机械制造基础上册
第一章
强度: 材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 硬度:是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。
断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积S u的收缩量与原始横截面积S0之比。
第二章
常见的金属晶体结构 1. 体心立方晶格(bcc)
°
晶胞的特征参数:a = b = c ,α = β = γ = 90
致密度:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。K= nV原子／V 晶体= 0.68 = 68 % 属于体心立方晶格的金属有:钠 ( Na ) ; 钾 ( K ) ; 铬 ( Cr ) ;钼 ( Mo ) ; 钨 ( W ) ; 钒 ( V ) ;
钽 ( Ta ) ; 铌 ( Nb ) ; α-铁 ( α-Fe ) 等
2. 面心立方晶格( fcc)
°
晶胞的特征参数:a = b = c ,α = β = γ = 90
致密度:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。K= nV原子／V 晶体= 0.74 = 74 % 属于面心立方晶格的金属有:金 ( Au ) ; 银 ( Ag ) ; 铜 ( Cu ) ;铝 ( Al ) ; 镍 ( Ni ) ;
铂 ( Pt ) ;铅 ( Pb ) ; γ-铁 ( γ-Fe ) 等。 3. 密排六方晶格 ( c/a = 1.633 )
°
晶胞的特征参数:a = b = c,α = β = 90,γ = 120°; 致密度:K= nV原子／V 晶体= 0.74 = 74 %
属于密排六方晶格的金属有:镁 ( Mg ) ; 锌 ( Zn ) ; 镉 ( Cd ) ;α – 钛 ( α – Ti ) ; 铍 ( Be ) 等 。
金属缺陷：点缺陷（空位，间隙原子，置换原子），线缺陷（位错），面缺陷（一定厚度的
原子排列不规则的过渡带）。
过冷：通常把实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差ΔT称为过冷度。 金属结晶过程：形核（自发形核和非自发形核）
长大
第三章
合金：有两种或两者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性的物质称为合金。
相：材料中具有同一聚集状态、同一化学成分，同一结构并于其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。
组织：通常人眼看到或借助于显微镜观察到的材料内部的微观形貌（图像）称为组织。 固溶体：合金在固态时，组元之间相互溶解，形成在某一组元晶格中包含有其他组元原子的新相，这种新相称为固溶体。 固溶体的主要类型及形成条件 置换固溶体 形成特征:
R 溶剂 ≈ R 溶质 例如: Au – Cu
置换固溶体的分类：无限固溶体，有限固溶体，无序固溶体，有序固溶体 间隙固溶体 形成的特征:
R 溶质 / R溶剂
间隙固溶体都是有限固溶体，也 都是无序固溶体。 固溶强化
● 把溶入溶质元素形成固溶体而使强度、硬度升高的现象称之为固溶强化。 ● 固溶强化是金属材料的一种重要的强化途径。 枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。因为固溶体的结晶一般是按树枝状方式长大，首先结晶出枝干，剩余的液体填入枝间，这就使先结晶的枝干成分与后结晶的枝间成分不同，由于这种晶内偏析成树枝分布，故又称枝晶偏析。
第四章
碳的质量分数对铁碳合金性能的影响 P 61
随着c 质量分数W c 的增大, 碳钢的硬度持续增加，塑性和韧性连续降低，强度在W c 0.9%后，强度则不断下降。 钢的牌号规则 P63-68
第五章
塑性变形的基本形式——滑移和孪生
● 滑移：在外加切应力作用下，单晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向的一
定方向（滑移方向）发生相对的滑动，当应力去除后也不能恢复原位的这种相对移动。 ●
孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。→金
属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。
(1)滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。 (2)孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生
ⅰ. FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。 ⅱ. BCC金属仅在室温或受冲击时发生。 ⅲ. CPH金属较容易发生孪生。
(3)滑移→原子移动的相对位移是原子间距的整数值→不引起晶格位向的变化。
孪生→原子移动的相对位移是原子间距的分数值→孪晶晶格位向改变→促进滑移
(4)孪生产生的塑性变形量小（≤滑移变形量的10％）← 孪生变形引起的晶格畸变大
加热对冷变形金属的组织和性能的影响：
1．回复
T 较小，物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低——去应力退火。
2. 再结晶
1）新的形核一长大过程，无新相生成
加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织发生显著变化→等轴晶粒，强度大大下降
再结晶温度：再结晶不是恒温过程， 纯金属： T R =0.4-0.35Tm (K) 合 金： T R =0.5-0.7Tm (K) 影响再结晶温度的因素
①变形量的影响②原始晶粒度的影响③化学成分的影响④加热速度和保温时间的影响 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺 2）影响再结晶晶粒度的因素
①温度T ↑—↑晶界迁移—长大↑ ②预变形度
晶粒长大
再结晶完成后的晶粒是细小的, 但如果继续加热, 加热温度过高或保温时间过长时, 新生晶粒之间还会大晶粒吞并小晶粒，使晶粒长大, 最后得到粗大晶粒的组织, 使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。
一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。 晶粒长大是降低能量的自发过程。 晶粒长大其实质是一种晶界的迁移过程。
第六章 热处理
1. 奥氏体形成四个阶段
奥氏体晶粒度:
1. 起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 2. 实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。
3. 本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃ 以下, 随温度升高, 晶粒长大的程度 钢的本质晶粒度示意图
奥氏体晶粒大小的影响因素
● 加热温度和保温时间
● 原始组织：粒状珠光体比片层珠光体奥氏体化后的晶粒更细小。
● 加入合金元素：加入形成稳定碳化物的合金元素，形成氧化物、氮化物的元素都会
阻碍奥氏体晶粒长大；锰、磷促进奥氏体晶粒长大。
C 曲线
p91
马氏体定义:是一种碳在α – Fe中的过饱和固溶体。 四把火
预备热处理 :
退火把零件加温到临界温度以上30～50℃, 保温一段时间, 然后随炉冷却。
目的:消除应力; 降低硬度; 细化晶粒; 均匀成分; 为最终热处理作好组织准备。
1．完全退火：组织：P+F 目的：
①细化，均匀化粗大、不均匀组织
②接近平衡组织——调整硬度→切削性↑ ③消除内应力
应用范围：亚共析钢，共析钢，不适用于过共析钢 2．球化退火（不完全退火） 组织：球状P （F+球状Cem ） 目的：
①使Cem 球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑ ②为淬火作准备
应用范围：过共析钢，共析钢 3．扩散退火（均匀化退火） 组织：P+F或P+Fe3C II 目的：消除偏析
后果：粗大晶粒（应用完全退火消除） 4．再结晶退火
加热温度：Ac1以下50-150℃，或T 再+30-50 ℃ 目的：消除加工硬化
正火把零件加温到临界温度以上30～50℃, 保温一段时间, 然后在空气中冷却。 目的: 消除应力; 调整硬度; 细化晶粒; 均匀成分; 为最终热处理作好组织准备。
热处理后的组织:S + Fe3C(W c=0.6～1.4%)
S+F (W c ＜0.6%)
应用范围:
1. 预备热处理:调整低、中碳钢的硬度; 消除过共析钢中的Fe3C Ⅱ。 2. 最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。 最终热处理 :
淬火 把零件加温到临界温度以上30 ～ 50℃, 保温一段时间, 然后快速冷却 ( 水冷 ) 目的: 为了获得马氏体组织, 提高钢的硬度和耐磨性。
热处理后的组织:
回火 把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度, 保温一段时间, 然后冷却到窒温。 目的: 消除淬火应力, 降低脆性; 稳定工件尺寸; 调整淬火零件的力学性能。
● a. 马氏体分解（800C-3000C ） 析出e 碳化物（亚稳定）
回火组织为：过饱和a 固溶体十亚稳定e 碳化物（极细的）→回火M （M ’）晶格畸变降低，淬火应力有所下降。
● b. 残余A 有分解 200-3000C ：A → M ’ ● c. 碳化物的聚集长大>（2800C-4000C ） e 碳化物→Fe3C 片→细粒状Fe 3C
组织：铁素体+细粒状Fe 3C →回火T
● d. 铁素体的回复与再结晶：多边形F+粗粒状Fe 3C 回火的种类
淬火 + 高温回火 = 调质处理 钢的淬透性
1. 定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占50%处) 的深度。
2. 影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK 的大小, VK 越大, 钢的淬透性越小。 影响淬透性的因素——V K ，C 曲线
C%:
亚共析钢 C%↑→淬硬性↑ 过共析钢C%↑→淬硬性↓
奥氏体化温度:
T↑t↑→淬透性↑
合金元素:
除Co%以外，C 曲线右移，↑淬透性
钢的淬硬性
（1）定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。
（2）影响钢的淬硬性的因素:主要取决于 马氏体的含碳量。 3. 淬硬性与淬透性之间的关系:
第七章合金钢
第八章铸铁
铸铁分类
1. 按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁
2. 2．按石墨形态分类
a. 灰铸铁 片状 c. 可锻铸铁 团絮状 b. 球墨铸铁 球状 d. 蠕墨铸铁 蠕虫状 牌号及用途：
十二章 铸造
凝固的三种方式(P 227) :逐层凝固2. 中间凝固3糊状凝固 收缩的三个阶段:1.液态收缩2. 凝固收缩3. 固态收缩 缩孔和缩松:p228
改错:结构工艺性不合理图改正 铸锻焊切削p250,p251
图12.40
图12.42
p253; 图12.46
p254图12.49
第十三章锻造 P267锻造比, 流线组织
结构工艺性p272 表
13-2
模锻的结构工艺性
p2786
第十四章焊接
1. 焊接热循环 p299
14.1.2
2. 焊接的热影响区 四个区 及性能好与坏 简答p299
焊接电弧组成
焊条的组成
焊条的分类(酸碱) 及优缺点及选用原则p307
机械制造基础上册
第一章
强度: 材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 硬度:是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。
断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积S u的收缩量与原始横截面积S0之比。
第二章
常见的金属晶体结构 1. 体心立方晶格(bcc)
°
晶胞的特征参数:a = b = c ,α = β = γ = 90
致密度:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。K= nV原子／V 晶体= 0.68 = 68 % 属于体心立方晶格的金属有:钠 ( Na ) ; 钾 ( K ) ; 铬 ( Cr ) ;钼 ( Mo ) ; 钨 ( W ) ; 钒 ( V ) ;
钽 ( Ta ) ; 铌 ( Nb ) ; α-铁 ( α-Fe ) 等
2. 面心立方晶格( fcc)
°
晶胞的特征参数:a = b = c ,α = β = γ = 90
致密度:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。K= nV原子／V 晶体= 0.74 = 74 % 属于面心立方晶格的金属有:金 ( Au ) ; 银 ( Ag ) ; 铜 ( Cu ) ;铝 ( Al ) ; 镍 ( Ni ) ;
铂 ( Pt ) ;铅 ( Pb ) ; γ-铁 ( γ-Fe ) 等。 3. 密排六方晶格 ( c/a = 1.633 )
°
晶胞的特征参数:a = b = c,α = β = 90,γ = 120°; 致密度:K= nV原子／V 晶体= 0.74 = 74 %
属于密排六方晶格的金属有:镁 ( Mg ) ; 锌 ( Zn ) ; 镉 ( Cd ) ;α – 钛 ( α – Ti ) ; 铍 ( Be ) 等 。
金属缺陷：点缺陷（空位，间隙原子，置换原子），线缺陷（位错），面缺陷（一定厚度的
原子排列不规则的过渡带）。
过冷：通常把实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差ΔT称为过冷度。 金属结晶过程：形核（自发形核和非自发形核）
长大
第三章
合金：有两种或两者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性的物质称为合金。
相：材料中具有同一聚集状态、同一化学成分，同一结构并于其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。
组织：通常人眼看到或借助于显微镜观察到的材料内部的微观形貌（图像）称为组织。 固溶体：合金在固态时，组元之间相互溶解，形成在某一组元晶格中包含有其他组元原子的新相，这种新相称为固溶体。 固溶体的主要类型及形成条件 置换固溶体 形成特征:
R 溶剂 ≈ R 溶质 例如: Au – Cu
置换固溶体的分类：无限固溶体，有限固溶体，无序固溶体，有序固溶体 间隙固溶体 形成的特征:
R 溶质 / R溶剂
间隙固溶体都是有限固溶体，也 都是无序固溶体。 固溶强化
● 把溶入溶质元素形成固溶体而使强度、硬度升高的现象称之为固溶强化。 ● 固溶强化是金属材料的一种重要的强化途径。 枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。因为固溶体的结晶一般是按树枝状方式长大，首先结晶出枝干，剩余的液体填入枝间，这就使先结晶的枝干成分与后结晶的枝间成分不同，由于这种晶内偏析成树枝分布，故又称枝晶偏析。
第四章
碳的质量分数对铁碳合金性能的影响 P 61
随着c 质量分数W c 的增大, 碳钢的硬度持续增加，塑性和韧性连续降低，强度在W c 0.9%后，强度则不断下降。 钢的牌号规则 P63-68
第五章
塑性变形的基本形式——滑移和孪生
● 滑移：在外加切应力作用下，单晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向的一
定方向（滑移方向）发生相对的滑动，当应力去除后也不能恢复原位的这种相对移动。 ●
孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。→金
属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。
(1)滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。 (2)孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生
ⅰ. FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。 ⅱ. BCC金属仅在室温或受冲击时发生。 ⅲ. CPH金属较容易发生孪生。
(3)滑移→原子移动的相对位移是原子间距的整数值→不引起晶格位向的变化。
孪生→原子移动的相对位移是原子间距的分数值→孪晶晶格位向改变→促进滑移
(4)孪生产生的塑性变形量小（≤滑移变形量的10％）← 孪生变形引起的晶格畸变大
加热对冷变形金属的组织和性能的影响：
1．回复
T 较小，物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低——去应力退火。
2. 再结晶
1）新的形核一长大过程，无新相生成
加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织发生显著变化→等轴晶粒，强度大大下降
再结晶温度：再结晶不是恒温过程， 纯金属： T R =0.4-0.35Tm (K) 合 金： T R =0.5-0.7Tm (K) 影响再结晶温度的因素
①变形量的影响②原始晶粒度的影响③化学成分的影响④加热速度和保温时间的影响 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺 2）影响再结晶晶粒度的因素
①温度T ↑—↑晶界迁移—长大↑ ②预变形度
晶粒长大
再结晶完成后的晶粒是细小的, 但如果继续加热, 加热温度过高或保温时间过长时, 新生晶粒之间还会大晶粒吞并小晶粒，使晶粒长大, 最后得到粗大晶粒的组织, 使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。
一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。 晶粒长大是降低能量的自发过程。 晶粒长大其实质是一种晶界的迁移过程。
第六章 热处理
1. 奥氏体形成四个阶段
奥氏体晶粒度:
1. 起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 2. 实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。
3. 本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃ 以下, 随温度升高, 晶粒长大的程度 钢的本质晶粒度示意图
奥氏体晶粒大小的影响因素
● 加热温度和保温时间
● 原始组织：粒状珠光体比片层珠光体奥氏体化后的晶粒更细小。
● 加入合金元素：加入形成稳定碳化物的合金元素，形成氧化物、氮化物的元素都会
阻碍奥氏体晶粒长大；锰、磷促进奥氏体晶粒长大。
C 曲线
p91
马氏体定义:是一种碳在α – Fe中的过饱和固溶体。 四把火
预备热处理 :
退火把零件加温到临界温度以上30～50℃, 保温一段时间, 然后随炉冷却。
目的:消除应力; 降低硬度; 细化晶粒; 均匀成分; 为最终热处理作好组织准备。
1．完全退火：组织：P+F 目的：
①细化，均匀化粗大、不均匀组织
②接近平衡组织——调整硬度→切削性↑ ③消除内应力
应用范围：亚共析钢，共析钢，不适用于过共析钢 2．球化退火（不完全退火） 组织：球状P （F+球状Cem ） 目的：
①使Cem 球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑ ②为淬火作准备
应用范围：过共析钢，共析钢 3．扩散退火（均匀化退火） 组织：P+F或P+Fe3C II 目的：消除偏析
后果：粗大晶粒（应用完全退火消除） 4．再结晶退火
加热温度：Ac1以下50-150℃，或T 再+30-50 ℃ 目的：消除加工硬化
正火把零件加温到临界温度以上30～50℃, 保温一段时间, 然后在空气中冷却。 目的: 消除应力; 调整硬度; 细化晶粒; 均匀成分; 为最终热处理作好组织准备。
热处理后的组织:S + Fe3C(W c=0.6～1.4%)
S+F (W c ＜0.6%)
应用范围:
1. 预备热处理:调整低、中碳钢的硬度; 消除过共析钢中的Fe3C Ⅱ。 2. 最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。 最终热处理 :
淬火 把零件加温到临界温度以上30 ～ 50℃, 保温一段时间, 然后快速冷却 ( 水冷 ) 目的: 为了获得马氏体组织, 提高钢的硬度和耐磨性。
热处理后的组织:
回火 把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度, 保温一段时间, 然后冷却到窒温。 目的: 消除淬火应力, 降低脆性; 稳定工件尺寸; 调整淬火零件的力学性能。
● a. 马氏体分解（800C-3000C ） 析出e 碳化物（亚稳定）
回火组织为：过饱和a 固溶体十亚稳定e 碳化物（极细的）→回火M （M ’）晶格畸变降低，淬火应力有所下降。
● b. 残余A 有分解 200-3000C ：A → M ’ ● c. 碳化物的聚集长大>（2800C-4000C ） e 碳化物→Fe3C 片→细粒状Fe 3C
组织：铁素体+细粒状Fe 3C →回火T
● d. 铁素体的回复与再结晶：多边形F+粗粒状Fe 3C 回火的种类
淬火 + 高温回火 = 调质处理 钢的淬透性
1. 定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占50%处) 的深度。
2. 影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK 的大小, VK 越大, 钢的淬透性越小。 影响淬透性的因素——V K ，C 曲线
C%:
亚共析钢 C%↑→淬硬性↑ 过共析钢C%↑→淬硬性↓
奥氏体化温度:
T↑t↑→淬透性↑
合金元素:
除Co%以外，C 曲线右移，↑淬透性
钢的淬硬性
（1）定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。
（2）影响钢的淬硬性的因素:主要取决于 马氏体的含碳量。 3. 淬硬性与淬透性之间的关系:
第七章合金钢
第八章铸铁
铸铁分类
1. 按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁
2. 2．按石墨形态分类
a. 灰铸铁 片状 c. 可锻铸铁 团絮状 b. 球墨铸铁 球状 d. 蠕墨铸铁 蠕虫状 牌号及用途：
十二章 铸造
凝固的三种方式(P 227) :逐层凝固2. 中间凝固3糊状凝固 收缩的三个阶段:1.液态收缩2. 凝固收缩3. 固态收缩 缩孔和缩松:p228
改错:结构工艺性不合理图改正 铸锻焊切削p250,p251
图12.40
图12.42
p253; 图12.46
p254图12.49
第十三章锻造 P267锻造比, 流线组织
结构工艺性p272 表
13-2
模锻的结构工艺性
p2786
第十四章焊接
1. 焊接热循环 p299
14.1.2
2. 焊接的热影响区 四个区 及性能好与坏 简答p299
焊接电弧组成
焊条的组成
焊条的分类(酸碱) 及优缺点及选用原则p307