材料与成型技术复习课-2015年11月

1、工程材料复习课工程材料复习课考试时间：考试时间： 1111月月9 9日（周一）日（周一）11:4511:4513:4513:45考试地点：考试地点： AJ103(教师号教师号1002,即即1-2节上课节上课) AJ104(教师号教师号1004,即即3-4节上课节上课)2015201520162016学年学年秋秋季学期季学期一、一、“材料与成形技术材料与成形技术A(1)A(1)”考试通知考试通知二、二、“材料与成形技术材料与成形技术B(1)B(1)”考试通知考试通知考试时间：考试时间： 1111月月1111日（周三）日（周三）14:1514:1516:1516:15考试地点：考试地点： AJ30

2、3材料成形（一）复习重点：材料成形（一）复习重点：1.1.材料的力学性能和晶体结构材料的力学性能和晶体结构 强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性 基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。 纯金属的晶体结构和结晶过程纯金属的晶体结构和结晶过程 晶向指数、晶面指数；晶向指数、晶面指数； 3 3种常见晶格的晶格常数、致密度种常见晶格的晶格常数、致密度 3 3种晶格缺陷种晶格缺陷 结晶过程和细化晶粒的结晶过程和细化晶粒的3 3种办法种办法 合金的晶体结构合金的晶体结构 固溶体、化合物、机械混合物的性能特征固溶体、化合物、机械混合物的性能特征2. 二元

3、合金相图和杠杆定律二元合金相图和杠杆定律:匀晶、匀晶、共晶共晶、共析共析、包晶转变的概念包晶转变的概念, ,各类相图各类相图 的形态特征的形态特征 匀晶匀晶相图的区域相图的区域( (相组成相组成、组织组成组织组成),),冷却曲线冷却曲线, , 组织转变过程分析组织转变过程分析共晶相图的区域共晶相图的区域( (相组成相组成、组织组成组织组成),),冷却曲线冷却曲线, , 组织转变过程分析组织转变过程分析用杠杆定律计算相组成物或用杠杆定律计算相组成物或组织组成物各自所占组织组成物各自所占 的比例的比例枝晶偏析枝晶偏析、比重偏析、扩散退火（均匀化退火）、比重偏析、扩散退火（均匀化退火）3. 铁碳合金

4、及铁碳合金及Fe-Fe3C相图相图平衡相平衡相、平衡组织；相图的、平衡组织；相图的形态和各区域组织形态和各区域组织 特征点线特征点线： 0.0.02180218% %( (室温用室温用0)0)、0.77%0.77%、2.11%2.11%、 4 4.3%.3%、6.69%6.69%；727727、11481148亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶 6 6种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相 照片特征照片特征，会用杠杆定律计算各相的比

5、例会用杠杆定律计算各相的比例。从材料组织分析含碳量与力学性能的关系：从材料组织分析含碳量与力学性能的关系： c1%c1%c1%时，随碳量增加，硬度时，随碳量增加，硬度 ；强度、塑性和韧性；强度、塑性和韧性 会写包晶、共晶、共析转变式会写包晶、共晶、共析转变式 包晶转变式：包晶转变式：L L 0.530.53 + + 0.090.09 0.170.17 共晶转变式：共晶转变式：L L 4.34.3 2.112.11 + + FeFe3 3C C ( ( L L4.34.3 LdLd4.34.3 ) ) 共析转变式：共析转变式： 0.770.77 0.02180.0218 + + FeFe3 3C

6、 C ( ( 0.770.77 P P 0.770.77 ) )4. 热处理热处理热处理时的组织与性能的变化分析热处理时的组织与性能的变化分析: : 加热时：实现加热时：实现奥氏体奥氏体化（用相图分析）；化（用相图分析）； 冷却时：冷却时：过冷奥氏体过冷奥氏体将实现将实现珠光体珠光体或或贝氏体贝氏体或或 马氏体马氏体转变（用转变（用C C曲线分析）曲线分析） 退火退火、正火、淬火、回火、正火、淬火、回火的加热温度的加热温度、冷却方、冷却方 式及主要目的。式及主要目的。防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺 点和应用场合点和应用场合。（。（双液双液、分级

7、分级、等温淬火等温淬火）起始晶粒度起始晶粒度、本质晶粒度本质晶粒度；淬透性、淬硬性；淬透性、淬硬性 对本质粗晶对本质粗晶粒钢热处理时粒钢热处理时，要严格控制加热温，要严格控制加热温 度、加热速度、保温时间度、加热速度、保温时间（快速加热、短时间保温快速加热、短时间保温）热处理组织热处理组织（非平衡冷却组织）：（非平衡冷却组织）：S、T、 B 、 M、回火、回火S、回火、回火T、回火、回火M的定义与性能特征；的定义与性能特征； 上上B、下、下B、低碳、低碳M、高碳、高碳M在显微镜下的形态在显微镜下的形态 特征及性能区别特征及性能区别5. 钢铁材料钢铁材料钢铁材料的分类钢铁材料的分类、牌号意义及主

8、要用途牌号意义及主要用途。 Q235Q235与与Q345Q345（以（以295295分界）分界）, , 4545 , , T8T8与与T8AT8A , , T10;T10; 20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn ,GCr15;,GCr15;38CrMoAl38CrMoAl* *( (渗氮渗氮) ) 9SiCr, W18Cr4V; 9SiCr, W18Cr4V; 2Cr13, 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti;4Cr13,1Cr18Ni9Ti; HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06;HT150, HT3

9、00; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2, RuT380 QT800-2, RuT380石墨化过程及其影响因素石墨化过程及其影响因素，石墨化对铸铁分类石墨化对铸铁分类（白、灰、麻）及（白、灰、麻）及基体组织基体组织（F F基、基、F+PF+P基、基、P P基）基） 的影响的影响（书中（书中P38P38图图1-471-47）碳钢中的有益杂质碳钢中的有益杂质（锰、硅）（锰、硅） 有害杂质有害杂质（硫（硫- -热脆、磷热脆、磷- -冷脆、氢冷脆、氢- -氢脆）氢脆）合金元素的主要作用合金元素的主要作用： 固溶强化：固溶强化：P P、SiSi、MnMn、NiNi、MoMo 阻

10、碍阻碍A A长大（细长大（细M M）：除）：除MnMn、B B外外 提高淬透性（提高淬透性（C C曲线右移）：除曲线右移）：除CoCo外外 MsMs、MfMf下降（残余下降（残余A A增多）：除增多）：除CoCo、AlAl外外 消除第二类回火脆性（消除第二类回火脆性（450450650650）：）：W W、MoMo6.6.强化金属材料的方法强化金属材料的方法细晶强化细晶强化（同时提高强、硬、塑、韧）（同时提高强、硬、塑、韧） 如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁固溶强化固溶强化（强、硬提高，塑、韧略下降）（强、硬提高，塑、韧略下降） 如铁素体的强度高于纯铁如铁素体的

11、强度高于纯铁弥散强化弥散强化（强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 又称为第二相强化又称为第二相强化 如珠光体的强度高于铁素体如珠光体的强度高于铁素体形变强化形变强化（强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝7.7.典型零件的选材与热处理方案典型零件的选材与热处理方案 预备热处理预备热处理: : 目的目的: : 改善切削加工性能改善切削加工性能, , 消除铸、锻、焊等消除铸、锻、焊等 毛坯制造过程中产生的热应力毛坯制造过程中产生的热应力 方法方法: :完全退火完全退火, , 球化退火球化退火, , 正火正火

12、最终热处理最终热处理目的目的: : 调整零件的最终性能调整零件的最终性能, , 以满足使用要求以满足使用要求方法方法: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火, , 淬火淬火+ +中温回火中温回火, , 淬火淬火+ +低温回火低温回火, , 表面淬火表面淬火+ +低温回火低温回火, , 表面渗碳表面渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火, , 表面渗氮表面渗氮1.1.建筑用钢建筑用钢( (钢窗、钢门、钢筋钢窗、钢门、钢筋) Q235;) Q235;不热处理不热处理( (轴、齿轮轴、齿轮) )( (小销小销、轴轴、螺钉螺钉) )不重要的零件不重要的零件 Q235, 20, 25Q235, 20,

13、25等等; ; 不热处理或正火不热处理或正火重要的受力或传动零件重要的受力或传动零件4545、40Cr40Cr等等; ; 淬火淬火+ +高温回火高温回火2.2.机械零件机械零件典型实例典型实例: :弹性元件弹性元件6060、6565、60Si2Mn60Si2Mn等等; ; 淬火淬火+ +中温回火中温回火( (弹簧、弹性垫圈弹簧、弹性垫圈) )( (导柱、导套导柱、导套) )心韧面硬的零件心韧面硬的零件2020、2525、20CrMnTi;20CrMnTi; 表面渗碳表面渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火耐腐蚀耐腐蚀容器容器、管道等管道等1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 螺栓螺栓

14、、叶片叶片、齿轮等齿轮等2Cr13 2Cr13 不热处理不热处理调质调质3.3.工具工具锯条等手工低速刀具锯条等手工低速刀具T10T10、T12T12等等, , 淬火淬火+ +低温回火低温回火手术刀、西餐刀等医用和食品加工刀具手术刀、西餐刀等医用和食品加工刀具4Cr13,4Cr13, 淬淬+ +低回低回手锤、扳手等韧性工具手锤、扳手等韧性工具T7T7、T8T8等等, , 淬火淬火+ +中温回火中温回火4.4.机床底座机床底座、床身等箱体壳体件床身等箱体壳体件HT200HT200、HT350HT350等等 ( (重型机床用高牌号重型机床用高牌号););铸后去应力退火铸后去应力退火5.5.弯头弯头

15、、三通三通、阀门等薄壁耐蚀件阀门等薄壁耐蚀件KTH300-06KTH300-06等等, , 铸后石墨化退火铸后石墨化退火6.6.曲轴等形状复杂的重载件曲轴等形状复杂的重载件QT600-3QT600-3、ZG200-ZG200- 400 400等等, ,正火或淬火正火或淬火+ +高温回火高温回火例例1 1：对一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒不均匀加热，各段温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的组织，并分析其力学性能。 A B C DP+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII粗P+Fe3CII 炉冷P+Fe3CII P+Fe3CII S+T+Fe3CII粗P

16、+Fe3CII空冷P+Fe3CII P+Fe3CII T+M+Fe3CII+A残粗T+粗M+Fe3CII+A残油冷P+Fe3CII P+Fe3CII Fe3CII+ M+A残粗M+A残水冷DCBA1000 粗粗(S+T)分析思路:1.加热到温后的组织(用相图分析)1000 -1000 -粗大粗大A; 750 -A+A; 750 -A+Fe3CII 700 -P+ 700 -P+Fe3CII ; 500 -P+ 500 -P+Fe3CII500 500 700 700 750 750 1000 1000 T12T122.不同冷却后的组织(用CCT图分析)水冷水冷: M+A残残油冷油冷: Fe3C

17、II + T+M+A残残空冷空冷: Fe3CII +S+ T炉冷炉冷炉冷炉冷: Fe3CII +PA转转变变水冷水冷油冷油冷空冷空冷非非A组织保留组织保留例例2、请分别计算铁碳合金中二次渗碳体、三次渗、请分别计算铁碳合金中二次渗碳体、三次渗 碳体的最大百分含量。碳体的最大百分含量。提示提示: 二次渗碳体是二次渗碳体是A中中(脱溶脱溶)析出的析出的, 即即A2.11 A0.77 +Fe3CII 0.77 2.116.69Fe3CIIAFe3CII =2.11-0.776.69-0.77100% 100% = = 22.64%22.64%三次渗碳体是三次渗碳体是F中中(脱溶脱溶)析出的析出的, 即

18、即F0.0218 F0.0008 +Fe3CIII 00.02186.69Fe3CIIIFFe3CIII =0.0218 - 06.69- 0100% 100% = = 0.33%0.33%例例3、某工厂要制造、某工厂要制造的产品，可供选择的材料的产品，可供选择的材料 有有(a)(e)五种，请用连线表示你的选择：五种，请用连线表示你的选择： 锻压机床的机身锻压机床的机身 (a) HT200 (a) HT200 坦克车的履带板坦克车的履带板 (b) HT350(b) HT350 柴油发动机的曲轴柴油发动机的曲轴 (c) ZGMn13(c) ZGMn13 织布机齿轮织布机齿轮( (低速低载低速低载

19、) (d) QT600-02) (d) QT600-02 三通、弯头等管接头三通、弯头等管接头 (e) KTZ550-04(e) KTZ550-04例例4 4、现有若干个直径为、现有若干个直径为1010毫米的毫米的T8T8钢试样，要分钢试样，要分 别获得下列的组织，应选用何种热处理方法别获得下列的组织，应选用何种热处理方法? ? 请画出此钢的请画出此钢的TTTTTT图，并在图，并在TTTTTT图中画出各自图中画出各自 的冷却曲线。的冷却曲线。 （1 1）S+TS+T； ( (绿线绿线) ) （2 2）全部）全部B B下；下； ( (紫线紫线) ) （3 3）M+ArM+Ar； ( (3 3条红

20、线都行条红线都行) ) （4 4）T+M+ArT+M+Ar； ( (淡兰线淡兰线) ) （5 5）T+BT+B上上+B+B下下+M+Ar+M+Ar。 (黄线黄线)时间时间温度温度作业（五）解答作业（五）解答（1）汽车齿轮：）汽车齿轮： 20CrMnTi，合金渗碳钢；，合金渗碳钢； C%=0.2%, Cr1.5%, Mn1.5%, Ti1.5%； 渗碳淬火低温回火；最终组织为回火渗碳淬火低温回火；最终组织为回火M。（2）连杆：）连杆： 40Cr，合金调质钢；，合金调质钢；C%=0.4%, Cr1.5%； 调质（淬火高温回火）；最终组织为回火调质（淬火高温回火）；最终组织为回火S（3）弹簧：）弹簧

21、： 65Mn，弹簧钢；，弹簧钢； C%=0.65%, Mn1%, Cr=12%, Mo1.5%, V1.5%； 淬火低温回火；淬火低温回火； 最终组织为回火最终组织为回火M+粒状碳化物粒状碳化物+A残。残。（5）滚动轴承：）滚动轴承： GCr15Mo，滚动轴承钢；，滚动轴承钢； C%1%左右左右, Cr=1.5%, Mo1%, W%=18%, Cr%=4%, V%1.5%； 1280淬火淬火560三次回火；三次回火； 最终组织为回火最终组织为回火M粒状碳化物粒状碳化物+A残。残。（7）锉刀：）锉刀： T10，碳素工具钢；，碳素工具钢；C%1%； 淬火低温回火；组织为回火淬火低温回火；组织为回火

22、M碳化物碳化物+A残。残。（8）热锻模具：）热锻模具： 5CrMnMo，热变形模具钢；，热变形模具钢； C%=0.5%, Cr1.5%, Mn1.5%, MoAr1Ac1A3 (2) Ar1A1Ac1A1Ac1A3 (4) A3Ac1A1134 2) S： 1324 3）E： 1324 4）： 32412.现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆（铝的密度为2.7g/cm3,钢的密度为7.8g/ cm3），若要求承受同样的外力而不发生塑性变形，试问：(1)新防护杆横截面积较原来大多少倍？(2)新防护杆比强度是原来多少倍？ （5分）答：SAlFS/A0Al SSt = FS/A0St FS =SAl A0Al=SSt A0St 575 A0Al =690 A0St A0Al/ A0St=690/575=1.2 (SAl/2.7)/( SSt/7.8)=(575/2.7)/(690/7.8)=212.96/88.46=2.413. 有A、B两元合金，在液态下能无限互溶，在固态中也能无限互溶而形成均匀固溶体，A组元熔点1090，B组元熔点1450。在1200时，WWB为30%的试样液态质量分数WWL为52.63%，固态质量分数WWS为47.37%，固态的浓度为WWB=40。而WWB=70%，温度为1360时，液相成分为WWB=64%