1、机械工程材料复习课第一章 金属的晶体结构与结晶一晶体与非晶体晶体： 非晶体：长程有序排列 短序有序具有确定熔点 无固定熔点各向异性 各向同性二金属的晶体结构体心立方 面心立方 密排六方晶胞内原子数 2 个 4 个 6 个致密度 K = 0.68 K=0.74 K=0.74三实际晶体的结构1点缺陷：空位与间隙原子在一定温度下总有一定平衡浓度的点缺陷存在，引起点陈畸变，可以消失。当淬火或冷加工时会产生室温下的过饱和点缺陷。空位与扩散机制有关。2线缺陷：位错晶体中有几层原子错排了位置而形成的晶体缺陷。正、负刃型位错可相互抵消。塑性变形机制：通过位错在切应力作用下在晶体中逐渐移动完成，而不是刚性的移动
2、。位错密度： m = L提高强度：（1）完全消除金属内的位错缺陷，s理论值：（2） m 加工硬化、热处理强化。3面缺陷：晶界、亚晶界晶粒内的晶格位向基本一致，各晶粒间位向都不同；亚晶间两侧晶体有很小的位向差 V K，得到 M 组织（1）淬火温度：亚共析钢 AC3 + 3050过共析钢 AC1 + 3050（2）淬火方法：1）单液淬火：水、油、高分子聚合物水溶液。2）双液淬火：水淬油冷（T10A 钢） 。3）分级淬火法：Ms 点以上短时停留，M 硝盐浴或碱浴，4）等温淬火法：Ms 以上长时间降成，B 下 用于形状复杂的小件5）冷处理：消除 A 残。（3）淬透性与淬硬性：淬透性V K，过冷 A 越
3、稳定越好，除 CO 外，大多数合金元素淬透性。淬硬性M 中 C%有关，淬透性高未必淬硬性高。2回火淬火 M 组织不稳定，组织极脆，工件中存在很大的内应力，若不及时回火，会使工件变形开裂。（1）M 分解：100以上，M 中 C 以 -F 2.4C 析出，过饱和度变，工模具和渗碳、表面淬火件形成“回火 M” 组织，含碳 0.25%C，降低内应力和脆性60HRC。（2）残余 A 分解：200300，AB 下 。（3）碳化物类型转变：250400， “Fe3C+针条状 F”， 回火 T。eg 弹簧，有较高 s, e。（4）渗碳体聚集长大：450以上，Fe 3C 聚集长成粒状，F 发生再结晶。成为：“球
4、粒状 Fe3C+等轴状 F”回火索氏体 S。淬火 + 高温回火 = 调质，综合机械性能好，同时有良好的塑韧性和强度，用于处理重要零件，或作为表面处理的预备组织。五表面热处理（1）表面淬火：高、中频淬火，适于中碳钢，耐疲劳强度提高。（2）化学热处理：掌握渗碳处理低碳钢材料渗碳处理：用于承受较大冲击载荷和严重磨损条件下提高材料疲劳强度、耐磨性，及心部韧性。组织：表层：0.85 1.05%C ：“细小的回火 M + 粒状 Fe3C”， 5864 HRC， 心部：回火低碳 M 及部分 T，S 组织，不允许大块状 F。四成分、组织、性能间的关系、铁碳状态图的应用1解释书上图 5-16。2选材应用：结构型
5、钢、机械零件、弹簧、工模具用钢。3为什么铸铁常选共晶成分？（流动性、疏松、偏析、热裂倾向）4锻造温度范围：（1）亚共析钢：GS（A C3 线）以上（2）过共析钢：A 1 以上：破碎网状 Fe3CII第七章 金属材料及应用一碳钢号及应用1钢号意义及表示方法普通碳素钢：A 类钢、B 类钢镇静钢：Mn、Si、Al 充分脱氧，属本质细晶粒钢有集中缩孔（须冒口成材率低） ，组织致密。沸腾钢：Mn 脱氧，属本质粗晶粒钢、有疏松、许多汽泡、无集中缩孔成材率高，成本低。表面有细品区，表面质量好，含Si 少，塑性佳，宜作轧材。2 优质碳素钢：45 钢、T8 钢3高级优质碳素钢：T12A 钢4铸造碳钢ZGs-b（
6、Mpa） ，用途。二合金钢分类与编号1低（Me10%Me）合金钢含碳量C1%， 不标碳量）eg：W18Cr4V(0.7% 0.8%), 00Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti。三钢中常存杂质元素影响1Si 和 Mn：Si0.4%、Mn0.8%一般固溶强化 F，否则有害。MnS 可S 的害处。2S：易形成 A-FeS（985）的离异共晶，产生热脆，用 MnS（1600）消除。3 P：极大地固溶入 F 中，使钢强化但脆性也 冷脆。可以提高大气抗蚀性，用于 S、P 的易削钢或炮钢中。四合金结构钢1普低钢 16Mn、15MnV 作结构件，Q表示。低碳：C0.2%，保证良好塑韧性能泠成型，良好的焊接
7、性能。少量的 Mn1.8%, Si0.6%,固溶强化，增加 P 量，在不降低韧性的前提下，使 s 提高 2050%。辅加 V、Ti、Nb：细化晶粒，弥散强化，Cu、P大气抗蚀性，Re低温韧性。2合金渗碳钢用于受较强烈的冲击作用和磨损条件下工作的零件或交变载荷。要求表面具有高硬度：高耐磨性，心部要有高韧性和足够的强度。C0.10.25%，保证心部有足够塑韧性。Cr、Ni、Mn、B 等；淬透性，提高参层强韧性。Ti、V、Mo 等强碳化物形成元素：细化晶粒，抑制渗碳过热。渗碳后”直接淬火 + 低温回火”组织：表层：（Me,Fe） 3C + 回火 M +少量 A 残 ，5862；心部：1）全部淬透：低
8、碳 M，HRC4048；2）部分淬透：T+低碳回 M+少量 F钢号： 20Cr、20MnV 薄层渗碳；20CrMnTi 做齿轮；18Cr2Ni4WA（M 钢）做飞机、坦克上重载齿轮。3合金调质钢制作一些受循环交变载荷或有冲击及各种复合应力工作的重要零件。保证有较好的综合机械性能。含碳量：中碳 0.30.55%C，既保证强度，又有较好韧性。主加元素：Cr、Ni、Mn、Si 、 B渗透性，强化 F。辅加元素：V、Ti、Al 细化晶粒，回火稳定性。W、Mo 可防止或减轻 Cr、Ni 钢的可逆回火脆倾向。钢号：1）低淬透性：45，40，40Cr, 40Mn, 40MnB2) 中淬透性：40MnVB、4
9、2SiMn, 42CrMo3）高淬透性：40CrNiMoA, 38CrMoAlA热处理：淬火+高温回火（回火 S）4弹簧钢失效：疲劳为主，要有高的 e 和屈强比 s/e。1) 含 C：0.450.75%(0.60.9%)保证 e 和 s/e 高。2) 主加元素：Mn, Si, 提高渗透性，强化 F。3) 辅加元素：Cr, W, o, Nb 降低过热敏感，脱碳，细化品粒，提高稳定性。钢号：65Mn, 60Si2Mn, 50CrVA, 65,75,85 号钢。热处理：淬火 + 中温回火（回火 T）5滚动轴承钢 GCr151）含 C：0.951.10%，保证高的溶硬性和耐磨性。2）Cr：1.31.6
10、5%,提高渗透性，回火稳定性，及一定韧性，抗蚀性。热处理：球化退火（HB180207）淬火 + 泠处理 + 低温回火6165HRC，组织：极细的回 M+均布细粒（Cr, Fe） 3C + 少量 A 残 。6其他结构钢：易切钢：Y15超高强度钢：40CrNiMoA, 4Cr5oVSi, Ni25Ti2AlN6。五合金工具钢1高速钢 W18Cr4V1）含 C:0.70.8% 形成 W,Cr,V 的大量碳化物，过饱和的 M。2）W：1719%，形成 W2C, VC 保证红硬性（二次硬化）3）Cr：4%，提高渗透性，形成 Cr23C6提高抗回火稳定性。1）锻造：破碎铸态下的晶莱氏体碳化物及二次碳化物。
11、2）球化退火：S+细粒状碳化物（Cr 23C6,Fe3W3C, VC）3）淬火：12601280淬火，使尽量可能多碳化物溶入 A，提高淬透性，提高红硬性和抗回火稳定性。4）回火：5601hr 三次：使 2030%A 残 M。并弥散析出 W2C.VC 起二次硬化作用。组织：回 M+含量碳化物 + A 残 。2冷作模具钢 Cr12MoV（1）锻造：使碳化物均匀，破碎网状或莱氏体（Cr、Fe） 7C3碳化物。（2）球化退火：细粒状 P+Cr7C3 255HB（3）淬火+回火：回火 M + Cr7C3 + 20%A 残 HRC6264由于大量 A 残 存在，比一般低合金钢，高速钢变形小。3.低合金工具
12、钢9SiCr、CrWMn、9Mn2V 等。4.热作模具钢（1）中碳 C0.5%：保证良好的强度与韧性配合；（2）Cr、Ni、Mn、Si：淬透性。（3）少量 Mo、W、V： 钢的回火稳定性及减少回火脆性。Cr、W 等缩小 A 区元素，组织较稳定，冷热抗疲劳能力。热处理：淬火 + 高（中）温回火5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV 、3Cr2W8V；组织:“回火 M+弥散硬化的碳化物” ，回火 T 或回火 S。六特殊性能钢1钢号：M 不锈钢：1CrB 、2CrB 及 3Cr13（共析钢） 4Cr13（过共析钢）A 不锈钢：0Cr18N9、1Cr18N9 顺磁体抗氧化钢：15CrMo、12CrMoV(P)、1Cr11MoV、1Cr12MoV（M）4Cr14Ni14W2Mo、1Cr18Ni9Ti（A）耐磨钢：ZGMn13、ZGMn82奥氏体钢的热处理特点固溶处理：1100水淬 HRC。时效处理：8508806hr 析出 TiC、NbC 防晶间腐蚀，ZGMn13 有个水韧处理：也是得到单相 A 组织，受应力时：AM。
