工程材料學概念定義原理規律小結

2021-12-27 20:15:57 字數 4805 閱讀 6002

大物重點題:

練習一8 , 練習二7 ,練習三6,練習四6

教材第十章例6

練習五8,練習六5,練習七9,第十一章例1

練習八6,7 練習九7,8 第十二章例4

練習十7,練習十一6,練習十二9,第十三章例11

工程材料概念定義原理規律小結

一、材料部分

材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為材料的強度。

材料在外力作用下顯現出的塑性變形能力稱為材料的塑性。

拉伸過程中,載荷不增加而應變仍在增大的現象稱為屈服。拉伸曲線上與此相對應的點應力σs ,稱為材料的屈服點。

拉伸曲線上d點的應力σb稱為材料的抗拉強度,它表明了試樣被拉斷前所能承載的最大應力。

硬度是指材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力,它是衡量材料軟硬程度的力學效能指標。一般情況下,材料的硬度越高,其耐磨性就越好。

韌性是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力,它是材料塑性和強度的綜合表現。

材料在交變應力作用下發生的斷裂現象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂可以在低於材料的屈服強度的應力下發生,斷裂前也無明顯的塑性變形,而且經常是在沒有任何先兆的情況下突然斷裂,因此疲勞斷裂的後果是十分嚴重的。

在晶體中,原子(或分子)按一定的幾何規律作周期性地排列;晶體表現出各向異性;具有的凝固點或熔點。而在非晶體中,原子(或分子)是無規則地堆積在一起。常見的有體心立方晶格、麵心立

方晶格和密排六方晶格。體心立方晶格的致密度比

麵心立方晶格結構的小。

金屬的結晶都要經歷晶核的形成和晶核的長大兩個過程。

由兩種或兩種以上的金屬、或金屬與非金屬,經熔煉、燒結或其他方法組合而成並具有金屬特性的物質稱為合金;

合金中具有同一化學成分且結構相同的均勻部分稱為相。

通過溶入溶質元素形成固溶體,使金屬材料的變形抗力增大,強度、硬度公升高的現象稱為固溶強化,它是金屬材料強化的重要途徑之一。(馬氏體型轉變、合金化)

金屬自液態經冷卻轉變為固態的過程是原子從排列不規則的液態轉變為排列規則的晶態的過程,稱為金屬的結晶過程。

金屬從一種固態過渡為另一種固態的轉變即相變,稱為二次結晶或重結晶。

實驗證明,在一般的情況下,晶粒長大對材料力學效能不利,使強度、塑性、韌性下降。晶粒越細,金屬的強度、塑性和韌性就越好。因此,晶粒細化是提高金屬力學效能的最重要途徑之一。

相圖:是表示合金在緩慢冷卻的平衡狀態下相或組織與溫度、成分間關係的圖形,又稱為平衡相圖或狀態圖。

二元合金系中兩組元在液態和固態下均能無限互溶,並由液相結晶出單相固溶體的相圖稱為二元勻晶相圖。

在一定溫度下,由一定成分的液相同時結晶出成分一定的兩個固相的過程稱為共晶轉變。合金系的兩組元在液態下無限互溶,在固態下有限互溶,並在凝固過程中發生共晶轉變的相圖稱為二元共晶相圖。共晶反應:

在一定溫度下,已結晶的一定成分的固相與剩餘的一定成分的液相發生轉變生成另一固相的過程稱為包晶轉變。兩組元在液態下無限互溶,固態下有限互溶,並發生包晶轉變的構成的相圖,叫二元包晶相圖。

在恆定的溫度下,乙個有特定成分的固相分解成另外兩個與母相成分不相同的固相的轉變稱為

共析轉變,發生共析轉變的相圖稱為共析相圖。共析反應:

鐵碳相圖:(要掌握)

鐵素體-碳溶於α-fe中的間隙固溶體,以符號f表示。體心立方晶格

奧氏體-碳溶於γ-fe中的間隙固溶體,以符號a表示。麵心立

方晶格滲碳體-是一種具有複雜晶格結構的間隙化合物,分子式為fe3c。

珠光體—是鐵素體和滲碳體組成的兩相機械混合物,常用符號p表示。

萊氏體-是奧氏體和滲碳體組成的兩相機械混合物,常用符號ld表示。

一般機械零件和建築結構主要選用低碳鋼和中碳鋼製造。如果需要塑性、韌性好的材料,就應選用碳質量分數小於0.25%的低碳鋼;若需要強度、塑性及韌性都好的材料,應選用碳質量分數為0.3%~0.

55%的中碳鋼;而一般彈簧應選用碳質量分數為0.6%~0.85%的鋼。

對於各種工具,主要選用高碳鋼來製造,其中需要具有足夠的硬度和一定的韌性的沖壓工具,可選用碳質量分數為0.7%~0.9%的鋼製造;需要具有很高硬度和耐磨性的切削工具和測量工具,一般可選用碳質量分數為1.

0%~1.3%的鋼製造。

鋼在高溫時為奧氏體組織,而奧氏體的強度低、塑性好,有利於塑性變形。因此,鋼材的軋制或鍛壓,一般都是選擇在奧氏體區的適當溫度範圍內進行。

鋼在熱處理時,首先要將工件加熱,使之轉變成奧氏體組織,這一過程也稱為奧氏體化。奧氏體晶粒越細,其冷卻產物的強度、塑性和韌性越好。

隨著合金中碳質量分數的增加,合金的熔點越來越低,所以鑄鋼的熔化溫度與澆注溫度都要比鑄鐵高得多。

共晶成分的鐵碳合金,不僅其結晶溫度最低,其結晶溫度範圍亦最小(為零)。因此,共晶合金有良好的鑄造效能。

熱處理是將金屬或合金在固態下經過加熱、保溫和冷卻等三個步驟,以改變其整體或表面的組織,從而獲得所需效能的一種工藝。

c曲線(等溫轉變曲線,也稱為「ttt」曲)表明了過冷奧氏體轉變溫度、轉變時間和轉變產物之間的關係。左邊一條為轉變開始線,右邊一條為轉變終了線。

1. 珠光體型轉變——高溫轉變(a1~550℃):珠光體(p)、索氏體(s)和託氏體(t)。

2. 貝氏體型轉變——中溫轉變(550℃~ms) 下貝氏體強度和硬度高(50—60hrc),並且具有良好的塑性和韌度。

3.馬氏體型轉變——低溫轉變(ms~mf) 馬氏體是碳在α-fe中的過飽和固溶體。產生很強的固溶強化效應,使馬氏體具有很高的硬度。

在c曲線的下面還有兩條水平線,上面一條為馬氏體轉變開始的溫度線(以ms表示),下面一條為馬氏體轉變終了的溫度線(以mf表示)。

過冷奧氏體的連續冷卻轉變曲線(cct曲線) ps和pf分別為過冷奧氏體轉變為珠光體的開始線和終了線,兩線之間為轉變的過度區,kk'線為轉變的終止線,當冷卻到達此線時,過冷奧氏體便終止向珠光體的轉變,一直冷到ms點又開始發生馬氏體轉變。

v1相當於爐冷(退火),轉變產物為珠光體。v2和v3相當於以不同速度的空冷(正火),轉變產物為索氏體和託氏體。v4相當於油冷,轉變產物為托氏體、馬氏體和殘餘奧氏體。

v5相當於水冷,轉變產物為馬氏體和殘留奧氏體。

退火:將鋼加熱到一定溫度並保溫一定時間.然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。降低硬度、改善切削加工效能,消除殘餘應力。

正火:將鋼加熱到ac3(對於亞共析鋼)或accm(對於過共析鋼)點以上30-50℃,保溫一定時間後,在空氣中冷卻,從而得到珠光體類組織的熱處理工藝。提高鋼的強度和硬度。

淬火是以獲得馬氏體組織為目的的熱處理工藝,最常用的淬火冷卻介質是水和油。提高鋼的硬度和耐磨性;獲得優異綜合力學效能。

回火:將淬火鋼重新加熱到ac1以下某一溫度,經適當保溫後冷卻到室溫的熱處理工藝。

調質處理:淬火後再進行高溫回火處理。調質處理得到的是回火索氏體組織,具有良好的綜合力學效能。力學效能與正火相比,不僅強度高,而且塑性和韌性也較好。

冷處理:把淬冷至室溫的鋼繼續冷卻到-70—80℃(或更低的溫度)保持一段時間,使殘餘奧氏體轉變為馬氏體。

時效:將淬火後的金屬工件,置於室溫或低溫加熱下保持適當時間,以提高金屬強度(和硬度)的熱處理工藝。

表面淬火:將工件表面層淬硬到一定深度,而心部仍保持未淬火狀態的一種區域性淬火法。表面硬度高、耐磨性好,而心部韌性好。

化學熱處理:將工件置於一定的介質中加熱和保溫,使介質中的活性原子滲人工件表層,改變其表面層的化學成分、組織和效能的熱處理工藝。分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等。

主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性以及疲勞強度,有時也用於提高零件的抗腐蝕性、抗氧化性。

可控氣氛熱處理:向爐內通人一種或幾種一定成分的氣體,通過對這些氣體成分的控制,使工件在熱處理過程中不發生氧化和脫碳。

形變熱處理:將形變與相變結合在一起的一種熱處理新工藝。能獲得形變強化與相變強化的綜合作,是一種既可以提高強度,又可以改善塑性和韌性的最有效的方法。

雷射熱處理:(1)雷射加熱表面淬火;(2)雷射表面合金化。

氣相沉積技術:利用氣相中發生的物理、化學反應,生成的反應物在工件表面形成一層具有特殊效能的金屬或化合物的塗層。

鋼的牌號:普通碳素結構鋼如q235—a。

優質碳素結構鋼:兩位數字表示平均碳質量分數,單位為萬分之一如鋼號45。

碳素工具鋼: 「t」後跟碳質量分數的千分之幾如 「t8」。

鑄鋼 zg270--500表示屈服強度為270mpa、抗拉強度為500mpa的鑄鋼。

合金結構鋼該類鋼的鋼號由「數字+合金元素+數字」三部分組成。前兩位數字表示鋼中平均碳質量分數的萬分之幾;合金元素用化學元素符號表示,元素符號後面的數字表示該元素平均質量分數。當其平均質量分數<1.

5%時,一般只標出元素符號而不標數字。

合金工具鋼:編號前用一位數字表示平均碳質量分數的千分數,如9crsi鋼,表示平均碳質量分數為0.9%(當平均碳質量分數≥1%時,不標出其碳質量分數),合金元素cr、si的平均質量分數都小於1.

5%的合金工具鋼。高速鋼(高合金工具鋼)的鋼號中一般不標出碳質量分數,僅標出合金元素的平均質量分數的百分數,如w6mo5cr4v2。

滾動軸承鋼高碳鉻軸承鋼屬於專用鋼,該類鋼在鋼號前冠以「g」,其後為cr+數字來表示,數字表示鉻質量分數的千分之幾。例如gcrl5鋼,表示的平均質量分數鉻為1.5%的滾動軸承鋼。

特殊效能鋼特殊效能鋼的碳質量分數也以千分之幾表示。如「9crl8"表示該鋼平均碳質量分數為0.9%;1cr18ni9ti表示該鋼平均碳質量分數為0.

1%左右,鉻平均質量分數鉻為18%,鎳平均質量分數鉻為9%,鈦平均質量分數鉻為1%左右。但當鋼的碳質量分數≤0.03%及≤0.

08%時,鋼號前應分別冠以00及0表示。如00crl8nil0,0crl9ni9等。

合金元素在鋼中的作用:1.強化鐵素體--溶於鐵素體,產生固溶強化作用;2.形成合金碳化物;3.阻礙奧氏體晶粒長大;4、提高鋼的淬透性;5.提高回火穩定性。

滲碳鋼通常是指經滲碳、淬火、低溫回火後使用的鋼,碳在0.10%~0.25%之間。

調質鋼一般指經過調質處理後使用的碳素結構鋼和合金結構鋼,碳0.27%~0.50%之間。

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