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1、机工材料复习华南理工大学机械工程材料复习资料第一部分 金属学 （CH15）主要内容及要求：一、固态金属与合金的结构1.纯金属：（1） 三种典型晶格及其主要参数；类型晶胞简图晶格常数特点原子数r配位数致密度属该晶格金属体心立方Bcca=b=c=9002a80.68-Fe,Cr面心立方Fcc4120.74-Fe,Al,Cu密排六方hcpC/a=1.6336120.74Mg,Zn（2） 立方晶系晶面指数及晶向指数：求法；性质（晶向与晶面，）。晶面指数（hkl）求法：1）求截距： 1，1，1/22）取截距倒数： 1，1，23）化成最小整数放（hkl）：（112）* 晶面与坐标轴平行时，截距为，倒数为0

2、； 截距为负数时，“-”号放在数字上面，如（11）；（hkl）：表示一组平行晶面； hkl 晶面族指数：表示原子排列情况相同的所有晶面； 两晶面如指数的数字与顺序相同而完全异号，则互相平行。立方晶系典型晶面指数：100，110，111 晶向指数(uvw)：任两原子连线所指方向。求法：1）过O作OC/AB： 2）求OC上任一点（ O除外）坐标值：，1 3）化成最小整数放UVW：112* 出现负数时，“-”号放在数字上面，如11； UVW 晶向指数：表示一组平行且同向的晶向； UVW晶向族指数：表示原子排列情况相同的所有晶向； 两晶向如指数的数字与顺序相同而完全异号，则互相平行且反向。立方晶系典型

3、晶向指数：， ， 晶向指数与晶面指数性质：1）指数相同：uvw hkl； 2）hu+kv+lw=0时，uvw /hkl。晶体的各向异性 各晶面及晶向上原子密度不同，作用力不同而引起性能上的差异。 但实际金属是多晶体，各晶粒位向散乱无序，加上晶界的影响，而反映不出各向异性，称伪各向同性。实际上各晶粒内仍是各向异性的。晶面及晶向上的原子密度：单位面积或长度上的原子数。 注意：原子密度最大的晶面及晶向（3）实际金属晶体结构： 1）多晶体；2）有缺陷: 类型点（空位、间隙原子、异类原子）、线（位错）、面（晶界）晶格畸变性能变化 *凡有晶体缺陷，均使晶格畸变，并引起宏观性能变化（强度、硬度；塑性、韧性）

4、（4）纯铁的同素异构转变 晶格类型 bcc fcc bcc致密度 0.68 0.74 （胀大）0.682.合金：（1）固溶体(间隙、置换)：溶解度、固溶强化效果、枝晶偏析(原因、改善方法)。（2）金属化合物（Fe3C）（3）机械混合物珠光体（+ Fe3C）、莱氏体（P(或)+ Fe3C+ Fe3C）（4）、Fe3C、P、P球、Ld、S、T、B上、B下、M、S回、T回、M回 定义、形态、性能特点、获得方法。（5）S（T）与S回(T回)的性能对比：S回(T回)强度、韧性，原因：Fe3C的形态不同（球与片的区别）二、结晶过程（包括固态相变）1.基本规律： （1）过冷（过热）：要有TV冷, T, G；

5、 （2）是形核和长大过程；均匀、非均匀形核；金属的枝晶长大 （3）有结晶潜热产生（冷却曲线有平台或拐点）。2.晶粒大小及对性能影响：（1）获得细晶粒方法：1）液固：（V冷、T）、变质处理、振动搅拌； 2）固固：重结晶（化温度、时间）； 3）冷塑变后：再结晶温度、时间。（2）细晶强化（晶界强化）概念、特点（b、HB、k）。* 用“多晶体的滑移”来解三、Fe-Fe3C相图 1.会画和标注（用相组成物和组织组成物标注）；相图的分析方法 2.由那几种基本相图组成：匀晶、包晶、共晶、共析、稳定化合物（定义、具体转变）； 3.运用杠杆定律计算各种相和组织的相对量；*几种Fe3C量的计算（1） Fe3C共析

6、= (W=88.78%)（2） Fe3C共晶= (WE=52.2%)Ld中的Fe3C=Ld中的P=1-47.8%-11.8%=40.4%（3） Fe3Cmax=（4） Fe3Cmax=*几种平衡组织相对量的计算（1）0.4%C钢：(+P) ；WP=50.5%（2）1.0%C钢: (P+Fe3C) ； WFe3C=3.9%（3）3.0%C白口铁:初晶E=； WLd=40.6 WFe3C= WP= 4.典型合金结晶过程 1）用式子和冷却曲线表示 2）画常温组织金相示意图（亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁）。 5.用金相图推算钢号，如：P占80%，F 占20%：60钢（0.77 80%=0.

7、616）四、塑性变形与再结晶 1. 塑性变形方式（滑移、孪生）2.滑移：1）要点：切发生、滑移系及与关系、位错易动性、临界与软(硬)位向、晶体的转动、点阵类型与晶体位向不变性；晶格类型bccfcchcp滑移系（滑移面滑移方向）11061112=1211141103=12底1底对角线3=3滑移系,（ 滑移系相同时，滑移方向）, 2）多晶体塑性变形：晶粒及晶体方位影响、细晶强化； 3）组织性能变化：晶粒形状、加工硬化、内应力。3.回复、再结晶概念、在工业上的应用（去应力退火（如冷绕弹簧）、中间退火（冷拉拔）。4.冷、热加工界限（低于T再的是冷加工；高于T再的是热加工）、可能产生的缺陷及消除方法 冷

8、加工：加工硬化、内应力、（织构） 热加工：晶粒粗大、内应力、（带状组织）第二部分 热处理（ch6）一、热处理原理：四大转变 1.加热：化四个步骤、晶粒度概念及影响因素。 2.冷却：1）共析钢，亚、过共析钢TTT、CCT曲线示意图； 2）转变过程及转变产物； 3）TTT、CCT曲线的应用： 用冷却曲线判断工艺及组织； 据所获组织画冷却曲线。 3.M相变：1）条件：化、V冷Vk 2）M结构特点（过、C/a、淬硬性）、类型（M针状、M板条状） 3）相变特点：高速（晶粒大小影响）、变温（高速钢回火次数）、不完全（A）； 4）淬透性：定义、符号、影响因素（C%、Me%、化）4. M淬火的回火转变1）M淬

9、火随T组织变化；2）回火稳定性的概念；3）回火脆性的概念（第一类、第二类、产生原因、防止方法）二、热处理工艺工艺加热温度(0C)冷却方式获得组织适用材料工艺路线位置应用场合退火完全Ac3+3050慢、等温P+亚共析锻后球化Ac1+3050慢、等温P球过共析锻后扩散固相线100慢P+亚共析铸后有枝晶偏析去应力500600慢无变化再结晶T=0.4T熔慢、空冷无变化冷加工后正火Ac3（cm）+3050空冷S+(Fe3C)锻后淬火（等温）Ac3（c1）+3050快冷M(B下)最终热处理回火低温150250高回：空冷有“回脆”时，快冷M回 HB，耐磨性中温350500T回 弹性高温500650（调质）S

10、回 综合力性工艺材料预先热处理随后热处理组织典型零件工艺路线表面心部高频淬火45、40Cr调质低温回火M回S回机床齿轮（略）渗碳20CrMnTi淬火+低回M回+K+AM低碳等汽车齿轮（略）氮化38CrMoAl调质合金氮化物S回镗杆（略）氰化低中碳淬火+低回M回+CN化合物M低碳等齿轮等（略）三、铸铁热处理 主要是为了改善基体的组织和性能，而不改变石墨的数量、大小、形态。 普通灰口铸铁：有去应力退火、改善切削加工性（消除白口）退火、接触电热表面淬火球墨铸铁：几乎所有热处理都可应用，注意：QT牌号对应于热处理 铸铁的性能与石墨的形态：片、絮、球（取决于铸造）及基体（取决于热处理）四、铝合金热处理：

11、固溶处理+时效处理第三部分 材料及机械零件选材和工艺路线（ch7）一、常用材料 1. 合金钢的分类及热处理合金钢分 类代 表钢 号预先热处理最 终 热 处 理应用举例工艺组 织工 艺组 织工程结构钢普通非合金钢Q235（保证力学性能，一般不进行热处理）钢板、角钢等普通低合金钢16Mn船舶、容器高锰钢ZGMn1311000C 固溶处理拖拉机履带机器结构钢渗 碳 钢20CrMnTi正火S+(少)渗碳+淬火+低温回火表： M回+K+A(少)心：M板条或 T、S汽车、拖拉机变速齿轮调 质 钢45、40Cr正火S+(少)调质S回机床主轴弹 簧 钢60,65Mn冷拉P(S)+冷成型：去应力退火P(S)+等

12、小弹簧60Si2Mn淬火+中温 回火T回汽车板弹簧低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A 正退火S+(少)淬火+低温回火M回+A(少)航天结构材料易切削钢Y40Mn高速切削滚动轴承钢GCr15球退P球淬火(+冷处理）+低回M回+K+A(少量)滚动轴承工具钢刃具钢碳素工具钢T7T13球退P球淬火+低温回火M回+K+A(少量)手动工具低合金工具钢9SiCr球退P球淬火+低温回火M回+K+A(少量)慢速工具高速钢W18Cr4V退火S+K球12700C淬+5600C回三次M回+K+A(少量)车刀等高速摸具钢冷作模具钢Cr12MoV球化退火P球10200C淬+低回11000淬+5200C回三次M回+K

13、+A(少量)冷冲模（热作模）热作模具钢5CrNiMo退火P+(少)8500C淬火+5600C回T回热锻模压铸模具钢3Cr2W8V球退P球10800淬+5500C回三次M回+K+A(少量)压铸模挤压模具钢4Cr5MoSiV（H13）球退P球10200C淬+5800C回三次M回+K+A(少量)热挤压模量 具 钢CrWMn球退P球淬火+冷处理+低回M回+K+A(少量)量具特殊钢不 锈 钢Cr13型9Cr1810500C淬火+低高回M回S回五金件,手术刀1Cr18Ni9Ti11000C固溶处理食品机械耐热钢抗氧化钢3Cr18Mn12Si2N11000C固溶处理加热炉附件热强钢12CrMoV正火+回火+

14、S锅炉零件注：1、调质钢在调质后可根据不同要求加表面热处理，如：表面淬火、-氮化等。2、钢的编号方法 1）普通非合金钢： Q +屈服强度值（MPa）+质量等级+冶炼方法 2）优质非合金钢： 万分之几碳，如45为万分之45碳（即0.45%）优质碳素结构钢。 3）碳素工具钢： T+千分之几碳，如T12千分之12碳（即1.2%）的碳素工具钢。 4）合金结构钢： 含碳量的万分之几+合金元素符号+合金元素含量, 如60Si2Mn 5）合金工具钢： 含碳量的千分之几+合金元素符号+合金元素含量, 如9SiCr 6）某些标注规律： （1）含碳量：两位数多为万分之几（有T带头的除外） 一位数多为千分之几（有T

15、带头的两位数也为千分之几） 不标的有含碳量1.0%, 如CrWMn；含碳量既定俗成的，如W18Cr4V(0.70.8C%) （2）合金元素含量：除GCr15为1.5%外，其余为百分之几（1.5%以下不标，1.52.5%标2，2.53.5标3，3.54.5标4）。2. 铸铁的分类及牌号名称C存在基体组织及牌号性能及应用举例白口铸铁Fe3C炼钢原料灰口铸铁普通灰口铸铁片状石墨HT+数字（最低抗拉强度MPa）如HT100(+G片), HT150(+P+G片)，HT200, HT250(P+G片),HT300(变质处理), HT350(变质处理)抗压强度、减摩减震性、切削加工性,缺口敏感性。机床床身、

16、汽缸套、轴承座等可锻铸铁团絮状石墨黑心()可锻铸铁KTH+数字（最低抗拉强度MPa）+数字（最低延伸率%）如KTH300-06, KTH350-10, 汽车后桥外壳、低压阀、管接头等 珠光体可锻铸铁KTZ+数字（最低抗拉强度MPa）+数字（最低延伸率%）如KTZ450-06, KTZ550-04, KTH700-02柴油机曲轴、连杆、活塞等白心(表+心P)可锻铸铁KTB+数字（最低抗拉强度MPa）+数字（最低延伸率%）如KTB350-04, KTB380-12, KTB400-05, KTB450-07（应用较少）球墨铸铁球状石墨QT+数字（最低抗拉强度MPa）+数字（最低延伸率%）牌号基体组

17、织热处理QT400-17QT420-10铁素体退火汽车牵引框、后桥壳、阀体、轮毂等QT500-05铁素体+珠光体退火齿轮、阀门、电动机架QT600-02珠光体正火发动机曲轴、凸轮轴、连杆、机床主轴、齿轮、液压气缸等QT700-02珠光体或回火索氏体正火或调质QT800-02珠光体或回火索氏体正火或调质QT1200-01下贝氏体或回火屈氏体或回火马氏体等温淬火或淬火+中温回火或淬火+低温回火汽车拖拉机传动齿轮、柴油机凸轮轴、曲轴等蠕墨铸铁蠕虫状石墨1. 蠕虫状石墨形态介于片状与球状之间；2. 蠕墨铸铁性能兼有灰口铸铁和球墨铸铁的某些优点，可代替高强度铸铁、合金铸铁等；3. 蠕墨铸铁的基体有：P、

18、P+。*1.抗拉强度：球墨铸铁可锻铸铁普通灰口铸铁； 2.减震性、缺口敏感性：普通灰口铸铁； 3.可锻铸铁的生产：先铸成白口，再退火而成。二、材料的某些性质1.淬透性：1）碳钢中：共析钢最好 2）合金钢碳钢；合金钢中：Me%,J。2.淬硬性：C%越好。3.回火稳定性：Me%，越好。4.回火脆性：第一类：2503500C: 1）避开；2）抗弯及工模具不必考虑。 第二类：5006000C: 1）回火后快冷；2）加W、Mo等Me。5.过热敏感性：Mn钢：（加Ti、V、W、Mo抑制）6.红硬性： W%、V%。三、Me作用：1.强MeC元素：Ti、V防止晶粒长大（细化晶粒）。 Ti在1Cr18Ni9Ti

19、中，防止晶间腐蚀。2.一般：1）除Co外，都使J； 2）W、Cr、Mo提高回火稳定性、产生二次硬化，提高红硬性。 3）Cr在不锈钢中，提高电极电位、钝化。 4）Mn扩大区，（钢） 5）Mo在调质钢中，消除第二类回火脆性 在W6Mo5Cr4V中，改善碳化物分布，提高韧性。3. 非MeC元素 1）Si、Ni强化。 2）Si改善低温红硬性（9SiCr）；提高回火稳定性(60Si2Mn)；促进石墨化。 3）Ni强化同时改善ak, 扩大区，（钢） 4）Al加速N化过程（38CrMoAlA），钝化Cr、Si（耐热钢）。 5）影响S点（3Cr2W8V）、E点(莱氏体钢)。 6）扩大区（钢）、缩小区（钢）。注

20、意在具体钢中的分析：W18Cr4V、20CrMnTi、1Cr18Ni9Ti、1Cr13、5CrNiMo等。四、典型零件的选材（写牌号）、工艺路线及热处理工艺组织作用分析：1. 齿轮类：（1） 机床传动齿轮 （ 材料：45）锻正火粗机加工调质精机加工高频表面淬火+低温回火磨S+F(少量) S回火 表面：M回火+A(少量)；心部：S回火 （2） 汽车拖拉机变速齿轮 （ 材料：20CrMnTi）锻正火机加工渗碳+淬火+低温回火磨S+F(少量) 表面：M回火+K+A(少量)；心部：M低碳或与T、S等2. 轴类：机床主轴、镗杆（磨床主轴）、曲轴（QT600-2）、凸轮轴（QT1000-1）；（1）机床主

21、轴 （材料：45）锻正火粗机加工调质精机加工高频表面淬火+低温回火（耐磨处）磨S+F(少量) S回火 表面：M回火+A(少量)；心部：S回火 （2）镗杆（磨床主轴）： （材料：38CrMoAl）锻正火粗机加工调质精机加工去应力处理粗磨氮化精磨时效研磨S+F(少量) S回火 表面：合金氮化物；心部：S回火 （3）柴油机曲轴（材料：QT600-2）铸正火机加工高频表面淬火+低温回火（耐磨处）磨P细+G球 表面：M回火+ G球+A(少量)；心部：P细+G球（4）柴油机凸轮轴材料：QT1000-1：铸造退火F(+P)+G球机加工等温淬火B下+G球 40Cr：锻正火粗机加工调质精机加工高频表面淬火+低温回火磨3. 汽车板弹簧（60Si2Mn）： 扁钢剪断加热成型淬火+中温回火T回喷丸冷绕弹簧(65Mn): 冷拉拔铅浴处理冷拉拔冷卷成型2003000C去应力处理（回复）4.工具：W18Cr4V车刀、手术刀； W18Cr4V车刀：锻退火机加工（预热）1270 0C淬火+560 0C回火（3次）磨 P+K M回火+K+A(少量) 5.模具：冷作模、热作模。Cr12MoV的一次硬化法：1000淬火+180-200回火，HRC59-61（适用于冷作模具）二次硬化法：1100淬火+510-530回火，HRC59-61（适用于热作模具）