《工程结构材料》学习指导

10《工程材料学》学习指导第一章 绪论一、概述㈠．目的要求简要表达材料学科的进展，了解工程材料的争论对象及主要任务，简洁介绍工程材料的失效类型及选用原则，说明材料化学成分、组织构造与性能的关系。㈡．重点与难点工程材料的失效分析：失效类型及对策；钢的化学成分对组织构造及性能的影响。二、习题与思考题㈠．填空题工程材料按性能特点分为 两大类。材料科学是以 为争论对象的一门综合性科学。工件失效的根底缘由可概括为 等四个方面。工程材料的失效类型主要有 。材料科学争论材料的化学组成、 与性能的关系。㈡．推断题1.金属学就是材料科学。〔〕2.工程材料包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。〔〕3.低维材料只用于功能材料。〔〕4.陶瓷是非晶态材料。〔〕5.㈢．选择题〔〕电视机塑料壳是 材料制造的。A..金属 B.陶瓷C.高分子 D.金属陶瓷复合制造飞机用铝合金是 材料。A..黑色金属 B.有色金属C.无机非金属 D.高分子复合㈣．问答题常用于提高材料失效抗力的方法有哪些？举例说明。选用工程材料的主要依据是什么？影响金属材料力学性能的内因有哪些？其次章 钢的合金化根底一、概述㈠．目的要求⑴了解合金钢成分设计的根本原理，既合金化原理；⑵把握钢中常用的合金元素及其分类；⑶把握合金元素对钢相变的影响；㈡．重点与难点钢中常用合金元素：B、C、N；Al、Si；Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu；Zr、Nb、Mo；W；RE；S、P等。钢中合金元素的分布以及与铁、碳的相互作用。合金元素对钢性能、热处理工艺性能的影响。三、习题与思考题㈠．填空题打算钢的性能最主要的元素是 。碳钢中的有益元素是 、 ；有害元素是 、 。依据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分为 和两大类。除 元素以外，其它全部的合金元素都使C曲线往 移动，使钢的临界冷却速度 ，提高了钢的 性。形成强碳化物的合金元素有 。扩大奥氏体区域的合金元素有 。扩大铁素体区域的合金元素有 。除 、 元素以外，几乎全部的元素都能阻挡奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。对钢回火脆性敏感的元素是 、 、 ；为了消退回火脆性可承受和 。合金钢中提高淬透性的常用合金元素为 、 、 、 、 ；其中作用最猛烈的是 ，其含量通常约为 %.合金元素在钢中存在的形式是 。合金元素对退火钢机械性能的影响是 。当钢溶入微量硼〔B〕时，往往优先富集于晶界处，可以提高钢的淬透性，这是由于。㈡．简答题指出合金元素与杂质元素的主要区分。MnNi为什么能猛烈地扩大奥氏体区，而Cr为什么能猛烈扩大铁素体区。1 列出三个降低AA1 分别从原理上论述以下各元素提高淬透性的途径：CMn、Ni、Mo、B、Si.从原理上论述强碳化物形成元素的“控碳”作用对钢的加热、冷却和回火过程中的各种影响。对于以下碳化物的性质，各举一应用实例并说明理由：⑴．越强的碳化物形成元素所形成的碳化物越稳定；⑵．碳总是优先和较强的碳化物形成元素形成碳化物；⑶．较强的碳化物形成元素溶入到较弱的碳化物形成元素所形成的碳化物中，使该碳化物更稳定，反之亦然。⑷．过剩型碳化物的强化作用不如沉淀型碳化物的强化作用大。以下元素中，哪一个在奥氏体化加热升温过程中促进碳溶入奥氏体中的作用最大？哪一种作用最小？哪一种细化晶粒的作用最大？哪一种细化晶粒的作用又最小？Cr、Mo、Mn、Ti、VNi、W.3 3 MnACrA下降，含量较多时则使A线3 3 NiMn么都比碳钢高？什么？试举例说明。合金元素与碳相互重要有什么实际意义？㈢．论述题合金元素对淬透性有何重要意义？淬透性有何实际意义？试举例说明。论述合金元素对钢加热时组织转变的影响。论述合金元素对钢过冷奥氏体分解转变的影响。论述合金元素对淬火钢回火转变的影响。第三章 工程构件用钢一、概述工程构件用钢主要用于制作各种大型金属构造，如桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器等。这类构件一般不承受热处理强化。㈠．目的要求⑴．把握工程构件用钢的牌号、成分、组织、使用范围及应用实例。⑵．把握普低钢化学成分的特点及使用特点。⑶．了解工程构件用钢的使用要求。⑷．了解提高普低钢性能的途径。㈡．重点与难点重点是常用普低钢的牌号、成分、组织及性能特点。学会依据普低钢钢号分析合金元素的作用及对组织的影响。实例练习：09MnV、09MnCuPTi、18Nb、12MnV、16Mn、16MnRE、10MnPNbRE、15MnVN、14MnMoV、14MnMoVBRE、14CrMnMoVB.二、习题与思考题㈠．填空题普低钢一般都在热轧或正火态下使用，它们的组织是 ；合金元素对该组织主要通过 来到达强化作用。V、Ti、Nb在微合金普低钢中的主要作用是 。Mn在普低钢中的主要作用是 。RE在普低钢中的主要作用是 。5.Q235—D•Z是钢的一个牌号，可用来制造。其中Q235表示；D表示 ；Z表示。针状铁素体钢合金化的主要特点是低碳贝氏体型普低钢多承受。为根本成分，以保证得到贝氏体组织。为提高普低钢耐大气腐蚀性，可向钢中参与微合金化普低钢把握轧制的主要目的是低碳贝氏体钢焊接性能好的主要缘由是、、 、 等元素。。。㈡．推断题1.Nb在微合金化普低钢中的主要作用是沉淀强化。〔〕2.Ti在微合金化普低钢中的主要作用是细化晶粒。〔〕3.P12MnPRE中的主要作用是固溶强化。〔〕4.Mn在普低钢中的主要作用是固溶强化。〔〕5.普低钢中的Mn显著提高碳当量，因而可使普低钢焊接性能良好。〔〕㈢．简答题有一批低碳冷轧薄钢板，在冲压前外表质量很好，但在冲压后的工件某些部位消灭水波浪的皱折。试分析形成缘由及消退方法。15MnV15MnVB中的Mn分别是通过什么途径来满足性能要求的。12Mn相比，12MnPRE12MnPRE相比，12MnPNbRE又有什么优越性？㈣．论述题普低钢的合金化原则是什么？合金元素的作用是什么？为什么普低钢微合金化必需与把握轧制、把握冷却相结合？如何提高海洋用微合金化低碳高强度钢的性能？第四章 机器零件用钢一、概述轴类、齿轮、弹簧、轴承等。这类材料大多数需要进展热处理强化。㈠．目的要求把握机器零件用钢的分类和牌号的编制方法；把握常用机器零件用钢的化学成分热处理工艺的拟订最终组织及使用范围， 及应用实例；把握合金元素对机器零件用钢热处理的影响；了解滚动轴承钢的冶金质量对性能的影响。㈡.重点与难点合金元素在各种机器零件用钢中的作用；合金元素对机器零件用钢组成相、热处理及机械性能的影响；钢种的推断及应用范围。实例练习：⑴.渗碳钢20Cr、20MnV、20CrV、20CrMnTi、20Mn2B、12Cr2Ni4、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA；⑵.调质钢 45、40CrV、30CrMnSi、40CrMnMo、37Si2MoVA、45CrNiMoVA、25Cr2Ni4WA;⑶.弹簧钢65Mn、60Si2Mn、50CrV、60CrMnB;⑷.滚动轴承钢GCr15、GCr15MnV二、习题与思考题㈠.填空题机器零件用钢按用途分类可分为四类W(C)0.15%~0.3%之间是，在0.25%~0.55之间是，在0.45%~0.55%之间是是，在0.45%~0.90%之间是。，在0.95%~1.15%之间调质钢中参与〔如40MnVB〕,钒是强 形成元素所形成的 熔点高。能起到 的作用。3.20CrMnTi是 ,CrMn主要作用是 Ti主要作用是 。T9A钢用作弹簧钢丝时其淬火加热温度应是 ，缘由是 。调质钢要求高淬透性是由于 。㈡.简答题合金渗碳钢中常参与哪些合金元素？它们对钢的热处理、组织和性能有何影响？为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素？弹簧钢淬火后为什么要进展中温回火？为了提高弹簧的使用寿命，在热处理后承受什么有效措施？某大尺寸40Cr钢制曲轴调质后心部强韧性缺乏的可能缘由有哪些？为什么改用42CrMo后可明显改进其心部的强韧性？40CrNiMo37SiMn2MoWV钢〔Φ25mm〕棒材，难于进展切削加工？请考虑用最经济的方法改善加工性能。T8A用铅浴等温淬火作弹簧钢丝时经深度冷拔加工后其高强度和高塑性的缘由时什么？6.45钢调质处理后其机械性能为什么比正火优越？但100×100的45钢经调质后与正火相比其机械性能并无多大差异，这又是为什么？用20CrMnMo大量细珠光体〔屈氏体织和外表裂纹的缘由。20钢制成了φ10930℃、5小时渗碳后，外表含碳量增加至1.2%，分析经以下热处理后外表于心部的组织：①渗碳后缓冷至室温；②渗碳后直接淬火，然后低温回火；③渗碳后缓冷至室温，再加热到780℃后淬火，低温回火；④渗碳后缓冷至室温，再加热到880℃后淬火，低温回火。某厂生产磨床，齿轮箱中的齿轮承受45钢制造，要求齿部外表硬度为52~58HRC，心部硬度为217~255HBS，其工艺路线为：下料→锻造→热处理→机加工→热处理→机加工→成品。试问：①其中热处理各应选择何种工艺？目的是什么？20Cr45钢，所选用的热处理工艺应作哪些转变？有一φ10mm的轴类零件，受中等交变拉压载荷作用，要求零件沿截面性材料；②编制简明工艺路线；③说明各热处理工序的主要作用；④指出最终组织。㈢.论述题在表层形成剩余压应力？这种剩余压应力对齿轮使用性能有什么影响？为什么弹簧钢在淬火后一般要进展中温回火？中温回火后的组织是什么？这种组织有什么特性？为什么说用低碳马氏体代替调质钢是充分利用了钢的强化和韧化手段？用低碳马氏体钢与调质钢各有何优缺点？重要的机器零件为什么要用调质钢？调质钢经调质后的组织有什么特点？滚动轴承钢退火前原始组织可能消灭的碳化物分布不均匀的缺陷有哪些？它们对轴承钢的性能有何影响？怎样解决碳化物分布不均匀性？为什么滚动轴承钢对非金属夹杂和碳化物的外形分布要严格要求？第五章工具钢一、概述工具钢是主要用来制作各类刃具、模具和量具的钢种。此章钢种涉及到的热处理工艺、组织及性能分析比较简洁，是本课程学习的重点章节。㈠.目的要求⑴.了解工模具钢成分设计的根本原理；⑵.把握常用工模具钢的牌号、化学成分、热处理工艺的拟订及作用、最终组织及应用实例。㈡.重点与难点重点是常用刃具钢和模具钢的牌号、成分、组织、热处理工艺及性能特点。难点是高速钢的热处理工艺及组织分析；合金元素在高速钢中的作用。低合金刃具钢9SiCr、CrWMn;通用型高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2.高性能高速钢W6Mo5Cr4V3、W18Cr4Vco5、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2Al；⑷.冷作模具钢Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、5Cr4Mo3SiMnVAl；⑸.热作模具钢5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1.二、习题与思考题㈠.填空题1.工具钢按用途可分为三类。2.W6Mo5Cr4V2是钢，w(c)是，W、Mo的主要作用是，Cr主要作用是，V主要作用是，可制造。3.高速钢需要进展反复锻造的目的是 ，W18Cr4V钢承受〔1270~1300〕℃高温淬火的目的是 淬火后〔550~570〕℃回火后消灭硬度上升的缘由是 ，经三次回火后的显微组织是 。4.高速钢刀具淬火后消灭晶粒过大，碳化物拖尾，有呈角状或有沿晶界呈网状分布，这种缺陷称为 。5.9SiCr钢适宜的淬火加热温度为 ；9SiCr钢中合金元素Si的主要作用是 。高速钢的铸态组织一般由所组成，其中粗大的 常连结成网状分布。高速钢再锻轧后必需进展退火，其目的是 。高速钢中合金元素W在退火状态以 形式存在淬火后经500~600℃回火时能大量析出9.高速钢外表强化主要有，产生明显的沉淀硬化效应。、 和三类。10.Cr12型冷作模具钢淬火—回火处理有两种工艺；二次硬化处理承受 。㈡.推断题1.工具钢只是用来制作各类工具的钢种。〔〕2.高速钢需要反复锻造是由于硬度高，不易成型。〔〕3.为消退高速钢的过热组织生产中常用的热处理工艺是退火后重加热淬火〔 〕4.9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高。 〔 〕5.T12与20CrMnTi相比较，淬透性和淬硬性都较高。 〔 〕6.18-4-1高速钢承受很高温度淬火，其目的时是使碳化物尽可能多的溶入奥氏体中，从而提高钢的红硬性。〔〕7.合金元素Cr在高速钢中的主要作用是提高红硬性。〔〕8.合金元素Mo在高速钢中的主要作用是防止其次类回火脆性。〔〕㈢.问答题一般刃具钢要求什么性能？高速切削刃具钢要求什么性能？为什么？简述高速钢W6Mo5Cr4V2中合金元素的作用。试述W18Cr4V钢铸造、退火、淬火及回火的金相组织。冷作模具钢所要求的性能是什么？为什么尺寸较大的、重负荷的、要求高耐磨和微变形的冷冲模具大都选用Cr12MoV钢制造？热作模具钢性能要求有何特点？试分析5CrNiMo和5CrMnMo钢中合金元素的作用。持长期稳定？高速钢淬火后为什么需要三次以上的回火？在560℃回火是否是调质处理？为什么？有一块凹模，材料为Cr12MoV钢。因材料库下料时搞错了，下成T12A。试分析：①假设按Cr12MoV钢进展预备热处理和最终热处理，凹模会产生哪些缺陷？②假设Cr12MoV钢进展，而最终热处理的淬火按T12钢进展，又会产生哪些缺陷？W18Cr4V钢的AC1820℃，假设以一般工具钢AC1+30~50℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理能否到达高速切削刀具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度氏多少？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进展560为什么？回火后的组织是什么？某厂利用T13钢制造机用丝锥，但寿命很低，且淬火时简洁变形和开裂，打算更换材料，该厂材料库房中有W18Cr4V、5CrNiMo、GCr15、3Cr13、HT200、9SiCr、40Cr等材料，问选用哪一种材料制造最适宜？为什么？第六章不锈钢一．概述在腐蚀介质中具有耐腐蚀性能的钢称为不锈钢。㈠目的要求了解电化学腐蚀的根本原理及金属腐蚀破坏的根本类型；把握提高不锈钢耐腐蚀性的途径和不锈钢的分类、用途。㈡重点与难点组织与性能的关系。0Cr11Cr17T1Cr25T1Cr13Cr11Cr17Ni9Cr18Mo0Cr18Ni、1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti1Cr18Ni12Mo2Ti0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni4Cu4Nb；二．习题与思考题㈠填空题1．不锈钢合金化的原则是。2．合金元素Ti在不锈钢中的主要作用是。3．金属腐蚀破坏的根本类型有、、、、 、。4．作为不锈钢其铁基体中最低含Cr量的质量分数应大于 。5．铁素体不锈钢的主要缺点有、、、、、。㈡问答及思考题为什么不锈钢中的Cr12%Cr12%Cr12MoV钢是否属不锈钢？为什么？1Cr18Ni9Ti中，如只削减Cr的含量，其固溶处理后的组织将如何变化？如只削减Ni含量呢？3．某奥氏体型不锈钢经固溶处理后消灭较多的碳化物和局部铁素体或马氏体。试分析可能的缘由，并提出改进方案。4．具体阐述不锈钢“晶间腐蚀”产生的缘由以及防止途径。为什么奥氏体型钢比铁素体型钢更简洁产生晶间腐蚀？第七章耐热钢和耐热合金一．概述耐热钢是指在高温下工作、具有高的耐热性〔高温抗氧化性和高温强度〕的钢。㈠目的要求把握抗氧化钢成分设计特点，合金元素Cr、Si、Al在抗氧化钢中的作用；把握提高热强钢的高温强度的方法以及合金元素在热强钢中的作用。㈡重点与难点耐热钢的成分设计及组织稳定性，牌号及分类。实例练习：Cr3Si、Cr13SiAl、Cr19Mn12Si2N、12Cr1MoV、12Cr2MoWSiVTiB、25Cr2Mo1VA、35Cr2MoV、20Cr1Mo1VNbTiB、15Cr12WMoVA、15C11MoV、4Cr9Si24Cr14Ni14W2Mo5Cr21Mn9Ni4N；1Cr18Ni9Mo4Cr13Ni8Mn8MoVNb、0Cr15Ni35W2Mo2Ti2Al3B.二、习题与思考题㈠填空题为提高抗氧化性常参与钢中的合金元素有热强钢的强化途径是、和。。Ni在热强钢中的主要作用是 。合金元素Cr在Cr20Mn9Ni2Si2N中的主要作用是 。合金元素Mo在12Cr3MoVSiTiB中的作用是 。6．4Cr13Ni8Mn8MoVNb钢中合金元素Mn的作用是 。㈡问答及思考题1Cr18Ni12Mo2Ti的合金化设计思路。低碳珠光体耐热钢在使用过程中组织可能发生什么变化？在合金成分设计上的思路是什么？低碳珠光体耐热钢热处理承受正火工艺后的组织是什么？承受高温回火的目的是什么？正火后高温回火组织可能发生什么样的变化？奥氏体耐热钢主要有哪几类？试总结合金化方法及强化机制。第八章铸铁一、概述铸铁是工业中应用很广泛的一种金属材料。工业上常用铸铁w(c)=2.5~4.0%范围内。铸铁具有某些钢材不具备的特别性能，如良好的消震性、耐磨性、抗腐蚀性及铸造性和切削加工性等，是机械制造中用得最多的金属材料。㈠目的要求理解铸铁石墨化的过程及对铸铁的组织和性能的影响熟习各种铸铁的牌号、成分、组织及性能特点；熟记各类铸铁的主要用途；了解各种铸铁的热处理工艺㈡重点与难点重点是灰口铸铁和球墨铸铁的成分、组织、性能和应用实例。难点是石墨化过程对铸铁组织和性能的影响。二、习题与思考题㈠填空题1．碳在铸铁中的存在形式有和。2．影响铸铁石墨化最主要的因素是和。3．依据石墨形态，铸铁可分为、、和。4呈 的铸铁。和后获得的石墨球墨铸铁经等温淬火其组织为 ；球墨铸铁等温淬火的目的是 。C、Si、S三元素对铸铁石墨化的影响是 。可锻铸铁中的团絮状石墨是由 的方式获得。灰口铸铁三种组织打算于石墨化假设欲得到F+P基体其石墨化是 ；而欲得到P基体，则其石墨化应是 。KTZ450-06是 的一个牌号其中450是指 ；06是指 。KmTBCr15Mo2是 的一个牌号，其中合金元素Cr的作用是；Mo的作用是 。㈡论述及思考题灰口铸铁薄壁处，常消灭高硬度层，机加工困难，说明产生缘由及消退方法。要使球墨铸铁分别得到珠光体、铁素体和贝氏体的基体组织，热处理工艺上如何把握？依据是什么？有人用可锻铸铁作车床床身，而用灰铸铁作薄壁小尺寸件，这种作法是否合理？为什么？某球墨铸铁件外表较硬，而心部则消灭牛眼状铁素体。请具体分析缘由，并提出一种最简洁的方法，既能消退外表硬化，又能将牛眼状铁素体变为均匀分布于珠光体之间的碎块状铁素体。铸铁结晶的热力学和动力学条件分别是什么？机器上某些重型齿轮，要求的σb≥350MPa,δ≥12%。为了进一步提高其性能〔主要是耐磨性能〕必需将齿轮进展热处理。问选用何种铸铁？热处理工艺如何？请答复以下几种状况，碳当量是多一些好，还是少一些好？(1可锻铸铁件〔G化退火，与灰铸铁件相比。厚壁灰铸铁件，要求基体全为珠光体〔铸态，与薄壁铁素体铸铁件相比。小尺寸球墨铸铁件，要求获得完全的铁素体基体〔铸态〕与大尺寸珠光体基球墨件相比。球墨铸件，要求较高的强度〔铸态，与韧性好的球墨铸件相比。第九章有色金属及其合金一、概述有色金属是指除铁、铬、锰之外的其它全部金属。有色金属的种类繁多，具有很多优良的特性。例如：相对密度小、比强度高；或有优良计算机、电子等型工业占有很重要的地位。㈠目的要求了解Al、Cu、Ti及其合金的牌号、性能特点和应用范围；把握Al、Cu、Ti合金的合金设计思路，用途及热处理方法；把握有色金属的主要强化方式。㈡重点与难点重点是铝合金、铜合金及钛合金的性能特点、用途、主要的热处理工艺及组织变化。难点是有关合金的强化机理。二、习题与思考题㈠填空题铝合金的时效方法可分为铝合金常用的热处理方式是和两种。；硬铝热处理应是，主要强化相是。合金元素对铝的强化作用主要表现为变形铝合金的热处理方式有、、。。5．锻铝有系、系和三种。钛合金依据其退火状态下组织可分为合金元素对钛合金的主要强化途径是Al参与钛合金的主要作用是Al-Li合金时效过程析出的主要强化相是，并以。三类。。的形式析出。钛合金中的马氏体不像钢淬火后所获得的马氏体那么硬的缘由是 。黄铜低温退火的目的是 。QSn4-3是 的一个牌号，其中数字“4”表示 ；数字“3”表示 ；主要用途是 。白铜是 合金；白铜组织是 。LY12铝合金是 的一个牌号。在QBe1.9中添加少量的Ni，其作用是 。㈡论述及思考题SiCuMgMn等元素作为铝合金的主加元素？Ti、B、RE等作为辅加元素？怎样的合金才能进展时效强化？黄铜能否进展时效强化？为什么？请画出ZL102变质处理前后的组织〔标知名称性的途径。钛合金的性能有何特点？简述其应用前景和存在的问题。第十章高聚物材料思考题(一)简答题聚合物与低分子化合物相比，在构造和性能上各有些什么主要特征？写出以下聚合物可能的构造和名称？①异戊二烯加聚成聚戊二烯②氯乙烯与丁二烯共聚物聚合物的粘性流淌有哪些主要特征？请解释聚合物的挤出胀大现象用热力学原理解释聚合物溶解的相像相容规律怎样利用聚合物的燃烧性能区分以下物质PE PVC PP PTFE增塑剂在高分子材料的加工过程中怎样发挥其作用，对材料性能有哪些影响？塑料的加工成型有哪引起主要方法？橡胶从生胶到制品要经过哪几个步了聚？每一步骤中橡胶分子发生哪些主要物理化学变化？纤维加工过程中发生哪些构造变化？成纤高聚物一般应具备什么样的构造特征？粘胶剂要到达良好的胶接效果，应具备些什么条件？(二)、填空题高分子材料的老化，在构造上发生了 ， 。五大工程塑料是 、 、 、 。ABS是 ， ， 。高聚物受力拉伸时，其温度 。橡胶具有优良的减振和抗磨性能，是由于其突出的 性。第十一章复合材料思考题(一)、解释名词复合材料、纤维复合材料、增加相、基体相、偶联剂、玻璃钢(二)、填空题木材是由 和 组成的，灰口铁是由 和 组成的。性能比较好的主要纤维是 、 、 、 、。纤维复合材料中，纤维长度应当 ，纤维直径应