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机械工程材料各章知识点汇总
这是一篇关于机械工程材料各章知识点汇总的思维导图，包括：第一章机械工程材料的分类和性能、第二章金属的晶体结构与塑性变形、第三章合金的结构与铁碳相图。
编辑于2022-06-19 13:48:35- 大学机械
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机械工程材料 各章知识点汇总
第一章 机械工程材料的分类和性能
机械工程材料的分类
材料的化学组成
金属材料
黑色金属
钢
铸铁
有色金属（除钢铁之外的金属材料）
轻金属
重金属
贵金属
稀有金属
放射性金属
按照不同特性分类
高分子材料
天然高分子材料
蛋白
淀粉
纤维素
人工合成高分子材料
合成塑料
合成橡胶
合成纤维
塑料
橡胶
纤维
粘合剂
涂料
按照性能与用途分类
无机非金属材料
主要原料：硅酸盐矿物，又称为硅酸盐材料，因不具备金属性质，亦称为无机非金属材料。
水泥
玻璃
耐火材料
陶瓷
复合材料
由于多数金属材料不耐腐蚀、无机非金属材料脆性大、高分子材料不耐高温，人们把上述两种或两种以上的不同材料组合起来，取长补短、相得益彰，构成了复合材料。故复合材料由基体材料和增强材料复合而成。
基础材料
金属
塑料
陶瓷
增强材料
各种纤维
无机化合物颗粒
材料的使用性能
结构材料
是以强度、刚度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度、耐磨度等力学性能为性能指标，用来制造承受载荷、传递动力的零件和构建的材料。
功能材料
是以声、光、电、磁、热等物理性能为性能指标，用来制造具有特殊性能的元件，如大规模集成电路材料、信息记录材料、光学材料、充电材料、激光材料、超导材料、传感器材料、储氢材料等。
机械工程材料的其他性能
材料的物理性能
密度
单位体积材料的质量称为材料的密度，材料的抗拉强度与密度的比值称为比强度
熔点
金属从固态向液态转变时的温度称为熔点
导热性
材料的导热性常用热导率表示
导电性
材料的导电性与材料的电阻密切相关，常用电导率表示
热膨胀性
金属材料随温度变化而膨胀或收缩的特性称为热膨胀性
磁性
抗磁性材料
能抗拒或削弱外磁场对材料的磁化作用的材料
顺磁性材料
在外磁场中只能微弱地被磁化的材料
铁磁性材料
在外磁场中能强烈地被磁化的材料
材料的化学性能
耐腐蚀性
金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性
抗氧化性
材料抵抗高温氧化的能力称为抗氧化性
材料的工艺性能
铸造性能
指浇注时，液体金属充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力
锻造性能
指金属易于锻压成型、不形成裂纹的能力
焊接性能
指材料易于被焊接到一起并获得优质焊缝的能力
切削加工性能
指材料容易被加工成形并得到精确的形状和高质量表面粗糙度的能力
热处理性能
常用的热处理方法有退火、正火、淬火、回火以及表面热处理等
机械工程材料的力学性能
弹性与刚度
在弹性范围内，应力与应变的比值称为弹性模量。在工程上，E称为材料的刚度，是材料的重要力学性能指标之一，它表征材料受力时对弹性形变的抗力。 金属材料弹性模量的大小主要取决于基体金属的本性，除随温度升高而逐渐降低外，难以通过其他强化材料的方法使之改变。 工件的刚度除取决于材料的弹性模量外，还与工件的形状和尺寸有关，可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高刚度。
强度
屈服强度
材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力称为屈服强度。 应力超过B点后，材料将发生塑性形变形。在BC段，应力不增加而应变仍在增大，这种现象称为屈服。B点所对应的应力就是屈服强度。
抗拉强度
抗拉强度反映材料产生最大均匀变形的抗力。CD段为均匀塑性变形阶段，在这一阶段，应力随应变增加而增加，即产生应变强化。超过D点后，试样开始发生全局塑性变形，即出现颈缩，随着应变增加，应力明显下降，并迅速在E点断裂。D点所对应的应力即为材料断裂前所承受的最大应力，称为抗拉强度。
塑性
指材料在外力作用下破坏前可承受最大塑性变形的能力。 材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量称为材料的韧性，具体地说，就是拉伸曲线与横坐标所包围的面积。 材料的伸长率和断面收缩率越大，则表示材料的塑性越好。其中，断面收缩率能更可靠地反映材料的塑性。 金属经塑性变形后，不仅改变了外观和尺寸，内部组织和结构也发生变化，且通过塑性变形所伴随的硬化过程还使材料硬度获得提高。
断后伸长率是指拉断后试样标距的伸长与原始标距之比的百分数
断面收缩率是指断后试样横截面积最大缩减量与原始断面横截面积之比的百分数
常用的塑性指标
硬度
硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料性能的一个参量。
布氏硬度法
是第一个被广泛应用于工程学及冶金学的标准化硬度试验。
压头主要是淬火钢球，用来测定灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处理的钢材等的硬度，不能用作测试太硬的材料。
硬度值以HBS表示
表示方法：”数字+硬度符号+数字/数字/数字“
洛氏硬度法
优点：操作简便、压痕小、适用范围广，缺点是测量结果分散度大。
其使用的压头主要是金刚石圆锥体或钢球，硬度值是压入深度（h）的倒数
表示方法：符号HR前面的数字表示硬度值，HR后面的字母表示为不用洛氏硬度的标尺。
不宜用来测定硬而脆的薄层零件
维氏硬度法
使用的压头是夹角为136°的金刚石正四棱锥体，测量出压痕的对角线d后，查表或算出方锥压痕表面积除载荷P的值即为硬度，并用HV表示。
尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量
结果精确可靠，但测量过程较为麻烦，工作效率不如洛氏硬度高
冲击韧度
许多零部件和工具在服役时需要受到冲击载荷的作用，冲击载荷就是在很短时间内以很大的速度作用于工件上的载荷。 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性，以在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收的能量表示。 材料的韧性随温度的降低而降低，由韧性断裂向脆性断裂转变称为韧脆转变。
疲劳
所谓交变载荷，是指大小或方向随时间而变化的载荷。在这种载荷的作用下，材料常常在远低于其屈服强度的应力下发生断裂，这种现象称为疲劳。 疲劳破坏是脆性破坏，它的一个重要特点是具有突发性，因而更具灾难性。
材料承受的交变应力σ与断裂时应力循环次数N之间的关系可用疲劳曲线来描述。随着σ下降，N值增加，材料经过无数次应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。
断裂韧度
断裂力学认为，材料中存在缺陷是绝对的，常见的缺陷是裂纹。在应力作用下，这些裂纹将发生扩展，一旦扩展失稳，便会发生低应力脆性断裂。材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力，称为断裂韧度。
第二章 金属的晶体结构与塑性变形
金属的晶体结构
晶体学基础
晶格
描述原子排列方式的空间格架
晶胞
晶格中能代表晶格特征的最小几何单元
晶格常数
晶胞的棱边长度a、b、c
致密度
晶胞中原子本身所占有的体积与晶胞体积之比
配位数
晶体结构中与任一原子处于等距离并且相距最近的原子数目
晶面
晶体中由一系列原子所组成的平面
1）以晶胞的三个棱边为坐标轴，以棱边长度（即晶格常数）作为坐标轴的长度单位；
2）把所求晶向平移，使其通过原点；
3）以相应晶格常数为单位，求出直线上任取一点的坐标值；
4）将三个坐标值约成互质整数，并用方括号【】括起。
晶面指数标定方法
1）以晶胞的三个棱边作为坐标轴，以棱边长度（即晶格常数）作为坐标轴的长度单位建立坐标系。坐标原点应位于待标定晶面之外，以免出现零截距；
2）以相应晶格常数为单位，求出待定晶面在各坐标轴上的截距；
3）取各截距的倒数；
4）将三个倒数值约成互质整数，并用圆括号（）括起。
晶相
任意两个原子之间的连线所指的方向
三种典型的金属晶体结构
体心立方晶格
面心立方晶格
密排立方晶格
晶面密度
晶相密度
金属的实际晶体结构
点缺陷——空位和间隙原子
当晶体中某些原子获得足够高的能量，就可以客服周围原子的束缚，而离开原来的平衡位置，形成的空结点位称为空位
材料中存在着一些其他的元素或杂质，他们可以占据间隙位置，而形成间隙原子；也可能占据原来原子的位置
线缺陷——位错
指晶体空间三维方向上两个方向的尺寸都很小，另一个方向的尺寸相对很大的晶体缺陷
面缺陷——晶界、亚晶界
指晶体中存在的一个方向上的尺寸很小、另两个方向上的尺寸很大的缺陷，金属晶体中的面缺陷主要包括晶界和亚晶界
晶体的各向异性
在实际金属内部，缺陷的存在会对金属晶体结构的性能产生较大的影响，并且由于晶体中不同晶面和晶向上的原子排列紧密程度不同，因而晶体在不用方向上表现出不同的物理、化学和力学性能，此特性称为晶体的各向异性
金属的结晶
金属的结晶过程
冷却曲线与过冷度
结晶过程
晶核的形成
自发形核
非自发形核
晶体的成长
在晶核形成之后，液相中的原子或原子集团通过扩散，不断地依附于晶核表面上面液相中移动，并且晶核半径增大，这个过程称为晶体长大
晶粒大小的控制
晶粒大小对力学性能的影响
晶粒大小的控制
同素异构转变
在固态下随温度变化，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变
金属的塑性变形与再结晶
金属塑性变形的实质
当外力增大到使金属的内应力超过该种金属的曲阜点之后，即使外力停止作用，金属的变形也不会消失，这种变形称为塑性变形
塑性变形对金属组织结构的影响
晶粒变形
亚结构的细化
变形织构
塑性变形对金属性能的影响
加工硬化
塑性变形过程中，随着变形程度的增加，金属的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低，这一现象称为加工硬化或形变强化
在工业生产中的意义
1）是提高金属强度、硬度和耐磨度的重要手段之一
2）是某些工件或半成品能够成形的重要因素
3)可以提高工件或构件在使用过程中的安全性
物理性能与化学性能变化
产生残余内应力
宏观内应力
微观内应力
晶格畸变
回复和再结晶
回复
指在加热温度较低时，由于金属中点缺陷及位错的近距离迁移而引起的晶内某些变化
再结晶
当塑性变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒
晶粒长大
指随着加热温度的升高或保温时间的延长，晶粒之间就会互相吞并而长大这一现象
金属的热加工
消除铸态组织缺陷，提高力学性能
形成热加工纤维组织（流浅）
第三章 合金的结构与铁碳相图
合金的相结构
合金的基本概念
合金
由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特征的物质
组元
组成合金最基本的独立物质
相
指金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并与其他部分由界面分开的均匀组成部分
组织
指用肉眼或显微镜所观察不到相或相的形状、分布及各相之间的组合状态，它是决定合金性能的基本因素
合金的相结构
固溶体
溶质原子溶于溶剂晶格中儿仍然保持溶剂晶格类型的合金
间隙固溶体
溶质原子位于溶剂晶格的间隙处
置换固溶体
溶质原子取代部分溶剂原子而占据溶剂晶格中的一些节点位置
金属化合物
正常价化合物
由元素周期表中相距较远而电化学性质相差较大的两类元素形成，一般具有较高的硬度和较大的脆性
电子化合物
间隙化合物
由过渡金属和原子直径很小的非金属元素形成
合金的组织
既可以是固溶体，也可以是金属化合物，但绝大多数合金的组织是由固溶体与金属化合物组成的符合组织
铁碳合金相图的应用
碳质量分数对铁碳合金平衡组织的影响
碳质量分数对力学性能的影响
铁素体强度硬度低，塑性好
渗碳体硬而脆
珠光体具有较高的强度和硬度，但塑性较差
选材方面应用
碳质量分数对工艺性能的影响
切削加工性能
中碳钢的切削加工性能较好
锻造性能
低碳钢的锻造性良好，随碳质量分数增加，锻造性逐渐变差
铸造性能
共晶成分附近的合金结晶温度低，流动性好，铸造性能最好
焊接性能
钢的塑性越好，焊接性能越好，低碳钢比高碳钢更易于焊接
热处理性能
铁碳合金相图
铁碳合金的基本相及基本组织
铁素体
碳溶解在体心立方α-Fe中形成的间隙固溶体
奥氏体
碳在面心立方γ-Fe中形成的间隙固溶体
渗碳体
铁和碳所形成的金属化合物
珠光体
铁素体和渗碳体的机械化合物
莱氏体
碳质量为4.3%的液态铁碳合金
铁碳合金相图分析
典型铁碳合金结晶过程及其组织
工业纯铁
钢
白口铁
二元合金相图
二元合金相图的建立
二元相图可以通过实验进行测定。其方法是，根据实验数据，在以温度为纵坐标，以组成材料的成分为横坐标的坐标系中，绘制出曲线图。
1）配制一系列成分不同的合金
2）用热分析法测定出所配制合金的冷却曲线
3）找出各成成分合金的冷却曲线上的临界点
4）将各个合金冷却曲线上的临界点分别标注在温度——成分坐标系相应的合金成分垂线上
5）连接相同意义的临界点，所得的线称为相界线
二元匀晶相图
两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，即在固态下形成无限固溶体的合金相图称为匀晶相图
相图分析
1）特征点
2）特征线
液相线：向上凸的曲线是不同成分液相开始转变为固溶体的温度连线
固相线：向下凹的曲线是不同成分液相转变为固溶体终了温度连线
3）特征区
液相单相区
固溶体单相区
液固平衡共存两相区
固溶体合金的平衡结晶过程
杠杆定律及其应用
在合金相图中的两相区内，若给定某一温度，就能准确定在该温度下两相的成分，以及在该温度下两平衡相的相对质量
不平衡结晶—枝晶偏析
由于冷却过程中，原子无法充分进行扩散，先结晶出的固相含高熔点组元较多，后结晶的固相含低组元较多，快速冷却使得这种成分不均匀现象保留了下来，形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干和后结晶的分支成分不一样，故这种偏析称为枝晶偏析
二元共晶相图
通常把在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个不同固相的过程称为共晶转变
相图分析
典型成分合金的平衡结晶过程及室温组织
相组成物和组织组成物
组织组成物是指结晶过程中形成的、具有清洗轮廓、在显微镜下能清楚区别开的组成部分
相组成物指显微组织的基本相，其具有确切的成分和结构，但没有形成态的概念
二元包晶相图
通常把在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程称为包晶转变
二元共析相图
在恒定的温度下，一个特定成分的固相分解成另外两个与母相不同的固相的转变沉稳给共析转变
合金性能与相图的关系
使用性能
工艺性能
第七章 有色金属及其合金
铝及其合金
铝及铝合金的性能特点
铝合金的分类
铝合金的热处理
铝合金的牌号、性能及用途
变形铝合金
防锈铝合金
硬铝合金
超硬铝合金
锻铝合金
铜及其合金
铜及铜合金的性能特点
黄铜
普通黄铜
特殊黄铜
青铜
锡青铜
铝青铜
铍青铜
白铜
滑动轴承合金
组织性能要求
1）足够的强韧性，以承受轴颈施加的压力、冲击及交变载荷
2）较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合
3）较小的摩擦因数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦间良好跑合
常用轴承合金
锡基轴承合金
铅基轴承合金
铜基轴承合金
铝基轴承合金
镁及其合金
镁及镁合金的性能特点及应用
镁合金的性能特点
比强度高
弹性模量小
抗电磁干扰
减震性能强
加热性能好
导热性能好
镁合金的合金
钛及其合金
钛及钛合金的性能特点
纯钛
钛合金
α钛合金
β钛合金
(α+β)钛合金
钛合金的应用
航空航天
汽车行业
医疗行业
锂及其合金
纯锂
铝锂合金
第六章 铸铁
概述
铸铁的石墨化过程
铸铁的特点及分类
铸铁的组织特点
铸铁的性能特点
力学性能
耐磨性能好
消振性能好
铸造性能好
切削性能好
铸铁的分类和牌号表示方法
白口铸铁
灰口铸铁
麻口铸铁
常用铸铁
灰铸铁
灰口铸铁的化学成分、组织和性能
铁素体灰口铸铁
珠光体+铁素体灰口铸铁
珠光体灰口铸铁
灰铸铁的牌号与应用
灰口铸铁的孕育处理
灰口铸铁的热处理
去应力退火
消除白口、改善切削加工性能
可锻铸铁
组织
性能
球墨铸铁
组织
性能
热处理
球墨铸铁的热处理特点
退火
正火
淬火加回火
等温淬火
用途
蠕墨铸铁
合金铸铁
第五章 工业用钢
概述
钢的分类
按化学分类
碳素钢
低碳钢
中碳钢
高碳钢
合金钢
低合金钢
中合金钢
高合金钢
按质量等级（根据磷、硫的含量）
普通质量钢
优质钢
高级优质钢
特级优质钢
按冶炼方法
平炉钢
转炉钢
电炉钢
按金相组织
亚共析钢
共析钢
过共析钢
按用途
结构钢
工具钢
特殊性能钢
钢的牌号
碳素结构钢和低合金高强度结构钢
优质碳素结构钢
合金结构钢和合金弹簧钢
工具钢
碳素工具钢的牌号由字母“T”与其后面的数字组成，数字表示碳平均质量分数的千分之几
合金工具钢和高速工具钢牌号的表示方法与合金结构钢基本相同，但一般不表明含碳质量分数数字
滚动轴承钢
高碳铬滚动轴承钢的牌号以字母“G”打头，牌号中不标明碳质量分数，铬质量分数以千分之一为单位
不锈钢与耐热钢
不锈钢与耐热钢的牌号由表示平均含碳质量分数的数字（以千分数为单位）+合金元素符号+合金元素百分含量组成
铸钢
以强度为主要特征的铸钢牌号为“ZG”加上两组数字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字表示最低抗拉强度值
钢中杂质元素对钢性能的影响
锰的影响
硅的影响
硫的影响
磷的影响
气体的影响
合金元素在钢中的作用
合金元素对钢中基本相的影响
形成合金铁素体
形成碳化物
合金元素对热处理和力学性能的影响
对奥氏体化的影响
细化晶粒
对C曲线和淬透性的影响
提高回火稳定性
结构钢
普通碳素结构钢
用途
适用于一般工程用，如热轧钢板、钢带、型钢、棒钢
成分特点和牌号
优质碳素结构钢
低合金高强度结构钢（普通低合金结构钢）
用途
成分特点
热处理特点
钢种和牌号
渗碳钢
性能要求
表面具有高硬度和高耐磨性
具有良好的热处理工艺性能
成分特点
低碳
合金元素
热处理和组织特点
常用钢种
低淬透性渗碳钢
中淬透性渗碳钢
高淬透性渗碳钢
调质钢
性能要求
具有良好的综合力学性能，即具有高的强渡、硬度和良好的塑性、韧性
具有良好的淬透性
成分特点
中碳
合金元素
热处理特点
常用钢种
低淬透性调制钢
中淬透性调制钢
高淬透性调质钢
弹簧钢
性能要求
成分特点
加工及热处理特点
冷成型弹簧
热成型弹簧
常用钢种
滚动轴承钢
性能要求
成分特点
高碳
合金元素
热处理特点
典型钢种
特殊性能钢
不锈钢
金属腐蚀的概念
腐蚀是指材料在外部介质作用下发生逐渐破坏的现象
化学腐蚀
金属在非电解质中的腐蚀
电化学腐蚀
金属在电解质溶液中的腐蚀
放置措施
均匀的单相组织，避免形成原电池
提高合金的电极电位
使表面形成致密稳定的保护膜，切断原电池
用途及性能要求
成分特点
碳含量
合金元素
铬
镍
钼
钛、铌
常用不锈钢
耐热钢
性能要求
高的热化学稳定性
高的热强性
成分特点
提高抗氧化性
提高热强性
固溶强化
第二项强化
晶界强化
常用的耐热钢
珠光体耐热钢
马氏体耐热钢
奥氏体耐热钢
耐磨钢
工具钢
刃具钢
性能要求
高硬度
高耐磨度
高热硬度
足够的韧性
常用刃具钢
碳素工具钢
低合金工具钢
高速钢
成分特点
加热与热处理
常用钢种
模具钢
冷作模具钢
性能要求
成分特点
高碳
合金元素
常用钢种
热处理特点
冷作模具钢的类型
碳素工具钢和低合金工具钢
耐冲击工具用钢
热作模具钢
量具钢
性能要求
量具在使用过程中要与被测零件接触，承受摩擦与冲击，而且本身必须具有高的尺寸精度和稳定性
量具用钢
热处理特点
1）预备热处理采用球化退火或调质处理，因为球状碳化物稳定性最高
2）采用下限温度淬火和冷处理，目的时减少残余奥氏体量
3）回火后进行长时间低温时效处理，以消除内应力，降低马氏体的正方度
第四章 金属强化理论和钢的热处理
金属强化理论简介
金属强度的实质
金属的强度指标代表着金属在一定变形过程中对塑性变形的抵抗能力，一切提高金属变形能力的因素均能提高金属的强度
制造不含位错的完整的金属晶体
增加实际金属晶体中的位错数目及其移动阻力来提高金属强度
提高金属强度的两个主要途径
金属强化机制
固溶强化（溶质原子）
合金组织大多存在固溶体，由于其中的溶质原子与溶剂金属原子大小不一，溶剂晶格发生畸变，并在周围造成一个弹性应力场，此应力场与运动位错的应力场发生交互作用，增大了位错运动的阻力，使金属的滑移变形困难，从而提高合金的强度与硬度
细晶强化（晶界）
晶界是一种面缺陷，能有效地阻碍位错运动，使金属强化
沉淀强化（第二相粒子）
材料通过基体中分布有细小弥散地第二相质点而产生的强化
位错强化（位错）
材料强化途径应用举例
合金强化
马氏体强化
纤维增强复合强化
钢的热处理概述
普通热处理
退火、正火、淬火、回火
表面热处理
表面淬火、化学热处理
其他热处理
真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理
钢的加热转变
奥氏体的形成过程
1）奥氏体晶核形成，晶核首先在铁素体和渗碳体相界处形成，因为相界处的成分和结构对形核有利
2）奥氏体晶核长大，奥氏体晶核形成后，便通过碳原子的扩散向铁素体和渗碳体方向长大
3）残余渗碳体溶解，铁素体在成分和结构上比渗碳体更接近于奥氏体，因而先于奥氏体消失
4）奥氏体成分均匀化，渗碳体溶解后，其所在位置碳的含量仍比其他部位的高，需要通过较长时间的保温使奥氏体成分逐渐趋于均匀
奥氏体的晶粒大小及其影响因素
奥氏体的晶粒度
影响奥氏体晶粒大小的因素
加热温度与保温时间
加热温度高、保温时间长，奥氏体晶粒粗大
加热速度
加热速度快，过热度大，形核率越高，晶粒越细
合金元素
随奥氏体中含碳量的增加，奥氏体晶粒长大倾向变大，但如果碳以残余渗碳体的形式存在，则由于其阻碍晶界移动，反而使长大倾向减小
原始组织接近平衡状态的组织有利于获得细奥氏体晶粒
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，从而降低了钢的常温力学性能，尤其是塑性
钢的冷却转变
过冷奥氏体的转变产物及转变过程
珠光体转变
贝氏体转变
上贝氏体的强度和塑性都较低，无实用价值
下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一
马氏体转变
马氏体的晶体结构
马氏体的形态
马氏体的性能
马氏体转变的特点
无扩散性转变
不断降温下形成
高速长大
转变不完全性
过冷奥氏体冷却转变图
过冷奥氏体的等温转变图
共析钢C曲线的分析
影响C曲线的因素
1）碳质量分数的影响
2）合金元素的影响除Co以外
3）奥氏体化条件的影响
过冷奥氏体连续冷却转变图
钢的退火与正火
退火目的
调整硬度，便于切削加工
消除残余内应力
细化晶粒
退火工艺种类工艺种类
完全退火
等温退火
球化退火
扩散退火（均匀化退火）
去应力退火（低温退火）
再结晶退火
正火
1）作为低、中碳钢的预先热处理，可获得合适的硬度，改善切削加工性，为淬火作组织准备
2）消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备
3）作为普通结构零件的最终热处理，使组织细化，提高钢的强度、硬度和韧度
正火和退火的选用
切削加工性考虑
从零件的结构形状考虑
从经济成本考虑
钢的淬火与回火
钢的淬火
淬火目的：获得马氏体，提高钢的力学性能
淬火工艺
淬火加热温度的选择
淬火冷却介质合理选择
淬火方法
单液淬火法
双液淬火法
分级淬火法
等温淬火法
冷处理
钢的淬透性
概念
钢在淬火时获得淬透层深度的能力
淬透性对钢力学性能的影响
影响淬透性的因素
化学成分
奥氏体化条件
淬透性的测定与表示方法
末端淬火法
临界直径法
钢的淬火缺陷
过热与过烧
变形与开裂
氧化与脱碳
硬度不足与软点
淬透性的实际意义
力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢的淬透性又会直接影响热处理后的力学性能
回火
目的
1）降低脆度，减少或消除内应力，防止工件变形开裂
2）调整淬火钢的组织与性能，用不用的回火温度配合，获得工件的使用性能
3）稳定工件尺寸
4）对于某些高淬透性的合金钢，空冷便可淬成马氏体，如采用退火软化，则周期较长
淬火钢回火时的性能变化
回火种类及适用范围
1）低温回火
2）中温回火
3）高温回火
回火脆性
不可逆回火脆性
可逆回火脆性
钢的表面热处理与新技术简介
钢的表面淬火热处理
火焰加热表面淬火
感应加热表面淬火
感应表面加热淬火的原理
感应加热的分类
高频感应加热
中频感应加热
工频感应加热
感应加热表面淬火的特点
1）感应加热速度极快，一般只需要几秒到几十秒的时间，就可使工件迅速达到淬火温度
2）工件表层获得极小的M组织，使工件表层具有比普通淬火稍高的硬度，且脆性较低
3）工件表面质量好，由于快速加热，工件表面不易氧化，脱碳，且淬火时工件变形小
4）生产效率高，便于实现机械化、自动化，淬硬层深度也易于控制
感应加热表面淬火用钢及加工工艺路线
1）感应加热表面淬火零件的预先热处理有调质和正火两种，调质后工件的力学性能比正火的好
2）感应加热表面淬火后工件必须随即进行低温回火
3)零件经感应加热表面淬火+低温回火后，其表层组织为M，心部组织为S或F+S
钢的化学热处理
渗碳
渗碳方法
固体渗碳
将工件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，用盖和耐火泥将箱密封后，送入炉中加热至渗碳温度
液体渗碳
气体渗碳
真空渗碳法
将零件放入特制的真空渗碳炉内，先抽真空，使之达到一定的真空度，然后将炉温升至渗碳温度，再通入一定量的渗碳气体进行渗碳的方法
渗碳用钢、渗碳层的组织及热处理
直接淬火法
一次淬火法
二次淬火法
钢的氮化
气体氮化
离子氮化
高温渗氮共渗碳
低温碳氮共渗
表面热处理新技术简介
激光加热表面热处理
淬火冷却无需冷却剂，简化了工艺
零件的变形小，表面光洁
可进行局部选择性淬火
离子氮化
离子注入
表面气相沉积
如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体上，则将使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化
自然界中一切固态物质，按照其内部原子（或分子）排列状况，分为晶体和非晶体两大类。所谓晶体就是原子呈规则排列的物体，具有固定熔点和各向异性等特性。
材料在外力作用下发生的形状和尺寸变化称为变形，外力去除后能够恢复的变形称为弹性形变，外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形