機械工程材料課程複習
一、機械工程材料概念定義原理規律小結
1.材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為材料的強度。
2.材料在外力作用下顯現出的塑性變形能力稱為材料的塑性。
3.拉伸過程中，載荷不增加而應變仍在增大的現象稱為屈服。拉伸曲線上與此相對應的點應力σs ，稱為材料的屈服點。
拉伸曲線上d點的應力σb稱為材料的抗拉強度，它表明了試樣被拉斷前所能承載的最大應力。
4.硬度是指材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力，它是衡量材料軟硬程度的力學效能指標。一般情況下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。常用硬度有：布氏、洛氏、維氏三種。
5.韌性是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，它是材料塑性和強度的綜合表現。
6.材料在交變應力作用下發生的斷裂現象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂可以在低於材料的屈服強度的應力下發生，斷裂前也無明顯的塑性變形，而且經常是在沒有任何先兆的情況下突然斷裂，因此疲勞斷裂的後果是十分嚴重的。
13.相圖：是表示合金在緩慢冷卻的平衡狀態下相或組織與溫度、成分間關係的圖形，又稱為平衡相圖或狀態圖。
14.二元合金系中兩組元在液態和固態下均能無限互溶，並由液相結晶出單相固溶體的相圖稱為二元勻晶相圖。
15.在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出成分一定的兩個固相的過程稱為共晶轉變。合金系的兩組元在液態下無限互溶，在固態下有限互溶，並在凝固過程中發生共晶轉變的相圖稱為二元共晶相圖。
共晶反應：
16.在一定溫度下，已結晶的一定成分的固相與剩餘的一定成分的液相發生轉變生成另一固相的過程稱為包晶轉變。兩組元在液態下無限互溶，固態下有限互溶，並發生包晶轉變的構成的相圖，叫二元包晶相圖。
17.在恆定的溫度下，乙個有特定成分的固相分解成另外兩個與母相成分不相同的固相的轉變稱為共析轉變，發生共析轉變的相圖稱為共析相圖。共析反應：
18.鐵碳合金的基本相：
鐵素體-碳溶於α-fe中的間隙固溶體，以符號f表示。體心立方晶格。
奧氏體-碳溶於γ-fe中的間隙固溶體，以符號a表示。麵心立方晶格。
滲碳體-是一種具有複雜晶格結構的間隙化合物，分子式為fe3c。
珠光體-是鐵素體和滲碳體組成的兩相機械混合物，常用符號p表示。
萊氏體-是奧氏體和滲碳體組成的兩相機械混合物，常用符號ld表示。
鐵素體、奧氏體和滲碳體都是單相組織，稱為鐵碳合金的基本相；珠光體、萊氏體則是由基本相混合組成的多相組織。
20.一般機械零件和建築結構主要選用低碳鋼和中碳鋼製造。如果需要塑性、韌性好的材料，就應選用碳質量分數小於0．25％的低碳鋼；若需要強度、塑性及韌性都好的材料，應選用碳質量分數為0.
3％~0.55％的中碳鋼；而一般彈簧應選用碳質量分數為0.6％~0.
85％的鋼。對於各種工具，主要選用高碳鋼來製造，其中需要具有足夠的硬度和一定的韌性的沖壓工具，可選用碳質量分數為0.7％~0.
9％的鋼製造；需要具有很高硬度和耐磨性的切削工具和測量工具，一般可選用碳質量分數為1.0％~1.3％的鋼製造。
26.金屬的熱塑性加工：是在再結晶溫度以上的加工，在變形過程中產生的變形晶粒及加工硬化，由於同時進行著再結晶過程而被消除，故金屬將不顯示加工硬化現象。
熱塑性加工使金屬材料的組織和效能發生一系列的顯著變化：消除鑄態組織缺陷，提高力學效能；形成熱加工纖維組織(流線)-應力求工件流線分布合理，盡量使流線與(正)應力方向一致。
27.在再結晶溫度以下的加工，叫冷加工。
28.金屬的強度指標(σs、σb)是代表著金屬在一定變形過程中對塑性變形的抵抗能力。金屬對塑性變形的抗力愈大，則強度愈高。
因此，可以認為，一切提高金屬變形抗力的因素均能提高金屬的強度。
29.金屬強化機制：能阻礙位錯運動的障礙可以有四種：
第一種是溶質原子，引起固溶強化；第二種是晶界，引起細晶強化；第三種是第二相粒子，引起沉澱強化(或瀰散強化)；第四種是位錯本身，引起位錯強化。
30.奧氏體化剛結束時的晶粒度稱為起始晶粒度，此時晶粒細小均勻。隨加熱溫度公升高或保溫時間延長，會出現晶粒長大的現象。
在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱為實際晶粒度,它直接影響鋼的效能。鋼在加熱時奧氏體晶粒的長大傾向稱為本質晶粒度。通常將鋼加熱到940±10℃奧氏體化後，設法把奧氏體晶粒保留到室溫來判斷鋼的本質晶粒度。
晶粒度為1-4級的是本質粗晶粒鋼，5-8級的是本質細晶粒鋼。
36.鋼在加熱時奧氏體形成過程4個步驟：第一步是奧氏體晶核形成，第二步是奧氏體晶核長大，第三步是殘餘滲碳體溶解，第四步是奧氏體成分均勻化。
37.影響奧氏體晶粒大小的4因素：
①加熱溫度和保溫時間加熱溫度高、保溫時間長，奧氏體晶粒粗大，即使是本質細晶粒鋼，當加熱溫度過高時，奧氏體晶粒也會迅速粗化。
②加熱速度加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細。
③合金元素隨奧氏體中碳含量的增加，奧氏體晶粒長大傾向變大，但如果碳以殘餘滲碳體的形式存在，則由於其阻礙晶界移動，反而使長大傾向減小。同樣，在鋼中加入碳化物形成元素(如鈦、釩、鋁、鉭、鋯、鎢、鉻等)和氮化物、氧化物形成元素(如鋁等)，都能阻礙奧氏體晶粒長大，而錳、磷溶於奧氏體後，使鐵原子擴散加快，會促進奧氏體晶粒長大。
④原始組織接近平衡狀態的組織有利於獲得細奧氏體晶粒。奧氏體晶粒粗大，冷卻後的組織也粗大，從而降低了鋼的常溫力學效能，尤其是塑性。因此加熱得到細而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關鍵問題之一。
38. c曲線（等溫轉變曲線，也稱為「ttt」曲）表明了過冷奧氏體轉變溫度、轉變時間和轉變產物之間的關係。左邊一條為轉變開始線，右邊一條為轉變終了線。
珠光體型轉變——高溫轉變(a1~550℃)：珠光體(p)、索氏體(s)和託氏體(t)。
貝氏體型轉變——中溫轉變(550℃~ms) 下貝氏體強度和硬度高(50—60hrc)，並且具有良好的塑性和韌度。
馬氏體型轉變——低溫轉變(ms~mf) 馬氏體是碳在α-fe中的過飽和固溶體。產生很強的固溶強化效應，使馬氏體具有很高的硬度。
40.退火：將鋼加熱到一定溫度並保溫一定時間．然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。降低硬度、改善切削加工效能，消除殘餘應力。
41.正火：將鋼加熱到ac3(對於亞共析鋼)或accm(對於過共析鋼)點以上30-50℃，保溫一定時間後，在空氣中冷卻，從而得到珠光體類組織的熱處理工藝。提高鋼的強度和硬度。
42.淬火是以獲得馬氏體組織為目的的熱處理工藝，提高鋼的硬度和耐磨性；獲得優異綜合力學效能。最常用的淬火冷卻介質是水和油。
43.回火：將淬火鋼重新加熱到ac1以下某一溫度，經適當保溫後冷卻到室溫的熱處理工藝。
44.調質處理：淬火後再進行高溫回火處理。調質處理得到的是回火索氏體組織，具有良好的綜合力學效能。力學效能與正火相比，不僅強度高，而且塑性和韌性也較好。
45.冷處理：把淬冷至室溫的鋼繼續冷卻到-70—80℃(或更低的溫度)保持一段時間，使殘餘奧氏體轉變為馬氏體。
46.時效：將淬火後的金屬工件，置於室溫或低溫加熱下保持適當時間，以提高金屬強度（和硬度）的熱處理工藝。
47.表面淬火：將工件表面層淬硬到一定深度，心部仍保持未淬火狀態的區域性淬火法。表面硬度高、耐磨性好,而心部韌性好。
48.化學熱處理：將工件置於一定的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲人工件表層，改變其表面層的化學成分、組織和效能的熱處理工藝。
分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等。主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性以及疲勞強度，有時也用於提高零件的抗腐蝕性、抗氧化性。
49.淬透性，是指鋼在淬火時獲得淬透層深度的能力。它是鋼材本身固有的屬性，其大小通常以規定條件(指規定尺寸和形狀的鋼試樣，在規定的淬火冷卻條件下淬火)下淬透層的深度來表示。
談淬透性，必須排除工件尺寸、形狀及介質的冷卻能力等淬火條件影響。
50.淬硬性(可硬性）是指鋼在淬火後能達到的最高硬度，即鋼在淬火時的硬化能力，它主要取決於馬氏體的碳含量。
二、常用材料
工業用鋼：
1.按化學成分可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼根據含碳量分為低碳鋼(含碳量≤ 0.
25％)、中碳鋼(含碳量為0.25％～0.6％)和高碳鋼(含碳量＞0.
6％)。合金鋼根據合金元素總量分為低合金鋼(合金元素總量≤5％)、中合金鋼(合金元素總量為5％～10％)和高合金鋼(合金元素總量＞10％)。
2.按質量分類是以磷、硫的含量來劃分的。根據磷、硫的含量可將鋼分為普通質量鋼、優質鋼、高階優質鋼和特級優質鋼。硫產生熱脆，磷產生冷脆，必須嚴格控制。
3.按用途可將鋼分為結構鋼、工具鋼和特殊效能鋼。結構鋼包括工程用鋼和機器用鋼，工程用鋼用於建築、橋梁、船舶、車輛等，而機器用鋼包括滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼和耐磨鋼；工具鋼包括模具鋼、刃具鋼和量具鋼；特殊效能鋼包括不鏽鋼、耐熱鋼等。
8.滲碳鋼：是經滲碳後使用的鋼種，主要用於製造要求高耐磨性、承受高接觸應力和衝擊載荷（表硬裡韌）的重要零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪，內燃機凸輪軸、活塞銷等。
如20、20cr、 20crmnti等。
9.調質鋼是指調質處理後使用的鋼種，主要用於製造受力複雜的汽車、拖拉機、工具機及其它機器的各種重要零件，如齒輪、連桿、螺栓、軸類件等。具有良好的綜合力學效能，即具有高的強度、硬度和良好的塑性、韌性。
最典型的鋼種是45、40cr，廣泛用於製造一般尺寸的重要零件，如齒輪、軸、螺栓。
10.彈簧鋼主要用於製造各種彈簧或類似效能的結構件。淬火加中溫回火(350-500℃)處理，得到回火託氏體組織，其硬度可達40hrc-45hrc，從而在保證得到高的屈服強度的條件下又具有足夠的韌性。
代表性鋼種為65mn、60si2mn、50crv。
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