工程材料基礎key2

./第二章1、過冷度：理論結晶溫度T0與實際結晶溫度Tn之差.需要：有一定過冷度才能提供結晶驅動力ΔF＝F液－F固.過冷度越大,晶核越多,晶粒越細.2、晶體：原子〔離子和分子在空間呈規(guī)則排列的物體.單晶體：只由一個晶核長成的一個晶粒所構成的一塊晶體.多晶體：由多個晶粒構成的晶體.晶體結構：晶體中原子〔離子和分子在空間的具體排列.點陣：結點在空間的排列方式.晶格：把點陣中的結點用一系列平行直線連接起來構成空間格子.晶胞：構成晶格的最基本單元.3．常見晶體結構類型：體心立方、面心立方、密排六方.體心：α-Fe、δ-Fe、Cr、Mo、W、V；面心：γ-Fe、Al、Cu、Ag、Au、Ni、Pb；密排：Be、Mg、Zn、Cd.4、同素異構轉變：同一元素在固態(tài)下隨著溫度變化而發(fā)生的晶體結構的轉變.三種：體心δ-Fe、面心γ-Fe、體心α-Fe.5：晶體缺陷類型：點缺陷、線缺陷、面缺陷.對晶體性能影響：點缺陷：周圍晶格發(fā)生畸變,使材料性能發(fā)生變化,如屈服強度和電阻提高；其在晶體中的移動還為原子在晶體中的移動即擴散過程創(chuàng)造了條件,對鋼的熱處理具有重要意義.線缺陷：位錯線附近的原子偏離了原來的平衡位置,使晶格發(fā)生畸變,對晶體的性能有顯著影響；位錯密度很低時,晶體強度很高,位錯密度很高時,晶體強度也很高.面缺陷：晶界、亞晶界處原子偏離其平衡位置,晶格發(fā)生畸變,因而晶體各種性能發(fā)生變化,如晶界越多晶粒越細材料強度越高,晶界在高溫下易氧化和流動.6、固溶體：是固體溶液,是溶質原子溶入溶劑中所形成的晶體,保持著溶劑元素的晶體結構.化合物：晶體結構和性能都不同于其組成元素,一般具有復雜的晶體結構,熔點高、硬而脆.固溶體類型：間隙固溶體、置換固溶體.N、B與Fe形成間隙固溶體,Si、Cr、Mn、Ni、V、Ti、W,與Fe形成置換固溶體；Si-C：SiC,Cr-C：Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6,Mn-C：Mn3C,B-C：B4C,V-C：VC,Ti-C：TiC,W-C：WC、W2C.7、勻晶轉變：直接從液相中結晶除固溶體的轉變,L→α；共晶轉變：在恒溫下由一定成分的液相同時轉變成兩種一定成分的固相的轉變,L→α+β；包晶轉變：在恒溫下由一定成分的固相和一定成分的液相相互作用生成另一個一定成分的新固相的轉變,L+α→β；共析轉變：在恒溫下由一定成分的固相同時轉變成兩種一定成分的新固相的轉變,γ→α+β；固溶體的二次析出轉變：γ→γ+Fe3CII；α→α+Fe3CIIII勻晶：L0-0.53→L+δ0-0.09〔δ→L+γ→L+FeC3〔滲碳體；包晶：L0.53+δ0.09→γ0.17〔奧氏體共晶：L4.3→γ2.11+Fe3C〔Ld,萊氏體共析：γ0.77→α0.0218+Fe3C〔P,珠光體固溶體的二次析出：γ→γ+Fe3CII；α→α+Fe3CIII8、〔1a共晶,b包晶〔2[1]L→L+<α+β>→<α+β>[2]L→L+α→α+<α+β>→α+βII+<α+β>[3]L→L+β→β+<α+β>→β+αII+<α+β>[4]L→L+α→α→α+βII序號wSn%相組成及質量分數(shù)組織組成及質量分數(shù)%wα%wβ%161.93961<α+β>;1002505149α+<α+β>+βII;23.1,72,4.93802080β+<α+β>+αII;12.5,86.5,14158713α+βII;87,13〔3[1]L→L+α→L+α+β→β→β+αII[2]L→L+α→L+α+β→α+β→α+βII+β+αII[3]L→L+α→L+α+β→L+β→β→β+αII序號wSn%相組成及質量分數(shù)組織組成及質量分數(shù)%wα%wβ%142.45545β+αII;45,552208020α+βII+β+αII;64.4,7.6,12.6,15.43504753β+αII;53,479、冷卻過程分析略[0.01]L→L+δ→δ→δ+γ→γ→γ+α→α→α+Fe3C|III[0.3]L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+α→γ+α+P→α+P[0.77]L→L+γ→γ→γ+α+P→α+P[1.2]L→L+γ→γ→γ+Fe3C|II→α+P+γ+Fe3C|II→α+P+Fe3C|II[3.0]L→L+γ→γ+L+Ld→γ+Ld→γ+Fe3C|II+Ld→P+Fe3C|II+L’d[4.3]L→L+Ld→Ld→Ld+L’d→L’d[5.0]L→L+Fe3C|I→Ld+Fe3C|I→Ld+L’d+Fe3C|I→L’d+Fe3C|I材料類型wC%相組成及質量分數(shù)組織組成及質量分數(shù)%wα%wFe3C%工業(yè)純鐵0.0199.850.15α+Fe3C|III;99.85,0.15鋼0.34α+P;63,370.778812P;1001.28218P+Fe3C|II;93,7白口鑄鐵3.05545P+L’d+Fe3C|II;46,41,134.33664L’d;1005.02575L’d+Fe3C|I;71,2910、〔10.5％鋼為鐵素體加珠光體,1.0％鋼為二次析出滲碳體加珠光體,因為滲碳體比鐵素體更硬,所以1.0％鋼比0.5％鋼硬度高.〔20.77％為珠光體,塑韌性鐵素體和硬脆性滲碳體層片狀分布,1.2％為二次滲碳體加珠光體,二次滲碳體主要在珠光體晶粒的晶界分布,容易成為斷裂的路徑,因此強度較差.〔3鋼主要是以珠光體為連續(xù)基體,其中分布一些鐵素體或滲碳體,基于珠光體的塑性可以進行壓力加工成形,而鑄鐵以硬脆的滲碳體為連續(xù)基體,其中分布一些珠光體,整體硬而脆,所以不能進行壓力加工,只能鑄造；相圖上液相線和固相線間的距離越小,鑄造性能越好,共晶成分附近的鑄鐵的的液固相線間的距離一半比鋼的小,所以鑄造性能好.11．鋼中常存雜質元素有那些？對鋼的性能有何影響？鋼中常存雜質元素有：硅、錳、硫和磷.硅對鋼性能的影響：硅可以固溶于鐵素體中形成間隙固溶體,產生固溶強化,使鐵素體的強度、硬度增加.但硅與氧親和力很強,可以形成SiO2.SiO2是鋼中的夾雜物,對鋼的性能不利,一般碳鋼中規(guī)定Wsi<0.5％,使大部分Si都溶于鐵素體中,起強化作用.錳對鋼性能的影響：錳可以固溶于鐵素體中形成間隙固溶體,產生固溶強化,使鐵素體的強度、硬度增加.但錳與硫的親和力很強,可以形成MnS.MnS是鋼中的夾雜物,對鋼的性能不利,一般碳鋼中規(guī)定Wmn<0.8％,使大部分Mn都溶于鐵素體中,起強化作用.硫對鋼性能的影響：硫與鐵形成熔點為1190oC的FeS.FeS常與γ-Fe形成低熔點共晶體〔989oC,分布在奧氏體晶界上,當鋼在1000-1200oC鍛造或軋制時,會導致熱脆.磷對鋼性能的影響：磷在鋼中全部固溶于鐵素體中,有較強的固溶強化作用,但它劇烈地降低鋼的塑性和韌性,特別是低溫韌性.磷還使鋼的偏析嚴重.此外,硫、磷均降低鋼的焊接性能.12.何謂冷壓力加工和熱壓力加工？鋼經冷壓力加工和熱壓力加工后的組織和性能有何不同？冷壓力加工：低于材料再結晶溫度的壓力加工；熱壓力加工：高于材料再結晶溫度的壓力加工.熱加工對組織的影響：熱加工是在奧氏體狀態(tài)下進行的,通過變形度、變形溫度和時間及冷卻速度影響熱加工后奧氏體的晶粒大小,從而影響其組織和性能.亞共析鋼：通過熱加工可以得到更加均勻和細小的鐵素體和珠光體組織；共析鋼：可以通過熱加工得到細片狀珠光體組織.過共析鋼：可以使網狀的二次滲碳體和珠光體組織轉變?yōu)槎螡B碳體均勻分布在細片狀珠光體基體上的組織.熱加工對性能的影響：通過熱加工可以獲得細小的奧氏體晶粒,并可以消除鋼錠中的某些缺陷,如將疏松和氣泡焊合,粗大柱狀晶打碎,提高鋼的力學性能；同時熱加工還可以使鋼中的夾雜物沿變形方向分布形成流線,使鋼的力學性能呈現(xiàn)各向異性.冷加工對組織的影響：冷加工過程中,鐵素體晶粒被拉長〔拉伸時或壓扁〔壓縮時,當變形量很大時,晶粒被拉長或壓扁為細條狀或纖維狀.隨著鋼中滲碳體含量的增多,會對鐵素體變形起到阻礙作用.含碳量越多,阻礙變形的作用愈顯著.如壓共析鋼當拉伸變形度達到50％時,鐵素體明顯被拉長,而珠光體仍未變形.在共析鋼中,若滲碳體以層片狀分布于鐵素體中,滲碳片越細,阻礙作用越大.若滲碳體呈球狀分布時,阻礙作用比片狀小.在過共析鋼中滲碳體呈網狀,對變形阻力更大.冷加工對性能的影響：冷加工可以對金屬材料起到加工硬化的作用.同時還可以使材料具有各項異性.13.何謂臨界變形度？為什么冷熱加工時都要避開臨界變形度？臨界變形度是指當變形度增加到某一臨界值〔大約2％－10％,由于此時只有部分晶粒發(fā)生變形,變形極不均勻,再結晶晶核少,再結晶時晶粒極易相互并吞而長大,這個變形度稱為"臨界變形度".當變形度小于臨界變形度時,由于晶格畸變很小,加熱時物再結晶現(xiàn)象,晶粒仍保持原來大?。欢斪冃味却笥谂R界變形度后,隨著變形度的增加,愈來愈多的晶粒發(fā)生變形,變形愈趨均勻,再結晶晶核多,所以再結晶晶粒愈來愈細.因為粗大晶粒對金屬的力學性能不利,因此冷熱加工需避免在臨界變形度范圍內進行,以免再結晶后產生粗大晶粒.14.何謂加工硬化？它給生產帶來哪些好處和困難？鋼絲在冷拉過程中為什么要進行中間退火？如何選擇中間退火溫度？并以工業(yè)純鐵為例,說明中間退火過程中組織和性能的變化.加工硬化：金屬材料經冷塑性變形后,隨變形度的增加,強度、硬度升高,塑性、韌性降低的現(xiàn)象稱之為加工硬化.加工硬化是提高金屬材料強度的重要方法之一,尤其對純金屬以及不能用熱處理方法強化的合金更為重要.同時加工硬化是各種冷變形成型得以進行的原因.加工硬化使零件在偶然超載時,不會突然斷裂.加工硬化會導致材料出現(xiàn)各向異性,也會給生產帶來不利的影響,如冷軋中出現(xiàn)的制耳現(xiàn)象,以及由于加工硬化導致的材料內部形成殘余應力,會引起零件尺寸不穩(wěn)定和降低零件抗腐蝕性能.鋼絲在冷拔過程中,材料的抗拉強度和屈服強度都提高,多次拉拔后,使得冷加工難以進行,因此為了時冷加工得以進一步進行,中間需經過多次中間再結晶退火除了.再結晶退火溫度與材料的熔點存在如下大致關系"T再＝0.4T熔",再結晶退火溫度必須在T再以上,一般高出150-250oC.工業(yè)純鐵經冷變形后晶粒被拉長或壓扁,晶粒破碎,晶格扭曲,晶體缺陷增多,內應力升高,在低溫時,由于原子活動能力弱,仍保持不穩(wěn)定的變形組織,當溫度升高時,其組織將隨溫度升高一次通過回復、再結晶、晶粒長大三個階段發(fā)生變化.當加熱溫度較低時,不能引起顯微組織變化,但其內部原子排列畸變程度減輕,空位劇烈減少,位錯重新排列,內應力明顯下降,因而電阻等性能明顯降低,強度、硬度略有降低,塑性、韌性略有升高；當溫度繼續(xù)升高超過再結晶溫度時,破碎的、拉長或壓扁的變形晶粒變成細小均勻的無變形的等軸晶粒,內應力完全消除.強度、硬度降低,塑性、韌性提高,消除了加工硬化.再結晶結束后,若再繼續(xù)升高溫度或延長加熱時間,便會出現(xiàn)大晶粒長大的現(xiàn)象.使強度、塑性、韌性下降,尤其對塑性、韌性影響更為明顯.15.用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧,最后要進行何種退火處理？為什么？要進行去應力退火.因為冷壓力加工變形過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內部各部分和各晶粒間的變形不均勻,材