自学考试工程材料与成型工艺复习资料

晶体原子（或离子）在三维空间有规律重复排列的物质晶格表示晶体中原子排列形式的空间格架晶胞组成晶格的基本几何单元晶粒由许多外形不规则的颗粒状小晶体组成，其中每个小晶体都称为晶粒同素异构转变同一金属在一定温度下发生晶体结构变化的现象回复金属加热到某一温度以上时，通过原子的少量扩散而消除晶粒的晶格扭曲，可显著降低金属的内应力（强度塑性变化不大）再结晶金属加热温度较高时，金属原子开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，从而完全消除加工硬化（强度硬度下降，塑性提高）加工硬化金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象液态金属结晶的必要条件过冷获得细晶粒组织的方法变质处理和振动（或搅动）依据变质处理在液态金属中加入一定量的变质剂促进非自发形移或抑制晶体的长大；振动加强液态金属的相对运动，从而促进形移，提高形移率，同时能打碎正在生长的枝晶，破碎的枝晶起晶核作用，从而获得细小晶粒影响结晶后晶粒大小的因素形移率N和生长线速度G。二者又与过冷度、变质处理、振动或搅动晶粒大小对金属的力学性能影响晶粒愈细，不仅其强度、硬度愈高，而且塑形和韧性也愈好固溶强化通过溶质原子的溶入形成固溶体以提高合金的强度、硬度的现象引起固溶强化的原因固溶体虽保持溶剂的晶格类型，但由于溶质与溶剂原子直径的不同，必将导致溶剂的晶格产生畸变。原子直径之差愈大，溶质原子融入的量愈多，晶格畸变愈严重。晶格畸变增加了位错运动的阻力，使滑移变形难以进行含碳量对碳钢力学性能的影响随着C%上升，硬度上升，强度先升后降（0.8%），冲击韧性下降，塑性上升，共析钢的奥氏体化过程分为哪几个阶段1界面形核2A核长大3未溶渗碳体溶解4A均匀化马氏体的本质马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体过冷奥氏体在不同温度等温转变时分别获得的产物A1～650℃转变得到粗片状珠光体组织；650～600℃索氏体；600～550℃屈氏体；550℃～Ms转变得到贝氏体；过冷奥氏体迅速冷却到Ms点得到马氏体指出Φ20mm的45钢经700℃760℃840℃等温加热，保温后，水冷各获得什么组织，力学性能差别700℃出现自由铁素体，会使钢的硬度降低；760℃得到马氏体组织，硬度和耐磨性提高；840℃得到粗大的马氏体，力学性能恶化同时增加淬火应力使变形和开裂的倾向增大45钢经调质处理后硬度为HB240，若再进行200℃回火，是否可使其硬度提高？如果45钢经淬火加低温回火后硬度为HRC57，若再进行560℃回火，是否可使其硬度降低？为什么？1硬度不会提高。原因调质过程中已经过了高温回火，温度大约为600℃，形成了索氏体，而在600℃下索氏体是不能进行组织转变的，但材料的组织应力可进一步减小。2可以，原因加低温回火温度约为150～250℃，其获得组织为马氏体，回火后马氏体在某一温度下进行转变，可以获得屈氏体，所以其硬度可以降低指出下列工件的淬火及回火温度范围，并说明其淬火组织和回火组织，以及大致的硬度（1）45钢轴（2）60钢弹簧（3）T12刚锉刀1淬火温度：Ac3以上30～50℃回火温度：高温回火500～650℃淬火组织：马氏体组织回火产物：回火索氏体硬度：HB200～350之间2淬火温度：Ac3以上30～50℃回火温度：中温回火350～500℃淬火组织：细晶粒、高强度高硬度的马氏体回火组织：回火屈氏体硬度：HRC35～45以上3淬火温度：Ac1以上30～50℃回火温度：低温回火150～250℃淬火组织：细晶粒、高强度高硬度马氏体回火组织：回火马氏体硬度：HRC58～64指出下列工件正火的主要目的及正火后获得的组织，20钢齿轮、45钢小轴、T12钢锉刀20钢齿轮：细化晶粒使组织均匀，改善切屑加工性能获得索氏体和铁素体；45钢小轴：细化晶粒使组织均匀，改善切屑加工性能获得索氏体和铁素体；T12刚锉刀：消除组织中的网状渗碳体，为球化退火做好组织准备，提高球化效果获得索氏体拟用T10钢制造丝锥，其成品硬度要求HRC60以上，加工工艺路线为轧制→热处理→机加工→热处理→机加工。试问（1）两次热处理工序名称和作用（2）确定最终热处理的工艺参数，并指出获得的显微组织（1）正火和球化退火降低应力和脆性；淬火加低温回火保持工件具有高的硬度和耐磨性（2）淬火温度加热温度为Ac1以上30～50℃，获得组织：马氏体。低温回火温度为150～250℃，获得组织为回火马氏体合金钢分类1按合金元素含量分高、中、低合金钢（5%、5～10%、10%以上）2按用途分合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢高速钢在空气中能够淬硬，为什么还要淬火并回火三次？能否用一次长时间回火代替？淬火后获得大量马氏体，保持其有足够高的硬度、耐磨性和热硬性。回火组织是回火马氏体+碳化物（含二次碳化物）+少量残余奥氏体。回火次数越多，残余奥氏体量越少，马氏体量越多。不能一次代替铸铁分类、最基本区别1白口铸铁：极少数溶于铁素体，其余都以化合态形式存在，断口面呈银白色2灰口铸铁：片状石墨形式存在，断面呈灰色3球墨铸铁：球状石墨形式存在4可锻铸铁：团絮状石墨形式存在指出铸铁种类和热处理方式、原因1机床床身：灰铸铁承受高负荷、耐磨和高气密重要铸件2柴油机曲轴：球墨铸铁弯曲疲劳强度、耐磨性、屈服强度高3犁铧：可锻铸铁长时间高温退火有一定塑性和较高韧性、质量稳定、机械性能好4汽车后桥壳：可锻铸铁长时间高温退火有一定塑性和较高韧性、质量稳定、机械性能好5球磨机衬板：白口铸铁耐磨固溶处理将含4%铜的铝合金加热到α相区中的某一温度，经过一段时间保温，获得单一的α固溶体组织。而后投入水中快冷，使次生相θ（CuAl2）来不及从α相中析出。在室温下获得过饱和α固溶体时效处理淬火后铝合金的强度和硬度随时间延续而显著提高的现象紫铜工业纯铜，为玫瑰红色，表面形成氧化膜后成紫色黄铜以锌为主要合金元素的铜青铜除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜铝合金强化途径时效强化、细化组织强化轴承合金特性1良好的减磨性2足够的抗拉强度和疲劳强度3良好磨合性4良好的耐蚀性、导热性和较小的膨胀系数5良好的工艺性能组织要求具有多相结构，软基体上分布着硬质点，或硬基体上镶嵌软颗粒常用巴氏合金的成分、性能和用途铅基轴承合金，成分以铅锑为主。但铅锑二元合金存在密度偏析。加入少量锡、铜、镉元素性能高温强度好，亲油性好，有自润滑性；但硬度、强度、韧性较锡基合金低，且摩擦系数较大用途制造中、低载荷的中速轴承，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆轴承常用工程塑料的种类1热塑性塑料2热固性塑料塑料的组成1树脂塑料的主要成分，联系着或胶黏着塑料中的其他一切组成部分，并使其有成型性能2添加剂改善塑料的某些性能橡胶的组成1生胶橡胶制品的主要组分，对其他配合剂来说起着粘结剂的作用2橡胶配合剂提高橡胶制品的使用性能或改善加工工艺性能塑料与橡胶成型工艺塑料：1注塑成型2挤塑成型3吹塑成型4压制成型5浇铸成型6传递模塑成型；橡胶：1压延成型2压出成型常见的造型方法手工造型、机器造型合金的流动性液态金属本身的流动性能。合金的化学成分（C、Si含量）越接近共晶成分的，合金的流动性越好影响流动性因素化学成分、浇注温度、浇注条件合金收缩1液态收缩产生缩孔的基本原因之一2凝固收缩产生缩孔、缩松3固态收缩产生铸造内应力、变形、裂纹的基本原因金属的锻造性能锻造金属材料时获得合格制品的难易程度影响因素1金属的本质（化学成分、内部组织）2加工条件（加热温度、变形速度、应力状态）自由锻的基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、锻接、扭转、错移。最常见的是镦粗、拔长、冲孔。（只能锻造简单零件）焊接热影响区材料因受热的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域低碳钢热影响区区分及组织性能、对焊接接头性能的影响1熔合区：焊缝与热影响区的过渡区，组织不均匀、晶粒粗大、强度下降，塑性和冲击韧性很差2过热区：生成过热组织，晶粒粗大，使材料的塑性、韧性下降3正火区：金属组织发生重结晶，组织细化，金属的力学性能良好4部分相变区：部分组织发生相变，产生晶粒大小不一，力学性能不均匀防止或减小焊接变形措施设计方面1合理地选择焊缝的尺寸和形式2尽可能减少不必要的焊缝3合理地安排焊缝位置；工艺方面1下料时在尺寸上要有一定的余量2采用反变形法3采用刚性固定法4采用合理的焊接规范5选用合理的焊接顺序6对变形进行矫正防止或减小焊接应力措施1合理选择焊接顺序2锤击或碾压焊缝3加热“减应区”法4焊前预热5焊后热处理金属晶格结构体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格共析反应由一定成分的固相，在一定温度下同时析出的两种成分和结构不相同的固相共晶反应一定成分的液相在一定温度下同时析出两种成分结构均不相同的固相合金两种或两种以上的金属或金属与非金属元素组成的共有金属特性的物质组元组成合金的最基本的独立物质相合金中化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分组织用金相观察法看到的由形态尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体，以及各种材料的缺陷和损伤组织组成物组成合金显微组织的具有特点形态的独立组成部分固溶体合金的组元之间以不同比例相互混合，混合后形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相就称为固溶体置换固溶体溶质原子取代溶剂晶格某些结点上的原子所形成的固溶体间隙固溶体溶质原子处于溶剂晶格的间隙中所形成固溶体金属化合物组元相互作用，各元素按一定比例形成的具有金属特性的新相机械化合物两种固溶体或固溶体加金属化合物所组成的合金匀晶相图两组元在液态和固态均无限互溶时所形成的相图共晶相图两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生共晶反应时所构成的相图相图用来表示合金系中合金状态，温度和成分之间平衡关系的图形过冷度金属结晶理论温度或平衡结晶温度To与金属结晶实际进行的温度Tn之差，△T=To-Tn过冷奥氏体当冷却速度加快时，奥氏体转变温度就会下降，即在A温度以下，奥氏体尚未转变残余奥氏体奥氏体被迅速冷却到Ms一下，未转变为马氏体的奥氏体索氏体过冷奥氏体在650～600℃区间转变，得到较细片状珠光体组织屈氏体过冷奥氏体在600～550℃区间转变，得到最细片状珠光体组织上贝氏体过冷奥氏体在550～350℃区间转变，羽毛状组织，强度与塑性都较低，脆性很高下贝氏体过冷奥氏体在350℃～Ms（马氏体转变开始温度）区间转变，针片状组织，综合性能好回火马氏体在200℃以下回火后，钢的组织是由过饱和的α固溶体和ε碳化物组成回火屈氏体在铁素体基体上弥散的分布着球状渗碳体的组织回火索氏体在铁素体基体上分布着球状渗碳体的组织淬透性钢在淬火后能获得淬硬层厚度的一种性质淬硬性钢在淬火后所能达到的最高硬度起始晶粒度珠光体刚刚转变为奥氏体的晶粒大小实际晶粒度实际加热条件下得到奥氏体的晶粒大小本质晶粒度钢加热930±10℃保温3-8小时，冷却后A晶粒倾向性退火将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却，获得接近平衡组织P的热处理工艺退火目的细化晶粒，降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能，消除内应力完全退火将亚共析钢加热到Ac3线以上30-50℃，保温一定时间然后随炉缓冷室温组织F+P不完全退火将共析钢和过共析钢加热到Ac1以上30-50℃，保温一定时间，然后随炉缓冷室温组织P+Fe3CⅡ等温退火将加热到Ac1以上20-50℃，保温一定时间，迅速冷却到Ar1以下某一温度，待A全部转变为P组织后出炉空冷室温组织P类组织优点退火时间短，组织均匀球化退火将钢加热到Ac3以上20-30℃，保温一定时间后以适当的方式冷却使钢中的渗碳体变成球形室温组织球状珠光体正火将工件加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温后从炉中取出空气中冷却的热处理工艺退火与正火的选择低碳钢宜采用正火；中碳钢皆可；过共析钢在消除网状渗碳体后采用球化退火。受力不大的工件，性能要求不高，可用正火作为最终热处理。形状复杂、尺寸大或重要零件采用退火。在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火退火的主要目的均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备淬火将钢加热到Ac3或