机械工程材料_概念简要复习
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第一章 概論
1.材料性能由其組織、結構所決定。
2.材料抵抗變形和斷裂的能力稱為材料的強度。
3.分析低碳鋼的拉伸曲線。
應力：軸向拉力與試樣的初始橫截面積的比值
應變：試件標距的伸長量與試樣標距長度的比值
彈性模量：在彈性變形階段（比例階段），直線的斜率就是材料的彈性模量E。彈性模量表征材料產生彈性變形的難易程度。彈性模量主要取決于原子之間的結合力大小。
屈服強度：在拉伸過程中，載荷不增加而應變仍然增加的現象稱為屈服。機械零部件或構件在使用過程中一般不允許發生塑性變形。
抗拉強度：拉伸曲線上應力最大值稱為材料的抗拉強度，它反映試樣被拉斷前所能承載的最大應力，抗拉強度也稱強度極限。
伸長率：伸長率即斷裂前試樣的殘余伸長。
斷面收縮率：一個塑性指標，， S0是試樣原始橫截面積，S1是斷口細頸處的橫截面積。
4.抵抗其他硬物壓入其表面的能力稱為硬度。
5.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。材料的韌性均有隨著溫度的下降而降低的趨勢，但是不同的材料下降的程度不一樣。
6.材料在交變應力或脈動應力作用下發生的斷裂現象稱為疲勞斷裂。在機械零件的斷裂中，80%以上都屬于疲勞斷裂。
7.固體材料的結合鍵：
化學鍵：離子鍵、共價鍵、金屬鍵
物理鍵：分子鍵和氫鍵
離子鍵：帶相反電荷的離子之間存在靜電作用，當兩個帶相反電荷的離子靠近時，表現為相互吸引，而電子和電子、原子核與原子核之間又存在著靜電排斥作用，當靜電吸引與靜電排斥作用達到平衡時，便形成離子鍵。因此，離子鍵是指陰離子，陽離子間通過靜電作用形成的化學鍵。
共價鍵：兩個或多個原子共同使用它們的外層電子，在理想情況下達到電子飽和的狀態，由此組成比較穩定的化學結構。
金屬鍵：通常情況下，金屬原子的部分或全部外圍電子受原子核的束縛比較弱。在金屬晶體內部，它們可以從原子上脫落下來，形成自由流動的電子。金屬原子失去部分或全部外圍電子形成的金屬離子與自由電子之間存在著強烈的相互作用，化學上把這種金屬離子與自由電子之間強烈的相互作用稱為金屬鍵。
8.工程材料分為哪幾種：金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料
第二章 金屬的結構與結晶
1.原子(離子或分子)在三維空間中有規則地、周期性、重復排列構成的物質稱為晶體；無規則排列的稱為非晶體。為了觀察方便，可用許多平行的直線把陣點連接起來，構成三維的幾何格架，稱為晶格。晶格中能完全反映晶格特征的最小的空間幾何單元稱為晶胞。晶胞的大小和形狀可以用三條棱邊的長和三條棱邊之間的夾角六個參數來描述。
晶胞中所含的原子所占的體積與晶胞體積之比稱為致密度。
配位數是晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子或異號離子的個數。配位數越大，原子排列緊密程度越大。
2.三種典型的金屬結構：
面心立方結構：Al，Cu，Ni，Au，Ag，配位數12，致密度74%，塑性好
體心立方結構：Cr，Nb，K，Na，配位數8，致密度為68%，塑性較差
密排立方結構：Mg，Zn，配位數12，致密度74%，塑性最差
3.各向異性：由于晶體中不同晶面和晶向上原子密度不同，原子間的結合力不同，因此在不同的晶面和晶向上表現出不同的性能。這是晶體與非晶體最根本的區別之一。
4.單晶體：如果晶體內部晶格的方位完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。
??多晶體：每個小晶體內部晶格方位保持一致，而各個小晶體之間不一致的稱為晶粒，由多個晶粒組成的晶體之間稱為多晶體。
5.根據晶體缺陷的幾何形態特征，分為點缺陷、線缺陷、面缺陷。
??點缺陷：空位、間隙原子、溶質或雜質原子。改變密度、電阻率和屈服強度。
??線缺陷：錯位。對材料的力學性能有顯著影響。
??面缺陷：指二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。
6.過冷現象：實際結晶溫度低于理論結晶溫度的現象稱為過冷現象。
?過冷度：金屬的實際結晶溫度與理論結晶溫度之差，稱之為過冷度。
7.金屬結晶的基本過程：晶核的形成到晶核的長大。
晶核的形成分為均勻形核(自發形核)和非均勻形核（非自發形核）。過冷度較大時，經過一段時間孕育，一些尺寸較大的晶胚開始變得穩定，而成為晶體生長的核心，即均勻形核。
晶核的長大有平面長大和樹枝狀長大。金屬純度很高且液體中保持著較大的溫度梯度，此時液固界面幾乎是一個平面，稱為平面長大。一般情況金屬中有雜質，金屬晶體以樹枝狀的形式長大，即枝晶長大。
8.影響形核與長大的因素：
金屬結晶時冷卻度越大，過冷度便越大，形核率和長大速度就越大。
雜質與晶體結構有相似時，將強烈促進非自發形核，大大提高形核率。
9.工業生產中，為了細化鑄錠和焊縫區的晶粒，有啥方法？
（1）增大過冷度；（2）變質處理；（3）振動，攪拌
第三章 金屬塑性變形與再結晶
1.單晶體塑性變形的基本方式有滑移和孿生。滑移是最主要的塑性變形方式，指晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面(滑移面)按著一定的方向（滑移方向）發生相對滑動。孿晶指界面兩側原子排列形成鏡像對稱的一對晶體，孿生是在切應力作用下形成孿晶的過程，孿生所需的臨界切應力與滑移大得多，且變形速度極快。
2.多晶體塑性變形時：相鄰晶粒阻礙，晶界兩側晶粒的位向不同，晶體的滑移不能越過晶界；相鄰晶粒協調，有一個易變形的晶粒發生變形時，相鄰晶粒必須同時進行相應的協調變形。多晶體材料的強度一般高于單晶體。晶粒越細，金屬的強度便越高，塑性與韌性也較高。
3.加工硬化：隨著變形量增大，金屬的強度和硬度顯著提高而塑性和韌性明顯下降的過程。
加工硬化是一種非常重要的強化手段，可以提高金屬的強度；有利于金屬進行均勻變形；保證零件或構件工作的安全性。
4.織構現象：當金屬塑性變形量很大時，各晶粒的位向將大體趨于一致，這種現象稱為織構現象。各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，稱為絲織構；各晶粒的一定晶面平行于軋制面、各晶粒的一定晶向平行于軋制方向，稱之為板織構。織構會使材料出現明顯的各向異性，大多數情況是不利的。
5.殘余內應力：所謂內應力，是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留在物體內的自相平衡的內應力。機械加工和強化工藝都能引起殘余應力，如冷拉、彎曲、切削加工、滾壓等。
第一類,表層或心部不均勻的變形造成的宏觀內應力; 第二類,相鄰晶粒之間或晶內之間變形不均勻造成的微觀內應力; 第三類,晶格缺陷附近的晶格畸變則叫做晶格畸變應力，也是最主要的殘余內應力。
6.殘余內應力的危害及應對：殘余應力會引起物體緩慢變形,導致物體尺寸的改變, 鑄造鍛造工件出現裂紋甚至斷裂,同時對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性。金屬塑性變形之后，通常進行退火處理。
7.金屬塑性變形后，需要進行加熱處理（退火）高原子的活動能力，使金屬從不穩定狀態向穩定狀態轉變。這變化大致的分為三個階段：
（1）回復：在加熱溫度較低時，由于點缺陷和位錯的遷移引起的某些晶內變化稱為回復；力學性能變化不大，但是能消除參與內應力，保留加工硬化的效果。
（2）再結晶：提高到較高的溫度，晶體內部新晶粒重新生核和成長，再結晶之后，只是晶粒的外形和位錯密度發生了變化，沒有發生相變。通過再結晶，金屬的顯微組織發生變化，強度和硬度發生顯著降低，而塑性和韌性重新提高，加工硬化消除。
影響再結晶溫度的因素：金屬的預先變形程度越大，再結晶溫度越低；降低金屬純度可顯著提高再結晶溫度。
（3）晶粒長大：再結晶完成后，若繼續升高溫度或過分地延長加熱時間，金屬的晶粒便會繼續長大。得到異常粗大的晶粒，會使材料的力學性能下降。
8.熱加工與冷加工的區別：從金屬學的觀點來看，冷加工和熱加工的分區是從金屬的再結晶溫度來劃分的。在再結晶溫度以上的加工變形即為熱加工，在再結晶溫度以下的加工變形則屬于冷加工。熱加工易發生表面氧化，產品表面光潔及尺寸精度較差，所以熱加工主要用于截面尺寸較大、變形量較大的金屬制品等，冷加工適用于截面尺寸較小，加工尺寸及表面光潔度要求較高的金屬。
第四章 合金的結構與結晶
1.合金：通過熔煉、燒結或其他方法，將一種金屬和另一種或幾種其他元素結合在一起所形成的具有金屬特性的新物質稱為合金。
2.組元：組成合金的最基本的、能夠獨立存在的物質叫做組元。
3.相：體系中具有相同的物理和化學性質、并與其他部分有界面分開的均勻組成部分稱之為相。
4.固溶體：當合金由液態結晶為固態時，組成元素間會像合金溶液那樣相互溶解，形成一種在某種元素的晶格結構中包含有其他元素原子的新相，稱為固溶體。其中。前一種元素含量較多稱為溶劑，后一種元素含量較少稱為溶質。
5.固溶強化：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力，使滑移難以進行，強度、硬度提高的現象。
6.金屬化合物：金屬化合物，是指合金中的兩個元素，按一定的原子數量之比相互化合，而形成的具有與這兩元素完全不同類型晶格的化合物。金屬化合物晶格一般比較復雜。通常它們具有高的硬度、熔點和脆性，因此，不能直接使用。
7.枝晶偏析：枝晶偏析指固溶體晶粒內部化學成分的不均勻現象。在快冷條件下，液態合金按樹枝狀方式結晶時，由于原子在固相中擴散均勻的過程進行的很慢，致使先析出枝晶與后析出的枝晶處出現間隙，最后獲得化學成分不均勻的枝晶。
第五章 碳鋼
1.碳鋼中存在的雜質：碳鋼中，除了鐵、碳兩種元素外，還有少量錳硅硫磷氧氮等雜質元素。
錳、硅一般為有益元素。錳可以發生強化作用，減輕硫的有害作用。硅大部分溶于鐵素體中，使鐵素體強化，提高鋼的強度。硫為有害雜質，熱加工時，導致鋼的開裂。磷為有害雜質，室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降。氧氮氫為有害元素，使強度和塑性下降。
2.碳鋼的分類：
（1）按照含碳量高低：低碳鋼（<=0.25%），中碳鋼（0.25%<C%<=0.6%），高碳鋼（>0.6%）
（2）根據P、S含量：普通碳素鋼（S<=0.055%，P<=0.045%），優質碳素鋼（S<=0.04%，P<=0.04%）,高級優質碳素鋼（S<=0.03%,P<=0.035%）
3.碳鋼編號：
（1）普通碳素結構鋼：Q、數字、質量等級符號、脫氧方法（不標注為脫氧較為完全的鎮靜鋼）
Q235-A·F ：表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼
Q235-C ：表示屈服強度為235MPa的C級鎮靜鋼
（2）優質碳素結構鋼：牌號為兩個數字，表示鋼的平均含碳量，單位萬分之一。
45鋼：平均含碳量為0.45%的優質碳素結構鋼
（3）工程鑄鋼：ZG、最小的屈服強度值、最小的抗拉強度值
ZG200-400表示屈服強度為200MPa，抗拉強度為400MPa的工程用鑄鋼。
（4）碳素工具鋼
含碳量0.65%~1.35%。鋼號用平均含碳量的千分數表示，T8表示含碳量為0.8%的碳素工具鋼。
第六章 鋼的熱處理
1.熱處理是將固體金屬或合金在一定介質中加熱、保溫和冷卻，改變材料的組織結構，從而獲得所需性能的加工工藝。
2.普通熱處理，四把火：退火、正火、淬火、回火
退火和正火一般作為預先熱處理工序，對于普通鑄件、焊接件及不重要的工件，退火和正火也是可以作為作為最終處理工序。正火與退火的主要目的：（1）調整硬度以便切削加工；（2）消除殘余應力；（3）細化晶粒，改善力學性能；（4）為淬火回火做準備。
正火相對于退火冷卻速度較快、轉變溫度較低。
淬火的目的主要是獲得馬氏體，鋼在理想條件下淬火所能達到的最高硬度稱為鋼的淬硬性。淬火得到的馬氏體組織很脆弱，存在較大的內應力，另外淬火馬氏體和殘余奧氏體都是亞穩定組織，回火可以減小淬火內應力，使馬氏體和殘余奧氏體這些不穩定組織逐漸向平衡組織轉變。
淬火+高溫回火=調質處理，調質后的金屬在保證較高的強度同時，又有良好的塑性和韌性。
3.滲碳：為了增加表層的含碳量，將工件置于含碳介質中加熱和保溫，使碳原子滲入工件表面的工藝。目的在于提高表面含碳量，使得工件在熱處理之后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部保持一定強度以及較高的韌性和塑性。
滲碳零件的典型工藝路線：鍛造-正火-機加工-滲碳-淬火-低溫回火-精磨
4.感應加熱表面淬火：
| 分類 | 電源頻率范圍 | 應用 |
| 高頻感應加熱淬火 | 200kHz~350kHz | 淬硬層小于3mm |
| 中頻感應加熱淬火 | 2000Hz~8000Hz | 淬硬層2mm~10mm |
| 工頻感應加熱淬火 | 50Hz | 淬硬層10mm~15mm |
5.氮化處理：氮化就是向工件表面滲入氮、形成氮化物的處理工藝，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、腐蝕性及疲勞強度。
第七章 ?工業用鋼
1.鋼的分類：
（1）含碳量：低碳鋼（C%<=0.25%）、中碳鋼(0.25%<C%<=0.6%)、高碳鋼(C%>0.6%)
（2）合金元素的含量：低合金鋼（總量低于5%）、中合金鋼（總量5%~10%）、高合金鋼（大于10%）
（3）按用途分：結構鋼(滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼等)
?????????????? 工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼）
?????????????? 特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、電工鋼）
2.鋼的牌號：
（1）根據力學性能：Q235-A·F 屈服強度不低于235MPa的A級沸騰鋼
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??????????????????????????? ?? ZG200-400 屈服強度不低于200MPa，抗拉強度不低于400MPa的工程用鑄鋼。
（2）根據化學成分：結構鋼含碳量用萬分之一，工具鋼和特殊性能鋼用千分之一，碳含量大于1%，合金鋼的碳含量不再標出；合金元素用百分來表示，合金元素少于1.5%時，只標出元素符號而不數字。
40Cr鋼為合金結構鋼，平均含碳量0.4%，主要合金為Cr，平均含量少于1.5%
9CrSi鋼為合金工具鋼，表示平均含碳量為0.9%，主要合金為Cr、Si，含量均小于1.5%
Cr12MoV為合金工具鋼，表示含碳量>1%，Cr的平均含量為12%，Mo、V的平均含量都小于合金工具鋼。
3.滲碳鋼：表面要求高硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，心部需要較高的強度和韌性。
在成分上低碳、含有Cr、Ni等提高淬透性的合金元素。
通常滲碳后直接淬火、再低溫回火。
4.碳素工具鋼均為高碳鋼，用于制作各種低速切削刀具、量具、模具。高速鋼是一種用于制造高速切削刃具的高合金（合金元素總量大于10%）工具鋼。
5.灰鑄鐵：“HT”表示灰鐵，后面數字是最低抗拉強度，例如灰鑄鐵HT200表示?30試樣的最低抗拉強度200MPa。
??球墨鑄鐵：“QT”，后跟最低抗拉強度極限和延伸率，例如QT600-2表示該材料的抗拉強度值600Mpa，該材料的延伸率2%。
可鍛鑄鐵：鐵素體可鍛鑄鐵代號“KT”，珠光體可鍛鑄鐵的代號為“KTZ”；后面兩組數字分別為最低抗拉強度和延伸率，例如KTH 330—08表示最低抗拉強度為330 MPa、最低斷后伸長率為8%的鐵素體可鍛鑄鐵。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的机械工程材料_概念简要复习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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