材料与成型1复习课

1、工程材料复习课工程材料复习课 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、

2、机械混合物的性能特征 2. 二元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、共析、共晶、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

3、重偏析、扩散退火（均匀化退火） 3. 铁碳合金及铁碳合金及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： 0.0.0218%0218%( (室温用室温用0)0)、0.77%0.77%、2.11%2.11%、 4.3% 4.3%、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

4、及金相 照片特征照片特征，会用杠杆定律计算各相的比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

5、 0.02180.0218 + + FeFe3 3C 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

6、各自的优缺 点和应用场合点和应用场合。（。（双液双液、分级分级、等温淬火等温淬火） 起始晶粒度、本质晶粒度起始晶粒度、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

7、别 5. 钢铁材料钢铁材料 钢铁材料的分类、牌号意义及主要用途钢铁材料的分类、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, HT

8、300; KTH300-06, KTZ500-06;HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2, RuT380 QT800-2, RuT380 石墨化过程及其影响因素，石墨化对铸铁分类石墨化过程及其影响因素，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

9、主要作用： 固溶强化：固溶强化：P P、SiSi、MnMn、NiNi、MoMo 阻碍阻碍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、MoMo 6.6.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（

10、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

11、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 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) ) (

12、 (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, 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+

13、+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、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HT2

14、00HT200、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、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：有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒，不均匀加热，加热 后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中 填入相应的相组织，并分析其力学性能。 A B

15、 C D P+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII粗P+Fe3CII 炉冷 P+Fe3CII P+Fe3CII S+T+Fe3CII粗P+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 DCBA 1000 粗粗(S+T) 分析思路: 1.加热到温后的组织(用相图分析) 10001000 - -粗大粗大A; 750 -A+A; 750 -A+Fe3CII 700 -P+ 700 -P+Fe3CII ; 500 -P+ 500 -P+Fe

16、3CII 500 500 700 700 750 750 1000 1000 T12T12 2.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: Fe3CII + T+M+A残残 空冷空冷: Fe3CII +S+ T 炉冷炉冷 炉冷炉冷: Fe3CII +P A 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 模拟试卷答案：一、改错题（在错误处的文句下方划线，并写出正确的文句只划线不模拟试卷答案：一、改错题（在错误处的文句下方划线，并写出正确的文句只划线不 改错无分；每题改错无分；每题1分，共分，共10分。）分。） 1、材料的抗拉强度是指材料达到允许变形

17、程度允许变形程度前的最大应力。 （ 断裂 ） 2、当外力超过塑性材料的弹性极限后，材料将产生屈服变形，该弹性极限也也是材料 的屈服极限。 （ 不 ） 3、HRA是测定硬质合金、淬火淬火钢、表面淬火层的洛氏硬度测试方法。（ 渗碳 ） 4、低应力脆断低应力脆断是材料在低温下发生脆性所引起的。（ 冷脆 ） 5、结晶时成核速率愈小小，生长速率愈小，则结晶后合金的力学性能愈好（ 大） 6、置换固溶体中溶质原子和溶剂原子半径相差愈小则溶解度愈小小。（ 大 ） 7、球化退火为得到在铁素体基体上均匀分布的球状渗碳体，故其冷却速度比完全退 火慢，占用炉子时间长。 （ 短 ） 8、水淬后， 过过 共析钢得到的是板

18、状马氏体组织。 （ 亚 ） 9、利用合金元素产生细细晶粒钢，既减少晶界的面积，又提高晶界的强度，可提高钢 的抗高温蠕变性能。 （ 粗 ） 10、包晶反应是一个液态液态析出另外一个固态的反应。 （ 液相和一个固相 ） 模拟试卷答案 二、填空题：二、填空题：(每空每空1分，共分，共10分分) 1.现代材料成形技术应定义为：一切用物理、化学、 冶金 原理制造机器部件和结 构，或改进机器部件化学成分、 微观 组织及性能的方法。 2.二战中，大量美国造全焊接“自由轮”发生折断事故，这主要是材料在低温下 冲 击韧度 明显降低，而 面心立方 晶格结构的材料不会发生这种冷脆现象。 3.目前我们所知的强化金属的

19、方法有_固溶_ 强化、 细晶 强化和 弥散 强化等。 4.等温淬火法常用来处理形状复杂、尺寸要求精确，并要求有较高 强韧 性的零件淬 火。 5弹簧淬火后应采用中温回火，可以得到回火 _回火托氏体_组织。 6. 当某一材料的KIC=62MPam1/2，材料中裂纹长度2 a =5.7mm时，要使裂纹失稳扩 展而导致断裂，需要的应力为 20.72 MPa 。 (K1=(a)1/2) 三、单项选择题（每题三、单项选择题（每题1分，共分，共10分）分） 1. 金属材料的冲击韧度用符号 ak 表示，其计算单位为 （ 2 ） (1) N/mm2 (2) J/cm2 (3) kgfm/mm2 (4) Pa/m

20、m2 2.金属在疲劳试验时，试样承受的载荷为 （ 4 ） (1) 静载荷 (2) 动载荷 (3) 冲击载荷 (4) 交变载荷 3. 固溶强化的基本原因是 （ 4 ） (1) 晶格类型发生变化 (2) 晶粒变细 (3) 晶格发生滑移 (4) 晶格发生畸变 4. 碳的质量分数为1.2% 的碳钢，当加热至Ac1Accm时，其组织应为（ 3 ） (1) F+A (2) P+A (3) A+Fe3CII (4) P+ Fe3CII 5. A1、Ar1、Ac1、A3之间的关系为 （ 2 ） (1) A1Ar1Ac1A3 (2) Ar1A1Ac1A1Ac1A3 (4) A3Ac1A1134 2) S： 13

21、24 3）E： 1324 4）： 3241 2.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=2.41 3. 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%，固相成分为WWB=76%。请： 1）说明该合金相图为何类相图？ 2）绘出该二元合金相图，其中相界线上必须有六个点的位置正确。 （10分） 解： x x Ws 40 30 x5