概机械工程复习考点.docx

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概机械工程复习考点

2、材料的力学性能

1.普通的拉伸试验主要包括以下两个主要部分:

对试样施加载荷的过程用来测量载荷和位移的装置

2.强度:

在外力作用下,材料抵抗变形和断裂的能力。

静载拉伸时测定的强度指标主要有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度：

通常把材料产生的残余塑性变形为0.2％时的应力值作为屈服强度。

屈服强度表征了材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。

抗拉强度：

试样在不破坏的前提下，能够承受的最大载荷称为抗拉强度对应的载荷。

屈强比：

屈服极限与强度极限之比。

即

该比例越小，说明工件构件越可靠；该比例太小，说明强度有效利用率低。

3.塑性：

指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的性能，它是衡量试样

在断裂之前能够经受的塑性变形的度量，是力学性能指标中的一个重要参量。

塑性可以定量的表示为相对延伸率和相对断面收缩率。

4.硬度：

是衡量材料软硬程度的指标，也是材料对局部塑性变形的抗力。

5.工程上常用的硬度包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

3、晶体结构与结晶

1.晶体：

指原子按一定的几何形状有规律的重复排列的物体。

2.金属的一些性质取决于材料的金属结构以及原子、离子或分子的排列顺序。

3.晶格：

表示晶体中原子排列形式的空间格子；晶胞：

构成晶格的最基本的几何单元；晶面：

是指晶体中

各种方位的原子面。

4.最常见的金属晶体结构有3种类型，即体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

5.单晶体：

在晶体中，当原子的排列和堆积很完美或者说原子的排列没有受阻时，就会形成单晶体。

单晶的物理性质取决于晶向。

注：

在工业生产中，金属凝固常常是在许多部位同时发生，其结果

是得到的不是“单晶体”，而是由许多细小晶体组成的“多晶体”组织。

6.晶体缺陷：

在实际晶体中，原子的排列不可能像上节所讲的那样规则和完整，而是或多或少的存在着偏离

理想晶体的区域，出现了不完整性，通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷。

7.根据晶体缺陷的几何形态，可将其分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。

（1）点缺陷：

是指在三维方向上的尺寸都很小（相当于原子的尺寸）。

主要包括空位、置换原子和间隙原子等。

（2）线缺陷：

晶体中原子排列的不规则区在空间一个方向上的尺寸很大（，而在其余两个方向上尺寸很小，

这种缺陷称为位错。

8.结晶：

一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。

金属的结晶：

金属在固态下通常都是晶体，所以金属自然态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。

9.同素异构性：

一种金属具有两种或两种以上的晶体结构。

同素异构转变：

金属的晶体结构随温度的变化而改变的现象。

10.铁的同素异构转变：

11.由于凝固时表面和心部的结晶条件不同，铸锭的宏观组织是不均匀的，通常由表层细晶区、柱状晶区、

心部等轴晶区组成。

铸锭的缺陷除组织不均匀外，还包括缩孔、疏松、气孔、夹杂、偏析等。

8、合金钢

1.合金钢：

当往钢中加入一种或多种合金元素超过一定的范围，这种钢就叫做合金钢。

2.合金元素在钢中的存在形式可以有两种：

①溶于碳钢中的3个基本相（铁素体、奥氏体、渗碳体）②形成特殊碳化物。

3.合金的强化方式：

主要有固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化和复合强化。

4.合金结构钢：

指用于制造重要工程结构和机器零件的合金钢。

5.工具钢按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢，但实际应用界限并非绝对。

6.不锈钢：

是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。

4、金属的塑性变形和再结晶

1.变形：

指物体在外力作用下外形和尺寸的变化。

变形由以下几个连续的阶段组成：

弹性变形、塑性变形、断裂。

弹性变形：

指随外力消失而消失的变形，其不会造成金属结构明显的变化。

2.塑性变形：

其实质是原子相对移动达到新的稳定位置，超过了晶格中的原子间距，因此产生永久形变，即塑性变形。

3.塑性变形可使金属的组织和性能发生重大变化，可分为以下4个方面：

（1）晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性

（2）位错密度增加，产生加工硬化（3）择优取向（4）残余内应力。

4.滑移：

在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面发生一定距离的移动。

5.孪生：

是金属进行塑性变形的另一种基本方式，所谓孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分所

发生的切变。

6.细晶粒金属不仅强度、硬度高，而且塑性、韧性也好。

7.变形金属在加热时，原子活动增强，其组织将随加热温度升高依次通过回复、再结晶、晶粒长大3个阶段发生变化。

8.热加工：

高于再结晶温度的加工变形为热加工；冷加工：

低于再结晶温度的加工变形为冷加工。

热加工的优点：

（1）粗大的柱状结和枝晶经热塑性变形被击碎并形成等轴细晶粒组织，改善了性能

（2）改善材质，

提高性能（3）热加工可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生变化，将沿着变形的流动方向破碎和拉长，

并沿着被拉长的金属晶粒的晶界分布，形成所谓的热加工“纤维组织”或称“流线”（4）因为金属的温度大于再结晶

温度，而且也不会产生加工硬化现象，能够顺利的进行大量的加工变形（5）因为在高温下采用热处理，金属的塑性好，

所以可以顺利进行大量的加工变形

（6）因为金属在高温下的变形抗力小，所以金属变形所需外力较小。

热加工的缺点：

（1）一些金属由于在高温下相当脆，所以不能进行热处理

（2）金属在热加工时易发生表面氧化现象，

产品的表面不光洁（3）由于金属的受热膨胀以及较难控制工件的温度，所以金属在热处理时尺寸的精确度不高

（4）金属的加热和保温都不易操作。

9.超塑性：

指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。

5、二元合金

1.合金：

由两种或两种以上的金属元素或金属和非金属组成的具有金属性质的物质。

组元：

组成合金的独立的、最基本的单元；（组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物）

由2个组元组成的合金称为二元合金；由3个三元合金；由3个以上多元合金。

2.相：

在金属或合金中，凡是化学成分相同，晶体结构相同，与其他部分有明显分界的均匀组成部分，称为相。

3.固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性来分，可以分为固溶体、金属间化合物两大类。

两者区别：

（1）固溶体的晶格结构与合金的某一组成元素的晶格结构相同

（2）金属间化合物的晶格结构与合金的各组

成元素的晶格结构均不相同。

4.固溶体：

合金在固态下，组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。

按照溶质原子在溶剂晶格中所占的位置，可将固溶体分为置换固溶体、间隙固溶体。

置换固溶体：

溶质原子置换溶剂晶格结点上的溶剂原子而形成的固溶体。

间隙固溶体：

当溶质原子在溶剂晶格中不占据晶格结点位置，而是嵌入各结点间的间隙中，称为间隙固溶体。

按照溶解度可将固溶体分为有限固溶体、无限固溶体。

在置换固溶体中，溶质元素溶入固溶体的溶解度主要取决于下述因素：

1）晶体结构因素2）原子大小因素3）电负性因素

5.固溶强化：

溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象。

6.实际应用的合金，绝大多数都是以固溶体为基体。

7.金属间化合物：

在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现新相。

若新相的晶格结构不同于任一组成元素，

则新相将是组成元素间发生相互作用而生成的一种新物种，称为金属间化合物。

金属间化合物根据形成条件及结构特点，可分为：

正常价化合物、电子化合物、间隙化合物。

8.相图：

是描述平衡条件下，相和相变与温度、成分、压力之间的关系的图解。

9.匀晶相图：

两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的二元合金系所形成的相图。

匀晶转变：

合金结晶时都是从液相结晶成固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。

10.共晶相图：

两组元在液体无限互溶，在固态有限互溶，并发生共晶反应时所构成的相图。

共晶反应：

由固定成分的液相同时结晶出两种固定成分固相的反应。

11.包晶相图：

当两组元在液态时无限互溶，在固态时形成有限固溶体，并发生包晶反应的相图。

6、铁碳合金

1.铁的一个重要特性是具有同素异构转变：

当纯铁由液态冷至1583℃时，将发生结晶，结晶产物为δ-Fe；冷至

1394℃时δ-Fe将发生同素异构转变，变为具有面心立方晶格的У-Fe；当冷至912℃时，У-Fe发生同素异构转变，

变成具有体心立方晶格的α-Fe,此后你不再变化。

2.在固态时，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子相互作用可以形成铁素体F、奥氏体A、δ-铁素体、渗碳体等。

3.铁素体F：

碳溶于体心立方晶格α-Fe中形成的间隙固溶体，称为铁素体或α固溶体。

4.奥氏体：

碳溶于面心立方晶格的У-Fe之中所形成的间隙固溶体，称为奥氏体。

5.δ-铁素体：

碳溶于体心立方晶格的δ-Fe中所形成的间隙固溶体，称为δ-铁素体。

6.渗碳体：

渗碳体是具有复杂晶体结构的间隙化合物，含碳量为6.69％，熔点为1227℃,。

渗碳体是一个亚稳定结构，一定条件下分解为以石墨形式存在的游离碳Fe3C→3Fe+C（石墨）

7.含碳量

（1）工业纯铁含碳量<0.0218％

（2）钢0.0218％-2.11％之间其中：

1）亚共析钢0.0218％-0.77％

2）过共析钢0.77％-2.11％（3）白口铸铁2.11％-6.69％其中：

1）亚共晶白口铸铁2.11％-4.3％

2）共晶白口铸铁=4.3％3）过共晶白口铸铁4.3％-6.69％

8.常存杂质元素主要有Mn、Si、S、P等4种。

9.碳钢分类：

（1）按钢的含碳量分：

低碳钢≤0.25％；②中碳钢0.25％-0.6％；③高碳钢>0.6％

（2）按钢的质量分：

普通碳素钢含S≤0.055％、含P≤0.045％；②优质碳素钢含S、P均≤0.040％；

（3）③高级优质碳素钢含S≤0.030％、含P≤0.035％.

（4）按用途分：

碳素结构钢②碳素工具钢

7、钢的热处理

1.热处理：

是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需

性能的工艺。

（热处理能够有效地改变钢铁的组织和性能）（预先热处理一般为正火）

8.钢的正火：

将钢件加热到Ac3以上30-50℃，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。

9.淬火：

是将钢加热到高于临界点的温度，并在这个温度下保温一定时间，然后以大于临界冷却速度在水中、

油中或盐水等冷却介质中急速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的工艺方法。

2.正火的作用：

①提高材料的机械加工性②改善锻造后的显微结构③去除锻造应力。

渗碳的作用：

增加表面碳的含量（最多为0.85％-1.05％）

淬火的作用：

淬火是为了在齿轮表面获得高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性，在齿轮的内部获得高强度，韧性和

塑性，通常心部硬度控制在30-45（HRC）。

低温回火的作用：

低温回火是为了去除淬火内应力，防止磨削裂纹以及获

得高的抗冲击性能。

3.钢的热处理工艺一般包含加热、保温、冷却3个步骤。

4.奥氏体的形成：

①奥氏体晶核的形核与长大②残余渗碳体的溶解③奥氏体的均匀化

5.影响奥氏体的因素：

①加热温度的影响②加热速度的影响③化学成分的影响④原始组织的影响。

6.等温转变曲线（TTT曲线、C曲线）：

是表示奥氏体化的钢在临界温度（A1）以下的不同温度保温时，等温曲线和

转变量之间的关系，它对制定钢的热处理工艺具有重要的指导意义。

7.过冷奥氏体转变产物的组织与性能：

（1）珠光体转变：

奥氏体向珠光体的转变在本质上是奥氏体分解并形成纯的铁素体和渗碳体。

（2）贝氏体的转变：

奥氏体在最小稳定温度（500-550℃）到Ms点温度范围内等温停留时，将转变为针片状铁素体和渗碳体的混合物，

即贝氏体组织（B）。

（3）马氏体的转变：

将过冷奥氏体快速冷却的马氏体开始转变线（Ms）以下，将发生马氏体

转变，其转变产物为马氏体（M）。

10.钢的退火：

是把钢加热到高于或低于临界点（Ac3或Ac1）的某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得

接近平衡组织的一种热处理工艺。

11.钢的淬透性：

是指钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材本身固有的一个属性。

钢的淬透性测量可以大体上分为计算法和实验法两大类。

12.淬火的方法：

单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等温淬火法等几种。

13.回火：

将已经淬火的钢重新加热到温度低于Ac1的某个温度，保温后再用一定方法冷却的热处理工艺。

（回火分为高温回火、中温回火、低温回火三类）

14.表面淬火：

是通过对工件表面快速加热与淬火冷却相结合的方法来实现的。

它的目的是使工件表面被淬火

为马氏体，而心部仍未原始组织。

15.化学热处理：

是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其表面化学

成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。

下册

1.铸造：

熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

2.铸造性能：

指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收

缩的能力；偏析指化学成分不均性；吸气性、在熔炼和浇注时吸收气体的性能。

3.铸造铸铁件常见的缺陷有：

气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂、冷隔、浇不足、缩松、缩孔、缺肉，肉瘤等。

4.铸造缺陷的解决方法：

修复不合格铸件，常规方法主要是进行焊补，需要熟练工人，耗费时间，并消耗大量材料。

有时

受部件材质的影响，焊接还会导致损坏加剧，造成部件报废，加大了企业设备的生产成本。

现市面上有一种金属修补剂专

门针对铜、铁、钢、铝等不同材质进行修复，替代焊补工艺，避免应力损坏，为企业挽回巨大经济损失。

5.偏析：

由于凝固、固态相变以及元素密度差异、晶体缺陷与完整晶体的能量差异等原因引起的在多组元合金中的成分

不均匀现象。

6.根据铸锭的范围，偏析分为三大类：

①显微偏析②区域偏析（宏观偏析）③通道偏析

①显微偏析：

指发生在一个或几个晶粒之内，包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析。

②宏观偏析：

则发生在铸锭宏观范围内这一部分和那一部分之间。

可分为正常偏析、反常偏析、比重偏析三类。

③通道偏析：

凝固时，浓度较大的液态对流引起的偏析。

溶质和浓度梯度影响了液态的密度。

④晶内偏析：

该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;.

⑤区域性偏析：

在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；

⑥比重偏析：

合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。

可采用降低浇温加大冷却速度，加入微量元素形成比重适当等。

合金：

由两种或两种以上的金属元素或金属和非金属组成的具有金属性质的物质。

加工硬化（形变强化）：

正火：

将钢件加热到Ac3以上30-50℃，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。

铸造：

熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

间隙固溶体：

当溶质原子在溶剂晶格中不占据晶格结点位置，而是嵌入各结点间的间隙中，称为间隙固溶体。

置换固溶体：

溶质原子置换溶剂晶格结点上的溶剂原子而形成的固溶体。

枝晶偏析：

金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。

本质晶粒度：

指奥氏体晶粒的长大倾向。

包晶反应：

液相与一种或多种晶体相反应生成另一种晶体相的相变过程。