材料工程2

1、材料加工的概念和方法？通过改变和控制材料的外部形状和内部组织结构,将材料制造成为人类社会所需要的各种零部件和产品的过程叫材料加工。冷加工和热加工，车铣刨钻镗，铸造，焊接挤压。。。。2、钢液脱氧的概念，分为哪两类，各有什么优缺点。脱氧是用脱氧剂除去钢液中残留的氧化亚铁中的氧，还原出铁。氧化剂则被氧化，脱氧产物聚集上浮的钢液表面。脱氧方法分为沉淀脱氧和扩散脱氧两种。沉淀脱氧是将脱氧剂直接加入钢液中，使脱氧剂直接与钢液中的氧化亚铁反应进行脱氧，优点是速度快，缺点是氧化产物容易留在钢液中。扩散脱氧是将脱氧剂加在炉渣中，使脱氧剂和炉渣的氧化亚铁反应，按照分配定律，在一定温度下，FeO在炉渣中的浓度之比是一常数。当炉渣的氧化亚铁减少后，钢液的氧化亚铁向渣中扩散，达到间接脱氧的效果。缺点是速度慢，但是钢液干净。3、细化晶粒为何既能提高强度又能提高塑性？晶界面是位错运动的障碍，因而晶粒越细小，晶界越多，位错被阻滞的地方就越多，多晶体的强度就越高。细化的晶粒在提高多晶体强度的同时，也使其塑性与韧性得以提高。因为晶粒越细，单位体积内晶粒越多，形变时同样的形变量可分散到更多的晶粒中，产生较均匀的形变而不会造成局部应力过度集中，引起裂纹的过早产生与发展。4、充型能力的影响因素和提高充型能力的措施。充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力。因素：1.合金的流动性，与其合金成分，杂质，温度及其物理性质有关2.浇注条件：浇注温度，充型压力，和浇注系统结构。3.铸型性质及其结构。措施：正确选择合金成分。合理的熔炼工艺。预热铸型，减小温度差。提高静压头。5、淬硬性指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。淬透性：淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。6、铸造有几种？特点及应用？砂型铸造：由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。熔模铸造：尺寸精度高，可实现无或少切削加工，能铸造各种合金铸件，尤其适合于高熔点、难切削加工或其他方法难于成型的合金；生产批量不收限制，工艺过程复杂，工序多，生产周期长，成本高。金属型铸造：一型多铸劳动生产率高，劳动条件好，易实现机械化好和自动化，铸件尺寸精度高，表面质量好，切削加工余量少，金属型冷却速度大，铸件组织致密，力学性能好，铸造工序简化，工艺条件较易控制，因此铸件质量稳定，废品率低。但成本高，周期长，不易铸造复杂，大型、薄壁铸件和高熔点合金铸件。主要应用于大批量生产形状简单的有色合金。压力铸造：铸件尺寸精度高，零件多数可不经加工直接使用，可以实现嵌铸。可以制造出壁薄、形状复杂精密的铸件。铸件组织细密，强度高。生产率高，可实现自动化和半自动化。主要适用于有色金属薄壁、形状复杂的中小型精密零件的大批量生产。实型铸造：（1)由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。（2)各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本10%～30%，也为铸件结构设计提供充分的自由度。（3）简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高2~5倍。缺点：实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。主要用于不易起模等复杂铸件的批量及单件生产。离心铸造：铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高；生产中空铸件时可不用型芯，金属利用率高。便于制造筒、套类复合金属铸件，成形铸件时，可借离心力提高金属的充型能力，故可生产薄壁铸件。铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，铸件易产生比重偏析。广泛应用于制造铁管、铜套、缸套和双金属轴承等零件。7、三个晶区的特点和形成机理？表面细晶区中的晶粒通常是无方向性的细等轴晶。根据传统理论，当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也采用枝晶方式生长，由于其结晶潜热即可从型壁导出，也可以向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的细等轴晶组织。对于纯金属，其凝固前沿基本上呈平面生长，故其择优生长并不明显，凝固前沿以平面生长的方式逆着热流方向向内伸展而成为柱状晶组织。对于合金，当溶质元素在固-液界面前沿富集而逐渐增多时，柱状晶区的亚组织能呈现出从平面生长、胞状生长直到树枝状生长等各个阶段的结构形态。内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。8、铸造的缺陷有哪些，简述它们的定义及危害。9、渗碳钢淬火后从表面到心部碳含量示意图及组织特点渗碳热处理后，零件表面获得回火马氏体少量存于奥氏体及一定数量的粒状碳化物。表层硬度可达到HRC58-64,。心部组织为低碳马氏体，零件较大时心部组织可能出现屈氏体或索氏体。得到低碳马氏体时硬度可达HRC30-50。未淬火时硬度约为HB137-183.由于渗碳及后续热处理后表层为高碳马氏体，体积膨胀大，而心部为低碳马氏体，体积膨胀小，所以表层产生压应力，这有利于零件疲劳强度的提高。10、齿轮的生产1工作条件齿轮工作时，全部扭矩都作用在啮合的轮齿上，使其承受很大的弯曲应力和接触应力，而且是周期性地作用于每一个轮齿上，使其承受复交变应力的作用，齿轮在啮合传递扭矩的过程中或在相对滚动中也会发生相对的滑动而产生摩擦。齿轮有时在过载和强烈冲击条件下工作，使齿轮出现多种不同的失效形式。2性能要求a、良好的力学性能；b、良好的渗碳淬火性能；c、良好的抗冲击性能；d、良好的心部硬度韧性；e、3齿轮热处理工艺：表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。2．渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。3．渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。4．调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。5．正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。加工路线：下料→锻坯→预备热处理→高温回火→车齿坯→粗、精铣齿→渗碳→高温回火→淬火+低温回火→喷丸→磨端面及孔→磨齿→成品。11、亚共析钢和过共析钢温度的选择依据是什么？淬火组织应是细小的马氏体，残余奥氏体尽可能少，不能残存未溶的先共析铁素体，因此，亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30℃~50℃，过共析钢的淬火温度一般为Ac1以上30℃~50℃。亚共析钢在上述温度加热淬火后可获得均匀而细小的马氏体组织，由于钢的含碳量较低，淬火组织中残余奥氏体很少。过共析钢在上述温度加热淬火后可获得细小马氏体加粒状二次碳化物组织，硬度高的二次碳化物颗粒的存在会增加钢的硬度和耐磨性。如果将过共析钢加热到Acm以上的单相奥氏体区，那么由于奥氏体晶粒较粗大，含碳量较高，淬火后的组织将为较粗大的马氏体加较多的残余奥氏体。这既降低了钢的淬火硬度，又增加了钢的脆性，使钢达不到所要求的性能。12、渗碳的概念方法目的为了增加钢件表层的碳含量和一定的浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热或保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。13、区域提纯将金属棒从一端向另一端顺序的进行局部熔化，凝固的过程也随之进行。由于固溶体是有选择的结晶，先结晶的晶体将溶质（杂质）排入熔化部分的液体中。如此当熔化区域走过一遍以后，圆棒的杂质就会富集与另一端，重复几次即可达到目的，这种方法就是区域提纯；从提纯的效果来看，熔化区域越短则提纯的效果越好；这是由于熔区较长时会将已经推迟到另一端的溶质重新熔化跑到低的一端。通常熔区长度不大于试样长度的1/10。14、合金元素对钢的影响C元素：提高屈服点和抗拉强度，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低塑性、冲击性以及耐大气腐蚀能力。Si元素：提高钢的回火稳定性、提高钢的抗氧化性、提高钢的淬透性和淬透温度。Mn元素：提高钢的淬透性，从基体组织中扩散到析出的渗碳体中，形成合金渗碳体,改善其硬度。S元素:使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，改善切削加工性。P元素：增加钢的冷脆性，使焊接性变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。Cr元素:提高钢的淬透性,固溶强化基体组织，并改善基体组织的回火性和硬度。Ni元素：提高钢的淬透性，有助于改善钢的韧性。15、过冷度：熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。纯金属的过冷度等于其熔点与实际结晶温度的差值，合金的过冷度等于其相图中液相线温度与实际结晶温度的差值。每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。过冷度的大小与冷却速度密切相关，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度就越大；反之冷却速度越慢，过冷度就越小，实际结晶温度就更接近理论结晶温度。用途：连续冷却时候，冷却速度的高低影响相变时过冷度的大小。正是过冷度的大小影响组织形貌和结晶类型。缓慢冷却时候，合金在不大的过冷度下就发生了相变。这时候只能结晶析出石墨。过冷度足够大冷却速度足够快时候，就会析出渗碳体。1.退火把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温．a将钢加热到预定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却称为完全退火．目的是降低钢的硬度，消除钢中不均匀组织和内应力．b，把钢加热到７５０度，保温一段时间，缓慢冷却至５００度下，最后在空气中冷却叫球化退火．目的是降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢．c，去应力退火又叫低温退火，把钢加热到５００～６００度，保温一段时间，随炉缓冷到３００度以下，再室温冷却．退火过程中组织不发生变化，主要消除金属的内应力．2.正火：将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。3.淬火：将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。4.回火：钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。A低温回火１５０～２５０．降低内应力，脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性．B中温回火３５０～５００；提高弹性，强度