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长试件（）、短试件（）

⑴晶体：

结构具有周期性和对称性的固体，原子或分子排列规则。

⑵晶格：

用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。

⑶液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。

⑷理论结晶温度与实际结晶温度的差?

T称过冷度?

T=T0–T1

1.3硬度及其测量

硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。

硬度是材料的重要力学性能指标。

一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。

材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬度值也越高。

布氏硬度是用单位压痕面积的力作为布氏硬度值的计量即试验力除以压痕表面积，符号用HBS（用淬火钢球压头测量范围450HBS以下）或HBW（用硬质合金压头测量范围650以下）

表示，即：

洛氏硬度是用压痕深度作为洛氏硬度值的计量即，符号用HR表示，其计算公式为：

头压火钢球淬多用于测定退火件、有色金属等较软材料的硬度，压入深度较深；

金刚石压头多用于测定淬火钢等较硬材料的硬度，压入深度较浅。

采用组合成几种不同的洛不同的压头与总试验力，三、HRC氏硬度标尺。

我国常用的是HRA、HRB应用最广。

洛氏硬度无单位，须种，其中HRC标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度值，表示用读法，例如，。

45HRC58HRC如、76HRA。

标尺测定的洛氏硬度值为C45布氏硬度实验的优缺点：

优点：

是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。

页脚.

缺点：

是对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品上进行试验。

洛氏硬度试验的优缺点：

是操作迅速、简便，硬度值可从表盘上直接读出；

压痕较小，可在工件表面试验；

可测量较薄工件的硬度，因而广泛用于热处理质量的检验。

是精确性较低，硬度值重复性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位测试数次，取其平均值来代表材料的硬度。

此外，用不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联系，也不能直接进行比较。

维氏硬度也是以单位压痕面积的力作为硬度值计量。

试验力较小，压头是锥面夹角为136°

表示。

HV的金刚石正四棱锥体，见图所示。

维氏硬度用符号维氏硬度表示方法：

在符号HV前方标出硬度值，在HV后面按试验力大小和试验力保持时间（10～15s不标出）的顺序用数字表示试验条件。

例如：

640HV300。

维氏硬度试验的优缺点：

是可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、渗氮层的硬度，其测得的数值较准确，并且不存在布氏硬度试验那种载荷与压头直径比例关系的约束。

此外，维氏硬度也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度能更好地测定薄件或薄层的硬度。

是硬度值的测定较为麻烦，工作效率不如洛氏硬度，因此不太适合成批生产的常规检验。

1.4冲击韧性、疲劳强度

冲击韧性：

金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。

工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测

定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功，单位为焦耳

（）。

冲击韧度（J）。

疲劳强度：

材料在循环应力的作用下，在一处或几处产生局部永久性积累损伤，经一定循环

次数后或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。

疲劳强度用表示单位MPa

第二章铁碳合金

⑴合金是由两种或两种以上金属元素或金属和非金属组成的具有金属特性的物质

⑵合金中凡成分相同、结构相同、聚集态相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为相

⑶固溶强化：

固溶体中晶格畸变较大，随溶质原子增加合金强度和硬度提高，塑性和韧性降低。

⑷以固溶体为基，弥散分布金属间化合物，可提高强度、硬度和耐磨性，即第二相质点强化或称弥散强化。

⑸晶内偏析：

溶质原子在液相能够充分扩散，在固相内来不及扩散，以致固溶体内先结晶的中心和后结晶的部分成分不同。

一个枝晶范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。

冷速越大，枝晶偏析越严重。

枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。

2.1金属的晶体结构与结晶

固态物质按其原子排列规律的不同可分为晶体与非晶体两大类。

原子呈规则排列的物质称为晶体，晶体具有固定的熔点，呈现规则的外形，并具有各向异性特征；

原子呈不规则排列的物质称为非晶体，非晶体没有固定的熔点。

一、晶体结构的基本概念

在金属晶体中，原子是按一定的几何规律作周期性规则排列。

是金属的同素异构现象。

1．晶格

这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方式的空间格子称为晶格。

晶体中的每个点叫做结点。

2．晶胞

晶体中原子的排列具有周期性的特点，因此，通常只从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元称为晶胞。

实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在三维空间重复堆积排列而成的。

二、常见金属的晶格类型

1．体心立方晶格2．面心立方晶格3．密排六方晶格

体心立方晶格的金属有铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、α铁（α-Fe）等。

面心立方晶格的金属有铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、γ铁（γ-Fe）等。

晶体缺陷按几何形状分为点缺陷、线缺陷、面缺陷，晶体缺陷对金属的性能和内部结构都有

很大影响。

通常，晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的强度、硬度有所提高。

纯金属结晶三、凝固与结晶的基本概念：

物质由液态转变成固态的过程。

凝固作有规则排列（或分子）结晶：

如果凝固的固态物质是原子首先形成晶核吸附过程：

的晶体，则这种凝固又称为结晶。

与此同时在液体中又有新的晶核产周围液体中的原子长大。

生、长大，直到全部结晶成液态金属。

也是液体中原子有序排列向远程有序排列的过程。

○纯金属结晶是等温结晶。

○ΔT=T–T过冷度是结晶的必要条件。

过冷度：

2110四、金属晶粒的大小及细化方法目的：

以提高金属的力学性能。

附加震动3增加过冷度2.变质处理方法：

1.纯铁的同素异晶转变纯铁具有同素异晶转并产生较大的应力。

金属的同素异晶转变将导致金属的体积发生变化，变的特性，因此才有可能通过不同的热处理来改变钢铁的组织和性能。

合金的晶体结构与二元合金相图2.2合金的基本概念合金：

金属或非金属通过熔炼或其他放法集合在一起具有金属特性的材料。

1（）组元：

组成合金的尊基本的独立物质称为组元，简称元。

（2）合金系：

组成物质相同，但组元比例不同。

）3（相：

在合金中成分、结构的组成部分成为相。

（4）组织：

金属材料的内部微观外貌。

5（）页脚.

.

结构：

晶体中原之排列的几何方式。

6（）

合金的相结构及合金的组织置换固溶体。

1）（溶质原子替换部分溶剂原子占据溶剂晶格中一些节点位置所形成的固溶体。

间隙固溶体）2（原子融入溶剂间隙形成的。

所有的金属化合物都是脆硬相合金组织由单相固溶体晶粒组成）（1由单相的金属化合物晶粒组成

（2）由两种固溶体的混合物组成（3）由固溶体和金属化合物组成。

（4）铁碳合金的基本相2.3

）3.渗碳体（FeCy2.F1.铁素体（或a）奥氏体（A或铁素体、奥氏体、渗碳体均为单3渗碳体=珠光体；

奥氏体++渗碳体=莱氏体。

铁素项组织称为铁碳合金的基本相。

铁碳合金相图

___D_Dd_____

0.77%过共析钢：

○3）白口铸铁：

。

（3

__D_D

共晶白口铸铁：

○1

__D_Dd_________

○亚共晶白口铸铁：

2

_D_Dd_____

过共晶白口铸铁：

○3碳钢的热处理及钢的合金化第三章

奥氏体的形成过程3.1这种加热转变过程称为钢的奥氏其目的是均匀的奥氏体组织，加热是热处理的第一道工序，体化。

最终目的是均匀细小的奥氏体晶粒。

A）的均匀化。

）残余的溶解。

（（）A晶核形成。

（2）A晶核长大。

34（1钢在冷却时的组织转变在热处理中，通常有两种方式，即等温冷却与连续冷却。

等温转变产物的组织和性能）。

（托氏体T、600~550650~600索氏体~650（珠光体转变。

分为珠光体P、A）、（S、）、）（11）下贝氏体硬度B350~Ms）B）贝氏体转变。

分为上贝氏体（、550~350、下贝氏体（2（e、d高、属性韧性好，有良好的综合力学性能。

珠光体、贝氏体的转变是通过铁、碳原子的扩散来完成的，所以都是扩散行相变过程。

缓慢冷却方法随炉、空冷。

连续冷却方法水冷、油冷、风冷、空冷。

3.2钢的普通热处理方法

（1）完全退火：

加热到AC3以上30~50℃，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。

对象：

亚共析成分的铸铁、锻件及扎件。

目的：

⑴调整硬度，便于切削加工。

⑵消除内应力，防止加工中变形。

⑶细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

（2）球化退火（不完全退火）：

将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

球化退火

目的及对象：

使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。

球化退火主要适用于过共析钢。

降低硬度，提高韧性便于切削；

消除内应力；

获得球状珠光体，为淬火做组织准备。

球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体，用P球表示。

与片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。

（3）去应力退火（低温退火）：

称为无相变热处理。

消除锻件、铸件、焊件及切削加工件的内应力，稳定尺寸。

方法：

加热到Ac1以下，缓慢冷却，后空冷。

（4）均匀化退火（高温退火）：

主要用于合金铸件。

目的消除钢的偏析，提高钢的质量。

（5）正火：

将钢加热到AC3或Accm以上奥氏体态，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠光体类型组织的热处理工艺。

正火、退火对高硬度材料硬度降低。

正火的目的⑴对于低、中碳钢（≤0.6C%），目的与退火的相同。

调整硬度利于切削、消除内应力、细化晶粒。

要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。

⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

（6）淬火：

将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。

淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。

根据加热温度不同淬火分为完全淬火和不完全淬火。

（1）单介质淬火

（2）双介质淬火（3）分级淬火（4）贝氏体等温淬火

完全淬火：

加热到Ac3以上，进行淬火的过程。

不完全淬火：

加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。

（7）回火：

是指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。

回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

分类：

低温回火（150~250C马氏）具有高强度、硬度、耐磨性，而塑形、任性较差。

中温回火（350-500C托氏）具有高弹强度，并具有一定韧性。

高温回火（500-650C索氏）较好的综合力学性。

“淬火后加高温回火”称为调质处理

回火的目的：

（1）减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂。

（2）获得所需要的力学性能。

淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。

（3）稳定尺寸。

（8）奥氏体的形成也是形核和长大的过程，分为三步。

第一步奥氏体晶核形成及长大；

第二步残余Fe3C溶解；

第三步奥氏体成分均匀化

（9）淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。

其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示淬火临界直径（Dk）：

圆柱钢棒在规定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。

（10）淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。

（11）淬火钢回火时的组织转变：

第一阶段（80-200oC）：

马氏体分解；

第二阶段（200-300oC）残余奥氏体的转变；

第三阶段（300-400oC）：

碳化物的转变；

第四阶段（>

400oC）：

α相状态的变化和碳化物的聚集长大。

第四章常用工程材料

4.1碳钢、铸钢

1）碳钢的分类及牌号

Wc）；

高碳钢（）；

中碳钢（Wc））（1按含碳量：

低碳钢（Wc质量等级：

普通碳钢；

优质碳钢；

特殊质量碳钢。

（2）按用途：

碳素结构钢；

碳素工具钢。

（3）

碳素结构钢（Q195-Q275[进率20]）Q195薄板；

Q235（A3钢）螺栓、螺母、销子、螺纹钢。

优质碳素结构钢（08~25制件材料、30~55经调制处理后制造齿轮、连杆、轴）

碳素工具钢（T7[T7A]~T13[T13A]/T7榔头、T10手锯条、T12锉刀）

2）铸钢

在冶炼时使碳集聚成石墨使铸钢具有自润滑性。

由于铸铁中存在石墨使铸铁具有耐磨、耐压、减震、低缺口敏感性（裂纹延伸速度）及优良的铸造性。

熔炼简单，成本低廉。

常用铸铁

灰铸铁（HT150~HT350）底座、床身；

球墨铸铁（QT400-18）力学性能最好，曲轴、机床主轴；

可锻铸铁（KTH350-10[H黑色]、KTZ550-04[Z白色]）；

蠕墨铸铁（RuT300-RuT380）齿轮箱体；

合金铸铁（RTCr16）

4.2合金钢

1）合金钢的结构及牌号

（1）含量：

低（小于5%）中（5%~10%）、高（大于10%）合金钢

（2）用途：

合金结构钢、工具钢、特殊性能钢

（3）元素种类：

硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、铝（Al）、硼（B）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti）。

2）低合金结构钢

3）合金结构钢

（）。

加工工艺：

经渗碳、淬火及1（）合金渗碳钢：

极好，较差。

低温回火后具有表硬心韧的特点。

（2）合金调制钢：

合金钢经调制处理Wc=0.30%~0.50%

（3）合金弹簧钢：

淬火后中温回火，高强度、高弹性及足够的韧性。

Wc=0.50%~0.70%

（4）滚动轴承钢：

Wc=0.95%~1.15%具有高强度、高硬度及高耐磨性，常加入Cr、Mn、Si，以提高钢的淬透性、硬度、耐磨性及耐蚀性。

淬火后低温回火。

4）合金工具钢

（1）合金刀具钢：

1、低合金刀具钢，2、高速钢：

经反复锻造后进行退火处理，最终热处理淬火+多次高温回火。

（2）量具钢

碳素工具钢，○低合金工具钢（3）合金模具钢：

1、冷模具钢淬火后低温回火分为：

○21高铬和中铬冷作模常用来制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低负荷模具。

○3高速钢类冷作模具钢用具钢用于尺寸大、形状复杂、精度高的中重载冷作模具。

○4于大尺寸、复杂形状、高精度的重载冷作模具。

（4）热模具钢：

常用热模具钢的应用见P62表4.14

5）特殊性能钢

（1）不锈刚：

指在在自然环境或一定的工艺介质中能抵抗腐蚀作用的钢。

1、铬不锈刚。

具有较强的抗腐蚀能力，较强的硬度强度价格低廉，常用于食品、建筑、普通机械零件、生活用品。

2、铬镍不锈钢。

极强的抗腐蚀能力价格贵常用于医疗器械、医疗器具、化工容器。

常用不锈钢牌号、热处理、力学性能及用途见P63表4.15

（2）耐热钢

（3）耐磨刚

4.3粉末冶金

1）硬质合金

1、钨铬类YG：

具有较好的强度和韧性，刀磨性较好，加工脆性材料

2、钨铬钛YT：

具有较好的耐磨性和耐热性，加工塑形材料。

3、通用硬质合金

4、钢结硬质合金

4.4有色金属及其合金

1）铜及铜合金

（1）纯铜：

一般用于导线、配置合金、钳工工具。

（2）铜合金：

分为黄铜、白铜和青铜。

应用较多黄铜和青铜

普通黄铜、○特殊黄铜1、黄铜：

以锌为主要添加元素○21普通青铜○特殊青铜2、青铜：

○222）铝及铝合金

1、纯铝

变形铝合金、铸造铝合金○铝合金热处理特点：

在自然条件下的时2、铝合金：

○21效称为自然时效；

在一定温度下进行的时效称人工时效。

3、变形铝合金：

分为：

防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。

4、铸造铝合金

3）轴承合金：

耐磨、耐压、摩擦系数小。

1、性能要求

（1）一定强度和疲劳抗力，以承受较高的交变载荷。

（2）足够的属性和韧性，以抵抗冲击和振动并保证和轴的良好配合。

（3）较小的摩擦系数和良好的磨合能力，并能储油。

（4）良好的导热性、抗蚀性低的膨胀系数，以防止升温与轴咬合。

锡基轴承合金○铅基轴承合金○其他轴承合金2、常用轴承合金：

○321

书本外知识

构件用刚⑴构件用钢随试验温度的不断降低，其屈服点显著升高，并导致断裂性质变化，即由宏观塑性破断过渡到宏观脆性断裂，这种现象称为“冷脆”

⑵低碳构件用钢加热到Ac1以下进行快冷（也称淬火）或塑性变形后，在放置过程中通常使强度和硬度增高，而塑性和韧性降低，这种现象称为时效。

塑性变形后的时效称为应变时效；

淬火后的时效称为淬火时效；

在自然条件下的时效称为自然时效；

在一定温度下进行的时效称人工时效

⑶低碳钢在300-400oC的温度范围内反常的出现σb增高，而δ、φ降低的现象，称为蓝脆。

机器零件用刚

⑴轴类零件用刚①工作条件：

承受交变应力；

相对滑动产生摩擦；

承受一定的冲击载荷；

缺口（台阶等）。

②中碳碳素钢制轴类零件的加工工艺：

锻造——预备热处理（完全退火或正火）——机械加工——最终热处理（完全淬火+高温回火）——精加工（磨削）——装配

⑵齿轮用刚①工作条件：

1、通过齿面接触而传递动力，接触应力下易产生接触疲劳而形成剥落。

2、齿根承受反复弯曲应力，易发生弯曲疲劳破坏3、两齿轮齿面相对运动而易产生摩擦磨损。

高速运转齿轮间易产生胶合磨损。

4、变速等情况下冲击载荷易导致齿根断裂。

②齿轮工作的失效形式：

齿根断裂、弯曲疲劳、接触疲劳与磨损。

③渗碳钢齿轮的加工工艺：

锻造—正火—高温回火（高合金钢）—切削加工—镀铜（不渗碳部位）—渗碳—淬火—冷处理（高合金钢）—低温回火—喷丸—精磨

④感应加热表面淬火齿轮加工工艺：

对于承受较大冲击载荷的齿轮：

锻造—完全退火—切削加工—调质—精加工—感应加热表面淬火—低温回火；

对于承受较小冲击载荷的齿轮：

锻造—正火—切削加工—精加工—感应加热表面淬火—低温回火

⑤氮化齿轮工艺路线：

锻造—完全退火—切削加工—调质—精加工—氮化—研磨

⑶弹簧用钢：

最终热处理为淬火+中温回火

⑷铬滚动轴承钢：

预备热处理（正火+球化退火）目的：

消除网状二次渗碳体，细化晶粒

最终热处理：

不完全淬火+低温回火目的：

获得高硬度、强度和耐磨性

工具材料

（1）刃具钢①工作条件：

刀刃具有足够的硬度能犁入金属，大的切削压力，可能导致车刀变形和断裂；

与工件、切屑间的摩擦，可能导致刃口磨损；

切削产生的热量使刀具温度升高，可高达500℃；

零件组织和尺寸的不均等，刀具受一定的冲击载荷。

②失效形式：

卷刃、刃口崩断、刃口磨损、整体断裂等，以磨损为主。

红硬性：

即高温下保持高硬度的能力。

③制造刃具钢的钢种：

碳素刃具钢、低合金刃具钢和高速钢。

④预备热处理：

正火+球化退火正火目的：

消除网状碳化物（球化退火无法实现）球化退火目的：

1、降低硬度,便于加工;

2、细化组织为淬火作组织准备;

3、消除应力。

最终热处理：

淬火+低温回火

⑵高速钢：

①Ｗ的作用：

W以Fe4W2C形式存在。

1、加热时，部分溶于奥氏体，起稳定作用（淬透性）；

淬火后存在于马氏体，强化马氏体和提高马氏体回火稳定性。

钢回火时（560oC左右），W2C析出并弥散分布，产生二次硬化效果。

2、另一部分Fe4W2C不溶于奥氏体，可防奥氏体长大，提高钢耐磨性。

②锻造目的：

打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。

③回火目的：

主要为减少A'

消除内应力、稳定组织。

常用560℃三次回火。

回火时的组织变化：

①析出弥散小的W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。

②残余奥氏体中，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A'

转变为M，称二次淬火。

每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火

③淬火工艺：

加热温度远大于Ac1，~1280℃

⑶模具钢：

按照被加工毛坯状态分：

冷作模具钢和热作模具钢。

⑷量具钢的热处理工艺：

淬火+低温回火三个附加热处理：

（1）淬火前调质处理，得到与马氏体体积相当的回火索氏体，降低淬火应力，减少时效效应的影响。

（2）常规处之间的冷处理，使残余奥氏体转变为马氏体，增加稳定性。

（3）常规处理后的时效处理，稳定磨削后的二次淬火层组织。

第九章

⑴产生电化学腐蚀的条件：

①有两个电位不同的电极；

②有电解质溶液；

③两电极构成通路

⑵提高金属耐腐蚀的途径：

主要途径为合金化，即防止电化学腐蚀的措施：

①使金属具有均匀化学成分的单相组织。

②提高合金的电极电位，减小电极间电位差。

③使表面形成致密的钝化膜，如Al2O3等。

⑶Cr的作用：

是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜；

②缩小γ区，形成单相铁素体组织；

③提高基体电极电位。

⑷碳具有