工程材料复习1.doc

实验一 铁碳合金平衡组织1)工业纯铁 2) 20钢 3) 45钢 4) T8 5) T12钢6）亚共晶白口铸铁 7）过共晶白口铸铁实验二 热处理实验分析实验数据：硬度（HRB、HRC）、加热温度、保温时间、对差异较大的数据进行分析热处理工艺加热温度（）保温时间（分）冷却方式硬度退火840101015炉冷85HRB左右正火8401015空冷15HRC左右油淬8401015油冷30-35HRC水淬8401015水冷55HRC左右冷却速度对硬度的影响：由实验结果可看出，冷却速度越快，硬度越高。退火、正火、油淬、水淬四者冷却速度依次增大，所获得的组织分别为：P+F，S+少量F，F+T+B+M+A残， M+A残。 P、S、T均为铁素体和渗碳体的机械混合物，为片层结构，由于冷却速度越大，过冷度越大，其片层间距逐渐减小，因此它们的硬度逐渐升高。油淬后还有M+B组织，进一步提高了硬度。水淬时由于冷却速度大于淬火临界冷却速度，冷却到室温后获得了比油淬时更多的马氏体，故其硬度最高。回火实验数据分析热处理工艺加热温度()保温时间(分)回火前硬度回火后硬度水淬8401055HRC左右高温回火5502055HRC左右302HRC低温回火2203055HRC左右542HRC淬火钢回火时组织会发生一系列的变化。首先是碳的偏聚，少量碳化物的析出，硬度不会有明显的降低，实验中220 回火，此时组织为回火马氏体，硬度仍在50HRC以上。随回火温度的升高，马氏体的分解不断进行，碳化物聚集长大，到550 高温回火，组织即为回火索氏体，硬度降到30HRC左右。所以，随回火温度的升高，硬度降低。重要的符号1.强度2.延伸率 、断面收缩率 3.冲击韧性k4.硬度HRA HRB HRC HB HV5.铁素体 F、奥氏体 A、珠光体 P、S、 T 贝氏体 B上、B下 、 莱氏体 Ld、 Ld6.热处理加热温度 PSK、 GS、ES、A1、 A3、 Acm AC1、 Ac3、 Accm 7.各种热处理的冷却方式退火炉冷，正火空冷，淬火水冷或油冷典型零件的选材，加工工艺路线的制定，热处理工艺分析，绘出热处理工艺曲线。1.20CrMnTi渗碳齿轮2.高速钢铣刀热处理工序位置1.预先热处理的工序位置退火、正火：毛坯生产之后，切削加工之前调质：粗加工之后，精加工或半精加工之前目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织，为最终热处理做好组织准备。2.最终热处理的工序位置调质件热处理工艺路线：下料锻造正火（退火）粗加工（半精加工）调质精加工表面淬火件热处理工艺路线：下料锻造正火粗加工（调质）精加工表面淬火及回火精磨渗碳件热处理工艺路线：料下锻造正火或退火或调质粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回火磨削渗氮件热处理工艺路线：下料锻造正火（退火）粗加工调质精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或研磨一、齿轮类零件1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、50Mn，正火或调质，软齿面齿轮2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮中碳钢、中碳合金结构钢，45、50Mn、40Cr、42SiMn，表面淬火及低温回火，硬齿面齿轮3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi等，渗碳、淬火、低温回火4.精密传动齿轮氮化钢， 38CrMoAl，调质，氮化20CrMnTi钢的汽车变速箱齿轮热处理工艺分析960970正火 6-8h 870880气体渗碳 油冷93010 预冷表面心部时间(h)180-2002-3h回火机加工磨齿表面：高碳回火马氏体+碳化物+残余奥氏体中心：铁素体+索氏体+低碳回火马氏体下料锻造正火切削加工渗碳、淬火、低温回火精加工工艺路线:下料锻造退火切削加工淬火多次回火喷丸磨削预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+多次回火回火工艺组织：M回火+碳化物+A残性能特点：高硬度及高耐磨性，高的红硬性，高硬度能保持到600。 （3）高速钢盘形齿轮铣刀 选材: W18Cr4V成分：碳 0.7-0.8%，钨 18%，铬 4%，钒(1-1.4%) 元素作用分析:钨: 钨是使高速钢具有较高红硬性的主要元素铬；主要作用是提高淬透性、硬度和耐磨性钒：主要作用是细化晶粒、提高硬度和耐磨性识别钢的牌号、类别、成分。20、45 优质碳素结构钢，含碳量0.2%，0.45%Q235、 Q255普通碳素结构钢，含碳量0.4%T8 、T10、碳素工具钢，含碳量 0.8%、1.0%T12A 高级优质碳素工具钢，含碳量1.2%20CrMnTi、12Cr2Ni4A、20Cr 合金渗碳钢，c = 0.2%，Cr、Mn、Ti 1.5%； c = 0.12%， Cr =2%、Ni=4%、A高级优质；c = 0.2%， Cr 1.5%40CrNiMo、40MnVB合金调质钢，含碳量0.4% Cr、Ni 、Mo 、Mn、V、B含量均小于1.5%38CrMoAl渗氮钢，含碳量0.38%，Cr、Mo、Al含量均小于1.5% 65Mn 、 60Si2Mn合金弹簧钢，含碳量0.65%、0.6%， Mn1.5%，Si=2%9SiCr合金工具钢，含碳量0.9%，Si、 Cr 1.5% W18Cr4V 高速钢，含碳量0.7-0.8%， W=18%、 Cr=4%、 V 1.5% Cr12MoV冷作模具钢 ，含碳量Cr=12%Mo、V 1.5% 5CrMnMo 、 5CrNiMo 热作模具钢，含碳量0.5%，含 Cr、Ni、Mo、Mn均小于1.5%1Cr18Ni9Ti不锈钢，含碳量0.1%，含Cr量18%，含Ni量9%，含Ti量1.5% 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 不锈钢， 含碳量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，含 Cr量13%GCr15滚动轴承钢，含碳量 1.0%，含 Cr量1.5% ZGMn13高锰耐磨钢，含碳量 1.0%，含Mn量13%Y20易切削钢，c=0.2% 三、杠杆定律的应用分别计算含碳量为0.45 %、的亚共析钢和1.2%的过共析 钢在室温下组织的相对量。已知组织，估计含碳量。 【答案】：45钢室温下组织为：P和F mp%=0.45/0.77*100%=58%mF%= 1-58%=42%已知珠光体28%和铁素体72%，估计含碳量。设含碳为x%mp% =（x-0）/（0.77-0） x= mp% 0.77=0.22T12钢的组织为：珠光体和二次渗碳体mp% =（6.67-1.2）/（6.67-0.77） =0.93=93%mFe3C% = 1-93%=7%分析含碳量对组织和性能的影响 20钢和45钢室温下的组织都由铁素体和珠光体组成，但45钢的珠光体含量比20钢多，铁素体含量比20钢少，所以45钢的强度、硬度比20钢高，塑性、韧性比20钢低。 T12钢渗碳体的含量比T8钢多，所以T12钢的硬度比T8钢高，塑性比T8钢差。室温组织：0.45%cF+P,1.2%cP+Fe3C3.0%cP+Fe3C+Ld,5.0%cFe3C+Ld2-9. 何谓加工硬化？其产生原因是什么？加工硬化在工程上带来哪些利弊？【答案】：随着变形度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降即为“加工硬化”现象。产生加工硬化的原因是晶粒破碎和位错密度的增加。利弊:可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。但金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。5-5 45钢经调质处理后硬度为240HBS，若再进行200低温回火，能否使其硬度升高？为什么？淬火后进行低温回火，硬度为57HRC若再进行560回火，能否使其硬度降低？为什么？【答案】：（1）不能。因为45钢淬火后硬度为57HRC，经高温回火后的硬度下降为240HBS，其组织为回火索氏体，是稳定的组织，若再进行200低温回火，组织不会发生改变,所以硬度不会升高。 （2）能。因为45钢淬火后进行低温回火，硬度为53HRC左右（515HBS），其组织为回火马氏体和残余奥氏体，是不稳定的组织，当温度升高时组织会发生转变，再进行560回火，组织会转变为回火索氏体，所以硬度会降低。5-7. 现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一个，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，心部有良好的韧性和耐冲击性，应该选择何种热处理方法？并比较热处理后它们性能上的差别。【答案】：低碳钢齿轮可采用渗碳、淬火、低温回火处理。通过渗碳使表面含碳量达到1.0%左右，淬火回火后，表面是高碳的回火马氏体，硬度高，而心部仍然是低碳的组织，韧性好。中碳钢齿轮可采用表面淬火低温回火处理。淬火低温回火之后，表面是中碳回火马氏体，硬度高耐磨。心部仍然是韧性好的原正火或调质状态的组织。与表面淬火处理相比较，渗碳的零件表面硬度更高，更耐磨，心部韧性更好，更耐冲击。1.答： 在不锈钢中加入Cr有什么作用？其含量有什么要求？Cr的质量分数为12%的Cr12MoV 钢是否属于不锈钢，为什么？解答：不锈钢中加入合金元素Cr可提高钢中基体的电极电位，用以提高钢的耐腐蚀性，其含量要在13%以上。Cr12MoV 钢不属于不锈钢，因为Cr12MoV钢的含碳量很高，铬与碳形成化合物，使基体中的含铬量较低，达不到耐蚀性的含量要求。