工程材料-總結(jié)課件

工程材料-總結(jié)課件第一頁，共35頁。提綱作業(yè)評講各章要點復(fù)習(xí)總點題型分析第二頁，共35頁。第一章工程材料的分類及性能1.一銅棒的最大拉應(yīng)力為70MPa，若要承受2000kgf（19.614kN）的拉伸載荷，它的直徑是多少？2.一根2m長的黃銅棒溫度升高80℃，伸長量是多少？要使該棒有同樣的伸長，問需要作用多少應(yīng)力？（黃銅線膨脹系數(shù)為20×10-6℃-1，平均彈性模量為110000MPa）

線膨脹系數(shù)彈性模量帶入P=70MPa，F(xiàn)=19.614KN,計算得：D=18.89mm帶入線膨脹系數(shù)20×10-6℃-1，L1=2m，△T=80℃,計算得：△L=3.2mm

帶入彈性模量110000MPa，L=2m，△L=3.2mm，計算得：σ=176MPa第三頁，共35頁。5.零件設(shè)計時，是選取δ0.2（δS）還是選取δb，應(yīng)以什么情況為依據(jù)？

a，機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強度是大多數(shù)機械零件設(shè)計時選材的主要依據(jù)，也是評定金屬材料承載能力的重要力學(xué)性能指標(biāo)；b，抗拉強度測量方便，如果單從保證零件不產(chǎn)生斷裂的安全角度考慮，可用作設(shè)計依據(jù)，但所取的安全系數(shù)應(yīng)該大一點。8.有一碳鋼制支架剛性不足，有人想用熱處理強化方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來解決。哪種方法合理？為什么？

材料的彈性模量取決于材料的本性，一些處理方法（如熱處理，冷熱加工，合金化等）對它影響很小。提高零件剛度的方法是增加橫截面積或者改變截面形狀。第一章工程材料的分類及性能第四頁，共35頁。第二章材料的結(jié)構(gòu)1.從原子結(jié)合的觀點來看，金屬材料、高分子材料和陶瓷材料有何主要區(qū)別？在性能上如何表現(xiàn)？3.簡述金屬常見的三種晶體結(jié)構(gòu)的基本特點。

材料結(jié)合鍵性能金屬材料金屬鍵良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，延展性陶瓷材料離子鍵和共價鍵高熔點，高硬度，脆性大高分子材料共價鍵、氫鍵和分子鍵粘接性、絕緣性、膨脹性和穩(wěn)定性晶格類型形狀原子半徑配位數(shù)致密度晶胞所含原子數(shù)bcc立方體

80.682fcc立方體

120.744hcp正六面柱體

120.746第五頁，共35頁。4.晶體缺陷有哪些？對材料有哪些影響？對所有的材料都有影響嗎？缺陷類型對材料的影響點缺陷空位，間隙原子，外來原子提高了材料的硬度和強度，降低了材料的塑性和韌性線缺陷刃型位錯，螺型位錯能有效的提高金屬強度面缺陷晶界，亞晶界細(xì)晶強化，提高材料的強度和塑性第二章材料的結(jié)構(gòu)第六頁，共35頁。第三章材料制備的基本過程1.金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？結(jié)晶過程是怎樣進行的？

基本規(guī)律：過冷現(xiàn)象和結(jié)晶潛熱結(jié)晶過程：a晶核的形成（自發(fā)形核和非自發(fā)形核）；b晶核的長大2.

過冷度和冷卻速度有何關(guān)系？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？它對晶粒大小有何影響？

a冷卻速度越大，過冷度越大。b在熔點溫度，液體結(jié)晶速度和晶體晶體熔化速度相等，處于動平衡狀態(tài)，結(jié)晶不能進行，只有低于這個溫度才能進行結(jié)晶。c過冷度越大，N（形核率）/G（長大速度）比值越高，得到的晶粒也越細(xì)小。第七頁，共35頁。3.如果其他條件相同，試比較在下列條件下鑄件晶粒的大?。海?）砂型鑄造與金屬型鑄造金屬型鑄造晶粒細(xì)?。ㄌ岣哌^冷度）（2）厚壁鑄件與薄壁鑄件薄壁鑄件晶粒細(xì)?。ㄌ岣哌^冷度）（3）加變質(zhì)劑與不加變質(zhì)劑加變質(zhì)劑晶粒細(xì)小（變質(zhì)處理）（4）澆注時震動與不震動震動晶粒細(xì)?。ㄆ扑榫Я＃?.凝固和結(jié)晶是不是一回事？影響凝固的因素有哪些？

材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固；如果凝固后得到晶體，這種凝固過程就叫做結(jié)晶。影響凝固的因素：過冷度，溫度，擴散等第三章材料制備的基本過程第八頁，共35頁。第四章二元相圖及應(yīng)用3.一個二元共晶反應(yīng)如下：L(WB=75%)≒α（WB=15%）+β（WB=95%），計算：（1）WB=50%的合金完全凝固時初晶α與共晶α+β的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及共晶體中α相與β相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；（2）若已知顯微組織中初晶β與共晶α+β各占一半，求該合金的成分

（1）根據(jù)杠桿原理：α%=（75-50）/（75-15）=41.67%（α+β）%=L%=（50-15）/（75-15）=58.33%共晶體中，α%=（95-75）/（95-15）=25%β%=（75-15）/（95-15）=75%（2）設(shè)該合金成分為x%，根據(jù)杠桿原理：β%=（x-75）/（95-75）=50%計算得：x=85該合金成分為WB=85%第九頁，共35頁。第五章材料的變形試述金屬經(jīng)冷塑性變形后，其結(jié)構(gòu)、組織與性能所發(fā)生的變化，分析發(fā)生變化的實質(zhì)。a塑性變形對金屬顯微組織的影響在力的作用下，隨著金屬塑性變形的增加，不僅其外形要發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒形狀也會相應(yīng)的被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時，晶粒將被拉長成纖維狀，晶界變得模糊不清。此時，金屬的性能將會有明顯的各向異性。塑性變形也會是晶粒內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使晶粒破碎成亞晶粒。這是因為塑性變形會促使晶粒內(nèi)部的位錯發(fā)生增殖和纏結(jié)，進而使各晶粒破碎成細(xì)碎的亞晶粒。b形變織構(gòu)的產(chǎn)生當(dāng)金屬的變形量很大時，由于晶體的轉(zhuǎn)動，使多晶體中原為任意取向的各個晶粒會逐漸調(diào)整其取向而趨于一致。當(dāng)出現(xiàn)織構(gòu)后，多晶體金屬就表現(xiàn)出一定程度的各向異性，這對材料的性能和加工工藝有很大的影響。c塑性變形對金屬性能的影響隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象稱之為加工硬化。一般認(rèn)為產(chǎn)生加工硬化的原因是晶體內(nèi)部位錯的增殖，造成位錯間相互纏結(jié)，使位錯運動困難，從而提高了強度。第十頁，共35頁。2.試述加工硬化對金屬材料的強化作用，這些變化有何實際意義？試舉一些有用的例子和有害的例子來說明其利弊。

產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。加工硬化給金屬件的進一步加工帶來困難。如在冷軋鋼板的過程中會愈軋愈硬以致軋不動，因而需在加工過程中安排中間退火，通過加熱消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表層脆而硬，從而加速刀具磨損、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性，特別是對于那些不能以熱處理方法提高強度的純金屬和某些合金尤為重要。如冷拉高強度鋼絲和冷卷彈簧等，就是利用冷加工變形來提高其強度和彈性極限。又如坦克和拖拉機的履帶、破碎機的顎板以及鐵路的道岔等也是利用加工硬化來提高其硬度和耐磨性的。第五章材料的變形第十一頁，共35頁。第六章鋼的熱處理3.共析鋼經(jīng)正常淬火得到什么組織？它們經(jīng)過200℃、400℃、600℃回火后得到什么組織？

正常淬火得到馬氏體和殘余奧氏體；回火轉(zhuǎn)變：第一階段（200℃以下）：馬氏體分解。得到回火馬氏體第二階段（200-300℃）：殘余奧氏體分解。得到回火馬氏體第三階段（250-400℃）：碳化物的轉(zhuǎn)變。得到回火托氏體第四階段（400℃以上）：滲碳體的聚集長大與α相的再結(jié)晶得到回火索氏體第十二頁，共35頁。第六章鋼的熱處理4.某汽車用齒輪選用20CrMnTi材料制作，其工藝路線為：下料→鍛造→正火(1)→切削加工→滲碳(2)+淬火(3)、低溫回火(4)→噴丸→磨削加工。請說明(1)(2)(3)(4)熱處理工藝的目的及熱處理后相應(yīng)的組織大致的工藝參數(shù)。（1）降低硬度，為機加工做準(zhǔn)備。組織為F+P。(~930℃,空冷)（2）提高表面含C量。(~930℃，~5h)（3）在零件表面獲得高硬度馬氏體，組織為M。(830℃，860℃,~20min，油)（4）降低淬火應(yīng)力，獲得回火馬氏體。(~200℃,3h)第十三頁，共35頁。5.什么叫回火脆性？第一類回火脆性產(chǎn)生的原因是什么？如何防止？在250-350℃和500-650℃鋼的沖擊韌度明顯下降，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。淬火鋼在250-350℃范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的脆性叫做第一類回火脆性。幾乎所有的鋼都存在這類脆性，目前尚無有效辦法完全消除這類回火脆性，因此又稱不可逆回火脆性。所以一般都不在這個溫度范圍內(nèi)回火。8.什么是淬透性？淬透性對鋼的熱處理工藝有何影響？鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。淬透性高的軸，高溫回火后其組織由表至里都是回火索氏體，其中滲碳體呈粒狀分布，具有較高韌性；而未淬透的軸，高溫回火后其未淬透的心部組織為片狀索氏體，所以韌性較差。此外淬火組織中馬氏體量的多少還會影響鋼的屈服比和疲勞強度。馬氏體量越大，屈服比越高，鋼回火后的疲勞強度也越高。第六章鋼的熱處理第十四頁，共35頁。第七章工業(yè)用鋼1.鋼中常存的雜質(zhì)有哪些？硫、磷對鋼的性能有哪些影響？常存元素有錳、硅、硫、磷。硫和磷是鋼中的有害雜質(zhì)。硫在鋼中以FeS的形式存在，使鋼變脆，尤其是FeS和Fe能形成低熔點（985℃）的共晶體（FeS+Fe），當(dāng)鋼在1000-1200℃進行軋制時，分布在奧氏體晶界上的共晶體處于熔化狀態(tài)而使鋼材被炸裂，這種現(xiàn)象稱之為熱脆；磷使鋼脆化，降低鋼的塑性和韌性，產(chǎn)生冷脆，使鋼的冷加工性能和焊接性能變壞。磷不僅降低塑性，同時還提高鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度，給鋼材在低溫下使用造成潛在的威脅。硫和磷有利的一面。例如MnS對斷屑有利，而且起潤滑作用，降低刀具磨損，所以在自動切削車床上用的易切削鋼，其硫的質(zhì)量分類高達0.15%，用以改善鋼的切削加工性，提高加工表面質(zhì)量。在炮彈鋼中，含磷量高，其目的在于提高鋼的脆性，增加彈片的碎化程度，提高炮彈的殺傷力。第十五頁，共35頁。2.指出下列鋼號屬于什么鋼，各符號代表什么？鋼號名稱*備注Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點值為235MPa20CrNi合金結(jié)構(gòu)鋼平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，Cr、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%T8碳素工具鋼碳含量0.8%T10A高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼碳含量1%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼08Al優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量為0.08%，用Al脫氧

16Mn優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量為0.16%，Mn含量低于1.5%W6Mo5Cr4V2合金工具鋼5.5%≤Ww≤6.5%4.5%≤Wmo≤5.5%3.5%≤WCr≤4.5%1.5%≤Wv≤2.5%Cr12MoV合金工具鋼Wc≥1%，WCr=11.5-12.5%，Wmo=0.4Wc=0.6%，Wsi=1.5-2.5%，Wmn≤5.5%

-0.6%，Wv=0.15-0.3%60Si2Mn合金結(jié)構(gòu)鋼Wc=0.6%，Wsi=1.5-2.5%，Wmn≤5.5%第十六頁，共35頁。5*.判斷下列鋼號的鋼種、成分、常用的熱處理方法及使用狀態(tài)下的顯微組織：牌號鋼種成分熱處理工藝顯微組織T8碳素工具鋼C預(yù)備熱處理：球化退火鐵素體+細(xì)小均勻的粒狀滲碳體最終熱處理：淬火+低溫回火回火馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘留奧氏體16Mn低合金高強度鋼C,Si，Mn熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要熱處理鐵素體+珠光體（少量）20Cr低淬透性滲碳鋼C,Cr滲碳后直接淬火，而后低溫回火表面組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，心部是低碳馬氏體40Cr調(diào)質(zhì)鋼C,Cr預(yù)備熱處理：退火或正火，最終熱處理：淬火+回火回火索氏體第十七頁，共35頁。20CrMnTi中淬透性滲碳鋼C,Cr，Mn，Ti預(yù)備熱處理：正火，索氏體+鐵素體最終熱處理：滲碳后預(yù)冷到875℃直接淬火+低溫回火由表面往心部依次為：回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘留奧氏體→回火馬氏體+殘留奧氏體→低碳馬氏體+鐵素體或者索氏體+鐵素體4Cr13馬氏體不銹鋼C,Cr淬火+低溫回火回火馬氏體GCr15滾動軸承鋼C,Cr預(yù)備熱處理：球化退火索氏體+少量粒狀二次滲碳體最終熱處理：淬火+低溫回火回火馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘留奧氏體3Cr2W8V熱作模具鋼C，Cr，W,V鍛造+完全退火+淬火+多次回火回火馬氏體+滲碳體+殘留奧氏體9CrSi低合金工具鋼C,Cr，Si預(yù)備熱處理：鍛造后球化退火最終熱處理：淬火+低溫回火回火馬氏體+未溶碳化物+殘留奧氏體1Cr18Ni9Ti奧氏體耐熱鋼C,Cr，Ni，Ti淬火奧氏體組織第十八頁，共35頁。8.滾齒機上的螺栓，本應(yīng)用45鋼制造，但錯用了T12鋼，其退火、淬火都沿用了45鋼的工藝，問此時將得到什么組織？有何性能？45鋼的熱處理工藝：完全退火（Ac3以上20-30℃）+淬火（Ac3以上30-50℃）+高溫回火T12的熱處理工藝：球化退火（Ac1以上Accm以下的雙相區(qū)）+淬火（Ac1以上30-50℃）+低溫回火錯用T12鋼，按照45鋼的熱處理工藝就是T12完全退火+Ac3以上30-50℃淬火T12本來是球化退火，目的是消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，但錯用完全退火，加熱溫度過高，消除不了網(wǎng)狀的二次滲碳體，對性能不利。然后進行淬火，T12本來是加熱到Ac1以上30-50℃，目的是限制了奧氏體的含碳量，減少淬火組織中的殘留奧氏體數(shù)量。淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體和未溶粒狀二次滲碳體組織，未溶二次滲碳體的存在有利于淬火鋼的硬度及耐磨性。如果將過共析鋼加熱到Accm或者Ac3以上，由于奧氏體晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后的馬氏體也粗大，且殘留奧氏體量增加，不僅降低鋼的硬度、耐磨性和韌性，而且還會增大變形和開裂的傾向。最后進行回火，T12本來是低溫回火，得到回火馬氏體，但是用高溫回火，最終得到回火索氏體。最終組織為回火索氏體+殘留奧氏體+網(wǎng)狀二次滲碳體第十九頁，共35頁。第八章鑄鐵2.現(xiàn)有兩塊金屬，已知其中一塊為45鋼，另一塊為灰鑄鐵HT150，請指出要鑒別他們應(yīng)采用哪些方法？A金相觀察*B力學(xué)性能低C耐磨性與減震性好D工藝性能好（鑄造流動性和切削性能）第二十頁，共35頁。6.要使球墨鑄鐵分別得到珠光體、鐵素體和貝氏體的基體組織，熱處理工藝上如何控制，依據(jù)是什么？A鑄鐵加熱到900-950℃并保溫足夠時間進行高溫退火，再爐冷到600℃出爐空冷。退火過程中基體中的滲碳體分解出石墨，自奧氏體中析出石墨，這些石墨集聚與圓球狀石墨周圍，基體全轉(zhuǎn)換為鐵素體。B將基體為鐵素體及珠光體的球墨鑄鐵件重新加熱到850-900℃，原鐵素體及珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并由部分球狀石墨溶解于奧氏體，經(jīng)保溫后空冷，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體。C將球磨鑄鐵件加熱到830-870℃溫度保溫，基體奧氏體化后，投入280-350℃的熔鹽中保溫，讓奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w第二十一頁，共35頁。7.不同階段石墨化程度對灰鑄鐵的基體組織有何影響？名稱石墨化程度顯微組織第一階段第二階段灰鑄鐵完全石墨化完全石墨化鐵素體+石墨完全石墨化部分石墨化鐵素體+珠光體+石墨完全石墨化未石墨化珠光體+石墨第一階段的石墨化溫度較高，碳原子容易擴散，故容易進行的完全；而第二階段的石墨化溫度較低，擴散困難些，往往進行的不充分。冷卻速度稍大時，第二階段的石墨化只能部分進行，冷卻速度很大時，第二階段的石墨化便完全不能進行。第二十二頁，共35頁。第1章基本概念、術(shù)語彈性、剛度、強度、硬度、塑性屈強比彈性模量及其影響因素第二十三頁，共35頁。第2章基本概念、術(shù)語晶體、非晶體、合金、固溶體結(jié)合鍵及對材料性能的影響金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型立方晶格的晶面指數(shù)、晶向指數(shù)標(biāo)定晶體缺陷及對材料性能的影響第二十四頁，共35頁。第3章基本概念、術(shù)語結(jié)構(gòu)起伏、成分起伏、能量起伏、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、過冷度。凝固和結(jié)晶結(jié)晶宏觀現(xiàn)象過冷現(xiàn)象結(jié)晶微觀過程形核長大晶粒大小的控制第二十五頁，共35頁。第4章基本概念、術(shù)語相、相圖、勻晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、共析反應(yīng)、包晶反應(yīng)Fe－C相圖杠桿原理的應(yīng)用成分特征點典型組織特征典型成分合金的結(jié)晶過程第二十六頁，共35頁。第5章基本概念、術(shù)語滑移、加工硬化、回復(fù)、再結(jié)晶、織構(gòu)金屬的變形方式加工硬化的基本原理第二十七頁，共35頁。第6章基本概念、術(shù)語過冷奧氏體、馬氏體、殘余奧氏體、淬透性、調(diào)質(zhì)各種熱處理工藝概念、目的、組織那類的鋼適合哪種熱處理工藝典型零件的工藝路線第二十八頁，共35頁。第7基本概念、術(shù)語熱脆、冷脆、氫脆、固溶強化、細(xì)晶強化、彌散強化、二次硬化鋼中元素的作用冷卻曲線（C曲線）常用材料的選擇

零件/構(gòu)件適用材料最終熱處理工藝組織

零件/構(gòu)件舉例：（P121)建筑鋼筋、汽車板彈簧、氣門彈簧、汽車半軸、滾動軸承、重載齒輪、熱鍛模、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、汽輪機葉片、手用鋸條、高