力学性能

2024年1月10日发(作者：裘锡圭)

1、 力学性能：材料在力的作用下所表现出来的特性。力学性能包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳特性、耐磨性。强度包括屈服强度和抗拉强度。硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。测试方法有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。布氏硬度优点是测量误差小，数据稳定；缺点压痕大，不能用于太薄件或成品件。洛氏优点操作方便、压痕小、适用范围广；缺点测量结果分散度大。维氏优点可根据工件硬化层的厚薄任意先选择载荷大小，可以测定由软到硬的各种材料。塑性：只材料在外力作用下破坏前可承受最大塑性变形的能力。衡量指标为断后伸长率和断面收缩率。物理性能：密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性。化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性。工艺性能指机械零件在冷、热加工的制造过程中应具备的性能，包括：铸造性能、锻压性能、切削加工性能、热处理性能。

2、 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。单晶体：多晶体；晶界：晶粒之间的交界；亚晶界：亚晶粒之间的交界；位错：在晶体中某处有一列或几列一原子发生有规律的错排的现象；位错密度：单位体积中包含的位错线总长度；各向异性：同素异构体转变：在固体下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象；试说明缺陷的类型，内容及对性能的影响：1点缺陷：当晶体中某些原子获得足够高的能量，就可以克服周围原子的束缚，而离开原来的位置，形成空位的现象；点缺陷的存在，使晶体内部运动着的电子发生散射，使电阻增大，点缺陷数目的增加，使晶体的密度减小，过饱和的点缺陷可提高材料的强度和硬度，但降低了材料的塑性和韧性。2线缺陷：降低了金属的强度；3面缺陷：晶体中存在的一个方向上尺寸很小，另两个方向上尺寸很大的缺陷；提高了金属的强度和塑性。。。

3、 因为金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，所以总会产生过冷现象；冷却速度越大，过冷度就越大；说明纯金属的结晶过程：总是在恒温下进行，结晶时总有结晶潜热放出，结晶过程总是遵循形核和晶核长大的规律，在有过冷度的条件下才能进行结晶。说明晶粒大小对力学性能的影响：常温下细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性；生产中控制晶粒大小的方法：（1）提高结晶时的冷却速度、增加过冷度（2）进行变质处理（3）在浇注和结晶过程中实施振动和搅拌，向液体中输入额外能量以提供形核功，促进晶核形成。说明加工硬化对金属性能的影响：（1）提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一，特别是对那些不能进行热处理强化的金属及合金，尤为重要（2）是某些工件或半成品能够成形的重要因素（3）可提高工件或构件在使用过程中的安全性。说明金属热加工对组织和性能的影响：消除铸态组织缺陷，提高力学性能；形成流线组织。钢材在热变形加工时为什么不出现硬化现象？：因为金属的热塑性加工时在再结晶温度以上的加工，在变形过程中产生的变形晶粒及加工硬化，由于同时进行着再结晶过程而被消除。

4、 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性的物质；组元：组成合金最基本的独立物质；相：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到的不同相或相的形状、分布及各相之间的组合状态。固溶体：溶质原子溶于溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相；金属化合物：由化学性质差别大，原子直径大小不同的各元素组成的合金；匀晶转变：结晶时从液相结晶出单相固溶体的过程；包晶转变：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。共晶转变：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；共析转变：在恒定温度下，一个特有成分的固相分解成另外两个与母成分不同的固相的转变。铁素体：碳溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体；奥氏体：碳在r-Fe中形

成的间隙固溶体；渗碳体：铁与碳形成的间隙化合物，含碳量为6.69%；珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物；高温莱氏体：含碳量4.3%的液态铁碳合金，在1148摄氏度下发生共晶转变，产生奥氏体和渗碳体的混合物；低温莱氏体：在727度下，高温莱氏体中的奥氏体转变生成珠光体，由珠光体和渗碳体组成的混合物。间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上有何区别，举例说明：结构上：间隙固溶体的溶质原子位于溶剂晶格的间隙处，而间隙化合物是由过度金属元素和原子直径很小的类金属元素形成的，如Fe3C，性能上：间隙固溶体是合金的强度和硬度都得到提高，间隙化合物提高了合金的熔点和硬度、强度，耐磨性。如：碳钢中的Fe3C可以提高钢的强度和硬度，工具钢中的VC可提高钢的耐磨性，高速钢中的间隙化合物则使其在高温下保持高硬度。

5、 奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度；实质晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度；本质晶粒度：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向；过冷奥氏体：处于临界点以下的奥氏体；残余奥氏体：没有转化为马氏体的那部分残留下来的奥氏体；素氏体：珠光体转变过程中，温度为650-600时形成的组织，片层较薄；托氏体：温度为600-550时形成的组织，片层极薄；片状珠光体：球状珠光体：再结晶退火：该工艺是将工件加热至A1以下，即TR+150-250度，保温后炉冷或空冷。重结晶退火：淬透性：指钢在淬火时获得淬透层深度的能力；淬硬性：指钢在淬火后能达到的最高硬度；淬透层深度

：规定由钢件表面到半马氏体区的垂直距离。回火：指将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺；回火的种类、组织、性能、应用：低温回火：温度为150-250度，回火后的组织为M回，低温回火后降低了钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性，常用于处理各种工、模、量具，轴承，渗碳件及经表面淬火的工件；中温回火：温度350-500度，回火后组织为T回，具有较高的弹性极限和屈服强度，并有一定的韧性主要用于各种弹簧的处理；高温回火：温度为500-650度，回火后的组织为S回，硬度为20-35HRC，具有良好的综合力学性能，塑性和韧性，用于处理各种重要的结构零件，也可作为要求较高的精密零件、量具等的预备热处理。淬火钢回火过程的组织与性能主要取决于回火温度，韧性并不总是随着温度的升高而提高，在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象。

从形成条件、组织形态、性能特点方面比较上贝氏体和下贝氏体：上贝氏体，形成温度为550-350度，在光学显微镜下呈羽毛状，在电子显微镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间，下贝氏体形成温度为350-Ms，在光学显微镜下呈竹叶状，在电子显微镜下为细片状碳化物分布于铁素体针上，并与铁素体针长轴方向成55-60度就，上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值，而下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性韧性也好，即具有良好的综合性能。渗碳和表面淬火分别靠什么方法来提高性能？渗碳是将钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，从而增加表层的碳含量和获得一定渗碳浓度梯度的化学处理工艺，渗碳使低碳钢件表面获得高碳浓度，再经过适当淬火和回火处理，可提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性。表面淬火是只对钢的表面加热、冷却而不改变其化学成分的热处理工艺，淬火后，表层组织变为极细的马氏体，而心部则为原始组织，故提高了钢件表面的性能。。。。。退火及正火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火和退火？正火与退火的主要区别是冷却速度较快，得到的组织较细，能获得更高的强度和硬度，同时生产周期短，成本较低。正火常用在以下几个方面（1）作为中、低碳结构钢的预先热处理，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、硬度和韧性。能

用正火的尽量用正火。钢的质量为什么以磷硫的含量来划分？因为S的多少影响钢的热脆性，P影响钢的冷脆性，这两种物质的多少直接影响钢的加工。

合金钢：指为了提高钢的性能，在碳钢的基础上有意的加入一定量合金元素所获得的铁基合金。合金钢比碳钢有哪些有点？合金钢的硬度耐磨性 淬透性耐腐蚀性等比碳素钢优秀 在机械零件中应用比碳素钢要广，碳素钢的耐腐蚀性 和耐磨性普遍不好 所以一般都是用来做结构件，不适合做接触件，比如轴承 等

6、 ：加入钢中的合金元素有哪些作用？？？合金元素可以减缓奥氏体化过程；合金元素使合金钢不易过热；使合金钢可以采用冷却能力较低的淬火剂淬火，即采用油淬火，以减少零件的淬火变形和开裂倾向；合金元素使合金钢的回火温度比碳钢高，当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度就比碳钢高；

7、 石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程；影响石墨化的因素有铸铁的化学成分和结晶时的冷却速度。石墨化过程分为两个阶段，第一阶段完全进行时组织为灰口铸铁，部分进行时为麻口铸铁，未进行时为白口铸铁，第二阶段完全进行和部分进行时为灰口铸铁，未进行时可能为灰口铸铁，麻口铸铁，白口铸铁。灰口铸铁在性能上有哪些特点？为什么机床床身常采用灰铸铁制造？灰口铸铁的抗拉强度、塑性及韧性均比同基体的钢低，硬度和抗拉强度与同基体的钢差不多，还具有较好的铸造性能、切削加工性能、减摩性、减震性及较低的缺口敏感性。因为灰口铸铁能很好的承受压力和振动。

8、 铝合金是如何分类的？：根据相图，以D点成分为界，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金，在变形铝合金中，成分在F点以左的合金为不可热处理强化的铝合金，成分在F、D之间的合金，成为可热处理强化的铝合金。各类铝合金可通过哪些途径进行强化？对于可热处理强化的变形铝合金，可通过固溶处理加时效进行热处理。铝合金能像钢那样进行马氏体强化吗？为什么？：不能，马氏体是一种相，铝合金形成不了，铝合金一般只能直接铸造，或者塑性成型，一般指能变形加工，部分铝合金也可以稍微热处理，但不是像钢那样马氏体。铜合金如何分类？各类铜合金如何进行强化？根据化学成分，可将铜合金分为黄铜、青铜、白铜三类。如何强化：通常是加工强化与热处理软化来调整合金强度，部分材料有固溶强化和时效处理，对于锌含量超过7%的冷变形黄铜件，须对冷变形件进行去应力退火。黄铜在 湿气、海水中或氨的作用下，易发生应力腐蚀，可通过对冷变形件进行去应力退火来防止。对轴承合金有什么组织和性能上的要求？？？性能：（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）较小的摩察系数，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（3

）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。组织要求：应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。

9、 塑料：以树脂为主要成分，加入各种添加剂并塑制而成的高分子材料。工程塑料：指在工程技术中用做结构材料的塑料。橡胶：以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。粘结剂：是涂料的主要成膜物质，决定了涂层的性质。陶瓷：是除金属和高聚物以外的无机非金属材料的统称。普通陶瓷：又称传统陶瓷，是用黏土、长石和石英为原料，经成形、烧结而成。特种陶瓷：又称新型陶瓷或精细陶瓷，其组成成分超出了传统陶瓷以硅酸盐为主要原料的范围，除氧化物、复合氧化物和含氧酸盐外，还有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他盐类和单质。简述高分子材料的力学性能、化学性能、物理性能？？？线型非晶态高聚物的力学状态有玻璃态、高弹态和黏流态三种，线型晶态高聚物和体型高聚物的力学状态与交联点的密度有关，密度小，具有高弹态，密度大，高聚物变得硬而脆，高分子材料的化学反应有交联反应、裂解反应和聚合物的老化。高聚物的老化指高分子材料在上期使用过程中，由于受热、氧、紫外线、微生物等因素的作用发生变硬变脆或变软发粘的现象。可通过加入防老剂、涂镀保护层等方法防止。简述工

程塑料的种类和性能特点：种类：按树脂受热时的行为分为热塑性和热固性塑料；按使用范围可分为通用塑料、工程塑料盒特种塑料。性能特点：优点：密度小，耐腐蚀，电绝缘性，减摩，耐磨性好，并有消音吸振性能。缺点：刚性差，强度低，耐热性差，热膨胀系数大，热导率小，蠕变温度低，易老化。简述常用橡胶的种类、性能特点和应用？？？？合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等，后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境中工作的橡胶制品。生胶的性能随温度变化很大就，如高温发黏，低温变脆，必须加入配合剂，经硫化处理后才能制成各种胶制品。什么是陶瓷？陶瓷的组织是由哪些相组成的？？它们对陶瓷改性有什么影响？？陶瓷是除金属盒高聚物以外的无机非金属材料的通称。陶瓷材料通常由晶相、玻璃相和气相三种不同的相组成的。决定陶瓷物理化学性质的主要是晶相，而玻璃相的作用是充填晶粒间隙、黏结晶粒、提高材料致密程度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。气相是在工艺过程中形成并保留下来的，它对陶瓷的电性能及热性能影响很大。

10、 简述陶瓷材料的力学性能、物理性能、化学性能？？？由于陶瓷材料的结合键位共价键或离子键，因而陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性、耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。此外，陶瓷材料还具有密度小，弹性模量大、耐磨损、强度高、脆性大等特点。对于功能陶瓷，还具有电、光、磁等特性、陶瓷是脆性材料，所以绝大部分陶瓷是通过粉体成形和高温烧结来获得所需要的性状，因此陶瓷是烧结体。烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，存在的问题是其有一定的气孔率。常用工程陶瓷有哪几种？？有何应用？？普通陶瓷：除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、组织等工业部门，如耐蚀要求不高的化工容器、管道、供电系统的绝缘子、纺织机械中的导纱零件等。氧化铝陶瓷：被广泛用于耐火材料，红硬性达到1200度时，可用于制作淬火钢的切削工具、金属拉丝模等，还可用于制作内燃机的火花塞、火箭 、导弹的导流罩及轴承等。氮化硅：热压烧结氮化硅用于制造形状简单、精度要求不高的零件，反应烧结氮化硅多用于制造形状复杂、尺寸精度要求高的零件，氮化硅还开课用于制造工作温度达1200度的涡轮发动机叶片、内燃发动机零件、坩埚火箭喷嘴、核材料的支架和隔板。碳化硅：可用于火箭喷嘴、热电偶套管、炉管等，还可用于制造各种泵的密封圈、拉丝成形模具。氧化锆陶瓷：成为绝热柴油机的主要候选材料，如发动机的气缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。