1、工程材料,总结复习,提纲,作业评讲 各章要点 复习总点 题型分析,第一章 工程材料的分类及性能,1. 一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf（19.614kN）的拉伸载荷，它的直径是多少？2. 一根2m长的黄铜棒温度升高80，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少应力？（黄铜线膨胀系数为2010-6 -1，平均弹性模量为110000MPa）线膨胀系数弹性模量,带入P=70MPa，F=19.614KN,计算得：D=18.89mm,带入线膨胀系数2010-6 -1，L1=2m，T=80 ,计算得： L=3.2mm,带入弹性模量110000MPa，L=2m，L=3.2mm
2、，计算得： =176MPa,5. 零件设计时，是选取0.2（S）还是选取b，应以什么情况为依据？a，机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力的重要力学性能指标；b，抗拉强度测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考虑，可用作设计依据，但所取的安全系数应该大一点。8. 有一碳钢制支架刚性不足，有人想用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？材料的弹性模量取决于材料的本性，一些处理方法（如热处理，冷热加工，合金化等）对它影响很小。提高零件刚度的方法是增加横截面积或者改变
3、截面形状。,第一章 工程材料的分类及性能,第二章 材料的结构,1.从原子结合的观点来看，金属材料、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上如何表现？3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。,4.晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？,第二章 材料的结构,第三章 材料制备的基本过程,1. 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？基本规律：过冷现象和结晶潜热结晶过程：a晶核的形成（自发形核和非自发形核）；b晶核的长大 2. 过冷度和冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？a冷却速度越大，过冷度越大。b在熔点温度，液体结晶速度和晶体晶体熔
4、化速度相等，处于动平衡状态，结晶不能进行，只有低于这个温度才能进行结晶。c过冷度越大，N（形核率）/G（长大速度）比值越高，得到的晶粒也越细小。,3. 如果其他条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小： （1）砂型铸造与金属型铸造 金属型铸造晶粒细小（提高过冷度） （2）厚壁铸件与薄壁铸件 薄壁铸件晶粒细小（提高过冷度） （3）加变质剂与不加变质剂 加变质剂晶粒细小（变质处理） （4）浇注时震动与不震动 震动晶粒细小（破碎晶粒）4. 凝固和结晶是不是一回事？影响凝固的因素有哪些？材料由液态转变为固态的过程称为凝固；如果凝固后得到晶体，这种凝固过程就叫做结晶。影响凝固的因素：过冷度，温度，扩散
5、等,第三章 材料制备的基本过程,第四章 二元相图及应用,3.一个二元共晶反应如下：L(WB=75%) （WB=15%）+（WB=95%），计算： （1） WB=50%的合金完全凝固时初晶与共晶+ 的质量分数，以及共晶体中相与相的质量分数； （2）若已知显微组织中初晶与共晶+ 各占一半，求该合金的成分（1）根据杠杆原理： %=（75-50）/（75-15）=41.67%（+ ）% =L%=（50-15）/（75-15）=58.33%共晶体中， %=（95-75）/（95-15）=25 %=（75-15）/（95-15）= 75%（2）设该合金成分为x%，根据杠杆原理：%=（x-75）/（95-7
6、5）= 50%计算得：x=85该合金成分为WB=85%,第五章 材料的变形,试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。a塑性变形对金属显微组织的影响在力的作用下，随着金属塑性变形的增加，不仅其外形要发生变化，而且其内部的晶粒形状也会相应的被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长成纤维状，晶界变得模糊不清。此时，金属的性能将会有明显的各向异性。塑性变形也会是晶粒内部的亚结构发生变化，使晶粒破碎成亚晶粒。这是因为塑性变形会促使晶粒内部的位错发生增殖和缠结，进而使各晶粒破碎成细碎的亚晶粒。b形变织构的产生当金属的变形量很大时，由于晶体的转动，使多晶体中原为任意取向
7、的各个晶粒会逐渐调整其取向而趋于一致。当出现织构后，多晶体金属就表现出一定程度的各向异性，这对材料的性能和加工工艺有很大的影响。c塑性变形对金属性能的影响随着变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这一现象称之为加工硬化。一般认为产生加工硬化的原因是晶体内部位错的增殖，造成位错间相互缠结，使位错运动困难，从而提高了强度。,2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在
8、冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。,第五章 材料的变形,第六章 钢的热处理,3.共析钢经正常淬火得到什么组织？它们经过200、400、600回火后得到什么组织？ 正常淬火得到马氏体和残余奥氏体；
9、回火转变：第一阶段（200 以下）：马氏体分解。得到回火马氏体第二阶段（200-300 ）：残余奥氏体分解。得到回火马氏体第三阶段（250-400 ）：碳化物的转变。得到回火托氏体第四阶段（400 以上 ）：渗碳体的聚集长大与相的再结晶得到回火索氏体,第六章 钢的热处理,4.某汽车用齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线为：下料锻造正火(1)切削加工渗碳(2) +淬火(3)、低温回火(4)喷丸磨削加工。请说明(1)(2)(3) (4)热处理工艺的目的及热处理后相应的组织大致的工艺参数。 （1）降低硬度，为机加工做准备。组织为F+P。(930 ,空冷) （2）提高表面含C量。(930 ，5
10、h) （3）在零件表面获得高硬度马氏体，组织为M。(830 ，860 , 20min，油) （4）降低淬火应力，获得回火马氏体。(200 ,3h),5.什么叫回火脆性？第一类回火脆性产生的原因是什么？如何防止？在250 -350和500-650 钢的冲击韧度明显下降，这种脆化现象称为回火脆性。淬火钢在250 -350范围内回火时出现的脆性叫做第一类回火脆性。几乎所有的钢都存在这类脆性，目前尚无有效办法完全消除这类回火脆性，因此又称不可逆回火脆性。所以一般都不在这个温度范围内回火。8.什么是淬透性？淬透性对钢的热处理工艺有何影响？钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。淬透性高
11、的轴，高温回火后其组织由表至里都是回火索氏体，其中渗碳体呈粒状分布，具有较高韧性；而未淬透的轴，高温回火后其未淬透的心部组织为片状索氏体，所以韧性较差。此外淬火组织中马氏体量的多少还会影响钢的屈服比和疲劳强度。马氏体量越大，屈服比越高，钢回火后的疲劳强度也越高。,第六章 钢的热处理,第七章 工业用钢,1.钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？ 常存元素有锰、硅、硫、磷。硫和磷是钢中的有害杂质。硫在钢中以FeS的形式存在，使钢变脆，尤其是FeS和Fe能形成低熔点（985 ）的共晶体（ FeS + Fe ），当钢在1000-1200 进行轧制时，分布在奥氏体晶界上的共晶体处于熔化状态而
12、使钢材被炸裂，这种现象称之为热脆；磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生冷脆，使钢的冷加工性能和焊接性能变坏。磷不仅降低塑性，同时还提高钢的脆性转化温度，给钢材在低温下使用造成潜在的威胁。硫和磷有利的一面。例如MnS对断屑有利，而且起润滑作用，降低刀具磨损，所以在自动切削车床上用的易切削钢，其硫的质量分类高达0.15%，用以改善钢的切削加工性，提高加工表面质量。在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。,2.指出下列钢号属于什么钢，各符号代表什么？,5*.判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：,8.滚齿机上的螺栓，本应用45钢
13、制造，但错用了T12钢，其退火、淬火都沿用了45钢的工艺，问此时将得到什么组织？有何性能？45钢的热处理工艺：完全退火（Ac3以上20-30 ）+ 淬火（ Ac3以上30-50 ）+高温回火T12的热处理工艺：球化退火（ Ac1以上Accm以下的双相区）+淬火（ Ac1以上30-50 ） +低温回火错用T12钢，按照45钢的热处理工艺就是T12完全退火+ Ac3以上30-50 淬火T12本来是球化退火，目的是消除网状的二次渗碳体，但错用完全退火，加热温度过高，消除不了网状的二次渗碳体，对性能不利。然后进行淬火，T12本来是加热到Ac1以上30-50 ，目的是限制了奥氏体的含碳量，减少淬火组织中
14、的残留奥氏体数量。淬火后获得均匀细小的马氏体和未溶粒状二次渗碳体组织，未溶二次渗碳体的存在有利于淬火钢的硬度及耐磨性。如果将过共析钢加热到Accm或者Ac3以上，由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后的马氏体也粗大，且残留奥氏体量增加，不仅降低钢的硬度、耐磨性和韧性，而且还会增大变形和开裂的倾向。最后进行回火，T12本来是低温回火，得到回火马氏体，但是用高温回火，最终得到回火索氏体。最终组织为回火索氏体+残留奥氏体+网状二次渗碳体,第八章 铸铁,2.现有两块金属，已知其中一块为45钢，另一块为灰铸铁HT150，请指出要鉴别他们应采用哪些方法？ A金相观察* B力学性能低 C耐磨性与减震性好
15、D工艺性能好（铸造流动性和切削性能）,6.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，热处理工艺上如何控制，依据是什么？ A 铸铁加热到900-950并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600 出炉空冷。退火过程中基体中的渗碳体分解出石墨，自奥氏体中析出石墨，这些石墨集聚与圆球状石墨周围，基体全转换为铁素体。B 将基体为铁素体及珠光体的球墨铸铁件重新加热到850-900，原铁素体及珠光体转变为奥氏体，并由部分球状石墨溶解于奥氏体，经保温后空冷，奥氏体转变为细珠光体。C 将球磨铸铁件加热到830-870温度保温，基体奥氏体化后，投入280-350的熔盐中保温，让奥氏体部分转变为下贝氏体
16、,7.不同阶段石墨化程度对灰铸铁的基体组织有何影响？,第一阶段的石墨化温度较高，碳原子容易扩散，故容易进行的完全；而第二阶段的石墨化温度较低，扩散困难些，往往进行的不充分。冷却速度稍大时，第二阶段的石墨化只能部分进行，冷却速度很大时，第二阶段的石墨化便完全不能进行。,第1章,基本概念、术语 弹性、刚度、强度、硬度、塑性 屈强比 弹性模量及其影响因素,第2章,基本概念、术语 晶体、非晶体、合金、固溶体 结合键及对材料性能的影响 金属的晶体结构 类型 立方晶格的晶面指数 、晶向指数标定 晶体缺陷及对材料性能的影响,第3章,基本概念、术语 结构起伏、成分起伏、能量起伏、同素异构转变 、过冷度。 凝固
17、和结晶 结晶宏观现象 过冷现象 结晶微观过程 形核 长大 晶粒大小的控制,第4章,基本概念、术语 相、相图、匀晶反应、共晶反应、共析反应、包晶反应 FeC相图 杠杆原理的应用 成分特征点 典型组织特征 典型成分合金的结晶过程,第5章,基本概念、术语 滑移、加工硬化、回复、再结晶、织构 金属的变形方式 加工硬化的基本原理,第6章,基本概念、术语 过冷奥氏体 、马氏体 、残余奥氏体、淬透性 、调质 各种热处理工艺概念、目的、组织 那类的钢适合哪种热处理工艺 典型零件的工艺路线,第7,基本概念、术语 热脆、冷脆、氢脆、固溶强化、细晶强化、弥散强化、二次硬化 钢中元素的作用 冷却曲线（C曲线） 常用材
18、料的选择 零件/构件 适用材料最终热处理工艺 组织,零件/构件举例：（P121) 建筑钢筋、汽车板弹簧、气门弹簧、汽车半轴、滚动轴承、重载齿轮、热锻模、钢结构桥梁、汽轮机叶片、手用锯条、高速车刀、车工刀具、耐酸容器、机床底座,材料举例： Q235，16Mn(Q345) ，20CrMnTi，W18Cr4V，GCr15，HT200， T10，40Cr，1Cr18Ni9Ti，1Cr13，60Si2Mn，65Mn，12Cr1MoV ，5CrMnMo,第8章,基本概念、术语 时效、白口、灰口 铸铁种类及特征 成分 组织 石墨化 过程 形态及对性能的影响 热处理特点,重要概念,晶体 位错 过冷度 枝晶偏析
19、 同素异构转变 组织 合金 铁素体 滑移变形 固溶强化 细晶强化 弥散强化 加工硬化 再结晶 奥氏体 过冷奥氏体 马氏体 残余奥氏体 淬透性 调质,重要知识,FeC相图及其应用 热处理知识 常用材料的选择,试卷题型,名词解释（20%，5个） 选择题填空题(20%) 问答题（60%） 一般问答题 作图题(010%)（组织特征图） 计算题（15%）（杠杆原理应用）,举例,分别计算T12钢在室温下的相组成物和组织组成物的相对量。 相组成物： F%=(6.69-1.2)/(6.69-0.0218)=82.33%， Fe3C%=1-F%=17.67% F%=(6.69-1.2)/(6.69-0)=82.06%， Fe3C%=1-F%=17.94% 组织组成物： P%=(6.69-1.2)/(6.69-0.8)=93.21%，Fe3CII%=1-P%=6.79% 或P%=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)=92.74%，Fe3CII%=1-P%=6.26%,枝晶偏析金属凝固过程中先结晶的枝轴与后结晶的枝间成分不同的现象。 相合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态、并以界面互相分开的、均匀的组成部分。,
