南华大学机械工程材料考试重点

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《 机 械 工 程 材 料 》总 复 习

一、性能

㈠ 使用性能 1、力学性能

⑴ 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量：E= /

⑵ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度 b—材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度 s—材料产生微量塑性变形时的应力。 条件屈服强度 0.2—残余塑变为0.2%时的应力。

疲劳强度 -1—无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 ⑶ 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为 、 。 ⑷ 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。

⑸ 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为αk.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。

⑹ 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K1C。

2、化学性能

⑴ 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。

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⑵ 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。

㈡ 工艺性能

1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。

3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性. 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。

5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。

二、晶体结构

㈠ 纯金属的晶体结构 1、理想金属

⑴ 晶体：原子呈规则排列的固体。

晶格：表示原子排列规律的空间格架。

晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. ⑵ 三种常见纯金属的晶体结构

⑶ 立方晶系的晶面指数和晶向指数

①晶面指数：晶面三坐标截距值倒数取整加（ ） ②晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加 [ ] 立方晶系常见的晶面和晶向

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⑷ 晶面族与晶向族

指数不同但原子排列完全相同的

晶面或晶向。

⑸密排面和密排方向 ——同滑移面与滑移方向 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。 2、实际金属

⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。

晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 ⑵ 晶体缺陷—晶格不完整的部位 ① 点缺陷

空位：晶格中的空结点。

间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。

置换原子：取代原来原子位置的外来原子。

② 线缺陷——位错

晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线.

③ 面缺陷——晶界和亚晶界

亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。

④ 晶界的特点：

原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。

金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。

晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。

㈡ 合金的晶体结构

合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。

相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。

1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相.

⑴ 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。

⑵ 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。

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铁素体：碳在 -Fe中的固溶体。 奥氏体：碳在 -Fe中的固溶体。

马氏体：碳在 -Fe中的过饱和固溶体。

固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 ⑵ 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. ① 正常价化合物 如Mg2Si ② 电子化合物 如Cu3Sn

③ 间隙化合物：由过度族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。 强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VC 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6 弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe3C ⑶ 性能比较：强度：固溶体 纯金属

硬度：化合物 固溶体 纯金属 塑性：化合物 固溶体 纯金属

⑷ 金属化合物形态对性能的影响 ① 基体、晶界网状：强韧性低

② 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 ③ 颗粒状：

弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑

韧性略有下降的现象。

⑸ 固溶体与化合物的区别：①结构；②性能；③表达方式 合金元素在钢中的作用 1、强化铁素体；

2、形成化合物——第二相强化

3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区 4、使S、E点左移 5、影响A化

6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, Vk减小, 淬透性提高. 7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。

8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力）

9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) 10、防止第二类回火脆性：W、Mo

(回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。) 三、组织

㈠ 纯金属的组织

1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程

⑴ 结晶的条件——过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。

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过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 ⑵ 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大 形核——自发形核与非自发形核 长大——均匀长大与树枝状长大

⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变

同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。

固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化。

3、再结晶

⑴再结晶条件：冷塑性变形

⑵加热时的变化：回复→再结晶→晶粒长大

再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。 ⑶ 再结晶温度：发生再结晶的最低温度。

纯金属的最低再结晶温度T再 0.4T熔

⑷ 影响再结晶晶粒度的因素：①加热温度和时间； ②预先变形程度

4、塑性变形：

金属塑性变形方式：滑移和孪生 ⑴ 滑移的特点：

①只能在切应力的作用下发生； ②沿密排面和密排方向发生； ③位移量是原子间距整数倍； ④伴随着转动

滑移的机理：通过位错运动实现。

孪生特点：

①孪生使晶格位向发生改变；②所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速；③孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 ⑵ 冷热加工：以再结晶温度划分

① 冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、

织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。

加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。

冷加工使内应力增加，耐蚀性下降， 提高。 ② 热加工：形成纤维组织、带状组织

纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。

㈡ 合金的组织

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1、相图

匀晶L 共晶L + 共析 + 包晶L+

杠杆定律：只适用于两相区。

枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 2、合金中的固态相变 ⑴ 固溶体转变：A F

⑵ 共析转变：A P(F+Fe3C) ⑶ 二次析出：A Fe3CⅡ

⑷ 奥氏体化

⑸ 过冷奥氏体转变 ⑹ 固溶处理+时效：

固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。

时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。

3、铁碳合金相图

点：符号、成分、温度

典型合金的结晶过程（以共析钢为例）

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杠杆定律的应用

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四、钢的热处理 ㈠ 热处理原理 1、加热时的转变

奥氏体化步骤：A形核；A晶核长大；残余渗碳体溶解；A成分均匀化。 奥氏体化后的晶粒度：

初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。

本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。 2、冷却时的转变

⑴ 等温转变曲线及产物

⑵ 用C曲线定性说明连续冷却转变产物

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根据与C曲线交点位置判断转变产物

3、回火时的转变

碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ； -碳化物转变为Fe3C ；Fe3C聚集长大

和铁素体多边形化 。

W18Cr4V钢： 560℃三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。

强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化方法。 ㈡ 热处理工艺

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热处理工艺（续）

五、工业用金属材料 ㈠ 工业用钢

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工业用钢（续）

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㈡ 铸铁

石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。

㈢ 有色金属及其合金

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1edi.html