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機械工程材料要點整理

晶粒越細，材料的強度越高、塑性和韌性越好，即綜合性能越好

強度：材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。

常用硬度：布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC）、維氏硬度（HV）

120HBS10/1000/30：直徑為10mm的鋼球在1000kgf載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。

三種晶格的晶胞原子數、原子半徑、致密度：

理論結晶溫度與實際結晶溫度的差T叫做過冷度，過冷度T?T0?Tn。

T越大，液態(tài)與固態(tài)之間能量狀態(tài)差就越大，促進液體結晶的驅動力就越大，結晶越容易進行。

金屬總是在過冷的情況下進行結晶，但同一種金屬結晶時的過冷度不是一個定值，它與冷卻速度有關。結晶時的冷卻速度越大，過冷度就越大，金屬的實際結晶溫度也就越低。 隨過冷度的增大，形核率N和晶粒長大速度v值增大，但N的增長速率大于v的增長速率。提高過冷度可以增加單位體積內晶粒的數目，使晶粒細化。但過冷度過大或溫度過低時，原子的擴散能力降低，形核速率反而減少。

鐵的室溫組織：??Fe（體心立方）；高溫組織：??Fe（面心立方） C?Fe3C? 鐵素體：碳溶于??Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體（以符號F表示）。 （體心立方結構，有良好的塑性與韌性、強度、硬度低）

滲碳體：具有復雜晶格結構的間隙化合物（以符號Fe3C表示）。

（面心立方結構，硬度很高，脆性很大，強度和塑性很差）

奧氏體：碳溶于??Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體（以符號A表示）。 珠光體：鐵素體和滲碳體組成的兩相機械混合物（以符號P表示）。 ．．．．．．

萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的兩相機械混合物（以符號Ld表示）。 ．．．．．．

共晶轉變、共析轉變與包晶轉變的異同點：

共晶轉變：指一定成分的液體合金，在恒定的溫度下，同時結晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應。共析轉變：指由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結構的固相的反應。包晶轉變：在一定的溫度下，固相與液相發(fā)生轉變生成分另一新固相的反應。

共同點：三種反應都是在恒溫下發(fā)生，反應物和產物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。

不同點：共晶反應是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應；共析反應是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應。包晶轉變是固相與液相發(fā)生轉變生成分另一新固相的反應。

鐵碳合金相圖的組織標定（高溫—A+Fe3C，室溫—F+Fe3C）

過共析鋼、亞共析鋼的結晶過程(上圖兩虛線)

馬氏體：碳在α-Fe中的過飽和固溶體。

如何得到馬氏體：過冷奧氏體以大于臨界冷卻速度Vk冷卻到Ms點以下（230℃）時，將轉變?yōu)轳R氏體。其轉變不能在恒溫下完成，而是在Ms—Mf之間一個溫度范圍內連續(xù)冷卻完成。 回火馬氏體：碳的過飽和度有所降低的?固溶體和與其共格切變彌散分布的?碳化物組成的組織。

退火：將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。

退火目的：（1）調整硬度，便于切削加工；（2）消除內應力，防止加工中變形；（3）細化晶粒，為最終熱處理作組織準備。

退火的種類：完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退火、再結晶退火。

正火：將鋼加熱到Ac3(對于亞共析鋼)或Accm(對于過共析鋼)點以上30~50C，保溫一定時間后，在空氣中冷卻，從而得到珠光體類組織的熱處理工藝。

淬火：將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，然后以大于臨界冷卻速度?k的冷速快冷到Ms以下進行馬氏體轉變的熱處理工藝。

淬火的目的：獲得馬氏體組織；提高鋼的硬度和耐磨性；獲得優(yōu)異的綜合力學性能；獲得某些特殊的物理和化學性能。

表面淬火的目的：（1）使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限。（2）心部在保持一定強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。

表面淬火的常用方法：（1）火焰加熱表面淬火；（2）感應加熱表面淬火；（3）激光加熱表面淬火。

回火：將淬火鋼加熱到Ac1以下某一溫度，經適當保溫后冷卻到室溫的處理工藝。

回火目的：（1）減少或消除淬火內應力；（2）獲得所需的力學內應力；（3）穩(wěn)定尺寸，防止使用時變形；（4）降低硬度，縮短軟化周期。

調質處理：鋼淬火后再進行高溫回火處理的工藝稱調質處理。調質處理得到的是回火索氏體

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組織，具有良好的綜合力學性能。

比較共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變與等溫轉變的異同：

相同點是二者均是過冷奧氏體的轉變，前者是在一定溫度下的等溫轉變，后者是以一定的冷卻速度時的連續(xù)轉變，二者在本質上是一致的，轉變過程和轉變產物的類型基本相互對應。

二者的區(qū)別在于冷卻條件的不同，其顯著的區(qū)別主要有：

1、連續(xù)冷卻轉變曲線與等溫轉變曲線臨界冷卻速度不同，連續(xù)冷卻轉變?yōu)榈葴剞D變的1.5倍。

2、連續(xù)冷卻時，過冷奧氏體是在一個溫度范圍內完成組織轉變的，其組織的轉變很不均勻，先轉變的組織較粗，而后轉變的組織較細，往往得到幾種組織的混合物。

3、共析鋼在連續(xù)冷卻轉變時，只有珠光體的轉變而無貝氏體。這是因為共析鋼貝氏體轉變的孕育期很長，當過冷奧氏體連續(xù)冷卻通過貝氏體轉變區(qū)內尚未發(fā)生轉變時就已過冷到Ms點而發(fā)生馬氏休轉變，所以不出現貝氏體轉變。

QT——球墨鑄鐵的牌號

鋼中S、P的質量分數對剛的質量有何影響： ．．

S不溶于鐵素體，硫與鐵化合成硫化鐵存在于鋼中，FeS的塑性差，因此含硫多的鋼脆性大。FeS與Fe易形成低熔點的共晶體分布在奧氏體晶界上，當鋼加熱到約1000℃進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現象稱為熱脆性。

鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強烈的固溶強化作用，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現象在低溫時更為嚴重，故稱為冷脆。

S、P都是鋼中的有害雜質，容易形成“熱脆”和“冷脆”。

奧氏體的形成（以共析鋼為例）：（P67—68）

（1）奧氏體晶核形成，奧氏體優(yōu)先在鐵素體的滲碳體相界處形成；

（2）奧氏體晶核的長大，奧氏體晶核通過原子擴散向鐵素體和滲碳體方向長大；

（3）殘留滲碳體的溶解，鐵素體先于滲碳體消失，而殘留滲碳體隨保溫時間延長不斷溶解直至消失；

（4）奧氏體成分的均勻化，滲碳體溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。

珠光體型組織分類：

從獲得的組織和性能方面考慮，亞共析鋼、共析鋼淬火加熱溫度的選擇：

對于亞共析鋼，適宜的淬火加熱溫度為AC3以上30~50?C，淬火可獲得細小均勻的馬氏體組織，如果淬火溫度不足，則淬火后的組織中將會出現鐵素體，造成硬度不足、強度降低。若淬火加熱溫度過高，獲得粗大的馬氏體組織，零件的性能變壞，同時容易引起零件的變形和開裂。

對于共析鋼，適宜的淬火加熱溫度為AC1以上30~50?C，淬火獲得細小均勻的馬氏體和粒狀的滲碳體的混組織，殘留的奧氏體比較少，剛的硬度和耐磨性都比較高。如果淬火加熱溫度過高，獲得粗大的馬氏體組織，，同時容易引起零件的變形和開裂，而且由于二次滲碳體全部溶解，使奧氏體的碳質量分數過高，從而降低了Ms點，增加了淬火鋼中參與奧氏體的數量，使鋼的硬度和耐磨性降低。

奧氏體等溫轉變圖

固溶體：溶質原子溶入溶劑中形成的均一的結晶相。 彈簧鋼組織的特點：回火托氏體。

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