船舶与海洋工程材料复习资料(2016).doc

船舶与海洋工程材料复习提纲一、基本概念工程材料：硬度：化学键、离子键：晶体、非晶体、晶格、单晶体、多晶体、结晶：滑移，孪生：加工硬化（冷作硬化）：金属在变形后强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质相是指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。组元: 组成合金的最基本独立单元(元素)。相图：又称平衡图，状态图。相图是以温度为纵坐标，以组元成分为横坐标，表明合金系中各合金在不同温度下由哪些相构成及这些之间的平衡关系图。二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二元共晶相图。共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相的复合混合物的反应共析反应：自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变过程固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。（锰铁,金铜）渗碳体：是一种复杂的间隙化合物，铁原子是以金属键相结合的。渗碳体极脆，塑性几乎等于零，冷却时不发生同素异构体转变。铁素体：碳在-Fe中的固溶体，常用F或表示。强度、硬度低，塑性、韧性好。奥氏体：碳在-Fe中的固溶体，高温组织，在大于27时存在，常用A或表示。塑性好，强度、硬度高于F。在锻造，轧制时，常要加热到A，可提高塑性，易于加工。珠光体：铁素体与渗碳体的片状机械混合物。力学性能介于F与C之间，强度、硬度较好，塑性、韧性不差。 莱氏体（ Ld ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 性能-硬度高，塑性差。金属间化合物：合金组元间发生相互作用而形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元且具有金属特性的新相即为金属间化合物，或称中间相。两组元在液态和固态均能无限互溶时，所构成的相图称为均晶相图。铁碳合金相图：在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没有使用价值。因此只研究FeFe3C，即含碳量小于6.69%这一部分，通常称为FeFe3C相图钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。强度、硬度高，经回火过后可得到综合机械性能好的材料。（碳原子在马氏体中存在使金属晶格变形是马氏体强度、硬度高的根本原因）。贝氏体：含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体的混合物，称为贝氏体（B）退火：将钢加热到适当温度（临界温度以上3050 ），保温一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。 回火：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。表面淬火：是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织，且信步组织不发生变化的局部热处理工艺。表面淬火加工的方法:感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、电接触加热法等。钢的淬透性：指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。淬硬性：是指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的最高硬度。渗碳：向钢的表面渗入碳原子的过程。名词解释：合金；相；组元；固溶体；相图；匀晶相图；二元共晶相图；共晶反应；共晶体。铁素体；渗碳体；奥氏体；珠光体；莱氏体；共晶反应；共析反应。船舶与海洋工程材料分为金属材料和非金属材料两种。金属材料包括黑色金属和有色金属两种。黑色金属包括铁及其全部合金，有色金属除黑色金属外的所有金属均称为有色金属。非金属材料分为高分子材料，无机非金属材料和复合材料三类。结晶过程包括形核和长大常见金属的晶格类型 ：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格、金属晶体的缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷过冷是结晶的必要条件。表示晶面的符号称为晶面指数。表示晶向的符号称为晶向指数每一个晶面指数(或晶向指数)泛指晶格中一系列与之相平行的一组晶面、（或晶向）。原子排列情况相同但空间位向不同的晶面（或晶向）统称为一个晶面（或晶向）族。金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界。 晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界单晶体的塑性变形方式 滑移和孪生密排六方金属常以孪生方式变形；体心立方金属只有在低温拉伸或受到冲击载荷时才发生孪生变形； 面心立方金属容易滑移变形一般不发生孪生变形。滑移面和滑移方向是原子密排面和密排方向。由于滑移方向对滑移影响比滑移面较大，所以面心立方晶格的塑性好。滑移是通过滑移面的位错运动逐步实现的.孪生变形部分与未变形部分呈镜面对称各个晶粒的位向不同，将使得各个晶粒的变形有先有后。但是，只有各个晶粒相互协调才能变形多晶体金属的塑性变形：加工硬化、织构现象、残余应力温度升高变形金属发生：回复、再结晶、晶粒长大合金可分为：1、机械混合物 2、固溶体 3、化合物碳钢的组元：铁和碳；固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分：1. 置换固溶体2. 间隙固溶体五大组织：渗碳体，铁素体，奥氏体，珠光体，莱氏体在FeFe3C相图中，较稳定的化合物Fe3C与Fe是组成二元合金的两个组元5.钢分： 共析钢、亚共析钢、过共析钢白口铸铁：共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁亚共析钢就是含碳量为0.0218%C到0.77%C的钢，它包括了碳素结构钢、低碳钢、中碳钢及高碳钢。亚共析钢的含碳量是 0.02%-0.77%共析钢的含碳量是 0.77% 过共析钢的含碳量是 0.77%-2.11%热处理包括普通热处理和表面热处理。普通热处理包括退火，正火，淬火，回火。表面热处理包括表面淬火和化学热处理。表面淬火包括火焰加热和感应加热。在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。奥氏体的形成：形核，长大，残余渗碳体溶解均匀化。处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。马氏体的形态分板条和针状两类。钢的热处理工艺 预备热处理 : 退火 ; 正火 最终热处理 : 淬火 ; 回火退火分为：完全退火，均匀化退火（扩散退火），球化退火，再结晶退火，去应力退火。常用的淬火方法：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、局部淬火等。按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C 淬火 + 高温回火 = 调质处理按成分：碳素钢和合金钢。碳素钢按成分分为低碳钢，中碳钢，高碳钢。合金钢分为低合金钢，中合金钢，高合金钢。 按用途：结构钢，工具钢，特殊钢。结构钢按质量又分为高级优质结构钢，普通结构钢，优质结构钢。工具钢分为量具、刃具钢，冷做模具钢，热冲击模具钢，耐冲击模具钢。碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其他杂质元素有：S P Si Mn N O H 有益元素：锰 硅 有害元素：硫 磷 氮 氧 氢硫的影响-热脆现象： FeS与Fe形成的熔点（985 ）共晶体分布在晶界上当钢加热到1000-1200进行锻压或轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶界开裂。这种现象称热脆。磷的影响-冷脆现象：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆。氮的影响-兰脆现象：在200300加热过程中常呈氮化物析出（时效现象），使钢的强度极限升高，塑性下降，这种现象称作钢的兰脆现象。氢的影响-白点：聚积的氢将产生很大压力，使钢材内部出现的裂纹。特殊钢：调质钢，不锈钢，低温钢，耐磨钢，低磁钢，耐大气及海水腐蚀用钢。不锈钢：腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。船舶与海洋工程用钢：船用碳素结构钢：钢质海船入级与建造规范（1996）规定一般船体结构钢分为ABDE四个等级，其按硅，磷，硫的含量来划分。钢铁之外的金属材料称为非铁金属材料或有色金属。铝合金按成分和性能分：变形铝合金，铸造铝合金。按用途分：防锈铝合金，硬铝，锻铝，超硬铝，特殊铝。有色金属中密度低于3.5103kg/m3的称为轻有色金属；密度大于3.5103kg/m3的称为重有色金属。常用的有：铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金和轴承合金等 纯铝的特性：纯铝是银白色金属，熔点660，面心立方晶格，无同素异晶转变。是自然界出量最丰富的金属元素。 牺牲阳极的阴极保护法：这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的锅炉内壁、船体外壳被保护了下来。外加电流的阴极保护法：这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。抗拉强度：材料在拉伸条件下所能承受最大力的应力值。当金属原子相互靠近时，其外层的价电子将脱离原子，而成为自由电子，并为整个金属所共用，这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。晶格：这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。结晶：凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。理论结晶温度：纯金属在无限缓慢的冷却条件下（即平衡状态下）的结晶温度称为理论结晶温度。孪生：晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）进行剪切变形的现象。合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。相: 是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态(如密度、晶体结构等)，并以界面相互分开的、均匀的物态。固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中，诸相区的温度、压力、成分的极限图解。匀晶相图：两组元在液态和固态均能无限互溶时，所构成的相图称为均晶相图。共析反应：一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的 新的固相的反应。正火：将钢件加热到Ac3或Accm线以上3050 C ，保温适当的时间后，在空气中冷却。淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。 钢: 以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的材料称为钢船体结构用钢:指按船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材。白口铸铁按金相组织的不同分为 亚共晶白口铸铁、 共晶白口铸铁、 过共晶白口铸铁 。碳钢牌号用二位数表示，如08-25属 低碳钢 ， 这类钢的强度、硬度较低，塑性、 韧性 及焊接性良好。改善钢的性能，主要有两种途径： 合金化 、 热处理 。根据热处理原理制定的温度、 时间、 介质 等参数称热处理工艺。在热处理生产中，常用的冷却方式有 等温冷却 、 连续冷却 。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT 曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。退火分为哪几种： 、 、 、 、 。晶界处原子排列紊乱，滑移抗力大金属晶粒越小，单位体积中的晶界面积越大，并且不同位向的晶粒越多，因而金属的塑性变形抗力越大，金属的强度也就越高。液体：视其混溶程度而定，可有1、2、3个相。固体：一般有几种物质就有几个相，如水泥生料。但如果是固溶体时为一个相。纯铁是含碳量小于0.02%的铁合金，又称熟铁处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物即贝氏体转变的产物。强韧性和耐磨性 上贝氏体形成温度为550-350。在光镜下呈羽毛状下贝氏体形成温度为350-Ms。在光镜下呈竹叶状。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT 曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢的CCT曲线没有贝氏体转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的力学性能提高。 粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。经过再结晶的金属强度、硬度下降，塑性、韧性上升，所有性能回复到变形前的水平。每一个晶面指数(或晶向指数)泛指晶格中一系列与之相平行的一组晶面（或晶向）。晶粒是小单晶体，金属一般都不是单晶体。冷变形加工后金属出现了强度提高的现象（加工硬化），就是由于位错密度的增加所致。金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界。 结晶是物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。一切非晶体物质则无此明显的结晶温度，凝固总是在某一温度范围内逐渐完成。冷却速度越慢，过冷度就越小，实际结晶温度就更接近理论结晶温度细晶粒组织的金属强度高、塑性和韧性好、耐腐蚀性好。滑移总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面和晶向进行。滑移方向对滑移影响比滑移面较大。面心立方金属容易滑移变形一般不发生孪生变形。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多多晶体比单晶体具有较高的塑性变形抗力。再结晶前后晶粒的晶格类型不变、化学成分不变，只改变晶粒形状，因此再结晶不发生相变。变形程度越大，晶体的缺陷越多，组织就越不稳定，再结晶温度越低。研究范围内，既不分解也不发生任何化学反应的稳定化合物变可成为组元，如e-C。元素间的电负性差值越小，则形成的置换固溶体的固溶度越大溶质与溶剂原子的晶体结构相同，是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。发生共晶转变的温度称为共晶温度纯铁是含碳量小于0.02%的铁合金，又称熟铁纯铁的同素异形体有三种。热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 热处理只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。锰硅是碳钢中的有益元素。原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢脆，形成微裂纹，其内壁为白色。对提高钢的性能起主要作用的元素：Si、Mn、Cr、Ni。中国船级社规范标准的碳素结构钢分为： A、B、D、E四个质量等级。高强度船体结构用钢是普通低合金高强度结构钢中一个重要钢种。钢铁以外的金属材料称为非铁金属材料或有色金属。细化晶粒的途径：增加过冷度；形变强化变质处理；附加振动塑性变形对组织结构的影响：晶粒变形；各向异性；亚结构形成；形变织构产生；影响再结晶晶粒大小的因素有：加热温度；变形度；原始晶粒度；合金元素及杂质；合金可以分为如下几类：机械混合物；固溶体；金属间化合物；结构钢；金属间化合物分为：正常价化合物；电子化合物；间隙化合物；无机化合物；钢在加热时奥氏体的形成过程包括：晶核形成；晶核长大；残余渗碳体溶解；奥氏体均匀化；马氏体的形态分为：针状马氏体；板条状马氏体；点状马氏体；方形马氏体；淬火缺陷有：氧化和脱碳；过热与过烧；变形与开裂；硬度不足；钢的回火分为：低温回火；中温回火；高温回火；常温回火；以下属于表面化学热处理的方式有：渗碳；渗氮；碳氮共渗；渗硼；钢按成分分为: 碳钢；合金钢；工具钢；结构钢；合金元素对钢基本相的影响：强化铁素体；形成碳化物；单独形成特殊碳化物；扩大奥氏体区二、问答题1、晶体的特点：原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列；具有一定的熔点，如铁的熔点为1538，铜的熔点为1083晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性；在一定条件下有规则的几何外形晶体不同方向上性能不同的性质叫做晶体的各向异性。2、非晶体特点：原子在三维空间呈不规则的排列。没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终 变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。3、细化晶粒的途径1）适当提高冷却速度，增加过冷度2）进行变质处理:加入不熔杂质3）附加振动：机械振动、超声波振动、电磁搅拌等4、影响奥氏体转变的因素加热温度和加热速度的影响：提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。 化学成分的影响：随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。 原始组织的影响：由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。5、退火目的为最终热处理作好组织准备 1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。6、淬火缺陷：1）氧化与脱氧；过热和过烧3、变形与开裂 4、硬度不足 7、铝及其合金具有以下优良的性能1）质量轻密度为2.7kg/m3 ，仅为铁的1/3，是一种轻型金属，飞机的主框架要选用铝合金。2）导电、导热性好，仅次于铜、银。3）具有较好的抗大气腐蚀能力（能形成Al2O3氧化膜）4）具有较好的加工工艺性能。它的塑性好，可以冷、热变形加工，还可以通过热处理强化，提高铝的强度。 8、时效强化：铝合金的时效强化是将淬火得的过饱和铝基固溶体（因为合金元素在铝中的溶解度较大，并随温度的下降而急剧减少）放置在室温下或加热至某一温度，铝合金的强度和硬度随时间的延长而增加，而塑性和韧性则下降，这个过程称为时效强化。时效强化分为自然时效（直接将淬火后的合金在室温下保持较长的时间），人工时效（将淬火后的合金加热至一定温度，保温一定时间然后出炉空冷）。9、按照破坏过程的特点 金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀：指金属表面与其周围的介质发生化学反应，生成一种新的物质（氧化物），从而使金属收到破坏的现象。 电化学腐蚀：不纯的金属和电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。说出几种腐蚀种类，分别阐述其机理和基本措施？简答船舶与海洋工程的腐蚀种类：大气腐蚀、海水腐蚀、电腐蚀、接触腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、空泡腐蚀、生物腐蚀10、晶体有什么缺陷，它们对性能有什么影响 点缺陷:点缺陷的形成，主要是由于原子在各自平衡位子上做不停的热运动的结果。空位和间隙原子的数目随着温度的升高而增加。此外，其他加工和处理，如塑性加工、离子轰击等，也会增加点缺陷。 点缺陷造成晶格畸变，使材料的强度、硬度和电阻率增加以及其他力学、物理、化学性能的改变。 线缺陷: 位错的出现使位错线周围造成晶格畸变，畸变程度随离位错线的距离增大而逐渐减小直至为零。严重晶格畸变的范围约为几个原子间距。随着位错密度的增高，材料的强度将会显著增加，所以提高位错密度是金属强化的重要途径之一。面缺陷: 在腐蚀介质中，晶界处较晶内易腐蚀。晶界面上的原子扩散速度较晶内的原子扩散速度快。 11、何谓铁素体、渗碳体、奥氏体、莱氏体、珠光体，它们组织结构性能形态的特点(1)铁素体 ：常用符号F或表示。其溶碳能力差。铁素体的强度差，硬度低，塑性好。(2)奥氏体：常用符号A或表示。在1147时可溶碳2.06。是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。常作为各类钢的加工状态。 奥氏体不可能全部转变为马氏体，总有部分残余奥氏体存在。 (3)渗碳体 ： 碳与铁的化合物(Fe3C)，叫渗碳体，含碳为6.67。渗碳体的硬度高，约为800HB，极脆，塑性几乎等于零，熔点为l227。高温铁素体 ：以表示。碳在Fe中的最大溶解度为0.10，固溶体只存在于高温很小的区间，对钢铁的性能影响不大。 A1650 ：珠光体，或称普通片状珠光体（P）12为什么要进行表面淬火，常用的表面淬火的方法有哪些？和化学热处理有什么异同？表面淬火方法是将淬火零件表层金属迅速加热至相变温度以上，而心部未被加热，然后迅速冷却，使零件表层获得马氏体而心部仍为原始组织的“外硬内韧”状态。含碳量在0.400.50为宜。 为了保证心部较好的塑性和韧性，在表面淬火前应进行正火或调质处理。表面淬火目前应用较多的是感应加热淬火法和火焰加热淬火法。 钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。13、金属的防护： 金属防护的基本思路是：防止金属与氧化性介质直接接触；防止金属表面形成电解质溶液层。金属防护的常用方法有：覆盖保护膜，如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等；电化学保护14、影响金属腐蚀快慢的因素：金属的活动性：金属越活泼，越容易被腐蚀；纯度：不纯的金属比纯金属更易被腐蚀，如纯铁比钢难腐蚀；电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活泼金属被腐蚀得越快； 氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，会保护内层金属。如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如钢铁；外因：介质、环境（腐蚀性气体，电解质溶液）。15、正火、淬火、回火应用于什么场合？正火：1、作为普通零件的最终热处理。2、对于低、中碳钢作为预先热处理，提高硬度便于切削。3、对于过共析钢可以得到莱氏体。淬火：1、提高钢材的硬度，增加耐磨性。2、为以后调质处理作好组织准备。回火：1、避免淬火键开裂。2、调节淬火硬度减少脆性。3、使马氏体和残余奥氏体稳定。4、降低某些合金钢硬度便于切削。16多晶体塑性变形后金属的组织与性能（一）位错密度增加，产生加工硬化加工硬化（冷作硬化）：金属在变形后强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。注：塑性变形主要是通过位错实现的，主要是位错密度增加。（二）冷塑性变形引起的各向异性 1、形成纤维组织 2、变形织构的产生变形织构：晶粒位向有序化结构，称为织构现象。（三）产生残余内应力 1、金属表层和心部变形不均匀宏观内应力； 相邻晶粒变形不均匀微观内应力； 由于位错等缺陷造成晶格畸变应力是金属主要变形强化原因。17含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间的定量关系2含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。3含碳量对工艺性能的影响对切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁碳相图确定合适的温度，始轧和始锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和温度也不能过低，以免产生裂纹。对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。18影响奥氏体转变的因素1.加热温度和加热速度的影响 提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。 2.化学成分的影响 随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。 3.原始组织的影响由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。 .合金元素的影响：通过对碳的扩散能力的影响阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。19含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间的定量关系2含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。3含碳量对工艺性能的影响对切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁碳相图确定合适的温度，始轧和始锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和温度也不能过低，以免产生裂纹。对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。20铁碳相图的应用1、选用材料 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。2、叛断切削加性能 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4、应用于热处理生产 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。21影响奥氏体转变的因素1.加热温度和加热速度的影响 提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。 2.化学成分的影响 随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。 3.原始组织的影响由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。 .合金元素的影响：通过对碳的扩散能力的影响阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。22过冷奥氏体等温冷却转变曲线是如何建立的?(以共析钢为例)取一批小试样并进行奥氏体化.将试样分组淬入低于A1 点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬入水中。 测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度时间坐标中，并分别连线。转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。23淬火缺陷1）氧化与脱氧 钢加热时，炉内氧化气氛于钢材料表面的铁或碳相互作用，引起氧化和脱碳。氧化，是指铁的氧化，即在工件表面形成一层松脆的氧化铁皮。氧化不仅造成金属的损耗，还影响工件的承载能力和表面质量等。 脱碳，是指气体介质和钢表面的碳起作用而逸出，使材料表面含碳量降低。脱碳会降低工件表层的强度、硬度和疲劳强度，对于弹簧、轴承和各种工具、模具等，脱碳是严重的缺陷。为了防止氧化和脱碳，对重要受力零件和精密零件，通常应在盐浴炉内加热。2）过热和过烧 钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热。加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。 工件过热后，晶粒粗大，不仅降低钢的力学性能（尤其是韧性），也容易引起变形和开裂。过热可以用正火处理予以纠正，而过烧后的工件只能报废。为了防止工件的过热和过烧，必须严格控制加热温度和保温时间 3）变形与开裂 淬火内应力是造成工件变形和开裂的原因。对于变形量小的工件可采取某些措施予以纠正，而变形量太大或开裂的工件只能报废。 为了防止变形和开裂的产生，可采用不同的淬火方法（如分级淬火或等温淬火等）或在设计上采取一些措施（如结构对称、截面均匀、避免尖角等）。 4）硬度不足 由于加热温度过低、保温时间不足、冷却速度过低或表面脱碳等原因造成的。一般情况下，可采用重新淬火消除，但淬火前要进行一次退火或正火处理。24、什么叫工程材料？材料如何分类？25、化学键概念及