机械工程材料总复习

机械工程材料大连理工出版社总复习课件

《机械工程材料》

总复习

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结晶

塑性变形热处理

工业用钢 铸铁 有色金属及其 合金

纯金属 合金

使用性能

工艺性能

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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。

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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。

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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。 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。

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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。

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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.

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⑵ 三种常见纯金属的晶体结构晶格常数原子半径 原子个数 配位数 致密度 滑移面 2 8 0.68 {110}×6 体心立方 a3 a 4

面心立方 a2 a 4

密排六方 a、 c1 a 2

4 12 0.74 {111} ×4

6 12 0.74 六方底面×1

滑移方向 滑移系

<111> ×2 12

<110> ×3 12

底面对角×3 3Mg、Zn

常见金属 -Fe、Cr、W -Fe、Ni、Al

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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

⑷ 晶面族与晶向族指数不同但原子排列完全相同的a 3

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。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。

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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Cu3Sn③ 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。

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强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 弱碳化物形成元素：Mn、Fe

如TiC、VC 如Cr23C6 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

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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

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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。

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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。)

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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。

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

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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。 铁的同素异构转变： -Fe -Fe -Fe1394℃ 912℃

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