机械工程材料总复习资料

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1、机械工程材料复习第一部分基本知识一、概述以“材料的化学成分T加工工艺T组织、结构T性能T应用”之间的关系为主线, 掌握材料性能和改性的方法，指导复习。二、材料结构与性能：1材料的性能： 使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； 工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。2材料的晶体结构的性能： 纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）；纯金属：体心立方（:-Fe ）、面心立方（-Fe ），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）-各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。衣

2、1-2 实际金属的晶体结槌特证晶陣缺齡类别主要璐式对材料性期的籬响点诀陷空位實换原子品金属扩麒主实方式刃由位儒丄期工哽化*固洎錢化弹啟長化1A卑|尉腐世、易忙敵*熔点低翌度离，堀品送化合金：多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成。多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织的合金。3材料的组织结构与性能1）平衡结晶组织平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。2）成分、组

3、织对性能的影响 硬度（HBS）:随C硬度呈直线增加，HBS值主要取决于组成相Fe3C的相对量。 抗拉强度（6）： C %0.91.0 %后，二b值显着下 降。 钢的塑性G ）、韧性（ak）:随着C % 丫呈非直线形下降。3）硬而脆的化合物对性能的影响：第二相强化：硬而脆的化合物，若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降；若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上：则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基体上 ：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下

4、降。（2）。塑性变形组织与性能1 ）组织与性能的变化金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态的非平衡组织，非平衡组织向平衡组织转变：可通过 再结晶、时效及回火实现。加工硬化， 物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性:产生纤维状组织；晶粒破碎、位错密度增加；织构现象的产生；残余内应力。2）变形金属在加热过程中组织和性能的变化 回复（去应力退火）：强度和硬度略有下降，塑性略有提高。电阻和内应力等 理化性能显着下降再结晶： 形成细小的等轴晶粒。加工硬化消失，金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显J,而塑性和韧性显着f,性能完全恢复到变形前的水平。热处理组织与性能1）贝氏体的机械性能

5、：上贝氏体：铁素体片较宽塑性变形抗力较低；同时,渗碳体分布在铁素体片之间,容易引起脆断因此,强度和韧性都较差。下贝氏体：铁素体针细小,碳化物分布均匀,所以硬度高,韧性好,综合机械性能好。2）马氏体的形态及机械性能 板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量v0.23 %;机械性能：不存在显微裂纹,淬火应力小,强度高,塑性、韧性好。 .针状马氏体：碳含量1.0 %;（显微镜下呈针状）机械性能：存在大量显微裂纹,较大的淬火应力,塑性和韧性均很差; .混合组织马氏体：碳含量在0.23 %一 1.0 %之间时.为板条和片状马氏体的混合组织。 马氏体的硬度，含碳最增加，硬度升高含碳量达到0.6 %以后，其硬

6、度的变化趋于平缓。 合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。3）回火组织与性能回火类型回火温度组织性能及应用组织形态低温回火150250回火M ( M )保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件过饱和a + g碳化物（FexC）中温回火350-500回火屈氏体（T）硬度下降，韧性、弹性极限 和屈服强度f，用于弹性元件保留马氏体针形F+细粒状Fe3C高温回火500-650回火索氏体（S）强度、硬度、塑性、韧性、 良好综合机械性能，优于正 火得到的组织。中碳钢、重 要零件米用。多边形F+粒状Fe3C4材料组织结构变化实现的性能强化：固溶强化：通过合金化（加入合金元素）组成固溶

7、体，使金属材料得到强化称为固 溶强化；细晶强化：强度、硬度越高；其塑性、韧性越好。晶界处原子排列混乱，使其 熔点低，易受腐蚀。由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现。加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。第二相强化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈网状分布：贝V使强度、塑性下降;若呈球状、粒状（球墨铸铁）：使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上：使强度、硬度增加，塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基体上：强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下 降。形变强化：金属材料经冷加工塑性变形可

8、以提高其强度； 相变强化：通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属 材料得到强化。三、材料热处理、合金化与性能1改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺（预先热处理）退火：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火 退火：加热保温缓冷获得接近平衡状态组织。退火目的： 改善铸、锻、焊粗大不均匀的组织，降硬度，提高塑性，改善冷 加工工艺性。消除成分不均匀，内应力。1 ）完全退火（加热Ac3 +（ 2030 C）温度，保温、缓冷组织： P+F目的：细化，均匀化粗大、的原始组织；降低硬度-切削性仁消除内应力；消除组织缺陷；应用：（ C%=0.3 0.6% ）亚共折钢，共析钢和合金

9、钢铸、锻、轧2）球化退火加热Aci +（ 1030 C）,保温、缓冷（或 Ari （ 2030 C）等温） 应用：过，共析钢、高碳合金钢 组织：球状 P（F+ 球状 Cem ）目的：Fe3G及Fe3C共析球化HRC 韧性切削性f为淬火作准备；球化退火前，正火处理，消除网状碳化物，以利于球化进行。3）扩散退火加热10501150 C,保温1020h,冷却：炉冷组织： P+F 或 P+Fe 3C II 目的：消除偏析 后果：粗晶、魏氏组织、带状组织,韧性、塑性较差,需完全退火或正火来细化晶粒。 4）去应力退火（再结晶退火）加热：Ac1 （ 100200 ）C；保温+炉冷； 目的：消除加工硬化,消除

10、残余应力。正火正火：亚共析加热 AC3 + （ 3050 C）、过共析钢加热Accm +（ 3050 C）保温+空冷，得到 P类工艺。组织： S 或 P（FFe3C） 正火与完全退火的区别：冷速较快，组织较细，得更高的强度和硬度；生产周 期较短，成本较低。目的及应用：预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。2预先热处理工艺应用 工具钢：球化退火；结构钢：正火，完全退火。表面强化处理的零件：调质处理正火。 改善冷塑性加工性能再结晶退火：恢复变形前的组织与性能，恢复塑性，以便继续变形。改善机加工性能C% v 0.40 %中低碳钢：正火，提高硬度C% = 0.4O %0.60 % :完全退火；C%

11、 0.6 %的高碳钢：球化退火，获得粒状珠光体。合金钢：退火： 铸铁件白口层：加热 850950 C+保温+（炉冷+空冷）。消除材料的加工应力去应力退火：没有组织变化。工艺：缓慢加热 500650 C+保温+缓冷，3钢铁的淬火淬火原则与淬透性目的：提高硬度、强度、耐磨性。原则：淬硬，获尽量完全的 M :淬透，M组织表里如一；保证淬硬条件 下，用缓冷介质，以防开裂。. 淬透性：在规定淬火条件下得到 M 多少的能力，决定钢材淬硬深度和硬度 分布的特性；是钢的属性。由 A过稳定性决定，表现为Vk的大小。淬透性评定：用标准试样在规定条件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大 直径表示。淬透层深度：从表面

12、至半 M区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。影响因素：I. Vk越小，淬透层越深；II 工件体积越小，淬火时的冷速越快， 淬透层越深；川。水淬比油淬的淬透层深；.淬硬性：由M中C% f，钢的淬硬性越好。4淬火工艺淬火加热温度 亚共析碳钢： Ac3 +（ 3050 C），组织：均匀细小 M组织温度太高，M粗大，淬火应力，变形和幵裂倾向增大。加热温度VAc3时，硬 度降低。 共析和过共析碳钢：加热：AC1 +（ 30 50 C）。组织：M + Fe3C + Ar,若在AciAcm以上淬火，t A粗大t高碳M粗大t力学性能变形幵裂f 合金钢：加热温度碳钢淬火方法 单介质淬：简单碳钢及合金钢工件。碳

13、钢水、合金钢、小碳钢油 双介质淬火 先水，后油冷却。复杂高碳钢及大型合金钢工件。 分级淬火 稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温，再取空冷。用于：小尺寸工件及刀 具。 贝氏体等温淬火：稍高Ms温度的盐浴或碱浴中冷却+保温，获得B下。用于：形状复杂和性能较高的较小零件。 深冷处理：在0C以下的介质中冷却的热处理工艺。目的：减少Ar获最大数量M，提高硬度、耐磨性，稳定尺寸。 用于：精密工件，量具。5.表面淬火原理：（交变磁场T感应电流T工件电阻T加热，集肤效应T表面加热）工艺：水（乳化液）喷射淬火+（180200 C）低温回火，感应加热表面淬火的分类1）高频淬火 淬硬层深度0.52.5伽；中小零件。2

14、）中频淬火 淬硬层深度210伽；大中模数齿轮，较大轴类零件等适用钢种 中碳钢和中碳低合金钢： 碳素工具钢和低合金工具钢： 球铁、灰铸铁。表面淬火的特点加热速度快 ）淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度f23HRC，脆性J。显着提高钢件的疲劳强度。6钢的化学热处理化学热处理：在加热和保温中使活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分和 组织，改善表面性能。目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性； 提高钢件的疲劳强度；抗蚀性和耐热性等。渗碳1）碳浓度：表面 C（0.15 %0.30 %）TC 1.0 %, 机械性能：经淬火回火，提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部

15、仍保持良好的韧性和塑性。用途：各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗 碳钢。2）渗碳工艺温度：900950 C;（渗碳加热到 Ac3以上）渗碳时间： 900950 C温度下，0.20.3mm/h 。3 ）低碳钢渗碳缓冷组织：表层：P + Fe3Cii（过共析相）w心部：亚共析组织（P + F）,中间：过渡组织；4 ）渗碳后的热处理 渗碳后淬火+低温回火淬火后组织：M + A残，7钢的合金化合金元素在钢中的作用：提高钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的回火稳定性，防止回火脆性，二次硬 化，固溶强化，第二相强化（弥散强化），增加韧性，提高钢的耐蚀性或耐热性。形成固溶体、产生固溶强

16、化形成含部分金属键的金属（间）化合物，产生弥散强化（或第二相强化）溶入奥氏体，提高钢的淬透性提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性细化晶粒.产生细晶强韧化形成钝化保护膜 对奥氏体和铁素体存在范围的影响四、常用机械工程材料（工业用钢、铸铁）与合理选材（表四 -1）钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织1低合按bS分6级：高强度：bS低 C：v 0.2%一般供应状态使用，不热处理焊接结构铁素体+索氏体金高强低强度级别：16Mn 般300MpaMe以Mn为主、Mn和Si固溶强可进行一次正火，改善焊区性能钢工程结构高韧性：S =15%化中等强度级别:15 M

17、n VN20%，室温 ak 600加入V、，Nb,Ti等元素细化 F晶大型桥梁，锅炉，船舶,焊接结kJ/m 2800 kJ/m 2。粒构.良好焊接性能和冷加入P细化珠光体高强度级别:18M nMoNb成形性能加入Cu抗腐蚀高压锅炉，高压容器2.合金低淬透性：20Cr,15Cr小冲渗层硬度高，耐磨，抗低 C: 0.1% 0.25%预先热处理（改善切削加工性能）锻表层：高碳M渗碳钢击载荷耐磨件，如活塞销，小接触疲劳，且有适当塑加入提高淬透性元素压后t正火+粒状Cem +齿轮.性，韧性Cr,、Ni,、Mn、，B最终热处理：渗碳后淬火（直接或一A心部：中淬透性:20CrMnTi :高心部高韧性和足够加

18、入 Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍 A晶次、二次淬火）+低温回火淬透：速较高载有冲击的耐磨件 ，强度粒长大和形成稳定的合金碳化物，20CrM nTi齿轮工艺路线：下料t锻造低碳M 重要齿轮，连轴器。高淬透性：18Cr2Ni4WA重载大截面重要耐磨件，如良好的热处理工艺性能提高耐磨性-正火-加工齿形-渗碳（930 C ），淬火（830 C ）-低温回火（200 C ）-磨齿未淬透：T+ M + F（少量）柴油机曲轴，连杆钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织3.合金低淬性:40Cr,40MnB 高水平综合机械性能，中C : 0.25%0.50% 以0.4左一般:油淬

19、+高温回火调质S调质钢般尺寸重要零件，能满足多种和较复杂右为主若要求表面耐磨：调质后可进行表面Do = 30 40的工作条件加入提高淬透性元素淬火或氮化处理。中淬透性：Cr,Ni,M n,Si,B表面淬火；40CrNi, Do = 40 60加入Mo,W消除回火脆专门化学热处理（如氮化）高淬透性：40CrNiMoA大（38CrMoAI 氮化钢）截面重载重要零件，Do = 60 1604.合金以Si,Mn合化：65Mn,高ue和庙,高屈强中高C:0.45%0.70%热成形法制弹簧热轧钢丝钢板t卷弯T弹簧钢60Si2Mn用于汽车，拖拉机，比加入Si,Mn提高淬透性也提高屈曲成型t淬火+中温回火t喷

20、丸机车的板簧和螺旋弹簧高疲劳抗力强比冷成形法制弹簧钢丝钢板t淬火+中以Cr,V,W合金足够塑韧性，能承受加入Cr,W,V也提高淬透性温回火T冷卷弯曲成型T去应力T喷丸化:50CVA350 C 400 C 以震动，冲击加入Si-Cr不易脱C加入Cr-V细化下重载，较大型弹簧，如高速有较好淬透性，不易晶粒，耐冲击，高温强度好柴油机气门弹簧.脱C ,易绕卷成形钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织5滚珠Cr轴承钢：GCr15中小型高接触疲劳强度高 C:0.95% 1.10%预先热处理（球化退火）M粒轴承钢轴承,冷冲模，量具,丝锥.高硬度和耐磨性Cr基本元素:提咼淬透正火

21、：消除Cem网状Cem +少添加Mn,Si,Mo,V 的足够的韧性和淬透性;细化Cem;提咼耐磨性球化退火：便于切削，使艮细小均匀，量A残余钢:GCr15SiMo,GSiM nMoV性和接触疲劳抗力；Cr为淬火作准备制造大型轴承.一定耐蚀能力和良0.4 %1.65 %最终热处理：（淬火（800840 C） +好尺寸稳定性加入Si,Mn提高淬透性；加入V耐低温回火（150170 C）磨性，防止过热冷处理:（精密零件）尺寸稳定纯度要求极高 S v 0.02 %, P v0.027 %6.低合 Si-Cr系:9SiCr,低速切高硬度:HRC 60高 C:0.9 % 1.1 %预备热处理：锻造后进行球

22、化M粒金刃具削刃具高耐磨性加入Cr,Mn,Si提高淬透性退火。状Cem +少钢Cr系:Cr,Cr06如，铰刀,高热硬性加入Si提高回火稳定性最终热处理：淬火+低温回火工艺路量A残余刮刀,锂刀等.足够塑性和韧性加入W,V提高耐磨性，并防止加热线：锻造+球化退火+机加工+淬火与碳素工 Cr-W-Mn 系:CrWMn 女口时过热，保持晶粒细小+低温回火具钢相比拉刀，冲模，样板，量规较，淬透性W和Cr-W系:小麻花钻，提咼，可米低速切削刃具用油淬火。变形和幵裂 倾向小。钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织7.高速 W 系:W18Cr4V高硬度:HRC 高 C:0.7 %

23、 1.5 %属于莱氏体钢，M +少量A残余+钢（高 W-Mo 系:W6Mo5Cr4V260要保证能与W、Cr、V锻造：共晶莱氏体呈鱼骨胳状，热处Cem。速工具作高速切削刃具铸造组织有高耐磨性等形成足够数量的 Cem ;理不能消除，只能热变形破碎，速钢）鱼骨状共晶高热硬性有一定数量的C溶于A中，预热处理：等温退火，消除内应力，足够塑性和韧性以保证M的高硬度。）改善切削，组织准备。加入Cr提高淬透性最终热处理：1270 C淬火+ 560 C铬的碳化物（CC6）在淬火加580 C回火（三次）：若冷处理只需一次热时几乎全部溶于奥氏体中，增加A过冷的稳定性，钢的淬透性。还提高抗氧化、脱碳能力 加入W,M

24、o提高热硬性（提高回火稳定性和热硬性的主要元素） 加入V提高耐磨性V形成的碳化物 vC（或V4C3）非常稳定，极难溶解，硬度较高回火回火（三次）：消除内应力消除A残余齿轮铣刀生产过程的工艺路线如下：下料t锻造t退火t机械 加工I淬火+回火T喷砂T磨加 工T成品。第二部分考试知识第一章金属的机械性能（了解）1 .低碳钢的拉伸图2 .材料的性能：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性。 第二章 材料的组成和内部结构特征1掌握概念（名词解释）：固溶体、固溶强化、枝晶偏析、A、F、P、Fe3C;2合金中的基本相结构：固溶体和金属间化合物固溶体：产生晶格畸变，增加晶体位错移动的阻力，使滑移

25、变形难以进行，使金 属得到强化。金属化合物：熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的Fe3C。对钢的强度和耐磨性有重要的作用。金属化合物对固溶体基体的强化作用：弥散硬化：当金属间化合物以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上通常能提高合金的强度、硬度以及耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。3.掌握铁碳相图基本知识：正确填 写铁碳相图的 相组成物相图两条水平 线是什么线，能 写出反应式，解 释共晶、共析反应。 正确填写铁碳相图的组织组成物相图第 3 章 工程材料成型过程中的行为与性能变化掌握概念：冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化1.掌握金属的凝固纯金属的结晶：由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成

26、：存在 有两种方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态：有平面推进、树枝状生长 两种；金属结晶过程缺陷的产生：缩孔和疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶 之间的间隙不能被填满，将形成缩孔和疏松等缺陷。合金结晶的特点：合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起 铸件力学性能恶化和抗腐蚀性能降低。晶粒大小和控制：控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）2掌握铸造过程中的材料行为及性能变化铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区铸锭结构中主要的缺陷。 缩孔与缩松集中的缩孔：金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。缩松（分散性缩孔）：树枝晶结晶时不能保

27、证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成细小而分散的缩孔。 气孔 非金属夹杂物外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；金属内部各种化学反应生成， 非金属夹杂物很大的脆性， 破坏金属晶体的连续性， 促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。 成分偏析枝晶偏析（微观偏析）：局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析。可用扩散退 火的方法来消除宏观偏折（或域偏析）：同一铸件中，表面和中心、上层和下层的化学成分也可 能存在不均匀，这种较大尺寸范围内出现的偏析。消除枝晶偏析：扩散退火或均匀化退火T把有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使固溶体中原子充分扩散以达到成分的均匀化。3掌握冷塑

28、性变形过程中的材料行为及性能变化冷塑性变形对金属组织与性能的影响冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化4掌握热塑性变形过程中的材料行为及性能变化金属的热加工和冷加工热塑性变形对金属组织和性能的影响第4章 改善材料性能的热处理、合金化及改性1掌握概念： P、S、T、B、M、S回、T回、M回、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、 正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。2掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化钢在加热时的转变（奥氏体的形成）转变温度广共析钢：加热超过PSK线（Ai ）时，完全转变为奥氏体，平衡状态下亚共析钢：必须加热到 GS线（A3）以上过共析钢：必须加热到 ES线

29、（Acm ）以上，才能全部获得奥氏体。2）奥氏体的形成：晶核形成、晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程3.）影响奥氏体转变的因素 加热温度：提高加热温度，加速了奥氏体的形成。 加热速度：加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。 .钢中碳含量：碳含量增加时，转变速度加快。 .合金元素：大部分合余元素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。 .原始组织：片状珠光体奥氏体形核长大快粒状珠光体。、钢的冷却转变（等温冷却）：共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特性1）珠光体类转变组织：（高温转变区），在Ai550 C之间2）贝氏体转变（中温转变）：转变温度：在550 CMs :之间,550 C3

30、50 C上贝氏体半扩散型，Fe不扩散，C原子有一定的扩散能力羽毛状碳化物在F间，韧性差350 C MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好3）.低温转变：（马氏体转变）：温度 MsMf，马氏体转变区、钢的冷却转变（连续冷却）1）转变产物：冷却速度Vk时，钢将转变为M+A残F 冷却速度V Vk时，钢将全部转变为 P类 冷却速度 VkVk之间（例如油冷）时：M+A残+T3.掌握钢在回火时的转变1）回火目的： 获得所需要的机械性能，稳定组织和尺寸： 消除内应力：2）回火后组织低温回火：150250 C,得M回。目的：降低内应力和脆性，保持淬火后的高硬度中温回火：35

31、0500 C。回火组织为 T回， 目的：较高的弹性极限和屈服强度，并有一定的韧性。硬度高温回火：500650 C。回火组织：S回， 性能特点：保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。 用于：各种重要的结构零件 调质处理：淬火高温回火。用于：重要结构件。 高速钢：需要进行 2 3 次回火，使组织充分转变。第 5 章 常用金属材料及性能基本要求熟悉工业用钢、铸铁的分类和编号方法，从其牌号即可判断其种类、大致化学成 分、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织，1.熟悉碳钢：普通碳素结构钢 Q215 、 Q235 等； 优质碳素结构钢 20 、45 、60等； 碳素工具钢

32、T8、T10、T12 等。1）熟悉合金钢主要钢种低合金结构钢Q345(16Mn)、Q420(15MnVN);渗碳钢20Cr、20MnVB 、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA调质钢40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi ；弹簧钢 65Mn、50CrV、60Si2Mn ;轴承钢 GCr9、GCr15、GCr15SiMn ；冷模具钢 Cr12MoV ;热模具钢 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V低合金刃具钢 9SiCr、CrWMn ；工具钢 T8、T10、T12 ;高速钢 W18Cr4V ；不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、1Cr18

33、Ni9Ti ；常用铸铁：HT150、HT250、KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2 等2工业用钢、铸铁的分类、要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织见（表四-1 ）3.重点复习题型.要制造轻载齿轮、热锻模具、冷冲压模具、滚动轴承、高速车刀、重载机床床身、传动轴、后桥壳、 量具、弹簧、汽轮机叶片、等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料，及选择对应的热处理方法（淬 火、低温回火、中温回火、高温回火、退火）。 T12 HT300 W18Cr4V GCr15 40Cr 20CrM nTiCr12MoV 5CrMnMo 9SiCr 1Cr13(1

34、1) 60Si2 Mn(12)QT400-15(13) 45(14)Q235答轻载齿轮量具冷冲压模具/、滚动轴承高速车刀重载机床床身材料(13) 45T12Cr12MoV GCr15W18Cr4V HT300钢种调质钢炭素工冷冲模滚动轴高速工灰铸铁具钢具钢承钢具钢热处理淬火+高温回火淬火+低温回火淬火+中温回火淬火+低温回火淬火+高 温回火三 次退火.有一个45号钢制的变速箱齿轮，其加工工序为：下料-锻造-正火t粗机加工t调质-精机加工-高频表面淬火+低温回火-磨加工-成品，试说明其中各热处理工序的工艺、目的及使用状态下的组织。目的工艺组织正火作为预先热处理改善切削加工性能加热到Ac 3 +

35、（ 3050 C）+保温+空冷S 或 P ( F+ Fe3C)调质在保持较咼 的强度同时，具 有良好的塑性和 韧性。淬火+高温回火S回咼频表面淬火提咼表面硬度 与咼耐磨性，心部 具有足够塑、韧性。感应加热+水、乳化液喷射淬火+低温回火。淬火后表面为细 隐晶马氏体（极细马氏 体），心部为原始组织。低温回火降低钢的 淬火内应力和 脆性，同时保持 钢在淬火后的 咼硬度（一般为加热150250 C+保温+冷却M回HRC58 64）和耐磨性。.某型 号柴油机 的凸轮轴 要求凸轮表面有高的硬度（HRC 50 ），心部具有良好的韧性（Ak40 ）原采用 45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火现

36、因工厂库存的 45钢已用完，只剩下15钢，拟用15钢代替试说明：原45钢各热处理工序的作用改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？改用15钢后为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理 工艺？答:调质处理：获得回火索氏体，以保证工件心部的强度和韧性凸轮表面进行高频淬火：承受弯曲交变载荷或扭转交变载荷，提高耐磨性和承受 冲击。低温回火：是为了降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度（一般为HRC5864）和耐磨性。：不能满足性能要求；因为高频淬火适用与中碳钢；中合金钢碳钢；工具钢； 不能对低碳钢高频淬火、因碳量低，表面硬度难以提高。调质（淬火+高温

37、回火）1渗碳t淬火+低温回火第七章工程设计、制造与材料选择1掌握零件失效与失效类型过量变形失效： 材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能 弹性变形失效与选材：材料力学指标：弹性模量。选材：易发生弹性变形失效时，应选用具有高弹性模量的材料。 塑性变形失效与选材：材料力学指标：屈服强度。 过量蠕变变形失效：属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点也会缓慢产生塑性变形。断裂失效： 断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个部分或两个以上部分材料力学指标：冲击韧性、断裂韧性。 韧性断裂失效：零件所受应力大于断裂强度，断裂前产生显着宏观塑性变形的断裂。 低应力脆

38、断：构件所受名义应力低于屈服极限，在于明显塑性变形的情况下，产生的突然断裂脆断的原因：低温环境、焊接质量、工作介质、预防低应力脆断的措施。 疲劳断裂失：在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂。 蠕变失效与选材表面损伤 ： 主要指腐蚀失效及磨损失效、接触疲劳失效 磨损失效：相互接触的两个零件做相对运动时，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐渐脱落，使表面 状态和尺寸改变而引起的失效。 接触疲劳失效：两个零件做相对滚动或周期性接触，由于压应力或接触应力的反复作用所引起的表面疲 劳破坏现象。 腐蚀失效：金属零件或构件的表面在介质中发生的化学或化学作用而逐渐损坏的现象。2掌握失效的原因（1）设计与

39、失效 结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源。 零件的工作条件估计错误（应力计算错误） 热处理结构工艺性不合理（ 2 ）选材与热处理 选材不当 ：设计者选定指标不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，材料的的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。 热处理工艺不当热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等； 冶金缺陷：夹杂、成分偏析、不良组织等加工缺陷：冷加工有刀痕深、粗糙度大、圆角小、精度低；热加工缺陷：回火软化、应力等装配与使用零件安装时配合过紧、过

40、松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。3掌握零件设计中的材料选择选材三原则1）使用性能原则 ，使用性能：力学性能、物理性能、化学性能2）工艺性原则工艺性 -材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。是一个辅助性原则。3）经济性原则4掌握热处理加工工艺路线中的位置1 热处理在工艺路线中的位置的安排原则1）最终热处理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2）最终热处理可进行不止一次；3）整体淬火和表面淬火在工艺路线中位置相同；4）渗碳与淬火、回火在工艺路线上是近邻的；5）局部渗碳方法不同，

41、工艺不同；6）零件表面软氮化和表面渗硫的减摩处理，渗 C 后不能进行任何切削处理；7）高精度零件可增加去应力退火，精密零件甚至进行冷处理；8）调质一般放在粗加工之后，半精加工之前。2 热处理在工艺路线中的位置教材表 7.2第八章 常用零件选材1掌握轴类零件选材轴常用材料调质钢（45、八合金调质钢（40Cr、40MnB、）、合金渗碳（20CrMnTi、）、专用氮化钢（38CrMoAIA ）、等机床轴按工作条件分为三类。1 ）轻载主轴： 低工作载荷小冲击载荷轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。45 钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。2 ）中载主轴： 中等载荷磨损较严重有一定冲击载荷，

42、例如铣床主轴。合金调质钢，如40Cr 钢，经调质 处理，耐磨部位进行表面淬火强化3 ）重载主轴 工作载荷大磨损严重冲击载荷都严重，组合机床主轴。 20CrMnTi 钢制造，经渗碳、淬火处 理。4 ）高精度主轴精密镗床的主轴。一般用 38CrMoAlA 专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。 重点掌握轴类零件加工工艺路线CM6140 车床主轴：轻载主轴 工作载荷小，冲击载荷不大，轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。 45 钢、 调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。选材： 45 钢热处理技术条件：整体调质、硬度220250HBS ;轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度5258HR

43、C加工工艺路线：下料-锻造-正火-粗加工-调质-半精加工-表面淬火及低温回火-磨削加工主轴 （45 钢 ）采取各种热处理工艺锻造 - 热加工，可以改善铸态组织，提高材料致密度和力学性能正火目的 - 在于得到合适的硬度，便于切削加工;改善锻造组织，为调质做准备调质 -淬火+高温回火，得到的组织为回火索氏体，使主轴得到较高的综合机械性能和疲劳强度，还为最终的 高频表面淬火做准备。安排在粗加工之后，半精加工之前。轴颈和锥孔：进行表面淬火+低温回火，目的在于提高硬度，增加耐磨性。2重点掌握齿轮类零件材料选择材料的要求：高的接触疲劳强度、高的抗弯强度、良好的切削性能、淬火性能处理，耐磨的部位高频表面淬火

44、强化。2 ）中载齿轮： 中等载荷磨损较严重有一定冲击载荷，例如铣床主轴。合金调质钢，如 40Cr 钢，经调质 处理，耐磨部位进行表面淬火强化。3 ）重载齿轮 工作载荷大磨损严重冲击载荷都严重，组合机床主轴。 20CrMnTi 钢制造，经渗碳、淬火处 理。4 ）高精度齿轮精密镗床的主轴。一般用 38CrMoAl 专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。热处理：软齿面（大轮或大小轮硬度 350HB ） ：渗碳淬火氮化采用材料: A 20CrMnTi 钢渗碳 B 40Cr 碳氮共渗 20CrMnTi 钢、渗碳热处理技术条件:表层 WC : 0.81.05%，渗碳层深度 0.81.3m

45、m，齿面硬度：5862HRC，心部硬度：3345HRC加工工艺路线下料t锻造t正火t粗加工、半精加工t渗碳、淬火及低温回火t喷丸t磨削加工各种热处理工艺正火一950970 C,空冷，179217HBS，目的是为了得到合适的硬度，便于切削加工，改善锻造组织。渗碳及淬火一 920940 C,保温46h，预冷至830850 C,油淬。渗碳通过渗入碳原子可以同时改变零 件化学成分和组织，达到从这两方面来提高零件硬度、耐磨性和高疲劳强度。淬火是为了获得高硬度的马氏 体。回火一低温回火180 10 C，保温2h，得到回火马氏体，保持高硬度、高耐磨性，消除应力，降低脆性。40Cr进行碳氮共渗热处理技术条件：

46、表层 WC : 0.650.9%，碳氮总质量分数 1.01.25%，渗层深度0.20.4mm，齿面硬度:63HRC，心部硬度：3742HRC加工工艺路线下料t锻造t正火t粗加工、半精加工t碳氮共渗、淬火及低温回火t喷丸t磨削加工热处理方法正火一840 870 C,空冷，187 241HBS碳氮共渗及淬火一830850 C,保温12h，直接油淬。回火一低温回火 180 10 C,保温2h3.选材举例汽车齿轮镗床镗杆车辆缓冲弹簧机床床身高速车刀冷冲压模具材料20CrM nTi40Cr50CrVHT200W18Cr4VCr12MoV普通车床主轴滚动轴承自行车车架铳刀热作模具自来水管弯头材料45GCr1516Mn9SiCr5CrM nMoKTH300-06