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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 金属材料的机械性能复习 要求掌握关于金属材料性能的基本表示方法 动载、 静载、 冲击、 周期性交变载荷、 高温及其它 硬度的测量及表示方法 使用性能 刚度: 材料抵抗弹性变形的能力。指标: 弹性模量E ⑵强度: 材料抵抗变形和破坏的能力。指标: sb、 ss、 s0.2、 s-1 ⑶塑性: 材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标: d、 y ⑷硬度: 材料抵抗局部塑性变形的能力。指标: HB、 HRC ⑸冲击韧性: 材料抵抗冲击破坏的能力。指标: αk ⑹断裂韧性: 材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标: K
2、1C 2.化学性能: 材料的化学稳定性, 包括耐蚀性和抗氧化性 3.耐磨性: 材料抵抗磨损的能力。 工艺性能 Ø 铸造性能: 液态金属的流动性、 填充性、 收缩率、 偏析倾向。 Ø 锻造性能: 成型性与变形抗力。 Ø 切削性能: 对刀具的磨损、 断屑能力及导热性。 Ø 焊接性能: 产生焊接缺陷的倾向。 Ø 热处理性能: 淬透性、 耐回火性、 二次硬化、 回火脆性等。 练习 金属材料的机械性能指标主要有那几项, 动载荷、 交变冲击载荷下主要用那几个指标? 2.常见的测量硬度的方法有几种? 其应用范围如何? 3.由拉伸试验能够得出哪些力学性能指标? 在工程上
3、这些指标是怎样定义的? 晶体结构与结晶复习 目的要求: 建立金属晶体的概念, 区分晶体与非晶体, 单晶体与多晶体; 定性说明金属键与金属特性之间的关系; 熟悉金属中常见的三种金属晶体结构及其特征参数, 建立金属中多型性概念; 了解实际金属的晶体结构, 金属晶体缺陷的类型 了解金属结晶的基本过程 纯金属的晶体结构 理想金属 晶体、 晶格、 晶胞、 晶面(晶面族)、 晶向(晶向族) 典型金属晶体结构 实际金属 多晶体结构: 晶粒、 晶界 晶体缺陷: 点缺陷、 线缺陷、 面缺陷、 体缺陷 细晶强化 经过细化晶粒来提高强度、 硬度和塑性、
4、韧性的方法 三种常见纯金属的晶体结构 Mg、 Zn g-Fe、 Ni、 Al a-Fe、 Cr、 W 常见金属 3 12 12 滑移系 底面对角×3 <110> ×3 <111> ×2 滑移方向 六方底面×1 {111} ×4 {110}×6 滑移面 0.74 0.74 0.68 致密度 12 12 8 配位数 6 4 2 原子个数 原子半径 a、 c a a 晶格常数 密排六方 面心立方 体心立方 练习 1.试用金属键的结合方式, 解释金属具有良好导电性、 导热性、 塑性和金属光泽等基本特性
5、 2.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。 3.常见金属晶体缺陷有哪些? 4.过冷度与冷却速度有何关系? 为什么金属结晶一定要有过冷度? 它对晶粒大小有何影响? 5.在实际应用中, 细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能。细化晶粒、 提高金属材料使用性能的措施有哪些? 6.常见纯金属Fe、 Cu、 Al室温下的晶体结构是什么? 固态Fe有 几种同素异构体? 7. 液态金属结晶的基本过程以及典型铸锭组织是什么? 复习 金属的塑性变形与再结晶 介绍金属塑性变形的基本概念, 主要变形方式, 加工硬化的本质与实际意义。 目的要求: 了解金属变形的主要方式
6、——滑移的主要特点; 认识多晶体金属塑性变形的特点, 晶界与晶粒位向对塑性变形的影响; 加工硬化现象及其在实际中的意义; 再结晶的概念与应用 冷、 热加工的区别 1.与单晶体的塑性变形相比较, 说明多晶体塑性变形的特点以及影响多晶体塑性变形的主要因素。 2.金属塑性变形后组织和性能会有什么变化? 3.用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉, 并随工件一起加热至1000 ℃, 当出炉后再次吊装工件时, 钢丝绳断裂, 为什么? 4.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金、 要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金? 5.在室温下对铅板进行弯折, 愈弯愈硬,
7、 而稍隔一段时间再行弯折, 铅板又象最初一样柔软, 这是什么原因? 6. 什么情况下会发生金属再结晶, 再结晶与重结晶有何不同? 二元合金 铁碳合金复习 二元合金 介绍合金相结构的概念, 认识二元合金相图, 学会使用杠杆定律。 铁碳合金 牢固掌握铁碳合金中存在的各种相和组织, 以及它们的本质、 性质、 构造、 形成条件。 弄清有关合金相结构和组织的基本概念; 了解合金相结构的分类, 固溶体与化合物的区别; 学会分析二元合金相图, 正确标注相图各区域的相和组织, 正确应用杠杆定律计算平衡相和组织的相对量; 了解非平衡结晶的特点和各种偏析 初步掌握相图与合金
8、性能之间的定性关系 合金的晶体结构 基本概念 合金、 合金系、 相、 组织、 状态 合金的相结构 Ø 固溶体 固溶强化 Ø 金属化合物 金属化合物形态( 基体、 晶界网状、 晶内片状、 颗粒状) 对性能的影响 弥散强化 纯金属的结晶 结晶的条件(过冷)、 结晶的基本过程(形核、 长大) 纯金属的固态相变: 同素异构转变 合金相图 二元合金相图 匀晶La® 共晶La®+b 共析 a®g+b 包晶L+b®a 杠杆定律: 只适用于两相区 枝晶偏析、 比重偏析、 包晶偏析 铁碳合金相图分析 合金中的固
9、态相变 ⑴ 固溶体转变: A®F ⑵ 共析转变: A®P(F+Fe3C) ⑶ 二次析出: A®Fe3CⅡ ⑷ 奥氏体化 ⑸ 过冷奥氏体转变 ⑹ 固溶处理+时效 练习 1.分析含碳量为0.20%, 0.77%, 1.2%的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程和室温组织, 分别计算含碳0.20%和1.2%的铁碳合金在室温下组织组成物的相对量。 2.何谓相组成物和组织组成物? 请举例说明之 。亚共析钢自高温缓慢冷却至室温其相组成物为F＋P, 这种说法是否正确? 3.间隙固溶体和间隙相有什么不同? 4.铁碳合金中共有五种不同
10、形态的渗碳体, 按照形成温度由高到低写出她们的名称。 5.比较退火状态下的 45 钢、 T8 钢、 T12 钢的硬度、 强度和塑性的高低, 简述原因。 6.同样加热到1000℃以上, 为什么钢能锻造而铸铁不能锻造? 7.简述钢的分类编号办法。 8.说明45号钢的成分特点以及室温平衡组织。按用途分类属于哪一类钢, 按成分分类又属于哪一类钢? 典型的热处理方式以及处理后的组织是什么? 9. 普通碳素结构钢如何编号? Q235表示什么含义? 10.碳含量对钢的强度、 硬度、 塑形如何影响? 11.有一退火过共析钢试样, 经金相分析, 其中先共析渗碳体占10％, 珠光体90％
11、 则此钢的含碳量是多少? 12.熟悉铁碳相图 钢的热处理复习 热处理原理部分 以C曲线为中心, 以钢的化学成分, 组织结构的转变与性能间关系为主线。即: 钢在加热时奥氏体的形成, 钢在冷却使过冷奥氏体的转变 热处理工艺部分 重要的是正确选择热处理工艺方法和参数。 熟记各种热处理的定义、 目的、 方法、 适应范围 了解钢中常见组织的本质及其金相形态与性能特征 热处理工艺 ≤0.5%C, M ＞0.5%C, M+Ar M+Ar M+Ar+Fe3C粒 亚共析钢 Ac3+30～50℃ 共析钢 Ac1+30～50℃ 过共析钢 Ac1+30～5
12、0℃ 获得马氏体组织 淬火 ＜0.6%C, F+S ≥0.6%C, S S S 亚共析钢 Ac3+30～50℃ 共析钢 Ac1+30～50℃ 过共析钢 Accm+30～50℃ 1.低中碳钢同退火 2.过共析钢: 消除网状二次渗碳体 3.普通件最终热处理 正火 F+P P P球 亚共析钢 Ac3+30～50℃ 共析钢 Ac1+30～50℃ 过共析钢 Ac1+30～50℃ 1.调整硬度,便于切削加工 2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备 退火 组织 加热温度 目的 工艺 适用于低碳钢 0
13、1~0.25%C 表面: M回+Ar(少)+Fe3C粒 心部: M回+F M回 渗碳温度:900~950℃ 淬火温度: 表面Ac1+30~50℃ 心部Ac3+30~50℃ 提高表面含碳量, 获得表硬里韧的性能。 渗碳 适用于中碳钢 0.4~0.5%C 表面: M回 心部: S回(调质) 或F+S(正火) 预备热处理: 调质或正火 表面获得马氏体组织, 并获得表硬里韧的性能。 表面淬火 亚共析,共析钢: M回 过共析钢:M回+Ar(少)+Fe3C粒 T回 S回 低温回火 150~250℃ 中
14、温回火 350~500℃ 高温回火 500~650℃ (调质) 1.消除内应力, 减少变形 2.获得所需要的性能。 回火 组织 加热温度 目的 工艺 练习 1.化学热处理包括那几个基本过程? 常见的化学热处理方法有哪几种? 2.T12钢经淬火后得到什么组织? 经退火后得到什么组织? T12钢淬火后分别在200℃、 400℃、 600℃回火又得到什么组织? 3.锯条、 弹簧和重要的轴在淬火后一般分别应进行什么回火热处理, 并简述理由。 4.试比较索氏体与回火索氏体, 马氏体与回火马氏体之间, 在形成条件、 金相形态与性能
15、上的主要区别。 5.试述固溶强化、 加工硬化和弥散强化的强化原理。 6.钢的淬透性是如何定义的, 和淬硬性有什么区别? 碳含量对淬透性以及淬硬性的影响分别是什么? 7.学会使用等温C曲线和连续冷却C曲线分析不同热处理工艺条件下钢的室温组织。 8.钢的表面淬火一般用于什么场合, 一般选用什么钢种, 进行怎样的热处理, 最终组织是什么? 举例说明 9.钢的化学热处理一般用于什么场合, 一般选用什么钢种, 进行怎样的热处理, 最终组织是什么? 举例说明 10.熟悉各种热处理工艺的定义、 目的及应用范围。 工业用钢复习 了解碳钢与合金钢的特点, 熟悉钢的分类与编号方法, 基本做到
16、从钢的牌号能够推断出它属于哪一类钢种, 大概成分和主要用途; 熟悉典型工业用钢的工作条件、 性能特点、 化学成分、 常见热处理、 典型钢种及主要用途 典型工业用钢 弹簧 高ss/sb 高s-1 T回 淬火+中温回火 Cr,Mn:提高淬透性,强化F; Si:提高屈强比 65Mn 60Si2Mn 0.6~0.9 0.45~0.7 弹簧钢 轴、 齿轮 良好综合力学性能 S回 调质 Cr,Ni:提高淬透性,强化F, Mo:防止第二类回火脆性 45 40Cr 40CrNiMo 0.3~ 0.5 调质钢 轴、 齿轮 表硬里韧 表面: M回+ A’
17、少量)+颗粒状Fe3C 心部: M回+F 渗碳+淬火+低温回火 Cr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒 20 20Cr 20CrMnTi 0.1~ 0.25 渗碳钢 桥梁,船舶, 容器 塑性,焊接性好 F+P 热轧空冷 Mn:强化F,增加P,降低脆转温度 Q345 (16Mn) <0.2 低合金高强度钢 建筑结构 塑性,焊接性好 F+P 热轧空冷 Q195 Q235 <0.4 碳素结构钢 用途 性能 使用状态下组织 热处理 合金元素作用 典型牌号 C% 钢种 练习 1.简述钢的分类及编号方法。 2.指出
18、下列钢号属于什么钢? 各符号代表什么? Q235、 20CrNi、 T8、 T10A、 GCr15、 16Mn、 W6Mo5Cr4V2、 Cr12MoV、 60Si2Mn。 3.为下列工件选择合适的材料及热处理方法 工件: 发动机连杆螺栓、 发动机排气阀门弹簧、 镗床镗杆、 压铸模、 车辆缓冲弹簧、 滚动轴承、 螺丝刀、 高速粗车铸铁的车刀、 普通机床地脚螺栓、 拉伸试棒 材料: 38CrMoAl、 40Cr、 45、 Q235、 50CrVA、 T7、 Gr15、 W18Cr4V、 60Si2Mn、 3Cr2W8V 4. 典型零件的选材及处理办法, 如机床主轴、 机床齿轮、 汽
19、车齿轮、 镗床镗杆等。 高速刃具 高热硬高硬度高耐磨 M回+ A’(少量)+颗粒状碳化物 锻、 退火、 淬火+三次回火 Cr:提高淬透性; W、 V: 提高热硬、 耐磨性 W18Cr4V 0.7~ 1.5 高速钢 低速刃具 高硬度高耐磨 M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C 球退+淬火+低温回火 Si、 Cr: 提高淬透性 9SiCr 0.75~ 1.5 低合金工具钢 冲子、 丝锥、 锉刀 高硬度高耐磨 M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C 球退+淬火+低温回火 T7~T13 0.65~ 1.35 碳素工具钢 铲齿, 履带板
20、高耐磨耐冲击 表: M+碳化物 心: A 水韧处理 Mn:形成A组织 ZGMn13 1.0~ 1.3 耐磨钢 滚动轴承 高耐磨高s-1 足够ak M回+ A’(少量)+颗粒状Fe3C 球退+淬火+低温回火 Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀性 GCr15 0.95~1.10 滚动轴承钢 用途 性能 使用状态下组织 热处理 合金元素作用 典型牌号 C% 钢种 其它工程材料复习 铸铁 有色金属及其合金 非金属材料 了解各种材料的牌号及特点、 主要用途; 弄清铸铁的石墨化过程, 掌握铸铁石墨形态与性能之间的关系; 一般了解各种有色金
21、属及非金属材料 铸铁 可进行各种热处理 石墨化退火 去应力, 消除白口, 表面淬火 热处理 柴油机曲轴 基体(F、 P、 F+P) +球状石墨 液态金属石墨化+球化处理+孕育处理 QT500-7 (最低抗拉强度为500MPa,最低延伸率为7%) 球墨铸铁 车轮壳, 管接头 基体(F、 P) +团絮状石墨 白口+石墨化退火 KTZ450-06 (最低抗拉强度为450MPa,最低延伸率为6%) 可锻铸铁 机床床身 基体(F、 P、 F+P) +片状石墨 液态金属石墨化+孕育处理 HT250 (最低抗拉强度为250MPa) 灰铸铁 用途 组织 获得方
22、法 牌号举例 铸铁名称 有色金属及其合金 重型动力轴承 耐磨,导热,耐蚀 Sn基轴承合金 ZSnSb11Cu6 巴氏合金 船舶及化工零件 高强 含59%Cu,1%Pb(40% Zn)黄铜 HPb59-1 船舶飞机零件 高强,耐磨,耐蚀 含7%Al 的铝青铜 QAl7 <400℃航空件 高强,耐蚀,耐热 4号a+b型钛合金 TC4 钛合金 低速低载设备 高温高强 Pb基轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 冷变形件 塑性好 含68%Cu(32%Zn)黄铜 H68 铜 合 金 汽车飞机零件 高强,铸造性好 1号Al-Zn铸
23、造合金 ZL401 舰船配件 耐蚀,高强 1号Al-Mg铸造合金 ZL301 较高温高强件 耐热,强度较高 1号Al-Cu铸造合金 ZL201 汽缸、 活塞 耐蚀,铸造性好 2号Al-Si铸造合金 ZL102 锻件 可锻、 耐温 7号锻铝合金 LD7 受力大结构件 高强 4号超硬铝合金 LC4 冲压模锻件 强硬度高 11号硬铝合金 LY11 冷成型件 耐蚀、 塑性好 5号防锈铝合金 LF5 铝 合 金 用途 性能 牌号含义 牌号举例 合金 练习 1.为什么铸件上的重要工作面和重要加工面浇铸时应朝上? 2.简述非金属材料的分类和特征 3.焊接后矫正焊接变形的方法有哪些? 4.聚合物的分子量有什么特点? 如何表示聚合物分子量的大小? 5.聚合反应都有那些方式? 6.轴承合金在性能上有何要求? 在组织上有何特点? 7. 铸铁、 有色金属、 非金属材料的分类和编号规则。 复习 材料的选用 熟悉选用材料的三条基本原则以及它们相互之间的关系; 了解失效的定义和常见的失效形式 初步掌握针对失效方式选材的方法 掌握典型零件的选材分析方法 正确制定几种典型零件的热处理工艺和加工工艺路线。
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