材料與成型1復(fù)習(xí)課

1、工程材料復(fù)習(xí)課工程材料復(fù)習(xí)課材料成形（一）復(fù)習(xí)重點：材料成形（一）復(fù)習(xí)重點：1.1.材料的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性 基本概念；主要指標(biāo)；實驗方法；計算公式等?；靖拍?；主要指標(biāo)；實驗方法；計算公式等。 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程純金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程 晶向指數(shù)、晶面指數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)； 3 3種常見晶格的晶格常數(shù)、致密度種常見晶格的晶格常數(shù)、致密度 3 3種晶格缺陷種晶格缺陷 結(jié)晶過程和細(xì)化晶粒的結(jié)晶過程和細(xì)化晶粒的3 3種辦法種辦法 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 固溶體、化合物、機(jī)械混合物的性能特征固溶體、化合物、機(jī)械

2、混合物的性能特征2. 二元合金相圖和杠桿定律二元合金相圖和杠桿定律:勻晶、共晶、共析、包晶轉(zhuǎn)變的概念勻晶、共晶、共析、包晶轉(zhuǎn)變的概念, ,各類相圖各類相圖 的形態(tài)特征的形態(tài)特征 勻晶相圖的區(qū)域勻晶相圖的區(qū)域( (相組成、組織組成相組成、組織組成),),冷卻曲線冷卻曲線, , 組織轉(zhuǎn)變過程分析組織轉(zhuǎn)變過程分析共晶相圖的區(qū)域共晶相圖的區(qū)域( (相組成、組織組成相組成、組織組成),),冷卻曲線冷卻曲線, , 組織轉(zhuǎn)變過程分析組織轉(zhuǎn)變過程分析用杠桿定律計算相組成物或組織組成物各自所占用杠桿定律計算相組成物或組織組成物各自所占 的比例的比例枝晶偏析、比重偏析、擴(kuò)散退火（均勻化退火）枝晶偏析、比重偏析、擴(kuò)

3、散退火（均勻化退火）3. 鐵碳合金及鐵碳合金及Fe-Fe3C相圖相圖平衡相、平衡組織；相圖的形態(tài)和各區(qū)域組織平衡相、平衡組織；相圖的形態(tài)和各區(qū)域組織 特征點線：特征點線： 0.0218%( 0.0218%(室溫用室溫用0)0)、0.77%0.77%、2.11%2.11%、 4.3% 4.3%、6.69%6.69%；727727、11481148亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶 6 6種鐵碳合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程種鐵碳合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程亞共析、共析、過共析鋼的室溫平衡組織及金相亞共析、共析、過共析鋼的室溫平衡組織及金相 照片特征

4、，照片特征，會用杠桿定律計算各相的比例。會用杠桿定律計算各相的比例。從材料組織分析含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系：從材料組織分析含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系： c1%c1%c1%時，隨碳量增加，硬度時，隨碳量增加，硬度 ；強(qiáng)度、塑性和韌性；強(qiáng)度、塑性和韌性 會寫包晶、共晶、共析轉(zhuǎn)變式會寫包晶、共晶、共析轉(zhuǎn)變式 包晶轉(zhuǎn)變式：包晶轉(zhuǎn)變式：L L 0.530.53 + + 0.090.09 0.170.17 共晶轉(zhuǎn)變式：共晶轉(zhuǎn)變式：L L 4.34.3 2.112.11 + + FeFe3 3C C ( ( L L4.34.3 LdLd4.34.3 ) ) 共析轉(zhuǎn)變式：共析轉(zhuǎn)變式： 0.770.77 0.0218

5、0.0218 + + FeFe3 3C C ( ( 0.770.77 P P 0.770.77 ) )4. 熱處理熱處理熱處理時的組織與性能的變化分析熱處理時的組織與性能的變化分析: : 加熱時：實現(xiàn)加熱時：實現(xiàn)奧氏體奧氏體化（用相圖分析）；化（用相圖分析）； 冷卻時：冷卻時：過冷奧氏體過冷奧氏體將實現(xiàn)將實現(xiàn)珠光體珠光體或或貝氏體貝氏體或或 馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變（用轉(zhuǎn)變（用C C曲線分析）曲線分析） 退火、正火、淬火、回火的加熱溫度、冷卻方退火、正火、淬火、回火的加熱溫度、冷卻方 式及主要目的。式及主要目的。防止淬火變形和開裂的三種辦法及各自的優(yōu)缺防止淬火變形和開裂的三種辦法及各自的優(yōu)缺 點和應(yīng)用

6、場合。（點和應(yīng)用場合。（雙液雙液、分級分級、等溫淬火等溫淬火）起始晶粒度、本質(zhì)晶粒度；淬透性、淬硬性起始晶粒度、本質(zhì)晶粒度；淬透性、淬硬性 對本質(zhì)粗晶粒鋼熱處理時，要嚴(yán)格控制加熱溫對本質(zhì)粗晶粒鋼熱處理時，要嚴(yán)格控制加熱溫 度、加熱速度、保溫時間度、加熱速度、保溫時間（快速加熱、短時間保溫快速加熱、短時間保溫）熱處理組織（非平衡冷卻組織）：熱處理組織（非平衡冷卻組織）：S、T、 B 、 M、回火、回火S、回火、回火T、回火、回火M的定義與性能特征；的定義與性能特征； 上上B、下、下B、低碳、低碳M、高碳、高碳M在顯微鏡下的形態(tài)在顯微鏡下的形態(tài) 特征及性能區(qū)別特征及性能區(qū)別5. 鋼鐵材料鋼鐵材料鋼

7、鐵材料的分類、牌號意義及主要用途。鋼鐵材料的分類、牌號意義及主要用途。 Q235 Q235與與Q345Q345（以（以295295分界）分界）, , 4545 , , T8T8與與T8AT8A , , T10;T10; 20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn ,GCr15;,GCr15;38CrMoAl38CrMoAl* *( (滲氮滲氮) ) 9SiCr, W18Cr4V; 9SiCr, W18Cr4V; 2Cr13, 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti;4Cr13,1Cr18Ni9Ti; HT150, HT300; KTH300-0

8、6, KTZ500-06;HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2, RuT380 QT800-2, RuT380石墨化過程及其影響因素，石墨化對鑄鐵分類石墨化過程及其影響因素，石墨化對鑄鐵分類（白、灰、麻）及基體組織（白、灰、麻）及基體組織（F F基、基、F+PF+P基、基、P P基）基） 的影響（書中的影響（書中P38P38圖圖1-471-47）碳鋼中的有益雜質(zhì)（錳、硅）碳鋼中的有益雜質(zhì)（錳、硅） 有害雜質(zhì)（硫有害雜質(zhì)（硫- -熱脆、磷熱脆、磷- -冷脆、氫冷脆、氫- -氫脆）氫脆）合金元素的主要作用：合金元素的主要作用： 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：

9、P P、SiSi、MnMn、NiNi、MoMo 阻礙阻礙A A長大（細(xì)長大（細(xì)M M）：除）：除MnMn、B B外外 提高淬透性（提高淬透性（C C曲線右移）：除曲線右移）：除CoCo外外 Ms Ms、MfMf下降（殘余下降（殘余A A增多）：除增多）：除CoCo、AlAl外外 消除第二類回火脆性（消除第二類回火脆性（450450650650）：）：W W、MoMo6.6.強(qiáng)化金屬材料的方法強(qiáng)化金屬材料的方法細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化（同時提高強(qiáng)、硬、塑、韌）（同時提高強(qiáng)、硬、塑、韌） 如孕育鑄鐵的強(qiáng)度高于普通灰口鑄鐵如孕育鑄鐵的強(qiáng)度高于普通灰口鑄鐵固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌略下降）（強(qiáng)、硬提

10、高，塑、韌略下降） 如鐵素體的強(qiáng)度高于純鐵如鐵素體的強(qiáng)度高于純鐵彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降）（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降） 又稱為第二相強(qiáng)化又稱為第二相強(qiáng)化 如珠光體的強(qiáng)度高于鐵素體如珠光體的強(qiáng)度高于鐵素體形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降）（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降） 如冷拉鋼絲的強(qiáng)度高于退火態(tài)鋼絲如冷拉鋼絲的強(qiáng)度高于退火態(tài)鋼絲7.7.典型零件的選材與熱處理方案典型零件的選材與熱處理方案 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理: : 目的目的: : 改善切削加工性能改善切削加工性能, , 消除鑄、鍛、焊等消除鑄、鍛、焊等 毛坯制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力毛坯制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力 方法方法: :完全退

11、火完全退火, , 球化退火球化退火, , 正火正火 最終熱處理最終熱處理目的目的: : 調(diào)整零件的最終性能調(diào)整零件的最終性能, , 以滿足使用要求以滿足使用要求方法方法: : 淬火淬火+ +高溫回火高溫回火, , 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火, , 淬火淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面淬火表面淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面滲碳表面滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面滲氮表面滲氮1.1.建筑用鋼建筑用鋼( (鋼窗、鋼門、鋼筋鋼窗、鋼門、鋼筋) Q235;) Q235;不熱處理不熱處理( (軸、齒輪軸、齒輪) )( (小銷小銷、軸軸、螺釘螺釘) )不重要的零件不重要

12、的零件 Q235, 20, 25 Q235, 20, 25等等; ; 不熱處理或正火不熱處理或正火重要的受力或傳動零件重要的受力或傳動零件4545、40Cr40Cr等等; ; 淬火淬火+ +高溫回火高溫回火2.2.機(jī)械零件機(jī)械零件典型實例典型實例: :彈性元件彈性元件6060、6565、60Si2Mn60Si2Mn等等; ; 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火( (彈簧、彈性墊圈彈簧、彈性墊圈) )( (導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)柱、導(dǎo)套) )心韌面硬的零件心韌面硬的零件2020、2525、20CrMnTi;20CrMnTi; 表面滲碳表面滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火耐腐蝕耐腐蝕容器容器、管道等管道

13、等1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 螺栓螺栓、葉片葉片、齒輪等齒輪等2Cr13 2Cr13 不熱處理不熱處理調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)3.3.工具工具鋸條等手工低速刀具鋸條等手工低速刀具T10T10、T12T12等等, , 淬火淬火+ +低溫回火低溫回火手術(shù)刀、西餐刀等醫(yī)用和食品加工刀具手術(shù)刀、西餐刀等醫(yī)用和食品加工刀具4Cr13,4Cr13, 淬淬+ +低回低回手錘、扳手等韌性工具手錘、扳手等韌性工具T7T7、T8T8等等, , 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火4.4.機(jī)床底座機(jī)床底座、床身等箱體殼體件床身等箱體殼體件HT200HT200、HT350HT350等等 ( (重型機(jī)床用高牌號重型機(jī)床用高牌

14、號););鑄后去應(yīng)力退火鑄后去應(yīng)力退火5.5.彎頭彎頭、三通三通、閥門等薄壁耐蝕件閥門等薄壁耐蝕件KTH300-06KTH300-06等等, , 鑄后石墨化退火鑄后石墨化退火6.6.曲軸等形狀復(fù)雜的重載件曲軸等形狀復(fù)雜的重載件QT600-3QT600-3、ZG200-ZG200- 400 400等等, ,正火或淬火正火或淬火+ +高溫回火高溫回火例：有一根長2米直徑20mm的實心T12鋼圓棒，不均勻加熱，加熱后棒料溫度如圖所示，假設(shè)各段冷卻介質(zhì)如表所示，請在各段中填入相應(yīng)的相組織，并分析其力學(xué)性能。 A B C DP+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII粗P+Fe3CII 爐冷P+

15、Fe3CII P+Fe3CII S+T+Fe3CII粗P+Fe3CII空冷P+Fe3CII P+Fe3CII T+M+Fe3CII+A殘粗T+粗M+Fe3CII+A殘油冷P+Fe3CII P+Fe3CII Fe3CII+ M+A殘粗M+A殘水冷DCBA1000 粗粗(S+T)分析思路:1.加熱到溫后的組織(用相圖分析)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.不同冷卻后的組織(用

16、CCT圖分析)水冷水冷: M+A殘殘油冷油冷: Fe3CII + T+M+A殘殘空冷空冷: Fe3CII +S+ T爐冷爐冷爐冷爐冷: Fe3CII +PA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變水冷水冷油冷油冷空冷空冷非非A組織保留組織保留模擬試卷答案：一、改錯題（在錯誤處的文句下方劃線，并寫出正確的文句只劃線不模擬試卷答案：一、改錯題（在錯誤處的文句下方劃線，并寫出正確的文句只劃線不改錯無分；每題改錯無分；每題1分，共分，共10分。）分。）1、材料的抗拉強(qiáng)度是指材料達(dá)到允許變形程度允許變形程度前的最大應(yīng)力。 （ 斷裂 ）2、當(dāng)外力超過塑性材料的彈性極限后，材料將產(chǎn)生屈服變形，該彈性極限也也是材料的屈服極限。 （ 不 ）3

17、、HRA是測定硬質(zhì)合金、淬火淬火鋼、表面淬火層的洛氏硬度測試方法。（ 滲碳 ） 4、低應(yīng)力脆斷低應(yīng)力脆斷是材料在低溫下發(fā)生脆性所引起的。（ 冷脆 ） 5、結(jié)晶時成核速率愈小小，生長速率愈小，則結(jié)晶后合金的力學(xué)性能愈好（ 大）6、置換固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子半徑相差愈小則溶解度愈小小。（ 大 ） 7、球化退火為得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀滲碳體，故其冷卻速度比完全退火慢，占用爐子時間長。 （ 短 ）8、水淬后， 過過 共析鋼得到的是板狀馬氏體組織。 （ 亞 ） 9、利用合金元素產(chǎn)生細(xì)細(xì)晶粒鋼，既減少晶界的面積，又提高晶界的強(qiáng)度，可提高鋼的抗高溫蠕變性能。 （ 粗 ）10、包晶反應(yīng)是一個液態(tài)

18、液態(tài)析出另外一個固態(tài)的反應(yīng)。 （ 液相和一個固相 ） 模擬試卷答案二、填空題：二、填空題：(每空每空1分，共分，共10分分)現(xiàn)代材料成形技術(shù)應(yīng)定義為：一切用物理、化學(xué)、 冶金 原理制造機(jī)器部件和結(jié)構(gòu)，或改進(jìn)機(jī)器部件化學(xué)成分、 微觀 組織及性能的方法。 2.二戰(zhàn)中，大量美國造全焊接“自由輪”發(fā)生折斷事故，這主要是材料在低溫下 沖擊韌度 明顯降低，而 面心立方 晶格結(jié)構(gòu)的材料不會發(fā)生這種冷脆現(xiàn)象。 3.目前我們所知的強(qiáng)化金屬的方法有_固溶_ 強(qiáng)化、 細(xì)晶 強(qiáng)化和 彌散 強(qiáng)化等。 4.等溫淬火法常用來處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確，并要求有較高 強(qiáng)韌 性的零件淬火。 5彈簧淬火后應(yīng)采用中溫回火，可以得到

19、回火 _回火托氏體_組織。1.6. 當(dāng)某一材料的KIC=62MPam1/2，材料中裂紋長度2 a =5.7mm時，要使裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致斷裂，需要的應(yīng)力為 20.72 MPa 。 (K1=(a)1/2)三、單項選擇題（每題三、單項選擇題（每題1分，共分，共10分）分）1. 金屬材料的沖擊韌度用符號 ak 表示，其計算單位為 （ 2 ） (1) N/mm2 (2) J/cm2 (3) kgfm/mm2 (4) Pa/mm2 2.金屬在疲勞試驗時，試樣承受的載荷為 （ 4 ） (1) 靜載荷 (2) 動載荷 (3) 沖擊載荷 (4) 交變載荷3. 固溶強(qiáng)化的基本原因是 （ 4 ） (1) 晶格類型

20、發(fā)生變化 (2) 晶粒變細(xì) (3) 晶格發(fā)生滑移 (4) 晶格發(fā)生畸變 4. 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2% 的碳鋼，當(dāng)加熱至Ac1Accm時，其組織應(yīng)為（ 3 ） (1) F+A (2) P+A (3) A+Fe3CII (4) P+ Fe3CII5. A1、Ar1、Ac1、A3之間的關(guān)系為 （ 2 ） (1) A1Ar1Ac1A3 (2) Ar1A1Ac1A1Ac1A3 (4) A3Ac1A1134 2) S： 1324 3）E： 1324 4）： 32412.現(xiàn)用屈服強(qiáng)度為575MPa的鋁合金公路防護(hù)桿來代替屈服強(qiáng)度為690MPa的鋼制公路防護(hù)桿（鋁的密度為2.7g/cm3,鋼的密度為7.8g/

21、 cm3），若要求承受同樣的外力而不發(fā)生塑性變形，試問：(1)新防護(hù)桿橫截面積較原來大多少倍？(2)新防護(hù)桿比強(qiáng)度是原來多少倍？ （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兩元合金，在液態(tài)下能無限互溶，在固態(tài)中也能無限互溶而形成均勻固溶體，A組元熔點1090，B組元熔點1450。在1200時，WWB為30%的試樣液態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)WWL為52.63%，固態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)WWS為47.37%，固態(tài)的濃度為WWB=40。而WWB=70%，溫度為1360時，液相成分為WWB=64%，固相成分為WWB=76%。請： 1）說明該合金相圖為何類相圖？2）繪出該二元合金相圖，其中相界線上必須有