工程材料-復習課件-201512

1、考試題型考試題型一、一、 判斷題判斷題二、單項選擇題二、單項選擇題三、簡答及計算題三、簡答及計算題四、綜合分析題四、綜合分析題考試時間及地點考試時間及地點 P4材料的力學性能材料的力學性能強度指標：強度指標：e彈性極限；彈性極限；s屈服極限；屈服極限；b抗拉強度；抗拉強度；-1疲勞強度。疲勞強度。設(shè)計零件結(jié)構(gòu)選材的依據(jù)，根據(jù)材料力學的強度理論。設(shè)計零件結(jié)構(gòu)選材的依據(jù)，根據(jù)材料力學的強度理論。強度強度：金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。塑性指標：塑性指標：斷面收縮率；斷面收縮率；延伸率。延伸率。壓力加工所依賴的基本性質(zhì)。壓力加工所依賴的基本性質(zhì)。硬

2、度指標：硬度指標：HB布氏硬度，布氏硬度，HR(A、B、C)洛氏硬度。洛氏硬度。硬度越高耐磨性越好；因是衡量材料對局部塑性變形的抗力故硬度高強度也高。硬度越高耐磨性越好；因是衡量材料對局部塑性變形的抗力故硬度高強度也高。沒有沒有專門的耐磨指標。專門的耐磨指標。韌性指標：韌性指標：ak沖擊韌性。沖擊韌性。設(shè)計承受沖擊載荷所需要考慮的性能，但其數(shù)值不作為設(shè)計依據(jù)設(shè)計承受沖擊載荷所需要考慮的性能，但其數(shù)值不作為設(shè)計依據(jù)P22結(jié)晶：結(jié)晶：凡具有形核長大過程的都叫結(jié)晶凡具有形核長大過程的都叫結(jié)晶純金屬的結(jié)晶條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)起伏；純金屬的結(jié)晶條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)起伏；合金的結(jié)晶條件：能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏

3、合金的結(jié)晶條件：能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏一般情況下，晶粒愈小，金屬的強度、塑性愈好一般情況下，晶粒愈小，金屬的強度、塑性愈好材料從液態(tài)變成固態(tài)的過程叫結(jié)晶？材料從液態(tài)變成固態(tài)的過程叫結(jié)晶？P26區(qū)別液固結(jié)晶，同素異晶轉(zhuǎn)變稱區(qū)別液固結(jié)晶，同素異晶轉(zhuǎn)變稱重結(jié)晶重結(jié)晶過冷度的影響：可以冷速控制，過冷度越大晶粒越細材料的強度和硬度越高。過冷度的影響：可以冷速控制，過冷度越大晶粒越細材料的強度和硬度越高。P35勻晶相圖：勻晶過程中，結(jié)晶出來的固溶體高熔點組元的含量總是高于低熔點組元。勻晶相圖：勻晶過程中，結(jié)晶出來的固溶體高熔點組元的含量總是高于低熔點組元。P59滑移系滑移系原子排列最密集面是滑移面，它們彼此間

4、的面間距原子排列最密集面是滑移面，它們彼此間的面間距結(jié)合力最弱最易滑移。結(jié)合力最弱最易滑移。加工硬化使金屬強度增大、塑性降低。加工硬化使金屬強度增大、塑性降低。同素異晶（構(gòu)）同素異晶（構(gòu)）(allomorph)(allomorph)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 同樣一種金屬，隨著溫度的變化，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)同樣一種金屬，隨著溫度的變化，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到另外一種晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之變到另外一種晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一（固態(tài)相變）。一（固態(tài)相變）。 純鐵的同素異構(gòu)反應(yīng)式純鐵的同素異構(gòu)反應(yīng)式BCCCFCCCBCCFeFeFe009121394同素異晶轉(zhuǎn)變和純金屬的結(jié)晶一樣，也具有形

5、核和長大的特征。同素異晶轉(zhuǎn)變和純金屬的結(jié)晶一樣，也具有形核和長大的特征。具有固態(tài)相變特點的合金材料可以用熱處理的方法改變其性能具有固態(tài)相變特點的合金材料可以用熱處理的方法改變其性能。 晶體缺陷晶體缺陷( crystal defect )晶格的不完整部位稱晶體缺陷。實際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形晶格的不完整部位稱晶體缺陷。實際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形狀可分三類狀可分三類, 即點、線、面缺陷。即點、線、面缺陷。晶體中原子發(fā)生某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。（刃型位錯、晶體中原子發(fā)生某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。（刃型位錯、螺旋型位錯螺旋型位錯）線缺陷（位錯線缺陷（位錯dislocation ）1）哪一

6、點成分的合金共晶體最多？c c2）哪一點成分的合金II最多？d d3）哪一點成分的合金II最多？e e4）在該相圖中，從液相中結(jié)晶出來的相與從中析出的相是否是同一個組織狀態(tài)？它們的晶體結(jié)構(gòu)相同嗎？組織形態(tài)不同；晶體結(jié)組織形態(tài)不同；晶體結(jié)構(gòu)相同構(gòu)相同P43鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖鐵素體，奧氏體，珠光體，萊氏體，滲碳體定義并鐵素體，奧氏體，珠光體，萊氏體，滲碳體定義并碳含量碳含量及其及其存在區(qū)間存在區(qū)間；其；其中珠光體和萊氏體是機械混合物，鐵素體和奧氏體是固溶體，滲碳體是金屬中珠光體和萊氏體是機械混合物，鐵素體和奧氏體是固溶體，滲碳體是金屬化合物。化合物。區(qū)分單相，單相區(qū)；兩相區(qū)；單相和機械混合物

7、；相和組織組成物；三項區(qū)分單相，單相區(qū)；兩相區(qū)；單相和機械混合物；相和組織組成物；三項共存區(qū)；共存區(qū)；共晶和共析反應(yīng)及其反應(yīng)式（共晶和共析反應(yīng)及其反應(yīng)式（開始瞬間；過程中；結(jié)束瞬間的平開始瞬間；過程中；結(jié)束瞬間的平衡相及其成分，并計算相對量）；衡相及其成分，并計算相對量）；熟悉亞共析鋼，共析鋼，過共析鋼的成分范圍；熟悉亞共析鋼，共析鋼，過共析鋼的成分范圍；熟悉典型熟悉典型金相圖譜金相圖譜；熟悉杠桿定律的應(yīng)用原則并熟練運用其計算（已知支點求二組元相對量；熟悉杠桿定律的應(yīng)用原則并熟練運用其計算（已知支點求二組元相對量；已知某組元相對量求支點已知某組元相對量求支點；求；求相組成相對量相組成相對量和組

8、織組成相對量）；和組織組成相對量）；共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼相圖分析相圖分析ACDGS1148727LAL+AL+ Fe3CFA+FA+ Fe3CKEPFQC%Fe3CFeF+ Fe3C4.30.772.116.69二條水平線二條水平線構(gòu)成合金中的所有組織構(gòu)成合金中的所有組織四個基本相四個基本相共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖l 鐵碳合金隨含碳量增鐵碳合金隨含碳量增加，硬度上升，塑性、加，硬度上升，塑性、韌性下降，強度先上韌性下降，強度先上升，到達升，到達0.9%0.9%后逐漸后逐漸下降。下降。l 用相組成物填寫相區(qū)用相組成物填寫相區(qū)l 寫出鐵碳合金相圖中寫出鐵碳合金相圖中

9、的兩條水平線上發(fā)生的兩條水平線上發(fā)生的反應(yīng)式的反應(yīng)式l 平衡狀態(tài)下，碳鋼在室溫下的相組成物平衡狀態(tài)下，碳鋼在室溫下的相組成物? ?l 具有共晶反應(yīng)的二元合金，鍛造性能好具有共晶反應(yīng)的二元合金，鍛造性能好。l 三次滲碳體來源？三次滲碳體來源？l 按鐵碳平衡相圖，鋼與鑄鐵在成分上的分界點指的是碳的質(zhì)按鐵碳平衡相圖，鋼與鑄鐵在成分上的分界點指的是碳的質(zhì)量分數(shù)（含碳量）是？量分數(shù)（含碳量）是？l 萊氏體是共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。萊氏體是共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。l Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖中的相圖中的GSGS線線(A3(A3溫度線溫度線) )是？是？l 碳在碳在-Fe-Fe中形成的有限間隙固溶體？中形成的有限間

10、隙固溶體？l 亞共析鋼平衡狀態(tài)下的室溫組織是？亞共析鋼平衡狀態(tài)下的室溫組織是？過共析鋼過共析鋼白色網(wǎng)絡(luò)狀：白色網(wǎng)絡(luò)狀：F Fe e3 3C CIIII暗黑色指紋狀：暗黑色指紋狀：P P相組成物的名稱：相組成物的名稱：F F、FeFe3 3C C金相分析表明，其中白色網(wǎng)絡(luò)狀的組成物占材料總質(zhì)量金相分析表明，其中白色網(wǎng)絡(luò)狀的組成物占材料總質(zhì)量分數(shù)大約為分數(shù)大約為7.3%7.3%。l 合金的碳含量？合金的碳含量？l 該合金的相組成物及該合金的相組成物及其計算？其計算？奧氏體晶粒長大及影響因素奧氏體晶粒長大及影響因素1 1 奧氏體的晶粒度奧氏體的晶粒度1 1）起始晶粒度）起始晶粒度珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏

11、體時的晶粒大小。珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體時的晶粒大小。2 2）實際晶粒度）實際晶粒度具體的熱處理加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。具體的熱處理加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。 在規(guī)定的加熱條件下奧氏體晶粒長大傾向性的高低。在規(guī)定的加熱條件下奧氏體晶粒長大傾向性的高低。3 3）本質(zhì)晶粒度）本質(zhì)晶粒度隨加熱溫度升高或保溫時間延長，隨加熱溫度升高或保溫時間延長，A A晶粒將進一步長大，晶粒將進一步長大，這是一個自發(fā)的過程。這是一個自發(fā)的過程。2021-10-1410本質(zhì)細晶粒鋼加熱后的實際晶粒度一定比本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細晶粒鋼加熱后的實際晶粒度一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細的細? ?P86淬火淬火淬火加熱

12、溫度（淬火加熱溫度（ 3050 ）鋼鋼 種種 加熱溫度加熱溫度 組組 織織亞共析鋼亞共析鋼 Ac3+（3050） A共析鋼共析鋼 Ac1+（3050） A過共析鋼過共析鋼 Ac1+（3050） A+Fe3C球球過共析鋼淬火正確加熱溫度為過共析鋼淬火正確加熱溫度為Ac1+（3050），如果完全奧氏體化將導如果完全奧氏體化將導致淬火后馬氏體晶粒粗大；淬火后馬氏體含碳量較多；淬火后殘余奧氏體致淬火后馬氏體晶粒粗大；淬火后馬氏體含碳量較多；淬火后殘余奧氏體較多；淬火后未溶碳化物較少。較多；淬火后未溶碳化物較少。淬火冷卻組織（淬火冷卻組織（0.5C%有殘余奧氏體有殘余奧氏體）鋼鋼 種種 加加 熱熱 溫溫

13、 度度 加熱組織加熱組織 淬火組織淬火組織亞共析亞共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M亞共析亞共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M+A共析鋼共析鋼 Ac1+ (30 50) A M+A過共析鋼過共析鋼 Ac1+ (30 50) A+Fe3C球球 M+A+Fe3C球球P89淬透性：其大小取決于臨界冷卻速度淬透性：其大小取決于臨界冷卻速度Vk，合金鋼的淬透性通常大于碳素鋼合金鋼的淬透性通常大于碳素鋼淬硬性：其大小取決于含碳量，淬硬性：其大小取決于含碳量，碳含量高則淬硬性大碳含量高則淬硬性大表面淬火不僅改變了工件表層的化學成分，還改變了表層的組織表面淬火不僅改變了工件表層的化

14、學成分，還改變了表層的組織?P90回火四階段回火四階段1.馬氏體分解馬氏體分解100-200；350完成；完成；2.殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變200-300；、；、3.回火屈氏體形成回火屈氏體形成250-500；4.回火索氏體的形成回火索氏體的形成450以上。以上。調(diào)質(zhì)：淬火調(diào)質(zhì)：淬火+高溫回火（高溫回火（S回回）；（）；（C=0.61.4%）正火）正火 S 偽共析轉(zhuǎn)變偽共析轉(zhuǎn)變表面淬火表面淬火(高頻淬火高頻淬火)：中碳鋼：中碳鋼0.4-0.5C%；（調(diào)質(zhì)，回火索氏體；表面高頻；（調(diào)質(zhì)，回火索氏體；表面高頻淬火淬火+低溫回火，心部回火索氏體，表層回火馬氏體）低溫回火，心部回火索氏體，表層

15、回火馬氏體）滲碳：低碳鋼滲碳提高表層碳含量；滲碳滲碳：低碳鋼滲碳提高表層碳含量；滲碳淬火淬火+低溫回火低溫回火淬火加熱不完全奧氏體化：淬火加熱不完全奧氏體化： 合金滲碳鋼淬火完全奧氏體化合金滲碳鋼淬火完全奧氏體化心部回火低碳馬氏體心部回火低碳馬氏體+少許鐵素體，少許鐵素體， 心部低碳心部低碳M回回表層回火高碳馬氏體表層回火高碳馬氏體+球狀滲碳體球狀滲碳體+殘余奧氏體。殘余奧氏體。 表層高碳表層高碳M回回+K+A 預備預備HT 淬火組織淬火組織 回火組織回火組織過共析鋼過共析鋼 球退球退P球球 M+A+Fe3C球球 低回低回M回回+A+Fe3C球球共析鋼共析鋼 球退球退P球球 M+A 低回低回M

16、回回+A亞亞 0.50.77C% 退火退火F+P M+A 中回中回T回回亞亞 0.250.5C% 正火正火F+S M 高回高回S回回 亞亞0.25C% 正火正火F+S 表層表層 M+A+Fe3C 表層表層 M回回+A+Fe3C（滲碳淬火）（滲碳淬火） 中心中心 M+F 中心中心 M回回+F馬氏體屬于固溶體組織。馬氏體屬于固溶體組織。馬氏體具有高強度的原因是固溶強化馬氏體具有高強度的原因是固溶強化 。淬火鋼中，當含碳量增加到淬火鋼中，當含碳量增加到0.6以后，隨含碳量的增加，硬度增加緩慢。以后，隨含碳量的增加，硬度增加緩慢。隨含碳量的增加，殘余奧氏體的量增多。隨含碳量的增加，殘余奧氏體的量增多。

17、馬氏體具有體心正方晶格（馬氏體具有體心正方晶格（a=bc），軸比），軸比c/a 稱馬氏體的正方度。馬氏體稱馬氏體的正方度。馬氏體中的中的C% 越高，正方度越？越高，正方度越？P112合金鋼合金鋼Me對熱處理的影響：對熱處理的影響：1.A晶粒度??；晶粒度??；2.提高淬透性；提高淬透性；3.Mf下降殘余奧氏體增多；下降殘余奧氏體增多；4.回火抗力增大回火抗力增大1.滲碳鋼：滲碳鋼：20CrMnTi（汽車齒輪）（汽車齒輪）（15、20Cr、20CrMnTi）低碳；下料低碳；下料鍛造鍛造正火正火機加工機加工滲碳滲碳淬火淬火+低溫回火低溫回火熱處理順序：正火熱處理順序：正火滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回

18、火預備熱處理預備熱處理 組織：組織：F+S（齒面、心部齒面、心部）緩冷至室溫：心部：緩冷至室溫：心部：F+P；表層：；表層：P+ K；淬火組織：心部：低碳淬火組織：心部：低碳M；表層：；表層：M+ K+ A （完全奧氏體化完全奧氏體化）最終熱處理最終熱處理 心部：低碳心部：低碳M回回；表層：；表層：M回回+K+A2.調(diào)質(zhì)鋼：調(diào)質(zhì)鋼：40Cr（機床主軸）（機床主軸）（調(diào)質(zhì)鋼的含碳量通常在調(diào)質(zhì)鋼的含碳量通常在0.25-0.50區(qū)間。區(qū)間。）中碳；下料中碳；下料鍛造鍛造退火退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工裝配裝配使用狀態(tài)下的組織為：使用狀態(tài)下的組織為：S回回為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進行高頻淬火

19、或氮化。為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進行高頻淬火或氮化。下料下料鍛造鍛造退火退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工 (高頻淬火高頻淬火+低溫回火低溫回火)裝配裝配最終熱處理：最終熱處理： 表面：表面： M回回；心部：；心部：S回回3.工具鋼：工具鋼：9CrSi（板牙）；（板牙）；W18Cr4V高碳；球化退火高碳；球化退火 球狀珠光體球狀珠光體 淬火淬火+低溫回火低溫回火 M回回+K粒粒+AW18Cr4V鋼鋼 鍛造鍛造退火退火機加工機加工淬火淬火+三次回火三次回火磨削加工磨削加工奧氏體不銹鋼能通過熱處理強化奧氏體不銹鋼能通過熱處理強化? ?作業(yè)問題作業(yè)問題習題集習題集P10第第12題題關(guān)鍵點：回火保

20、溫半小時以上才開始發(fā)生馬氏體分解，通?；鼗痍P(guān)鍵點：回火保溫半小時以上才開始發(fā)生馬氏體分解，通?；鼗?-4小時。小時。分析：碳素工具鋼，高碳，過共析鋼。原始組織分析：碳素工具鋼，高碳，過共析鋼。原始組織 M回回+ A+Fe3C加熱分析：加熱分析：950粗大粗大A 780 A+ Fe3C 700 原始組織原始組織 600原始組織原始組織 20原始組織原始組織最終分析：最終分析：950粗大粗大M 780 M+ Fe3C+ A 其余全部原始組織其余全部原始組織擴展分析擴展分析亞共析鋼原始熱處理：淬火亞共析鋼原始熱處理：淬火+低溫回火低溫回火加熱分析：必須完全奧氏體化，加熱到加熱分析：必須完全奧氏體化，

21、加熱到Ac3線以上線以上30-50，淬火組織：淬火組織：M；最終組織：；最終組織：M回回加熱分析：加熱分析：950溫度過高，粗大溫度過高，粗大A； Ac3線以上線以上30-50正確，細小正確，細小A； 不完全奧氏體化，不完全奧氏體化，F(xiàn)+A； 相變溫度以下，原始組織相變溫度以下，原始組織水冷分析：水冷分析：950粗大的粗大的M； 正確加熱細小的正確加熱細小的M； 不完全奧氏體化不完全奧氏體化F+M； 相變溫度以下原始組織相變溫度以下原始組織一根一根6mm6mm的的4545鋼圓棒，先經(jīng)鋼圓棒，先經(jīng)840 840 o oC C加熱淬火，硬度為加熱淬火，硬度為55HRC55HRC，然后從一端加熱，依

22、靠熱傳導使圓棒各點達到，然后從一端加熱，依靠熱傳導使圓棒各點達到如圖所示的溫度，提示：如圖所示的溫度，提示：4545鋼的鋼的Ac3=785Ac3=785，Ac1=735Ac1=735）試問：試問：1 1）圖中所示各點的組織是什么？）圖中所示各點的組織是什么？2 2）整個圓棒自圖所示各溫度緩冷至室溫后各點的組織）整個圓棒自圖所示各溫度緩冷至室溫后各點的組織如何？如何？3 3）若在水中冷至室溫后各點的組織是什么？）若在水中冷至室溫后各點的組織是什么？有兩個有兩個T10T10鋼小試樣（鋼小試樣（9mm9mm）A A和和B B，A A試樣加熱到試樣加熱到780780，B B試樣加熱到試樣加熱到8808

23、80，充分保溫后在水中冷卻，充分保溫后在水中冷卻（提示：（提示：T10T10鋼的鋼的Ac1=730 Accm=820Ac1=730 Accm=820）1 1）兩個小試樣加熱之后的組織分別是什么？）兩個小試樣加熱之后的組織分別是什么？2 2）兩個小試樣在水中冷卻之后的組織分別是什么？）兩個小試樣在水中冷卻之后的組織分別是什么？3 3）哪個試樣的殘余奧氏體含量多？）哪個試樣的殘余奧氏體含量多？4 4）哪個試樣的硬度高？）哪個試樣的硬度高？鋼號識別及應(yīng)用：鋼號識別及應(yīng)用：35CrMo; Q235A（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）; 45; 20Cr; 38CrMoAl；18Cr2Ni4WA； 4

24、2SiMnB；9Mn2V; W6Mo5Cr4V2; T10A; 3Cr2W8V； 6Mo5Cr4V3； W18Cr4V ；ZGMn13;0Cr18Ni9；4Cr13；40Cr（機床主軸），（機床主軸），9CrSi（板牙），（板牙），T12A（銼刀），（銼刀），20CrMnTi（汽車齒輪），（汽車齒輪），60Si2Mn、65、65Mn、50CrV等屬于（等屬于（ 彈簧彈簧 類鋼類鋼 ，熱處理特點，熱處理特點？（淬火？（淬火+中溫回火）中溫回火）。）。分類方法：按金相；按化學成分（含碳量高低）；按用途。分類方法：按金相；按化學成分（含碳量高低）；按用途。結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊用途鋼；典型熱處理工藝及其用途；結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊用途鋼；典型熱處理工藝及其用途； 元素符號元素符號Cr前面的數(shù)字前面的數(shù)字1表示的是鋼中含碳量的千分數(shù)表示的是鋼中含碳量的千分數(shù)45鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線如下圖所示，說明該鋼按圖示溫度加熱保溫后，再按鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線如下圖所示，說明該鋼按圖示溫度加熱保溫后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷卻速度曲線冷至室溫得到的組織。冷卻速度曲線冷至室溫得到的組織。注意是否完全奧氏體化！等溫轉(zhuǎn)變，還是連續(xù)轉(zhuǎn)變！是否有參與奧氏體！注意是否完全奧氏體化！等溫轉(zhuǎn)變，還是連續(xù)轉(zhuǎn)變！是否有參與奧氏體！V1 F+P型型V2 F+B下