机械工程材料与热处理 复习资料

1. 金属的晶体结构

晶体与非晶体

晶体：凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体。

非晶体：凡内部原子无规则排列的物质称为非晶体。

晶体与非晶体的区别

内部原子的排列是否有规则；

晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点；

晶体具有各向异性，而非晶体呈各向同性。

2. 金属的晶体结构

三种典型的金属晶体结构

晶体结构特征

（1）晶格尺寸：可用晶格常数表达

（2）晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目

（3）原子半径：晶胞中原子密度最大的方向上相邻的两个原子之间

平衡距离的一半

（4）配位数：晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数

目。

（5）致密度：晶胞中原子本身所占有的体积与该晶胞体积之比的百

分数

3. 金属的晶体结构

金属晶体中晶面指数、晶向指数

晶面指数：在晶体学中，通过晶体中心的平面叫做晶面。

晶面指数确定步骤

(1) 以晶胞的某一阵点O 为原点，过原点O 的晶轴

为坐标轴x , y , z ，以晶胞点阵矢量的长度a , b , c 作

为坐标轴的长度单位。

(2) 求出待标晶面在坐标轴上的截距。

(3) 取截距的倒数 1/x ，1/y ，1/z 。将这些倒数

化成最简整数比ｈ：ｋ：ｌ＝1/x ，1/y ，1/z 。

(4) 将h ，k ，l 置于圆括号内，写成（h k l ) ,

则（h k l ）就是待标晶面的晶面指数。

4. 关于晶面指数的几点说明

(1) 、晶面指数并不特指某一个晶面，而是代表着与该晶面平行的所

有晶面；

(2) 、待定晶面不要通过坐标轴原点，否则会出现截距为零的情况；

(3) 、一个面和它的负面是等同的，是可以通用的；

(4) 、原子排列完全相同但不平行的晶面成为晶面族。

5. 金属的晶体结构

金属晶体中晶面指数、晶向指数

晶向：通过原子中心的直线

晶向指数确定步骤

(1) 在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶面指数时相同。

(2) 选取该晶向上原点以外的任一点P (x ，y ，z ) 。

(3) 将x ，y ，z 化成最简整数比u ，v ，w 且u ∶v ∶w =x ∶y ∶z 。 。

(4) 将 u ，v ，w 三数置于方括号内就得 到晶向指数[u v w ]。 6.

7. (1) 不同的组元可以组成不同的相，相同的组元也可以组成不同的

相。

（2）对于不同的合金可能具有不同类型的相，也可能具有相同类型

的相，同一合金在不同条件下可能具有不同的相。

（3）固态合金可以是仅由一种固相组成的单相合金，也可以是由几

种不同固相组成的多相合金。

（4）在有些情况下，金属的组织名称相同，组成相也相同，但晶粒

形状、大小不同，则它们的性能也不相同。

8. 纯金属的结晶

(1) 、金属的冷却曲线和过冷现象

过冷—指液态金属实际冷却到结晶

温度以下而暂不结晶的现象。

过冷度—理论结晶温度和实际结晶

温度之差。

9. 纯金属的结晶

(1) . 金属的冷却曲线和过冷现象

过冷—指液态金属实际冷却到结晶

温度以下而暂不结晶的现象。

过冷度—理论结晶温度和实际结晶

温度之差。

10. 纯金属的结晶

(1) . 金属的冷却曲线和过冷现象

过冷—指液态金属实际冷却到结晶

温度以下而暂不结晶的现象。

过冷度—理论结晶温度和实际结晶

温度之差。

11. 纯金属的结晶

(1) . 金属的冷却曲线和过冷现象

过冷—指液态金属实际冷却到结晶

温度以下而暂不结晶的现象。

过冷度—理论结晶温度和实际结晶

温度之差。

12.

液

线： a d b

固相线： a c d e b

三个单相区：L 、α、β （α、β是有限固溶体） 相

共晶点：d 共晶成分的合金冷却到此点所对应的温度（共晶温度），

共同结晶出αc 、βe

13.

(1) . 晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大

(2) . 晶粒小→晶界附近位错密度小→应力集中小→滑移由这晶粒到另

外一个晶粒机会少→变形困难→屈服强度↑

(3) . 晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→减少应力集中

(4) . 晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变

形

(5) . 细晶强化：晶粒细化→强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提

高。

14.

16. 金属的热塑性加工

(1) . 热加工与冷加工的区别

在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再

结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。

热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热 加工不会带来加工硬化效果。

17. 钢的热处理是通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改变

其内部组织结构，以获得所需性能的一种加工工艺。

18. 过冷奥氏体等温转变的组织和性能

19. 马氏体型转变

（1）马氏体的组织形态：非扩散相变，M s 以下, A →M a ) 低碳(

b ) 高碳(>1. 0%) 马氏体：针片状__硬而脆

20. 钢在冷却时的组织转变

(1) 、过冷奥氏体等温转变的组织和性能

(2) . 马氏体的性能

高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含

碳量。含碳量增加，其硬度增加。当含碳量大于0. 6%时，其硬度趋于平缓。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性.

21.

过共析钢CCT 曲线 亚共析钢CCT 曲线

22. 机械零件的一般加工工艺为：

(1) . 毛坯（铸、锻）→预备热处理→机加工→最终热处理。

(2) . 退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才

作为最终热处理。

23.

23.

24.

25.

26. 钢的退火和正火

(1) . 钢的退火

扩散退火（均匀化退火）铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。

特点：加热温度高(一般在A c 3或A c m 以上150~200℃) ，保温时间长(10h 以上)

(2) 去应力退火 用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至A c 1-(100 ～ 200 ℃) ，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至300 ～ 200 ℃以下出炉。

27. 钢的退火和正火

(1) 、钢的正火 正火是将亚共析钢加热到A c 3+30～80℃，共析钢

加热A c 1+30～80℃，过共析钢加热到A c c m +30～80℃，保温后空冷的工艺。与退火相比，冷却的速度稍快，得到的组织较细小，所以强度、硬度比退火的高。

28. 钢的退火和正火

钢的正火

正火的目的

(1) 改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；

(2) 作为普通结构零件或大型及形状复杂零

件的最终热处理；

(3) 作为中碳和低合金结构钢重要零件的预

备热处理；

(4) 消除过共析钢中的网状二次渗碳体

29. 正火后的组织

S (W c =0. 6～1. 4%) ， S +F (W c ＜0. 6%)

30. 钢的淬火

(1) 、淬火的目的

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏

体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能

31．

32．常用淬火方法

a ) 单液淬火：直冷，简单易操作

b ) 双液淬火：先快后慢，降低应力

c ) 分级淬火：降-恒-降，应力极低

d ) 等温淬火：得到B 下〔工模具、弹簧〕

33． 钢的回火

淬火后具有以下特点：

① 得到不平衡（即不稳定）组织。 ② 存在较大内应力。

③ 力学性能不能满足要求。

④ 因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。回火又称配火。是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处

理。或将淬火

后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。根据不同的要求可采用低温回火、中温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。

35．常用工艺路线：锻造-退火或正火——粗机械加工——调质或正

火——精机械加工——感应加

36．渗碳工件的一般工艺路线为：锻造——正火——机加工——渗

碳——淬火+低温回火——精加工 热淬火——低温回火——磨削。

37. 钢的渗碳

防止渗碳方法：

(1) 加大余量法---在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量, 其留量比渗碳层深度大一倍以上。渗碳后先车去渗碳层再转淬火。

(2) 镀铜法---在不需渗碳的部位电镀一层0. 02--0. 04m m 的铜, 铜层要致密, 不得暴露原金属。

(3) 涂料法---在不需渗碳的部位涂上防渗涂料。

(4) 工装法----自制专用工装, 把不需渗碳的部位封闭密封。

38．注意事项：

(1) 不得用镀锌的方法防渗碳。

(2) 渗碳后需进行机械加工的工件, 硬度不应高于30H R C 。

39．渗氮零件的一般工艺路线：锻造——正火或退火——粗加工——

调质——精加工——去应力——粗磨——氮化——精磨或研磨

40. 钢的氮化

渗氮零件注意事项:

(1) 渗氮前的预备热处理调质--调质处理回火温度一般高于渗氮温度。

(2) 渗氮前的预备热处理去应力处理--消除应力的温度均应低于回火温度，保温时间比回火时间要长些，再缓慢冷却到室温。

(3) 渗氮零件的表面粗糙度R a 应小于1. 6u m ，表面不得有拉毛、碰伤及生锈等缺陷。不能及时处理的零件须涂油保护, 以免生锈。吊装入炉时再用清洁汽油擦净以保证清洁度。

(4) 含有尖角和锐边的工件，不宜进行氮化处理。

(5) 局部不氮化部位的保护，不宜用留加工余量的方法。

(6) 表面未经磨削处理的工件，不得进行氮化。

41．

42．

1）碳素结构钢和低合金高强度钢

Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号

Q 表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa 质量等级符号为A 、B 、C 、D 、（E ）。由A 到E ，其

P 、S 含量依次下降，质量提高。

脱氧方法符号：F Z b TZ 如碳素结构钢牌号表示为Q235AF 、Q235BZ 。

43．

44．

45．

46．

47．（1）钢制齿轮

轻载，低、中速，冲击力小，精度要求较低的一般齿轮，选用中碳钢

（如Q 375\40\45\50\50M n 等）制造，常用正火或调质等处理制

成软齿轮齿轮，正火硬度为160-200H B W ，调质硬度一般为200-280H B W 。这类齿轮硬度适中，齿轮加工可在热处理后进行。主要用于标准系统减速箱齿轮，以及冶金机械、重型机械和机床中的一些次要齿轮。

（2）钢制齿轮

中载、中速、受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮，选用中碳钢或

合金调质钢（如45、50M n 、40C r 、42S i M n 等）制造，其最终热处理采用高频或中频淬火及低温回火，制成硬面齿轮，齿轮部保持原正火或调质状态，具有较好的韧性。大多数机床齿轮属于这种类型。

（3）钢制齿轮

重载，中、高速，且受较大冲击载荷的齿轮，选用低碳合金渗碳钢或

碳氮共渗钢（如20C r 、20M n B 、20C r M n T i 、30C r M n T i 等）制造。其热处理是渗碳、淬火低温回火，因淬透性高，齿轮心部有较高的强韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗接触疲劳强度、抗弯强度及心部的抗冲击能力都高于表面淬火齿轮，但热处理变形较大，在精度要求较高时应安排磨削加工，主要用于汽车、拖拉机变速和后桥中的齿轮