工程材料学一二章.docVIP

第一章 绪 论 1.1 工程材料的分类 ：金属材料（黑色金属材料铸铁、钢和有色金属材料） 陶瓷材料 高分子材料 复合材料 新材料发展趋势： 新型金属材料—高性能、复合化—结构材料、低维材料—扩大应用、非晶(亚稳态)材料—日益受到重视、功能材料—迅速发展、特殊材料—特殊条件下应用的材料、计算机化—材料的设计及选用。 1.2 工程材料的失效分析 零件失效：机械零部件失去其应有功能即称为零件失效，包括完全丧失功能、部分丧失功能和失去可靠性三种情况。 失效分析：采用实验检测技术与方法，确定具体系统或零件失效的原因。 失效分析学：分析零件失效原因，提出预防措施，使零件正常安全运行的学科。 失效原因：1.设计a工作条件估计错误b计算错误c结构外形不合理 2.材料a选材不当b材质低劣 3.加工a铸锻造缺陷b冷加工缺陷c热处理缺陷d焊接缺陷 4.安装使用a安装不良b操作失误c过载使用d维修不良 失效类型： （1）变形：非突发性失效，一般不会造成灾难性事故。包括弹性变形、塑性变形、蠕变变形。 （2）断裂： (3)腐蚀:金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而造成的失效, 如应力腐蚀、氢脆、点蚀等。 （4）磨损：相互接触并作相对运动的物体由于机械作用造成材料位移或分离的破坏形式，主要失效形式：粘着磨损、磨粒磨损、接触疲劳磨损、微动磨损、气蚀等。 提高失效抗力的方法 提高冶金质量 通过精炼消除微量杂质元素，提高钢的纯净度。 微合金化 加入微量合金元素，细化晶粒，提高钢的强韧性。 控制轧制 获细晶组织，提高钢的失效抗力。 强韧化工艺 板条状位错型马氏体、亚温淬火、超细晶粒处理、形变热处理、复合热处理、超高温淬火、碳化物的微细化处理等。 局部复合强化 克服薄弱环节。 1.3 工程材料的选用原则 使用性能原则： 使用性能：零件能安全可靠使用的必备性能。 力学行为：金属在外力作用下表现的行为，如变形、断裂。 力学性能指标：各种力学行为发生转变时临界状态的度量 金属与合金的力学性能 强度指标 比例极限σp、弹性极限σe 、屈服强度σs/σ0.2 、抗拉强度σb 、断裂强度σK 。 塑性指标 伸长率δ 、断面收缩率ψ 硬度 布氏硬度HB,洛氏硬度HRC,维氏硬度HV 疲劳极限 σ-1 107次交变循环不破坏的最大应力 高温力性 蠕变极限、持久强度、松弛稳定性 韧性指标 冲击韧度AK 或aK、断裂韧度KIC 工艺性能原则 ： 工艺性能：指材料在不同的制造工艺条件下所表现出的承受加工的能力，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理工艺性能及切削加工性能。热处理、机加工、模铸锻等 性能要求不高的一般零件：毛坯?正火或退火?切削加工?零件 性能要求较高的零件：毛坯?预先热处理?粗加工?最终热处理?精加工?零件 性能要求高的精密零件：毛坯?预先热处理?粗加工?最终热处理?半精加工? 稳定化处理或氮化?精加工?稳定化处理?零件 3、经济性选材原则 材料价格；降低成本：生产成本和使用成本；资源和能耗；环保 1.4 材料化学成分、组织结构与性能的关系 化学成分和组织结构是性能的内在依据，是基础，性能是一定化学成分和组织结构的外部表现。金属材料的组成元素与含量从内部、热处理工艺从外部实现对组织结构的改变，从而使材料具有不同的使用性能。 第二章 钢的合金化基础 合金化：为改善和提高钢的力学性能或使之获得某些特殊物理、化学性能而向钢中加入特定元素的过程。 合金钢：为特定目的加入了合金元素的铁基合金称为合金钢。 低合金钢 ∑Me 5%(质量分数) 40Cr 中合金钢 ∑Me 5%～10% CrW5 高合金钢 ∑Me 10% W18Cr4V 合金化基础:合金元素加入后能改变钢的内部组织结构从而影响或改善钢的性能 2.1 钢中合金元素及其与铁和碳的相互作用 按与铁相互作用特点分 奥氏体形成元素 按与碳相互作用特点分 非碳化物形成元素碳化物形成元素 按对奥氏体层错能的影响分 提高层错能元素降低层错能元素冶炼后期脱氧过程脱氧产物排除不彻底残留下来的氧化物性脆易断,轧、锻后,沿加工方向呈链状分布可塑性较高,热加工时沿加工方向伸长有易变形的,有不变形的,有点状的稳定性较高,用作非均匀形核核心,以弥散强化改善钢的性能可溶入马氏体、奥氏体、铁素体中形成合金渗碳体、氧化物或金属间化合物等(相区的元素: Ni、Mn、Co、C、N、Cu等。 特点：使A4点上升,A3点下降,奥氏体稳定存在区域扩大。 其中：Ni, Mn,