（建筑工程考试）川大工程材料基础考试资料

川大工程材料基础考试资料第壹章，钢的合金化原理小结壹，合金元素及其分类1，合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。按和碳的亲和力大小，合金元素可分为：碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr外，仍有稀土元素：Re2，合金元素对钢中基本相得影响作用。通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。（2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成壹系列合金碳化物，如：MC,M2C,M23C6、M-C3和M3C等。合金元素之间也能够形成化合物即金属间化合入奥氏体，故对钢的性能有很大的影响。3，元素对钢中相平衡的影响按照合金元素对Fe—C相图上的相区的影响，可将合金元素分为俩大类：a扩大γ区的元素：即奥氏体形成元素。指于γ-Fe中有较大的溶解度，且能扩大γA3A4Mn，Ni，Co，C，N，Cubα区的元素：即铁素体形成元素：指于α—Fe中有较大溶解度，且使γ-Fe不稳定的元素。它们能缩小γ相区，而扩大αA3A4Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。因此，具2.11％。4，对加热时奥氏体形成元素过程的影响于奥氏体形核。bV、Ti、Nb、Zr、AlC、P、Mn（高碳）促使奥氏体晶粒长大。合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响CoC速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素均使Ms点和Mf点下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。素对回火过程的影响aV、Si、Mo、W、Ni、Mn、Cob若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600℃回火时，将形成且析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，且可达到壹个峰值，此称为“二次硬化”现象。cCr、Mn、Ni（450-600℃间高温回火脆性）最敏感，这主要和某些杂Mo、WMo、W▲么合金元素能够改变金属的使用性能和工艺性能？主要是因为合金元素加入后改变了钢和铁的组织结构。合金元素的加入产生了合金元素从而改变了原有的组织或形成新的组织。这些元素之间于院子结构、院子尺寸及晶体点阵之间的差异，则是产生这些变化的根源。第二章工程结构钢小结壹，用途及性能要求用它来代替碳素结构钢，可大大减轻结构重量，节省钢材。1，300MPa2，高韧性，要求δ为15％-20％，ak大于600KJ/m（平方）—800KJ/m（平方。3，良好的焊接性能和冷成型性能、低的冷脆转变温度及良好的耐蚀性。二，成分特点1，0.25％。2，加入以锰为主的合金元素。3，加入铌、钛或钒等辅加微量元素。4，加入少量铜（<0.4％）和磷（0.1％左右）等，可提高抗腐蚀性能。▲碳《0.251，低温韧性要求高，随着钢中含碳量的增加，钢中珠光体含量相应增加，而钢中每增1％FATT50（℃）2.2℃。2，焊接性能要求高，钢的焊接性能的好坏主要决定于刚得淬透性和淬硬性，这俩者取决于钢种合金元素的含量和碳含量，而碳势最有害的元素。3，冷成型性能要求高，而碳含量越高，塑性变形能力越差。▲为什么我国的低合金高强钢用锰作为主要的合金元素？因为低合金高强钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆等大型钢结构，于性能上要求有比碳固溶强化效果外仍能大大降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，且使珠光体片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，是提高低合金高强钢强度和韧性的即经济又有效地合金元素。三，工程结构钢的强化于结构钢中，合金元素对强化的贡献有：1，溶入铁素体气固溶强化作用；2，细化晶粒起晶粒强化作用；3，析出弥散的碳化物、谈氮化物，起沉淀强化作用；4，增加珠光体含量。四：热处理特点及常用钢种次正火处理。且使用状态下的显微组织壹般为铁素体-珠光体。15MnTi、16MnNb；420MPa15MnVN等级别强度钢中使用最多的钢种；500MPa14MnMoV（0.20％）的合金元素（钛、铌、钒从而使其中壹种或几种性能具有明显变化的钢，均可称为微合金钢。使钢强韧化的工艺过程成为控制轧制和控制冷却。第三章机械制造用钢小结壹，调质钢1，（承受较大载荷）和高韧性（防止断裂）的重要零件，如各种轴类、紧固螺栓等。这些零件要求具有良好的综合机械性能和高的淬透性。淬透性：钢的淬透性是衡量零件淬火时获得马氏体层深度的能力。2，中碳（0.35-0.5％）：保证热处理后有足够的强度和适当的韧性；加入Cr、Nb、Mn、Si、B等提高淬透性的元素Mo、W3，（500-650℃，即调质处理，得到回火索氏体。4，典型钢种：低淬透性的如40Cr、中淬透性的如38CrSi、高淬透性的如40CrNiMo。二，滚珠轴承钢1，耐磨零件。要求具有很好的强度和硬度，很高的接触疲劳强度和耐磨性。2，典型钢种：GCr9、GCr15、GCr15SiMn3，成分特点：高碳（0.95-1.10％）：证热处理后达到最高硬度值，同时获得壹定数量的耐磨碳化物；劳强度。加入Mn、Mo、V等元素，可进壹步提高淬透性。量。三，渗碳钢1，类等。要求淬透性性好、表面硬而心部韧。2，典型钢种：低淬透性的如15Cr、20Cr，中淬的如20CrMnTi、20MnB；高淬的如18Cr2Ni4WA。3，成分特点：低碳（<0.25％）：保证心部有较好的韧性，表层高硬度由渗碳后热处理达到；加入Cr、Mn、Ni、B等元素提高淬透性；加入V、Ti、W、Wo等元素形成合金碳化物，阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。4，热处理工艺：壹般是渗碳后预冷直接淬火+低温回火。组织为：表面，回火马氏体、碳化物和残余奥氏体；心部，铁素体、屈氏体和回火马氏体（未淬透。四，弹簧钢1，能起到缓冲机械上的震动和冲击作用。因此该钢必须具有高的弹性极限，高的屈强比，高的疲劳强度和高的淬透性等。2，典型钢种：壹般弹簧钢如60Si2Mn；优质弹簧钢如50CrVA。3，（1）中高碳（0.5-0.7％）以保证强度；硅、锰等元素提高淬透性，硅仍能提高比例极限；加入Cr、V、W等元素，防止钢的脱碳和过滤、保持细小晶粒。5，热处理工艺：热成型弹簧：淬火+中温回火（450-550℃五，耐磨钢1，辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等。对耐磨性钢的主要要求是有很高的耐磨性和韧性。2，高碳（0.9-1.4％）保证钢的耐磨性和强度。高锰（11-14％，保证完全获得奥氏体组织。壹定量的硅：硅可改善钢水的流动性，且起固溶强化的作用。3，：ZGMn13ZGMn13Re。4，1000-1100℃，保温，使碳化物全部溶解，然后再水中快冷，于室温下获得均匀单壹的奥氏体组织。此时钢的硬度很低（而韧性很高。当工件于工作中受到强烈冲击或强大压力而变形时，表面层将产生强烈的加工硬化，且发生马氏体转变，使硬度显著提高，心部则仍保持原有的高韧性状态。第四章工具钢小结壹，刃具钢1，高热硬性、足够的塑、韧性。2，低合金刃具钢300℃）：高碳（0.9-1.1％，保证高硬度和高耐磨性；Cr、Si、Mn、V高速钢高碳（0.7-1.1％）保证硬度和耐磨性；W、Mo、V、Ti（沉淀强化）以保证红硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性；VTi加入Cr，提高淬透性。▲红硬性（热硬性）：指钢于高温下保持高硬度的能力（当刃具温度升到500-650℃时，仍能保持较高的硬度（HRC>55。红硬性和钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。3，低合金刃具钢：球化退火、淬火+低温回火。组织为回火马氏体、少量未熔碳化物和残余奥氏体；高速钢：十分重要；b球化退火：便于切削加工；c淬火：壹般于1220-1280℃之间，主要是使碳化物大量溶解到奥氏体中。d（550-570℃）：主要目的是消除大量的残余奥氏体且产生二次硬化。回火组织为回火马氏体、碳化物颗粒和少量残余奥氏体。即：锻打、球化退火、淬火+（550-570℃）回火。4，9SiCr9Mn2VCrWMnW18Cr4V（18-4-1W6Mo5Cr4V2（2-5-4-6）二，模具钢1，疲劳抗力；热模具钢要求热硬性和高温耐磨性、热稳定性、足够的韧性和热疲劳抗力。2，Cr、Mo、W、V耐磨性；CrCr、Ni、Mn这对热压模钢尤为重要。3，冷模具钢：淬火+低温回火。组织为马氏体、合金碳化物和残余奥氏体。热模具钢：淬火后再550℃左右回火。组织为回火屈氏体或回火索氏体。r12MoV；5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V。第五章，不锈钢小结1，用途及性能特点：用于制造于各种腐蚀介质下工作的零件。因此，耐蚀性是不锈钢的首要性能要求。2，成分特点：低碳；加入Cr，遵循n/8原则，大大提高耐蚀性；加入Ni或Mn、N，使钢形成单相A组织以提高耐蚀性；3，奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：1050-1150℃使碳化物充分溶解，然后水冷，获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。850-880Cr让溶于奥氏体的碳和钛以碳化钛形式充分析出。300-350850接残余应力。4，1Cr13、4Cr13（2）1Cr17（3）奥Cr21Ni5Ti，00Cr18Ni5Mo3Si2第六章，耐热钢和耐热合金小结1，途及性能要求：用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置及内部构件。要求于高温（热强性抗氧化性：抗氧化性事指金属于高温下的抗氧化能力，是零件于高温下持久工作的基础。热强性：热强性是指钢于高温下的强度。▲提高钢的热强性措施：提高合金基体的原子间结合力，固溶强化基体（W、Mo、Cr。抗蠕变性能。钢中加入B、稀土（RE）等元素，强化晶界。沉淀强化。加入合金元素Mo、W、V、Ti等。获得奥氏体基体。如Ni、Mn的作用。▲为什么要获得奥氏体基体？🖂方晶体的原子间结合力比较强，而体心🖂方晶体则较弱。此外，γ-Fe金元素于γ-Feγ-Fe2，成分特点：Cr、Si或Al的加入，提高钢的抗氧化性，Cr仍有利于强热性；Mo、W、V、Ti、Al等元素加入钢中，能形成细小弥散的碳化物，气弥散强化的作用，提高室温和高温强度。高温强度显著下降。所以，耐热钢的碳质量分数壹般均不高。3，典型牌号及热处理工艺：铁素体-珠光体耐热钢：常用牌号是12Cr1MoV。壹般于正火-回火状态下使用，组织为细珠光体+铁素体。马氏体耐热钢：常用钢种为Cr12型（2Cr12MoV）和Cr13型钢。大多于调质状态下使用。1Cr18Ni9TiCr18Ni25Si2Cr、NiFe-Al-MnCr-Mn-N▲沉淀强化奥氏体耐热钢a以碳化物为主要沉淀强化相，如GH36；bγ（壹撇）相（Ni3Al）GH132（A-286镍基合金：镍基合金是于Cr20Ni80基础上加入大量强化元素如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，利用金属G33、G37GH130第七章，铸铁小结1，用途及性能特点轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。2.5-4.0％范围内。另外仍含有较多的硅、锰、硫、磷等元素。3，组织特点及分类（HT）：碳大部分或全部以片状石墨形态存于，断口呈灰黑色。如墨铸铁（RUT）：碳大部分或全部以蠕虫状石墨形态存于。（QT）：碳大部分或全部以球状形态石墨存于。（KT）：碳大部分或全部以絮状石墨形态存于。合金铸铁：加入各种合金元素，具有特殊性能，用于耐磨、耐热和耐蚀等专门用途。▲石墨对铸铁性能的影响：由于石墨的存于，对铸铁的机械性能造成不利的影响。例如：灰口铸铁的抗拉强度和塑性均很低，这是石墨对集体的严重割裂所造成的。同样由于石墨的存于，也使铸铁具备某些特殊4，影响石墨化的因素：温度和时间：温度越高，保温时间越长，则石墨化越易进行。素：C、Si、Al、Cu、Ni、Co：Cr、W、Mo、V、S5，☆灰口铸铁的抗拉强度和塑性均很低。这是石墨对基体的严重割裂所造成的。经过孕育处理凸轮、机床床身等。中主要用来消除铸铁件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。a消除内应力退火（又称人工时效）bc▲变质（孕育）处理（孕育）处理就是于浇注前向铁水中加入孕基体组织，提高铸铁强度。常用的孕育剂有俩种。壹种为硅类合金，另壹类是硅钙合金。6来替代钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。球墨铸铁的热处理主要有退化、正火、调质、等温淬火等。第八章，有色金属及其合金小结壹，铝及铝合金1，（包括非热处理强化、可热处理强化俩部分）和铸铁铝合金俩大类。2，铝合金的主要强化方法：（1）固溶强化；（2）沉淀强化（固溶+时效处理；（3）细晶强化；（4）冷变形强化。固溶处理（淬火）+时效处理时铝合金强化的壹种重要手段。铝合金中主要的沉淀强化（1）θ-CuAl2（2）S（Al2CuMg（3）η-MgZn（4）fi相（5）δ相（AlLi）▲铝合金时效的基本过程：以4％Cu-Al合金为例，它包括以下四下阶段：1，G.P（和母相共格）2，铜原子富集区有序化，形成过渡相θ（俩撇（和母相共格，但弹性应力场增大）3，形成过渡相θ（壹撇（和母相局部共格）4，形成稳定的θ相4％Cu-Al合金时效的基本过程能够概括为：α→G.P→θ（俩撇）→θ（壹撇）→θ（CuAl2）+α1，镁合金的分类镁合金系主要包括：Mg-Mn-Zr；MB15、MB25Mg-Mn：MB1、MB8Mg-Al-Zn：ZM5Mg-RE-Zr镁锂合金（Mg-Li）是超轻型结构合金2，镁合金的强化方法和铝合金壹样：固溶强化、沉淀强化、冷变形强化、细晶强化。三，铜及铜合金1，铜合金的分类及应用法主要是：固溶强化及沉淀强化。黄铜分为：（1）普通黄铜（Cu-ZnH62、H70。制作电气零件，弹壳、散热器等。（3）复杂黄铜：锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。用钟表零件，船舶零件，涡轮等。青铜分为：（1）锡青铜QSn6.5-0.1轴承、弹簧；（2）铝青铜QAl9-4耐磨抗蚀零件、齿轮、轴承；（3）QBe2白铜（Cu-Ni合金）：如B30。用做船舶仪表，化工机械零件等。四，钛及钛合金1，钛合金的分类：钛合金能够根据成分和室温基本组织特点分为：α-钛合金、α+fi型钛合金和fi型钛合金。钛合金的主要强化方法：固溶强化、沉淀强化。α-钛合金温和高温下的α相强化。α-钛合金的组织稳定，抗蠕变性能好，焊接性好，可于较高温室温强度。TA4、TA5、TA6主要用作钛合金的焊丝材料。TA7可用于制造发动机压气机盘和叶片等零件。α+fi型钛合金退火组织由α+fi俩相组成，壹般以Ti-Al为基再添加适量的fi稳定元素如V、Cr、Mo等。α和fi钛合金的优点，具有较高的耐热性，热加工较容易，又能通过热