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1、 一 材料部分复习重点 1 材料的力学性能和晶体结构 强度 硬度 塑性 韧性基本概念 主要指标 实验方法 计算公式等 纯金属的晶体结构和结晶过程3种常见晶格及金属 体心立方 面心立方 密排六方3种晶格缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷结晶过程 晶核形成 晶核长大 过冷度 细化晶粒的3种办法 加大冷速 变质处理 搅拌振动细晶强化 自发晶核 人工晶核 合金的晶体结构固溶体 化合物 机械混合物的性能特征间隙固溶体 置换固溶体 1 2 铁碳合金及Fe Fe3C相图 共晶 共析 包晶转变的概念及相图的形态 铁碳合金的平衡组织 铁素体F 奥氏体A 珠光体P 渗碳体Fe3C 一次 二次 三次 莱氏体 高温Ld 低
2、温Ld Fe Fe3C相图的形态和各区域组织及特征点线0 0218 0 77 2 11 4 3 6 69 727 1148 亚共析 共析 过共析 亚共晶 共晶 过共晶6种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程 亚共析 共析 过共析钢的室温平衡组织及金相照片特征 从材料组织分析含碳量与力学性能的关系 c1 时 随碳量增加 硬度 强度 塑性和韧性 2 3 热处理 热处理时的组织与性能的变化分析 加热时 实现奥氏体化 用相图分析 冷却时 过冷奥氏体将实现珠光体或贝氏体或马氏体转变 会用C曲线分析 退火 正火 淬火 回火的加热温度 冷却方式及主要目的 防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺点和应用场合 双
3、液淬火 分级淬火 等温淬火 热处理组织 非平衡冷却组织 S T B M 回火S 回火T 回火M的定义与性能特征 上B 下B 低碳M 高碳M在显微镜下的形态特征及性能区别 3 4 钢铁材料 钢铁材料的分类 牌号意义及主要用途 Q235 45 T8与T8A T10与T10A T12与T12A 20CrMnTi 40Cr 60Si2Mn GCr9与GCr15 9SiCr W18Cr4V 2Cr13 4Cr13 1Cr18Ni9Ti HT150 HT300 KTH300 06 KTZ500 06 QT800 2 RuT380 石墨化过程及其影响因素 化学成分 冷却速度 碳钢中的杂质 有益 锰 硅 有害
4、 硫 热脆 磷 冷脆 合金元素对热处理性能的影响 除Co外的所有合金元素都使TTT曲线 又称C曲线 右移 从而提高淬透性 4 5 强化金属材料的方法 细晶强化 同时提高强 硬 塑 韧 如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁 固溶强化 强 硬提高 塑 韧略下降 如铁素体的强度高于纯铁 弥散强化 强 硬提高 塑 韧下降 又称为第二相强化如珠光体的强度高于铁素体 形变强化 强 硬提高 塑 韧下降 如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝 5 6 典型零件的选材与热处理方案 预备热处理 目的 改善切削加工性能 消除铸 锻 焊等毛坯制造过程中产生的热应力方法 完全退火 中高碳的亚共析钢 球化退火 过共析钢 正火 低碳钢
5、 最终热处理 目的 调整零件的最终性能 以满足使用要求方法 淬火 高温回火 良好综合力学性能 淬火 中温回火 高弹性 淬火 低温回火 高硬度 高耐磨性 渗碳 淬火 低温回火 或渗氮 外硬内韧 6 1 建筑用钢 钢窗 钢门 钢筋 Q235 不热处理 轴 齿轮 小销 轴 螺钉 不重要的零件 Q235 20 25等 不热处理或正火 重要的受力或传动零件 45 40Cr等 淬火 高温回火 2 机械零件 典型实例 弹性元件 60 65 60Si2Mn等 淬火 中温回火 弹簧 弹性垫圈 导柱 导套 心韧面硬的零件 20 25 20CrMnTi 表面渗碳 淬火 低温回火 耐腐蚀 容器 管道等 1Cr18Ni
6、9Ti 螺栓 叶片 齿轮等 2Cr13 不热处理 调质 7 3 工具 锯条等手工低速刀具 T10 T12等 淬火 低温回火手术刀 西餐刀等医用和食品加工刀具 4Cr13 淬 低回 手锤 扳手等韧性工具 T7 T8等 淬火 中温回火 4 机床底座 床身等箱体壳体件 HT200 HT350等 重型机床用高牌号 铸后去应力退火5 弯头 三通 阀门等薄壁耐蚀件 KTH300 06等 铸后石墨化退火6 曲轴等形状复杂的重载件 QT600 3 ZG200 400等 正火或淬火 高温回火 8 例1 用平衡状态的45 T8钢制成四个 10 10的试样 分别进行如下的热处理 请分析加热和冷却时的组织 并定性比较
7、试样的硬度大小 9 分析思路 1 加热到温后的组织 用相图准确分析750 45钢为F A T8钢为A700 45钢为F P T8钢为P 700 750 45 T8 10 2 不同冷却后的组织 用TTT图近似分析 水冷 M A残 油冷 F T B M A残 空冷 F S T 炉冷 炉冷 F P A转变 水冷 油冷 空冷 非A组织保留 11 例2 要制造汽车齿轮 连杆 弹簧 滚动轴承 车刀 锉刀 手术刀 机床床身等零件 仓库中备用的材料有 Q235 40Cr T8 T10A 65Mn HT300 W18Cr4V GCr15Mo 20CrMnTi 4Cr13 请选出合适的材料并叙述所选材料的名称 牌
8、号意义 零件最终热处理工艺 1 汽车齿轮 20CrMnTi 合金渗碳钢 C 0 2 Cr 1 5 Mn 1 5 Ti 1 5 渗碳 淬火 低温回火 2 连杆 40Cr 合金调质钢 C 0 4 Cr 1 5 调质 淬火 高温回火 3 弹簧 65Mn 弹簧钢 C 0 65 Mn 1 5 淬火 中温回火 12 4 滚动轴承 GCr15Mo 滚动轴承钢 C 1 左右 Cr 1 5 Mo 1 5 淬火 低温回火 5 车刀 W18Cr4V 高速钢 C 1 W 18 Cr 4 V 1 5 1280 淬火 560 三次回火 6 锉刀 T10 碳素工具钢 C 1 淬火 低温回火 7 手术刀 4Cr13 不锈钢
9、C 0 4 Cr 13 淬火 低温回火 8 机床床身 HT300 孕育灰口铸铁 b 300Mpa 30mm直径的试样 去应力退火 13 模拟试卷答案 一 改错题 在错误处的文句下方划线 并写出正确的文句只划线不改错无分 每题1分 共10分 1 材料的抗拉强度是指材料达到允许变形程度前的最大应力 断裂 2 当外力超过塑性材料的弹性极限后 材料将产生屈服变形 该弹性极限也是材料的屈服极限 不 3 HRA是测定硬质合金 淬火钢 表面淬火层的洛氏硬度测试方法 渗碳 4 低应力脆断是材料在低温下发生脆性所引起的 冷脆 5 结晶时成核速率愈小 生长速率愈小 则结晶后合金的力学性能愈好 大 6 置换固溶体中
10、溶质原子和溶剂原子半径相差愈小则溶解度愈小 大 7 球化退火为得到在铁素体基体上均匀分布的球状渗碳体 故其冷却速度比完全退火慢 占用炉子时间长 短 8 水淬后 过共析钢得到的是板状马氏体组织 亚 9 利用合金元素产生细晶粒钢 既减少晶界的面积 又提高晶界的强度 可提高钢的抗高温蠕变性能 粗 10 包晶反应是一个液态析出另外一个固态的反应 液相和一个固相 模拟试卷答案 14 二 填空题 每空1分 共10分 现代材料成形技术应定义为 一切用物理 化学 冶金原理制造机器部件和结构 或改进机器部件化学成分 微观组织及性能的方法 2 二战中 大量美国造全焊接 自由轮 发生折断事故 这主要是材料在低温下冲
11、击韧度明显降低 而面心立方晶格结构的材料不会发生这种冷脆现象 3 目前我们所知的强化金属的方法有 固溶 强化 细晶强化和弥散强化等 4 等温淬火法常用来处理形状复杂 尺寸要求精确 并要求有较高强韧性的零件淬火 5 弹簧淬火后应采用中温回火 可以得到回火 回火托氏体 组织 6 当某一材料的KIC 62MPa m1 2 材料中裂纹长度2a 5 7mm时 要使裂纹失稳扩展而导致断裂 需要的应力为20 72MPa K1 a 1 2 15 三 单项选择题 每题1分 共10分 1 金属材料的冲击韧度用符号ak表示 其计算单位为 2 1 N mm2 2 J cm2 3 kgf m mm2 4 Pa mm22
12、 金属在疲劳试验时 试样承受的载荷为 4 1 静载荷 2 动载荷 3 冲击载荷 4 交变载荷3 固溶强化的基本原因是 4 1 晶格类型发生变化 2 晶粒变细 3 晶格发生滑移 4 晶格发生畸变4 碳的质量分数为1 2 的碳钢 当加热至Ac1 Accm时 其组织应为 3 1 F A 2 P A 3 A Fe3CII 4 P Fe3CII5 A1 Ar1 Ac1 A3之间的关系为 2 1 A1 Ar1 Ac1 A3 2 Ar1A1 Ac1 A3 4 A3 Ac1 A1 Ar16 过冷奥氏体转变前所停留的时间称为 1 1 孕育期 2 转变期 3 过渡期 4 停留期 16 7 与钢相比 铸铁工艺性能的
13、突出特点是 3 1 焊接性能好 2 锻造性能好 3 流动性好 4 热处理性能好8 量具的最终热处理一般为 4 1 淬火 2 淬火 高温回火 3 等温淬火 4 淬火 低温回火9 60钢可以制造下列工件 2 1 游标卡尺 2 齿轮 3 塞规 4 锉刀10 使钢固溶强化最为显著的化学元素有 4 1 Cr 2 Mn 3 Ni 4 P 17 四 多项选择题 在五个备选答案中 至少有二个答案是正确的 每题2分 共20分 1 硬度指标包括以下几种 1 2 4 5 1 HBW 2 HBS 3 HRD 4 HRC 5 HV2 引起钢脆性的化学元素有 1 3 5 1 S 2 Al 3 P 4 Mn 5 H3 等温
14、退火的冷却是将亚共析钢保温后快速冷却到稍低于Ar1的温度 再进行处理 使A转变为P后 然后 4 5 1 随炉子一起冷却 2 在水中冷却 3 在油中冷却 4 在空气中冷却 5 在室温中冷却4 在钢冷却时对珠光体转变影响较大的合金元素为 1 2 3 5 1 Cr 2 Mo 3 W 4 Al 5 V5 促进石墨化的化学元素有 1 2 3 4 1 C 2 Si 3 Al 4 Cu 5 Mn 18 6 工具钢包括 1 2 4 5 1 模具钢 2 刃具钢 3 耐热钢 4 量具钢 5 高速钢7 高速钢具有 1 3 4 5 1 淬透性 2 高塑性 3 导电性 4 红硬性 5 回火稳定性8 钢的淬透性主要取决于
15、过冷奥氏体的稳定性 使C曲线右移 显著提高钢的淬透性的合金元素有 1 2 4 5 1 Mn 2 Ni 3 Co 4 Cr 5 V9 钢正火的目的是 1 2 4 5 1 提高硬度 强度 2 消除网状二次渗碳体 3 降低硬度以利切削加工 4 提高钢综合力学性能 5 消除内应力10 按石墨形态分 铸铁可分为 1 2 3 4 5 1 普通灰铸铁 2 孕育铸铁 3 可锻铸铁 4 球墨铸铁 5 蠕墨铸铁 19 五 综合题 共50分 1 附图所示为四种不同材料的应力 应变曲线 1 4 试比较这四种材料的抗拉强度 屈服强度 屈服点 刚度和塑性 6分 答 1 b 2 1 3 42 S 1 3 2 43 E 1
16、3 2 44 3 2 4 1 20 2 现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆 铝的密度为2 7g cm3 钢的密度为7 8g cm3 若要求承受同样的外力而不发生塑性变形 试问 1 新防护杆横截面积较原来大多少倍 2 新防护杆比强度是原来多少倍 5分 答 SAl FS A0Al SSt FS A0StFS SAlA0Al SStA0St575A0Al 690A0StA0Al A0St 690 575 1 2 SAl 2 7 SSt 7 8 575 2 7 690 7 8 212 96 88 46 2 41 21 3 现有45号钢材料 请1 根据铁碳合金相图 画出合金从液态冷却到室温的温度 时间曲线 并写出各个阶段的组织转变过程 2 如果大批或小批生产小轴零件 请分别选择两种合适的热处理方案 3 在C曲线上画出这两种热处理方案的工艺曲线 并分别标出其室温时的组织状态 解 2 大批生产小轴零件 采用正火热处理方案 小批采用调质热处理方案 3 V1为正火热处理方案 其室温组织为F SV2为调质热处理中的淬火 然后高温回火 其室温组织为回火S
