机械工程材料及成型工艺期末复习资料.docx

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机械工程材料及成型工艺期末复习资料

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1.强度：

外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2.屈服强度：

材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值，用　　表示，单位为MPa。

3.断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性，拉伸时用延伸率或伸长率（δ）和断面收缩率（　　）表示。

4.硬度是衡量材料软硬程度的指标，常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

布氏硬度材料选择：

压头为淬火钢球时用HBS，适用于布氏硬度值在450以下的材料；压头为硬质合金球时用HBW，适用于布氏硬度在650以下的材料。

不适用于成品零件和薄壁件的硬度检验。

5.韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力

6.用假想的直线将结点连接起来所形成的三维空间格架称为晶格

7.晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元为晶胞。

8.最常见的立方晶格有：

体心立方晶格（α-Fe）、面心立方晶格（γ-Fe）、密排六方晶格（C（石墨））。

9.合金中有两类基本相——固溶体和金属化合物。

按溶质原子在溶剂晶格中所占的位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

10.固溶强化：

由于溶质原子的溶入，引起溶剂晶格发生扭曲和畸变，使合金的强度、硬度上升，塑性韧性下降的现象；产生固溶强化的原因：

溶质原子使溶剂晶格发生畸变及对位错的钉扎作用，阻碍了位错的运动。

与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低，但与金属化合物相比其硬度要低很得多，而塑性韧性要高的多

11.机械化合物不是相，是一个混合物。

12.晶体缺陷类型：

（1）点缺陷：

空位、间隙原子、异类原子

（2）线缺陷：

位错（3）面缺陷：

晶界与亚晶界（要会判断）

13.理想结晶温度和实际结晶温度之差叫过冷度。

过冷是金属结晶的必要条件。

14.金属晶核形成的方式：

自发形核和非自发形核

15.细化晶粒的方法：

（1）增加过冷度ΔT；2）变质处理；3）振动与搅拌。

16.有些物质的晶格结构随温度变化而改变的现象，称为同素异构转变

-Feγ-Feα-Fe

体心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格

17.细晶强化：

金属内部晶粒越细小，则晶界越多且晶格畸变越大。

从而使金属强度、硬度提高并使变形均匀分布，在许多晶粒上，塑性、韧性也好。

18.单晶体的塑性变形方式：

滑移和孪生

19.滑移的概念：

在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。

滑移的特点：

1）滑移只能在切应力的作用下发生。

产生滑移的最小切应力称为临界切应力2）滑移的实现——借助于位错运动。

3）滑移总是沿着原子排列最紧密的原子面进行4）滑移的结果产生滑移带5）滑移伴随着转动6）晶格位向不变7）滑移的间距是原子间距的整数倍

面心立方晶格：

一般不发生孪生变形；体心立方晶格：

一般以滑移的方式进行，只有在低温或受到冲击时才发生孪生变形；密排六方晶格：

以孪生变形为主。

20.加工硬化：

金属在冷变形时，强度、硬度↑，塑性、韧性↓。

产生原因：

塑性变形→位错密度增加，相互缠结（亚晶界），运动阻力加大→变形抗力↑

21.变形金属在加热时组织和性能转变过程：

（1）回复

（2）再结晶（3）晶粒长大

22.金属的冷、热加工是根据再结晶温度来划分的。

23.二元合金相图：

（按相分区）

按组织分区的二元合金相图：

杠杆定律：

（会计算）

例：

求30%Ni合金在1280°时α相的相对量

根据杠杆定律推论，Qα/QH=a1b1/a1c1=12/48=1/4

答：

所求合金在1280°时α相的相对质量为1/4

24.铁碳合金相图：

以相分区

25.A转变的四个阶段:

（1）A的形核，

（2）A的长大，（3）残余Fe3C的溶解，（4）A成分均匀化过程

26.A的晶粒度：

A刚形成时的晶粒度为起始晶粒度，所要测定的钢的晶粒度为本质晶粒度，决定钢的性能的晶粒度为钢的实际晶粒度

27.过冷A的等温转变：

28.当冷却速度极大时，A被过冷到Ms以下，此时仅产生γ-Fe向α-Fe的晶格转变，而碳原子由于无法扩散而留在α-Fe中，形成碳在α-Fe中的过饱和溶液，这种组织为M；马氏体（M）转变特点：

1）无扩散：

Fe和C原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固溶强化显著。

2）瞬时性：

M的形成速度很快，温度↓则转变量↑3）不彻底：

M转变总要残留少量A，A中的C%↑则MS、Mf↓，残余A含量↑4）M形成时体积↑，造成很大内应力。

29.退火：

加热、保温后，缓冷（炉冷）→近平衡组织P（+F或Fe3CII）

30.正火：

加热温度Ac3（Accm）+30～50℃，空冷→S（+F或Fe3CII）

31.淬火：

加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却→M。

淬火温度选择：

1）亚共析钢Ac3+30～50℃，淬火温度过高则组织易粗大，使组织强度硬度↓，温度过低,A化就会不完全，淬火后会有F，导致淬火硬度不够，强度降低。

2）过共析钢Ac1+30～50℃，→M+Fe3CII+A'，硬度大。

淬火温度高会获得较粗的M和较多的A’，这不仅降低了钢的硬度、耐磨性和韧性，而且温度过高会增大淬火变形和开裂的倾向。

如果淬火温度低了，碳化物溶入A过少，大部分碳化物保留下来，淬火后容易变形开裂，A化后A含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后M硬度不够，强度降低。

32.回火：

淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。

33.钢的淬透性：

淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度VK。

淬硬性：

淬火后获得的最高硬度，C%↑→淬硬性↑

34.牌号——如T12A钢，含C量为12/1000=1.2%，A表示高级优质，w（S）≤0.020%，w（P）≤0.030%。

结构钢——如60Si2Mn，w（C）=0.6%，w（Si）=2%，w（Mn）＜1.5%。

工具钢、特殊性能钢——如9SiCr，w（C）=0.9%，w（Si）、w（Cr）均＜1.5%。

而CrWMn中，w（C）＞1.0%。

专用钢——如，滚动轴承钢GCr15，w（C）=1.0%，w（Cr）=1.5%。

高级优质钢——如，20Cr2Ni4A（要知道牌号含义）

35.常用不锈钢F型——如1Cr17，化工设备、食品工业。

M型——如1Cr13用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。

A型——如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。

36.流动性是指熔融金属的流动能力。

合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。

37.充型能力:

液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。

38.铸件的凝固方式:

逐层凝固方式,糊状凝固方式,中间凝固方式

39.液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

固态收缩是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。

40.气孔在铸件中的三种形态：

侵入性气孔，析出性气孔，反应性气孔

41.铸造应力有：

热应力，固态相变应力，机械应力，残留应力。

42.分型面的选择：

a）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。

b）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞边、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。

c）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。

43.铸件结构的合理性

（1）铸件应有合理的壁厚

（2）铸件壁厚应力求均匀

（3）铸件壁的联接形式要合理

（4）铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形，铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力，避免裂纹。

如下图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件能较好地自由收缩。

44.铸件结构的工艺性：

1.应使铸件具有最少的分型面

2.应尽量使分型面平直

3.避免外部侧凹

4.改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋条的结构

5.铸件要有结构斜度

45.铸件内腔的设计

1.应使铸件尽可能不用或少用型芯

2.铸件的内腔设计应使型芯安放稳固、排气容易、清砂方便。

3.对于因芯头不足而难于固定型芯的铸件，在不影响使用功能的前提下，可设计出适当大小和数量的工艺孔，用以增加芯头的数量，稳固型芯。

如下图b所示。

4.铸件结构设计中应避免封闭空腔。

46.锻造比：

拔长时的变形程度来衡量：

（Y为锻造比，F0为拔长前坯料的横截面积，F为拔长后坯料的横截面积）

47.自由锻件的结构工艺性

自由锻件不要有锥体

几何体的交接处不应形成空间曲线

自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面

自由锻件横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成有几个简单件构成的组合体，再焊接或机械连接方法连接。

48.板料冲压是指利用冲模使板料产生分离或变形，从而获得制件的加工方法；板料冲压的基本工序分为分离工序和成形工序。

成形工序分为拉深和弯曲两个过程。

49.落料及冲孔（统称冲裁）

50.凹凸模刃口尺寸的确定：

落料—以凹模刃口尺寸作为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。

（凹模尺寸等于零件的尺寸）；冲孔—以凸模为基准，有间隙确定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸。

考虑磨损：

落料凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸，冲孔凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸.（要会计算）、

51.在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。

焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。

（a）正接（b）反接；焊条的组成:

焊芯和药皮

焊芯的作用：

作电极传导电流，产生电弧作填充金属（调整成分）。

药皮的作用：

稳弧、保护、脱氧、渗合金及改善焊接工艺性（引弧容易燃烧稳定）。

52.焊接接头包括焊缝金属、熔合区和热影响区。

焊缝的组织和性能:

铸态组织，性能可以达到要求。

熔合区的组织和性能成分不均匀，组织粗大，机械性能很低。

热影响区的组织和性能:

过热区（1100℃）组织粗大，机械性能很低,正火区（Ac3～1100℃）晶粒细小，机械性能高，部分相变区（Ac1～Ac3）晶粒不均匀，机械性能低。

可见，熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位，会严重影响焊接接头的质量。

53.热影响区对焊接接头性能的影响及影响热影响区的因素

（1）熔合区和过热区的性能最差，产生裂缝和局部破坏的倾向也大，热影响区宽度增加会使焊缝金属的冷却速度减慢，晶粒变粗，并使焊接变形增大。

因此热影响区越小越好。

（2）热影响区的宽度主要取决于焊接方法和焊接规范。

采用同样的焊接方法，选用过大的焊接规范和减慢焊接速度，都会使热影响区变宽。

54.在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因

55.预防和减小焊接应力及焊接变形的措施

合理设计焊接结构，焊前预热，反变形法，刚性固定法，选择合理的焊接顺序，锤击焊缝法，焊后热处理，机械或火焰矫正法。

56.手工电弧焊的操作过程：

（1）电弧在焊条与被焊件之间燃烧,电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池;

（2）电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和气体,对熔化金属和熔池起保护作用；（3）当电弧向前移动时,熔池冷却凝固而新的熔池不断产生,形成连续的焊缝。

57.电阻焊分为：

点焊、缝焊、对焊

点焊过程：

加压，通电，断电，去除压力

缝焊：

与点焊相同，只是采用滚轮做电极，边焊边滚。

58.钎焊是利用低熔点的钎料作填充金属，加热熔化后渗入固态焊件间的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。

钎焊分类：

软钎焊，硬钎焊

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