机械制造的基础学习要点及复习样题Word文件下载.docx

1、点缺陷：晶格空位，间隙原子和置换原子。线缺陷：位错。面缺陷：晶界。1.2.3金属的结晶（1）金属结晶的概念指金属由液态转变为固态晶体的过程。即内部原子有不规则的排序转变到规则排列。（2）金属结晶的过程金属的结晶过程是由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。（3）过冷现象、过冷度在实际结晶过程中，金属液只有冷却到理论结晶温度（熔点）以下的某个温度时才结晶的现象叫过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称过冷度。（4）晶粒到小对力学性能的影响即控制方法晶粒组织的力学性能比粗晶粒组织的好。方法：增加过冷度、变质处理和附加振动。1.2.4 金属的同素异构同一种固态的纯金属在加热或冷却时由一种稳定状态变成

2、另一种晶体结构不同的稳定状态的转变称为同素异构转变。纯铁的同素异构1.3 二元合金合铁碳合金相图1.3.1 二元合金的晶体结构（1）合金的概念由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。（2）组元的概念组成合金的元素，一般指化学元素，稳定化合物也可作为组元。（3）相的概念及分类在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。分为两类：固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金称为固溶体。有间隙固溶体和置换固溶体。金属化合物：合金中各组成元素原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。1.3.2 铁碳合金相图（1）铁碳合

3、金基本组织铁素体（F）：碳溶解在-Fe中的间隙固溶。塑性、韧性好，强度、硬度低。奥氏体（A）：碳溶解在 Fe中的间隙固溶体。塑性好。渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。硬度很高，塑性、韧性几乎为零。珠光体（P）：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体与渗碳体之间。莱氏体（Ld）：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的A与Fe3C的机械混合物。硬度高，塑性差。（2）铁碳状态图各特性点、线和区域主要点特性点温度含义A1538纯铁熔点C1148共晶点D1227渗碳体熔点EC在-Fe中最大溶解度G912纯铁的同互异晶转变点P727C在-Fe中最大溶解度S共析点Q

4、室温室温时C在-Fe中最大溶解度主要线：ABCD线：液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。AHJECF线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化。GS线：A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线：Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线：共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物（莱氏体）。PSK线：共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体。（3）铁碳合金的分类共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%;亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%4.3%之间；过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%6.69%之间；（4）

5、共析钢、过共析钢、亚共析钢结晶过程1.4 钢的热处理1.4.1热处理是将钢在固态下施加不同的加热、保温和冷却，从而获得所需的组织结构和性能的工艺过程。1.4.2钢在加热时的转变实际加热时各临界点位置分别用Ac1、Ac3、Accm线表示，实际冷却时各临界点位置分别用Ar1、Ar3、Arcm线表示。（1） 奥氏体的形成分为三个阶段：形成奥氏体晶核并逐步长大成晶粒，残余渗碳体继续溶入奥氏体，奥氏体均匀化。（2） 奥氏体晶粒的长大：奥氏体晶粒形成后，继续加热或保温，小晶粒将合并为较粗大的晶粒。1.4.3钢在冷却时的转变共析钢过冷奥氏体等温转变产物形成条件和力学性能类型名称形成条件力学性能珠光体形组织粗

6、大片状珠光体约700650强度、硬度、塑性、韧性一般细珠光体（索氏体）约650600强度、硬度、塑性、韧性较粗大片状好极细珠光体（托氏体）约600550强度、硬度、塑性、韧性较索氏体好贝氏体形组织上贝氏体约550350脆性大，基本无实用价值下贝氏体约350左右具有较好的综合力学性能马氏体形组织板条马氏体奥氏体中含碳量小于0.3%有较高的塑性和韧性片状马氏体奥氏体中含碳量11.4%应力大，塑性、韧性较差1.4.4常用的钢的热处理（1）完全退火和等温退火完全退火：将工件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，随炉缓慢冷却到600以下，然后在空气中冷却。用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及

7、热轧型材。有时也用于焊接结构。目的：细化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。等温退火：将工件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，待等温转变结束再快冷。（2）球化退火：将钢件加热到Ac1以上3050，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600后出炉空冷。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火做准备。（3）去应力退火：将工件随炉缓慢加热（100150/h）至500650（A1以下），保温一段时间后随炉缓慢冷却。

8、主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。在去应力退火中不发生组织转变。（4）正火:将工件加热到Ac3或Accm以上3050，保温后从炉中取出在空气中冷却。与退火的区别是冷速快，组织细，强度和硬度有所提高正火的应用：a.用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。b.用于低、中碳钢作为预先热处理，获得合适的硬度便于切削加工。c.用于过共析钢，消除网状Fe3C，有利于球化退火的进行。（5） 淬火:淬火就是将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。a.淬火冷却介质:最常用的冷却介质是水

9、和油b.淬火方法: 单液淬火法（单介质淬火）将加热的工件放入一种淬火介质中一直冷到室温。这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。但其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。 双液淬火法（双介质淬火）将加热的工件先在快速冷却的介质中冷却到接近马氏体转变温度Ms时，立即转入另一种缓慢冷却的介质中冷却至室温，以降低马氏体转变时的应力，防止变形开裂。如形状复杂的碳钢工件常采用水淬油冷的方法，即先在水中冷却到300后在油中冷却；而合金钢则采用油淬空冷，即先在油中冷却后在空气中冷却。 分级淬火法将加热的工件先

10、放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温25min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。 等温淬火法将加热的工件放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成B转变。适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。c.钢的淬透性和淬硬性：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力。淬透性好，淬硬性不一定好，同样淬硬性好，淬透性

11、亦不一定好。（6）回火是将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。钢的回火按回火温度范围可分为以下三种：a.低温回火：回火温度范围150250。零件内应力和脆性有所降低，但保持了马氏体的高硬度和高耐磨性。主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件。b.中温回火：回火温度范围为350500。零件具有一定的韧性和较高的弹性极限及屈服强度。主要应用于各类弹簧和模具等。c.高温回火：回火温度范围为500650。零件具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。广泛应用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件，如轴、连杆、螺栓等。淬

12、火高温回火又称调质处理。（6）钢的表面淬火仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。表面淬火一般适用于中碳钢（WC=0.40.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢等。目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。1.5 碳钢碳钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。1.5.1碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。（1）按钢的含碳量多少分类：低碳钢，含碳量 0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%0.60%；高

13、碳钢，含碳量 0.60%。（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类：普通钢，钢中S、P含量分别0.055%和0.045%；优质钢，钢中S、P含量均0.040%；高级优质钢，钢中S、P含量分别0.030%和0.035%。（3）按钢的用途分类：结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。（4）按脱氧程度分类：沸腾钢：脱氧程度低，用F表示；镇静钢：脱氧程度高，用Z表示；半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间，用b表示。1.5.2碳钢的牌号（1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）

14、及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-AF表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。用途举例Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。（2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。08钢，含碳量低，

15、塑性好，主要用于制造冷冲压零件。10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。（3）碳素工具钢 碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。T9、T10、T

16、11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。1.6合金钢的牌号合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。 钢号首部是反映含碳量。合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。 在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量

17、约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。 对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢牌号中不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%0.8%。1.7铸铁铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，它含有比碳钢更多的硅、锰、硫、磷等杂质。根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。铸铁中C的存在形式：碳化物（Fe3C）和石墨。（1）白口铸铁白口铸铁中的碳几乎全部以Fe3形式存在

18、，断口呈银白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，工业上极少用来制造机械零件。主要用作炼钢原料或用于可锻铸铁的毛坯。（2）灰口铸铁灰口铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的石墨形式存在，断口呈暗灰色。根据灰口铸铁中石墨存在形式不同，它又可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。a灰铸铁石墨形态呈片状。因此其综合力学性能较低，但其减振性、耐磨性、铸造性及切削加工性较好，主要用于制造承受压力的床身、箱体、机座、导轨等零件。灰口铸铁牌号的表示方法为“HT”加数字，其中“HT”是灰铁两字汉语拼音的第一个字母，数字表示最低抗拉强度。如HT150等。b可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后而得到，其石墨形

19、态呈团絮状。其抗拉强度、塑性、韧性都比灰口铸铁高，主要用于制造一些形状比较复杂而在工作中承受一定冲击载荷的薄壁小型零件，如管接头、农具等。可锻铸铁的牌号由“KTH”或“KTZ”加两组数字组成。其中“KT”是可铁两字汉语拼音第一个字母，后面的“H”表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁。其后面的两组数字分别表示材料的最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。如KTH350-10、KTZ550-04等。c球墨铸铁球墨铸铁中石墨形态呈球状。具有较高的强度、塑性和韧性，所以应用较广，在某些情况下可替代中碳钢使用。主要用于制造受力较复杂、负荷较大的机械零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。球墨铸铁的牌号由“Q

20、T”加两组数字组成。其中“QT”是球铁两字汉语拼音的第一个字母，两组数字分别表示最低抗拉强度数值和最小伸长率数值。如QT500-7等。d.蠕墨铸铁蠕墨铸铁总石墨呈蠕虫状。抗拉强度、塑性、疲劳强度大于灰铸铁导热性、铸造性、可切削性大于球墨铸铁。主要用于热循环载荷条件下的钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、气缸盖、刹车件等。蠕墨铸铁的牌号由“RuT+数字”，组成。其中“RuT”表示是蠕墨铸铁，数字表示最小抗拉强度值（MPa）。如RuT340等。复习样题一填空1. 在室温下，百分之九十以上的金属具有 、 和密排六方三种紧密的晶体结构。2. 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗 和 的能力。3. 过冷度是指

21、 和 之差。4. 纯铁在20时具有 晶格，叫 铁；5. 将纯铁加热到1100时，具有 晶格，叫 铁。6. 金属结晶时冷却速度越快，则晶粒 。7. 金属的结晶过程是由 和 两个基本过程组成。8. 碳溶解在 中所形成的固溶体称为奥氏体。9. 晶体线缺陷的主要形式是 。10. FeFe3C相图中，PSK线为 ，S点为 ，其含碳量为 。11. 工业上使用的金属材料，可分为 和 两大类。12. 碳溶于-Fe中形成的固溶体称为 ，以符号 表示。13. 钢的热处理中，通常将淬火后高温回火的操作称为 。14. 碳含量较高的钢在淬火后易得到 状马氏体。15. 碳含量较低的钢在淬火后易得到 状马氏体。16. 钢的

22、热处理是指将钢在 态下施以不同的加热、保温和冷却，以获得所需 的一种工艺过程。17. 正火是将钢加热到一定温度，保温后在 中冷却。18. 碳钢是指碳的质量分数小于 ,大于 的铁碳合金。19. 含碳量高于 的碳钢称为高碳钢。20. 优质碳素结构钢牌号中的两位数字表示其平均含碳量的 倍。21. 铸铁含碳量一般大于 。22. 铸铁中的碳一般以 和 的形式存在。23. 球墨铸铁中的碳主要以 状态存在。24. 高碳钢为了改善切削加工性经常使用 退火。二选择1. 液态金属结晶的基本过程是 【 】A.形核和长大 B.细晶和长大 C.非自发形核和长大 D.枝晶生成和生长 2. 室温下金属的晶粒越细小，则 【

23、】A.强度高、塑性差 B.强度低、塑性差 C.强度高、塑性好 D.强度低、塑性好3. 亚共析钢的室温组织为 【 】A.珠光体 B.铁素体+珠光体 C.二次渗碳体+奥氏体 D.二次渗碳体+珠光体4. 铁碳合金相图中，GS线是平衡结晶时 【 】A.奥氏体向珠光体转变的开始线 B.奥氏体向二次渗碳体转变的开始线C.奥氏体向铁素体转变的开始线 D.奥氏体向固溶体转变的开始线5. 在金属材料的机械性能指标中，“bb”是指 【 】A.屈服强度 B.抗拉强度 C.弹性强度 D.抗弯强度6. 在金属材料的机械性能指标中，“200HBS”是指 【 】A.硬度 B.强度 C.弹性 D.塑性7. 实际金属一般表现出

24、各向同性，这是因为实际金属为 【 】A.多晶体 B.单晶体 C.理想晶体 D.固溶体8. 铁碳合金中属于金属化合物的相是 【 】A.铁素体 B.奥氏体 C.渗碳体 D.珠光体9. 在晶体缺陷中，属于面缺陷的有 【 】A.空位 B.位错 C.晶界 D.裂纹10. 下列钢中，退火后塑性最好的是 【 】A.T10A B.30CrMnSi C.60钢 D.08F钢11. 下列钢中，淬火后硬度最高的是 【 】A.T12 B.Q175 C.45钢 D.15钢12. 碳大部分以渗碳体形式存在的铸铁是 【 】A.白口铸铁 B.灰口铸铁 C.可锻铸铁 D.球墨铸铁13. 可锻铸铁中的石墨形态为 【 】A.片状石

25、墨 B.絮状石墨 C.球状石墨 D.粒状石墨14. 钢在淬火时获得淬硬层深度的能力称为 【 】A.淬硬性 B.淬透性 C.淬韧性 D.淬塑性15. 制造锉刀应当选用的材料和热处理方法为 【 】A.45钢 淬火高温回火 B.T8钢 淬火中温回火 C.T12钢 淬火低温回火 D.Q275 淬火正火16. 为了改善轴类零件的综合机械性能，通常对轴进行的热处理是 【 】A.淬火 B.回火 C.调质处理 D.完全退火17. 马氏体的硬度主要取决于 【 】A.加热温度 B.保温时间 C.含碳量 D.杂质含量18. 钢在热处理时，一般都要通过加热使其组织转变为 【 】A.珠光体 B.渗碳体 C.奥氏体 D.

26、莱氏体19. 调质是指 【 】A.淬火低温回火 B.淬火中温回火 C.淬火高温回火 D.淬火常温回火20. 合金工具钢都是 【 】A.普通钢 B.优质钢 C.高级优质钢 D.特级优质钢21. 过共析钢淬火时，其常规加热温度范围为 【 】A.Ac1+3050 B.Ac3+3050 C.Accm+3050 D.Ac1 Accm22. 共析钢通过淬火获得下贝氏体组织的方法有 【 】A.单液淬火 B.双液淬火 C.分级淬火 D.等温淬火23. 完全退火主要用于 【 】A.亚共析钢 B.共析钢 C.过共析钢 D.所有钢种24. 碳钢正火是将其加热到一定温度后保温一段时间，然后采用的冷却形式是【 】A.在

27、水中冷却 B.在油中冷却 C.在空气中冷却 D.随炉冷却25. HT150的石墨形态为 【 】A.片状石墨 B.团絮状石墨 C.球状石墨 D.蠕虫状石墨26. 含碳0.77%的铁碳合金冷却时在PSK线上发生的反应为 【 】A.共析反应 B.共晶反应 C.匀晶反应 D.包晶反应27. 下列铁碳合金中，具有球状石墨组织的为 【 】A.QT400-5 B.45 C.T10 D.RuT34028. 滚动轴承钢成份要求 【 】A.高碳低铬 B.低碳低铬 C.低碳高铬 D.高碳高铬三名词解释 1. 过冷度2. 合金3. 同素异构转变4. 晶格缺陷5. 固溶体6. 奥氏体7. 塑性8. 合金的组元9. 单液

28、淬火法10. 淬透性11. 合金钢12. 共析钢四问答题1. 在下面图框中填写适当的温度和晶格类型2. 铁碳合金基本组织有哪些？其性能特点如何？3. 简述奥氏体形成的过程。4. 常用的淬火方式有哪些？各有何操作特点？5. 何为淬硬性？何为淬透性？两者有无联系？6. 常见的回火种类有哪些？各有何作用？7. 简述常见的几种铸铁中碳的组织结构各有何特点。8. 铁碳相图中，铁碳合金按含碳量可以分为几类？含碳量范围各是多少？9. 碳钢按照品质可以分为哪几种？10. 说明下列各种牌号的铁碳合金所属类别，并简述其牌号的含义。45钢20CrT103Cr2W8VQ1951Cr13W6Mo5Cr4V2HT-200Q2352Cr13W18Cr4VQ390五、分析题1. 绘制简化后的铁碳合金相图，标明各点、组织、温度、