工程材料部分笔记

工程材料部分笔记一、名次解释结构材料——以力学性能为主，兼有一定物理化学性能的一类工程材料。功能材料——以特殊的物理化学性能为主，兼有一定力学性能的一类工程材料。高速钢——是一种高C且含有大量的W、Mo、Cr、V、Co等合金元素的合金刃具钢。调质处理——淬火＋高温回火，得到回火索氏体。调质钢的综合特性，强度韧性都比较好。红硬性——指钢在受热情况下，能够保持足够高的硬度和切削能力。灰口铸铁——铸铁中，碳主要以片状石墨的形式存在，断口呈灰色。白口铸铁——铸铁中，碳主要以渗碳体形式存在，断口呈白亮色。麻口铸铁——铸铁中，碳既以游离态石墨存在，又以碳化物形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨。HT250——是灰铸铁的一种标准或牌号，代表单铸Ф30mm试棒的最低抗拉强度大于等于250Mp。QT500-2——是球墨铸铁的一种标准或牌号，代表单铸试棒的最低抗拉强度大于等于500Mp且延伸率不低于2%。KTH350-10——是黑心可锻铸铁的一种标准或牌号，代表单铸试样的最低抗拉强度大于等于350Mp，且延伸率不低于10%。（Z表示珠光体可锻铸铁，H表示黑心可锻铸铁，B表示白心可锻铸铁）青铜——相对于黄铜，白铜而言，除Cu外，加入非Zn,Ni以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。（如锡青铜，铝青铜，硅青铜，铍青铜等。）黄铜——相对于青铜，白铜而言，以Zn为主加合金元素的铜合金。（商业黄铜H62,弹壳黄铜H68,色泽美观用于装饰镀层的H80;加入其他元素形成的锰黄铜，铝黄铜，铅黄铜，锡黄铜等。）白铜——相对于黄铜，青铜而言，以Ni为主加合金元素的铜合金。（B5,B18,B30;锌黄铜，锰黄铜）变形铝合金——铝合金组织中为单相固溶体，这种合金材料塑性好，适宜进行锻造，轧制等压力加工。（LY12,LD10）铸造铝合金——铝合金中有共晶组织，这种合金材料的流动性较高，适宜薄壁复杂件的铸造成型。(ZL101,ZL109)冷作模具——在工作中与冷态金属相接触，包括：冷镦模、冷挤压模、压弯模、拉丝模等。热作模具——在工作中与热态金属相接触，包括：锤锻模、热挤压模、压铸模等。二、填空1、工程上常见的三种失效形式：变形、断裂、磨损。2、工艺性能包括：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。3、当钢中合金含量小于等于5%时，称为低合金钢；5％～10％时，称为中合金钢；大于10％时候，称为高合金钢。4、S、P等元素加入钢中，以（1）固溶体形式存在；（2）形成强化相；（3）形成非金属夹杂物；（4）在钢中以游离态存在。碳钢中的碳有时候也以自由状态（石墨）存在。5、钢中合金元素的强化作用主要有：固溶强化，晶界强化，第二相强化，位错强化。6、构件用钢以工艺性能为主，力学性能为辅。7、弹簧应具有：（1）高的弹性极限，屈服极限；（2）高的屈强比；（3）高的疲劳极限；（4）具有一定的塑性和韧性；（5）在高温、易腐蚀条件下，具有耐热性和抗蚀性。8、工具钢根据用途不同，可以分为刃具钢、模具钢、量具钢；根据成分不同可以分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢。9、量具的性能要求是：高硬度好高耐磨性，高的尺寸稳定性，足够的韧性，在特殊环境下具有抗腐蚀性。10、球化处理同时进行孕育处理以生长球径小、圆整度好、分布均匀、单位面积石墨球数量多的石墨。11、二元Al—Si合金，随Si提高密度下降硬度上升。12、铝硅合金的变质处理变质前：粗大、多条、多角变质后：细小、均匀、纤维化。三、问答题1、举例说明工程选材的一般原则。答：如机床床身，它几何形状复杂，几何尺寸大，在工作中受压，受振动，因此我们在选材时，必须选择能减振、抗压、耐磨的金属材料。在使用性能方面，普通钢能满足机床床身的一般要求，但钢的吸振性不如灰铸铁，而且灰铸铁具有较好的减振、抗压、耐磨、流动性。在工艺性能方面，灰铸铁中的碳以片状石墨形式存在，使灰铸铁的铸造性能好，切削性能好，适于铸造复杂、尺寸大的零件。在经济方面，灰铸铁价格便宜，消耗的原料容易获得。综合工程选材的三大原则，我们选择灰铸铁而不选普碳钢作为机床床身的加工材料。2、齿轮可由渗碳钢、调质钢来作，试述它们的制作过程、热处理，以及最终组织状态。答：因为齿轮要求表面硬度高、耐磨、耐疲劳，芯部韧性好、耐冲击，因此○1若用调质钢来作，则一般的工作流程为：型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削。热处理：型材改锻后，表面硬度可能升高，毛坯经过高温回火的热处理后，可以软化材料和组织，便于加工，综合特性、强度、韧性都比较好。最终热处理：调质处理，淬火（得马氏体）+高温回火→回火索氏体组织○2若用渗碳钢来作，则一般工作流程为：型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削。热处理：淬火，即将渗碳钢加热到临界点以上，保温一段时间，使齿轮表面奥氏体含量增加，能做到表面坚硬，芯部韧性好。最终热处理：低温回火，最后得到回火马氏体组织。3、机床床身、内燃机曲轴、摩托车凸轮轴选材答：○1机床床身的选材略。○2因曲轴在工作中不断受到交变应力、磨损以及疲劳应力的影响，且在工作中要求曲轴耐磨、耐疲劳、抗拉，有一定的韧性指标。如果我们用锻钢来作，它本身能满足曲轴的工作要求，但是，球墨铸铁不但可以满足曲轴的工作要求，而且铸造方法比锻造方法好，成形简单，且球墨铸铁的经济性能也比锻钢好，因此我们选择球墨铸铁。○3因凸轮轴在工作中，高速旋转，易磨损，不断受到交变压力，且凸轮尺寸小，壁薄，零件小，因此我们要求材料具有可靠性、高强度、高韧性，耐磨、抗变性能力强等特点。在这种要求下，可锻铸铁比低合金铸铁好，而且球墨铸铁的耐磨性也不如可锻铸铁，因此我们选择可锻铸铁。4、什么是低合金灰铸铁？在孕育良好的前提下，为什么它的指标比不加合金的δb↑，δb/HB↑？答：低合金灰铸铁指除了C、Si、Mn、P、S五大元素外，加入的Cr、Mo、Co、Ni等合金的总量在3～5%内的灰铸铁。在孕育良好的前提下，少量的合金元素影响了石墨片的存在，细化了石墨，而低合金化更多的影响了石墨结晶，其中C的一次结晶影响不明显，更多的影响二次结晶过程，使石墨外的基本部分更容易获得珠光体，其强度比铁素体大，使固态的碳化物分解变慢，使δb↑。在孕育良好的情况下，低合金形成的碳化物很难生成，硬度增加不明显，故δb/HB↑。5、Al-Si为什么不能通过热处理强化？答：从热处理强化类型来看：○1相变强化来看，固态α相从高温到低温，没有相的变化，因此相变强化不可以。○2固溶强化，理论上可以，但实际在淬火过程中，Si在Al中的扩散速度很快，不能形成有效的过饱和固溶体，要从淬火到室温保持饱和不可能，因此固溶强化不现实。○3时效强化，前提要有过饱和固溶体的形成，在这过程中尽管有过饱和固溶体的形成，但时间很短，在淬火和保温过程中，Si很容易析出，Al-Si合金没有时效强化相，不能出现时效现象。所以工程上Al-Si合金只能去应力淬火，不能热处理强化。6、ZCuSn5Pb5Zn5（锡青铜）1）Sn构成合金最主要的元素○1主要固溶于α-Cu中强化基体○2使原基体Cu的电极电位提高，耐腐蚀性提高○3摩擦系数减少2）Pb既不溶于基体中，也不与合金元素形成金属间化合物，以游离态形式存在，结晶温度范围大，熔点低○1能提高合金的致密度○2改善切削加工性能○3能够承载，接受冲击载荷④改善合金的耐磨性能3）Zn○1能够缩小二元锡青铜的结晶温度范围，提高流动性，铸造性○2可以强化α-Cu基体，使Cu基体强度到达中高强度。7、列举结晶时细化晶粒的方法，并说明原因。1）增加过冷度（ΔT），过冷速度（V）上升，形核率上升，即ΔT↑，V↑,N↑2）孕育处理（变质处理），变质处理中加入的高熔点，固体颗粒，不仅显著增加晶核数量，同时也阻碍晶核生长，使晶粒细化。3）振动和搅拌，能向金属溶液中输入额外能量，提供形核能量，促进晶核形成，还可以使枝晶碎化，增加晶核数量，从而达到细化晶粒的目的。