工程材料-复习ppt课件

1、.,考试题型,一、 判断题 二、单项选择题 三、简答及计算题 四、综合分析题,.,考试时间及地点,.,P4材料的力学性能 强度指标：e弹性极限；s屈服极限；b抗拉强度；-1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。 强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 塑性指标：断面收缩率；延伸率。 压力加工所依赖的基本性质。 硬度指标：HB布氏硬度，HR(A、B、C)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。没有专门的耐磨指标。 韧性指标：ak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 P22结晶：凡具有形核长大

2、过程的都叫结晶 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 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？ P26区别液固结晶，同素异晶转变称重结晶 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。 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。 P59滑移系 原子排列最密集面是滑移面，它们彼此间的面间距最大故晶面间结合力最弱最易滑移。 加工硬化使金属强度增大、塑性降低。,.,同素异晶（构）(allomorph)转变,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

3、结构的现象。同素异构转变属于相变之一（固态相变）。,纯铁的同素异构反应式,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。,.,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，按形状可分三类, 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、螺旋型位错）,线缺陷（位错dislocation ）,1）哪一点成分的合金共晶体最多？c 2）哪一点成分的合金II最多？d 3）哪一点成分的合金II最多？e 4）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

4、同一个组织状态？它们的晶体结构相同吗？组织形态不同；晶体结构相同,.,P43铁碳合金相图 铁素体，奥氏体，珠光体，莱氏体，渗碳体定义并碳含量及其存在区间；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 化合物。 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；共晶和共析反应及其反应式（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）； 熟悉亚共析钢，共析钢，过共析钢的成分范围； 熟悉典型金相图谱； 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； 已知某组元相对量求支点；求相组成相对量和组织组成相对量）；,共析钢,亚

5、共析钢,过共析钢,.,相图分析,二条水平线,构成合金中的所有组织,四个基本相,铁碳合金平衡结晶时，只有成分为4.3%的铸铁才能发生共晶反应?,铁碳合金随含碳量增加，硬度上升，塑性、韧性下降，强度先上升，到达0.9%后逐渐下降。,用相组成物填写相区,写出铁碳合金相图中的两条水平线上发生的反应式,.,平衡状态下，碳钢在室温下的相组成物? 具有共晶反应的二元合金，锻造性能好。 三次渗碳体来源？ 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？ 莱氏体是共晶反应的产物。 Fe-Fe3C相图中的GS线(A3温度线)是？ 碳在-Fe中形成的有限间隙固溶体？ 亚共析钢平衡状态下的室温

6、组织是？ 室温下共晶组织最多的铁碳合金：4.3% 室温下共析组织最多的铁碳合金：0.77% 室温下二次渗碳体最多的铁碳合金：2.11% 室温下三次渗碳体最多的铁碳合金：0.0218%,.,过共析钢 白色网络状：Fe3CII 暗黑色指纹状：P 相组成物的名称：F、Fe3C,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7.3%。,合金的碳含量？ 该合金的相组成物及其计算？,.,奥氏体晶粒长大及影响因素,1 奥氏体的晶粒度,随加热温度升高或保温时间延长，A晶粒将进一步长大，这是一个自发的过程。,2020/6/30,10,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?,.,.,P

7、86淬火 淬火加热温度（ 3050 ） 钢 种 加热温度 组 织 亚共析钢 Ac3+（3050） A 共析钢 Ac1+（3050） A 过共析钢 Ac1+（3050） A+Fe3C球 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 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。 淬火冷却组织（0.5C%有残余奥氏体） 钢 种 加 热 温 度 加热组织 淬火组织 亚共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M 亚共析0.5C% Ac3+ (30 50) A M+A 共析钢 Ac1+ (30 50) A M+A 过共析钢 A

8、c1+ (30 50) A+Fe3C球 M+A+Fe3C球 P89 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 淬硬性：其大小取决于含碳量，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?,.,P90回火四阶段 1.马氏体分解100-200；350完成；2.残余奥氏体的转变200-300；、 3.回火屈氏体形成250-500；4.回火索氏体的形成450以上。 调质：淬火+高温回火（S回）；（C=0.61.4%）正火 S 伪共析转变 表面淬火(高频淬火)：中碳钢0.4-0.5C%；（调质，回火索氏体；表面高频 淬火+低温回火，心部回火索氏体，

9、表层回火马氏体） 渗碳：低碳钢渗碳提高表层碳含量；渗碳淬火+低温回火 淬火加热不完全奥氏体化： 合金渗碳钢淬火完全奥氏体化 心部回火低碳马氏体+少许铁素体， 心部低碳M回 表层回火高碳马氏体+球状渗碳体+残余奥氏体。 表层高碳M回+K+A 预备HT 淬火组织 回火组织 过共析钢 球退P球 M+A+Fe3C球 低回M回+A+Fe3C球 共析钢 球退P球 M+A 低回M回+A 亚 0.50.77C% 退火F+P M+A 中回T回 亚 0.250.5C% 正火F+S M 高回S回 亚0.25C% 正火F+S 表层 M+A+Fe3C 表层 M回+A+Fe3C （渗碳淬火） 中心 M+F 中心 M回+F

10、 回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的索氏体，组织形态和性能是不相同。 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 。 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。 随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多。 马氏体具有体心正方晶格（a=bc），轴比c/a 称马氏体的正方度。马氏体中的C% 越高，正方度越？,.,P112合金钢 Me对热处理的影响： 1.A晶粒度小；2.提高淬透性；3.Mf下降残余奥氏体增多；4.回火抗力增大 1.渗碳钢：20CrMnTi（汽车齿轮）（15、20Cr、20CrMnTi） 低碳；下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火 热处理顺序：正火渗碳

11、淬火低温回火 预备热处理 组织：F+S（齿面、心部） 缓冷至室温：心部：F+P；表层：P+ K； 淬火组织：心部：低碳M；表层：M+ K+ A （完全奥氏体化） 最终热处理 心部：低碳M回；表层：M回+K+A 2.调质钢：40Cr（机床主轴）（调质钢的含碳量通常在0.25-0.50区间。） 中碳；下料锻造退火粗加工调质精加工装配 使用状态下的组织为：S回 为提高表面耐磨性，调质后可进行高频淬火或氮化。 下料锻造退火粗加工调质精加工 (高频淬火+低温回火)装配 最终热处理： 表面： M回；心部：S回 3.工具钢：9CrSi（板牙）；W18Cr4V 高碳；球化退火 球状珠光体 淬火+低温回火 M回

12、+K粒+A W18Cr4V钢 锻造退火机加工淬火+三次回火磨削加工 奥氏体不锈钢能通过热处理强化?,.,作业问题 习题集P10第12题 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。 分析：碳素工具钢，高碳，过共析钢。原始组织 M回+ A+Fe3C 加热分析：950粗大A 780 A+ Fe3C 700 原始组织 600原始组织 20原始组织 最终分析：950粗大M 780 M+ Fe3C+ A 其余全部原始组织 扩展分析 亚共析钢原始热处理：淬火+低温回火 加热分析：必须完全奥氏体化，加热到Ac3线以上30-50， 淬火组织：M；最终组织：M回 加热分析：950温度过高

13、，粗大A； Ac3线以上30-50正确，细小A； 不完全奥氏体化，F+A； 相变温度以下，原始组织 水冷分析：950粗大的M； 正确加热细小的M； 不完全奥氏体化F+M； 相变温度以下原始组织,.,一根6mm的45钢圆棒，先经840 oC加热淬火，硬度为55HRC，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：45钢的Ac3=785，Ac1=735）试问： 1）图中所示各点的组织是什么？ 2）整个圆棒自图所示各温度缓冷至室温后各点的组织如何？ 3）若在水中冷至室温后各点的组织是什么？,.,有两个T10钢小试样（9mm）A和B，A试样加热到780，B试样加热到880，充分保温后在

14、水中冷却（提示：T10钢的Ac1=730 Accm=820） 1）两个小试样加热之后的组织分别是什么？ 2）两个小试样在水中冷却之后的组织分别是什么？ 3）哪个试样的残余奥氏体含量多？ 4）哪个试样的硬度高？,.,钢号识别及应用： 35CrMo; Q235A（普通碳素结构钢）; 45; 20Cr; 38CrMoAl；18Cr2Ni4WA； 42SiMnB；9Mn2V; W6Mo5Cr4V2; T10A; 3Cr2W8V； 6Mo5Cr4V3； W18Cr4V ；ZGMn13;0Cr18Ni9；4Cr13； 40Cr（机床主轴），9CrSi（板牙），T12A（锉刀），20CrMnTi（汽车齿轮）

15、，60Si2Mn、65、65Mn、50CrV等属于（ 弹簧 类钢 ，热处理特点？（淬火+中温回火）。 分类方法：按金相；按化学成分（含碳量高低）；按用途。 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Cr前面的数字1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V1、V2、V3、V4、V5、V6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！ V1 F+P型 V2 F+B下 V3 F+B下+M V4 F+P型+M V5 M V6 F+M 习题集P9第10题参考!,.,某型号机床齿轮，要求齿轮表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性（Ak40J），原采用40Cr钢调质后再在齿轮表面进行高频淬火+低温回火，现因工厂库存的40Cr钢已经用完，只剩下20Cr钢，拟用20Cr钢代替。请说明： 原40Cr钢各热处理工序的作用： 40Cr钢调质得到回火索氏体，保证齿轮心部具有