效应：回火效应：改善上述情况，并调节硬度（力性）达到零改善上述情况，并调节硬度（力性）达到零v 件的实际要求。件的实际要求。（4 4）回火按温度高低分为：高温回火、中温回火、低温回火；）回火按温度高低分为：高温回火、中温回火、低温回火；（回火目的、回火温度、应用、回火后的组织）（回火目的、回火温度、应用、回火

14、后的组织）v 回火索氏体的性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片回火索氏体的性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片层状索氏体的性能。层状索氏体的性能。v制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。v1、性能要求、性能要求v表面具有高硬度、表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表够的韧性和强度，即表硬里韧硬里韧。v良好的热处理性能良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。如淬透性和渗碳能力。渗碳钢渗碳炉渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮v2、成分特点、成分特点v低碳：低碳：0.10.25%Cv合金元素作用：合金元素作用：v提高淬透性：提高淬透性：Cr、Mn、Ni、Bv强

15、化铁素体：强化铁素体：Cr、Mn、Niv细化晶粒：细化晶粒：W、Mo、Ti、V渗碳件高精密独立导柱渗碳淬火后的表层组织v3、热处理特点、热处理特点v渗碳件的加工工艺路线为：渗碳件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火v正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。v淬火温度淬火温度一般为一般为Ac1+30-50。v4、使用状态下组织、使用状态下组织v心部：心部：M回回+Fv表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)；v5、常用钢号及用途、常用钢号及用途v低淬透性钢：低淬透性钢：20、20Cr。柴油机凸轮轴

16、活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。v中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷用于中等载荷的耐磨件，如的耐磨件，如变速箱齿轮。变速箱齿轮。v高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷用于大载荷的耐磨件，如的耐磨件，如柴油机曲轴。柴油机曲轴。增压柴油机曲轴汽汽车车变变速速箱箱齿齿轮轮调质件（螺杆）v调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。v1、性能要求、性能要求v良好的综合力学性能良好的综合力学性能.v良好的淬透性。良好的淬透性。调质钢v2、成分特点、成分特点v中碳：中碳：0.30.5%Cv合金元素作用：合金元素作用：v提高

17、淬透性提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、Bv强化铁素体强化铁素体:Mn、Si、Cr、Niv细化晶粒细化晶粒:Ti、Vv防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W、Mo调质件（冷却轮）破碎机主轴l3 3、热处理及组织特点、热处理及组织特点、热处理及组织特点、热处理及组织特点l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗加工加工调质调质精加工精加工装配装配l调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获得良好综合力学性能l使用状态下的组织为使用状态下的组织为：S回回l为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。回火索氏体调质处理车间(表面淬火+低温回火)装配为表面淬火

18、作组织准备；获得最终心部组织.表面：M回；心部：S回柴油机凸轮轴v4、常用钢号及用途、常用钢号及用途v低淬透性钢：低淬透性钢：D0油油60mm,常用常用40CrNiMo,用于制造大截用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。面重载荷零件，如曲轴等。合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴v制造弹簧或类似性能零件制造弹簧或类似性能零件的钢种。的钢种。v1、性能要求、性能要求v弹簧是利用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。v高的高的s，s/b；高的高的-1；足够的韧性足够的韧性v高的淬透性高的淬透性。弹簧钢v2、成分特点、成分特点v中高碳：中高碳：v碳素弹簧钢为

19、碳素弹簧钢为0.60.9%Cv合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%Cv合金元素作用：合金元素作用：v提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Crv提高提高 s/b：Siv细化晶粒：细化晶粒：V汽车弹簧弹簧丝弹簧丝v3、热处理及组织特点、热处理及组织特点v冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理(250300)。v用于用于10mm)汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧l4 4、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量l弹簧的表面质量对其弹簧的表面质量对其寿命影响很大。寿命影响很大。l提高表面质量的方法提高表面质量的方法:l防止表面脱碳；

20、防止表面脱碳；l 避免表面缺陷；l 进行喷丸处理，使表 面产生压应力。板簧喷丸处理示意图v5、常用钢号及用途、常用钢号及用途vSi、Mn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn、60Si2Mn，用于制，用于制造较大截面弹簧。造较大截面弹簧。vCr、V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV，用于大截面、大载荷、，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧工具钢热处理及组织工具钢热处理及组织v热处理：热处理：正火正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火v球化退火目的：球化退火目的：v降低硬度降低硬度,便于加工便于加工;v为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。v使用状态下的组织：使用状态下

21、的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)球状珠光体T12钢正常淬火组织CompanyLCompanyL第五章第五章常用金属材料与性能常用金属材料与性能v1 1、合金钢的分类：、合金钢的分类：v（1 1）、按含碳量高低分）、按含碳量高低分v（2 2）、按合金元素含量高低分）、按合金元素含量高低分v（3 3）、合金结构钢按用途及热处理特点分）、合金结构钢按用途及热处理特点分CompanyLv2 2、牌号：、牌号：v（1 1）、结构钢：）、结构钢：以以 Q+Q+屈服强度值表示：碳素结构钢、低合金（高强度）结构钢屈服强度值表示：碳素结构钢、低合金（高强度）结构钢 开头以开头以C C含量

22、万分数表示（含量万分数表示（2 2位）：位）：优质碳素结构钢（优质碳素结构钢（1010、2525、4545）；）；合金结构钢：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢合金结构钢：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢v（2 2）、工具钢）、工具钢 碳素工具钢：碳素工具钢：T+CT+C质量的千分数表示质量的千分数表示 合金工具钢：开头以合金工具钢：开头以C C质量的千分数表示（质量的千分数表示（1 1位）（当位）（当C%1.0%C%1.0%时省略不标）时省略不标）v另须注意轴承钢的牌号：例如另须注意轴承钢的牌号：例如GCr15GCr15CompanyLv3 3、工具钢、轴承钢、弹簧钢的主要钢种、热处理及组

23、织特点。、工具钢、轴承钢、弹簧钢的主要钢种、热处理及组织特点。v4 4、高碳低合金工具钢的成分特点、高碳低合金工具钢的成分特点v5 5、不锈钢按照按正火后组织不同，分为奥氏体型不锈钢、不锈钢按照按正火后组织不同，分为奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢等。铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢等。v6 6、石墨化铸铁按石墨的存在形态可以分为四种，分别是灰口、石墨化铸铁按石墨的存在形态可以分为四种，分别是灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。v铸铁牌号：例如铸铁牌号：例如HT200HT200、KTH300-06KTH300-06、KTZ700-02KTZ7

24、00-02、QT400-15QT400-15CompanyL3 3、渗碳钢、调质钢（定义）、渗碳钢、调质钢（定义）（1 1）、用途及性能特点；）、用途及性能特点；（2 2）、成分特点（包括碳元素的含量及其它主要合金）、成分特点（包括碳元素的含量及其它主要合金元素类型及作用）；元素类型及作用）；（3 3）、主要的热处理工艺特点及热处理后所获得的主）、主要的热处理工艺特点及热处理后所获得的主要组织；要组织；（4 4）、常用钢种的牌号。）、常用钢种的牌号。CompanyLvv合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢v（1 1）用途及性能特点：）用途及性能特点：用于承受较大冲击载荷、同时表面经受强烈摩

25、擦磨损的零件。渗碳及淬火、用于承受较大冲击载荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零件。渗碳及淬火、回火后，表硬内韧。回火后，表硬内韧。v（2 2）成分特点：）成分特点：低碳（低碳（0.25%0.25%），保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。），保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。加提高淬透性的元素加提高淬透性的元素CrCr、MnMn、NiNi、B B等，保证心部良好的强韧性。等，保证心部良好的强韧性。加加V V、TiTi、W W等，阻止渗碳时晶粒长大。等，阻止渗碳时晶粒长大。v（3 3）热处理特点：渗碳、淬火、低温回火）热处理特点：渗碳、淬火、低温回火v（4 4）常用钢种：）常用钢种：20Cr20C

26、r、20MnTiB20MnTiB、20CrMnMo20CrMnMoCompanyLvv合金调质钢合金调质钢合金调质钢合金调质钢v（1 1）用途及性能特点：）用途及性能特点：高强度（承受较大负荷）及高韧性（防止断裂事故）的重要零件，具高强度（承受较大负荷）及高韧性（防止断裂事故）的重要零件，具有良好的综合力学性能。有良好的综合力学性能。v（2 2）成分特点：）成分特点：中碳（中碳（0.30-0.5%0.30-0.5%），保证热处理后足够强度，又不致太脆。），保证热处理后足够强度，又不致太脆。加提高淬透性的元素加提高淬透性的元素CrCr、MnMn、NiNi、B B等，保证大截面均一的性能。等，保证

27、大截面均一的性能。加加V V、MoMo、W W等细化晶粒元素。等细化晶粒元素。加加MoMo，消除回火脆性。，消除回火脆性。v（3 3）热处理：调质即淬火）热处理：调质即淬火+高温回火高温回火v（4 4）常用钢种：）常用钢种：40Cr40Cr、40MnB40MnB、35CrMo35CrMoCompanyL第七章第七章v1 1、失效与失效类型：、失效与失效类型：什么是失效？什么是失效？失效的类型失效的类型过量变形、断裂、表面损伤和物理性能的过量变形、断裂、表面损伤和物理性能的下降下降v2 2、选材三原则；选材时哪些力学性能可作为设计指标，、选材三原则；选材时哪些力学性能可作为设计指标，哪些可作为参考指标。哪些可作为参考指标。v3 3、热处理工艺路线及位置、热处理工艺路线及位置CompanyLv注意事项：注意事项：v1 1、各章例题、小结和习题、各章例题、小结和习题-需复习、掌握需复习、掌握v2 2、课程网站：课程网站：http:/http:/工程材料工程材料课程网站课程网站