工程材料复习资料与习题总结Word格式.docx

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钢在淬火时获得M的能力或接受淬火的能力称为淬透性。

24.二次硬化：

合金钢在回火时由于析出细小弥散分布均匀的碳化物，使强度和硬度重新升高的现象称为二次硬化。

1.铁素体（F）（α固溶体）：

铁素体是碳在Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。

块状或片状。

塑性、韧性好，强度、硬度低。

2．奥氏体（A）（γ固溶体）：

奥氏体是碳在Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。

块状，粒状。

有很好的塑性。

3．渗碳体（Fe3C）：

铁和碳相互作用形成的金属化合物称为渗碳体。

条状，网状。

渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。

4．珠光体（P）：

由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的混合物。

铁素体和渗碳体呈层片状。

珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。

5．莱氏体（Le）：

由奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的混合物。

点状，短杆状。

由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。

二．辨析题

1.晶体类型

2.何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?

试较这三种反应的异同点. 

答：

共晶反应：

指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格

均不相同的两种晶体的反应。

包晶反应：

指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的

反应过程。

共析反应：

由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，

具有一定晶体结构的固相的反应。

共同点：

反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都

处于三相平衡状态。

不同点：

共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；

共析反应是一

种固相在恒温下生成两种固相的反应；

而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应

3．亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。

亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。

其中铁素体呈块状。

珠光体中

铁素体与渗碳体呈片状分布。

共析钢的组织由珠光体所组成。

过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。

钢的组织中都含有珠光体。

亚共析钢的组织是铁素体和珠光体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。

4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

在结构上：

固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

在性能上：

形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。

5.退火，正火，回火的区别。

退火：

将工件加热到临界点（Ac1、Ac3）以上或以下某一温度经过适当保温后缓慢冷却，一般是随炉冷却的一种工艺操作过程。

目的：

（1）改善组织和使成分均匀化，以提高钢的性能。

（2）消除不平衡的强化状态。

（3）经过重结晶以细化晶粒、改善组织，为最终热处理做好组织上的准备。

正火：

将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，经适当保温后在空气中冷却的一种操作工艺。

（1）普通构件的最终热处理，正火可使粗大组织细化、均匀化。

（2）重要零件的预先热处理。

（3）对于过共析钢、轴承钢和工具钢等用正火消除钢状Fe3C，以利于球化退火，同时细化晶粒，并为淬火做组织准备。

正火和退火的选择：

低碳钢（正火），中、高碳钢（退火）

淬火：

将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，经保温烧透后快冷，使A向M转变的一种操作工艺过程。

目的：

提高钢的强度和硬度，得到的组织是M

（淬火温度不能过低和太高）

冷却介质的确定：

水：

用于形状简单和大截面碳钢零件的淬火。

盐水：

用于形状简单和截面尺寸较大的碳钢工件的淬火。

油：

用于合金钢和小尺寸碳钢工件的淬火。

熔融盐碱：

用于形状复杂、尺寸较小和变形要求较严格的零件，经常用于分级淬火和等温淬火的工艺。

回火：

将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，经适当保温后冷却到室温的一种操作工艺过程。

（1）使淬火后的M和A残转变为稳定的组织，防止零件在使用过程中发生尺寸和形状的变化，特别是精密零件。

（2）防止变形和开裂，降低脆性。

（3）通过回火调整零件的强度、硬度、塑性和韧性，以满足对零件设计和使用的要求。

回火时性能的变化：

随回火温度升高，强度和硬度下降，塑性和韧性增加。

5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。

当铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。

固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。

5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？

如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。

因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。

同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

三．简单题

1.金属结晶的基本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大

结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率

2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？

手锯锯条：

它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。

如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A

普通螺钉：

它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235

车床主轴：

它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50

3、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》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。

4、高分子材料的主要性能特点是什么？

高分子材料性能特点：

具有高弹性和粘弹性；

强度低，比强度高；

耐磨、减磨性能好；

绝缘、绝热、绝声；

耐热性不高，耐蚀性能好；

存在老化问题。

5.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？

举例说明他们的用途？

低碳钢：

含碳量小于或等于0.25%的钢；

08、10、钢，塑性、韧性好，具有

优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；

15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。

中碳钢：

含碳量为0.30~0.55%的钢 

；

30、35、40、45、50钢经热处理（淬

火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；

高碳钢：

含碳量大于0.6%的钢 

60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具

有高的弹性极限，常用作弹簧。

T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀等。

6.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A 

Q235-AF：

普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

Q235-C:

屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢， 

Q195-B:

屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢， 

Q255-D:

屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢， 

Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。

通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。

40:

含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。

45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。

08：

含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。

塑性、韧性好，具有优良的冷成型

性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。

20：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。

用于制作尺寸较小、负荷较轻、表

面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。

20R：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，容器专用钢。

20G：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。

T8：

含碳量为0.8%的碳素工具钢。

用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷

的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T10A：

含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。

用于制造要求中韧性的工具，

如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12A：

含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。

具有高硬度、高耐磨性，但

韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。

7.说明共析钢 

C 

曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响 

曲线形状和

位置的主要因素。

过冷奥氏体等温转变曲线说明：

1）由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线;

由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。

A 

1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;

A1线以下,转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;

在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。

2）过冷奥氏体在各个温度等温转变时,都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。

对共析碳钢来说,转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖,它所对应的温度称为鼻温。

3）共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:

在C曲线鼻尖以上部分,即A1~550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变,转变产物是珠光体,故又称珠光体转变;

在C曲线鼻尖以下部分,即550℃~Ms之间,过冷奥氏体发生贝氏体转变,转变产物是贝氏体,故又称贝氏体转变;

在Ms点:

以下,过冷奥氏体发生马氏体转变,转变产物是马氏体,故又称马氏体转变。

亚共析和过共析钢的等温转变C曲线,与共析钢的不同是,亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。

过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。

影响 

曲线形状和位置的主要因素有：

（1）含碳量（亚共析钢中,随着含碳量的增加,钢的C曲线位置右移。

在过共析钢中,随着含碳量的增加,c曲线又向左移。

） 

（2）合金元素（除Co和Al质量分数为2.5%以上外，所有溶入A的合金元素都使C曲线右移，同时使Ms和Mf点下降。

（3）加热温度和保温时间（钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长,奥氏体晶粒愈粗大,则C曲线的位置愈右移）。

凡是提高奥氏体稳定性的因素,都使孕育期延长,转变减慢,因而使C曲线右移。

-反之,使C曲线左移。

四、钢的分类与热处理工艺

钢的表面热处理（钢的表面淬火）：

利用快速加热将表面层Ａ化后喷水冷却使表面层获得Ｍ组织的方法，以达到改变表面层性能的目的。

表面热处理用钢：

一般采用中碳钢和中碳合金钢。

（1）H68

黄铜

（2）W18Cr4V

高速钢

（3）Q235-A.F

普通碳钢

（4）1Cr18Ni9Ti

不锈钢

（5）GCr15

滚动轴承钢

QT600-02

球墨铸铁

（7）45

优质碳素结构钢

（8）HT200

灰口铸铁

（9）55Si2Mn

合金弹簧钢

（10）KTH350-06

可锻铸铁

（11）T10A

优碳素工具钢

（12）40Cr

合金调质钢

（13）20

（14）ChSnSb11-6

轴承合金

（15）Q235C

（16）QSn4-3

锡青铜

（17）QAl7

铝青铜

（17）08

（19）T12

碳素工具钢

（20）Y30

易切削钢

（21）HT150

（22）35

（23）16Mn

低合金结构钢

（24）20Cr

合金渗碳钢

材料排号类别典型热处理工艺应用举例

QT600球墨铸铁等温淬火＋高温回火曲轴，齿轮箱

1Cr18Ni9Ti不锈钢固溶处理耐蚀罐体，炉条

5CrMnMo热作模具钢淬火＋中温回火热锻模热挤压模

65Mn碳素钢淬火＋中温回火弹簧发条

GCr15滚动轴承钢淬火＋低温回火滚珠套圈

齿轮：

20CrMnTi渗碳钢；

渗碳＋淬火＋低温回火；

组织为回火马氏体。

连杆：

40Cr调质钢；

调质处理（淬火＋高温回火）；

组织为回火索氏体。

弹簧：

65Mn弹簧钢；

淬火＋中温回火；

组织为回火托氏体。

冷冲压模具：

Cr12MoV冷变形模具钢；

淬火＋低温回火；

滚动轴承：

GCr15Mo轴承钢；

球化退火＋淬火＋低温回火；

车刀：

W6Mo5Cr4V2高速钢；

淬火＋560℃三次回火；

组织为回火马氏体＋碳化物。

锉刀：

T10碳素工具钢；

热锻模具：

5CrMnMo热变形模具钢；

淬火＋高温回火；

机床床身：

HT300灰口铁；

无需热处理。

从下列钢号中选取合适的钢号填入表中，并说明其热处理工艺。

65Mn、20CrMnTi、GCr9、45、Q345

零件名称

钢号

热处理

汽车变速齿轮

20CrMnTi

渗碳+淬火+低温回火

弹簧

65Mn

淬火+中温回火

滚动轴承

GCr9

球化退火+淬火+低温回火

压力容器

Q345

热轧状态或正火状态

机床主轴

45

淬火+高温回火

五．铁碳合金相图问题

（1）写出Fe-Fe3C相图上①-⑥区的组织组成物，标明A，E，C，S，P，K各点的含碳量。

①区：

___F+P_____②区：

_____P___③区：

P+Fe3CⅡ__

④区：

P+Fe3CⅡ+Ld`⑤区：

_Ld`____⑥区：

_Fe3CⅠ+Ld`

A点：

______0_____E点：

___2.14%___C点：

___4.3%__

S点：

_____0.8%___P点：

___0.02%__K点：

__6.69%_

（2）计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？

（3）说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（1）空格中斜体部分为答案。

（6分，每空格0.5分）

（2）（5分）

由杠杆定律得：

室温下含碳0.6%的钢中珠光体为：

（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4％

室温下含碳0.6%的钢中铁素体为：

100%-74.4%=25.6%

（3）含碳量1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（4分）

1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？

（1）增加过冷度

（2）进行变质处理（3）附加振动

。

四、指出下列金属材料的类别（12分）（每空格0.5分）

C：

共晶点1148℃4.30%C，在这一点上发生共晶转变，反应式：

，当冷到1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体

E：

碳在

中的最大溶解度点1148℃2.11%C

G：

同素异构转变点（A3）912℃0%C

H：

中的最大溶解度为1495℃0.09%C

J：

包晶转变点1495℃0.17%C在这一点上发生包晶转变，反应式：

当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应生成具有J点成分的固相A。

N：

同素异构转变点（A4）1394℃0%C

P：

中的最大溶解度点0.0218%C727℃

S：

共析点727℃0.77%C在这一点上发生共析转变，反应式：

，当冷却到727℃时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P（

）

ES线：

碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm温度线，随温度的降低，碳在奥化体中的溶解度减少，多余的碳以

形式析出，所以具有0.77%～2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织

，从A中析出的

称为二次渗碳体。

GS线：

不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线，GP线则是铁素体析出的终了线，所以GSP区的显微组织是

PQ线：

碳在铁素体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在铁素体中的溶解度减少，多余的碳以

形式析出，从

中析出的

称为三次渗碳体

，由于铁素体含碳很少，析出的

很少，一般忽略，认为从727℃冷却到室温的显微组织不变。

HJB线：

包晶反应线，LB+δH↔γJ，产物A，仅在含碳量在0.09～0.53%的合金中产生。

ECF线：

共晶反应线，LC↔γE+Fe3C，产物Le，在含碳量2.11～6.69%的合金中产生。

PSK线：

共析转变线，在这条线上发生共析转变

，产物（P）珠光体，含碳量在0.0218～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。