材料与成形复习PPT课件.ppt

第一部分工程材料材料的力学性能 一 静态力学性能力学性能 曲线硬度 HB HRC HV二 动态力学性能 K 1 第一部分工程材料 结构 外来晶核 变质处理 提高冷却速度振荡结晶过程 形核 长大 晶粒大小控制 细晶强化结晶理想晶体 晶胞 晶面 晶向 三种晶格 纯 金属 晶体 组元 实际晶体 区别 缺陷 塑变基础其它元素 合金 固溶体 间隙固溶 置换固溶 晶格畸变碳弥散强化 第二相强化 固溶强化铁碳合金钢铸铁铁素体 F 奥氏体 A 珠光体 P 相图 结晶 溶解度 表象点信息 相 成分 相对量 杠杆定律 三相反应 材料力学行为同晶格类型中的滑移面 体心立方晶格 六个滑移面 每滑移面上有两个滑移方向共有十二个滑移系面心立方晶格 四个滑移面 每个滑移面上有三个滑移方向共十二个滑移系密排六方晶格 只有一个滑移面 此面上有三个滑移方向晶体通过位错移动产生滑移 细晶强化 多晶体滑移阻力大 故强度较单晶体高 且晶粒愈细 强度愈高 硬度愈大 另一方面 因晶粒愈细 变形被分散到更多的晶粒内进行 每晶粒变形也较均匀 所以塑性 韧性也愈好 塑性变形对金属组织性能的影响 1 冷变形强化冷变形强化属位错强化2 产生各向异性 纤维组织3 产生织构4 残余应力 回复与再结晶 回复和再结晶 过程的驱动力 点阵畸变能 冷塑性变形量1 回复 特征 显微组织无明显变化 晶粒仍保持伸长状 点阵畸变能大大降低 内应力显著减小 强度和硬度变化不大 应用 去应力退火 如电缆 2 再结晶 再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时 通过新晶核的形成及长大 以无畸变的新晶粒逐渐取代变形晶粒的过程 过程 形核及长大条件 冷变形 足够高的温度特征 晶体缺陷基本消失 形成无畸变的新等轴晶粒 冷变形强化现象完全消除与重结晶区别 无晶体结构转变 不是重结晶 晶粒长大 冷塑性变形金属材料经再结晶后 一般可得到细而均匀的等轴状晶粒 如加热温度过高或时间过长 会出现晶粒长大或二次再结晶造成晶粒粗化 力学性能相应变坏 晶粒长大 靠晶界推移 晶粒相互吞并 大晶粒吞吃小晶粒 晶粒越均匀 晶粒长大的倾向越小 影响再结晶后晶粒大小的因素退火加热温度 冷变形量 热加工与冷加工的区别 热加工与冷加工的区别是以金属材料的再结晶温度为分界 再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工 再结晶温度以上进行的塑性变形加工称为热加工 热加工的下限温度一般应在再结晶温度以上一定范围 金属材料热加工时 在塑性变形的同时再结晶也随之发生 冷变形强化现象随即消除 热加工对材料的组织和性能的影响改善铸锭和坯料的组织和性能 产生流线组织 二元合金 基本相 F A Fe3C 室温相 基本组织 F A Fe3C P Ld 钢的热处理 钢在加热时的转变 非平衡冷却 奥氏体化 A形核 A长大 残余Fe3C溶解 A均匀化 俗称C曲线横向 A过冷区 反应物区 过渡区 转变区 产物区 P B 纵向 高温区 扩散转变P 中温区 半扩散B 低温区 非扩散M 影响C曲线的因素 含碳量的影响 合金元素的影响 合金元素只有固溶于奥氏体中时才能起上述作用 原始组织的影响 加热温度和保温时间的影响总之 A越稳定 C曲线越右 珠光体 贝氏体 马氏体转变的异同点 第一部分工程材料 热处理 四把火 1钢的普通热处理 退火和正火 淬火与回火名称 工艺 温度 组织 性能 应用 举例目的及必要条件 退火软化正火常化 以正代退 以正火代调质 先正后退 淬火强硬化回火韧化 淬火后 淬火 低温回火 目的 降低组织应力 保留较高硬度 组织 回火马氏体应用 耐磨件淬火 中温回火目的 高弹 韧 疲劳性 组织 回火托氏体应用 弹性元件 热锻模淬火 高温回火 调质 目的 综合力学性能组织 回火索氏体应用 重要零件 S与S回 T与T回 B上与B下 M高与M低 钢的淬硬性 主要取决于钢的含碳量钢的淬透性 主要取决于合金元素含量 钢的表面淬火 表面淬火是将零件表面层以极快的速度加热到淬火温度 当热量还末传至工件心部 即迅速用淬火介质快速冷却 使表层淬成马氏体 而内部保持原始组织 表面淬火前常进行调质或正火以保证心部性能 化学热处理 强化表面 提高零件的某些力学性能 如表面硬度 耐磨性 疲劳强度和多次冲击抗力 保护零件表面 提高某些零件的物理化学性质 如耐高温及耐腐蚀等 因此 在某些方面可以代替含有大量贵金属和稀有合金元素的特殊钢材 渗碳 900 950 目的 提高钢件表层的硬度和耐磨性 而其内部仍保持原来的高塑性和韧性成分 后热处理 淬火 低温回火应用 汽车调速齿轮 氮化 500 600 目的 提高表面硬度和耐磨性 并提高疲劳强度和抗蚀性应用 1 耐磨性要求很高的精密零件 如精密齿轮 高精度机床主轴 镗床镗杆 精密丝杆等 2 较高温度下工作的耐磨零件 如汽缸套筒 气阀及压铸模等 为保证心部有足够的强度 氮化前应先进行调质 钢 结构钢 普通结构钢渗碳钢优质结构钢 调质钢弹簧钢碳素工具钢滚动轴承钢工具钢 普通低合金工具钢 刃具钢高速钢冷作模具钢模具钢热作模具钢 碳钢的特点低碳钢 塑 韧 适用于各种冷 热加工与焊接 中碳钢 可得到各种性能的较佳配合 淬火效果也显著优于低碳钢 在制造齿轮 轴 弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用 高碳钢 硬度 耐磨性较高 有一定淬火效果 可用于制作刃 模 量具 五 金属材料 钢种 成分特点 热处理 组织 性能 应用 钢号碳钢的特点低碳钢 塑 韧 适用于各种冷 热加工与焊接 中碳钢 可得到各种性能的较佳配合 淬火效果也显著优于低碳钢 在制造齿轮 轴 弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用 高碳钢 硬度 耐磨性较高 有一定淬火效果 可用于制作刃 模 量具合金钢的特点 合金元素在钢中的作用 非碳化物形成元素 Ni Co Al Si等 碳化物形成元素 按与碳亲合力由弱到强排 Mn Cr Mo W V Nb Zr Ti 渗碳钢 C 0 10 0 25 Me Mn Ni Cr B V Ti Mo耐磨同时又承受冲击或交变载荷的零件下料 锻造 正火 加工齿形 渗碳 预冷 淬火 低温回火 喷丸 精磨 调质钢 C 0 25 0 50 Me Mn Ni Cr Si BMo W V Ti热处理 调质 S回 综合力学性能正火 S 厚大件 要求不高件 一般淬火 中 低回 T回 M回 较高 多冲 耐磨调质 表淬 低回 心 S回 表 M回调质 氮化 调质钢主要用于各种重要的承受冲击载荷或负荷较大的机器零件 如曲轴 连杆 蜗杆 轴类等零件 弹簧钢 Si 中 高C 碳素弹簧钢0 6 0 9 合金弹簧钢0 5 0 7 Mn Cr V弹簧钢主要用来制造各种弹性元件 尤其是各种弹簧 热处理后冷成型 钢丝直径 8mm 板簧厚度h 5mm 先淬火 中温回火 得T回 成型后 150 去应力退火 成型后进行热处理 热成型后的弹簧 可于830 870 油淬 420 450 回火 亦得T回 热成型后的弹簧也可进行等温淬火得到B下 滚动轴承钢 C 0 95 1 10 Cr 0 4 1 65 锻造 球化退火 机加工 淬火 冰冷处理 低温回火 磨削 稳定化处理滚动轴承钢大量用来制作滚动轴承的滚珠 滚柱和内外圈 工具钢 正确地使用工具钢 需要在韧性和耐磨性之间 进行优化处理 这两个互相矛盾的基本性能取决于热处理淬火 回火后马氏体的成分 形貌 硬度与碳化物的性质 类型 数量 形态和分布 要求 高的硬度 热稳定性 热硬性 耐磨性以及足够的强度和韧性 高C 0 6 1 3 淬火后得到过饱和度大M高碳且 足够的碳化物强化相 提高耐磨性 Me Cr W Mo V Nb Ti等强碳化物形成元素 形成多种类型碳化物 抗回火软化能力 耐回火性 二次硬化 热硬性 热稳定性 Mn Si 淬透性 抗回火软化能力 热处理变形 热硬性 淬火加热温度选择在Ac1 Accm之间回火温度的确定 主要是在消除有害应力的前提下 尽量保证高硬度来考虑的 刃具钢 碳素工具钢 0 65 1 35 C锻造后应球化退火 最终热处理 淬火和低温回火 淬火后的硬度一般在60 65HRC 低合金刃具钢 C 0 8 1 5 Cr Si Mn W V热处理与承轴钢相近 高速钢 C 0 7 1 5 Me Cr W VMe 10 25 常用来制造各种切削刀具 如车刀 铣刀 拉刀 刨刀等 工作温度可达600 锻透 高温淬火 3次高温回火 模具钢 热作模具钢 0 25 0 60 C Me Cr Ni Mn 淬透性 辅以 Mo W V 二次硬化下料 锻造 完全退火 机加工 淬火 回火 精磨加工 修型 抛光 冷作模具钢 1 0 2 0 C 淬硬性 50 60HRC 和耐磨性 Me Cr Mo W V 难熔碳化物 耐磨性 Cr 淬透性 下料 锻造 球化退火 机加工 淬火 回火 精磨 成品 量具钢热处理为球化退火 淬火及低温回火 磨削后进行人工时效 以稳定尺寸 2 铸铁 铸铁 灰口铸铁 C G G Fe3C C存在形式 白口铸铁 C Fe3C G的形貌 灰铸铁 片状G 蠕墨铸铁 虫状G 球墨铸铁 球状G 可锻铸铁 团状G 孕育铸铁 细片状G 普通灰铸铁 厚片状G 影响铸铁组织和性能的因素化学成分 冷却速度 提高灰铸铁强度有两个基本途径 1 改变石墨的数量 形状 大小和分布 2 改善基体组织 在石墨的影响减少之后 以期充分发挥金属基体的作用 第二部分铸造 工艺基础 流动性 三种凝固 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固充型能力浇注条件 浇注温度和充型压力 铸型条件 简化浇注系统 铸型蓄热能力 铸型温度 铸型中的气体 铸件结构工艺基础 三个阶段 液态收缩 体收缩 凝固收缩 固态收缩第一 二阶段是产生缩孔和缩松的主要原因第三阶段是产生铸造应力和变形开裂的主要原因收缩影响因素 过热度 凝固收缩和凝固温度范围收缩缺陷 缩孔和缩松 热节 变形和裂纹 应力的形成 分布 变形及其防止 相关缺陷 浇不足 冷隔 补缩不良 缩孔 缩松 粘度增加 气孔 渣孔 缩孔 缩松的措施 定向 顺序 凝固 减小热节防止铸造应力和变形的措施 壁厚均匀 结构对称 同时凝固 反变形 时效处理 铸造工艺设计 浇注位置 三下一上 分型面 便于起模 大部分一箱 一型内不过高 少用砂芯且便于安放和检验 工艺参数的确定 绘制铸造工艺图 首先从保证铸件质量出发确定浇注位置 再从简化工艺出发确定分型面 铸件结构工艺性 铸造工艺对铸件结构的要求 合金铸造性能对铸件结构的要求 铸造方法对铸件结构的要求 外形简单 少用活块和芯 壁厚合理 均匀 壁与壁的连接 避免收缩受阻 避免大平面 第三部分压力加工 工艺基础 工艺基础 塑性变形 单晶体的弹性变形 单晶体的塑性变形 滑移 滑移系 滑移面 滑移方向 塑性变形的本质 滑移的机理 位错 实际金属的塑性变形 关键 晶界的存在及各晶粒位向不同细晶强化 对金属组织性能的影响 各向异性 冷变形强化 纤维组织 织构 残余应力 宏观内应力 微观内应力和点阵畸变 回复与再结晶 驱动力 点阵畸变能冷塑性变形量 过程 形核及长大 与重结晶区别 无晶体结构转变 影响因素 温度 冷变形量 热加工与冷加工的区别 再结晶温度为分界 冷变形强化消除与否 T再 K 0 35 0 4 T熔 K 锻造性 锻造流线与纤维组织 锻造性 锻造流线与纤维组织 指标 s和 金属的塑性高 变形抗力小 其锻造性就好 影响因素 区别 冷变形强化消除与否 利用 合理布置 锻件与铸件相比的特点 晶粒细化 组织致密 力学性能提高 锻造比 拔长锻造比 拔长前后截面积比 镦粗锻造比 镦粗前后高度积比 锻造比 1 化学成分 组织和性能 变形温度 变形速度 应力状态 常用模锻方法 工艺设计 自由锻 工序 盘类 如齿轮坯 镦粗 冲孔 扩孔 滚圆 轴类 如传动轴 坯料 镦粗 拔长 滚压 弯曲 预锻 终锻 模锻 锻件图 余块 敷料 余量 公差 锻件图 分模面的选择 分模面最好是一个平面 应选在模锻件的最大截面处 使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致 使模腔浅而宽 使零件上所加的敷料最少 工艺参数 锻公差 模锻斜度 模锻圆角 连皮厚度 工序 盘类 如如齿轮 法兰盘等 镦粗 冲孔 预锻 终锻 轴类 如传动轴 坯料 拔成圆棒 压肩 拔出一端 再调头拔出另一端 修正 板料冲压 分离工序 冲孔 冲下的是废料 落料 冲下的是零件 落料模 按落料件确定凹模刃口尺寸 根据间隙确定凸模尺寸 即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值 冲孔模 按冲孔件确定凸模刃口尺寸 根据间隙确定凹模尺寸 即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值 变形工序 受力特点 内层的金属受压 外层受拉最小内弯半径 板料厚度的1 4 回弹坯料尺寸 受力特点 周向受 径向受拉 防止起皱 采用压边圈 防止拉裂 合理选择凸 凹模间隙 工作圆角半径及拉深系m d D 0 5 0 8 弯曲 拉深 翻边 翻边系数 翻边前的直径 翻边后的直径 一般要大于0 65 0 72 结构工艺性 自由锻锻件 尽量避免锥体和斜面 尽量避免空间曲线 尽量避免椭圆形 工字形等复杂表面 尽量避免凸台 筋等凸起结构 尽量避免横截面突变 模锻件 模锻件必须具有一个合理的分模面 余块最少 锻模容易制造 模锻件外形应力求简单 平直和对称 尽量避免模锻件截面间差别过大 或具有薄壁 高筋 高台等结构 锻件上与分模面垂直的非加工表面 应设计出模锻斜度两个非加工表面形成的角都应按模锻圆角设计 模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构 冲压件 落料和冲孔件 孔及有关尺寸 外形要求 直线与直线 曲线与直线的交接 弯曲件 弯曲边的高度要大于2倍的板厚孔的位置如图以免弯曲变形引起孔的变形弯曲半径应大于材料的最小内弯半径 拉深件 合理的拉深圆角 要大于2倍的板厚 组合结构 第四部分焊接 工艺基础 焊接 熔焊 焊接过程中 将焊件接头加热至熔化状态 不加压完成焊接的方法 如电弧焊 气焊等 压焊 焊接过程中 必须对焊件施加压力 加热或不加热 以完成焊接的方法 如电阻焊 摩擦焊等 钎焊 采用比母材 被焊接的材料的总称 熔点低的金属材料作钎料 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点 低于母材熔点的温度 利用液态钎料润湿母材 填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法 软钎焊 硬钎焊都属于这种方法 分类 焊接电弧 构造 焊接电弧可划分为阴极区 阳极区和弧柱区 本质 气体介质中产生的强烈而持久的放电现象 极性 正接或反接 正接是工件接正极焊条 或电极 接负极 对工件加热较多 反接是工件接负极焊条 或电极 接正极 酸性焊条 可用交流也可采用直流 厚板一般采用直流正接 焊接薄板时 采用直流反接 以防焊穿 堆焊 采用反接 其目的是增加焊条的熔化速度 减少母材的熔深 有利于降低母材对堆焊层的稀释 碱性焊条 低氢焊条 直流反接 电弧燃烧稳定 飞溅少 而且焊接时声音较平静均匀 钨极氩弧焊一般都采用直流正接 电弧比较稳定 钨极寿命长 采用反接时 钨极因过热而损失严重 使用寿命短 但可产生 阴极破碎 熔化极气体保护焊均采用直流反接 电弧稳定 焊丝熔化速度快 熔敷效率高 埋弧焊 当焊剂中含氟化物时 采用直流反接 以稳定电弧 熔焊冶金 焊接性 熔焊冶金 焊接性 冶金措施 机械保护 渗合金 脱氧 脱硫 脱磷 稳弧 焊接接头的组织与性能 再结晶区 焊缝区 熔合区 热影响区 过热区 正火区 部分相变区 焊接应力和变形 原因 焊接加热是局部进行的 焊缝被加热 焊缝区域应膨胀 焊缝周围金属未被加热和膨胀 制约焊缝自由膨胀 焊缝被塑性压缩 焊缝冷却后 焊缝比周围短 周围区域没缩短 阻碍焊缝自由收缩 残余应力 应力分布 焊缝及附近区域受拉 周围区域受压 预防和消除焊接应力的措施 1 预防焊接应力的工艺措施先焊短焊缝 后焊直通焊缝焊前对焊件进行预热 焊后缓冷 多层多道施焊 2 消除焊接应力的工艺措施使焊接接头产生适量的塑性变形 焊后去应力退火 焊接变形的基本形式 收缩变形 由于焊接区沿纵向 焊缝方向 和横向 垂直于焊缝方向 收缩引起的 结果焊件长 宽尺寸减小弯曲变形 焊接区纵向收缩沿焊件高度方向分布不均匀而产生扭曲变形 焊接方向和焊接顺序不合理而引起角变形 焊缝横向收缩沿板厚度方向分布不均匀 波浪变形 由于焊接区的收缩产生的压应力使板件失去稳定性而形成 易发生在薄板焊件中 减少焊接变形的工艺措施 反变形法合理焊接顺序 使焊件自由收缩刚性固定法选用合理的焊接规范 矫正焊接变形的工艺措施 机械矫正法 和 火焰矫正法 定义 工艺焊接性 是指在某一焊接工艺条件下 能得到优质焊接接头的能力 使用焊接性 是指整个焊接接头或整体结构满足焊接技术条件规定的使用性能的程度 影响因素 材料因素 包括母材的化学成分 组织状态以及焊接材料的成分等 工艺因素 包括所用的焊接方法 焊接规范以及工艺措施等 结构因素 包括焊接接头或结构的刚度大小与应力状态等 使用条件 包括焊接接头的工作温度 如高温或低温 承受载荷情况 如冲击或疲劳 接触的介质腐蚀性等 碳当量Ceq 当Ceq0 6 时 钢的塑性较差 淬硬和冷裂倾向严重 焊接性很差 焊接时需要采取严格的工艺措施 第四部分焊接 焊接方法 在手弧焊中 应注意焊条的分类和选择 分类 酸性 碱性 选择 原则 等强度 抗气孔 防裂纹 同成分 经济性等铸铁应选用碱性焊条 焊接前应预热 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材 应选用相应的专用焊条 以保证焊缝的主要化学成分与性能和母材相同 常用焊接方法的特点 焊接结构 焊接结构 焊接结构件材料的选择 首选Ceq 0 4的碳钢和低合金结构钢对体积和重量有所要求的焊接结构 应选择强度与重量之比较高的材料 强度等级较低的钢材 其价格较低 焊接性较好 但在重载情况下会导致产品尺寸和重量增大 强度等级较高的钢材 虽然价格较高 但却可以节省用料 减小产品尺寸和重量 优先选用型材和管材 采用铸 焊 锻 焊或冲 焊结构 用两种或两种以上异质钢材或异种金属构成 以满足不同部位的性能要求 焊接方法的选择 在保证产品质量的前提下 优先选用常用的焊接方法焊件厚度是重要因素 过薄易焊穿 过厚明显降低生产率 易造成焊不透 晶粒粗大等缺陷 对于具有良好焊接性的低碳钢 薄板结构 可采用气焊 二氧化碳气保护焊 缝焊 无密封要求时可采用点焊 中厚板结构 壁厚10 20mm 的短焊缝或单件小批量生产 可采用手弧焊 长焊缝或大批量生产 可采用埋弧焊 二氧化碳气体保护焊 厚板重型结构 主要采用电渣焊 致于氩弧焊等 因成本高 一般不用于焊接低碳钢 主要用于焊接不锈钢 耐热钢和有色金属等 易淬火钢焊接 1 热影响区冷裂倾向大 2 焊缝中容易产生焊接缺陷高碳钢的焊接多为补焊和堆焊 工艺方法常用手弧焊和气焊 其它易淬硬钢的焊接或补焊 常用手弧焊 埋弧自动焊 CO2焊 电阻焊 摩擦焊等 当焊接质量难以保证时 还可以采用氩弧焊 等离子弧焊等方法 焊接易淬便钢一般都用抗裂性能好的低氢型焊条 必要时也可采用奥氏体不锈钢焊条 焊接接头形式焊件坡口型式焊缝布置焊缝应避免密集交叉焊缝应对称分布结构的工作应力较大处应该避免设计焊缝焊缝应避开焊后要进行机械加工的部位焊缝应该考虑到焊接操作空间 1 判断改错题 对 错 并改正 每小题2分 共20分 1 机械零件正常服役时其材料处于塑性状态 塑性 状态改为 弹性 2 疲劳强度是指材料抵抗塑变而不破坏的能力 塑变 改为 交变载荷 3 屈服点是是材料从弹性状态转向塑性状态的标志 4 金属弹性模量是一个对金属组织不敏感的力学性能指标 5 机械零件正常服役时其材料处于弹性状态 6 HB硬度一般用于硬度较小的材料测量 优点是重复性较好 但是压痕大 7 通常 布氏硬度用于测量淬火后零件的硬度 洛氏硬度用于测量未淬火零件的硬度 8 HBW是洛氏硬度的硬度代号 2 单项选择题1 低碳钢所受到的拉应力 D 时 出现明显的塑性变形 A b B s C 达到 b D 达到 s2 机械零件在正常工作条件下多数处于 A A弹性变形状态 B塑性变形状态 C弹塑性变形状态 D柔性状态3 力学性能指标180 220HBS表示 A 强度B 硬度C 塑性D 韧性4 在图纸上若出现以下几种标注硬度要求的符号 其中 是正确的 A 230HBWB 500HBSC 12 15HRCD 799HV5 碳钢开始出现明显的塑性变形时 所受到的拉应力 A b B s C 达到 b D 达到 s 三 填空题1 在外力作用下 材料抵抗变形和断裂的能力称为 材料抵抗冲击而不破坏的能力称为 材料抵抗交变载荷而不破坏的能力称为 一 判断改错题1 随钢的C 增加 其抗拉强度增加 随钢c 增加抗拉强度增加改为先增加后下降2 随钢的C 增加 其塑性增加 随钢的C 增加 其塑性增加 改为下降或塑性 硬度3 随钢的C 增加 其韧性增加 增加改为降低4 随钢的C 增加 其硬度增加 5 结晶过程包括形核与长大两个过程 6 冷却速度越慢 金属晶粒越细 越慢改为越快或越细改为越粗7 晶粒愈小 金属材料常规力学性能愈差 小改为大8 珠光体是单相固溶体 是改为不是9 纯铁在降温过程中 912 时发生同素异构转变 由面心立方晶格的 Fe转变为体心立方晶格的 Fe 10 实际晶体的线缺陷表现为空位和间隙原子 线改为点11 多晶体塑性变形的抗力随晶粒之变粗而增加 粗改为细 或增加改为下降 1 因单晶体具有各向异性 所以实际金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的 2 在均匀的固溶体中 由于存在着晶界 所以该固溶体是由不同的晶粒所构成的一个多相系 3 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶 4 在实际金属和合金中 自发形核常常起着主导和优先的作用 5 当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时 可以通过再结晶退火使其成分均匀化 6 纯铁在1359 1538 之间时 其晶格类型为体心立方的a Fe 7 Fe比 Fe的致密度小 故溶碳量较大 8 金属晶体缺陷总是使金属强度降低 不会使金属强度提高 9 金属结晶时的冷却速度越慢 过冷度越小 N G值越大 获得的晶粒越细 10 在溶质溶入量相同的情况下 间隙固溶体的强度比置换固溶体的强度大 11 通常 金属中的固溶体塑性较好 而金属间化合物的硬度较高 1 金属在结晶过程中 由于外表面和心部的冷速不一致 将使铸件产生内应力 而塑性变形不会产生内应力 2 枝晶偏析可以通过热处理来减轻或消除 3 匀晶转变会形成两相混合物 4 当合金形成单相固溶体时 合金的性能与溶质的溶入量有关 5 在合金结晶过程中析出的初生晶和二次晶 均具有相同晶型 但具有不同的组织形态 6 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度低 7 实际金属晶体中原子排列缺陷意味着材料本身有缺陷 8 液态金属的结构和气态比较接近 而与固态相差较大 9 纯铁发生同素异构转变时 必然伴随体积和尺寸的变化 10 单晶体与多晶体的性能都具有方向性 即各向异性 11 面心立方晶格的金属比体心立方晶格的金属更加适宜于压力加工 12 在实际金属和合金中 自发形核常常起着主导和优先的作用 二 选择判断题 用箭头进行彼此间连接 可多选 1 铁素体珠光体奥氏体莱氏体渗碳体固溶体机械混合物化合物2 有色金属淬火钢退火钢箔材 测硬度 布氏硬度洛氏硬度维氏硬度 二 单项选择题1 实际晶体的线缺陷表现为 B A空位和间隙原子B位错C晶界D亚晶界2 过冷度是金属结晶的驱动力 它的大小主要取决于 D A化学成分B加热温度C晶体结构D冷却速度3 在三种常见的金属晶体结构中 塑性最好的是 A面心立方晶格B体心立方晶格C密排六方晶格D三者相同4 在实际生产中 为细化金属或合金的晶粒 可采用 A 快速浇注B 低温浇注C 加变质剂D 以砂型代金属型5 过冷度是金属结晶的驱动力 它的大小主要取决于 A化学成分 B加热温度 C晶体结构 D冷却速度6 在工业生产条件下金属结晶时 过冷度越大 则 AN增大 G越小 BG增大 N越小 CN G提高 DN G降低7 在三种常见的金属晶体结构中 原子排列最疏松的是 A面心立方晶格B体心立方晶格C密排六方晶格D三者相同8 单晶体和多晶体的主要区别是 A多晶体有晶界B多晶体无各向异性C多晶体晶粒间位向不同DA B C 1 多晶体具有 A 各向同性B 伪各向同性C 伪各向异性D 各向异性2 当固溶体浓度较高时 随温度下降溶解度下降会从固溶体中析出第二项 为使金属强度 硬度有所提高 希望第二项呈 A网状析出B针状析出C块状析出D弥散析出3 单晶体和多晶体的主要区别是 A单晶有晶界 B单晶无各向异性 C多晶有各向异性 D多晶体各晶粒间有位向差4 铝是面心立方晶格 其致密度是 A 74 B 68 C 60 D 80 5 为了得到良好强度 硬度 塑性和韧性的金属或合金 应采用的措施为 A 加工硬化B 固溶强化C 细晶强化D 弥散强化 三 填空题1 金属结晶包括形核与长大两个过程 2 金属的结晶过程是由和过程组成的 3 晶粒和晶粒之间的界面称为晶界 4 在结晶过程中 细化晶粒的措施有 5 由于溶质原子的溶入 固溶体发生晶格畸变 变形抗力增大 使金属的强度 硬度升高的现象称为强化 6 常见的金属晶格类型有 和 7 在晶体缺陷中 点缺陷主要有 线缺陷主要有 面缺陷主要有 8 金属结晶时 实际结晶温度必须理论结晶温度 结晶过冷度主要受影响 9 当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时 将使合金的强度 硬度及耐磨性明显提高 这一现象称为强化 10 在铸造生产中常用的细化晶粒的方法有 和 四 简答题1 金属晶体的常见晶格有哪几种 体心立方 面心立方 密排立方2 固溶体有几种类型 铁素体属何种固溶体 固溶体 有间隙固溶体和置换固溶体两类 铁素体属于间隙固溶体 3 什么是细晶形强化 给出两种细化晶粒的措施 通过细化晶粒来提高材料力学性能的方法称为细晶强化 细化措施 1 变质处理 2 提高冷却速度3 振荡4 何谓细晶强化 5 列出三种细化晶粒的工艺措施 6 为什么过冷度越大 结晶后得到的金属晶粒越细小 一 判断改错题1 冷变形金属经过回复阶段还能保持形变强化的力学性能 2 对金属进行压力加工的唯一目的是为了得到零件的外形和尺寸 3 变形金属的再结晶退火温度越高 退火后得到的晶粒越粗大 4 金属的预变形程度越大 其开始再结晶的温度越高 5 不管什么材料 在发生塑性变形之前必然发生弹性变形 6 用冷拉字紫铜管制造输油管 在冷弯以前应进行去应力退火 以降低硬度 提高塑性 防止在弯曲时产生开裂 7 金属在再结晶温度以上的加工称为热加工 8 金属在再结晶温度以下的加工称为热加工 二 单项选择题1 金属在冷变形后进行机加工 一般都需要在其中增加退火 其目的 A消除网状组织 B消除冷变形强化 C消除流线 D消除偏析组织2 铅在常温下的变形属 A冷变形B热变形C弹性变形D既有冷变形也有热变形3 为了获得均匀细小的再结晶晶粒组织 金属的预先变形程度应该 A 小于临界变形度B 等于临界变形度C 大于临界变形度D 85 4 冷变形后的工件加热到回复阶段时 A消除冷变形强化B消除残余应力C重新结晶 晶粒变细D重新结晶 晶粒变粗5 在晶体中 滑移方向数目最多的晶格类型是 A 密体六方B 体心立方C 面心立方D 三者一样6 锻件中的流线使其力学性能呈现方向性 它是 A 不能消除也不能改变B 可以用热处理消除C 只能用多次锻造使其合理分布D 可经锻造消除它7 在多工序冷拔钢丝过程中 插有中间退火工序 这是为了消除 A纤维组织B回弹现象C冷变形强化D化学成分偏析8 冷变形后的工件加热到再结晶阶段时 A消除冷变形强化B消除残余应力C重结晶 晶粒变细D重结晶 晶粒变粗9 冷变形后的工件加热到回复阶段时 A消除冷变形强化B消除应力C重新结晶D再结晶10 对金属冷变形后再结晶晶粒度影响不大的是 A冷变形量B再结晶温度C再结晶时间D加热方式 11 金属的冷加工与热加工是以何分界 A 变形时温度 B 室温组织 C 最低再结晶温度 D 产生形变强化与否三 填空题1 进行再结晶退火的前提是 它与重结晶的区别在于 2 再结晶过程是由和的过程组成 3 再结晶的必要条件是 其过程包括和 四 简答题1 试用多晶体塑性变形的过程说明细晶强化的机理 2 在一定范围内 为什么冷变形度越大 再结晶后得到的金属晶粒越细小 3 导线常用冷拔铜丝为材料 试分析冷拔的目的和冷拔后的处理 4 简述金属材料强化的基本机理 5 何谓冷变形强化 有何利弊 五 分析题 10分 纤维组织对材料的性能有何影响 举例说明在零件成形中如何利用这一特性 一 判断改错题1 钢铁材料能够进行热处理的依据是纯铁具有同素异构现象 2 共析钢退火态组织为P F P F改为P3 在铁碳合金中 含二次渗碳体最多的成分点为含4 3 的合金 4 铁碳合金中 只有共析成分点的合金结晶时才发生共析反应 5 铁素体的塑性比奥氏体好 6 凡组织组成物都是以单相状态存在于合金系中 7 过共析钢由液态缓慢冷却至室温后所得组织为珠光体加二次渗碳体 8 铁碳合金室温平衡组织都是有铁素体和渗碳体两相组成 含碳量越高 渗碳体的含量就越多 9 合金结晶的温度范围越大 其铸造性能越好 10 铁碳合金中 只有共晶成分点的合金结晶时才发生共晶反应 11 珠光体是单相固溶体 12 共晶合金具有良好的铸造性能 13 a Fe比Y Fe的致密度小 故溶碳量较大 14 过共析钢退火态组织为P F 15 钢的室温平衡组织是珠光体 二 单项选择题1 铁素体的力学性能特点是 B A具有良好的硬度和强度B具有良好的塑性和韧性C具有良好的综合力学性能D具有良好的耐磨性2 含碳量为4 3 的铁碳合金具有 A良好的锻造性B良好的综合力学性能C良好的铸造性D良好的焊接性3 杠杆定理适用于相图中的 A 单相区 B 两相区 C 三相区 D 不限制相的数量4 奥氏体的力学性能特点是 B A具有良好的硬度和强度B具有良好的塑性C具有良好的综合力学性能D具有良好的耐磨性5 按铁碳相图 钢与铸铁的成分分界点为 A 含碳0 77 B 含碳2 11 C 含碳4 3 D 含碳6 69 6 奥氏体的晶格类型是 A体心立方B面心立方C密排六方D密排立方7 室温下平衡组织由铁素体和珠光体组成的钢是 A 铸铁B 亚共析钢C 共析钢D 过共析钢 三 填空题 每空1分 1 奥氏体的晶格类型是面心立方 2 铁素体的晶格类型是体心立方 3 共晶反应的特征是 其反应式为 4 合金元素在钢中存在相的形式有和 5 碳钢在平衡条件下的室温组织有 6 共析成分的铁碳合金平衡结晶至常温时 其组织组成物是 相组成物是 7 奥氏体是碳溶于 中形成的 时含碳量达到最大值 它的 性比铁素体好 8 室温下铁碳合金的基本相为和 9 共析反应的特征是 其反应式为 10 共析钢的室温组织是P 11 亚共析钢的室温组织是F P 12 过共析钢的室温组织是P Fe3C 13 共晶反应的产物是Ld 四 简答题1 固溶体有几种类型 铁素体属何种固溶体 2 室温下Fe C合金中基本相有哪些 基本组织有哪些 3 根据铁碳合金相图分析说明制造汽车外壳多用低碳钢 C1 3 的铁碳合金工业上很少应用的原因 4 为什么T12钢比T8钢硬度高 但强度低 五 分析题1 10分 现有形状相同的三块平衡态铁碳合金 分别为20 T12 HT200请设法将它们区分开 2 10分 试用铁碳相图分析45钢平衡结晶过程 画出其室温金相图 3 根据铁碳相图 计算含碳量为1 2 的铁碳合金室温下相组成物的相对量 画出室温组织示意图 4 10分 现有两种铁碳合金 其中一种合金的显微组织为珠光体占75 铁素体占25 另一种合金的显微组织为珠光体占92 二次渗碳体占8 问这两种合金各属于哪一类合金 并估算其含碳量 5 10分 根据下列部分铁碳平衡相图回答问题1 写出图中竖线所示含碳量的铁碳合金对应的碳钢钢号 并说明其属于哪类钢 2分 2 若在该成分中加入一定量的Si和Mn wSi 2 5 wMn 1 5 形成对应的合金钢钢号是 1分 3 与原碳钢相比 该合金钢具有何性能特点 1分 4 该合金钢常用于制造汽车上的哪些零件 1分 5 上述碳钢和合金钢典型的热处理工艺和热处理后的显微组织是什么 2分 6 这种热处理的目的 热处理后的力学性能 1分 7 在图中填写各个区域内的组织 2分 一 判断改错题1 20钢锻件 为了便于切削加工 一般预先进行正火处理 2 T12钢的淬火温度为Ac1以上30 50 3 生产中可通过增加钢中珠光体数量的方法来提高亚共析钢的强度 为此采用正火 4 高合金钢既具有良好的淬透性 也具有良好的淬硬性 5 T8钢比T10钢有更好的淬透性 6 马氏体的硬度主要取决于马氏体中的含碳量 7 冷处理可使残余奥氏体继续转变为马氏体 从而增加尺寸的稳定性 8 在热处理的正常加热条件下 含碳量越高 过共析钢的过冷奥氏体越稳定 9 因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温C曲线的右下方 所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等温转变曲线的大 10 正火的冷却速度比退火快 得到的组织细 强度 硬度高 11 截面为 50mm的45钢轴类零件 能够获得与40Cr同样截面试样的相同性能 12 钢的淬硬性随C 的增加而增加 13 球化退火主要用于过共析成分的碳钢和合金钢 14 20钢锻件 为了便于切削加工 一般预先进行正火处理 15 与上贝氏体相比 下贝氏体的强度 韧性均较差 16 钢淬火后的硬度达不到60HRC 是因为钢的淬透性太差 17 生产中常用淬火增加钢中的珠光体量的方法来提高亚共析钢的强度 18 马氏体是一种过饱和的固溶体 其塑性大 硬度高 是淬火件的有效组织 19 马氏体都很脆 20 利用热处理提高灰铸铁的机械性能 效果显著 21 表面淬火既能改变钢表面的化学成分 也能改善心部的组织与性能 22 相同工艺条件下 钢的淬透性越高 则其淬硬层的深度也越大 选择判断题1 确定碳钢热处理后的组织 退火正火淬火 高温回火淬火 中温回火淬火 低温回火索氏体珠光体回火索氏体回火马氏体回火托氏体2 合金元素的作用 可多选 强化铁素体提高淬透性细化晶粒避免第二类回火脆性 Cr Mn B W Mo V Ti 二 单项选择题1 钢的淬透层深度取决于 A临界冷却速度 B工件的表面尺寸C淬火介质的冷却能力 D与上述因素都有关2 回火索氏体的力学性能特点是 A具有良好的硬度和强度B具有良好的塑性和韧性C具有良好的综合力学性能D具有良好的耐磨性3 影响淬火后残余奥氏体量的主要原因为 A钢本身的含碳量 B钢中奥氏体的含碳量 C钢中合金元素的含量 D淬火的冷却速度4 调质处理是指A淬火 低温回火B淬火 中温回火C淬火 高温回火D淬火 氮化5 传动轴的调质一般安排在 A粗加工前 B粗加工后 C精加工后 D随便6 轴类零件常用的最终热处理工艺是 A淬火 高温退火 B淬火 高温回火 C淬火 低温退火 D淬火 低温回火7 亚共析钢因冷却速度小于临界速度Vk造成淬火不很充分 其组织是 A M T FB M TC M T 未溶碳化物D P F 8 马氏体的硬度主要取决于 A 钢中合金元素的含量B 奥氏体中合金元素的含量C 钢的含碳量D 奥氏体的含碳量9 改善具有网状碳化物的过共析碳钢和高碳高合金工具钢的切削加工性能应选用 淬火 低温回火B 扩散退火C 正火 球化退火D 球化退火10 淬硬性好的钢具有 A较高的合金元素含量B较高的含碳量C低的含碳量D低的合金元素含量11 淬透性好的钢具有 A高的合金元素含量B高的含碳量C低的含碳量D低的合金元素含量12 在珠光体转变为奥氏体的过程中 奥氏体优先在 形核 A渗碳体内部B铁素体内部C渗碳体和铁素体内部D渗碳体和铁素体晶界13 生产上消除枝晶偏析的热处理方法为 A完全退火 B球化退火 C去应力退火 D扩散退火14 马氏体的力学性能特点是 A高塑性B高弹性C高韧性D高强度和硬度15 高碳钢在锻造后切削加工前需进行的预备热处理是 A 退火B 淬火C 正火D 回火16 生产上消除枝晶偏析的热处理方法为 A完全退火B球化退火 C去应力退火 D扩散退火 三 填空题1 20钢齿轮 45钢小轴 T12钢锉的正火的目的分别是 2 在正火态的20钢 45钢 T8钢 T13钢中 T8钢的 b值最高 3 在正火态的20钢 45钢 T8钢 T13钢中 T13钢的HBS值最高 4 为使钢得到理想的耐磨性 应进行淬火加低温回火 5 为使钢获得理想的弹性 应进行淬火加中温回火 6 为保证钢的综合性能 淬火后应进行高温回火 7 为改善低碳钢的切削性能 常采用的热处理为正火或退火 8 为改善高碳钢的切削性能 常采用的热处理为退火 9 轴类等重要零件的最终热处理常为调质 10 冷冲模等常用的最终热处理为淬火加低温回火 11 汽车变速齿轮等常用的最终热处理为渗碳 淬火加低温回火 12 机床变速齿轮等常用的最终热处理为调质加表面淬火 13 钢的常规热处理 四把火 是指退火 正火 淬火 回火 14 影响奥氏体晶粒长大的因素有和 15 马氏体是碳在 Fe中的 其力学性能的主要特点是具有高的 和 16 在正火态的20钢 45钢 T8钢 T13钢中 钢的二次渗碳体最多 钢的珠光体最多 钢的铁素体最多 钢的强度最高 钢的塑性最好 钢的硬度最高 17 钢的淬透性主要取决于 淬硬性主要取决于 18 共析钢退火态组织为 亚共析钢退火态组织为 过共析钢退火态组织为19 钢的淬透性主要取决于 碳素钢常用的淬火介质为 合金钢用的淬火介质为 20 钢的淬透性越高 其临界冷却速度越 其C曲线的位置越 21 钢的淬硬性是指 钢的淬透性是指 22 用光学显微镜观察 珠光体组织的形貌特征为 索氏体组织的形貌特征比珠光体 23 渗碳钢渗碳后的热处理包括淬火和低温回火 以保证足够的硬度 24 在光学显微镜下观察 上贝氏体显微组织特征是羽毛状 下贝氏体显微组织特征呈针状 25 钢在淬火后一般都要进行处理 以降低淬火钢中的脆性 减小或消除淬火后的 稳定组织 防止变形和开裂 调整硬度 稳定尺寸 四 简答题1 根据铁碳合金退火后室温下的显微组织 说明T8钢比40钢的强度 硬度高 但塑性 韧性差的原因 T8钢组织为P Fe3C比40钢多 且分布合理 HB高 但 ak低2 何谓调质处理 淬火后高温回火的热处理方法为调质处理3 简要说明钢为什么能通过热处理改变其性能 钢铁材料能够进行热处理的依据是纯铁具有同素异构现象4 试从工艺 组织形貌和性能等方面简述索氏体与回火索氏体有何不同 5 试从工艺 组织形貌和性能等方面简述托氏体与回火托氏体的区别 6 为什麽渗氮处理和表面淬火前应进行调质处理 而渗碳前不进行调质处理 7 如在空冷 油冷 水冷下 45钢室温金相组织各是什么 采用C曲线分析 8 淬火的目的是什么 淬火方法有几种 9 试述C 对钢C曲线的影响 10 简述回火工艺的分类 目的 组织与应用 11 五 分析题1 10分 画出铁碳相图并利用铁碳相图分析45钢平衡结晶过程 画出其室温金相图 如在空冷 油冷 水冷下 45钢室温金相组织各是什么 采用C曲线分析 2 10分 如图所示为45钢的过冷奥氏体等温冷却转变曲线 试分析应采用怎样的冷却方式才能获得如下组织 用冷却曲线表示 F P B下 F P B M M 3 10分 回火是钢经淬火后必需的后续工序 但在生产中出现下列情况 应作何解释 1 有些表面淬火的零件 加热至淬火温度后置入水中 冷却较短时间后取出 不再经回火处理 即可使用 2 凿子热处理时 只将距刃口长约30mm一段 加热至樱红色 780 800 然后将距刃口长约5 7mm一段淬入水中 待露出水面的已加热部分呈现暗褐色后 将凿子取出水面 在空气中停留短时间 待刃口呈兰色后 再将凿子投入水中 经这样处理后的凿子在使用时不会崩刃4 10分 热处理实验中得知 45钢在860 水淬的硬度高于780 水淬 而T12钢则相反 试分析之 5 10分 下列钢号的试样 分别采用不同的方法处理 处理前均为平衡组织 指出处理后各试样的组织 并比较处理前与处理后各试样硬度的高低 20钢加热至700 C水冷 T10钢加热至700 C水冷 T8钢加热至760 C水冷 45钢加热至860 C水冷 6 10分 分别确定获得如下性能的钢件常用强化热处理方法及组织1 为使钢得到理想的耐磨性2 为使钢获得理想的弹性3 为保证钢的综合性能7 一 是非题1 与工具钢相比 硬质合金具有高硬度 高耐磨性和低的热硬性 2 不锈钢中含碳量越低 钢的耐蚀性越好 3 铸铁可以用再结晶退火来细化晶粒 4 制造冲压模具时常采用1Cr13 5 常用的轴承钢GCr15具有高的淬透性和耐磨性 6 为改进Al Si合金的性能 可进行变质处理 7 可锻铸铁可以锻造 8 机床变速齿轮选用45钢 其工艺路线如下 下料 锻造 正火 粗加工 调质 精加工 高频表面淬火 低温回火 精磨 9 球墨铸铁可通过调质和等温淬火提高其综合力学性能 10 载重汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造 其工艺路线如下 下料 锻造 渗碳 预冷淬火 高温回火 机加工 正火 喷丸 磨齿 11 不锈钢在海水 碱 及酸溶液中都能抗腐蚀 12 产生二次硬化的主要原因是位错密度增加 13 高速钢中加入W V的主要目的是为了提高淬透性 14 QT700 2可用于制造受力不大 冲击载荷小的柴油机和汽油机曲轴 15 60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性 16 铸铁可以通过再结晶退火来细化晶粒 17 Q275与Q295均是碳素结构钢 18 普通灰铸铁与铸钢相比具有良好的力学性能和铸造性能 19 可锻铸铁常用来锻造曲柄 20 T8与20MnVB相比 淬硬性和淬透性都较低 21 碳素工具钢一般不用来作机用刀具的原因是其硬度低 22 用45钢制作C6132车床主轴 轴颈 内锥孔 外锥面要求有较高的耐磨性 其工艺路线如下 下料 锻造 粗加工 正火 调质 精车 局部表面淬火 低温回火 磨削 23 可锻铸铁是由白口铸铁经锻造而获得的 24 当代汽车外壳广泛采用的高强度钢板 它是在高碳钢板的基础上采用强化方法得到的 抗拉强度得到大幅增强 25 可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁 26 钢锉用T12钢制作 硬度要求为60 64HRC 其工艺路线如下 热轧钢板下料 机加工 球化退化 正火 淬火 低温回火 校直 27 钢窗上用的钢铆钉是用高碳钢制作的 28 磷在钢中引起热脆性 是钢中主要的有害元素之一 29 近年来在中高档汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件 以减轻车身的重量 30 可热处理强化的变形铝合金通常采用固溶时效处理的办法进行强化 31 有色金属及其合金以马氏体相变为主要强化方式 32 单相黄铜比双相黄铜的强度和塑性都高 33 铝合金不仅可以通过变形强化的方法提高其强度 还可通过固溶时效处理提高其强度 34 普通黄铜可以进行时效强化 选择判断题 用箭头进行彼此间连接 可多选 确定石墨的形态 可锻铸铁灰铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁片状石墨团絮状石墨球状石墨蠕虫状石墨 二 单项选择题1 机床床身一般采用的材料是 D A可锻铸铁B球墨铸铁C铸钢D灰铸铁2 减速器箱体一般采用的材料是 D A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D灰铸铁 3 发动机箱体一般采用的材料是 D A可锻铸铁B球墨铸铁C铸钢D灰铸铁4 汽车曲轴一般采用的材料是 B A可锻铸铁 B球墨铸铁 C铸钢 D灰铸铁 5 管接头一般采用的材料是 A A可锻铸铁B球墨铸铁C铸钢D灰铸铁6 机床主轴一般采用的材料是 D A可锻铸铁B球墨铸铁C铸钢D45钢7 机床导轨通常选用 A铸钢B45钢C灰铸铁D可锻铸铁8 在铸造生产中向铁水中加入硅铁孕育剂的目的是为了 A 细化石