航空工程材料（程秀全 第3版） 习题及答案汇 ch01 金属材料的力学性能-ch10 零件的选材、失效与金属表面处理

模块1金属材料的力学性能1.金属材料的力学性能指的是什么性能?常用的力学性能包括哪些方面?

金屈材料所见有的承受机械荷而不超过许对变形或不破坏的能力,称为材料的力学性能。金属的力学性能包括强度、報性、硬度、冲击韧性、疲劳强度指标。

2.衡量金属材料的强度、塑性及韧性的性能指标有哪些.各用什么符号和单位表示?

常用的力学性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力(即应力σ,单位为Mpa)表示。塑性是指金属材料在载荷作用下,产生塑性变形(永久变形)而不被破坏的能力。金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示:硬度是指材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力,是衡量材料软硬程度的指标,是一个综合的物理量。常用的硬度指标有布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)。以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。冲击韧性的常用指标为冲击韧度,用符号αk表示。疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。疲劳强度用σ–1表示,单位为MPa。3.在什么情况下使用材料的名义屈服强度?名义屈服强度的定义是什么?

用于要求力学性能的金属材料，如工程结构用钢、机械零件用钢、工模具用钢等以及作为构件材料的其它金属。4.伸长率和断面收缩率,哪个更能准确反映材料的塑性?为什么?

一般情况下,看材料的塑性,是进行棒状试样热扭转直至断裂.试验中纪录下扭至断裂的圈数（塑性指标）及维持恒速扭转的扭矩（变形抗力指标）.旋转的越多说明塑性越好；对于你用拉伸试验中的,伸长率和断面收缩率,我觉得应该是伸长率来反映吧。5.强度和硬度分别是从什么角度衡量材料的性能的?

硬度表述的是材料表面局部抗异物压入的能力。

而强度表述的是宏观的抵抗破坏的能力，比如抗拉伸强度，抗冲击强度，抗弯曲强度等等。6.能否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量?

不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。7.什么是材料的冲击制性,如何测量?

材料抵抗冲击载荷的能力称为材料的冲击性能。冲击载荷是指以较高的速度施加到零件上的载荷。当零件在承受冲击载荷时,瞬间冲击所引起的应力和变形比静载荷时要大得多。因此,在制造这类零件时,就必须考虑到材料的冲击性能。8.研究材料断裂制性涉及的3类基本裂纹类型是什么,分别具有什么特征?

略。9.什么是疲劳断裂?导致疲劳断裂的载荷具有什么特征?

疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。特点:出现疲劳断裂时,截面上的应力低于材料的抗拉强度,甚至低于屈服强度。同时,疲劳破坏属于脆性破坏,塑形变形很小,是一种无明显变形的突然破坏,危险性较大。过程:分为三个阶段,裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂。疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区,其余部分则为粗糙区,微观裂纹随着应力的连续重复作用而扩展,裂纹两边的材料时而相互挤压时而分离,形成光滑区;裂纹的扩展使截面愈益被削弱,至截面残余部分不足以抵抗破坏时,构件突然断裂,因有撕裂作用而形成粗糙区。10.疲劳断口一般有几个区域,分别具有什么特征,这些特征又是怎样产生的?

典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域—疲劳源、疲劳区及瞬断区。(1)疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地,疲劳源区的光亮度最大,因为这里在整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压,故显示光亮平滑,另疲劳源的贝纹线细小。(2)疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域,是判断疲劳断裂的重要特征证据。特征是:断口比较光滑并分布有贝纹线。断口光滑是疲劳源区域的延续,但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是由载荷变动引起的,如机器运转时的开动与停歇,偶然过载引起的载荷变动,使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。(3)瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口比疲劳区粗糙,脆性材料为结晶状断口,韧性材料为纤维状断口。11.什么是做疲劳极限?怎样提高构件的疲劳强度?

“所谓提高疲劳强度，通常是指在不改变构件的基本尺寸和材料的前提下，通过降低影响构件疲劳极限因素的影响来提高构件疲劳强度。也即主要通过消除或降低零件上的应力集中和附加应力，改善表面质量，等等，提高构件的疲劳极限。

减应力集中中一对于零件上截面变化处，如孔、键槽、过渡圆角、螺纹等处要注意截面变化不可突然，孔的边缘、过渡圆角处应圆滑，表而要光洁。

12.什么是金属材料的蠕变断裂?一般分为哪几个过程?

金属材料在蠕变过程中可发生不同形式的断裂，按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可将蠕变断裂分为如下三个类型：沿晶蠕变断裂、穿晶蠕变断裂、延缩性断裂。轴拉伸的蠕变曲线可以分为三个阶段：（1）第一阶段，初始蠕变阶段。位错微观结构不断扩展使应变速率不断降低。（2）第二阶段，稳态蠕变阶段。变形与回复机制达到平衡，产生了稳定的应变速率。蠕变速率变为常数，最小蠕变速率出现在此阶段。（3）第三阶段，加速蠕变阶段。有效横截面的降低促使应变速率持续增长，直到断裂失效。模块2金属材料的基础知识1.解释名词:晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶格常数、晶粒、晶界、单晶体、多晶体。

物质在熔解和凝固过程中,固态和液态并存时,温度保持不变,这类固态物质叫做晶体。

质在熔解和凝固过程中,其温度不断变化,没有明显的熔点和凝固点,这类固态物质叫做非晶体。

晶格是指把原子看成是一个结点,用假想的线条把将结点连接起来构成的空间格子。晶胞是晶格中一个完全能代表晶格特征的最小的几何单元。

晶格常数是晶胞中各棱边的长度a、b、c及各棱边之间的夹角α、β、γ称为晶格常数。

晶粒是指多晶体中每一个小的单晶体。晶界是指晶粒与晶粒之间的界面。

将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的那个内界面称为晶界。只有一个晶粒组成的金属称为单晶体。由许多晶粒组成的金属称为多晶体。

2.解释名词:合金、组元、合金系、相和组织。

合金:就是由两种与两种以上得金属与非金属元素或金属与非金属元素组成得具有金属性质得物质。组元:就是组成合金得最基本得物质。相:在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并与其她部分有界面分开得均匀组成部分称为相。组织:在显微镜下所观察到得晶粒得大小、形态与分布叫作显微组织。3.什么是固溶体、置换固溶体和间隙固溶体?

合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相，称为固溶体。固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两类。置换固溶体：若溶质原子代替一部分溶剂原子而占据溶剂中的某些结点位置，称为置换固溶体。间隙固溶体：溶质原子在溶剂晶格中并不占据晶格结点的位置，而是在结点间的空隙中，这种形式的固溶体称为间隙固溶体。

4.常见的金属晶格类型有哪些?绘图说明其特征。

常见的金属晶格类型有三种:(1)体心立方晶格。它的晶胞是一个立方体,在立方晶胞的八个顶点和中心各有一个原子。(2)面心立方晶格。它的晶胞是一个立方体,在立方晶胞的八个顶点和六个面的中心各有一个原子。(3)密排六方晶格。它的晶胞是六棱柱体,在棱柱体的十二个棱角上,上下两个而的中心各有一个原子。绘图略。5.为什么单晶体呈各向异性,而多晶体无各向异性?

单晶体中，由于各晶面和各晶向上的原子排列的密度不同，因而同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能不同。多晶体中因为大量微小的晶粒之间位向不同，因此在某一方向上的性能，只能表现出这些晶粒在各个方向上的平均性能，实际是“伪各向同性”。6.什么是刃型位错?位错密度对金属的力学性能有什么影响?位错线与伯格斯矢量垂直的位错是刃型位错。

如果位错密度趋于零,金属的力学性能非常高；或者位错的密度非常高,并受到阻碍,金属的强度变大.如果可以滑移的位错密度大,金属的塑性好。7.试阐述固溶强化、细晶强化、弥散强化的原理,并说明它们的区别。

1）固溶强化是随着溶质浓度的增加，晶格畸变增大，阻碍位错运动的能力增加，因此，材料的强度和硬度提高；位错强化是随着位错密度的增加，由于位错之间的交互作用增强，导致位错缠结和钉轧，对滑移的阻力增加，使塑性变形抗力显著升高，因此，材料的强度和硬度提高；细晶强化是晶粒越细小，晶界面积越多，阻碍位错运动的能力超强，因此，材料的强度和硬度越高；弥散强化属于第二相强化，原理是位错经过（绕过或切过）第二相时，受到较大的阻力作用，因此，材料的强度和硬度提高。

2）主要区别是固溶强化和位错强化时，材料的强度和硬度提高，但塑性与韧性下降；而细晶强化和弥散强化时，材料的强度和硬度提高同时，塑性与韧性也提高。

8.什么是过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系?过冷度对铸件晶粒大小有什么影响?金属液的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,这种现象称为过冷。冷却速度越快,过冷度越大。过冷度越大,晶粒越细小。

9.晶核有几种?非自发形核对实际生产有什么作用?

晶核的形成有两种方式。若液相中各个区域内出现新相晶核的几率是相同，称为均匀形核。若在液相中，新相优先在某些区域内形核，则称为非均匀形核。10.如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下铸件晶粒大小。(1)金属型浇注与砂型浇注。(2)浇注温度较高些与浇注温度较低此。(3)铸成薄壁件与铸成厚壁件。(4)厚大铸件的表面部分与中心部分。

(1)砂型浇注比金属型浇注的晶粒小:因为砂型浇注中有杂质渗入,形成晶粒细化;(2)略；

(3)铸成薄件比铸成厚件的晶粒小:以为薄件的冷却速度快,冷却度大,使得晶粒细化;(4)略。11.已知A(熔点为657C)和B(熔点为1430C)在液态无限互溶,固态时互不相溶,在577C时,=12.6%的合金发生共晶转变,要求如下。(1)粗略画出AB合金相图。(2)分析B的质量分数分别为5%12%、60%合金的结晶过程。

参考答案：略。12.试分析二元合金(Cu-Ni)相图。(1)写出图中主要点、线、区的含义及各个区域相的名称。(2)分析wuw=50%的合金的结晶过程。

参考答案：略。13.金属塑性变形最基本的方式有哪几种?说明滑移变形的原理。

滑移、孪生和扭折。在滑移面上沿滑移方向的分切应力超过临界分切应力会发生滑移变形。14.多晶体塑性变形有什么特点?为什么细晶粒钢强度高,塑性、韧性也好?

多晶体中,由于晶界上原子排列不很规则,阻碍位错的运动,使变形抗力增大。金属晶粒越细,晶界越多,变形抗力越大,金属的强度就越大。多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在发生滑移时,软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时,其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形,变形分散在材料各处。晶粒越细,金属的变形越分散,减少了应力集中,推迟裂纹的形成和发展,使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形,从而使金属的塑性提高。由于细晶粒金属的强度较高、塑性较好,所以断裂时需要消耗较大的功,因而韧性也较好。因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。15.金属经冷塑性变形后,组织和性能发生什么变化?

①晶粒沿变形方向拉长,性能趋于各向异性,如纵向的强度和塑性远大于横向等；②晶粒破碎,位错密度增加,产生加工硬化,即随着变形量的增加,强度和硬度显著提高,而塑性和韧性下降;

③织构现象的产生,即随着变形的发生,不仅金属中的晶粒会被破碎拉长,而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动,转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致,产生织构现象;④冷压力加工。16.列举生产和生活中的实例来说明加工硬化现象及其利弊。

金属材料随着塑性变形程度的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。

加工硬化有利方面：

⑴、是强化金属材料的重要手段。如防锈铝、黄铜、铬镍不锈钢等，可以通过加工硬化来提高强度。

⑵、工件能够成型的重要因素。如冲压零件时，r处变形最大，首先产生加工硬化，随后的变形转移到其他部分，便可得到壁厚均匀的冲压件。加工硬化不利方面：给机械加工和压力加工带来困难及耐蚀性降低等。17.用冷拔铜丝作导线,冷拔之后应如何处理?为什么?

应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。

原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。18.残余应力有哪几类,是如何形成的?残余应力有什么利整?

残余应力分为三类：第一类残余应力存在与变形体各区域之间；第二类残余应力存在于各晶粒之间；第三类残余应力存在于晶粒内部。残余应力引起的后果：⑴具有残余应力的物体再承受塑性变形时，其应力分布及内部应力分布更不均匀。⑵缩短制品的使用寿命，当外载作用下的工作应力与残余应力叠加超过材料的强度时，会使零件破坏，设备出现故障。⑶使在制品的尺寸和形状发生变化。当残余应力的平衡受到破坏时，相应部分的弹性变形也发生变化，从而引起尺寸和形状的变化。⑷增加塑性变形抗力，降低塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。⑸降低制品表面耐蚀性，具有残余应力的金属在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。残余应力一般是有害的，特别是表面层中具有残余拉应力的情况。但当表面层具有残余压应力时，可以显著提高材料的强度和疲劳强度，反而可提高其使用性能。残余应力的消除方法：热处理法，机械处理方法。19.用冷拉强化弹簧钢丝制成的钢丝绳来吊装大型工件进出加热炉会出现什么现象?为什么?

因钢丝绳冷拉成形后,产生加工硬化现象,强度和硬度都有所提高,但加热至1000oC后,造成了再结晶退火,使钢丝绳的力学性能下降,导致钢丝绳断裂。20.金属铸件产生晶粒粗大现象能否通过再结晶退火来细化晶粒?为什么?

金属铸件在铸型屮冷却,冷却速度一般较低,导致过冷度小,晶粒往往比较粗大,但是不能通过再结晶退火来细化晶粒,因为铸件没冇经过冷塑性变形,不能发生再结晶过程;同时,铸件加热到再结晶温度不会发生组织转变,从热处理角度来看没有细化的条件。21.冷塑性变形与热塑性变形后的金属能否根据其纤维组织加以区分?

可以通过显微组织来判断是冷塑性变形还是热塑性变形,冷塑性变形后的晶粒形状呈扁平形或长条形,热塑性变形后的晶粒是等轴晶粒。模块3铁碳合金1.什么是金属的同素异晶转变?有什么实际意义?试以工业纯铁为例说明金属的同素异晶转变。

金属在固态下随温度的变化,由一种晶格变为另一种晶格的现象,称为金属的同素异晶转变。液态纯铁冷却到1538℃时,结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe;继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变,体心立方晶格δ-Fe转变为面心立方晶格γ-Fe;再继续冷却到912℃时,γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。纯铁变为固态后发生了两次同素异晶转变。2.解释下列概念,并说明其性能和显微组织特征。铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体

铁素体即α-Fe和以它为基础的固溶体，具有体心立方点阵。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。铁素体还是珠光体组织的基体。在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。奥氏体简介英文名称：austenite晶体结构：面心立方（fcc）字母代号：A、γ定义：碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体命名：为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(1843～1902)对金属科学中的贡献而命名。微观表述：γ－Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51×10－8cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时，γ－Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时其溶碳量为0.77%。性能特点：奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。不具有铁磁性。因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。渗碳体（cementite）——铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。分为一次渗碳体（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。渗碳体：晶体点阵为正交点阵，化学式近似于碳化三铁的一种间隙式化合物。珠光体：奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物莱氏体：高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和碳化物(或渗碳体)所组成的共晶体。3.什么是共晶转变和共析转变?试以铁碳合金为例,说明其转变过程及显微组织特征。

合金的共析转变是一定成分的固相,在一定温度下,同时析出两种或两种以上一定成分的新固相的转变。对于铁碳合金,共析转变是碳含量为0.77%的奥氏体在727C同时析出一定成分的铁素体和渗碳体的转变。反应式为:AsEFpFesC显微组织的特征:由于铁素体和渗碳体在恒温下同时析出,两相互相制约生长,因此,形成铁素体和渗碳体层片交替排列的细密的机械混合物——珠光体。合金的共晶转变是一定成分的液相在一定温度下同时析出两种或两种以上一定成分的不同固相的转变。对于铁碳合金,共晶转变是碳含量为4.3%的液相在1148C同时析出碳含量为2.11%的奥氏体和渗碳体的转变。4.默画简化的Fe-Fe3C相图,说明图中的特性点、特性线的舍义,并填写各区域的相和组织组成物。

参考答案：略。

5.根据Fe-Fe3C相图,确定下列4种钢在给定温度时的显微组织,如表3-4所示。

参考答案：略。

6.同样形状和大小的3块铁碳合金,其成分分别为wc=0.2%、wc=0.65%、wc=4.0%，用什么方法可迅速将它们区分开来?

硬度法、断口法、金相法等。7.根据Fe-Fe3C相图解释下列现象。(1)在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000C~1250C。(2)钢钟钉一般用低碳钢制作。(3)在1100C时,wc=0.4%的钢能进行银造,而wc=4.0%的铸铁不能锻造。(4)在室温下,wc=0.9%的碳钢比wc=1.2%的碳钢强度高。

(5)钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力锯条易磨钝。

(6)绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝),而起重机吊重物时却用钢丝绳(60钢、65钢70钢等制成)。

(1)此区域为单相奥氏体,相对较软,易变形；(2)低碳钢塑性较好；略。8.钢中常存的杂质有哪些?硫、磷对钢的性能有哪些影响?

钢中常存在杂质指的是硫和磷

他们对钢的影响是：

当磷的含量偏高时,则钢有较高的冷脆性——即钢在低温下呈现的耐冲击值明显降低的现象

当硫的含量偏高时,则钢会出现热脆性——即钢在较高温下呈现的耐冲击值明显降低的现象。

9.碳钢常见的分类方法有哪些?试说明20钢45钢、60钢0215-A钢、0235-B钢、T8钢、T10A钢、T12钢、ZG310-570钢的名称及钢中数字与符号的含义,并写出每个牌号钢的一两个应用实例。

按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类.碳素结构钢又可分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种.按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（ΩC≤0.25%）,中碳钢（ΩC0.25%-0.6%）和高碳钢（ΩC>0.6%）按磷、硫合量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）一般碳钢中含碳量越高则硬度越高,强度也就高,但塑性降低.一．碳钢的分类1.按碳的质量百分数分：低碳钢（C：≤0.25％）中碳钢（C：0.25％≤C≤0.6％）高碳钢（C：＞0.6％）含碳量越高,硬度、强度越大,但塑性降低2.按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）：普通碳素钢（S≤0.055％,P≤0.045％)优质碳素钢（S≤0.040％,P≤0.040％)高级优质碳素钢（S≤0.030％,P≤0.035％)3.按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等二．碳钢的牌号与用途1.普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等.数字表示最低屈服强度.Q195、Q215、Q235塑性好,可轧制成钢板、钢筋、钢管等.Q255、Q275可轧制成型钢、钢板等.2.优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示.如20＃、45＃等.20＃表示含C：0.20%（万分之20）.用途：主要用于制造各种机器零件3.碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示,并在前冠以T.如T9、T12等.T9表示含C：0.9%（千分之9）用途：主要用于制造各种刀具、量具、模具等4.铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以ZG,数字代表钢中平均质量分数（以万分数表示）.如ZG25,表示含C：0.25%.用途：主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的零件,如齿轮、联轴器等.二．铁及铁基合金在碳钢中加入一种或多种合金元素,形成的钢称之为合金钢。10.随着钢中含碳量的增加,钢的力学性能如何变化?为什么?

随着铁碳合金的碳含量增大,其室温组织按F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅡ→Fe3C的顺序变化。而P和Ld′都是F和Fe3C的机械混合物。所以,可以认为铁碳合金组织是随着碳含量增大从F→F+Fe3C→Fe3C变化,并且两者相对量的变化规律亦呈直线关系。铁素体强度、硬度低,但塑性、韧性好,起基体相作用;渗碳体则很硬脆,是强化相。因此,随着碳含量的增加,铁碳合金的硬度越来越高,而塑性、韧性越来越低。实验测得的碳含量wC与力学性能之间的关系曲线,可见韧性曲线k值下降的幅度比塑性指标和要快,这说明韧性指标对渗碳体量的增加更敏感。硬度的变化基本上是随碳含量的增加呈直线上升。而强度是一个对组织形态很敏感的力学性能,在亚共析区,因为只有铁素体和渗碳体两种组织的相对量变化,强度基本上是随碳量增加而直线上升;当碳含量超过0.77%而进入过共析区时,其组织为珠光体渗碳体,由于有游离渗碳体的存在,使强度的增加趋缓;另外,二次渗碳体是在原先奥氏体的晶界处析出的,当wC超过0.9%后,随着碳含量增加,渗碳体含量增多,逐渐形成网状,大大削碳钢的力学性能与碳含量的关系弱了晶粒间的结合力,使强度急剧降低。因此在wC为0.9%处出现强度最大值,随后强度则不断下降。11.wc>0.6%的碳钢,其铸造性能比wc<0.6%的碳钢差,但为什么wc=4.3%的铸铁的铸造性能好于碳钢?

参考答案：略。

12.什么是铸铁?铸铁与钢相比有何优点?

铸铁是指以铁、碳、硅等组成的合金的总称。与钢相比铸铁具有优良的铸造性能；良好的切削加工性能；较好的耐磨性和减振性；较好的缺口敏感性；价格低廉；但抗拉强度较低。13.解释概念:白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁、石墨化、孕育处理。

白口铸铁主要用于制造耐磨性要求较高的零部件,例如刀片和切割工具。灰口铸铁是一种具有良好机械性能的铸铁,其强度较高,同时也具有较好的抗腐蚀性能。麻口铸铁是是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁。石墨化:铸铁中碳原子析出石墨的过程。孕育处理是指在凝固过程中,向液态金属中添加少量其它物质,促进形核、抑制生长,达到细化晶粒的目的。14.灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁在组织上的根本区别是什么?其组织对力学性能有什么影响?

1，灰铸铁：碳主要由片状石墨出现的铸铁成为灰铸铁，断口为暗灰色。生产简便，成本较低，具有耐磨减振的性能，易于铸造，是应用最广泛的铸造合金。显微组织由：金属基体（珠光体，铁素体，珠光体加铁素体三种）和石墨片组成。a强度性能较差b减摩性好c减振性好d缺口敏感性小e铸造和切削性能良好（唯一可干式切削的材料）。不能锻造，焊接性能极差。

2，可锻铸铁：它是将白口铸铁坯件经长时间高温退火得到的韧性较好的铸铁。由于团絮状石墨对基体的破坏作用减轻，因而它必灰铸铁强度韧性明显提高。

3，球墨铸铁：石墨大部或全部成球状的铸铁。有较高的强度和塑性。

4，蠕墨铸铁：大部分石墨成蠕虫状的铸铁。蠕虫状的石墨介于片状石墨和球状石墨之间，既有共晶团内石墨相互连接的片状结构，又有头部较圆，类似球墨的形状。它强度较高，壁厚敏感性较小，铸造性能良好，屈强比较高，冲击韧性较高，耐磨。15.为什么铸铁牌号不用化学成分表示,而用力学性能表示?

因为铸铁的性能不仅取决于化学成分，还与铸件的壁厚密切相关，铸件壁厚又涉及冷却速度，因此它的牌号以力学性能表示.

16.铸铁的抗拉强度和硬度主要取决于什么?如何提高铸铁的抗拉强度和硬度?铸铁的抗拉强度高,其硬度是否也一定高?为什么?

主要影响抗拉强度的是组成组织，珠光体含量越多，抗拉强度越高，硬度随着珠光体、碳化物、磷共晶、马氏体、贝氏体的数量增加而增加。正常铸件可以通过提高珠光体数量和珠光体片层厚度来提高强度和硬度，如果允许也可采用热处理的方法。17.灰口铸铁件薄壁处常出现高硬度层,使机加工困难,请说明高硬度层产生的原因及消除的方法。

原因:铸件冷却时,在表层和薄壁处,由于冷却速度较快,达不到石墨化,往往产生白口,碳以Fe3C形式存在,导致组织硬化而脆加工性能差,易剥落;方法:去白口处理,软化退火,在850℃-950℃高温保持1-2h,以消除白口,降低硬度,改善加工性。18.为什么可锻铸铁适合制造薄壁零件,而球墨铸铁不适合制造这类零件?

可锻铸铁的力学性能接近于同类基体的球墨铸铁,但与球墨铸铁相比,具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点。因此,生产中常用可锻铸铁制作一些截面较薄的零件,而如果用球墨铸铁铸造,易于形成白口。19.为什么铸铁的含碳量通常要选择接近共晶成分的?

20.下列牌号表示什么铸铁,其符号和数字表示什么含义?HT1500T450-10KTH300-06KT7550-04

字母后面的两组数字分别表示其最小的抗拉强度值(MPa)和伸长率(%)。如：KTH300-06:铁素体和团絮石墨;KTZ550-04:珠光体和团絮状石墨。21.下列说法是否正确?为什么?

(1)通过热处理可将片状石墨变成球状石墨,从而改善铸铁的力学性能。(2)可锻铸铁因具有较好的塑性,因此可进行锻造。(3)白口铸铁由于硬度很高,因此可用来制造各种刀具。(4)在灰铸铁中,碳、硅含量越高,铸铁的抗拉强度和硬度就越低。

参考答案：略。

22.现有形状、尺寸完全相同的白口铸铁、灰铸铁、低碳钢各一块,试问用什么管便方法可迅速将它们区分开来?

由于它们含碳质量分数不同，特性就不同，最显著的是硬度不同，前者硬度低，韧性好，后者硬度高，脆性大。从这两方面考虑，可有多种方法，如（1）、用钢挫试挫，易挫者为低碳钢，（2）、用榔头敲砸，砸不断的是低碳钢。等等。模块4钢的热处理1.什么是热处理?热处理对零件制造有什么重要意义?

热处理是将金属或合金在固定范围内，通过加热、保温、冷却的有机配合，使金属或合金改变内部组织而得到所需要的性能的操作工艺。通过热处理，可充分发挥金属材料的潜力，延长零件和工具的使用寿命，节约金属材料的消耗。2.试阐述控制奥氏体晶粒大小的实际意义和方法。

影响奥氏体晶粒大小的因素:(1)加热温度和保温时间:加热温度越高,保温时间越长,形核率越高,长大速度也越快,奥氏体晶界迁移的速度越快,因此奥氏体晶粒越粗大。(2)加热速度:加热速度越快,奥氏体实际形成温度越高,形核率提高,由于时间短晶粒来不及长大,所以可获得细小的起始晶粒。生产中常用的快速加热淬火、超快速加热及脉冲加热淬火都是依据此原理来细化或超细化奥氏体晶粒的。(3)化学成分:在一定的含碳量范围内,随着奥氏体中含碳量的增高,碳在奥氏体中的扩散速度以及铁的自扩散速度均增大,奥氏体晶粒长大倾向增加,但当含碳量超过一定量时,由于形成二次渗碳体,会阻碍奥氏体晶粒的长大。合金元素钛、锆、钒、钨、铌等形成的碳化物熔点较高,弥散分布在奥氏体中,阻碍奥氏体晶粒长大;非碳化物形成元素硅、镍等对奥氏体长大速度影响不大;而锰、磷、氧等元素会增加奥氏体晶粒长大的倾向。控制奥氏体晶粒大小:当钢的化学成分一旦确定,则通过控制加热温度、保温时间和加热速度来控制奥氏体晶粒大小。3.试阐述共析钢奥氏体形成的几个阶段,分析亚共析钢和过共析钢奥氏体形成的主要特点。

共析钢加热形成奥氏体可分为四个阶段:(1)奥氏体晶核的形成,这个过程称为奥氏体形核;(2)奥氏体晶核的长大;(3)残余渗碳体的溶解,当铁素体全部转变为奥氏体后,还会有部分渗碳体没有溶解,这部分渗碳体称为残余渗碳体。随着时间的延长,残余渗碳体会不断溶解,直至全部消失。(4)奥氏体成分的均匀化延长保温时间,通过碳原子的扩散,可使奥氏体的含碳量趋于均匀一致。亚共析钢加热到Ac1温度时,珠光体转变成奥氏体,但铁素体不会全部转变成奥氏体,只有加热到Ac3温度时,才能形成单一奥氏体。同样的道理,对过共析钢需要加热到Accm线以上,才能形成单一的奥氏体。4.为什么随着过冷度的变化,过冷奥氏体的稳定性发生了变化?

1.由奥氏体化温度冷到等温温度的冷速,对各种类型转变的等温孕育期都有一定影响,并且冷速与孕育期关系曲线有一峰值。2.冷速对奥氏体化稳定性不同钢种的等温曲线都有一定影响。3.奥氏体化温度不同,冷速与孕育期关系曲线峰值的位置有所改变。5.共析钢的等温冷却转变曲线与连续冷却转变曲线有什么不同(画图),原因是什么?

略。6.钢的等温冷却曲线在实际生产中有什么意义?

检测与实际是否符合。钢的等温冷却曲线生产实际中,由于连续冷却C曲线测定的困难(冷却速度不好控制),常常利用钢的等温冷却曲线来推测连续冷却过程中的情况,但基本上与实际符合的很好,就是最好检测结果。7.什么是钢的马氏体临界冷却速度?它的大小受哪些因素影响?它与钢的淬透性有何关系?

钢在淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度叫临界冷却速度。它的大小主要有以下几个因素影响(1)含碳量的影响;(2)合金元素的影响;(3)加热温度和保温时间的影响。8.钢的热处理包括哪些基本方法?

钢的热处理是将钢在固态下,通过加热、保温和冷却的方式来改变其内部组织,从而获得所需性能的一种工艺方法.热处理的主要种类如下

退火：把钢加热到一定温度并在此温度下保温,然后缓慢地冷却到室温,这一热处理工艺称为退火,常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火.

正火：将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后在空气中冷却的热处理方法称为正火.正火与退火的目的基本相同,但正火的冷却速度比退火冷却速度快,得到的组织较细,硬度、强度较退火高.

淬火：将钢加热到一定温度,经保温后快速在水(或油)中冷却的热处理方法称为淬火.它的目的是提高材料的强度、硬度、耐磨性等.常用的淬火方法有:单介质淬火法、双介质淬火法、分级悴火.常川淬火剂有水、油或盐、碱的水溶液.

回火：将淬火后的钢重新加热到某一温度,并保温一段时间,然后以一定的方式冷却至室温,这种热处理方法称为回火.回火是淬火的继续,经淬火的钢须进行回火处理.回火的目的是减少或消除工件淬火时产生的内应力,适当调整钢的强度和硬度,稳定组织,使工件在使用过程中不发生组织转变.回火的种类有低温回火、中溢回火和高温回火,其中“淬火十高温回火”也称“调质处理”,经调质处理的零件具有良好的综合力学性能.

表面淬火：通过快速加热使工件表面迅速达到淬火温度.不等到热量传到心部就立即冷却的热处理方法.常用的方法有火焰加热表面淬火、感应加热表面悴火等.

化学热处理：钢的化学热处理是将工件置于化学介质中加热保温,改变表面的化学成分,从而改变表层性能的热处理工艺.常见的方法有渗碳、渗氮、液体碳氮共渗等。9.淬火状态下的钢的切削加工性如何,可采取什么工艺措施来解决，原因是什么?略。10.为了改善切削加工性,对20钢、17钢T10钢可采用什么热处理工艺?

去应力退火。11.试阐述钢的退火、正火、淬火的加热温度范围。45钢、T12钢的率加热温度是多少?

略。12.正火和退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火和退火?

冷却速度不同,正火的冷却速度空冷大于退火的冷却速度,强度和硬度有所提高,操作方便,生产周期短,成本低。根据含碳量和要求。13.试比较索氏体与回火索氏体、托氏体与回火托氏体、马氏体与回火马氏体在形成条件、金相组织形态与性能上的主要区别。

14.常见的马氏体形态有哪两种?各有哪些性能特点?

所谓马氏体是在快速冷却转变过程中,只有丫-Fe向a-Fe的晶格改变,而不发生碳原子的扩散。因此,溶解在奥氏体中的碳,转变成后原封不动地保留在a-Fe铁的晶格中,形成碳在a—Fe中的过饱和固溶体组织。马氏体的组织形态有针状和板条状两种。针状马氏体的含碳量高,性能特点是硬度高而脆性大。板条状马氏体的含碳量低,性能特点是具有良好的强度和较好的韧性。马氏体的硬度主要取决于马氏体中的含碳量。马氏体的含碳量越高,其硬度也越高。15.什么是钢的淬透性和淬硬性?其主要决定因素各是什么?

钢的淬透性:指钢在淬火时获得马氏体的能力。决定因素:淬透性是钢本身的固有属性,钢材的合理使用及热处理工艺的制定都淬透性密切相关。T8>45>40Cr>20钢的淬硬性:指淬火后马氏体多能达到的最高硬度。决定因素:马氏体的含碳量40Cr>T8>45>2016.什么是回火?回火包括哪几种,各获得什么组织,其应用范围有何不同?

回火的目的是:①消除淬火时产生的残余内应力;②提高材料的塑性和韧性,获得良好的综合力学性能;③稳定组织和工件尺寸。常用的回火方法有以下三种:(1)低温回火(250℃以下)组织:回火组织为回火马氏体。性能:基本上保持了淬火后的高硬度(一般为58~64HRC)和高耐磨性。应用:主要用于高碳工具钢、模具、滚动轴承、渗碳、表面淬火的零件及低碳马氏体钢和中碳低合金超高强度钢。(2)中温回火(350~500℃)组织:回火组织为回火屈氏体。性能:回火屈氏体的硬度一般为35~45HRC,具有较高的弹性极限和屈服极限。它们的屈强比(σs/σb)较高,一般能达到0.7以上,同时也具有一定的韧性。应用:主要用于各种弹性元件。(3)高温回火(500~650℃)组织:回火组织为回火索氏体。性能:其综合力学性能优良,在保持较高强度的同时,具有良好的塑性和韧性。硬度一般为25~35HRC。应用:广泛用于综合力学性能要求高的各种机械零件,例如轴、齿轮坯、连杆、高强度螺栓等。17.制造虎口钳、铿刀、弹簧垫圈、承力螺栓和连杆(30HRC~35HRC)等零件或工具,应采用什么热处理工艺,获得什么组织，其性能如何?

略。18.现有20钢和40钢制造的齿轮各一个,为提高齿面的硬度和耐磨性,宜采用何种热处理工艺?热处理后在组织和性能上有什么不同?

20钢采用渗碳的化学热处理,心部由于含碳量低韧性好,表层经淬火+低温回火后获得回火马氏体,硬度高而耐磨。40由于含碳量较高,采用调质处理,获得回火索氏体组织,使心部综合力学性能高,表面采用中频或高频表面淬火+低温回火后获得回火马氏体,硬度高而耐磨,与20钢的工艺相比,40钢工艺的强度高,能够传递大载荷,但表面硬度不如20钢的渗碳处理,耐磨性要差一些。19.为什么过共析钢的淬火温度选择Ac，以上30℃~50℃?

过共析钢的淬火温度一般在Ac1+30-50°C,因为此时加热状态为细小的奥氏体晶粒和未溶解的碳化物,淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳化物,这种组织不仅有高的强度和硬度,高的耐磨性;若T>Acm,1C%增加,Ms点下降,残A增多;2粗大M;3氧化脱碳严重,易变形开裂4增大淬火应力,增加了工件变形和开裂的倾向。

20.甲、乙两厂同时生产一种45钢零件,硬度要求为220HBS~250HBS。甲厂采用正火处理,乙厂采用调质处理,都达到了硬度要求。试分析甲、乙两厂生产的产品的组织和性能差异?试分析采用哪种处理工艺更合理?

甲厂采用正火处理,得到的是铁素体+索氏体组织,硬度较高但塑性和冲击韧性一般。乙厂采用调质处理,得到的是回火索氏体组织,硬度较高,并且塑性和冲击韧性也较高。采用调质处理工艺更合理。21.表面热处理包括哪些方法?

表面淬化和化学热处理。22.渗碳的目的是什么?为什么渗碳钢一般采用低碳钢和低碳合金钢?

钢的渗碳的目的是提高钢件表层的含碳量。渗碳后的工件需经淬火及低温回火,才能使零件表面获得更高的硬度和耐磨性(心部仍保持较高的塑性和韧性),从而达到对零件“外硬内韧”的性能。

23.钢渗氮后有什么优点?

1.高硬度和高耐磨性；

2.较高的疲劳强度。模块5合金钢1.什么叫合金钢?合金钢与碳素钢相比有哪些特点?

合金钢就是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一些合金元素的钢。合金钢与碳素钢相比力学性能好，淬透性好，还有一定的物理、化学性能。2.钢中常有的杂质元素有哪些?它们对钢的性能有何影响?

钢中常存有害杂质有S、P。S:硫不溶于铁,而以FeS形成存在,FeS会与Fe形成低熔点共晶,当钢材在1000℃~1200℃压力加工时,会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂,钢材将变得极脆,这种脆性现象称为热脆。P:磷在钢中全部溶于铁素体中,虽可使铁素体的强度、硬度有所提高,P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低,并使钢的脆性转化温度有所升高,使钢变脆,这种现象称为“冷脆”。3.合金元素对铁碳合金相图有什么影响?这种影响有什么工业意义?

合金元素对铁碳相图的重要影响之一是对临界点的影响。各种钢的临界点(A1、A3、Acm、Ms)温度不等，显示了合金元素的影响。故合金钢的热处理工艺与碳素钢不同，合金元素影响了钢的奥氏体化，也影响了过冷奥氏体的转变，使合金钢热处理后的组织、性能均发生了变化。扩大γ相区的合金元素Ni、Mn、Cu、N等使形成单相奥氏体的最低温度降低，即A3点温度降低，因而使Fe-C相图中的Ac1、AC3、Ar1、Ar3温度下降。下图所示为锰对铁碳相图中A1、A3的影响。可见，扩大了γ相区，A1、A3均随着锰含量的增加而降低。4.说明合金钢的分类和牌号的表示方法。

合金钢分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。⑴合金结构钢的编号原则是依据国家标准的规定，采用“数字+化学元素+数字”的方法，前面的数字表示干的平均含碳量，以百分之几表示；合金元素直接用化学符号（或汉字）表示；后面的数字表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几表示，合金元素的含量少于1.5%时，编号中只标明元素，一般不标明含量，如果平均含量等于或者大于1.5%、2.5%、3.5%......，则相应的以2、3、4......等表示。⑵合金工具钢的编号方法是：含碳量：平均含量≥1.0%时不标出；＜1.0%时以千分之几表示。高速钢有例外，其平均含碳量＜1.0%时也不标出。合金元素含量：表示方法与合金结构钢相同。⑶特殊性能刚一般指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等一些具有特殊的化学和物理性能的钢。①常用不锈钢包括铬不锈钢，主要牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17等；铬镍不锈钢（8-18型），8-18型在我国标准钢号中可认为是18-9型铬镍不锈钢，在国标GB1220-75中共有五个钢号，即0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。②耐热钢主要包括抗氧化刚和热强钢，抗氧化刚常用钢号为：3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Cr18Ni25Si2。常用热强钢包括：珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢等几种，珠光体钢主要钢号有15CrMo、12Cr1MoV；马氏体钢主要钢号有1Cr11MoV、1Cr12WmoV、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等；贝氏体钢主要钢号有12MoWVSiBRE、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB等；奥氏体钢主要钢号有1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。③耐磨钢因主要成分是1.0~1.3%C和11~14%Mn（Mn/C=10~12），加工方法主要是铸造，所以钢号即写成ZGMn13。5.合金渗碳钢的化学成分有什么特点,主要用在什么场合,通常采用哪种最终热处理?

合金渗碳钢性能特点，用于制造表面硬而耐磨，心部韧性好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。（具有良好的渗碳能力和淬透性）。

最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。6.什么是调质钢?为什么调质钢的含碳量为中碳?

通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看,低碳钢在淬火及低温回火状态虽具有良好的综合机械性能,但它的疲劳极限低于中碳钢,淬透性也不如中碳钢。7.合金调质钢中常含有哪些合金元素?它们在调质钢中各起什么作用?

调质钢中常用的主加合金元素有Si、Mn、Cr和Ni等，辅加合金元素有Mo、W、V和Ti等。这些合金元素在调质钢中主要起以下作用：增加淬透性，细化奥氏体晶粒，提高钢的强韧性，提高回火稳定性，以及抑制第二类回火脆性等。8.弹簧钢的成分特点是什么?9.为什么合金弹簧钢多用Si、Mn作为主加合金元素?为什么淬火后采用中温回火?

弹簧钢的合金元素主要为Mn、Si,其作用是为提高淬透性,强化铁素体。进行淬火和中温回火处理,得到回火屈氏体组织,其硬度可达40~50HRC,可保证在得到高的屈服强度的条件下,又具有足够的韧性。

为什么淬火后采用中温回火?略。10.为什么轴承钢要选用铬钢?为什么这种钢对非金属夹杂物控制特别严?

铬能提高淬透性,形成合金渗碳体(Fe,Cr)3C,呈细密、均匀分布,提高钢的耐磨性,特别是疲劳强度,因此轴承钢以铬作为基本合金元素。轴承钢中非金属夹杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能,尤其是对接触疲劳强度影响很大,因为夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点,其危害程度与夹杂物的类型、数量、大小、形状和分布有关。因此,轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。11.结构钢能否用来制造工具?试举几个例子说明。

结构钢包括碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢及合金结构钢(渗碳钢、调质钢)、弹簧钢、滚动轴承钢、低淬透性含钛优质碳素结构钢、易切削结构钢、冷冲压用钢,工具钢包括刃具钢(碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%、合金刃具钢、高速钢),模具钢(冷作模具钢、热作模具钢)、量具钢。12.什么是超高强度钢?特点是什么,主要用于哪些方面?

超高强度钢是用于制造承受较高应力结构件的一类合金钢。一般屈服强度大于1180MPa，抗拉强度大于1380MPa这类钢一般具有足够的韧性及较高的比强度和屈强比，还有良好的焊接性和成形性。按照合金化程度和显微组织，可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢三类。13.刃具钢的性能要求有哪此?

①高的硬度和耐磨性。②足够的强度、塑性和冲击韧度。③高的红硬性。14.制作刃具的材料有哪些类别?列表比较它们的化学成分、热处理方法、力学性能特点及用途。

常用的碳素刃具钢有T7A、T8A、T10A、T12A等，其碳含量通常在wc0.65%-1.3%范围内。因其生产成本低，冷、热加工工艺性能好，热处理工艺（淬火+低温回火）简单，热处理后有相当高的硬度（58-64HRC），切削热不大（

<200℃）时具有较好的耐磨性。因此在生产上获得广泛应用。对于侧重于要求韧性的工具如錾子、凿子、冲子等多采用T7、T8(A)钢；侧重要求硬度和耐磨性的工具如锉刀、刨刀多采用T12(A)、T13(A)钢；要求较高硬度和一定韧性的工具如小钻头、丝锥、低速车刀等多采用T9～T11(A)钢等。碳素刃具钢的缺点是淬透性低、回火稳定性小，红硬性差。因此，碳素刃具钢只能用于制造手用工具、低速及小走刀量的机用刀具。碳素刃具钢淬火时需用水冷，形状复杂的工具易于淬火变形，开裂危险性大等。当对刃具性能要求较高时，就必须采用合金刃具钢。

15.高速钢中的合金元素,如CrW、MoV、Co等在钢中各起什么作用?

W:高速钢获得红硬性主要元素,强烈降低钢的热导率V:显著提高钢的红硬性,硬度和耐磨性,有效的细化晶粒和降低钢的过热敏感性Cr:保证钢的淬透性,增加高速钢的耐蚀性和抗氧化能力,减少粘刀现象,改善刃具切削能力。其余略。16.热作模具钢的主要性能要求是什么?

硬度和强度;韧性;热疲劳性能;化学稳定性。17.解释下列名词。热硬性、蠕变、热强性、蟠变极限、持久强度极限

热硬性:钢在高温下保持高硬度的能力(也称红硬性)。蠕变:金属在恒温、恒载荷下缓慢产生塑性变形的现象。蠕变极限:金属材料在高温长期载荷作用下对塑性变形抗力指标。

蠕变极限:在某温度下,在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。持久强度:在规定温度下,达到规定实验时间而不发生断裂的应力值。18.腐蚀的根本原因是什么?提高合金耐蚀性的实质是什么?

第一、实质就是耐蚀元素阻止与腐蚀性环境中的氧化性元素、氢氧根、氢离子等反应；

第二、最主要的是Cr，当合金中Cr含量大于13%时，能在表面生成的致密氧化膜能抗保护深层的金属免受氧化；然后是Ni，可在碱性环境中免受腐蚀；还有Mo，主要耐酸。

第三、Hastlloy-C276被称为合金之王，其内部含有常见的元素，可以在各种环境中经受考验。19.提高合金耐蚀性的主要合金元素是哪两种?其作用是什么?

1.实质就是耐蚀元素阻止与腐蚀性环境中的氧化性元素、氢氧根、氢离子等反应;2.最主要的是Cr,当合金中Cr含量大于13%时,能在表面生成的致密氧化膜能抗保护深层的金属免受氧化;然后是Ni,可在碱性环境中免受腐蚀;还有Mo,主要耐酸。20.说明不锈钢的化学成分特点及其能抵抗腐蚀的原因。

所谓的钢腐蚀主要是钢中的铁元素和外界的氧气以及各种酸发生了化学反应造成了腐蚀，那么不锈钢之所以耐腐蚀就是因为钢中添加了铬元素，由于铬元素的存在形成了一层钝化膜，那么这层钝化膜保护了铁元素与外界氧以及各种酸的反应条件，对不锈钢当中的铁元素起到了保护作用，所以不锈钢才具备了耐腐蚀的特性。这层非常重要的含铬的氧化膜，它的厚度只有薄薄的1纳米，但是它的化学成分组成是非常不一样的，由于加工方法成分的不同，它的组成也不同。21.马氏体不锈钢的化学成分、热处理、用途特点是什么?

属于马氏体不锈钢的钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等.主要用在要求耐磨性好,要求强度高的场合.⑴焊接性有强烈的冷裂倾向,焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织,钢中含碳量越高,冷裂倾向越大.焊接时在温度超过1150℃的热影响区内,晶粒显著长大.过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化.例如,1Cr13钢焊后冷却速度小于10℃/s时,在热影响区将得到粗大的铁素体加碳化物组织,使塑性显著降低；当冷却速度大于40℃/s时,则会产生粗大的马氏体组织,同样也使塑性下降.马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小.⑵焊接工艺1）焊前预热预热温度为200～260℃,对高刚性焊件可预热至400～450℃.2）焊后冷却对于刚性小的焊件,可以冷至室温再回火；对于大厚度的焊件,需采用较复杂的工艺；焊后冷至100～150℃,保温0.5～1h,然后加热至回火温度.3）焊后热处理目的是降低焊缝和热影响区的硬度,改善塑性和韧性,同时减少焊接残余应力.焊后热处理分回火和完全退火两种.回火温度为650～750℃,保温1h,空冷；若焊件焊后需机加工的,为了得到最低硬度,可采用完全退火,退火温度为830～880℃,保温2h炉冷至595℃,然后空冷.4）焊条的选用焊接马氏体不锈钢用焊条分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类.常用铬不锈钢焊条有E1-13-16（G202）、E1-13-15（G207）；常用铬镍奥氏体不锈钢焊条有E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-15（A107）、E0-18-12Mo2-16（A202）、E0-18-12Mo2-15（A207）等.22.奥氏体不锈钢在性能特点和用途上与马氏体不锈钢有什么差异?

奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢是两种不同类型的不锈钢，具有截然不同的特性和性能。它们之间的主要区别包括：晶体结构：奥氏体不锈钢具有奥氏体晶体结构，为面心立方结构，而马氏体不锈钢具有马氏体晶体结构，为体心四方结构。这种晶体结构的差异赋予每种钢材独特的性能。耐蚀性：奥氏体不锈钢具有很强的耐蚀性，而马氏体不锈钢具有较低的耐蚀性。这是因为奥氏体不锈钢含有较高含量的铬和镍，它们会形成一层钝化氧化层，保护钢材免受腐蚀。强度：马氏体不锈钢通常比奥氏体不锈钢强度更高、更硬。这是因为它含有较高含量的碳和较少的镍，这使其具有可以通过热处理硬化的马氏体晶体结构。延展性：奥氏体不锈钢比马氏体不锈钢更具延展性，这意味着它更容易成型和成型而不会断裂。23.比较铬在调质钢、滚动轴承钢和不锈钢中的作用。

Cr加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用,增加钢的抗腐蚀能力。铬能显著增加钢的淬透性,但也能增加钢的回火脆性倾向。24.衡量高温材料的主要性能指标有哪些?

热强度和热稳定性。25.提高金属材料的抗氧化性的途径主要有哪些?

1）改变氧化层结构

钢中加入合金元素，生成尖晶石型氧化物FeO·M2O3或Fe2O3·MO，则钢就具有良好的抗氧化性。

2）提高出现FeO的下限温度

钢中加入合金元素，在与铁形成固溶体的情况下，如果能提高出现FeO的下限温度，也可以提高钢的抗氧化性。26.说明高温合金的分类和牌号的表示方法。

牌号前缀表示方法:阿拉伯数字的表示方法:表示方法分为两类:变形高温合金和焊接用高温合金丝牌号中数字的表示方法其他高温合金和金属间化合物高温材料牌号中数字的表示方法变形高温。27.镍基变形高温合金在化学成分、热处理、性能和应用上有什么特点?

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性，基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA-100H持久强度为标准，而目前镍合金所能承受的最高温度〉1100℃,而镍合金约为950℃，铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人们称镍合金为发动机的心脏。目前，在先进的发动机上，镍合金已占总重量的一半，不仅涡轮叶片及燃烧室，而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。与铁合金相比，镍合金的优点是：工作温度较高，组织稳定、有害相少及搞氧化搞腐蚀能力大。与钴合金相比，镍合金能在较高温度与应力下工作，尤其是在动叶片场合。镍合金具有上述优点与其本身的某些卓越性能有关。镍为面心立方体，组织非常稳定，从室温到高温不发生同素异型转变；这对选作基体材料十分重要。众所周知，奥氏体组织比铁素体组织具有一系列的优点。镍具有高的化学稳定性，在500度以下几乎不发生氧化，学温下也不受温气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。镍具有很大的合金能力，甚至添加十余种合金元素也不出现有害相，这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。28.铸造高温合金在化学成分、热处理、性能和应用上有什么特点?

1.合金化程度高。γ’强化相(见高温合金材料的金属问化合物相)形成元素铝、钛、铌、钽等高达16%，还加入一定量固溶强化元素钨、钼。2.铬含量较低，大部分都在10%以下。3.晶界强化元素硼含量都在O．01%以上。29.解释下列牌号中的符号及数字的含义,并指出它们属于哪种类型的钢:20A_20Cr,40CNiMoA、809Mn2,9Mn2V、GCr15、CrWMn,9SiCr,60Si2MnCr12MoV_1Cr131Cr18Ni90Cr18Ni9GH3030GH4167K214K409DZ22DD402

(1)碳素结构钢:1540;普通碳素结构钢:Q195;低合金高强钢:Q345;合金工具钢:CrWMn;合金结构钢:40Cr60Si2Mn。(2)15,40钢含义:含碳量分别为0.15%,0.4%的碳素结构钢。Q195:屈服强度为195MPa的普通碳素结构钢。Q345:屈服强度等级为395MPa的低合金高强钢。CrWMn:含碳量大于1%,而含Cr、W、Mn合金元素均不足1.5%的合金工具钢。40Cr:含碳量0.4%左右,而Cr合金元素含量不足1.5%的结构钢。60Si2Mn:含碳量0.6%左右,Si含量为2%,Mn含量小于1.5%结构钢。(3)含碳量越低,含合金元素量越低焊接性能越好,因此15,Q195,Q395钢的焊接性能好。30.航空发动机的工作特点是什么?分别列出发动机涡轮盘、涡轮叶片和燃烧室的选材特点。

工作条件具有“高温,高压,高速”的特点。略。模块6有色金属1.硬铝合金板材采用了包铝层,包铝层的作用是什么?

作用是保护基体材料免受腐蚀。2.铝合金的热处理强化方法与钢的有什么不同?

铝合金的热处理强化不发生同素异构转变。铝合金的淬火处理称为固溶处理,由于硬脆的第二相消失,所以塑性有所提高。过饱和的a固溶体虽有强化作用,但是单相的固溶强化作用是有限的,所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显,而塑性却有明显提高。铝合金经固溶处理后,获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时,第二相从过饱和固溶体中析出,引起温度、硬度以及物理和化学性能的显著变化,这一过程称为时效。铝合金的热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分。3.铝合金的固溶处理与退火相比有什么不同?

两者加热温度相同，只是冷却方式不同。4.铝合金时效强化对其强度、硬度、延展性有什么影响?

强度、硬度提高,延展性降低。5.什么是人工时效强化?什么是自然时效强化?它们的主要区别是什么?

略。6.7xxx的合金元素是什么?2xxx的合金元素是什么?

7xxx系铝合金是以锌为主要合金元素的铝合金,主要由Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金组成,有些合金还有少量的Mn、Cr、Zr、V、Ag、Ti等,属于热处理可强化铝合金。

2xxx以铜元素为主要合金元素的铝合金。7.什么是外场铆钉?什么是冰箱铆钉?

M铆钉成可以它的热处理已在制造厂完成，铆接前无需再进行热处理，使用非常方便，适合用于外场修理，也称为外场铆钉

冰箱铆钉是冰箱在铆接中,利用自身形变或过盈连接被铆接件的零件,通常为2024铆钉。使用前应经热处理,淬火后放在冰箱内冷冻保存,施工时从冰箱中取出。8.简述铝合金的分类及牌号表示方法。

例：2000系列铝合金代表是2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。9.简述铝合金的牌号、性能及在飞机上的应用。

铝是元素周期表中第三周期主族元素,原子序数为13,原子量为26.9815。铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性,如密度小,仅为2.7g/cm3,约为铜或钢的1/3;良好的耐蚀性和耐候性;良好的塑性和加工性能;良好的导热性和导电性;良好的耐低温性能,对光热电波的反射率高、表面性能好;无磁性;基本无毒;有吸音性;耐酸性好;抗核辐射性能好;弹性系数小;良好的力学性能;优良的铸造性能和焊接性能、10.简述镁合金的分类及牌号表示方法。

分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。变形镁合金主要合金系为:Mg-Zn-Zr系,Mg-Al-Zn系、Mg-Re-Zr系、Mg-Mn系和Mg-Li系牌号有MB1,MB2,MB3等；铸造镁合金中主要合金系:Mg-Zn-Zr系;Mg-Al-Zn系;Mg-Re-Zr系;Mg-Th-Zr系Mg-Al-Ag系等牌号有ZM1,ZM2,ZM5等。11.简述钛合金的牌号、性能及飞机上的应用。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。牌号:TC15牌号:TC16属马氏体+型钛合金,准高强钛合金。钛合金具有高强度、耐腐蚀等优异性能,可以保证连接件的可靠性和安全性。钛合金在航空领域中的应用非常广泛,可以用于制造飞机结构件、发动机零部件、螺栓、螺母等。12.简迷镁合金的性能特点及应用。

镁合金的强度不如铝合金，但密度小，只有铝的1/3，故比强度仍比铝合金高，并且刚度好，抗震能力强，切削性能好。用镁合金压铸的零部件轻薄，具有表面光亮，质量轻，强度重量比高，尺寸稳定，吸震性好，散热快，抗静电等特点。

镁合金广泛用于航空（发动机的机匣、机匣盖等）、航天、国防工业，汽车工业及制作各种镁合金型材。可以用于高档家用电器，如壁挂式电视机外壳、笔记本电脑外壳、通讯电子产品、汽车零、部件的制造。13.什么是黄铜?什么是青铜?

黄铜是一种铜合金,它的合金成分主要是Zn(锌元素),有的特殊黄铜也会包含Pb(铅元素)、Al(铝元素)、Si(硅元素)等等。青铜指的则是铜锡合金,包括铸造青铜和压力加工青铜这两类。14.镀青铜有哪些优异性能及应用?其热处理强化方法是什么?

其热处理特点是:固溶处理后具有良好的塑性,可进行冷加工变形。但再进行时效处理后,却具有极好的弹性极限,同时硬度、强度也得到提高。热处理强化方法略。15.说明下列合金牌号分别属于哪种类型的合金。2A12201460617A09-6A1-4V(TC4)T-5A1-25Sh(TA7)MB15ZM5H70ZCuZn16Si40Sn6.5-0.10A110-4-4

略。模块7高分子材料1.什么是高分子材料?它有怎样的结构特征?

高分子材料：macromolecularmaterial，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。2.如何确定高分子材料的分子量?按用途和热行为分别可以将高分子材料分为哪几类?

高分子材料按用途分类高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。3.简述高分子材料性能的主要特点及应用。

主要特点:优点(1)质轻,有透明品种;(2)具有优良的耐腐蚀性能,大多数能耐酸碱盐侵蚀,并耐水/抗氧化;(3)大多数与钢构成摩擦副的摩擦系数小、易滑动;(4)有缓冲作用,能吸收振动和声音;(5)导热系数较低,可用作隔热材料。缺点(1)容易发生蠕变、应力松弛现象,所以对施工要求严格规范;(2)热膨胀系数较大;(3)某些材料具有低温脆性;(4)耐热温度低(5)使用过程中会出现”老化”现象。应用:纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂、功能高分子。4.塑料是由哪些成分组成的?它们各起什么作用?

塑料的组成成分为合成树脂、填充料、增塑剂、固化剂、着色剂和稳定剂等。合成树脂。合成树脂是塑料的基本组成材料,在塑料中起粘结作用。塑料的性质主要决定于合成树脂的种类、性质和数量。合成树脂在塑料中的含量约为30%~60%。填充料。在合成树脂中加入填充料可以降低分子链间的流淌性,可提高塑料的强度、硬度及耐热性,减少塑料制品的收缩,并能有效地降低塑料的成本。增塑剂。增塑剂可降低树脂的流动温度Tf,使树脂具有较大的可塑性以利于塑料加工成型,由于增塑剂的加入降低了大分子链间的作用力,因此能降低塑料的硬度和脆性,使塑料具有较好的塑性、韧性和柔顺性等机械性质。固化剂。固化剂也称硬化剂或熟化剂。它的主要作用是使线性高聚物交联成体型高聚物,使树脂具有热固性,形成稳定而坚硬的塑料制品。着色剂。着色剂的加入使塑料具有鲜艳的色彩和光彩,改善塑料制品的装饰性。稳定剂。为防止塑料在热、光及其他条件下过早老化而加入的少量物质称为稳定剂。5.简述有机玻璃材料的优缺点。

优点:有机玻璃是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。与传统的陶瓷材料相比，有机玻璃除了无与伦比的高光亮度外，还有下列优点:韧性好，不易破损:修复性强，只要用软泡沫蘸点牙膏就可以将洁具擦拭一新;质地柔和，冬季没有冰凉刺骨之;色彩鲜艳，可满足不同品位的个性追求。用有机玻璃制作台盆、浴缸、坐便器，不仅款式精美，经久耐用，而且具有环保作用，其辐射线与人体自身骨骼的辐射程度相差无几。有机玻璃洁具最早出现于美国，已占据整个国际市场的70%以上。缺点:由于有机玻璃生产难度大、成本高，故市场上有不少质低价廉的代用品。这些代用品也被称为“有机玻璃”，其实是普通有机板或复合板(又称夹心板)普通有机板用普通有机玻璃裂解料加色素浇铸而成，表面硬度低，易褪色，用细砂打磨后抛光效果差。复合板只有表面很薄一层有机玻璃，中间是ABS塑料，使用中受热胀冷缩影响容易脱层。6.塑料王具有哪些特点?简述其在航空工程中的用途。

优异的耐腐蚀性；高温稳定性。用于行李舱架、地板、衬垫、座椅、窗框等。7.为什么飞机上使用酚醛塑料制作刹车块?

原理是通过材料本身的热容来吸热;再后来防热用上了利用材料的热解、熔化、蒸发等方式散热的烧蚀材料,包括石棉或玻璃等与一种叫酚醛的物质组成的无机复合材料。

8.胶黏剂是由哪些成分组成的?这些成分对每一种胶黏剂来说是否都是必需的?

胶粘剂主要由基料、固化剂和促进剂、偶联剂、稀释剂、填料、增塑剂与增韧剂及其他组分（添加剂）组成。

①基料：是胶粘剂的主要成分，大多为合成高聚物，起粘合作用，要求有良好的粘附性与湿润性。

②固化剂和促进剂：固化剂直接或者通过催化剂与主体聚合物反应，把固化剂分子引进树脂中，使分子间距离、形态、热稳定性、化学稳定性等都发生了明显的变化。使树脂由热塑型转变为网状结构。促进剂是一种可加速胶粘剂中主体聚合物与固化剂的反应，缩短固化时间、降低固化温度。

③偶联剂：能与被粘物表面形成共价键使粘接界面坚固。

④稀释剂：用于降低胶粘剂的粘度，增加流动性和渗透性。

⑤填料：改善树脂的某些性能，例如可降低树脂固化后的收缩率和膨胀系数，提高胶接强度和耐热性，增加机械强度和耐磨性等。

⑥增塑剂与增韧剂：增塑剂能增加树脂的流动性，有利于浸润、扩散与吸附，能改善胶粘剂的弹性和耐寒性。增韧剂能与主体聚合物起反应成为固化体系的一部分，从而改变胶粘剂的剪切强度、剥离强度、低温性能与柔韧性。

⑦其他组分：防老化剂、防霉变剂、阻聚剂、阻燃剂、着色剂等。9.简述胶黏剂的特点及在维护使用过程中应注意的事项。

1.在刷胶过程中,摄入小量各种胶可引起胃肠功能失调;2.过热的热熔粘结剂会引起一氧化碳中毒;3.接触含有表氯醇、氯化溶剂、甲苯或二甲苯的胶或者蒸气刺激眼睛;4.接触含有甲苯、三氯乙烯或二甲苯的胶刺激口、喉和鼻腔。10.简述橡胶的分类及其性质。

橡胶分类按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶为橡胶的胶体状水分散体；液体橡胶为橡胶的低聚物，未硫化前一般为粘稠的液体；粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状，以利配料和加工制作。20世纪60年代开发的热塑性橡胶，无需化学硫化，而采用热塑性塑料的加工方法成形。橡胶按使用又分为通用型和特种型两类。是绝缘体，不容易导电，但如果沾水或不同的温度的话，有可能变成导体。导电是关于物质内部分子或离子的电子的传导容易情况。11.对航空轮胎进行维护时应注意哪此问题?

在轮胎使用过程中，应当在轮胎表现不良状态的情况下对轮胎及时更换。（1）胎面损伤需要保养的情况有：胎面变形或鼓包而引起内部帘布层出现分离；胎面花纹条底部出现部分割口，且在邻近割口处的橡胶材料已经发生翘起；胎面出现明显的横向裂口，其在裂口方向有沿一定角度扩大的迹象。（2）胎面损伤需要撤