工程材料复习资料

工程材料复习资料工程材料复习资料 一 名词解释1 奥氏体碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体 用符号A或 表示 它强度 硬度较低 但具有良好的塑性 2 珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物 用P表示 其力学性能介于铁素体和渗碳体之间 即综合性能良好 3 马氏体是当温度冷却至共析钢的Ms点 约230摄氏度 以下时过冷 奥氏体来不及分解而产生无扩散型相变的产物 其化学成分与母相 奥氏体完全相同 用字母M表示 4 铁素体碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体 用符号F或 表示 其力学性能与纯铁相似 即塑性和冲击韧性较好 而强度和硬度较 低 5 贝氏体在C曲线鼻温 约550摄氏度 Ms点区间内 过冷奥氏体转 变为贝氏体型贝氏体组织 用字母B表示 6 莱氏体是碳质量分数为4 3 的合金 缓慢冷却到1148摄氏度时从 液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶组织 用符号Ld表示 室温下莱氏体由珠光体和渗碳体组成 成为低温萊氏体 用Ld 表 示 7 索氏体628 屈氏体9 屈强比10 过冷度理论结晶温度T0与实际结晶 温度Tn之间的差值成为过冷度 T11 位错是指晶体中一部分晶体相 对于另一部分晶体发生了一系列或若干系列原子有规律的错排现象1 2 流线5213 滑移晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面 滑移 面 和晶向 滑移方向 发生相对滑动的塑性变形方式成为滑移 14 晶胞从晶格中取出一个能代表原子排列特征的最基本几何单元15 晶格用空间直线把原子连接起来 构成的三维的空间几何格子成为 晶格16 配位数是指晶体结构中与任一原子最近邻且等距离的原子数 17 致密度是指晶胞中包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比 18 相指合金中具有同一化学成分 同一结构原子聚集状态 并以界 面相互分开的 均匀的组成部分 19 组元组成合金的最基本的独立单元叫组元20 固溶体合金在固态 下 组元间仍能相互溶解而形成的均匀相 称为固溶体 21 加工硬化22 起始晶粒度珠光体转化为奥氏体刚结束 奥氏体晶 粒边界刚刚相互接触时晶粒的大小 本质晶粒度根据标准实验方法 加热至930 10摄氏度 保存8小时后奥氏体晶粒大小 实际晶粒度指在实际热处理条件下所获得的奥氏体晶粒大小 23 调质处理把淬火加高温回火以得到回火索氏体组织的复合热处理 工艺24 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力 即钢经淬火 后获得马氏体的能力 25 水韧处理是将钢加热至1050 1100摄氏度保温 使碳化物全部溶 解 然后迅速水冷 形成单相奥氏体组织 26 耐热性12827 石墨化铸铁自液态冷却至室温 谈结晶成石墨的过 程 28 热脆 冷脆当对钢进行压力加工时 如果始锻温度为1000 1200摄氏度 则共晶体 FeS Fe 融化钢的晶粒间联系被破坏 钢 材变脆开裂的现象为热脆 而磷含量较高时 钢在较低温度进行加工 就易变脆开裂 称为冷 脆 29 铸造硬度30 浇注位置铸件的烧注位置是指烧注时铸型分型面所 处的空间位置 31 分型面铸型分型面是指铸型组元间的结合面32 自由锻是将加热 好的金属坯料 放在锻造设备的上 下砧铁之间 施加冲击力或压 力 使之产生塑性变形 从而获得所需锻件的一种加工方法 33 敷料是为了简化锻件形状 便于锻造 在加工余量之外又增加的 一部分金属 34 焊接电弧是在焊条端部与焊条之间的空气电离区内产生的一种强 烈而持久的放电现象 实质上 电弧是在一定条件下电荷通过两电 极间气体空间的一种导电过程 35 焊接接头焊缝以及其周围受不同程度加热和冷却的母材是焊缝的 热影响区 统称为焊接接头36焊接热影响区是焊缝两侧因焊接热作 用而发生的组织性能变化区域 37 熔合区是焊缝和基本金属的交界区 相当于加热到固相线和液相 线之间 焊接过程中母材部分熔化 所以也成为半熔化区38过热区 被加热到Ac3以上100 200摄氏度区间39 正火区被加热到Ac3至Ac3以上100 200摄氏度区间40 部分相变区相当于加热到Ac1 Ac3温度区间 41焊条选用原则等强度原则 同成分原则 抗裂缝原则 抗气孔原 则 低成本原则 42 选材原则材料使用性能 材料工艺性能 材料经济性能 二 名词区分1 Fe与 相a Fe温度在912 C以下的纯铁 晶格类型为体心立方a相是碳溶于a Fe形成的间隙固溶体2 重结晶与再结晶重结晶固态金属或合金在加 热 或冷却 到相变温度时 由一种晶体结构转变为另一种晶体结 构的现象 再结晶指经冷塑性变形的金属加热到一定温度时 通过形核长大形 成同轴无畸变的新晶粒的过程 3 淬透性与淬硬性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力 即钢经 淬火后获得马氏体的能力 淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬 度 淬透性好的钢淬硬性不一定好 淬硬行好的钢其淬透性也不一定好 4 二次淬火与二次硬化 P104 5 热加工与冷加工在再结晶温度以 上进行的塑性变形成为热加工 在再结晶温度以下进行的塑性变形 成为冷加工 这种简单的划分不是绝对的 还要以变形过程中产生的硬化作用能 否被再结晶软化作用所抵消为标准 6 冲孔与落料二者区别在于冲孔是在板料上冲出孔洞 被分离的部 分为废料 而周边是带孔的成品 落料是被分离的部分是成品 周 边是废料 7 一二三次渗碳体从液体中析出一次渗碳体 从奥氏体中析出二次 渗碳体 从铁素体中析出三次渗碳体 8 固溶体与化合物 结构 合金在固态下 组元间仍能相互溶解而 形成的均匀相 称为固溶体 合金组元相互作用形成的晶格类型和特征完全不同于任一组元的新 相即为金属化合物其结构特点是与其组元具有完全不同的晶格类型 9 奥氏体 过冷奥氏体 残余奥氏体奥氏体碳溶于 Fe中所形成的间隙固溶残余奥氏体奥氏体在冷却过程中发生相变后 在环境温度下残存的奥氏体 三 组织A 奥氏体P 珠光体M 马氏体B 贝氏体Ld 莱氏体S 索氏体T 屈氏体F 铁素体力学性能HBS 布氏硬度HBW 布氏硬度计采用硬质合 金头作为压头用HBW表示HV 维氏硬度HRC 洛氏硬度 k 冲击韧性 伸长率表示试样被拉断前相对塑性变形量 断面收缩率表示拉伸试 样被拉断时截面积的相对减缩量 1 金属材料承受周期性交变载荷时抵抗断裂的能力称为疲劳强度 s 屈服强度是指在静拉伸过程中开始产生弹性变形时的应力 即拉伸 曲线上S点载荷大小与试棒原始面积之比 b 拉伸强度是静拉伸过程中试样被拉断前的最大应力 即拉伸曲线上B点载荷大小与试棒原始面积之比 四 简答题1 硬度测试种类和使用范围种类1 布氏硬度 HBS 硬质合金球用HBW表示 布氏硬度常用于测定铸铁 非铁合金及退火 钢的硬度 HBS只能测定硬度值小于450HBS以下的金属材料 否则钢球会变形 测得的结果不准确 但也不能测定厚度小于1 2mm的薄板材料 否 则钢球就会压穿试样 布氏硬度计也可采用硬质合金球作为压头 用HBW表示 用于测量硬 度较高的材料 在不能用布氏硬度测定时 可用洛氏硬度测定 2 洛氏硬度 HRC 洛氏硬度测试压痕小 直接读数 操作方便 可测低硬度 高硬度的材料 应用广泛 用于测试各种钢铁原材料 非铁合金 经淬火后工件 表面热处理工件及硬质合金等 如用锥角为120 的金刚石压头 F 1741N 150Kgf 测得淬火钢 硬度为58 洛氏硬度表示为58HRC 3 维氏硬度 HV 测定维氏硬度时可任意选用载荷 可测定硬度高 的材料 也可测定硬度低的材料 也可测定较薄的工件的硬度 所 以 维氏硬度测试的硬度范围较大 可以从5HV 1000HV 2 什么是屈强比 其大小表明什么意思 屈服强度 抗拉强度越大 表示强度利用率越高 越小表示强度利用率越低 安全性小3 常见3种晶格类型 原子半径 配位数 致密度 常见元素等 1 体心立方晶格 原子半径晶胞中最近的两原子之间距离的一半 图2 2 3 致密度指晶胞内原子实际占有的体积与晶胞体积之比 配位数8 2 面心立方晶格 配位数12 3 密排六方晶格4 画出110晶面图5 点缺陷中空位和原子如何形成 在实际晶体结构中 晶格的某些结点往往未被原子所占据 这种空 着的结点位置称为空位 同时有可能在个别劲歌空隙处出现多余的原子 这种不占据正常晶 格结点位置 而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子 6 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响7 铁碳合金相图与C曲线有什 么作用 温度 转变时间 组织 相图可得知热处理的加工温度 铁水浇铸温度 锻造始锻温度与终锻温度 c 曲线综合反映了过冷 奥氏体在不同温度下的等温转变过程 即转变开始及终了时间 转 变产物类型 转变温度 转变量的关系等 8滑移变形有什么特点1 滑移只在切应力 作用下发生2 滑移距离 为原子间距的整数倍3 花一场眼睛体中原子的密排面和密排方向进 行9 为什么晶体的临界切应力比理论小几个数量级晶体滑移时 通 过位错的运动 并不需要晶体的上部分原子相对于下部分原子一起 整体位移 而仅需位错中心附近的少量原子作微量的调整即可因此 所需的临界切应力比理论小几个数量级10 为什么细小晶粒不仅强度 硬度高 而且塑性韧性好这是因为 晶粒越细 单位体积金属中的 晶粒越多 在总变形量一定的条件下 变形被分散到更多的晶粒内进行 这样 每个晶粒的变形量减少而不至于长生太大的应力集中而导致晶体破 坏 此外 晶粒越细 晶界越多 越不利于裂纹的传播 从而使晶体在 断裂前能承受较大塑性变形 表现出良好的塑性韧性 11 如何合理利用热变形中的流线为最大限度的发挥材料的性能潜力 合理利用流线的性能特点 在热变形时应力求使流线与零件服役 时的最大拉应力方向一致 而与切应力或冲击力的方向垂直 12 过冷奥氏体冷却转变产物有哪3类 它们的形成温度 组织 性 能 珠光体型组织A1 550 之间的转变产物为珠光体 则塑性变形抗力愈大 因而强度 硬度愈高由于渗碳体片变薄 使 得塑性和韧性也有所提高 组织铁素体 Fe 与渗碳体 Fe3C 的 机械混合物 贝氏体型组织550 Ms之间的转变产物为贝氏体 贝 氏体是含碳略过饱和的铁素体与碳化物 或Fe3C 的两相混合物 上贝氏体 B上 强度 韧性较 低下贝氏体 B下 具有较高的强 度 硬度 塑性和韧性相配合的优良力学性能 马氏体型组织在Ms 线与Mf线之间 为马氏体型转变 所以 低碳马氏体板条有较高的 强度和硬度 而且也有一定的塑性和韧性 组织碳在 Fe中显著过饱和的间隙固溶体13 合金元素如何影响C曲线合金元素 影响C曲线的位置和形状 除钴和铝 大多数溶于奥氏体的合金元素都使过冷奥氏体的稳定性 增大 即C曲线右移 碳化物形成元素铬 钼 钒等还使C曲线形状发生变化 形成上下两 个C曲线 上部C曲线是高温珠光体转变区 下部C曲线是中温贝氏体转变区 14 如何选择淬火加热温度 淬火加热温度选择应以得到细小而均匀 的奥氏体晶粒为原则 以便淬火后得到细小的马氏体 碳钢的加热温度可利用铁碳合金状态图来选择 亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30 50 共析钢 过共析钢淬火 加热温度为Ac1以上30 50 如图3 46所示 淬火后 亚共析钢可得到马氏体加少量残余奥氏体组织 如淬火加热温度低于Ac3 则有一部分铁素体未转变为奥氏体 淬火 后出现铁素体 造成硬度不足 如加热到Ac3以上过高温度时 奥氏 体晶粒粗大 淬火后马氏体粗大 力学性能降低 过共析钢淬火后可得到马氏体加残余奥氏体及粒状渗碳体 有二次渗碳体的颗粒存在 会使钢的耐磨性明显提高 如果淬火加热温度超过Ac cm 则淬火后得到粗片状马氏体组织 而残余奥氏体的含量也增多 使钢的硬度和耐磨性降低 对于合金钢 因大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大 除Mn P外 所以淬火加热温度可比同类碳钢稍高些 这样可使合金元素充分 溶解和均匀化 以便淬火取得较好的效果 另外 淬火加热过程中要防止氧化 脱碳 应避免工件与氧化气氛 直接接触 可采用盐浴加热淬火 真空加热淬火等来保证工件表面 质量 以提高工件的使用寿命 15 以切削加工性为主 如何选择退火 正火16 回火工艺的种类特 点 温度 组织 应用 74 1 低温回火 150 250 这种回火主要降低钢中的残余 内应力和脆性 而保持钢经淬火后所得到的高硬度和耐磨性 主要 用于共析钢 过共析钢的工具 模具 量具 滚动轴承 渗碳件及 表面淬火的工件 对低碳钢淬火后经低温回火处理后 可获得较高 的综合力学性能 低温回火后的组织为回火马氏体 残余奥氏体及渗碳体 58 64HRC 2 中温回火 350 500 在此温度回火可得到回火屈氏体组织 由细片状铁素体和细粒状渗碳体组成 35 45HRC 回火屈氏体具有较高的弹性极限和屈服极限 并具有一定的韧性 主要用于各种弹性元件的处理 3 高温回火 500 650 由于回火温度较高 使渗碳体颗粒进 一步长大 回火后的组织为回火索氏体 由多边形铁素体和粒状渗 碳体组成 25 35HRC 回火索氏体具有良好的综合力学性能 即强度 塑性和韧性配合都 较好 把淬火后高温回火称为调质处理 高温回火广泛用于各种重要的结构零件 特别是在交变载荷下工件 的零件 如连杆 螺栓 齿轮及轴类等零件 钢回火后的组织 在以上温度范围没有250 350 这一回火温度 因为钢在这一温度 范围进行回火将出现低温回火脆性 所以生产上很少采用250 350 的回火工艺 一般碳钢中 随着回火温度的升高 强度 硬度下降 塑性 韧性 上升17 感应加热表面淬火的原理 76 感应加热表面淬火的原理 将工件置于感应线圈中 当感应 线圈中通入一定频率的交流电时 工件表层在交变磁场的作用下 将相应产生相同频率但方向相反的感应电流 这种感应电流在工件中分布是不均匀的 工件表层电流密度大于心 部电流密度 这种现象称为集肤效应 集肤效应随电流频率的升高而加强 由于钢本身具有电阻 因而集 肤在工件表层的电流 可使表层迅速地加热到淬火温度 而心部仍 未被加热 立即喷水 合金钢浸油 快速冷却 从而在工件表层获 得具有一定深度的淬硬层 即达到表面淬火地目的 根据电流频率不同 感应加热可分为高频 中频 工频加热三种 18 账务典型材料的成分特点 19 如何一石墨形态对铸体分类 134 20灰铸铁的性能与特点 137 一般灰铸铁的抗拉强度只有碳素结构钢的1 3 这是因为灰铸铁在凝固冷却过程中析出比体积 比容 较大的石墨 从而使铸铁的收缩率减少 由于石墨片分割了金属基体 从而使 切屑容易脆断 使得灰铸铁的切削加工性良好 但使得灰铸铁的抗 拉强度 塑性和韧性极低 由于石墨能起润滑作用以及石墨脱落后 的孔洞能起储油作用 故使灰铸铁有优良的减摩性 并具有良好的 减震性及低的缺口敏感性 21 判断碳钢常存在的其他元素 137 灰铸铁中的主要元素除Fe外 还有C Si Mn S P 其含 量对铸铁的组织与性能有很大的影响 碳质量分数一般为2 5 4 0 碳质量分数低有利于提高强度和硬度 但碳质量分数过低易出现白 口组织 并降低流动性能 碳质量分数过高则降低强度和硬度 一 般根据力学性能要求确定 含硅量一般为1 0 3 0 硅有1 3碳当量作用 一般根据力学性能要求确定 含锰量一般为0 5 1 2 含锰量低则强度和硬度低 含锰量过高则不利于石墨化 硫 磷是铸铁中的有害元素 硫使铸铁产生热脆 而磷使铸铁产生冷脆 熔炼时应尽可能降低铁水中硫 磷的含量 以改善铸造性能 一般灰铸铁中含硫量控制在0 15 含磷量控制在0 12 以下 22 如何提高金属耐蚀性 131 1 提高金属的电极电位 如加入13 Cr时 可显著提高金属的电极电位 提高抵抗电化学腐 蚀的能力 2 形成纯化膜 加入Cr Al Si等合金元素 可形成致密稳定的氧化物纯化膜 可 提高抵抗电化学腐蚀的能力 3 改变金属组织 加入某些合金元素可使钢形成单相铁素体或单相奥氏体组织 使钢 基体的电极电位一致 可提高抵抗电化学腐蚀的能力 23 合金收缩的阶段 缩孔 缩孔 缩松 内应力 裂痕各产生在哪 个阶段 194 合金收缩的三个阶段即液态收缩 凝固收缩和固态收缩 1 液态收缩是合金从浇注温度t浇 A点 冷却至开始凝固 液相 线 温度 B点 之间的收缩 金属液体的过热度越高 液态收缩越大 2 凝固收缩是合金从开始凝固 B点 至凝固结束 固相线 之 间的收缩 结晶温度范围越宽 凝固收缩越大 在凝固阶段若合金体积收缩得不到金属液的及时补充 则会形成缩 孔 缩松等缺陷 液态收缩和凝固收缩 一般表现为铸型空腔内金属液面的下降 是 铸件产生缩孔或缩松的基本原因 恒温下凝固的合金有确定的体收缩率 仅包括液 固状态改变的收 缩 而在一定温度范围内凝固的合金其凝固收缩较为复杂 包括液 固 状态改变和温度改变2部分引起的收缩 3 固态收缩是合金在固态下冷却至室温的收缩 它将使铸件的形状 尺寸发生变化 是铸件产生内应力 裂纹和变 形等缺陷的主要原因 常用的金属材料中 铸钢收缩最大 有色金属次之 灰铸铁最小 灰铸铁收缩小主要是因析出石墨而引起体积膨胀的结果 固态收缩常用线收缩率来表示 24 浇注位置和分型面选择原则 209 1 浇注位置的选择原则铸件的浇注位置是指浇注时铸型分 型面所处的空间位置 确定浇注位置的原则是要控制铸件的凝固和充型效果 保证铸件的 质量 确定浇注位置的选择原则如下 1 铸件的重要加工面应朝下或处于侧面 2 铸件的平直面朝下 3 铸件的薄壁部分朝下 4 铸件的厚大部分朝上 便于补缩 5 浇注位置应有利于减少型芯 便于安放型芯 2 分型面的选择原则 1 应使铸件全部或大部位于同一铸型内 2 尽量减少分型面 3 尽量使分型面平直 4 尽量使型腔和主要型芯位于下砂箱 25 自由锻件和结构工艺性注意问题 239 由于锻造是在固态下成形的 锻件的形状 结构所能达到的 复杂程度远不如铸件 而且自由锻所使用的工具一般又都是简单的 通用性工具 锻件的形状和尺寸要求主要靠工人的操作技能来保证 因此 对自由锻件结构工艺性总的要求是 在满足使用要求的前提 下 锻件形状应尽量简单和规则 1 避免锥面或斜面 2 避免圆柱面与圆柱面相交 3 避免非规则截面和非规则外形 4 避免肋板和凸台等结构 5 截面有急剧变化或形状复杂的零件 26 对冲孔和落料膜如何设置凸凹膜刃口在设计冲孔模具时 应使凸 模刃口等于所要求孔的尺寸 凹模刃口尺寸则是孔尺寸加上2倍间隙 值 设计落料模具时 则应使凹模刃口尺寸为成品尺寸凸模则减去2倍的 间隙值 27 焊接热影响区中各区性能特点 263 焊接热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变 化的区域 由于焊缝附近各点受热情况不同 热影响区可分为熔合区 过热区 正火区和部分相变区等 1 熔合区是焊缝和基本金属的交界区 相当于加热到固相线和液 相线之间 焊接过程中母材部分熔化 所以也称为半熔化区 熔化的金属凝固成铸态组织 未熔化金属因加热温度过高而成为过 热粗晶 在低碳钢焊接接头中 熔合区虽然很窄 约0 1 1mm 但因强度 塑性和韧性都下降 而此处接头断面发生变化 引起应力集中 在很大程度上决定着焊接接头的性能 2 过热区被加热到Ac3以上100 200 至固相线温度区间 奥氏 体晶粒急剧长大 形成过热组织 因而过热区的塑性及韧性降低 对于易淬火硬化钢材 此区脆性更大 3 正火区被加热到Ac3至Ac3以上100 200 区间 金属发生重结 晶 冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织 其机械性能优 于母材 4 部分相变区相当于加