西南交大第三學(xué)期金屬材料及熱處理

金屬材料及熱處請(qǐng)給出兩種材料的分類方法，并說(shuō)明如何加以分類答：材料可按其化學(xué)鍵特點(diǎn)加以分類：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料〔陶瓷材料〕、高分子材料、復(fù)合材料。材料還可按其應(yīng)用時(shí)性能特點(diǎn)加以分類：構(gòu)造材料、功能材料依據(jù)退火的低碳鋼的拉伸圖，指出與以下力學(xué)性能指標(biāo)相關(guān)的點(diǎn)與物理量：〔1〕斷面收縮率；〔2〕抗拉強(qiáng)度；比例極限；〔4〕剛度HRC試驗(yàn)方法的原理及適用性。：并算出其滑移系的個(gè)數(shù)。在常溫下，銅的原子直徑為×10-10m，求銅的晶格常數(shù)。答：常溫下銅為fcc構(gòu)造，原子直徑2d=21/2a，a=×10-10m試分析體心立方、面心立方和密排六方晶體的滑移系對(duì)金屬塑性的影響。答：滑移系數(shù)目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑,〔滑移方向的作用大于滑移面的作用〕FCCBCC12，HCP3FCCBCC。金屬塑性：Cu〔FCC〕＞Fe〔BCC〕＞Zn〔HCP〕再結(jié)晶晶粒大小和哪些因素有關(guān)。答：①溫度：T↑—D↑—↑晶界遷移—晶粒長(zhǎng)大↑；②預(yù)變形度：預(yù)變形度＜臨界變形度時(shí)，無(wú)明顯影響預(yù)變形度＝臨界變形度時(shí)，再結(jié)晶將消滅特別粗大晶粒率↑—晶粒尺寸↓，當(dāng)預(yù)變形度很大時(shí)，消滅形變織構(gòu)，再結(jié)晶將消滅特別粗大晶粒。未進(jìn)展冷變形的金屬加熱時(shí)，能否發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，為什么答：未進(jìn)展冷變形的金屬加熱時(shí)，不發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。由于回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是金屬變形儲(chǔ)存能〔晶格畸變能〕，未進(jìn)展冷變形的金屬不存在再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。金屬塑性變形后力學(xué)性能有哪些變化答：①消滅各向異性——當(dāng)形成纖維組織〔晶界取向排列〕或形變織構(gòu)〔晶粒的位向出現(xiàn)擇優(yōu)取向〕時(shí)。②加工硬化〔形變硬化〕——隨著變形度的增加，位錯(cuò)大量增殖→位錯(cuò)相互作用→位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑→其強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。在熱加工過(guò)程中，金屬能否產(chǎn)生加工硬化試分析緣由。答：在熱加工過(guò)程中，金屬塑性變形與金屬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程同時(shí)進(jìn)展，金屬不產(chǎn)生加工硬化。晶界對(duì)多晶體塑性變形有何影響為何細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性、韌性也好鄰晶粒變形保持連續(xù)；因此導(dǎo)致細(xì)晶強(qiáng)化。晶粒小→晶界面積大→變形抗力大→強(qiáng)度大；晶粒小→單位體積晶粒多→變形分散→相鄰晶粒不同滑移系相互協(xié)調(diào)；晶粒小→晶界多→不利于裂紋的傳播→斷裂前承受較大的塑性變形。因此晶粒細(xì)化→強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性提高；細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性、韌性也好。鎢和鉛的熔點(diǎn)分別為3380C和327C，試問(wèn)鎢在1100C加工、鉛在室溫加工各為何種加工答：純金屬的再結(jié)晶溫度：TT1100CR R鉛的再結(jié)晶溫度：鉛TR

=；鉛在室溫加工為冷加工滑移的本質(zhì)是什么試比較低碳鋼塑性變形前〔狀態(tài)A〕、經(jīng)受塑性變形〔狀態(tài)B〕以及再答：滑移的本質(zhì)是滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。著變形度的增加，位錯(cuò)大量增殖→位錯(cuò)相互作用→位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑；性提高，是由于無(wú)形變的再結(jié)晶晶粒的形成，位錯(cuò)密度大幅度降低→變形抗力↓；再結(jié)晶退火后形成的再結(jié)晶晶粒小于塑性變形前的晶粒，細(xì)晶強(qiáng)化作用造成強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性的提高。過(guò)冷度與冷卻速度有什么關(guān)系它對(duì)金屬結(jié)晶后的晶粒大小有什么影響列舉幾種實(shí)際生產(chǎn)中承受的細(xì)化鑄造晶粒的方法。答：①提高過(guò)冷度：過(guò)冷度△T↑，N↑↑，G↑——N/G和改善組織。③振動(dòng)，攪拌等試分析比較純金屬、固溶體、共晶體三者在結(jié)晶過(guò)程和顯微組織上的異同點(diǎn)。：試分析含碳量為%的鐵碳含金從液態(tài)冷卻到室溫時(shí)的平衡結(jié)晶過(guò)程，計(jì)算其室溫組織組成物的相對(duì)含量，并推斷其屬于哪一類鐵碳合金。含碳量。X=，含碳量為%。其次塊屬于過(guò)共析鋼，P%=〔〕/〔〕=80%，X=，含碳量為%。T12鋼的平衡組織和淬火組織示意圖并標(biāo)出組織，計(jì)算其平衡組織中各組織組成物的相對(duì)含量?，F(xiàn)有兩種鐵-碳合金，其中一種合金的顯微組織中珠光體量占75%，鐵素體量占25%；另92%，二次滲碳體量占8%。這兩種合金各屬于哪一類合金其含碳量各為多少X=，含碳量為%。其次種合金屬于過(guò)共析鋼，P%=〔〕/〔〕=92%，X=，含碳量為%。現(xiàn)有外形、尺寸完全一樣的四塊平衡狀態(tài)的鐵碳合金，它們的碳含量分別為%，%%，%的合金。依據(jù)你所學(xué)的學(xué)問(wèn)，可有哪些方法區(qū)分它們答：測(cè)量四塊合金的硬度，其硬度隨含碳量增加而上升。合金為亞共晶白口鐵，其組織為珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體。多，碳含量超過(guò)%以后，增多的趨勢(shì)漸漸緩和。量為%的鋼強(qiáng)度高；室溫下萊氏體比珠光體塑性差。：因此硬度提高。在室溫平衡狀態(tài)下，含碳量為%的鋼比含碳量為%的鋼強(qiáng)度高；度，因此提高珠光體的比例可改善鋼的強(qiáng)度，而連續(xù)分布在原奧氏體晶界上的二次滲碳故%的鋼比%的鋼強(qiáng)度高。室溫下萊氏體比珠光體塑性差；室溫下萊氏體FeC+P，即珠光體分布滲碳體相的基底上，而滲碳體基底的脆性極大，萊3氏體表現(xiàn)為脆性的，幾乎不能塑性變形。%860℃，保溫一樣時(shí)間，使奧氏體均勻化，問(wèn)哪一種鋼奧氏體晶粒易粗大為什么：860℃，于奧氏體中C%↑→晶粒長(zhǎng)大↑，故含碳量為%的碳鋼奧氏體晶粒易粗大。、MM’在形成條件、金相形態(tài)與性能上的主要區(qū)分。答：形成條件金相形態(tài)性能特點(diǎn)S正火鐵素體和滲碳體相間分布呈細(xì)層片狀S’S’淬火+高溫回火體〔等軸晶〕上性、塑性均高于SMM’淬火淬火+低溫回火葉狀〕亞穩(wěn)定的ε碳化物分布于過(guò)飽和的M’M脆性及剩余應(yīng)力。α’〔板條或針狀〕上試說(shuō)明淬火鋼回火的必要性。答：必要性——淬火組織的問(wèn)題：消退淬火應(yīng)力，降低脆性穩(wěn)定工件尺寸，由于M，剩余A不穩(wěn)定獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性。為什么鋼淬火后回火是鋼最有效的強(qiáng)化手段答：①淬火形成Ｍ：位錯(cuò)強(qiáng)化：高密度位錯(cuò)細(xì)晶強(qiáng)化：極細(xì)小、不同取向的馬氏體束②回火其次相強(qiáng)化：析出細(xì)小碳化物粒子根本保持了淬火態(tài)的細(xì)小晶粒、高密度位錯(cuò)及肯定的固溶強(qiáng)化作用。確定以下鋼件的退火方法及退火后的組織經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板。要求降低硬度65改善T12鋼的切削加工性能——F+P完全退火，退火后的組織——F+P球化退火，退火后的組織——球狀滲碳體分布于鐵素體基體上集中退火，退火后的組織——F+P指出以下工件的回火溫度，并說(shuō)明回火后的組織4560T12：1〕560~600℃，回火后的組織——S’回火后的組織——T’回火后的組織——M’(1)60Si2Mn彈簧；(2)高速鋼車(chē)刀。答：60Si2Mn高速鋼車(chē)刀最終熱處理方式〔各3分〕淬火+中溫回火回火三次最終組織〔2〕T’M’+K試說(shuō)明外表淬火、滲碳、氮化處理在適用鋼種、性能、應(yīng)用等方面的差異。答：適用鋼種性能特點(diǎn)應(yīng)用外表淬火——通過(guò)快速加熱，中碳鋼、合獲得高硬度，高耐磨性機(jī)床主軸，齒使剛件外表很快到淬火的溫部就馬上冷卻，實(shí)現(xiàn)局部淬金調(diào)質(zhì)鋼持的良好韌性。曲軸等火。滲碳處理——使低碳鋼的工低碳鋼、合更高的外表硬度﹑高的飛機(jī)﹑汽車(chē)金滲碳鋼耐磨性和疲乏強(qiáng)度﹐并和拖拉機(jī)等而工件的中心局部仍舊保持著低碳鋼的韌性和塑性。﹐使工件能承受沖擊載荷。的機(jī)械零件﹑等。氮化處理——指在肯定溫度中碳鋼、合優(yōu)異的耐磨性、耐疲乏鉆頭、螺絲〔AC1〕以下，使活性金調(diào)質(zhì)鋼性、耐蝕性及耐高溫。攻、擠壓模、氮原子滲入工件外表的化學(xué)形小。曲軸、吸氣及排氣活門(mén)及齒輪凸輪等鋼的回火脆性有哪幾類其發(fā)生是否可逆如何避開(kāi)答：回火脆性是指淬火鋼回火后消滅韌性下降的現(xiàn)象。回火脆性可分為第一類回火脆性〔250~400℃〕和其次類回火脆性〔450~650℃〕。無(wú)關(guān)。因此只能避開(kāi)在此溫度回火。A有關(guān)，回火保溫后，緩冷消滅，快冷不消滅，消滅脆化后可重加熱后快冷消退。因此可提高鋼材的純度〔↓P〕；參加適量的Mo、W素；承受回火后快冷的方法。ACCM以上A以上，〔1〕淬火溫度過(guò)高→A→MCCM→①力學(xué)性能↓，→②淬火應(yīng)力↑→變形，開(kāi)裂↑；〔2〕AC%↑→MC%↑→AHRC↓A以上。試分析金屬的主要強(qiáng)化機(jī)制。

CCM：〔1〕固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子→晶格畸度→與位錯(cuò)相互作用→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化：晶界→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)→增殖并相互作用→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)化其次相強(qiáng)化：其次相粒子→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)化“C”曲線有哪些影響又是如何影響淬透性的答：①“C”曲線位置：除Co以外的合金元素均使“C”曲線右移，因此提高淬透性。曲線外形：碳化物形成元素(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)使“C”曲線上下分別CCo、Al合金元素對(duì)鋼的回火轉(zhuǎn)變有哪些影響：〔1〕提高回火穩(wěn)定性：V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co；〔2〕產(chǎn)生二次硬化：沉淀硬化：V、Mo、W、Cr(Ni、Co〕；〔3〕影響回火脆性：〔其次類回火脆性——450-600oCPCrW(1%)CrNiF——CrF(如鐵素體不銹鋼)；參加Ni：形成單相A〔如奧氏體不銹鋼〕手工鋸條、一般螺釘、機(jī)床主軸分別用何種碳鋼制造答：手工鋸條——T12；一般螺釘——Q235；機(jī)床主軸——45試比照滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼的合金化和熱處理特點(diǎn)答：合金化特點(diǎn)②參加提高淬透性元素：Cr，Ni，Mn，BA和形成ｋ(碳化物)提高耐磨性④Ni調(diào)質(zhì)鋼C：%～%，以左右為主Cr,Ni,Mn,Si,BMo,W

熱處理特點(diǎn)正火——滲碳——淬火——低溫回火火〔——外表淬火〕簡(jiǎn)述高速鋼的熱處理和性能特點(diǎn)，并說(shuō)明合金元素的作用。韌性。靠參加的合金元素的作用來(lái)保證：①高C:%～%→↑M硬度，形成高硬度的碳化物；M；③W,Mo,形成二次硬化→保證高的熱硬VW——W18Cr4VW-Mo系——W6Mo5Cr4V2熱塑性、韌性突出。請(qǐng)分析高速鋼工具的最終熱處理中需回火三次的緣由及使用態(tài)組織。答：淬火時(shí)1220-1280oC高溫加熱使合金元素充分溶解于奧氏體中，顯著提高回火穩(wěn)定二次硬化效應(yīng)。M”+K+A”試述石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響，與鋼相比鑄鐵有哪些優(yōu)缺點(diǎn)答：常用鑄鐵的組織是由鋼的基體組織與石墨組成，由于石墨的強(qiáng)度和韌性極低，石墨〔經(jīng)變質(zhì)處理后，石墨片細(xì)化，強(qiáng)度可提高〕；而〔強(qiáng)度、塑性和韌性〕也介于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵之間。與鋼相比鑄鐵有良好的吸振性能，良好的耐磨減摩性能，良好的易切削性，較低的缺口敏感性。、QT400-18、20Cr、GCr15、60Si2Mn、5CrMnMo、1Cr18Ni9Ti：〔1〕說(shuō)明材料的類別；〔2〕說(shuō)明牌號(hào)中下劃線局部的意義。答：一般碳素構(gòu)造鋼，215——屈服強(qiáng)度08F：優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，F(xiàn)——沸騰鋼T10：碳素工具鋼，10——含碳量%ZG25：25，ZG——鑄鋼KT300-06：可鍛鑄鐵，KT——可鍛鑄鐵球墨鑄鐵，400——最低抗拉強(qiáng)度20Cr：合金滲碳鋼，20——含碳量%滾珠軸承鋼，15——Cr60Si2Mn：合金彈簧鋼，60——含碳量中間值%5CrMnMo：合金模具鋼，5——含碳量中間值%1Cr18Ni9Ti：奧氏體不銹鋼，1——含碳量中間值%例〕。答：類別性能特點(diǎn)強(qiáng)化方法用途〔一例〕LF21金小類：防銹鋁合金好的抗腐蝕形變強(qiáng)化理〕制造承受低載荷的深拉性能和焊接性能鉚釘及受力小的零件。LY10，大類：變形鋁合強(qiáng)度和耐熱熱處理強(qiáng)化該類合金廣泛應(yīng)用于各LY12金小類：硬鋁合金LY10包鋁方法提高硬鋁制品在海洋和潮性不好。LY12(高強(qiáng)度硬鋁)主要用于飛機(jī)構(gòu)造、濕大氣中的耐蝕性。構(gòu)件，LC4大類：變形鋁合強(qiáng)度最高的熱處理強(qiáng)化用於制造承力構(gòu)件和高金金抗應(yīng)力腐蝕大梁桁條、隔框和翼肋等。性差。LD5大類：變形鋁合具有良好的熱處理強(qiáng)化用於制造外形簡(jiǎn)單和中金小類：鍛鋁合金熱塑性及耐效后均可提高強(qiáng)度。等強(qiáng)度的鍛件和沖壓件ZL105金具有良好的熱處理強(qiáng)化一般用于制作質(zhì)輕、耐適于壓力加小。械性能的零件。鋁合金淬火和時(shí)效的目的是什么答：鋁合金淬火〔固溶處理——加熱后快速冷卻〕的目的是為了獲得過(guò)飽和的固溶體時(shí)效〔經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間室溫停留或加熱至100-200℃肯定時(shí)間保溫〕后，在母相固溶體的肯定阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因而目的是為了提高合金的強(qiáng)度、硬度。軸承合金的組織有什么特點(diǎn)為什么〔硬基體〕上分布著硬質(zhì)點(diǎn)〔軟質(zhì)點(diǎn)的摩擦系數(shù)。試依據(jù)軸類零件的工作條件和失效形式，分析該類零件主要要求哪些性能答：工作條件〔傳動(dòng)〕工作條件〔傳動(dòng)〕失效形式性能要求交變扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力疲乏斷裂較高疲乏抗力軸頸摩擦軸頸摩擦磨損軸頸耐磨性沖擊過(guò)載或沖擊斷裂較高強(qiáng)度與較好韌、塑性協(xié)作試說(shuō)明哪些鋼材適用于軸類零件的選材要求，并指出其熱處理工藝：速度速度磨損大鋼種類別熱處理工藝中碳鋼淬火+低溫回火合金調(diào)質(zhì)鋼 淬火+低溫回火合金滲碳鋼滲碳+淬火+低溫回火試依據(jù)齒輪類零件的工作條件和失效形式，分析該類零件主要要求哪些性能。答：工作條件工作條件失效形式性能要求齒根交變彎曲應(yīng)力疲乏斷裂高彎曲疲乏強(qiáng)度齒面接觸壓應(yīng)力、滑動(dòng)摩擦外表?yè)p傷高接觸疲乏強(qiáng)度和耐磨性輪齒沖擊、應(yīng)力過(guò)載變形、斷較高強(qiáng)度及沖擊韌性裂試說(shuō)明哪些鋼材適用于齒輪類零件的選材要求，并指出其熱處理工藝。：速度、載速度、載大鋼種類別熱處理工藝中碳鋼調(diào)質(zhì)處理〔淬火+高溫回火〕+外表淬火+低溫回火合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)處理〔淬火+高溫回火〕+外表淬火+低溫回火合金滲碳鋼滲碳+淬火+低溫回火20CrMnTi制造，請(qǐng)〔1〕設(shè)計(jì)熱處理工藝路線，〔2〕分析使用態(tài)組織。答：1〕900--950℃滲碳→820～850℃油淬→180--200℃低溫回火2〕使用態(tài)組織：心部——M’〔