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1、工程材料學(xué)總結(jié)2014-04-03第一部分:晶體結(jié)構(gòu)與塑性變形一、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1bcc、fcc、hcp的晶胞結(jié)構(gòu)、內(nèi)含原子數(shù),致密度、配位數(shù)。2立方晶系的晶向指數(shù)uvw、晶面指數(shù)(hkl)的求法和畫法。3晶向族/晶面族的意義(原子排列規(guī)律相同但方向不同的一組晶向/晶面,指數(shù)的數(shù)字相同而符號、順序不同),會寫出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。4bcc、fcc晶體的密排面和密排方向。 密排面 密排方向 fcc 111 <110>bcc 110 <111>二、晶體缺陷1點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷包括那些具體的晶體缺陷。如:位錯是線缺陷,晶界(包括亞晶界)是面缺陷
2、三、塑性變形與再結(jié)晶1滑移的本質(zhì):滑移是通過位錯運(yùn)動進(jìn)行的。2滑移系 =滑移面 + 其上的一個滑移方向。滑移面與滑移方向就是晶體的密排面和密排方向。3強(qiáng)化金屬的原理及主要途徑:阻礙位錯運(yùn)動,使滑移進(jìn)行困難,提高了金屬強(qiáng)度。主要途徑是細(xì)晶強(qiáng)化(晶界阻礙)、固溶強(qiáng)化(溶質(zhì)原子阻礙)、彌散強(qiáng)化(析出相質(zhì)點(diǎn)阻礙)、加工硬化(因塑變位錯密度增加產(chǎn)生阻礙)等。4冷塑性變形后金屬加熱時組織性能的變化過程:回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大。性能變化:回復(fù):不引起硬度大的變化; 再結(jié)晶:硬度大幅度降低(晶格類型有何變化?)5冷、熱加工的概念冷加工:在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的加工變形,產(chǎn)生纖維組織和加工硬化、內(nèi)應(yīng)力。熱加工:在再結(jié)
3、晶溫度以上進(jìn)行的加工變形,同時進(jìn)行再結(jié)晶,產(chǎn)生等軸晶粒,加工硬化、內(nèi)應(yīng)力全消失。6熱加工應(yīng)使流線合理分布,提高零件的使用壽命。第二部分:金屬與合金的結(jié)晶與相圖一、 純金屬的結(jié)晶1為什么結(jié)晶必須要過冷度?2結(jié)晶是晶核形成和晶核長大的過程。3細(xì)化晶粒有哪些主要方法?(三種方法)二、二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖1固溶體和金屬化合物的區(qū)別。(以下哪一些是固溶體,哪一些是金屬化合物:-Fe、 -Fe、 Fe3C、 A、 F、 P、 Ld、 S、 T、 B上、B下、M片、M條?)2勻晶相圖在兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶時兩相的成分、相對量怎樣變化?熟練掌握用杠桿定律計算的步驟:將所求材料一分為二,注意杠桿的位置和長度,正確列出
4、關(guān)系式。3共晶(析)相圖熟悉共晶(析)相圖的基本形式(水平線、一變二)。會區(qū)分共晶(析)體、先共晶(析)相、次生相(二次相)。 注意:共晶成分與共晶反應(yīng)成分范圍的區(qū)別 共晶成分具有最好的鑄造性能 會在相圖中填寫組織組成物(或相組成物),掌握不同合金在室溫時的平衡組織, 會熟練應(yīng)用杠桿定律計算相組成物和組織組成物的相對量(重點(diǎn))。包析三、Fe- Fe3C 相圖 (重點(diǎn))1. 默繪相圖并牢記共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變的溫度與各相成分。(亞/過 共析鋼,亞/過 共晶白口鑄鐵;各自性能特點(diǎn),成分范圍)2. 掌握各類合金平衡結(jié)晶過程與室溫時的平衡組織,會畫符合要求的平衡組織示意圖:各組織組成物的形態(tài),在相圖上標(biāo)
5、注各組織組成物。3. 會用杠桿定律計算相組成物和組織組成物的相對量。第三部分:各類材料與鋼鐵熱處理(重點(diǎn))一、各類材料的牌號、熱處理和用途1 會根據(jù)牌號確定鋼的化學(xué)成分(碳及合金元素的含量范圍)。 結(jié)構(gòu)鋼鋼號特征: 前二位數(shù)字(萬分比) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(如Q235等)、普通低合金鋼(如Q295等)包括:工程構(gòu)件用鋼: 含碳量小于0.20%。熱處理:熱軋空冷后(相當(dāng)于正火)直接使用機(jī)器零件用鋼: 按含碳量區(qū)分,由低到高是滲碳鋼(0.10 - 0.25%)(碳素鋼:15, 20, 合金鋼:20Cr, 20CrMnTi,20CrMnMo,18Cr2Ni4WA)熱處理:表面滲碳淬火低溫回火組織:外表面
6、,中部,心部用途:齒輪調(diào)質(zhì)鋼(0.35 - 0.50%)(碳素鋼:40, 45; 合金鋼:40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo)、熱處理:調(diào)質(zhì)處理,即淬火高溫回火組織:S回用途:軸,彈簧鋼(0.50 - 0.90%)(碳素鋼:0.6-0.9%, 70,)( 合金鋼:0.5-0.7%, 65Mn(小), 55Si2Mn,60Si2Mn(中),50CrVA(大)) 熱處理:(熱成型)淬火 +中溫回火,組織:T回(冷成型)A化,然后在500-550等溫,組織:索氏體 用途:汽車板簧滾動軸承鋼(約1.0%) (合金鋼:GCr15, GCr15SiMn)熱處理:淬火低溫回火冷處理組織:M回+彌散
7、碳化物用途:軸承工具鋼鋼號特征: 前一位或無數(shù)字(千分比)例如:碳素工具鋼(T+數(shù)字, T:碳的漢語拼音, 數(shù)字:C含量千分比),合金鋼:如高速鋼包括:刃具用鋼:碳素工具鋼:C:0.65-1.25%; T7(A)T12(A)熱處理:水(油淬)低溫回火低合金刃具鋼:C=0.75-1.25%, 8MnSi, 9SiCr 熱處理:油淬低溫回火高速鋼:C:0.7-1.9%, W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 (C»1.0)熱處理:高溫(油)淬火多次高溫回火 模具用鋼:冷作模具鋼:C量大于0.90%的工具鋼,如:T10A,Cr12MoV, 9Mn2V 熱處理:低淬低回,or高淬高回(熱處
8、理工藝路線及特點(diǎn))熱作模具鋼:C:0.30 - 0.60%的工具鋼, 如:3Cr2W8V, 5CrNiMo熱處理:淬火高溫回火 量具用鋼:C:0.9-1.5%,碳素工具鋼:T10A, T12A熱處理:水(油淬)低溫回火低合金工具鋼:9SiCr, GCr15,熱處理:淬火(油)冷處理低溫回火 不銹鋼鋼: Cr含量13%, 如:1Cr18Ni9Ti(A型),3Cr13(M型),1Cr17(F型),A型不銹鋼熱處理工藝:固溶熱處理2鋼的熱處理工序及應(yīng)用預(yù)先熱處理及作用: 完全退火(用于亞共析鋼,用于組織均勻化, Ac3+30 C) 球化退火(用于共析鋼 、過共析鋼, Ac1+30 C) 正火 (過共
9、析鋼中消除網(wǎng)狀二次碳化物,低碳亞共析鋼中代替完全退火, Ac3(ACcm)+30 C);作用:調(diào)整力學(xué)性能,便于加工鋼鐵加熱及冷卻時的相變溫度Ac1,Ac3,ACcm;Ar1,Ar3,Arcm最終熱處理、作用及組織一般: 低溫回火(用于刃具、冷模具等) 淬火 + 中溫回火(用于彈簧等) 高溫回火(即調(diào)質(zhì),用于軸類等)特殊: 構(gòu)件用鋼:不淬火,在熱軋或正火(空冷)狀態(tài)使用; 滲碳鋼:先滲碳,再淬火 + 低溫回火。3 鑄鐵、有色金屬材料的分類要求掌握鑄鐵的分類并認(rèn)識牌號(HT、QT、KT等 )。了解鑄鐵中石墨形態(tài)(幾種形態(tài)?)對鑄鐵性能的影響。要求認(rèn)識鋁合金、銅合金、鈦合金的類型和強(qiáng)化途徑。 鋁合
10、金的強(qiáng)化:時效強(qiáng)化(變形鋁合金)4 材料力學(xué)性能各指標(biāo)的符號、名稱。二、 熱處理原理1 鋼加熱到臨界點(diǎn)(AC1/AC3/ACm)以上形成奧氏體,應(yīng)控制加熱溫度和保溫時間以避免晶粒長大。2 共析鋼的TTT曲線示意圖。3 熟悉P、S、T、B上、B下、M片、M條的獲得及形態(tài)。所有相轉(zhuǎn)變都包括形核 與長大。4 M的性能:硬度決定于馬氏體內(nèi)含碳量,韌性決定于馬氏體的粗細(xì)及形態(tài)。5TTT曲線的應(yīng)用: 冷卻方式 畫冷卻曲線 所得組織6回火形成粒狀組織M回、T回、S回(T回、S回與片狀組織T、S無關(guān))。三、 熱處理工藝1.會確定加熱溫度退火、正火、淬火:碳鋼:臨界點(diǎn)(AC1/AC3/ACm)+ 30;合金鋼原
11、則相同,但溫度較高?;鼗穑旱蜏鼗鼗穑袦鼗鼗?,高溫回火(用于淬火后的熱處理)2. 冷卻方式與目的 退火爐冷;正火空冷;淬火單液淬火,水淬油冷,分級淬火(減小內(nèi)應(yīng)力),等溫淬火(獲得B下)3淬透性與淬硬性的區(qū)別淬透性:鋼淬火獲得M多少的能力,決定于C曲線左右的位置。淬硬性:鋼淬火獲得M的硬度高低,決定于M內(nèi)的含碳量。故高碳鋼的淬硬性好而淬透性不好,低碳合金鋼的淬透性好而淬硬性不夠(如20CrMnTi)。四、要求會定性分析合金元素在鋼中主要作用的原因。 提高淬透性(主要取決于合金元素),固溶強(qiáng)化,彌散強(qiáng)化,細(xì)化晶粒所有合金元素都提高回火穩(wěn)定性。五、高速鋼1萊氏體鋼的鍛造: 萊氏體鋼內(nèi)存在不均勻分布
12、的粗大共晶碳化物,嚴(yán)重降低鋼的性能,不能用熱處理方法消除,必須進(jìn)行反復(fù)多向的鍛造擊碎之,使之分布均勻,改善組織性能。高速鋼及Cr12型鋼都是萊氏體鋼。2為獲得高速鋼的紅硬性,其熱處理工藝應(yīng)當(dāng): 高溫淬火形成高碳高合金度的馬氏體 高溫加熱(W18Cr4V 1280;W6Mo5Cr4V2 1220)使大量碳化物溶入奧氏體,形成高碳高合金度的奧氏體,經(jīng)淬火形成高碳高合金度的馬氏體 + 大量殘余奧氏體 + 未溶碳化物,為二次硬化作準(zhǔn)備。 560多次回火時發(fā)生二次硬化,原因是:彌散強(qiáng)化, 回火溫度達(dá)500以上時,從馬氏體內(nèi)析出大量穩(wěn)定的特殊合金碳化物,彌散分布,使硬度上升, 至560硬度達(dá)到峰值。二次硬
13、化,在回火冷卻時發(fā)生A,向 M回 轉(zhuǎn)變,也使硬度上升。多次回火可繼續(xù)降低殘余奧氏體量,進(jìn)一步提高硬度。最終組織:回火馬氏體 + 少量殘余奧氏體 + 碳化物六、典型零件的選材、熱處理及工藝路線 (綜合應(yīng)用)1、 選材原則:力學(xué)性能;工藝性能;經(jīng)濟(jì)性;(輕型、高壽命)2 軸類零件: 調(diào)質(zhì)鋼, 如:40, 40Cr等熱處理:調(diào)質(zhì)(即淬火 + 高溫回火)。(S回)工藝路線及每步工藝的目的,組織結(jié)構(gòu)彈簧零件:彈簧鋼。如:60Si2Mn熱處理:淬火 + 中溫回火。(T回)機(jī)床齒輪:調(diào)質(zhì)鋼, 如: 40, 40Cr熱處理:調(diào)質(zhì)®表面淬火 (高頻)+ 低溫回火。汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪:滲碳鋼, 如:20Cr或20CrMnTi 熱處理:滲碳 + 淬火 + 低溫回火。2一般工藝路線: 鍛(鑄)造成形 預(yù)先(備)熱處理 粗加工 最終熱處理 精加工 (每種工藝的
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