工程材料-复习课件-201512

1、考试题型考试题型一、一、 判断题判断题二、单项选择题二、单项选择题三、简答及计算题三、简答及计算题四、综合分析题四、综合分析题考试时间及地点考试时间及地点 P4材料的力学性能材料的力学性能强度指标：强度指标：e弹性极限；弹性极限；s屈服极限；屈服极限；b抗拉强度；抗拉强度；-1疲劳强度。疲劳强度。设计零件结构选材的依据，根据材料力学的强度理论。设计零件结构选材的依据，根据材料力学的强度理论。强度强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。塑性指标：塑性指标：断面收缩率；断面收缩率；延伸率。延伸率。压力加工所依赖的基本性质。压力加工所依赖的基本性质。硬

2、度指标：硬度指标：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；因是衡量材料对局部塑性变形的抗力故硬度高强度也高。硬度越高耐磨性越好；因是衡量材料对局部塑性变形的抗力故硬度高强度也高。没有没有专门的耐磨指标。专门的耐磨指标。韧性指标：韧性指标：ak冲击韧性。冲击韧性。设计承受冲击载荷所需要考虑的性能，但其数值不作为设计依据设计承受冲击载荷所需要考虑的性能，但其数值不作为设计依据P22结晶：结晶：凡具有形核长大过程的都叫结晶凡具有形核长大过程的都叫结晶纯金属的结晶条件：能量起伏；结构起伏；纯金属的结晶条件：能量起伏；结构起伏；合金的结晶条件：能量起伏和结构起伏

3、合金的结晶条件：能量起伏和结构起伏一般情况下，晶粒愈小，金属的强度、塑性愈好一般情况下，晶粒愈小，金属的强度、塑性愈好材料从液态变成固态的过程叫结晶？材料从液态变成固态的过程叫结晶？P26区别液固结晶，同素异晶转变称区别液固结晶，同素异晶转变称重结晶重结晶过冷度的影响：可以冷速控制，过冷度越大晶粒越细材料的强度和硬度越高。过冷度的影响：可以冷速控制，过冷度越大晶粒越细材料的强度和硬度越高。P35匀晶相图：匀晶过程中，结晶出来的固溶体高熔点组元的含量总是高于低熔点组元。匀晶相图：匀晶过程中，结晶出来的固溶体高熔点组元的含量总是高于低熔点组元。P59滑移系滑移系原子排列最密集面是滑移面，它们彼此间

4、的面间距原子排列最密集面是滑移面，它们彼此间的面间距结合力最弱最易滑移。结合力最弱最易滑移。加工硬化使金属强度增大、塑性降低。加工硬化使金属强度增大、塑性降低。同素异晶（构）同素异晶（构）(allomorph)(allomorph)转变转变 同样一种金属，随着温度的变化，从一种晶体结构转同样一种金属，随着温度的变化，从一种晶体结构转变到另外一种晶体结构的现象。同素异构转变属于相变之变到另外一种晶体结构的现象。同素异构转变属于相变之一（固态相变）。一（固态相变）。 纯铁的同素异构反应式纯铁的同素异构反应式BCCCFCCCBCCFeFeFe009121394同素异晶转变和纯金属的结晶一样，也具有形

5、核和长大的特征。同素异晶转变和纯金属的结晶一样，也具有形核和长大的特征。具有固态相变特点的合金材料可以用热处理的方法改变其性能具有固态相变特点的合金材料可以用热处理的方法改变其性能。 晶体缺陷晶体缺陷( crystal defect )晶格的不完整部位称晶体缺陷。实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形晶格的不完整部位称晶体缺陷。实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类状可分三类, 即点、线、面缺陷。即点、线、面缺陷。晶体中原子发生某种有规律的错排现象。（刃型位错、晶体中原子发生某种有规律的错排现象。（刃型位错、螺旋型位错螺旋型位错）线缺陷（位错线缺陷（位错dislocation ）1）哪一

6、点成分的合金共晶体最多？c c2）哪一点成分的合金II最多？d d3）哪一点成分的合金II最多？e e4）在该相图中，从液相中结晶出来的相与从中析出的相是否是同一个组织状态？它们的晶体结构相同吗？组织形态不同；晶体结组织形态不同；晶体结构相同构相同P43铁碳合金相图铁碳合金相图铁素体，奥氏体，珠光体，莱氏体，渗碳体定义并铁素体，奥氏体，珠光体，莱氏体，渗碳体定义并碳含量碳含量及其及其存在区间存在区间；其；其中珠光体和莱氏体是机械混合物，铁素体和奥氏体是固溶体，渗碳体是金属中珠光体和莱氏体是机械混合物，铁素体和奥氏体是固溶体，渗碳体是金属化合物。化合物。区分单相，单相区；两相区；单相和机械混合物

7、；相和组织组成物；三项区分单相，单相区；两相区；单相和机械混合物；相和组织组成物；三项共存区；共存区；共晶和共析反应及其反应式（共晶和共析反应及其反应式（开始瞬间；过程中；结束瞬间的平开始瞬间；过程中；结束瞬间的平衡相及其成分，并计算相对量）；衡相及其成分，并计算相对量）；熟悉亚共析钢，共析钢，过共析钢的成分范围；熟悉亚共析钢，共析钢，过共析钢的成分范围；熟悉典型熟悉典型金相图谱金相图谱；熟悉杠杆定律的应用原则并熟练运用其计算（已知支点求二组元相对量；熟悉杠杆定律的应用原则并熟练运用其计算（已知支点求二组元相对量；已知某组元相对量求支点已知某组元相对量求支点；求；求相组成相对量相组成相对量和组

8、织组成相对量）；和组织组成相对量）；共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢相图分析相图分析ACDGS1148727LAL+AL+ Fe3CFA+FA+ Fe3CKEPFQC%Fe3CFeF+ Fe3C4.30.772.116.69二条水平线二条水平线构成合金中的所有组织构成合金中的所有组织四个基本相四个基本相共晶相图共晶相图共析相图共析相图l 铁碳合金随含碳量增铁碳合金随含碳量增加，硬度上升，塑性、加，硬度上升，塑性、韧性下降，强度先上韧性下降，强度先上升，到达升，到达0.9%0.9%后逐渐后逐渐下降。下降。l 用相组成物填写相区用相组成物填写相区l 写出铁碳合金相图中写出铁碳合金相图中

9、的两条水平线上发生的两条水平线上发生的反应式的反应式l 平衡状态下，碳钢在室温下的相组成物平衡状态下，碳钢在室温下的相组成物? ?l 具有共晶反应的二元合金，锻造性能好具有共晶反应的二元合金，锻造性能好。l 三次渗碳体来源？三次渗碳体来源？l 按铁碳平衡相图，钢与铸铁在成分上的分界点指的是碳的质按铁碳平衡相图，钢与铸铁在成分上的分界点指的是碳的质量分数（含碳量）是？量分数（含碳量）是？l 莱氏体是共晶反应的产物。莱氏体是共晶反应的产物。l Fe-Fe3CFe-Fe3C相图中的相图中的GSGS线线(A3(A3温度线温度线) )是？是？l 碳在碳在-Fe-Fe中形成的有限间隙固溶体？中形成的有限间

10、隙固溶体？l 亚共析钢平衡状态下的室温组织是？亚共析钢平衡状态下的室温组织是？过共析钢过共析钢白色网络状：白色网络状：F Fe e3 3C CIIII暗黑色指纹状：暗黑色指纹状：P P相组成物的名称：相组成物的名称：F F、FeFe3 3C C金相分析表明，其中白色网络状的组成物占材料总质量金相分析表明，其中白色网络状的组成物占材料总质量分数大约为分数大约为7.3%7.3%。l 合金的碳含量？合金的碳含量？l 该合金的相组成物及该合金的相组成物及其计算？其计算？奥氏体晶粒长大及影响因素奥氏体晶粒长大及影响因素1 1 奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度1 1）起始晶粒度）起始晶粒度珠光体刚刚转变成奥氏

11、体时的晶粒大小。珠光体刚刚转变成奥氏体时的晶粒大小。2 2）实际晶粒度）实际晶粒度具体的热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒的大小。具体的热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒的大小。 在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低。在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低。3 3）本质晶粒度）本质晶粒度随加热温度升高或保温时间延长，随加热温度升高或保温时间延长，A A晶粒将进一步长大，晶粒将进一步长大，这是一个自发的过程。这是一个自发的过程。2022-3-710本质细晶粒钢加热后的实际晶粒度一定比本质粗晶粒钢本质细晶粒钢加热后的实际晶粒度一定比本质粗晶粒钢的细的细? ?P86淬火淬火淬火加热温度

12、（淬火加热温度（ 3050 ）钢钢 种种 加热温度加热温度 组组 织织亚共析钢亚共析钢 Ac3+（3050） A共析钢共析钢 Ac1+（3050） A过共析钢过共析钢 Ac1+（3050） A+Fe3C球球过共析钢淬火正确加热温度为过共析钢淬火正确加热温度为Ac1+（3050），如果完全奥氏体化将导如果完全奥氏体化将导致淬火后马氏体晶粒粗大；淬火后马氏体含碳量较多；淬火后残余奥氏体致淬火后马氏体晶粒粗大；淬火后马氏体含碳量较多；淬火后残余奥氏体较多；淬火后未溶碳化物较少。较多；淬火后未溶碳化物较少。淬火冷却组织（淬火冷却组织（0.5C%有残余奥氏体有残余奥氏体）钢钢 种种 加加 热热 温温 度

13、度 加热组织加热组织 淬火组织淬火组织亚共析亚共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M亚共析亚共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M+A共析钢共析钢 Ac1+ (30 50) A M+A过共析钢过共析钢 Ac1+ (30 50) A+Fe3C球球 M+A+Fe3C球球P89淬透性：其大小取决于临界冷却速度淬透性：其大小取决于临界冷却速度Vk，合金钢的淬透性通常大于碳素钢合金钢的淬透性通常大于碳素钢淬硬性：其大小取决于含碳量，淬硬性：其大小取决于含碳量，碳含量高则淬硬性大碳含量高则淬硬性大表面淬火不仅改变了工件表层的化学成分，还改变了表层的组织表面淬火不仅改变了工件表层的化学成

14、分，还改变了表层的组织?P90回火四阶段回火四阶段1.马氏体分解马氏体分解100-200；350完成；完成；2.残余奥氏体的转变残余奥氏体的转变200-300；、；、3.回火屈氏体形成回火屈氏体形成250-500；4.回火索氏体的形成回火索氏体的形成450以上。以上。调质：淬火调质：淬火+高温回火（高温回火（S回回）；（）；（C=0.61.4%）正火）正火 S 伪共析转变伪共析转变表面淬火表面淬火(高频淬火高频淬火)：中碳钢：中碳钢0.4-0.5C%；（调质，回火索氏体；表面高频；（调质，回火索氏体；表面高频淬火淬火+低温回火，心部回火索氏体，表层回火马氏体）低温回火，心部回火索氏体，表层回火

15、马氏体）渗碳：低碳钢渗碳提高表层碳含量；渗碳渗碳：低碳钢渗碳提高表层碳含量；渗碳淬火淬火+低温回火低温回火淬火加热不完全奥氏体化：淬火加热不完全奥氏体化： 合金渗碳钢淬火完全奥氏体化合金渗碳钢淬火完全奥氏体化心部回火低碳马氏体心部回火低碳马氏体+少许铁素体，少许铁素体， 心部低碳心部低碳M回回表层回火高碳马氏体表层回火高碳马氏体+球状渗碳体球状渗碳体+残余奥氏体。残余奥氏体。 表层高碳表层高碳M回回+K+A 预备预备HT 淬火组织淬火组织 回火组织回火组织过共析钢过共析钢 球退球退P球球 M+A+Fe3C球球 低回低回M回回+A+Fe3C球球共析钢共析钢 球退球退P球球 M+A 低回低回M回回

16、+A亚亚 0.50.77C% 退火退火F+P M+A 中回中回T回回亚亚 0.250.5C% 正火正火F+S M 高回高回S回回 亚亚0.25C% 正火正火F+S 表层表层 M+A+Fe3C 表层表层 M回回+A+Fe3C（渗碳淬火）（渗碳淬火） 中心中心 M+F 中心中心 M回回+F马氏体属于固溶体组织。马氏体属于固溶体组织。马氏体具有高强度的原因是固溶强化马氏体具有高强度的原因是固溶强化 。淬火钢中，当含碳量增加到淬火钢中，当含碳量增加到0.6以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢。以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢。随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多。随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多。马氏

17、体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bc），轴比），轴比c/a 称马氏体的正方度。马氏体称马氏体的正方度。马氏体中的中的C% 越高，正方度越？越高，正方度越？P112合金钢合金钢Me对热处理的影响：对热处理的影响：1.A晶粒度小；晶粒度小；2.提高淬透性；提高淬透性；3.Mf下降残余奥氏体增多；下降残余奥氏体增多；4.回火抗力增大回火抗力增大1.渗碳钢：渗碳钢：20CrMnTi（汽车齿轮）（汽车齿轮）（15、20Cr、20CrMnTi）低碳；下料低碳；下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火热处理顺序：正火热处理顺序：正火渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火预

18、备热处理预备热处理 组织：组织：F+S（齿面、心部齿面、心部）缓冷至室温：心部：缓冷至室温：心部：F+P；表层：；表层：P+ K；淬火组织：心部：低碳淬火组织：心部：低碳M；表层：；表层：M+ K+ A （完全奥氏体化完全奥氏体化）最终热处理最终热处理 心部：低碳心部：低碳M回回；表层：；表层：M回回+K+A2.调质钢：调质钢：40Cr（机床主轴）（机床主轴）（调质钢的含碳量通常在调质钢的含碳量通常在0.25-0.50区间。区间。）中碳；下料中碳；下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工装配装配使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回回为提高表面耐磨性，调质后可进行高频淬火或氮

19、化。为提高表面耐磨性，调质后可进行高频淬火或氮化。下料下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工 (高频淬火高频淬火+低温回火低温回火)装配装配最终热处理：最终热处理： 表面：表面： M回回；心部：；心部：S回回3.工具钢：工具钢：9CrSi（板牙）；（板牙）；W18Cr4V高碳；球化退火高碳；球化退火 球状珠光体球状珠光体 淬火淬火+低温回火低温回火 M回回+K粒粒+AW18Cr4V钢钢 锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火+三次回火三次回火磨削加工磨削加工奥氏体不锈钢能通过热处理强化奥氏体不锈钢能通过热处理强化? ?作业问题作业问题习题集习题集P10第第12题题关键点：回火保温半

20、小时以上才开始发生马氏体分解，通常回火关键点：回火保温半小时以上才开始发生马氏体分解，通常回火3-4小时。小时。分析：碳素工具钢，高碳，过共析钢。原始组织分析：碳素工具钢，高碳，过共析钢。原始组织 M回回+ A+Fe3C加热分析：加热分析：950粗大粗大A 780 A+ Fe3C 700 原始组织原始组织 600原始组织原始组织 20原始组织原始组织最终分析：最终分析：950粗大粗大M 780 M+ Fe3C+ A 其余全部原始组织其余全部原始组织扩展分析扩展分析亚共析钢原始热处理：淬火亚共析钢原始热处理：淬火+低温回火低温回火加热分析：必须完全奥氏体化，加热到加热分析：必须完全奥氏体化，加热

21、到Ac3线以上线以上30-50，淬火组织：淬火组织：M；最终组织：；最终组织：M回回加热分析：加热分析：950温度过高，粗大温度过高，粗大A； Ac3线以上线以上30-50正确，细小正确，细小A； 不完全奥氏体化，不完全奥氏体化，F+A； 相变温度以下，原始组织相变温度以下，原始组织水冷分析：水冷分析：950粗大的粗大的M； 正确加热细小的正确加热细小的M； 不完全奥氏体化不完全奥氏体化F+M； 相变温度以下原始组织相变温度以下原始组织一根一根6mm6mm的的4545钢圆棒，先经钢圆棒，先经840 840 o oC C加热淬火，硬度为加热淬火，硬度为55HRC55HRC，然后从一端加热，依靠热

22、传导使圆棒各点达到，然后从一端加热，依靠热传导使圆棒各点达到如图所示的温度，提示：如图所示的温度，提示：4545钢的钢的Ac3=785Ac3=785，Ac1=735Ac1=735）试问：试问：1 1）图中所示各点的组织是什么？）图中所示各点的组织是什么？2 2）整个圆棒自图所示各温度缓冷至室温后各点的组织）整个圆棒自图所示各温度缓冷至室温后各点的组织如何？如何？3 3）若在水中冷至室温后各点的组织是什么？）若在水中冷至室温后各点的组织是什么？有两个有两个T10T10钢小试样（钢小试样（9mm9mm）A A和和B B，A A试样加热到试样加热到780780，B B试样加热到试样加热到880880

23、，充分保温后在水中冷却，充分保温后在水中冷却（提示：（提示：T10T10钢的钢的Ac1=730 Accm=820Ac1=730 Accm=820）1 1）两个小试样加热之后的组织分别是什么？）两个小试样加热之后的组织分别是什么？2 2）两个小试样在水中冷却之后的组织分别是什么？）两个小试样在水中冷却之后的组织分别是什么？3 3）哪个试样的残余奥氏体含量多？）哪个试样的残余奥氏体含量多？4 4）哪个试样的硬度高？）哪个试样的硬度高？钢号识别及应用：钢号识别及应用：35CrMo; Q235A（普通碳素结构钢）（普通碳素结构钢）; 45; 20Cr; 38CrMoAl；18Cr2Ni4WA； 42S

24、iMnB；9Mn2V; W6Mo5Cr4V2; T10A; 3Cr2W8V； 6Mo5Cr4V3； W18Cr4V ；ZGMn13;0Cr18Ni9；4Cr13；40Cr（机床主轴），（机床主轴），9CrSi（板牙），（板牙），T12A（锉刀），（锉刀），20CrMnTi（汽车齿轮），（汽车齿轮），60Si2Mn、65、65Mn、50CrV等属于（等属于（ 弹簧弹簧 类钢类钢 ，热处理特点，热处理特点？（淬火？（淬火+中温回火）中温回火）。）。分类方法：按金相；按化学成分（含碳量高低）；按用途。分类方法：按金相；按化学成分（含碳量高低）；按用途。结构钢，工具钢，特殊用途钢；典型热处理工艺及其用途；结构钢，工具钢，特殊用途钢；典型热处理工艺及其用途； 元素符号元素符号Cr前面的数字前面的数字1表示的是钢中含碳量的千分数表示的是钢中含碳量的千分数45钢的过冷奥氏体转变曲线如下图所示，说明该钢按图示温度加热保温后，再按钢的过冷奥氏体转变曲线如下图所示，说明该钢按图示温度加热保温后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷却速度曲线冷至室温得到的组织。冷却速度曲线冷至室温得到的组织。注意是否完全奥氏体化！等温转变，还是连续转变！是否有参与奥氏体！注意是否完全奥氏体化！等温转变，还是连续转变！是否有参与奥氏体！V1 F+P型型V2 F+B下