钢结构衬板 高级工程师笔记：工程材料

工程材料

1、工艺性能是指金属材料采用一定的工艺方法加工的难易程度。 材料的工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、机械加工性能和热处理性能。

2、机械性能的主要指标包括硬度、强度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性。

3、抗拉强度σb=K*HBS（布氏硬度HBS）。 钢材和铝合金的K值一般为3.3～3.5，铜及铜合金的K值约为4.8～5.3。 按洛氏（HR）硬度换算σb=-801.24+50.08×HRC。

4、硬度有一定范围，一般波动5HRC。

5、弹性极限σe、屈服极限σs、抗拉强度σb、条件屈服强度σ0.2、疲劳强度σ-1。

6、冲击韧性αk或Ak是判断材料抗脆性​​断裂的重要性能指标。

7、刚度是指零件受力时抵抗弹性变形的能力。 在工程中，弹性模量E称为材料的刚度。

8、熔点低的金属铸造性能好，有利于铸造工艺。

9、在金属和合金中，主要是金属键，但有时也不同程度地混有其他键。

10、常见的三种晶体结构类型：体心立方结构、面心立方结构和六方密排结构。

11、晶体缺陷分为以下三类：点缺陷（空位、间隙原子和置换原子）、线缺陷（位错）和表面缺陷。

12、晶粒越细，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。

13、每种金属都有一个平衡结晶温度，也称为理论结晶温度； 过冷（理论结晶温度与实际结晶温度之差）是结晶的必要条件。

14、细化晶粒常用的三种方法：提高冷却速度、提高过冷度； 变态治疗； 机械或超声波振动、电磁搅拌等。

15、纯金属在固态时的转变有两种：同素异形转变（包括铁、锡、钛、锰等）和磁转变（包括铁、钴、镍等）。

16、合金的相结构分为三类：固溶体（固溶强化）、金属化合物、机械混合物（如由锡、锑、铜组成的轴承合金）。

17、铁碳合金相图中共有3条水平线：包晶转变线、共晶线、共析线。

18、含碳量：亚共析钢（0.02-0.77）、共析钢（0.77）、过共析钢（0.77-2.11）；

亚共晶生铁（2.11-4.3）、共晶生铁（4.3）、过共晶生铁（4.3-6.69）；

低碳钢（0.02-0.25）

、中碳钢（0.25-0.60）、高碳钢（0.60-1.30）。

19、低碳钢的组织多为铁素体，强度和硬度较低，但塑性和韧性较高。 工业钢的含碳量一般不超过1.3%-1.4%。

20、液相线与固相线之间的距离越小，铸造性能越好。 具有共晶成分的铸铁常用于铸造铸件。 流动性好，分散缩孔小，微观偏析少。

21、锻造或轧制温度必须选择在单相奥氏体区适当的温度范围内。 实际生产中，各种碳钢的初锻和初轧温度为1150~1250℃，终锻和终轧温度为750~850℃。

22、拉伸试验用于测量金属材料的强度和塑性； 冲击试验主要用于结构钢。 对于使用条件下承受额外弯曲的零件，如螺栓钢结构衬板，必要时进行缺口偏转拉伸试验。

23、布氏硬度（HB）适用于测量灰铸铁、轴承合金等晶粒或成分较粗的金属材料的硬度，以及钢件退火、正火、调质后的硬度。 符号：HBS，适用于450度以下的材料，HBW适用于450-650度之间的材料。

24、可直接在工件上测试洛氏硬度（HR），并可直接读取硬度值。 广泛用于热处理质量检验，常用于检查淬火后的硬度。 表示符号：HRA（20-88）、HRB（20-100）、HRC（20-70）。

25、维氏硬度（HV）适用范围广，精度高，测量准确，但效率较低。

26、努氏硬度（HK）更方便测量表面硬化层或涂层的硬度。

27、肖氏硬度（HS）可以现场测量大型工件的硬度，但精度较低。

28、里氏硬度（HL）常用于测量大型铸锻件、永久装配构件等，其精度较高，但对被测工件也有较高要求。

29、常用的测定金属材料化学成分的方法有：化学分析（最传统、最准确的方法）、火花鉴别法（只能定性和半定量鉴别碳钢和合金含量较高的合金钢）元素）。 ，适用于生产现场初步判断钢种）、光谱分析法和分光镜法。

30、电子探针可分析合金中第二相或夹杂物的成分，测定金属材料中的偏析和晶界偏析钢结构衬板，分析化学热处理渗透层中的元素等。

31、离子探针：离子探针的主要特点之一是对断口表面氢元素的分析。 是目前唯一能够在微区成分分析中检测氢的仪器。

32、金相分析包括原材料缺陷低倍检查、断口分析和金相组织检查三个方面。

33、断裂分析主要用于失效分析、原材料缺陷分析、零件加工缺陷分析、热处理质量分析、使用环境分析等。

34、磁粉探伤和荧光探伤多用于检测材料零件表面的缺陷（如裂纹）。 荧光和颜色检测多用于检测不锈钢、有色金属等非磁性材料的表面缺陷。

35、优质碳素结构钢主要用于制造机器零件，一般要经过热处理以提高机械性能。

36、50、55、60、65号钢经淬火+中温回火后具有较高的弹性极限。 常用于制造低载荷、小尺寸（截面尺寸小于12mm）的弹簧，如调压、调速弹簧。 、柱塞弹簧、冷轧弹簧等

37、按性能选择材料的方法： 1）分析零件的工作条件，确定其性能； 2）进行失效分析，确定零件的主要性能； 3）根据零件的性能要求提出材料性能要求。

38、铸造铝合金和铜合金的铸造性能比铸铁好，铸铁比铸钢好。

39、变形铝合金、铜合金、低碳合金钢具有良好的冷压加工性能。

40、铝及铝合金具有良好的机械加工性能。 在钢种中，易切削钢的切削性能最好，而奥氏体不锈钢和高碳高合金钢的切削性能较差。

41、铜合金、铝合金的焊接性能较差，高碳钢的焊接性能较差，低碳钢的焊接性能良好。

42、大多数钢、铝合金、钛合金均可热处理强化，少数铜合金可热处理强化。 合金钢的热处理工艺性能优于碳钢。

43、汽轮机主轴的失效模式主要是低应力脆性断裂或疲劳断裂以及蠕变变形和内部缺陷引起的应力腐蚀开裂。

44、材料分为三大类：金属材料、高分子材料（常用的有工程塑料和橡胶材料）、陶瓷材料。

45、工程塑料：指工程中用作结构材料的塑料。

46、聚酰胺：商品名尼龙或尼龙。 尼龙1010广泛应用于机械零件、化工、电器零件。 铸造尼龙（MC尼龙）可制造数十公斤的齿轮、涡轮、轴承和导轨。 芳香族尼龙可用于制造在高温下工作的耐磨零件、绝缘材料和宇航服。

47、聚缩醛塑料：特别适合制造不允许使用润滑油的齿轮轴承和轴套。

48、聚碳酸酯：具有优良的冲击韧性和尺寸稳定性，良好的耐低温性，良好的绝缘性和加工性能。 可用于制造机械零件、防弹玻璃、灯罩、防护面罩、安全帽等。 优质绝缘部件。

49、ABS塑料：一种“质地坚硬、韧性大、刚性高”的优良工程塑料。 其缺点是耐高低温性差、易燃、不透明。 广泛用于制造汽车方向盘、仪表板、飞机机舱等。 装饰板窗框、隔音板、机械手柄、齿轮、泵叶轮等。

50、聚四氟乙烯（塑料之王）：具有优良的化学稳定性、热稳定性和良好的导电性。 具有自润滑性能，但强度较低，特别是抗压强度不高，不能注射成型。 。

51、酚醛塑料：带有玻璃布层的酚醛塑料就是玻璃钢。 用于制作电器开关、插头、外壳等各种电气绝缘零件。 还可用于制造齿轮、凸轮、滑轮、手柄、化工用耐酸泵等。

52、环氧塑料：主要用于制造塑料模具、精密量具及各种绝缘零件。 还可用于制造层压塑料、铸塑等。

53、由于工程陶瓷材料硬度较高，常采用洛氏硬度HRA、HT45N，小载荷维氏硬度或努氏硬度。

54、氧化铝陶瓷：主要

用于制造内燃机火花塞、火箭导弹护罩、石化泵密封圈、坩埚、热电偶套管、刀具和拉丝模等。

55、氮化硅陶瓷：主要用于制造耐磨、耐腐蚀、耐高温零件，如石油、化工泵的密封圈、电磁泵管道、阀门、热电偶套、转子发动机刮板、高温轴承。 刀等

56、碳化硅陶瓷：主要用于制造火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属的浇道口、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片、高温轴承、热交换器和核燃料包装材料等。

57、氮化硼陶瓷：常用于制造热电偶套管、熔炼半导体和金属的坩埚、熔炼用高温容器的管道、高温轴承、玻璃制品模具、高温绝缘材料等。

58、金属陶瓷：是制造切削工具、模具和耐磨零件的重要材料。

59、光纤：分为两种：用于传输信息的光纤和用于传输能量的光纤。

60、纳米管的电导率是铜的10000倍，强度是钢的100倍，重量仅为钢的六分之一。

61、钢材热处理：将钢材在固态状态下加热到预定温度并保持一段时间，然后以一定速度冷却，以改变钢材内部组织的热处理工艺，提高钢材的性能，延长机器的使用寿命。 。

62、通常规定加热至930℃时奥氏体晶粒尺寸为本征晶粒尺寸，在此条件下晶粒细小的钢称为本征晶粒钢。

63、粒度分为8级。 1-4 级本质上是粗晶粒钢。

64、加热速度越快，加热温度越高，过热度越大。 此时钢在较高温度下发生转变，获得的初始奥氏体晶粒较细。

65、钢中添加微量的铝、钛、钒、钨、钼、镍、硅、铜等，会阻碍奥氏体晶粒的长大； 锰和硫有促进晶粒长大的倾向。

66、过冷奥氏体高温727-550℃分解产物为珠光体，中温550-350℃分解产物为上贝氏体，硬度40-45HRC，中温350-240℃分解产物是下贝氏体。 体，硬度43-58HRC，240℃以下低温分解产物为马氏体。

67、钢奥氏体化后在不同冷却速度的连续冷却过程中发生的过冷奥氏体相变称为钢的连续冷却转变。

68、求得冷却速度切过CCT曲线鼻尖的速度，即马氏体的最小冷却速度，作为临界冷却速度。

69、淬火后的组织一般为马氏体和残余奥氏体，在回火过程中会发生变化：200℃以下转变为回火马氏体； 残余奥氏体在200~300℃转变为回火马氏体。 火马氏体； 300~400℃时，碳化物转变为Fe3C，最后转变为回火屈氏体； 在400~A1时，最终的复合结构是回火屈氏体。

70、钢材整体热处理：对整个工件进行穿透加热的热处理工艺，又称常规热处理。

71、退火： 1）完全退火适用于亚共析钢和过共析钢，特别适用于中碳钢和中碳合金钢的铸造、焊接和轧制件。 2）不完全退火主要适用于过共析钢，消除锻造和轧制的内应力，降低硬度，提高韧性； 如果亚共析钢的原始晶粒很小，则只是为了消除锻造时产生的内应力或降低硬度。 最好是完全退火，没有必要采用完全退火来降低成本。 3）将工件在炉内加热至500~650℃，保温一段时间后在炉内冷却至200℃以下。 出炉后的空冷过程就是去应力退火。 4）等温退火可大大缩短退火时间，获得的组织和性能比较均匀，适合加工小批量生产的碳钢、合金钢的中型工件和重型铸锻件。 5）球化退火主要用于共析和过共析碳钢和合金钢。 6）均匀化退火又称扩散退火，可以减少钢锭、锻件或锻坯的化学成分偏析和组织的不均匀性。 7)再结晶退火用于消除变形强化和残余应力。

72、正火：将工件加热到AC3（亚共析钢）或ACm（过共析钢）以上30~50℃，保温一段时间后空冷。 AC3以上100~150℃为高温正火。 对于低碳钢，可用正火代替退火，时间短，成本低。 含碳量0.3%～0.4%的钢也可用正火代替退火。 含碳量超过0.4%的钢一般不能替代。

73、淬火：方法有单液淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火。 淬透性仅与碳含量有关，钢的淬透性取决于钢的临界冷却速度。

74、回火：250℃以下为低温，250~500℃为中温，500℃以上为高温。 铬钢、铬锰钢、硅锰钢等在400～600℃回火后应立即冷却（水冷或油冷），以避免出现第二类回火脆性。

75、淬火和高温回火称为淬火和回火。

76、表面淬火：1）火焰淬火，深度一般为2~6mm，适用于小批量生产的零件，如轧机齿轮、轧辊、矿山机械齿轮、轴、机床导轨和齿轮等2 ）感应加热淬火，高频（100~1000kHz）深度0.2~2mm，适用于中小型齿轮、轴等零件； 中频（0.5~10kHz），深度2~8mm，适用于中型齿轮、轴类等零件； 电源频率（50Hz），深度>10~15mm，适用于直径大于300mm的大型辊轴类零件。

77、渗碳：热处理后可使工件表面具有较高的硬度和耐磨性。 渗碳钢一般为含碳量小于0.25%的低碳钢和低合金钢。 常用的有20钢、20Cr钢、18CrMnMo钢、12Cr2Ni4A钢、20CrMnMo钢等，分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。

78、碳氮共渗：可提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。

79、氮化：可提高工件的表面硬度、抗疲劳性、耐蚀性和热硬度。 主要用于承受交变载荷工作、要求耐磨、尺寸精度高的重要零件，如高速传动精密齿轮、高速柴油机等。 曲轴、高精度机床主轴、镗床镗杆、压缩机活塞杆等，还可用于在较高温度下工作的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。

80、灰口铸铁的热处理：1）去应力退火（人工效果）

缓慢升温至500~560℃，适当保温，炉冷至150~200℃空冷。 一般去应力退火不能超过560℃。 2）退火或正火，消除白斑，降低硬度，退火800~950℃×1~4h炉内缓冷，正火800~950℃×1~4h空冷。

81、可锻铸铁石墨化退火，950~1000℃×30~40h，然后以200~300℃/h的冷却速度冷却至770℃，然后以极慢的冷却速度（2~3 ℃/h)左右，然后空冷。

82、球墨铸铁的热处理有退火、正火、调质和等温淬火。

83、蠕墨铸铁：铸造前在1400℃以上的铸铁液中加入稀土钙硅合金，进行蠕化处理。 处理后加入少量孕育剂以促进石墨化。

84、合金铸铁：1）高强度合金铸铁、稀土镁钼系和稀土铜钼系合金铸铁，用于制造曲轴、凸轮轴、传动齿轮等强度要求较高的重要结构件2）耐磨合金铸铁，分为耐磨铸铁和减摩铸铁，如大型球磨机衬板、粉碎机锤头用的高铬白口铸铁。

85、有色金属热处理。 (P58)

86、电阻炉分为空气炉、盐浴炉、可控气氛炉和真空炉。

87、盐浴炉适用于尺寸小、形状复杂、要求高的工件的淬火、回火。 特别适用于高速钢刀具和高合金钢小型模具的淬火。 适用于小批量、多品种的产品零件。 淬火。 其中：碱浴炉最高工作温度为300℃，用于分级淬火和低温回火； 硝盐炉最高温度580℃，用于等温淬火、回火； 高速钢分级盐浴炉最高温度800℃； 中温盐浴炉最高温度950℃，适用于结构钢淬火； 盐浴炉最高温度1350℃，适用于高速钢刀具和高合金模具钢的淬火。

88、真空热处理具有抗氧化、脱碳、表面光亮，可用于成品热处理。 它是热处理的主要设备，但一次性投资大，回收时间长。

89、感应加热不仅是一种生产效率高的表面强化工艺，而且在一定条件下可以替代渗碳、碳氮共渗等。 它可以节省大量能源，减少污染。 只需少量计算机即可轻松实现自动化。