69工程材料复习提纲

工程材料复习提纲一、选择题(20*1`=20`)二、名词解释(5*2`=10`)A1疲劳：材料、零件和构件在工作时承受交变应力，即使交变应力往往低于屈服强度，但经一定循环次数后便发生断裂的现象。P6B1蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。BaiduA2热脆：当钢材在1000℃-1200℃进行热加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种现象称为热脆性。P55B2冷脆：受到磷等元素的影响，钢的塑形在室温下急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆性。P55A3本质粗晶粒钢：有些钢的奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，这类钢称为本质粗晶粒钢。P63B3本质细晶粒钢：有些钢的奥氏体晶粒不容易长大，只有加热到较高温度(900-950℃以上)时，奥氏体晶粒才急剧长大，这类钢称为本质细晶粒钢。P63A4临界冷却速度：保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度，称为临界冷却速度，用vk表示。P71B4奥氏体化：碳钢加热到A1点以上时，组织发生珠光体向奥氏体的转变，这种转变称为奥氏体化。P61A5回火稳定性：回火稳定性是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。P102B5热硬性：热硬性是指材料在高温状态下仍能保持高硬度的能力。P120三、简答题(6*5`=30`)A1、画出铁的冷却曲线，分析三条水平线的含义。曲线：教材P48；铁碳合金相图中有三条三相共存的水平线：①HJB包晶线②ECF共晶线③PSK共析线(即A1线)B1、画出碳含量对钢平衡组织力学性能的影响曲线，并分析强度变化的原因。曲线：教材P54；①对亚共析钢来说，随着wc的增加，组织中珠光体的数量相应地增加，钢的强度呈直线上升②对过共析钢来说，缓冷后由珠光体与二次渗碳体所组成，随着wc的增加，二次渗碳体发展成连续网状。当wc超过1.0%时，钢变得硬、脆，强度下降。A2、简述钢热处理的特点和目的。1.特点(即定义)：金属材料在固态下，加热、保温、冷却的工艺。2.目的：改变材料内部的组织和力学性能，不改变工件的几何形状和尺寸。B2、简述淬火内应力产生的原因，指出回火和去应力退火在应用上的区别。1.原因：a.由于工件冷却时表面和心部的冷却速度不同，收缩不均匀，导致(热)内应力的产生；b.过冷奥氏体向马氏体转变时(M的比容最大，A过冷比容小)，尺寸增加(或变化)不均匀，导致(相变)内应力产生。2.回火：消除淬火产生的内应力去应力退火：消除铸件、锻件、切削加工件的内应力A3、简述M与M回在形成条件、组织形态和力学性能上的区别。1.M：A过冷从大于或等于临界冷却速度的速度冷却后获得M回：M(或淬火钢)低温回火后获得2.M回与M的形态相同，没有区别，为片状或板条状；力学性能(σb,HB,δ,αK)基本相同。B3、简述S与S回在形成条件、组织形态和力学性能上的区别。1.S：A过冷在600-650℃等温保温获得S回：淬火钢高温回火后获得2.S：细小片状的F与细小片状的Fe3C层间分布S回：细小颗粒状的Fe3C弥散分布在多边形颗粒状F3.力学性能：σb，HB，δ基本一致，但αK：S回比S高一倍。A4、确定下列钢件退火的方法和目的(1)冷轧后的15钢：再结晶退火；消除冷变形硬化(2)锻造过热的60钢：完全退火；①细化晶粒②消除内应力B4、简述下列钢件正火的目的及正火后的组织，并比较与退火在应用上的区别(1)20钢齿轮：①细化晶粒②提高硬度③消除内应力；P+F；20钢正火比(完全)退火的效率高。(2)T12钢锉刀：消除网状二次渗碳体；P+Fe3CⅡ；T12钢正火是球化退火的预备热处理。A5、写出弹簧钢的典型牌号，最终热处理的目的，及合金元素的作用。60Si2Mn；获得高σ-1和σe；元素Si、Mn的作用相同：①强化F基体②细化F晶粒③提高淬透性。B5、简述精密小型轴承的加工工艺路线，最终热处理的作用及得到的组织。下料—锻造—球化退火—粗加工—淬火、冷处理、低温回火—精加工；①获得高HB、高耐磨性②消除内应力，消除残余奥氏体；M回+粒状碳化物+少量A’。A6、简述普通低合金结构钢化学成分与力学性能的特点，并说明元素Mn、V、Ti的主要作用。低碳(含碳量wc＜0.25%)；高δ、αK，具有一定的强度和硬度；元素Mn：①强化F基体②细化F晶粒，元素V、Ti：主要产生弥散强化，进一步提高其力学性能。B6、写出40CrMo的加工工艺路线，并说明元素Cr、Mo的作用。下料—锻造—正火—粗加工—调质—精加工；元素Cr：提高淬透性，元素Mo：①防止高温回火脆性的产生②细化晶粒。四、分析题(4*8`=32`)【1.热处理及组织】A1、(作业题6-9)某齿轮要求齿面高硬度、耐磨，而心部具有一定的韧性，拟采用下列材料和热处理工艺，试从所达到的力学性能、热处理工艺的简繁、成本高低等几方面加以比较(1)45钢调质：S回，28-30HRC(2)45钢高频淬火、低温回火：M回，48-50HRC(3)T8钢整体淬火、中温回火：T回，35-45HRC(4)20钢渗碳淬火、低温回火：心部：M回(wc=0.20%)，45HRC表面：M回+Fe3C粒状+少量A’B1、(作业题6-11)有两块wc均为0.80%的钢片，均加热至730℃以上，分别以不同方式冷却。钢片的冷却曲线及该种钢材的C曲线如图所示(教材P97)。问：(1)图中①②③④各是什么组织？(2)定性比较②④点组织的硬度大小。(1)组织：①S+A过冷②S③M+A过冷④M+A’(2)HB：④＞②[补充]A过冷向M转变的特点：①速度极快(10-7s)②连续冷却条件③不完全性(对于wc＞0.5%的钢，冷却时有残余奥氏体A’产生)【2&3.合金钢(渗碳钢、调质钢)】A2、汽车变速齿轮，毛坯为锻件，齿面硬度为58-62HRC，心部硬度为36-40HRC，齿面硬化层厚度1.0-1.2mm，且表面有残余压应力。供选材料有：Q235，40Cr，20CrMnTi，65Mn，T12A。问题：(1)选材(2)写出热处理加工工艺路线(3)热处理的作用(4)最终得到的组织。(1)20CrMnTi(2)下料—锻造—正火—粗加工—渗碳处理、淬火、低温回火—粗磨—喷丸—精磨(3)热处理的作用a.渗碳处理、淬火、低温回火：①提高材料表面的硬度和耐磨性②提高心部的强度、硬度和韧性b.喷丸：产生弥散强化，使材料表面留有残余压应力，提高硬度、熔点和耐磨性(4)表面组织：M回+粒状合金碳化物+少量A’心部组织：M回+F+T(或M回)[补充](1)表面、心部硬度不同——渗碳处理(2)表面留有残余压应力，可以使表面的疲劳强度σ-1得到提高{变式：题目改为传动齿轮、要求提高综合力学性能，则选40Cr，且需要调质处理}【4.工具钢】A4/B4、高速钢相关知识的考查。(一)高速钢的化学成分及牌号(1)含碳量：0.7%-0.8%(2)常用高速钢的牌号：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2(二)高速钢的锻造与热处理(1)W18Cr4V钢淬火与回火的工艺曲线图——教材P124(2)高速钢热处理工艺曲线的特点：①淬火温度高②分段式加热③分级淬火④三次回火，回火温度高(2)加工工艺路线：下料—锻造—等温退火—粗加工—1270-1280℃淬火、560℃三次回火—精加工(3)锻造的目的：高速钢的铸态组织中有粗大的鱼骨状合金碳化物，这种碳化物不能用热处理的方式消除，只有采用反复锻击的方式将其击碎，并均匀分布在基体上。(4)退火a.退火方法：等温退火b.退火目的：降低硬度，消除内应力，改善切削加工性能c.退火后的组织：S+细粒状碳化物，退火后的硬度为207-225HBS(或200HBS左右)(5)淬火和回火a.1270-1280℃淬火的目的：使Cr、W、V充分溶于A中，防止A晶粒粗大b.560℃下三次回火的目的：560℃——产生弥散强化，提高硬度三次——彻底消除A’c.最终得到的组织：M回+粒状碳化物+少量A’五、计算题(8`)