工程材料与成型技术基础复习材料提炼第2版机械工业出版社庞国星

第一章工程材料的分类与性能1、硬度布氏硬度（HBW表示）符号前硬度值，符号后依次压头直径、载荷大小及载荷保持时间（10~15s不标注）1）钢、镍基合金、钛合金2）铸铁3）铜和铜合金4）轻金属及其合金5）铅、锡。洛氏硬度硬度值+标尺类型HRA：碳化物、硬质合金等HRB：非铁金属，退火、正火钢等HRC：淬火钢、调质钢HRD：薄钢板、中等厚度表面硬化零件维氏硬度硬度值+载荷大小和保持时间HV

2、断裂韧度主要取决于材料的成分组织和结果。Y-与裂纹形状、加载方式及式样尺寸有关的量，一般Y=1~2；____-外加拉应力Mpa，α-裂纹长度的一半。

3、工艺性能：金属材料的工艺性能是指适应某种加工的能力。按照工艺方法不同，分为铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。

第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图1、三种典型的金属晶体结构1）体心立方晶格（1+8*1/8）2个，原子致密度68%，α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2）面心立方晶格（8*1/8+6*1/2）4个，原子致密度74%，y-Fe、Cu、Al、Ag、Au、Pb、Ni等。3）密排立方晶格6个，原子致密度74%，Mg、Zn、Be、Gd等。一般金属材料都是多晶体：许多晶体组成的晶体成为多晶体。各向异性是指晶体在不同方向上所表现出来的性能不相同的现象。晶体加工缺陷：1）点缺陷-空位和间隙原子2）线缺陷-位错：晶体中某一列或若干列原子发生有规律的错排现象。3）面缺陷-晶界和亚晶界

2、结晶理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，通常晶粒越小，强度塑性韧性越高，获得细晶粒方法：1）提高结晶时的冷却速度，增大过冷度（无法对大体积液态金属作用）。2）变质处理（针对大体积液态金属）。3）在液态金属结晶时采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等方法。

3、金属的同素异晶转变：固态金属在一定温度下由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的过程_____________________

4、铁碳合金相图三种相组成物组织组成物由1种或几种相组成物物、组成1）铁素体：碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，符号F。727度溶解度最大Wc=0.0218%，

室温时碳含量几乎为0。抗拉强度180~280MPa，屈服强度100~170MPa，断后伸缩率30~50%，断面收缩率70~80%，冲继吸收能量128~160HBW，硬度约80.。2）奥氏体：碳溶入y-Fe中形成的间隙固溶体，符号A。在1148度溶碳能力最大Wc=2.11%。727度最低Wc=0.77%，抗拉强度400MPa，断后伸缩率40~50%，硬度160~200HBW 3）渗碳体铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物，Fe3C 表示，碳含量Wc=6.69，熔点很高约1227度，硬度可达800HBW，塑性和韧性几乎为零，脆性大。铁碳合金在常温下的基本相均为铁素体和渗碳体。

6、相图分析1000度以上高温部分的Fe-Fe3C相图相当于二元共晶相图（奥氏体、渗碳体）。1000度以下的部分Fe-Fe3C相图与上半部分相图为二元共析相图（铁素体、渗碳体）。铁碳合金相图中，A为纯铁的熔点，D为渗碳体的分解点，C为共晶点。

共晶转换：公式___________________→这种组织称为共晶组织，也称为莱氏体，用符号Ld表示

E点、P点分别是碳在奥氏体、铁素体中的最大溶解度；G是α-Fe←→y-Fe同素异晶转变点；Q是600度时碳在铁素体中的溶解度；S是共析点，F、K是渗碳体的成分点。

共析转变：公式___________________→S点：具有S点成分的奥氏体，在727度时从奥氏体中同时析出两种不同的固相（P F+k C Fe3）的复相组织，称为珠光体。

7、C Fe

相图中的特征线ACD为液相线，AECF为固相线，ECF为共晶转变线，Fe

3

PSK为共析线。ES线为碳在奥氏体中的溶解度曲线，PQ线为碳在铁素体溶解度曲线，GS线为铁碳合金缓冷时由奥氏体析出铁素体开始线或加热时铁素体转变奥氏体的终了线。

8、0.02~2.11%的铁碳合金为钢，0.02~0.77%亚共析钢，0.77%共析钢，0.77~2.11%过共析钢。

9、2.11~6.69%为白口铸铁，2.11~4.3%为亚共晶白口铸铁，4.3%为共晶白口铸铁，4.3~6.69%为过共晶白口铸铁。

10、铁碳合金中随着含碳量增加，铁素体不断减少、渗碳体不断增多而使合金强度、硬度升高，塑性韧性降低，但当Wc>0.9%时，由于晶界中存在网状113C

Fe而使强度下降。

11、共晶成分的铁碳合金熔点最低（1148度），结晶温度范围小，具有良好的铸造性。奥氏体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。

第三章钢的热处理1、过冷奥氏体的等温转变1）珠光体型转变：按间距大小，高温产物可分为珠光体P、索氏体S、托氏体T这三种产物的硬度随层间距的减小而增高。高温：扩散型转变2）贝氏体（B）转变中温：半扩散型转变3）马氏体（M）转变低温：非扩散型转变。

2马氏体的性能由于碳过饱和地溶入使其晶格产生畸变，阻碍变形，引起硬度与强度的升高。并随含碳量增加，硬度与强度也提高。但当Wc>0.6%以后，硬度随碳含量增加而升高的趋势不明显。

3、Ms点（开始）与Mf点（终了）的位置与冷却速度无关，主要取决于奥氏体的成分。

4、钢的普通热处理（1）退火目的：1）降低硬度，改善切削加工性。2）消除残余内应力，稳定尺寸，减小变形与开裂倾向。种类：1）完全退火：适用于亚共析钢等。2）等温退火：用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢。3）球化退火：适用于过共析钢。4）去应力退火（2)正火目的：1）减少碳和其他合金元素的成分偏析，2）使奥氏体晶粒细化和碳化物弥散分布。对低碳钢改善切削加工性能，可以消除过共析钢的渗碳体网状组织，为球化退火做准备。（3）淬火是将钢件加热到相变点（Ac1或Ac3）以上某一温度，保温足够时间获得奥氏体后，以大于Vk（临界冷却速度冷却获得马氏体（或下贝氏体）组织的一种热处理工艺方法。目的：为获得马氏体或下贝氏体组织，然后再配以适当的回火工艺，用以满足零件使用性能的要求。（4）回火目的：1）减少或消除淬火内应力，减小变形与开裂倾向。2）稳定工件的组织与尺寸。

5、回火种类、组织、性能与应用1）低温回火（150~250度）回火后组织为回

火马氏体。2）中温回火（350~500度）回火托氏体。3）高温回火（500~650度）通常将淬火+高温回火称为调制处理。组织为回火索氏体。为了防止高温回火脆性,一般回火后采用油冷和水冷。第一类回火脆性：250~350度，不可修复，应避免。第二类回火脆性：450~650度回火后缓冷时产生，对于大体积钢件一般加入Mo或W，另外尽量提高合金纯度，减少N，O，P等杂质元素。

6、钢的淬硬性是指钢在正常淬火条件下马氏体达到最高硬度的能力。它由马氏体中的碳含量而决定，而与其他无关。马氏体越多，淬硬性越高

7、钢的淬透性：取决于临界冷却速度（取决于奥氏体成分和奥氏体化条件）

8、常见的热处理缺陷1）过热与过烧2）氧化与脱碳3）变形与开裂。

9、热处理工序主要目的是为了保证淬透性差的钢种表面调制层（回火索氏体）的组织不被切削掉。

整体淬火：下料→锻造→退火（或正火）→粗、半精加工（留余量）→淬火、回火（低温、中温回火）→磨削

表面淬火：下料→锻造→退火（或正火）→粗加工→调制→半精加工（留余量）→表面淬火、回火→磨削

渗碳淬火：下料→锻造→正火---------------→粗、半精加工→渗碳、淬火→低温回火→磨削

渗氮：下料→锻造→退火---------------→粗、半精加工→半精、精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→精磨或超精磨

（热处理1）（热处理2：总处理）

第四章工业用钢牌号：碳素结构钢Q235AF（表示屈服强度Re≥235MPa，质量等级为A级的沸腾钢）低合金高强度结构钢（Q345) 优质碳素结构钢45Mn（平均碳含量0..45%的含锰）非合金易切削钢Y20 (Wc=0.2%) 碳素工具钢T13A（Wc=1.3%）合金工具钢9CrWMn(平均碳量0.91%含Cr，W，Mn）滚动轴承钢GCr15（平均Gr含量1.5%）不锈钢和耐热钢06Cr19Ni10（碳含量不大于0.08%，Cr为18%~20%，Ni为

8%~11%）铸钢ZG230-450(屈服强度不小于230MPa，抗拉强度不小于450MPa的工程用铸钢）ZG15Cr1Mo1V（碳0.15%，Cr0.9%~1.4%，Mo<0.9%~1.4%,V<0.9%的铸造合金钢）合金元素对钢热处理除Mn外，合金元素阻止加热时奥氏体经历的长大钢冷却转变 1.除Co，Al外，合金元素稳定奥氏体，使等温转变图右移 2.除Co，Al外合金元素降低Ms点，使残余奥氏体量增加钢回火转变合金元素提高耐回火性，淬火后在500~600℃回火时，由于特殊碳化物弥散析出，使回火硬度升高（二次硬化）残余奥氏体在回火时析出碳化物使Ms点上升，致使残余奥氏体在回火冷却时转变为马氏体使硬度升高（二次淬火）含Mn，Cr，Ni，V的钢在高温回火（500~600℃）后缓冷时，使钢的韧性下降（回火脆性）加入Mo，W来降低此脆性。碳素结构钢，低合金高强度结构钢一般不进行热处理合金渗碳钢性能经渗碳，淬火-低温回火后，表面有较高的硬度耐磨性，心部有足够的强度塑性韧性成分特点低碳，加入Cr，W，Mo，V，Ti提高淬透性和细化晶粒热处理特点预先热处理采用正火处理，最终热处理采用渗碳淬火-低温回火工艺钢中常有杂质如Si和Mn （有益）、P和S（有害）及一些非金属杂质

调质钢性能良好的综合力学性能合适的淬透性成分特点中碳加入Mn，Si提高淬透性强化铁素体细化晶粒热处理特点预先，若为珠光体，正火处理；若马氏体，高温回火处理。最终，淬火后在500~600℃高温回火工艺即调质处理工艺合金弹簧结构钢高的弹性极限，屈强比，疲劳强度，塑形，韧性油淬回火钢丝，冷却中温回火

滚动轴承钢高硬度高耐磨，足够弹性极限和韧性，预先，球化退火最终，淬火低温回火非合金工具钢高硬度高耐磨，切削工艺好，淬透性低易变形，预先，球化退火，最终，淬火低温回火合金量具刀具钢预先，锻后正火消除网状渗碳体然后球化退火，最终，淬火低温回火

高速工具钢较高热硬性高的耐磨性。铸态经铸造后组织为马氏体莱式体残留奥氏体珠光体大量碳化物，成分组织严重不均，碳化物不能用热处理消除必须反复锻造预先热处理，球化处理（Ac1+30~50℃)，最终热处理，淬火，在560~580℃三次回火

以消除内应力减少残余奥氏体。热作模具钢中碳奥氏体不锈钢只能用形变强化

第五章铸铁铸铁是碳的质量分数大于2.1%的一系列由铁、碳、硅等元素组成的合金的总成。分类：1）白口铸铁2）灰铸铁3）可锻铸铁4）球墨铸铁5）蠕墨铸铁

1、铸铁的热处理（1）灰铸铁的热处理：1）去应力退火。2）消除铸件白口的退火。3）正火。4）表面热处理。（2）球墨铸铁的热处理：1）退火：目的是为了去除铸态组织中的自由渗碳体及获得铁素体球墨铸铁。2）高温退火。3）低温退火。4）正火：目的在于增加金属基体中珠光体的含量并使其细化，提高强度、硬度和耐磨度。影响石墨化因素：化学成分和结晶的冷却速度。化学成分影响：碳、硅促进石墨化，碳硅增加组织由珠光体转向铁素体 Mn阻碍石墨化，S是有害元素。冷却速度影响：冷速大，白口组织，得厚壁；冷速小，灰口组织，的薄壁。孕育剂：硅铁、硅钙、硅锶、石墨灰铸铁牌HT100(100为最低抗拉强度)可锻铸铁用于形状复杂的薄壁件，牌号（KTZ,KTH,KTB）球墨铸铁牌号QT350-22L(最低抗拉强度，断后申长率)蠕墨铸铁用于抗热疲劳件，牌号RuT420。

第六章非铁金属材料与硬质合金1、铝及铝合金铝合金的分类：变形铝合金与铸造铝合金铝合金的固溶与时效是铝合金热处理强化的主要工艺（时效强化）。强化效果还与加热温度和保温时间有关。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。适量硅铜锰镁锌等可提高铝合金强度。铝合金热处理固溶与时效是铝合金主要热处理工艺。固溶处理：将可热处理强化的合金加热至α相区经保温形成单相的固溶体，然后快冷，使溶质原子来不及析出，至室温获得过饱和的α固溶体。时效处理：由于过饱和的α固溶体是不稳定的，随着时间的延长，其中将形成众多的溶质原子富集区，进而析出细小弥散分布且与母相共格的第二相或第二相的过度相引起晶格严重畸变阻碍位错运动合金强度硬度提高，这就是时效强化。效果与加热温度和保温时间有关（过高过长时会下降）。防锈铝合金只用冷变形加工提高强度。2、铜及铜合金1）纯铜又称为紫铜2）黄铜是以锌为主要合金的铜合金，加工普通黄铜的牌号用H加数字表示3）青铜现工业上除了黄铜和白铜（铜-镍合金）之外的铜合金均称为青铜代号用Q、主加合金元素符号及质量分数、其他合金元素质量分

数构成。纯铜通过加工变形强化。普通黄铜（铜和锌）牌号H68表示Wcu=68% 铸造黄铜ZCuZn38为Wzn=38%。铸造特殊黄铜ZCuZn31Al2表示Wzn=31%WAl=2%。特殊黄铜：HMn58-2表示WCu=58%WMn=2%其余为锌的锰黄铜。青铜：QSn4-3表示WSn=40%，其他合金元素WZn=3%其余为铜的锡青铜。铸造青铜：ZCuAl10Fe3代表WAl=10%，WFe=3%，其余为铜的铸造铝青铜。锡青铜的特点及用途：耐蚀耐磨性，弹性好。用于弹性元件，耐蚀，抗磁零件。铝青铜：高强度，耐蚀耐磨性，能热处理强化。耐蚀零件，弹性元件。铍青铜：用于精密仪器，仪表的弹性元件

第八章铸造成型分为砂型铸造和特种铸造1、铸造合金的收缩1）液态收缩：从浇筑温度到凝固开始温度（即液相线温度）的收缩。2）凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终止温度（即固相线温度）的收缩。3）固态收缩：从凝固终止温度到室温的收缩。

3、缩孔和缩松两者区别：缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，如璧上部或中心处。缩松是较宽液相凝固过程中各处固体不断长大，直至相互接触，此时合金背分割为许多小的封闭区，封闭区内液体凝固收缩时，因得不到补充而形成许多小而分散的孔洞。

浇注温度高，合金的缩孔倾向大。防止铸件产生缩孔缩松的方法：1）合理选用铸造和金。2）采用顺序凝固原则。

4、铸造应力1）热应力（永久的）：铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位不均衡的收缩而引起的应力称为热应力。2）收缩应力（机械应力：临时的）：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱带等外力的阻碍而产生的应力称为收缩应力。3）相变应力（机械应力：临时的）：铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力为相变应力。铸件的裂纹与防止1）热裂：热裂是高温下形成的裂纹，其形状特征是裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。2）冷裂：是指在低温下形成的裂纹，其形状特征与热裂不同吗，冷裂纹细小。呈连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。

5、铸件中的气孔分为析出性气孔、侵入性气孔和反应性气孔。离心铸造主要用于生产回转体的中空铸件：套筒类、圆形的。

第九章金属压力加工成形1、压力加工：1）轧制2）挤压3）拉拔4）自由锻5）模锻6）板料冲压。金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。

2、塑性变形对金属组织和性能的影响1）加工硬化：随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称为冷变形强化，又称为加工硬化。2）回复温度：t回=（0.25~0.3）t熔。3）再结晶温度：当温度继续升高到该金属熔点的0.4倍时，金属原子开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶形成新的晶粒，从而消除了全部冷变成强化现象的过程。t再=0.4t熔。把高于金属再结晶温度的加工叫热加工。4）温变形温度：t温=（0.3~0.4）t熔。

3、金属的可锻性（体积不变性）：（1）金属的本身（内因）：1）化学成分影响。2）金属组织影响。（2）外因：1）变形温度的影响。2）变形素的的影响。（3）应力状态的影响。

第十章焊接与胶接成形1、焊接三大类：1）熔焊2）压焊3）钎焊。

2、常用焊接方法：（1）焊条电弧焊。（2）埋弧焊。（3）气体保护电弧焊：氩弧焊、CO2气体保护焊。（4）电渣焊。（5）等离子弧焊接与切割等等

第十三章材料与成形工艺的选择选材的基本原则使用性原则、工艺性原则、经济性原则及环保型原则