工程材料力学能(张勤勇、陈宝书、冯宁博).doc

合金元素：为保证获得所要求的组织结构，物理、化学性能而特别添加到钢中的化学元素。合金钢：在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。奥氏体形成元素 ：使A3点，A4点，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成。铁素体形成元素 ：使A3点，A4点，在较宽的成分范围内，促进铁素体形成。二次淬火 ：已淬火的高合金钢中的残余奥氏体在回火冷却中转变为马氏体的现象。二次硬化：钢在回火时出现的硬度回升现象。调质钢 ：经过调质处理后，能获得良好的综合力学性能的钢种。铸铁的石墨化 ：铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程球墨铸铁：石墨呈球状分布的灰口铸铁。铸铁的热生长：铸铁在反复加热、冷却时会发生体积膨胀的现象。硅铝明：是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金 白铜：Ni的质量分数低于50%的铜镍合金定比碳定律:合金元素及碳含量满足合金碳化物分子式中定比关系时，二次硬化效应最好。红硬性：钢在受热条件下仍能保持足够高的硬度和切削能力的性能。高速钢：一种高碳且含有大量碳化物形成元素的高合金钢。基体钢：成分与高速钢淬火组织中基体的化学成分相同的钢种。耐酸钢: 能够抵抗强腐蚀介质腐蚀的钢。晶间腐蚀: 沿晶粒边缘进行的腐蚀。应力腐蚀: 在腐蚀介质及拉应力作用下，金属发生的破裂现象。固溶体的n/8定律：Cr加入钢中时，当Cr的质量分数达到1/8、2/8、3/8。原子比时，Fe的电极电位就跳跃式的增高，腐蚀亦跳跃式的显著减弱。热稳定钢：在高温下长期工作不致因介质腐蚀而破坏钢。热强刚：在高温下仍具有足够的强度不会大量变形或破断的钢。3、 合金钢二次硬化现象的本质是什么？对钢的性能有什么影响？本质是：弥散强化。二次硬化：钢在回火时出现的硬度回升现象。原因特殊碳化物的弥散硬化+ 二次淬火。影响：（1）合金的硬度提高。(2)弥散质点的数量愈多，二次硬化效应愈大。(3)二次硬化峰也与回火时残余奥氏体马氏体(二次淬火)相联系。（4）V、Nb、Ti、Mo、W和高Cr钢中均显示二次硬化效应。5、GCr15钢从钢锭到成品，要经过以下几个温度范围的热处理工序，说明每个工序的名称、目的和热处理后的组织。11501200：扩散退火；消除碳化物液析和碳化物带状组织。组织：细片状P+二次碳化物770810：球化退火；钢的硬度，以利于切削加工。组织：细小的球状珠光体和均匀分布的细粒状碳化物。830860：淬火；获得HRC64-66，奥氏体晶粒度5-8级的马氏体。组织：隐晶M基体+粒状碳化物+残余A1605：回火；减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂。组织：回火M+细粒状碳化物+残余A。-60：冷处理；避免在长期保存或使用过程中会发生变形。组织：回火M+细粒状碳化物+极少量残余A。6、分析低碳马氏体型结构钢的性能特点及应用范围。(1)良好的韧性 消除了部分淬火应力(2)高的抗拉强度和低的脆性转化温度 低碳M钢适用于在严寒地带室外工作的机件及低温下要求高强度和韧性的机件。 (3)缺口敏感性和疲劳缺口敏感度低 低碳M钢不但在静载荷下具有低的缺口敏感性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度 (4)良好的工艺性能 良好的冷加工性、可焊性，较低的热处理脱碳倾向和变形和开裂倾向。2、球墨铸铁可以进行哪几种类型的淬火回火处理？说明处理后的组织与性能特点。淬火高温回火：组织：回火S+G球。性能特点：调质后具有比正火高的综合力学性能，可代替部分钢件制造重要的结构零件。淬火低温回火：组织：回火M+少量残余A +G球。性能特点：很高的硬度(5561) HRC和很好的耐磨性，但塑、韧性较差，用于要求高耐磨性的零件。淬火中温回火：组织：回火T + G球。性能特点：较高的弹性、韧性及良好的耐磨性，用于要求具有一定弹性、耐磨性及热稳定性的零件。4、 白口铸铁和灰口铸铁的组织与性能的主要区别是什么？1、白口铸铁 第一、二、三阶段石墨化完全不进行 完全按照Fe -Fe3C相图结晶得到的铸铁其组织中存在共晶莱氏体 断口白亮。 由于有大量硬而脆的Fe3c 白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。2、灰口铸铁 第一、二阶段石墨化充分进行铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单。成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。2、与铝合金相比，镁合金的热处理有哪些特点？1)淬火加热温度较低，加热速度不宜过快，保温时间较长。2)淬火冷却可采用空冷或在70100水中冷却。3）切忌用硝盐浴炉加热，一般在真空热处理炉、箱式电炉或井式电炉中加热4）镁合金一般都采用人工时效处理7 高速钢的热处理有什么特点？（1） 预先热处理：球化退火。目的：降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备；工艺：缓冷球化及等温球化。退火组织：S+球状碳化物。硬度HB207-255（2） 最终热处理：淬火+三次高温回火(560)。淬火加热特点：需2次预热(导热性差，并且淬火温度相当高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂)；加热温度相当高(12001280)，为了使碳及合金元素充分溶入奥氏体，还有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细小的晶粒。淬火冷却方式：分级淬火。淬火组织：60-65%隐晶M+25-30%A+10%K 三次回火目的：消除大量A，析出大量弥散碳化物W2C和Mo2C产生“二次硬化”；回火组织：回火M60-65% +A5% +K20-25%。锻后须球化退火，返修工件二次淬火前也须球化退火。8.Cr12型模具钢有哪几种硬化方法？各有什么特点？一次硬化法： 较低温度淬火+低温回火。选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好，热处理变形较小。二次硬化法： 较高温度淬火+多次高温回火。此工艺方法使钢有较高的红硬性和耐磨性，但强度和韧性下降，工艺上也较复杂，适用于工作温度较高(400500)，且受荷不大或淬火后表面需要氮化的模具。9.分析锤锻模用钢的工作条件、性能要求、成分特点及热处理特点。 成分特点：(1)中碳(0.300.60%)C，保证较高的韧性和热疲劳抗力；(2）碳含量过高，韧性好导热性；（3）碳含量过低，强度、硬度、耐磨性难保证。（4）加入Cr、Ni、Mn，淬透性；Ni显著提高强度和韧性；Mn代Ni时，钢的强度不降，但塑、韧性有所。（5）加入Mo，保证较高的热强性，回火稳定性，减小回火脆性，细化晶粒。 工作条件：工作时的温度约有400450。 性能要求：（1）高温硬度、高温强度较高，较高的耐磨性、导热性，高的热疲劳抗力，较高的淬透性和尺寸稳定性。（2）对塑性变形抗力及韧性要求高；（3）截面尺寸大，淬透性要高。（4）成分和性能要求都与调质钢很接近，但强度、硬度要求更高些。热处理特点：（1）预先热处理：完全退火。工艺：加热温度：780-820，保温时间4-6h，炉冷至500后空冷。组织：细片状P+F。（2）最终热处理：淬火+高温回火。淬火加热温度：820-860。加热时模面和模尾的保护：在专用铁盘上铺一层旧渗碳剂等保护剂，锻模以模面向下放入，再用耐火泥密封。淬火冷却介质：锭子油或机油。冷却过程中须使油循环冷却，油温不得超过70，油中冷却至150200取出，立即回火，不允许冷至室温。淬火组织：M。回火温度：锻模类型不同，锻模模面和尾部硬度要求不同，回火温度不同。回火冷却方式：应油冷，以避免回火脆性。回火组织：回火S。3、奥氏体不锈钢的热处理方法有哪些？1.固溶处理：消除焊接、热加工和其他工艺操作造成的应力和晶间腐蚀倾向；获得单相奥氏体。2.稳定化处理：含Ti、Nb的钢，有效地消除了晶间腐蚀倾向。不含Ti、Nb的钢，消除了贫Cr区，提高了不锈钢抗晶间腐蚀的能力。3.去应力处理：消除冷加工后的残余应力。4.再结晶退火：深度冷加工的钢，消除加工硬化，便于继续加工。3.有哪几条途径可以提高钢的热强性？( 1）基体的固溶强化：基体的熔点高，自扩散激活能大，层错能低，耐热性提高。（2）晶界强化：净化晶界，减少晶界。填充晶界上的空位，晶界的沉淀强化。（3）弥散相（第二相）强化：时效析出弥散强化相。4.高压锅炉管用珠光体型热强钢的成分特点是什么？这样的成分对钢的组织和性能有什么影响？低碳：0.08%0.15%。使钢具有良好的加工性能(轧制、穿管、拉拔、焊接、冷弯)。使钢基体具有大量F。F的高熔点和组织稳定性有利于耐热，也有利于表面生成Fe2O3的保护膜。使碳化物相减少，不易产生P球化、石墨化的变化，有利于组织稳定性。主加合金元素为Cr、Mo：主要作用是固溶强化F，热强性和再结晶温度，阻止P球化和石墨化。辅加合金元素为V、Ti、W：主要作用是形成稳定碳化物，阻止Cr、Mo向碳化物中转移，保持固溶体的强化特性，同时阻止P球化和石墨化。稳定碳化物也有弥散强化作用，可热强性。2.分析船体用钢的工作条件及对材料成分及性能的要求。工作条件：环境复杂多变。恶劣天气，大风大浪，一年四季，环境温度变化。成分：高强度钢：低碳，含碳量0.18%，主加Mn，微量Nb、V、Ti、Mo等细化晶粒；F级钢：加Ni，提高钢的低温冲击韧性。但合金元素的总量要受碳当量的限制。性能要求：低碳钢，对碳当量有严格要求。对冲击韧性，特别是对低温冲击韧性要求高 。多采用铝脱氧，以获得细晶粒钢，或加入微量Nb、V、Ti等。交货状态：控制轧制，温度-形变控制轧制、正火。3核反应堆堆芯包壳材料的主要性能要求有哪些？（1）中子吸收截面小；（2）与燃料的相容性好；（3）抗冷却剂的腐蚀性能好；（4）强度高、塑性大；（5）导热性能好；（6）辐照损伤小；（7）加工性能好。2、有哪些方法可以提高和改善陶瓷材料的韧性？相变增韧：（1）应力诱导增韧（2)显微裂纹韧化(3)残余应力韧化(4)复合韧化.。纤维增韧：（1）单向排布长纤维增韧（2）多维多向排布纤维增韧。短纤维、晶须及颗粒增韧 ：（1）短纤维增韧陶瓷基复合材料（2）晶须增韧陶瓷基复合材料3）颗粒增韧陶瓷基复合材料（4）晶须与颗粒复合增韧陶瓷材料。1、Cr 在高速钢、不锈钢、耐热钢中的主要作用是什么？他为什么会有这些作用？A：耐热钢Cr：要使氧化膜具有良好的抗氧化性，单一加入Cr。原因：随Cr、Si、Al含量的，氧化膜中FeO量，FeO生成温度，直至氧化膜主要为Cr2O3或SiO2（Fe2SiO4）或Al2O3。这些膜与基体结合牢固，致密，可阻止Fe2+和O原子的扩散，具有良好的保护作用。B:不锈钢；（1)加入Cr，提高基体的电极电位；当Cr量达12.5at%(即1/8)时，由-0.56V+0.2V，钢已能耐大气、水溶液和稀硝酸的腐蚀。(2)当Cr量达25%(即2/8)时，由+0.2V +1.6V，可耐更强烈腐蚀介质的腐蚀。(3)加入Cr、Si、Al形成致密的氧化膜；(4)在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素，能在钢的表面形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜，能阻止腐蚀介质与基体金属的进一步接触，从而可以提高钢的耐蚀性。C：高速钢：Cr：淬火加热时，全部溶入奥氏体，提高钢的淬透性和基体中的碳含量，提高淬硬性，含量4%最好，若大于此值，则会使残余奥氏体量增多，稳定性增加，需增加回火次数来消除残余奥氏体1、提高金属抗蚀能力的途径有哪些？（1）提高合金基体（一般都是固溶体）的电极电位。（2）使合金得到单一的固溶体，尽量减少微电池的数量。（3）使合金的表面形成稳定的表面保护膜，阻止合金与水溶液等电解质接触。2.工模具钢中中的主加合金元素有哪些？它们主要作用是什么？辅加元素有哪些？它们的主要作用？主加合金元素：Cr，W，Mo，V，形成碳化物，保证高硬度和高耐磨性。辅加合金元素：Si，Mn，提高淬透性，减少热处理时的变形，提高回火稳定性。60Si2Mn（截面小于25MM的板簧，汽车板簧，螺旋板簧），淬火+中温回火，T回；20CrMnTi（汽车传动齿轮，汽车变速箱齿轮），渗C+淬火+低回，表：高碳M回+crd+A，心部：低碳M回+F（少）+T；40Cr（连杆螺栓，重要螺栓，车窗主轴），淬火+高回，S回； GCr15（轴承滚珠，轴承套圈，精密偶件）淬火+低回，M回+crd+A；QT600-02 （曲轴）调质，S回+球状石墨；38CrMoAl （高精度磨床主轴），调质+氮化，表：氮化物，心部：S回；9SiCr （丝锥）淬火+低回，M回+crd+A；T12（钳工锉刀，卡尺）淬火+低回，M回+crd+A;W18Cr4V：（高速车刀）高温淬火+三次高温回火；回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体W6Mo5Cr4V2 （高速铣刀，盘形铣刀），淬火+三次回火，M回+crd+A；4Cr13(外科手术刀 医用手术刀，医用剪刀）淬火+低回，M回+crd+A；Ht200（机床床身，冲床床身，气缸套）退火，P+片状石墨； H68 （弹壳）退火，单相a;Cr18Ni11Ti（耐酸），固溶强化+稳定化处理，A； Q235（建筑用螺纹钢筋）热轧，P+F；Cr13：（汽轮机叶片）淬火+高温回火；S回16Mn （自行车车架，桥梁结构，大型钢结构），热轧，F+P；35CrmoV （汽轮机转子）淬火+高回，S回；5CrNiMn（热锻模，锤锻模），淬火+高回，S回； Gr12MoV（冷冲模，冲孔凹模，冷冲压模具）二次硬化+低回，M回+crd+A12CrMov （锅炉管）正火，P+F； 低氧TA7（液氢储箱）退火，单相a; TA1 (海水淡化装置）退火，单相a; H62（散热器垫片）退火，双相黄铜； BMn40-1.5 （变阻器）退火，单相a ;名称候选材料选用材料热处理方法最终组织机床床身T10A, KTZ450-06, HT200HT200时效PFG片汽车后桥齿轮40Cr, 20CrMnTi, 60Si2Mn20CrMnTi渗碳淬火低温回火表面CmMA心部 FM滚动轴承GCr15, Cr12, QT600-2GCr15球化退火淬火低温回火CmMA锉刀9SiCr, T12, W18Cr4VT12球化退火淬火低温回火CmMA汽车板簧45, 60Si2Mn, T1060Si2Mn淬火中温回火T回钻头W18Cr4V，65Mn, 20W18Cr4V 淬火低温回火CmMA桥梁1Cr13, 16Mn, Q19516Mn,不热处理FP滑动轴承H70, ZSnSb11Cu6, T8ZSnSb11Cu6不热处理a+SnSb耐酸容器Q235,1Cr18Ni9Ti, ZGMn131Cr18Ni9Ti固溶处理A发动机曲轴QT600-3, 45, ZL101QT600-3等温淬火高温回火S回G球1、合金元素在钢中的存在形式有以 固溶体 形式存在、形成 强化相 、形成 非金属夹杂物 、以 游离态 存在。2、合金钢按用途可分成 结构钢 、 工具钢 和 特殊性能刚 三类。3、按照与铁的相互作用的特点，合金元素分为 A 形成元素和 F 形成元素。4、奥氏体形成元素 降低 A3点， 提高 A4点。5、按照与碳相互作用的特点，合金元素分为 非碳化物 形成元素和 碳化物 形成元素。6、所有的合金元素均使S点 左移 ，这意味着合金钢共析点的碳浓度将移向 低 碳方向，使共析体中的含碳量 降低 。7、几乎所有的合金元素（除Co外）均使C曲线 向右 移动，其结果是 降低 了钢的临界冷却速度，提高了钢的 淬透性 。8、几乎所有的合金元素（除Co、Al外）都使Ms、Mf点 降低 ，因此淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的 残余A 增多，使钢的硬度 降低 ，疲劳抗力 下降 。 1、机器零件钢按用途可分成 调质钢 、弹簧钢 、滚动轴承钢 和 渗碳钢 四类。1、白口铸铁中碳主要是以 渗碳体 的形式存在，灰口铸铁中碳主要是以 石墨 的形式存在。2、普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中石墨的形态分别为 片 状、 团絮 状和 球 状。3、可锻铸铁俗称 玛钢 。4、RuT420的强度高、硬度高，具有高的 高温强度 和较高的 热导率 ，可以用于制造 经受热循环负荷的铸件 、组织致密零件 、 结构复杂，而设计又要求高强度的铸件 等零件。1、1A99表示铝的质量分数为 99.99 %的纯铝，而1035表示铝的质量分数为 99.35 %的纯铝。2、2A12是以 Cu 为主要合金元素的铝合金，而7A04则是 Zn 为主要合金元素的铝合金。3、3A21是 Al-Mn 合金，可以制造 航空油箱 等零件；6A02则属 Al-Si-Mn 合金，可以制造形状复杂的 锻件和模锻件 。4、黄铜是 Cu-Zn 合金，白铜是 Cu-Ni 合金，而紫铜则是 纯铜 。5、人类历史上最早应用的合金是 锡青铜 ，它是 Cu-Sn 合金，颜色呈 青灰色 。6、BMn40-1.5又称 康铜 ，BMn43-0.5又名 考铜 ，它们具有良好的 耐热 和 耐蚀性 ，广泛用