工程材料复习

1、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的硬度、强度迅速增加； 塑性、韧性迅速下降的现象！淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力，即获得马氏体 多少的能力。热硬性：又叫红硬性，钢在高温下保持高硬度的能力。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔的固态颗粒， 造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目 大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方式叫做变 质处理。同素异构转变：由于条件（温度或者压力）变化引起金属晶体结 构的转变，成为同素异构转变。固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、 硬度升高的现象称为固溶强化。珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

2、铁素体和渗碳体 呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。调质处理：淬火后加高温回火。共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。材料常用的塑性指标有延伸率和材料收缩率两种，其中用断面收 缩率表示塑性变形更接近材料的真是变形，在拉伸曲线上可以确 定的塑性指标是延伸率。金属的结晶过程主要由形核和晶核成长两个基本过程组成。常温下，金属单晶体的塑性变形方式为滑移和孪生两种，其中主 要的变形方式是滑移。二元金属的杠杆定律中，杠杆的断电是所求的两个相的成分，杠 杆的质点是合金的成分。F的晶体结构是体心立方晶格，A的晶体结构是面心立方晶格。工业用钢按

3、质量分为普通钢，优质钢和高级优质钢。钢的热处理工业由加热，保温，冷却三个阶段所组成。除Co元素以外，其他所有的合金元素都是C曲线向右移动，是钢的临界冷却速度减小，淬透性提高。除Co元素以外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏 体的稳定性。60Si2Mn是弹簧钢，可制造汽车板簧；GCr15是滚动轴承钢，可制造滚动轴承；9SiCr是低合金刃具钢，可制造低速切削刃具。铸造状态下，灰口铸铁的集体有F+P，P和F三种。玻璃钢是玻璃纤维和树脂组成的复合材料。钢合金俺其合金化系列可分为黄铜，青铜和白铜三类。零件失效的三种基本类型是变形失效，断裂失效和表面损伤失效。在作疲劳试验时，式样承受的载荷为交变

4、载荷。金属化合物的性能特点是硬度高，熔点高。能使单晶体产生塑性变形的应力为切应力。在发生LTa +B共晶反应时，三相的成分为均确定。钢的质量等级的分类是按钢的杂志S、P的含量区分的。奥氏体向珠光体的转变属于扩散型转变。过冷奥氏体是冷却到 A1温度下，尚未转变的奥氏体。制造钳工用手用锯条应当选用 T12钢经淬火和低温回火。HMn58-2是特殊黄铜的牌号，它表示含Cu量为58%，而含Mn量为2%。塑料的使用温度应为v Tg。电炉炉丝与电源线的接线座应用陶瓷材料最合适。发动机启发选用4Cr9Si2。适合制作变速箱齿轮的钢是 20CrMnTi。化学热处理与其他热处理方法的根本区别是钢成分变化。大小不变

5、或变化缓慢的载荷称为静载荷，突然增加的载荷称为冲 击载荷，大小和方向随时间周期性变化的载荷称为交变载荷。常见的金属晶格类型是体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将提高。钢经调质处理后获得的组织是回火索氏体。2, 锰。锰是阻止石墨化的元素，但锰与硫化合成硫化锰，减弱了金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现 象称为同素异晶转变。固溶体根据溶质原子在晶格中位置的不同可分为间隙固溶体和置 换固溶体两类。结晶时，细化晶粒的途径有提高冷却速度，进行变质处理，震动。工具钢按用途可分刃具钢，模具钢，量具钢。化学热处理都是通过分解，吸收和扩散三个基本过程

6、完成的。影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度两个方面。玻璃钢是玻璃纤维和树脂组成的复合材料。不锈钢按其金相显微组织不同，常用的有以下三类：铁素体不锈 钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢。碳在白口铸铁中主要以渗碳体形式存在，而再灰口铸铁中主要以 石墨形式存在。机床轻载主轴（载荷小，冲击不大，磨损较轻）用 45钢制造并进 行正货或调质热处理。机床中载主轴（载荷中等，磨损较严重）用45或40Cr制造并进行调质+表面淬火热处理。机床重载主轴（载 荷大，磨损和冲击严重）用 20CrMnTi制造并进行渗碳+淬火+低 温回火热处理。铜合金按其合金化系列可分为青铜，白铜和黄铜三类。高分子材料的接合键是共价键和

7、分子键。再结晶和重结晶都有形核与长大两个过程，主要区别在于有没有 晶体结构的改变。能使单晶体产生塑性变形的应力为切应力。珠光体是一种机械混合物。不能进行锻造的铁碳合金是亚共晶白口铸铁。合金渗碳钢渗碳后必须进行淬火 +低温回火。40Cr钢属于调质钢。铸铁中碳以石墨形态析岀的过程称为石墨化。用来合成高分子材料的低分子化合物称为单体。桥梁构件选用16Mn。适合制作手术刀的钢是 4Cr13。适合制作滚动轴承的钢是 GCr15。有一碳钢制支架刚度不足，有人要用热处理方法；有人要另选合 金钢；有人要改变两件载面形状解决。哪种方法合理？为什么？ 答：改变零件载面形状的方法合理。用热处理方法和另选合金钢 都不

8、合理。因为零件的刚度取决于两个方面：一是材料的弹性模 量，另一个是零件的载面形状，而材料的弹性模量是相对稳定的 力学性能指标外（即这一质变对材料的组织状态不敏感），用热处理方法无法改变，对于同一合金系当成分改变时，材料的弹性模 量也不变化。在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上） 使齿轮得以强化，试分析原因。答：高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形， 形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。分析钳工锯T8，T10, T12等钢材料时比锯10,20钢费力，锯条容 易磨钝的原因。答：T8，T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%, 1.0%,1.2

9、%，钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；而10,20钢为优质碳素结构钢， 属于低碳钢，钢中渗碳体含量少，钢的硬度较低，因此钳工锯T8， T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？化学成分：1, 碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的含 量越高，就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最 佳的铸造性能。因此，将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。硫的有害作用，结果又间接促进石墨化得作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。3，硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素，它不仅强烈的促使白口化， 而且还会降低铸铁的流动性和力学性能，所以硫是有

10、害元素，必 须严格控制其含量。4，磷。磷是弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性，但 磷得含量过高会增加铁的脆性，使铸铁在冷却过程中易开裂，所 以也应严格控制其含量。冷却速度：生产实践证明，在同一成分的铸铁件中，其表面和薄壁部分易岀 现白口组织，而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见，冷 却速度对石墨化影响很大。冷却速度越慢，原子扩散时间充分， 也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸 件壁厚和铸型材料。拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造-热处理-机加工 -热处理-磨加工。1、试写岀各热处理工序的名称并指岀各热处理工序的作用2、指出最终热处理后的显微组织及大致

11、硬度3、指定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）答：1、工艺路线为：锻造-退火-机加工-淬火后低温回火-磨加工 退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温 回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。2、 最终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC3、 T10车刀的退火为球化退火，加热温度为A1线以上2030C， 保温、缓冷；淬火温度为 780 C左右。冷却介质为水；回火温度为 150250C .为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？答：晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也 阻碍晶粒的变形。隐刺，金属的晶粒越细，其晶界总面积越大， 每个晶粒周围不同去想的

12、晶粒数便越多，对塑性变形的抗力也越 大。因此，金属的晶粒越细，强度越高。同时，晶粒越细，金属 单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更 多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集 中，弓I起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性和韧性也越好。产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：1、随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各 晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形越大，晶粒破碎的程度越大， 这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长 而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度 的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强

13、度和硬度显著提 高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。2、金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板 在冷轧过程中会越扎越硬，一直最后轧不动。另一方面人们可以 利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝 就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工 硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉 过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转 移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。用40Cr钢制造模数为3的齿轮，其加工工艺路线为：下料（棒料） T锻造毛坯T热处理1宀粗加工齿形T热处理 2T精加工齿形T热 处理

14、3-磨削。请说明各热处理工艺的名称、目的、加热温度范围 及冷却方式。答：热处理1:安排在锻造之后，粗加工之前，应使预备热处理， 其目的是消除前道工序（锻造）的缺陷，均匀化和细化组织，消 除内应力，降低硬度，改善切削加工性能。达到此目的可采用完 全退火或正火，由于所用材料为 40Cr中碳合金钢，根据含碳量可 以确定为正火。加热温度为 AC3+3050C，保温后空冷。热处理2：齿轮工作时承受冲击， 要求齿轮根部有高的综合力学性 能，热处理2应为调质处理，因为钢的淬透性有限，调质处理组 织的深度是一定的，为了避免把宝贵的调质处理组织层切除，调 质处理应放在粗加工之后进行，后续精加工是为了修正调质处理

15、 引起的变形。淬火加热温度为Ac3+3050 C（约850 C），保温后油冷，淬火后进行高温（约 500 C）回火。热处理3：齿轮工作时轮齿表面承受磨擦和挤压，轮齿表面要求有高的硬度，热处理 3应为表面淬火，并随后进行低温回火（由于所用材料为中碳钢，不应采用渗碳处理）。热处理3后工件表面硬度 很高，难于切削加工，所以应安排在精加工之后进行，最后的尺 寸精度由磨削来完成。表面淬火可采用感应加热淬火，淬火加热 温度为Ac3以上80150 C，实际由通电加热时间控制。加热后水 溶液喷射淬火，回火温度为180200 Co生产中也可以采用自回火， 即工作淬火冷却到200 C左右时停止喷水，利用工件内部的余热来 达到回火的目的。用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：锻造-球化退