材料與成型技術(shù)復(fù)習(xí)課-2015年11月

1、工程材料復(fù)習(xí)課工程材料復(fù)習(xí)課考試時(shí)間：考試時(shí)間： 1111月月9 9日（周一）日（周一）11:4511:4513:4513:45考試地點(diǎn)：考試地點(diǎn)： AJ103(教師號(hào)教師號(hào)1002,即即1-2節(jié)上課節(jié)上課) AJ104(教師號(hào)教師號(hào)1004,即即3-4節(jié)上課節(jié)上課)2015201520162016學(xué)年學(xué)年秋秋季學(xué)期季學(xué)期一、一、“材料與成形技術(shù)材料與成形技術(shù)A(1)A(1)”考試通知考試通知二、二、“材料與成形技術(shù)材料與成形技術(shù)B(1)B(1)”考試通知考試通知考試時(shí)間：考試時(shí)間： 1111月月1111日（周三）日（周三）14:1514:1516:1516:15考試地點(diǎn)：考試地點(diǎn)： AJ30

2、3材料成形（一）復(fù)習(xí)重點(diǎn)：材料成形（一）復(fù)習(xí)重點(diǎn)：1.1.材料的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性 基本概念；主要指標(biāo)；實(shí)驗(yàn)方法；計(jì)算公式等?；靖拍睿恢饕笜?biāo)；實(shí)驗(yàn)方法；計(jì)算公式等。 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程純金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程 晶向指數(shù)、晶面指數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)； 3 3種常見晶格的晶格常數(shù)、致密度種常見晶格的晶格常數(shù)、致密度 3 3種晶格缺陷種晶格缺陷 結(jié)晶過程和細(xì)化晶粒的結(jié)晶過程和細(xì)化晶粒的3 3種辦法種辦法 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 固溶體、化合物、機(jī)械混合物的性能特征固溶體、化合物、機(jī)械混合物的性能特征2. 二元

3、合金相圖和杠桿定律二元合金相圖和杠桿定律:勻晶、勻晶、共晶共晶、共析共析、包晶轉(zhuǎn)變的概念包晶轉(zhuǎn)變的概念, ,各類相圖各類相圖 的形態(tài)特征的形態(tài)特征 勻晶勻晶相圖的區(qū)域相圖的區(qū)域( (相組成相組成、組織組成組織組成),),冷卻曲線冷卻曲線, , 組織轉(zhuǎn)變過程分析組織轉(zhuǎn)變過程分析共晶相圖的區(qū)域共晶相圖的區(qū)域( (相組成相組成、組織組成組織組成),),冷卻曲線冷卻曲線, , 組織轉(zhuǎn)變過程分析組織轉(zhuǎn)變過程分析用杠桿定律計(jì)算相組成物或用杠桿定律計(jì)算相組成物或組織組成物各自所占組織組成物各自所占 的比例的比例枝晶偏析枝晶偏析、比重偏析、擴(kuò)散退火（均勻化退火）、比重偏析、擴(kuò)散退火（均勻化退火）3. 鐵碳合金

4、及鐵碳合金及Fe-Fe3C相圖相圖平衡相平衡相、平衡組織；相圖的、平衡組織；相圖的形態(tài)和各區(qū)域組織形態(tài)和各區(qū)域組織 特征點(diǎn)線特征點(diǎn)線： 0.0.02180218% %( (室溫用室溫用0)0)、0.77%0.77%、2.11%2.11%、 4 4.3%.3%、6.69%6.69%；727727、11481148亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶 6 6種鐵碳合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程種鐵碳合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程亞共析、共析、過共析鋼的室溫平衡組織及金相亞共析、共析、過共析鋼的室溫平衡組織及金相 照片特征照片特征，會(huì)用杠桿定律計(jì)算各相的比

5、例會(huì)用杠桿定律計(jì)算各相的比例。從材料組織分析含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系：從材料組織分析含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系： c1%c1%c1%時(shí)，隨碳量增加，硬度時(shí)，隨碳量增加，硬度 ；強(qiáng)度、塑性和韌性；強(qiáng)度、塑性和韌性 會(huì)寫包晶、共晶、共析轉(zhuǎn)變式會(huì)寫包晶、共晶、共析轉(zhuǎn)變式 包晶轉(zhuǎn)變式：包晶轉(zhuǎn)變式：L L 0.530.53 + + 0.090.09 0.170.17 共晶轉(zhuǎn)變式：共晶轉(zhuǎn)變式：L L 4.34.3 2.112.11 + + FeFe3 3C C ( ( L L4.34.3 LdLd4.34.3 ) ) 共析轉(zhuǎn)變式：共析轉(zhuǎn)變式： 0.770.77 0.02180.0218 + + FeFe3 3C

6、 C ( ( 0.770.77 P P 0.770.77 ) )4. 熱處理熱處理熱處理時(shí)的組織與性能的變化分析熱處理時(shí)的組織與性能的變化分析: : 加熱時(shí)：實(shí)現(xiàn)加熱時(shí)：實(shí)現(xiàn)奧氏體奧氏體化（用相圖分析）；化（用相圖分析）； 冷卻時(shí)：冷卻時(shí)：過冷奧氏體過冷奧氏體將實(shí)現(xiàn)將實(shí)現(xiàn)珠光體珠光體或或貝氏體貝氏體或或 馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變（用轉(zhuǎn)變（用C C曲線分析）曲線分析） 退火退火、正火、淬火、回火、正火、淬火、回火的加熱溫度的加熱溫度、冷卻方、冷卻方 式及主要目的。式及主要目的。防止淬火變形和開裂的三種辦法及各自的優(yōu)缺防止淬火變形和開裂的三種辦法及各自的優(yōu)缺 點(diǎn)和應(yīng)用場合點(diǎn)和應(yīng)用場合。（。（雙液雙液、分級(jí)

7、分級(jí)、等溫淬火等溫淬火）起始晶粒度起始晶粒度、本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度；淬透性、淬硬性；淬透性、淬硬性 對本質(zhì)粗晶對本質(zhì)粗晶粒鋼熱處理時(shí)粒鋼熱處理時(shí)，要嚴(yán)格控制加熱溫，要嚴(yán)格控制加熱溫 度、加熱速度、保溫時(shí)間度、加熱速度、保溫時(shí)間（快速加熱、短時(shí)間保溫快速加熱、短時(shí)間保溫）熱處理組織熱處理組織（非平衡冷卻組織）：（非平衡冷卻組織）：S、T、 B 、 M、回火、回火S、回火、回火T、回火、回火M的定義與性能特征；的定義與性能特征； 上上B、下、下B、低碳、低碳M、高碳、高碳M在顯微鏡下的形態(tài)在顯微鏡下的形態(tài) 特征及性能區(qū)別特征及性能區(qū)別5. 鋼鐵材料鋼鐵材料鋼鐵材料的分類鋼鐵材料的分類、牌號(hào)意義及主

8、要用途牌號(hào)意義及主要用途。 Q235Q235與與Q345Q345（以（以295295分界）分界）, , 4545 , , T8T8與與T8AT8A , , T10;T10; 20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn ,GCr15;,GCr15;38CrMoAl38CrMoAl* *( (滲氮滲氮) ) 9SiCr, W18Cr4V; 9SiCr, W18Cr4V; 2Cr13, 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti;4Cr13,1Cr18Ni9Ti; HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06;HT150, HT3

9、00; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2, RuT380 QT800-2, RuT380石墨化過程及其影響因素石墨化過程及其影響因素，石墨化對鑄鐵分類石墨化對鑄鐵分類（白、灰、麻）及（白、灰、麻）及基體組織基體組織（F F基、基、F+PF+P基、基、P P基）基） 的影響的影響（書中（書中P38P38圖圖1-471-47）碳鋼中的有益雜質(zhì)碳鋼中的有益雜質(zhì)（錳、硅）（錳、硅） 有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)（硫（硫- -熱脆、磷熱脆、磷- -冷脆、氫冷脆、氫- -氫脆）氫脆）合金元素的主要作用合金元素的主要作用： 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：P P、SiSi、MnMn、NiNi、MoMo 阻

10、礙阻礙A A長大（細(xì)長大（細(xì)M M）：除）：除MnMn、B B外外 提高淬透性（提高淬透性（C C曲線右移）：除曲線右移）：除CoCo外外 MsMs、MfMf下降（殘余下降（殘余A A增多）：除增多）：除CoCo、AlAl外外 消除第二類回火脆性（消除第二類回火脆性（450450650650）：）：W W、MoMo6.6.強(qiáng)化金屬材料的方法強(qiáng)化金屬材料的方法細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化（同時(shí)提高強(qiáng)、硬、塑、韌）（同時(shí)提高強(qiáng)、硬、塑、韌） 如孕育鑄鐵的強(qiáng)度高于普通灰口鑄鐵如孕育鑄鐵的強(qiáng)度高于普通灰口鑄鐵固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌略下降）（強(qiáng)、硬提高，塑、韌略下降） 如鐵素體的強(qiáng)度高于純鐵如鐵素體的

11、強(qiáng)度高于純鐵彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降）（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降） 又稱為第二相強(qiáng)化又稱為第二相強(qiáng)化 如珠光體的強(qiáng)度高于鐵素體如珠光體的強(qiáng)度高于鐵素體形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降）（強(qiáng)、硬提高，塑、韌下降） 如冷拉鋼絲的強(qiáng)度高于退火態(tài)鋼絲如冷拉鋼絲的強(qiáng)度高于退火態(tài)鋼絲7.7.典型零件的選材與熱處理方案典型零件的選材與熱處理方案 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理: : 目的目的: : 改善切削加工性能改善切削加工性能, , 消除鑄、鍛、焊等消除鑄、鍛、焊等 毛坯制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力毛坯制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力 方法方法: :完全退火完全退火, , 球化退火球化退火, , 正火正火

12、最終熱處理最終熱處理目的目的: : 調(diào)整零件的最終性能調(diào)整零件的最終性能, , 以滿足使用要求以滿足使用要求方法方法: : 淬火淬火+ +高溫回火高溫回火, , 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火, , 淬火淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面淬火表面淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面滲碳表面滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火, , 表面滲氮表面滲氮1.1.建筑用鋼建筑用鋼( (鋼窗、鋼門、鋼筋鋼窗、鋼門、鋼筋) Q235;) Q235;不熱處理不熱處理( (軸、齒輪軸、齒輪) )( (小銷小銷、軸軸、螺釘螺釘) )不重要的零件不重要的零件 Q235, 20, 25Q235, 20,

13、25等等; ; 不熱處理或正火不熱處理或正火重要的受力或傳動(dòng)零件重要的受力或傳動(dòng)零件4545、40Cr40Cr等等; ; 淬火淬火+ +高溫回火高溫回火2.2.機(jī)械零件機(jī)械零件典型實(shí)例典型實(shí)例: :彈性元件彈性元件6060、6565、60Si2Mn60Si2Mn等等; ; 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火( (彈簧、彈性墊圈彈簧、彈性墊圈) )( (導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)柱、導(dǎo)套) )心韌面硬的零件心韌面硬的零件2020、2525、20CrMnTi;20CrMnTi; 表面滲碳表面滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火耐腐蝕耐腐蝕容器容器、管道等管道等1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 螺栓螺栓

14、、葉片葉片、齒輪等齒輪等2Cr13 2Cr13 不熱處理不熱處理調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)3.3.工具工具鋸條等手工低速刀具鋸條等手工低速刀具T10T10、T12T12等等, , 淬火淬火+ +低溫回火低溫回火手術(shù)刀、西餐刀等醫(yī)用和食品加工刀具手術(shù)刀、西餐刀等醫(yī)用和食品加工刀具4Cr13,4Cr13, 淬淬+ +低回低回手錘、扳手等韌性工具手錘、扳手等韌性工具T7T7、T8T8等等, , 淬火淬火+ +中溫回火中溫回火4.4.機(jī)床底座機(jī)床底座、床身等箱體殼體件床身等箱體殼體件HT200HT200、HT350HT350等等 ( (重型機(jī)床用高牌號(hào)重型機(jī)床用高牌號(hào)););鑄后去應(yīng)力退火鑄后去應(yīng)力退火5.5.彎頭彎頭

15、、三通三通、閥門等薄壁耐蝕件閥門等薄壁耐蝕件KTH300-06KTH300-06等等, , 鑄后石墨化退火鑄后石墨化退火6.6.曲軸等形狀復(fù)雜的重載件曲軸等形狀復(fù)雜的重載件QT600-3QT600-3、ZG200-ZG200- 400 400等等, ,正火或淬火正火或淬火+ +高溫回火高溫回火例例1 1：對一根長2米直徑20mm的實(shí)心T12鋼圓棒不均勻加熱，各段溫度如圖所示，假設(shè)各段冷卻介質(zhì)如表所示，請?jiān)诟鞫沃刑钊胂鄳?yīng)的組織，并分析其力學(xué)性能。 A B C DP+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII粗P+Fe3CII 爐冷P+Fe3CII P+Fe3CII S+T+Fe3CII粗P

16、+Fe3CII空冷P+Fe3CII P+Fe3CII T+M+Fe3CII+A殘粗T+粗M+Fe3CII+A殘油冷P+Fe3CII P+Fe3CII Fe3CII+ M+A殘粗M+A殘水冷DCBA1000 粗粗(S+T)分析思路:1.加熱到溫后的組織(用相圖分析)1000 -1000 -粗大粗大A; 750 -A+A; 750 -A+Fe3CII 700 -P+ 700 -P+Fe3CII ; 500 -P+ 500 -P+Fe3CII500 500 700 700 750 750 1000 1000 T12T122.不同冷卻后的組織(用CCT圖分析)水冷水冷: M+A殘殘油冷油冷: Fe3C

17、II + T+M+A殘殘空冷空冷: Fe3CII +S+ T爐冷爐冷爐冷爐冷: Fe3CII +PA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變水冷水冷油冷油冷空冷空冷非非A組織保留組織保留例例2、請分別計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體、三次滲、請分別計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體、三次滲 碳體的最大百分含量。碳體的最大百分含量。提示提示: 二次滲碳體是二次滲碳體是A中中(脫溶脫溶)析出的析出的, 即即A2.11 A0.77 +Fe3CII 0.77 2.116.69Fe3CIIAFe3CII =2.11-0.776.69-0.77100% 100% = = 22.64%22.64%三次滲碳體是三次滲碳體是F中中(脫溶脫溶)析出的析出的, 即

18、即F0.0218 F0.0008 +Fe3CIII 00.02186.69Fe3CIIIFFe3CIII =0.0218 - 06.69- 0100% 100% = = 0.33%0.33%例例3、某工廠要制造、某工廠要制造的產(chǎn)品，可供選擇的材料的產(chǎn)品，可供選擇的材料 有有(a)(e)五種，請用連線表示你的選擇：五種，請用連線表示你的選擇： 鍛壓機(jī)床的機(jī)身鍛壓機(jī)床的機(jī)身 (a) HT200 (a) HT200 坦克車的履帶板坦克車的履帶板 (b) HT350(b) HT350 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸 (c) ZGMn13(c) ZGMn13 織布機(jī)齒輪織布機(jī)齒輪( (低速低載低速低載

19、) (d) QT600-02) (d) QT600-02 三通、彎頭等管接頭三通、彎頭等管接頭 (e) KTZ550-04(e) KTZ550-04例例4 4、現(xiàn)有若干個(gè)直徑為、現(xiàn)有若干個(gè)直徑為1010毫米的毫米的T8T8鋼試樣，要分鋼試樣，要分 別獲得下列的組織，應(yīng)選用何種熱處理方法別獲得下列的組織，應(yīng)選用何種熱處理方法? ? 請畫出此鋼的請畫出此鋼的TTTTTT圖，并在圖，并在TTTTTT圖中畫出各自圖中畫出各自 的冷卻曲線。的冷卻曲線。 （1 1）S+TS+T； ( (綠線綠線) ) （2 2）全部）全部B B下；下； ( (紫線紫線) ) （3 3）M+ArM+Ar； ( (3 3條紅

20、線都行條紅線都行) ) （4 4）T+M+ArT+M+Ar； ( (淡蘭線淡蘭線) ) （5 5）T+BT+B上上+B+B下下+M+Ar+M+Ar。 (黃線黃線)時(shí)間時(shí)間溫度溫度作業(yè)（五）解答作業(yè)（五）解答（1）汽車齒輪：）汽車齒輪： 20CrMnTi，合金滲碳鋼；，合金滲碳鋼； C%=0.2%, Cr1.5%, Mn1.5%, Ti1.5%； 滲碳淬火低溫回火；最終組織為回火滲碳淬火低溫回火；最終組織為回火M。（2）連桿：）連桿： 40Cr，合金調(diào)質(zhì)鋼；，合金調(diào)質(zhì)鋼；C%=0.4%, Cr1.5%； 調(diào)質(zhì)（淬火高溫回火）；最終組織為回火調(diào)質(zhì)（淬火高溫回火）；最終組織為回火S（3）彈簧：）彈簧

21、： 65Mn，彈簧鋼；，彈簧鋼； C%=0.65%, Mn1%, Cr=12%, Mo1.5%, V1.5%； 淬火低溫回火；淬火低溫回火； 最終組織為回火最終組織為回火M+粒狀碳化物粒狀碳化物+A殘。殘。（5）滾動(dòng)軸承：）滾動(dòng)軸承： GCr15Mo，滾動(dòng)軸承鋼；，滾動(dòng)軸承鋼； C%1%左右左右, Cr=1.5%, Mo1%, W%=18%, Cr%=4%, V%1.5%； 1280淬火淬火560三次回火；三次回火； 最終組織為回火最終組織為回火M粒狀碳化物粒狀碳化物+A殘。殘。（7）銼刀：）銼刀： T10，碳素工具鋼；，碳素工具鋼；C%1%； 淬火低溫回火；組織為回火淬火低溫回火；組織為回火

22、M碳化物碳化物+A殘。殘。（8）熱鍛模具：）熱鍛模具： 5CrMnMo，熱變形模具鋼；，熱變形模具鋼； C%=0.5%, Cr1.5%, Mn1.5%, MoAr1Ac1A3 (2) Ar1A1Ac1A1Ac1A3 (4) A3Ac1A1134 2) S： 1324 3）E： 1324 4）： 32412.現(xiàn)用屈服強(qiáng)度為575MPa的鋁合金公路防護(hù)桿來代替屈服強(qiáng)度為690MPa的鋼制公路防護(hù)桿（鋁的密度為2.7g/cm3,鋼的密度為7.8g/ cm3），若要求承受同樣的外力而不發(fā)生塑性變形，試問：(1)新防護(hù)桿橫截面積較原來大多少倍？(2)新防護(hù)桿比強(qiáng)度是原來多少倍？ （5分）答：SAlFS/A0Al SSt = FS/A0St FS =SAl A0Al=SSt A0St 575 A0Al =690 A0St A0Al/ A0St=690/575=1.2 (SAl/2.7)/( SSt/7.8)=(575/2.7)/(690/7.8)=212.96/88.46=2.413. 有A、B兩元合金，在液態(tài)下能無限互溶，在固態(tài)中也能無限互溶而形成均勻固溶體，A組元熔點(diǎn)1090，B組元熔點(diǎn)1450。在1200時(shí)，WWB為30%的試樣液態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)WWL為52.63%，固態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)WWS為47.37%，固態(tài)的濃度為WWB=40。而WWB=70%，溫度為1360時(shí)，液相成分為WWB=64%