機械工程材料復習要點

純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與組織 1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶體：結(jié)構(gòu)具有周期性和對稱性的固體，原子或分子排列規(guī)則。 晶胞： （理解它的定義，主要是幾個詞） 三種典型晶胞(bcc, fcc, hcp)，晶胞中包含的原子數(shù)，原子半徑與點陣常數(shù)，致密度： PPT 上有個重要數(shù)據(jù)匯總表 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶向晶面（要會認，會畫） ， 晶體缺陷：在實際晶體中存在的偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 點缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷，如空位、間隙原子、異類原子。 線缺陷：在兩個方向上尺寸很小，而另一個方向尺寸較大的缺陷，主要是位錯。 面缺陷： 在一個方向上尺寸很小， 而在另外兩個尺寸上尺寸較大的缺陷， 如晶界、 相界、 表面等。 孿晶界： 金屬中晶體兩部分沿某一公共面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系， 公共晶面為孿晶面。 1.2 純金屬的結(jié)晶與組織 結(jié)晶：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫�態(tài)的過程。 過冷：液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度一下開始結(jié)晶的現(xiàn)象。 過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差。 均質(zhì)形核：只靠液態(tài)金屬本身在一定過冷度下形成晶核。 非均質(zhì)形核：依附于未溶的固態(tài)雜質(zhì)表面而形核，長大方式多為枝晶方式成長。 形核率：單位時間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。 生長速率：單位時間內(nèi)晶核生長的線長。 變質(zhì)處理液態(tài)金屬中加入難溶固體顆粒增加形核率，而細化晶粒的方法。 影響形核率和生長速率的因素及機制： 受過冷度和雜質(zhì)的影響。 外來雜質(zhì)增加形核率同 時阻礙晶體生長。 2 二元合金的相結(jié)構(gòu)與組織 2.1 合金的相結(jié)構(gòu) 組元：組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。 相：金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同、聚集態(tài)相同，并與其他部分有界面分開的均 勻組成部分。固溶體：合金中組元相互溶解而形成的均勻固體。 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置而形成的固溶體。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。 固溶強化：固溶體中晶格畸變較大，隨溶質(zhì)原子增加，合金強度和硬度提高，塑性和韌 性降低。 金屬間化合物（分類及性質(zhì)） ：金屬間化合物可分為正常價化合物、電子化合物和間隙 相。金屬化合物熔點高、硬度高但很脆，彌散分布的金屬間化合物可提高金屬強度、硬 度和耐磨性，但降低塑性。 2.2 二元合金相圖 相圖（依據(jù) PPT 中的定義） ：用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡明圖 解，又稱狀態(tài)圖或平衡圖。 2.3 二元合金相圖的基本類型及相圖分析 杠桿定律（定義，計算，適用條件，求組織含量、相含量、組織成分和相成分） 晶內(nèi)偏析：溶質(zhì)原子在液相充分

擴散，在故鄉(xiāng)內(nèi)來不及擴散，以致固溶體內(nèi)先結(jié)晶的中 心和后結(jié)晶的部分成分不同。 枝晶偏析：一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。 1 1

批注 [Grcui1]: 過于簡單，過冷度 的影響，雜質(zhì)的影響結(jié)果和原因，能 增加非均質(zhì)形核，阻礙原子的遷移， 所以才。。。 。。

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擴散退火，加熱到固相線以下 100~200℃長時間保溫,以使原子充分擴散、成分均勻， 消除枝晶偏析的熱處理工藝。 共晶體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機械混合物稱為共晶體或共晶組織。 2.4 鐵碳合金相圖 默畫鐵碳相圖，能夠指出其中的點，線，區(qū)域所代表的相和平衡組織，給定合金成分， 能夠給出其從液態(tài)到常溫的組織及成分變化，要求會畫圖 2.24，2.25，2.26 中所示的三 種鋼的平衡條件下的固態(tài)轉(zhuǎn)變及組織。 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 3.1 金屬的變形過程 彈性變形：外力去除后能夠恢復的變形。 塑性變形：外力去除后步能夠恢復的變形。 滑移：一部分晶體沿著某一晶面和晶向相對于另一部分晶體滑動。 滑移面、滑移方向：沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。 滑移系：一個滑移面和其上的一個滑移方向組成一個滑移系。 晶體結(jié)構(gòu)與塑性變形的能力：面心立方晶格好于體心立方晶格好于密排立方晶格。 多晶體塑性變形的影響因素及機制：晶界和晶粒位向的影響。 （機制。。 。）P40，中間的 那個大段，仔細看。 3.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響 纖維狀組織：金屬塑性變形后，內(nèi)部晶粒會被拉長稱謂細條狀或纖維狀的組織。 加工硬化（定義，機制，缺點） ：PPT3.2.2 變形織構(gòu)：由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當塑性變形達到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位 向與變形方向趨于一致的現(xiàn)象。 殘余內(nèi)應(yīng)力（分類） ：PPT3.2.4 3.3 金屬的回復與再結(jié)晶 回復（定義，機制） ：PPT3.3.1 去應(yīng)力退火：回復退火（。。。 。） 再結(jié)晶（定義，特點） ：冷變形組織在加熱時重新徹底改變的過程。特點：也是一個晶 核形成和長大的過程， 但不是相變過程， 再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相 同，沒有新相產(chǎn)生，并且由于再結(jié)晶后組織的復原，金屬的強度硬度下降，塑性。韌性 提高，加工硬化消失。 再結(jié)晶溫度（定義，影響因素） ：再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在 一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。影響因素：① 金屬預先變形程度越大， 再結(jié)晶溫度越低②金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素， 尤其是高熔 點元素起阻礙擴散和晶界遷移作用， 使再結(jié)晶溫度顯著提高③提高加熱速度會使再結(jié)晶

推遲到較高溫度發(fā)生；延長加熱時間，使原子充分擴散，再結(jié)晶溫度降低。 3.4 金屬的熱加工 冷加工：在低于再結(jié)晶溫度下使金屬發(fā)生塑性變形。 熱加工對組織性能的影響： 熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合， 使粗大的樹枝晶 或柱狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學性能提高。 流線：熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長。形成彼此平行的宏觀條紋， 稱作流線。 帶狀組織：在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的 F 和 P 呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織。 冷熱加工的特點和應(yīng)用場合區(qū)別：熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截 面尺寸大、 變形量大、 在室溫下加工困難的工作。 冷加工一般用于截面尺寸小， 塑性好、 2

批注 [Grcui2]: 這個定義不合適， 你再找找。

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尺寸精度及表面光潔度高的工作。 3.5 金屬的斷裂 斷裂分類：按材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量大小分：韌性斷裂、脆性斷裂。 按裂紋擴展路徑分：穿晶斷裂、沿晶斷裂。 評定金屬材料在應(yīng)力、介質(zhì)作用下的性能指標 4.1 金屬材料在靜載荷作用下的性能指標 靜載荷：作用于材料的載荷方向與作用時間無關(guān)。 機械性能：材料在外力作用時抵抗變形和破壞的能力。 剛度（定義，公式，分析） ：材料受力時抵抗彈性變形的能力。 （公式和分析見 PPT4.1 第三頁） 彈性極限：開始產(chǎn)生塑性變形的抗力，也可以說。。。。 。。。 強度（屈服強度，抗拉強度（物理意義）：材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力， ） 包括屈服強度和抗拉強度。屈服時對應(yīng)的應(yīng)力叫做屈服輕度或屈服點、屈服極限。材料 斷裂前所承受的最大應(yīng)力值稱作抗拉強度， 其物理意義是： 表征材料對最大均勻變形的 抗力，也是材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。 屈服現(xiàn)象：拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加或開始下降，而試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象成屈服 現(xiàn)象。 伸長率，斷面收縮率（兩個公式。。 。） 硬度（三種，縮寫） ：材料抵抗外來物體嵌入的能力，或抵抗物體表面局部塑性變形的 能力。HB（布氏硬度分為 HBS 和 HBW） HR（洛氏硬度） HV（維氏硬度） 4.2 金屬材料在其他載荷作用下的性能指標 沖擊韌性：材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度： 材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降， 在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇 下降，此溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 疲勞（定義，特點） ：材料在低于屈服極限的重復交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。特 點：1.疲勞破壞的應(yīng)力低，甚至低于彈性極限。 2.在交變應(yīng)力下產(chǎn)生，若干次的交變

應(yīng)力下完成。 3.宏觀脆性斷裂，需用特殊的攤上設(shè)備檢測。 4.局部組織發(fā)生變化。 5．疲勞斷口分為兩部分。光滑疲勞裂紋擴展區(qū)和最后突然斷裂區(qū)。 6.循環(huán)應(yīng)力造成局部塑性變形而引起開裂；拉伸應(yīng)力促進裂紋擴展。 7.疲勞裂紋三階段：裂紋形成、裂紋擴展和最終失穩(wěn)擴展。 8.在應(yīng)力對稱洗漱相同時，應(yīng)力振幅越大，斷前循環(huán)次數(shù)少。 疲勞極限：當應(yīng)力低于一定值，應(yīng)力交變到無數(shù)次也不發(fā)生疲勞斷裂時的應(yīng)力。 4.3 金屬的缺口效應(yīng)與斷裂韌性 斷裂韌性：KIC=YσC ，一個只和材料本身的成分、組織與結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

4.4 金屬的磨損與接觸疲勞 磨損的分類及機理： 相互破壞的零件間產(chǎn)生摩擦， 由于表面產(chǎn)生物理、 化學及力的作用， 導致零件形狀和尺寸的變化，從而產(chǎn)生磨損�？煞譃檎持�磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損。 接觸疲勞及其失效形式和機理： 在接觸應(yīng)力長期反復作用下， 零件的光滑接觸面會產(chǎn)生 針狀或豆狀的凹坑，或大面積的表層壓碎的現(xiàn)象稱為接觸疲勞。 其主要是失效形式：麻點脫落、淺層剝落、硬化層剝落。 4.5 應(yīng)力腐蝕與氫脆 3

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應(yīng)力腐蝕斷裂（定義，特點） ：由拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用而引起的低應(yīng)力脆性斷 裂。特點：1.拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用，其中拉伸應(yīng)力為外載荷或殘余應(yīng)力。 2．腐蝕介質(zhì)較弱，尤其在沒有拉應(yīng)力存在時，腐蝕很弱；并且不同材料只 對某些介質(zhì)敏感。 3.合金產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，純金屬不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 氫脆：將由氫的作用所引起的低應(yīng)力脆斷或開裂的現(xiàn)象。 改善鋼的組織與性能的基本途徑 各種強化方式機制（見 PPT） 5.1 冶金質(zhì)量對鋼性能的影響 雜質(zhì)（有害的，有益的） ：有益 Mn 和 Si；有害 S、P、O、N、H。 氫脆（白點） ：微量的氫會導致鋼由于氫含量較多而使鋼中出現(xiàn)非常危險的內(nèi)部裂紋， 這種裂紋使斷口呈白色斑點狀，稱之為白點，從而產(chǎn)生“氫脆” 。使鋼的塑性降低。 非金屬夾雜對鋼性能的影響： 與基體彈塑性變形不協(xié)調(diào)而引起應(yīng)力集中， 脆性夾雜物邊 緣出現(xiàn)疲勞裂紋，從而降低鋼強度，降低鋼的使用性能和工藝性能。 鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼，半鎮(zhèn)靜鋼（知道它們是根據(jù)什么分類的）縮孔，疏松，偏析（理解它 們的特點） 鋼的分類（碳鋼，合金鋼，結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊用途鋼）PPT5.1.4 5.2 碳鋼的熱處理 熱處理：將鋼在固態(tài)下以一定的方式進行加熱、保溫，然后采取合適的方式冷卻，讓其 獲得所需要的結(jié)構(gòu)組織和性能的工藝。 四把火（定義，目的） 表面淬火：將鋼件表面層加熱到臨界點以上溫度并急速冷卻。 化學熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中活性

原子滲入工作表層，以 改變表層的化學成分組織，具有某些特殊的機械和物化性能。 加熱時的組織轉(zhuǎn)變（PPT5.2.1） 三種奧氏體晶粒度：起始晶粒度：在奧氏體形成剛結(jié)束時，即晶粒邊界剛剛相互接觸時 的晶粒大小。 實際晶粒度：鋼在加熱時所獲得的實際奧氏體晶粒大小。 本質(zhì)晶粒度：鋼在一定條件下奧氏體晶粒的長大傾向性。 冷卻時的組織轉(zhuǎn)變：珠光體，索氏體，屈氏體，貝氏體，馬氏體 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點:1.無擴散性。。 。 2.共格位向關(guān)系。。 。 3.降溫形成。。 。 4.高速長大。。 。 5.轉(zhuǎn)變不完全。。 。 馬氏體的形態(tài)（特征，分類） 馬氏體的性能特征：高硬度 淬硬性：淬火后馬氏體組織所能達到的最高硬度值。 C 曲線的意義 PPT5.2.2 淬透性：鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。 淬硬層深度：由工件表層到半馬氏體區(qū)的深度。 淬火臨界直徑：圓柱鋼棒在規(guī)定的淬火介質(zhì)中能全部淬透的最大直徑。 合金元素對淬透性的影響：多數(shù)合金元素都使鋼的淬透性提高。 回火時的組織轉(zhuǎn)變：淬火碳鋼在回火時所發(fā)生的四個轉(zhuǎn)變（PPT5.2.4，還有課本上的幾 4

批注 [Grcui3]: 有點過于簡單，要 理解小標題內(nèi)的內(nèi)容

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個圖） 第一類回火脆：淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時， 會出現(xiàn)沖擊韌性下降的脆化現(xiàn)象叫做回火脆性， 由于這種脆性生成后不能消除， 也叫第 一類回火脆。 回火的種類（PPT5.3 上面的表） 5.3 鋼的合金化 合金元素在鋼中的存在形式：第一類：非碳化物形成元素，主要固溶于鐵素體中。 第二類：碳化物的形成元素，部分固溶于鐵素體，部分與 C 形成碳化物。 合金元素對淬透性的影響：除 Co 和 Al 外，合金元素均使 C 曲線右移，都不同程度地 降低臨界冷卻速度，都能提高鋼的淬透性。 對回火轉(zhuǎn)變及性能的影響： 二次淬火：高合金鋼中殘余奧氏體十分穩(wěn)定，回火冷卻后，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度 反而增加的現(xiàn)象。 二次硬化：含高Ｗ、Ｍo、Cr、V 鋼淬火后回火時，合金元素不但阻礙碳擴散，而組織 析出細小彌散的特殊碳化物，使硬度不但不下降反而升高的現(xiàn)象。 回火穩(wěn)定性：合金元素抑制馬氏體分解，阻礙碳化物的聚集和長大，使鋼在很高的回火 溫度下保持高硬度和高強度的性質(zhì)，成抗回火性或回火穩(wěn)定性。 第二類回火脆性：在含有 Cr、Ni、Mn 等元素的鋼中，在 550-650℃回火后，又出現(xiàn)了沖 擊值的降低，稱高溫回火脆性或第二類回火脆性。 5.3.5（PPT 內(nèi)容） 構(gòu)件用鋼 6.1 構(gòu)件工作條件及性能要求 工作條件：不做相對運動，長期承受靜載荷作用，在一定溫度和介質(zhì)中工作； 使用性能：

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工藝

性能：焊接及冷變形能力，尤其是焊接的工藝性能。 常用鋼種：低碳鋼和低碳合金鋼 熱處理狀態(tài)：熱軋或正火狀態(tài)下使用，有時也在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。 常溫狀態(tài)下的組織：鐵素體+珠光體 6.2 低碳構(gòu)件用鋼的性能特點 冷脆：構(gòu)件用鋼隨實驗溫度的不斷降低，其屈服點顯著升高，并導致斷裂性質(zhì)變化，即 由宏觀塑性破斷過度到宏觀脆性斷裂的現(xiàn)象。 時效（應(yīng)變時效，淬火時效，自然時效，人工時效） ， 藍脆：低碳鋼在 300~400℃的溫度范圍內(nèi)反常的出現(xiàn)σb 增高，而δψ降低的現(xiàn)象。 6.3 構(gòu)件用鋼 Q235, 12Mn 的常用場合 機器零件用鋼 7.1 概述 影響機器零件力學性能的主要因素： 1. 碳含量 2. 淬火后的回火溫度 3. 合金元素種類和數(shù)量 5

7.2 軸類零件用鋼 工作條件：承受交變應(yīng)力；相對滑動產(chǎn)生摩擦；承受一定的沖擊載荷。 性能要求：高的.疲勞極限；良好的沖擊韌性；軸的表面或局部表面有一定的耐磨性。 軸類零件用鋼：碳素調(diào)質(zhì)鋼的組織：回火索氏體。 碳素調(diào)質(zhì)鋼的缺點（及克服措施） ： 1. 碳素鋼淬透性低——合金化 2. 調(diào)質(zhì)鋼硬度較低，耐磨性不足——表層強化提高耐磨性 3. 回火溫度高，強度下降較多——適當調(diào)整回火溫度提高調(diào)質(zhì)碳素鋼強度。 合金調(diào)質(zhì)鋼的特點： 1. 淬透性高于碳素鋼 2. 合金鋼有第二類回火脆，可加入 Mo 和 W 控制 3. 過熱敏感性較小，奧氏體晶粒較細，韌性強度高 4. 合金調(diào)質(zhì)鋼的強韌性高于碳素調(diào)質(zhì)鋼 典型用鋼 45, 40Cr, 40CrMn 中碳鋼：預備熱處理工藝：完全退火或正火。目的：消除鍛造工藝中的缺陷，為隨后的 工藝操作作組織準備。組織：完全退火后得到鐵素體加珠光體。 利于切削的硬 HB160~203 最終熱處理（工藝、目的和組織）工藝：完全淬火加高溫回火。目的：賦予零件綜合機 械性能。組織：淬火得到完全的馬氏體。中碳鋼回火后的組織為回火索氏體。 中碳合金鋼：與碳鋼的工藝區(qū)別（PPT7.3 上面的一頁） 7.3 齒輪用鋼 工作條件：1.通過齒面接觸而傳遞動力，易產(chǎn)生接觸疲勞而形成脫落 2.兩齒輪齒面相對運動而易產(chǎn)生摩擦磨損 3.齒根承受反復彎曲應(yīng)力，易發(fā)生彎曲疲勞破壞 4.高速運轉(zhuǎn)齒輪間易產(chǎn)生膠合磨損 性能要求：高的接觸疲勞強度；高的耐磨性；高的彎曲疲勞強度和良好的韌性與塑性， 防止齒輪斷裂。為此，齒輪工作表面應(yīng)堅硬耐磨；心部應(yīng)具有良好的韌性和塑性。 四種途徑滿足不同工作條件下齒輪的需求：1.低碳鋼滲碳淬火 2.中碳鋼感應(yīng)加熱表面淬火 3.中碳鋼調(diào)制處理加氮化處理 4.熱處理后再加表面冷塑性變形強化 影響表面性能的因素：表層組織；表層內(nèi)應(yīng)力分布；硬化層的厚度；心部硬度 滲碳用鋼：

20，20Cr，20Cr2Ni4 低碳鋼的滲碳淬火：目的：賦予齒輪表面良好的耐磨性及較高的疲勞接觸強度。 滲碳層組織分布：滲層碳質(zhì)量分數(shù)超過 0.8％~0.9％的為過共析組織，向內(nèi)依次為共析 組織和亞共析組織。 滲碳后的熱處理：淬火加低溫回火。 一次淬火和二次淬火的目的：第一次淬火加熱至 850~900，為細化心部，消除滲碳網(wǎng)； 第二次加熱到 780~800，未得到細針狀馬氏體和分布其間的剩余碳化物。 鍛后預備熱處理——采用正火的原因： 完全退火使組織中出現(xiàn)大塊鐵素體， 降低加工后 粗糙度。 噴丸處理的目的：噴丸處理使工件表 main 面產(chǎn)生塑性變形，形成加工硬化層，同時獲 得殘余壓應(yīng)力，提高了齒輪表面疲勞強度。 感應(yīng)加熱表面淬火用鋼：1，中碳鋼（45,40Cr，感應(yīng)加熱用，和調(diào)質(zhì)用的區(qū)別） ：一是 6

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調(diào)制處理不是表面淬火的先決條件， 可用正火代替調(diào)制處理而保證心部的韌性； 二是感 應(yīng)加熱用鋼的化學成分應(yīng)同時保證表層和心部的性能。 感應(yīng)加熱表面淬火鋼的要求：1.感應(yīng)加熱表面淬火時控制淬透性，淬透性大易引起開裂 2.化學成分應(yīng)保證淬火后， 淬硬層和心部都得到所要求的 性能。 2，低淬透性鋼（55DTi） ，用在模數(shù)（4-6）的感應(yīng)加熱表面淬火，低淬透性+中頻感應(yīng) 加熱；3、感應(yīng)加熱淬火后立即低溫回火去應(yīng)力 自回火： 齒輪表面淬火后， 高頻加熱產(chǎn)生的熱量傳遞到內(nèi)部的熱量使已淬火的表面回火。 齒輪氮化用鋼：38CrMoAlA 其中 Al、Mo 的作用：加入 1%的 Al 提高氮化速度和氮化 層的硬度；加入 0.2%的 Mo 以抑制第二類回火脆并提高回火抗力。 為何不能用普通碳鋼：普通碳鋼不形成特殊氮化物，氮化層硬度不高。 氮化前先進行調(diào)質(zhì)處理，使心部獲得回火索氏體來支撐表面氮化層。 氮化層硬度：HRC58~62 氮化后齒輪不能淬火 氮化層的優(yōu)缺點：具有高的疲勞強度和較低的缺口敏感性，化學穩(wěn)定性高，防腐蝕。但 其滲氮時間長，脆性大。 氮化的適用范圍：適用于精度高、變形小、高耐磨和耐蝕齒輪。 表 7.8 最好掌握 7.4 彈簧用鋼 工作條件與性能要求：1.高的彈性極限σs，可儲備更多能量，并防止彈簧產(chǎn)生塑性變形 2．高的疲勞強度σ-1 防止疲勞斷裂 3.具有一定的塑性和韌性（三個參數(shù)的要求） 素彈簧鋼（T9A）的特點和合金彈簧鋼的特點（PPT7.4.2） 五類彈簧鋼（記住 5 個鋼號及分類理由） ：根據(jù)其化學成分尤其是合金元素的含量及熱 處理制度的不同可將彈簧鋼分為:碳素合金鋼（T9A） 、錳彈簧鋼（65Mn） 、硅錳彈簧鋼 （60Si2MnA）鉻釩彈簧鋼（50CrVA）硅鉻彈簧鋼（60Si2CrA） 冷成型與熱成型：彈簧尺寸較小時，采用常溫成型，稱為冷成型；

彈簧尺寸較大時，采 用加熱后成型，稱為熱成型。 冷卷彈簧： 硬化狀態(tài)原料冷卷后只需要去應(yīng)力退火； 退火狀態(tài)原料冷卷后需要進行淬火 +400~520℃回火，熱成型彈簧卷簧后需要淬火加回火+噴丸。 7.5 滾動軸承用鋼 工作條件及性能要求（PPT7.5.1） 鉻軸承用鋼（GCr15，C 含量 1%，Cr 含量 1.5%）的成分特點（PPT7.5.2） 預備熱處理及最終熱處理（PPT7.5.3） 7.6 易切削鋼 Y 工具材料 工具鋼分為：刃具鋼，模具鋼，量具鋼 8.1 刃具鋼 工作條件：大的切削壓力，可能導致車刀變形和斷裂；與工件、切屑間的摩擦，可能導 致刃口磨損；切削產(chǎn)生的熱量使刀具溫度升高，可高達 500℃；零件組織和尺寸的不均 等，刀具受一定的沖擊載荷。 性能要求：1.高硬度 2.高耐磨性 7

3.高紅硬性 4.足夠的韌性 紅硬性：刃具在高溫下仍能保持高硬度的能力。 鋼的紅硬性取決于（原因） ： 1. 淬火馬氏體中合金元素 Cr W Mo V 等含量多少； 2. 回火時析出碳化物的類型和分布 原因：碳化物阻止馬氏體在高溫時析出碳原子； 有二次硬化的效果。 工藝性能要求：較寬的鍛造溫度范圍，鍛裂、冷裂、析出網(wǎng)狀碳化物傾向低；球化退火 后硬度低，形成珠光體傾向低；良好的淬透性和淬硬性，淬后變形、開裂傾向��；高溫 時，不易過熱和脫碳；抗磨裂性好。 可用鋼種：碳素刃具鋼、低合金刃具鋼和高速鋼 碳素刃具鋼的優(yōu)點：含碳量在 0.65%~1.35%范圍內(nèi)時，碳素刃具鋼具有較高的硬度，良 好的耐磨性和一定的強度和韌性。 （？） 缺點： 高碳片狀馬氏體中含有較多碳化物， 使高碳鋼韌性降低， 脆性增加。 高于 250℃回火后碳的析出使硬度顯著降低，導致其紅硬性較低。 預備熱處理：淬火加低溫回火（？） 三種碳素刃具鋼的特點用途： 亞共析刃具鋼：良好的強韌性，制造承受沖擊的工具。 共析刃具鋼：良好的淬透性，無網(wǎng)狀碳化物析出，可制造大截面刀具。 過共析刃具鋼：T10~T11 制造硬度和耐磨性較高的切削工具； T12~T13，韌性低，不易受沖擊，制造耐磨工具。 低合金工具鋼（9SiCr）的使用組織：M 回+顆粒狀碳化物+A?（少量） 8.2 高速鋼 風鋼：制造高速切削刃具用鋼 性能特點：高紅硬性，高淬透性。 高速鋼（W18Cr4V）中合金元素的作用（W，Cr，V） （PPT8.2.1） 三次回火（多次回火的原因） ：1.析出彌散小的Ｗ、Ｍo、V 的碳化物，產(chǎn)生二次硬化 2.殘余奧氏體中，碳及合金元素含量下降，Ms 點上升， 剩余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?M。 8.3 模具鋼 冷作模具和熱作模具，冷作模具鋼：刃口性能要求，常用刃具鋼； （PPT8.3.1） 熱作模具鋼的性能要求:1.高的變形抗力 2．良好的斷裂抗力 3.高的熱疲勞抗

力 4.良好的淬透性 使用狀態(tài)下的組織：S 回 5CrMnMo 8.4 量具鋼 時效效應(yīng)的原因：1.殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，發(fā)生膨脹 2．馬氏體分解，體積收縮 3.殘余應(yīng)力變化及重新分布引起的彈塑性變形 性能要求：1.高硬度和耐磨性 2 高的尺寸穩(wěn)定性 8

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3. 足夠的韌性 常用鋼種:碳素工具鋼、高碳合金工具鋼、滲碳鋼 熱處理工藝：淬火+低溫回火 8.5 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是什么：將一些難溶的化合物粉末和粘合劑混合，加壓成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的 一種粉末冶金材料。 特點：硬度高、熱硬性好、耐磨性優(yōu)良。切削速度可比高速鋼提高 4~7 倍，刀具壽命 可提高 5~80 倍。 分類：金屬陶瓷硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 特殊鋼 9.1 不銹鋼 不銹鋼：一般指在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼； 耐酸鋼：在各種強腐蝕介質(zhì)（酸）中耐腐蝕的鋼。 防止電化學腐蝕的措施：1.獲得均勻的單相組織； 2.提高合金的電極電位，減小電極間電位差； 3.使表面形成致密的鈍化膜。 常見合金元素（C，Cr，Ni，Mo，Ti，Nb）對抗腐蝕的作用： C 具有雙重作用：碳量增加，因形成碳化鉻導致鉻的減少，從而使耐蝕性降低，因 此要求含碳量低；但對強度、硬度、和耐磨性等有具體要求時，應(yīng)適當增加碳含量。 Cr：提高耐蝕性的主要元素：形成穩(wěn)定致密的氧化膜；縮小γ區(qū)，形成單相鐵素 體組織；提高基體電極電位。 Ni：獲得單相奧氏體組織 Mo：耐有機酸腐蝕； Ti 、Nb：防止奧氏體鋼晶間腐蝕。 1Cr13-抗氧化鋼，1Cr17Ni2-馬氏體不銹鋼-熱強 0Cr17Ni7Al-控制相轉(zhuǎn)變不銹鋼-優(yōu)點 0Cr18Ni9（304 臺灣牌號）-奧氏體不銹鋼（18-8）-性能特點：具有良好的耐蝕性，冷 熱加工性及可焊性。高的塑韌性，無磁性。 晶間腐蝕：沿晶粒晶界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。 應(yīng)力腐蝕：在特定的合金-環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。 9.2 耐熱鋼及耐熱合金 耐熱鋼的分類：耐熱不起皮鋼和熱強鋼 熱強鋼：承受高溫氣體介質(zhì)作用外，還承受一定載荷作用的鋼 熱強性（三個影響因素） ：材料在高溫和載荷作用下抵抗塑性變形和破裂的能力。其高 溫力學性能與溫度、時間和組織有關(guān)。 蠕變：金屬在高溫下，當外應(yīng)力低于屈服極限（甚至彈性極限）時，隨時間的延長逐漸 發(fā)生緩慢的塑性變形直至斷裂的現(xiàn)象，是材料在高溫條件下工作的一種主要失效形式。 提高高溫強度的途徑：固溶強化；析出強化；晶界強化 Cr13-馬氏體耐熱鋼 1Cr18Ni9Ti-奧氏體耐熱鋼 高溫合金鎳基，鈮基 9.3 耐磨鋼 Mn13 水韌處理：將鑄造后的高錳鋼加熱到 1000~1100℃，并保持一定時間，使碳化物完全融 入奧氏體中，然后水中冷卻。 9

石墨化鋼-鑄鋼-耐磨鋼 10 鑄鋼

10.1 鑄造碳鋼 魏氏組織特征與消除方法： 先共析鋼鐵素體成針狀插向奧氏體晶粒內(nèi)部。 可將鋼退火或 正火消除魏氏組織。 10.2 鑄造合金鋼 加入合金元素的主要目的：鑄造碳鋼淬透性低。 11 鑄鐵 分類（PPT） 11.1 灰口鑄鐵 石墨化的三個階段：在 1153℃左右通過共晶反應(yīng)形成石墨；1153~738℃范圍，自奧氏 體中析出二次石墨；738℃時，共析反應(yīng)形成石墨。 C、Si 促進石墨化，快冷不利于石墨化 灰口鑄鐵的性能：力學性能低；耐磨性能好；消振性能好；鑄造性能好；切削性能好 ：防止 HT，灰口鑄鐵的三種熱處理類型與目的：1.消除應(yīng)力的退火（低溫退火或時效） 變形開裂，保證尺寸穩(wěn)定。2.改善切削加工性能的退火（高溫退火） ：降低硬度，防止產(chǎn)生 白口組織。3.表面淬火：提高表面硬度和耐磨性。 11.2 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵石墨化的兩種退火工藝曲線 11.3 球墨鑄鐵 C、Si 含量較高的目的：得到共晶成分，增加流動性，提高石墨圓整度。 限制 S 的目的：S 可消耗球化元素 組：基體（F 、F+P、 P）+球狀 G 球鐵的熱處理類型和目的（PPT11.3.3） 11.4 特殊性能鑄鐵 合金元素的作用 12 鋁、鈦及其合金 12.1 鋁及鋁合金 分類：變形鋁合金和鑄造鋁合金 變形鋁合金的分類：防銹鋁合金：LF+序號；硬鋁合金：LY+序號；超硬鋁合金：LC+ 序號；鍛鋁合金：LD+序號 鋁合金的熱處理方法：固溶處理加時效 固溶處理： 將合金加熱到固溶線以上， 保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處 理過程。 時效：將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。 峰時效：溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值。 12.2 鈦及鈦合金 鈦的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：882.5℃由體心立方的β-Ti 到密排六方的α-Ti 根據(jù)退火組織鈦合金的分類：α鈦合金 β型鈦合金 α+β型鈦合金 13 銅及銅合金 13.1 銅及銅合金 銅的特點：純銅呈紫紅色，又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。 具有優(yōu)良的導電性和導熱性在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性，塑性好。銅合金 常加入 Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr 等元素既提高了強度又保持了純銅 10

特性。 分類：黃銅-單相黃銅塑性好，兩相黃銅熱塑性好、強度高，青銅：錫青銅體積收縮率 在有色金屬中最小，鋁青銅強度高、鑄造性能好、焊接性能差，鈹青銅-性能出色但貴， 白銅-抗腐蝕好、冷熱加工性能出色 13.2 軸承合金 軸承合金的性能要求 1. 足夠的強韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷 2. 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間膠合。 3. 較小的摩擦系數(shù)，良

好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的 跑合。 及滿足這些性能的兩類組織特征：軟的基體上分布著硬的質(zhì)點或硬的基體上分布著軟 的質(zhì)點。 巴氏合金指具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金，在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點。

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