机械工程材料及热加工复习资料

机械工程材料复习

Page 1 of 26 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（eF-）、面心立方（eF-），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的合金。 机械工程材料复习

Page 2 of 26 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。

第 1 页 共 16 页 《机械工程材料及热加工基础》

第一章 金属的性能

1. 强度：金属材料在静载荷（大小和方向不变或逐渐变化的载荷）作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。

2. 塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。

3. 硬度：金属材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。

4. 韧性：冲击载荷（以较高速度作用于零件上的载荷）作用下，金属在断裂前吸收变形能量的能力。

5. 疲劳：材料在循环应力（大小、方向随时间发生周期性变化的载荷）和应变作用下，在一处或几次产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数产生裂纹或发生断裂的过程。疲劳极限用σ-1表示。

6. 屈服点（屈服强度）σs：材料在实验过程中，载荷不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时代应力。σs﹦试样发生屈服时代载荷/试样原始横截面积。[不是所有的金属在拉伸试验中都会出现显著的屈服现象]

7. 抗拉强度σb=试样拉断前所承受的最大载荷/试样原始横截面积。

8. 伸长率δ，数值上准确地反映材料的塑性变形。

9. 断面收缩率ψ：缩颈处横截面积德最大缩减量与原始横截面积的百分数。

10. 硬度的测定：①布氏硬度（压入法）：HBS（压头分淬火钢球）和HBW（压头硬质合金）②洛氏硬度HR(测定淬火钢件的硬度用此方法)③维氏硬度HV。

第二章 金属的结构与结晶

1.晶体:指其组成微粒（原子、分子或离子）按一定次序作有规律重复排列的物质。

2.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间格架。

第 2 页 共 16 页 3.晶胞：晶格中一个能完整反映晶格特征的最小几何单元。

4.金属晶体结构：体心立方结构；面心立方结构；密排立方结构。

5.晶体缺陷：点缺陷（原子的热震动引起晶格畸变），使材料的强度、硬度提高；线缺陷（主要指位错），起到强化金属的目的；面缺陷（晶界、亚晶界引起），阻碍金属的塑性变形发生。

6.细化晶粒度方法：增加过冷度；变质处理（加入难溶物）；附加震动。

一、名词解释：

１、固溶强化： 固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。

２、加工硬化： 金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。

２、合金强化： 在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度

４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。

５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。

二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法

三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为： 名称 候选材料 选用材料 热处理方法 最终组织

机床床身 T10A, KTZ450-06, HT200 HT200 时效 P＋F＋G片

汽车后桥齿轮 40Cr, 20CrMnTi, 60Si2Mn 20CrMnTi 渗碳＋淬火＋低温回火 表面Cm＋M＋A’

心部 F＋M

滚动轴承 GCr15, Cr12, QT600-2 GCr15 球化退火＋淬火＋低温回火 Cm＋M＋A’

锉刀 9SiCr, T12, W18Cr4V T12 球化退火＋淬火＋低温回火 Cm＋M＋A’

汽车板簧 45, 60Si2Mn, T10 60Si2Mn 淬火＋中温回火 T回

钻头 W18Cr4V，65Mn, 20 W18Cr4V 淬火＋低温回火 Cm＋M＋A’

桥梁 1Cr13, 16Mn, Q195 16Mn, 不热处理 F＋P

滑动轴承 H70, ZSnSb11Cu6, T8 ZSnSb11Cu6 不热处理 a+SnSb

耐酸容器 Q235, 1Cr18Ni9Ti, ZGMn13 1Cr18Ni9Ti 固溶处理 A

发动机曲轴 QT600-3, 45, ZL101 QT600-3 等温淬火＋高温回火 S回＋G球

下料

锻造 正火 机加工 调质 机加工（精）

轴颈表面淬火 低温回火 磨加工

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-- 工程材料及机械制造基础复习（Ⅱ）

——热加工工艺基础

铸 造

1．1 铸造工艺基础

(1)液态金属的充型能力

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力。

充型能力好，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件，有利于排气和排渣，有利于补缩。

充型能力不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、渣孔等缺陷。

影响液态金属充型能力的因素是：

1)合金的流动性

液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性，即合金本身的流动能力。流动性的好坏用螺旋线长度来表示。螺旋线长度越长，流动性越好；反之，则流动性越差。

共晶成分的合金流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。

2)浇注条件

①浇注温度：浇注温度越高，则充型能力越好。因为浇注温度高，金属液的黏度低，同时，因金属液含热量多，能保持液态的时间长，由于过热的金属液传给铸型的热量多，在结晶温度区间的降温速度缓慢。但在实际生产中，常用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化也严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。

②充型压头。

③浇注系统的结构。

3)铸型填充条件：包括铸型材料、铸型温度和铸型中的气体等。

(2)合金的收缩

1)基本概念

铸件在冷却、凝固过程中，其体积和尺寸减少的现象叫做收缩。铸造合金从浇注温度冷到室温的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的阶段。

总收缩；液态收缩+凝固收缩+固态收缩

∨ ↓

体积变化 尺寸变化

↓ ↓

产生缩孔、缩松的基本原因 产生应力、变形、裂纹的基本原因

影响收缩的因素是：

①化学成分：凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩率增大。