工程材料复习笔记汇总

塑形是金属材料进行塑形加工的必要条件，是零件安全使用的可靠保证 塑形变形曲线图

硬度 布式（HBS)，洛式(HRC)，维式(HV)

布式硬度，压痕法，直径为D的钢球或硬质合金球 钢球HBS<450 HBS HBW>450HBW 缺点 1 只能测量原材料，毛坯，半成品 2繁琐不方便 优点：精确

洛式硬度 金刚石锥体压头，或直径为1.588mm的淬硬钢球 HRC，淬火钢硬度测量20 - 67 HRA，表面高硬度材料 70-85 HRB，硬度较低材料 25-100 >50HRC耐磨 在25HRC左右，HRC≈10HBS

维式硬度，最精确的测定 金刚石四棱锥压头 适用于做过表面处理的材料，如镀层，淬层，渗层

1 硬度实验非破坏性实验 2可根据硬度估计材料近似的抗拉强度和耐磨性 3硬度与工艺之间也有一定关联，可做加工工艺参考 冲击韧性，抵抗冲击载荷的能力 断裂韧性，带微裂纹的材料或零件阻止裂纹扩展的能力 第二章，工程材料结构 一·金属的结构 原子排列有序为晶体 1 结构有序 2 物理性质表现为各异向性 3 有固定熔点 固体，远程有序，液体，远程无序，近程有序，气体，近程无序 合金，伪各异向性，表现为各同向性

1体心立方晶格（BCC晶格） α-Fe，912℃以下 2面心立方晶格（FCC晶格） 74%致密度，912℃以上，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Au，Ag,Pb 3密排六方晶格 镁，锌，铍，Cd

晶体缺陷 1点缺陷 原子确实，置换原子，间隙原子 晶格畸变，晶体总能量升高，提高材料硬度 2线缺陷 各种类型的位错 位错密度与材料强度曲线图

从图中可知，更多位错或更少位错都能提高材料强度，但一般提高材料强度方式都是造成更多位错，而不是更少位错 3面缺陷 面缺陷有晶界和亚晶界 晶界对位错运动起阻碍作用，使金属的强度升高 这是晶界的主要特征，晶粒越细，晶界面积越大，金属强度越好，晶粒越细，金属塑形越好

细化晶粒的方法 1增加过冷度，过冷度越大，单位体积内的晶粒数目越多，晶粒细化 2变质处理，在液态金属结晶中加入细小变质剂，是形核率增加而使核长大速率减小 3机械振动，超声波振动，增加结晶动力，使枝晶破碎，也间接增加形核核心

金属相结构 1固溶体 金属固态下，组元间相互溶解而形成的均匀相，称为固溶体 置换固溶体，间隙固溶体 形成固溶体使金属晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑形变形更加困难，增强了金属的强度与硬度，这种现象称为固溶强化 2金属化合物 3间隙化合物 由过渡元素与碳氮氢硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物 间隙相，非金属原子和金属原子半径之比小于0.59，形成简单晶格的间隙化合物，间隙相有金属特征，极高的熔点和硬度，非常稳定 间隙相可提高金属的强度，热强性，红硬性和耐磨性，因此间隙相是高合金刚和硬质合金中重要的组成部分 4机械混合物 两种或两种以上的相混合

合金的结晶 枝晶偏析 冷却速度过快，原子来不及扩散，导致先后结晶的固溶体成分差异，导致晶体内部成分不均匀的现象，严重降低了合金的力学性能和加工工艺性能，常采用扩散退火来消除

*铁碳合金 1纯铁，含铁量在99.8%-99.9%，熔点1538 2铁碳合金基本相，组织 1铁素体，碳溶于α-Fe中形成的间隙化合物称为铁素体，符号F，晶格间隙小，溶碳量小，所以力学性能与纯铁相似 2奥氏体，碳溶与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，符号A,溶碳能力好，强度硬度低，塑形良好，是高温压力加工的理想组织 3渗碳体 硬度很高，塑韧性几乎为零，是强化相，一种金属化合物 4珠光体 铁素体与渗碳体组成的机械混合物，符号P，综合性能良好 5莱氏体

**铁碳合金相图

C点为共晶点，1148，4.3 E点，Y-Fe最大溶解度，刚与铁的分界点 S共析点，727，0.77，珠光体

GS，A3线，奥氏体开始析出铁素体的析出线 ES，Acm线，碳在奥氏体中的固溶线 ECF共晶线 A1线，碳在铁素体中的固溶线

工业纯铁，Wc小于等于0.0218% 钢，0.0218%<=Wc<=2.11%，高温组织是奥氏体 室温组织 1，亚共析钢 0.218%2，共析钢 0.77 ,P 3，过共析钢 0.77-2.11,P+二次渗碳体 4，白口铸铁，2.11-6.69 冷变形强化 晶粒胞状化，产生加工硬化，变形量增大，亚晶粒细化。晶粒亚结构细化以及位错密度增加使金属塑形变形抗力增加，产生加工硬化

再结晶 回复阶段后继续加热到足够高的温度，原子扩散能力增强，金属发生新晶粒的形核和长大，原纤维状组织被新的均匀细小的晶粒状所取代，宏观上表现为强度硬度下降，塑形韧性升高

热加工，再结晶温度以上进行塑形变形，如锻造 1消除铸态金属的某些缺陷，提高致密度及力学性能（好处） 2形成热变形的纤维组织，性能趋近于各向异性（半好半坏） 3出现带状组织，性能呈现各向异性（坏处）

细晶强化的方法与应用 1提高过冷度 2变质处理 3振动与搅拌

热处理 过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 1，珠光体型组织 A1-650℃之间的区域形成普通片状珠光体，符号P 650-600，细片状珠光体，称索氏体，符号S 600-550，细片状珠光体，称屈氏体，符号Q 2 贝氏体型组织 550-Ms（230℃），贝氏体，B 550-350，上贝氏体，B上 350-Ms，下贝氏体，B下

*马氏体组织 马氏体组织是冷却至Ms线以下，马氏体形成无扩散性，转变速度快，但转变不完全，有残余奥氏体，符号Ar 板条状马氏体 Wc%>1.0的马氏体为针片状，Wc%<0.2%的马氏体称为板条状马氏体，介于两者之间的是板条状与针片状的混合物 马氏体主要性能是强度硬度高 过冷奥氏体的连续冷却转变 利用C曲线分析过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 V1是炉冷，得到珠光体组织 V2是空冷，得到索氏体组织 V3是油冷，得到Q与M的混合组织 V4是水冷，得到M 如果想要得到完全的马氏体组织连续冷却曲线必定在C曲线左边或与C曲线相切

钢的热处理工艺 退火 退火是将钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的一种热处理工艺 目的：均匀成分组织，细化晶粒，消除内应力，改善切削加工性能，为后续的淬火做好组织上的准备

1完全退火 加热至A3线以上20到30℃，炉冷到500℃，然后空冷，得到接近平衡态的珠光体组织 主要用于亚共析碳钢及合金钢的铸件，锻件和热轧型材，不能用于低碳钢和过共析钢 缺点是耗时过长

2等温退火 耗时比完全退火短，除了冷却方式不同之外，其他与完全退火类似

3球化退火 A1线以上20-40℃ 适用于共析钢和过共析钢，得到珠光体型组织

4扩散退火 A3线以上150-300℃，长时间保温（10-15小时），然后炉冷 目的：消除枝晶偏析 适用于合金钢的铸锭，铸件及锻胚 退火后组织不变，但容易引起过热过烧，过热可以用完全退火或正火来消除，过烧只能报废 缺点：耗时极大，耗能极大，成本很高，工件容易损毁

5去应力退火 6再结晶退火 目的：消除加工硬化，便于冷加工继续进行

正火 目的 1预备热处理，主要用于低中碳钢，提高硬度，改善切削加工性能，还可以减少淬火时的变形及开裂 2作为最终热处理，主要用于性能要求不高的普通结构零件 3作为过共析钢球化退火前的预备热处理，能消除过共钢组织中的网状二次渗碳体，为淬火做准备

淬火 是将钢加热到临界温度以上30-50摄氏度，保温一定时间后，以大于钢的临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺 亚共析钢加热温度一般在A3线以上30-50℃，过高晶粒粗大，过低硬度不足 共析钢和过共析刚加热温度一半在A1线以上30-50℃，得到的组织是M+二次渗碳体+Ar，这种组织硬度硬度高，耐磨性好 如果加热温度过高，则残余奥氏体增多，硬度耐磨性下降，得到粗大马氏体，钢氧化脱碳，变形开裂 冷却 淬火冷却介质，水，油，10%氯化钠，空气 淬火方法 各种淬火冷却方法示意图

1单液淬火法 用单一淬火冷却介质进行淬火冷却，操作简单，但容易产生淬火缺陷 2双液淬火法 先将奥氏体加入其中一种冷却能力强的介质中冷却，防止奥氏体分解，等冷到Ms线以下在换到另一种介质，减少淬火时的组织应力，防止钢件变形开裂 一般用于高碳，合金钢 3分级淬火法 4等温淬火法

回火 目的：获得稳定的组织性能，减少或消除淬火后的应力 回火的性能变化：随回火温度升高，强度，硬度下降，塑形韧性升高 钢在回火时的变化

1低温回火脆性 250-400摄氏度回火 防止方法是避免在该温度回火 2高温回火脆性 500-650摄氏度回火 含有Cr,Ni,Si,Mn等元素的合金钢会产生高温回火脆性 消除方法，快速冷却或加入Mo，W等元素，抑制杂质元素向晶界偏聚

1低温回火 得到回火马氏体，主要用于高碳模具钢，滚动轴承钢，渗碳钢，表面淬火钢 2中温回火 得到回火屈氏体，弹韧性好，用于制作弹簧 3高温回火 得到回火索氏体，这种回火过程称为调质，这种回火钢的综合性能优良，能承受交变载荷，常用于轴类，连杆，螺栓，齿轮