工程材料B(1)复习课-2018年5月

复习课工程材料学B（1）考试时间：6月13日（周三）14:15～16:15考试地点：1001班(袁光杰老师)AJ1032017~2018学年春季学期“工程材料学B(1)”考试通知1002班(姚勤老师)AJ104工程材料学B（1）复习重点：1.材料的力学性能和晶体结构①强度、硬度、塑性、韧性基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。②纯金属的晶体结构和结晶过程晶向指数、晶面指数；3种常见晶格的晶格常数、致密度3种晶格缺陷结晶过程和细化晶粒的3种办法③合金的晶体结构固溶体、化合物、机械混合物的性能特征2.二元合金相图和杠杆定律:①匀晶、共晶、共析、包晶转变的概念,各类相图的形态特征②匀晶相图的区域(相组成、组织组成),冷却曲线,组织转变过程分析③共晶相图的区域(相组成、组织组成),冷却曲线,组织转变过程分析④用杠杆定律计算相组成物或组织组成物各自所占的比例一定要先文字回答相是？组织是？再画出杠杆，列出计算式，最后的答案一定要是百分数。3.铁碳合金及Fe-Fe3C相图①平衡相、平衡组织；相图的形态和各区域组织②特征点线：0.0218%(室温用0)、0.77%、2.11%、4.3%、6.69%；727℃、1148℃③亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶6种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程④亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相照片特征，会用杠杆定律计算各相或组织的比例。⑤从材料组织分析含碳量与力学性能的关系：c1%时，随碳量增加，强度和硬度；塑性和韧性c1%时，随碳量增加，硬度；强度、塑性和韧性⑥会写包晶、共晶、共析转变式包晶转变式：L0.53+0.090.17共晶转变式：用相表达L4.32.11+Fe3C用组织表达L4.3Ld4.3共析转变式：用相表达0.770.0218+Fe3C用组织表达0.77P0.774.热处理①热处理时的组织与性能的变化分析:加热时：实现奥氏体化（用相图分析）；冷却时：过冷奥氏体将实现珠光体或贝氏体或马氏体转变（用TTT也称C曲线分析）A②退火、正火、淬火、回火的加热温度、冷却方式及主要目的。③防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺点和应用场合。（双液、分级、等温淬火）④起始晶粒度、本质晶粒度；淬透性、淬硬性对本质粗晶粒钢热处理时，要严格控制加热温度、加热速度、保温时间（快速加热、短时间保温）⑤热处理组织（非平衡冷却组织）：S、T、B、M、回火S、回火T、回火M的定义与性能特征；上B、下B、低碳M、高碳M在显微镜下的形态特征及性能区别5.钢铁材料①钢铁材料的分类、牌号意义及主要用途。Q235与Q345（以295分界）,45,T8与T8A,T10;20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn,GCr15;38CrMoAl*(渗氮)9SiCr,W18Cr4V;2Cr13,4Cr13,1Cr18Ni9Ti;HT150,HT300;KTH300-06,KTZ500-06;QT800-2直接浇浇前放孕育剂先浇白口再长时间石墨化退火浇前放孕育剂和球化剂③除Mn外的合金元素，阻碍A长大、细化晶粒除Co外的合金元素，使C曲线右移、提高淬透性②碳钢中的有益杂质（锰、硅）有害杂质（硫-热脆、磷-冷脆、氢-氢脆）6.强化金属材料的方法①细晶强化（同时提高强、硬、塑、韧）如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁②固溶强化（强、硬提高，塑、韧略下降）如铁素体的强度高于纯铁③弥散强化（强、硬提高，塑、韧下降）又称为第二相强化如珠光体的强度高于铁素体④形变强化（强、硬提高，塑、韧下降）如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝7.典型零件的选材与热处理方案①预备热处理:目的:改善切削加工性能,消除铸、锻、焊等毛坯制造过程中产生的热应力方法:完全退火,球化退火,正火②最终热处理目的:调整零件的最终性能,以满足使用要求方法:淬火+高温回火,淬火+中温回火,淬火+低温回火,表面淬火+低温回火,表面渗碳+淬火+低温回火,表面渗氮1.建筑用钢(钢窗、钢门、钢筋)→Q235;不热处理(轴、齿轮)(小销、轴、螺钉)不重要的零件→Q235,20,25等;不热处理或正火重要的受力或传动零件→45、40Cr等;淬火+高温回火2.机械零件典型实例:弹性元件→60、65、60Si2Mn等;淬火+中温回火(弹簧、弹性垫圈)(导柱、导套)心韧面硬的零件→20、25、20CrMnTi;表面渗碳+淬火+低温回火耐腐蚀容器、管道等→1Cr18Ni9Ti螺栓、叶片、齿轮等→2Cr13不热处理调质3.工具锯条等手工低速刀具→T10、T12等,淬火+低温回火手术刀、西餐刀等医用和食品加工刀具→4Cr13,淬+低回手锤、扳手等韧性工具→T7、T8等,淬火+中温回火4.机床底座、床身等箱体壳体件→HT200、HT350等(重型机床用高牌号);铸后去应力退火5.弯头、三通、阀门等薄壁耐蚀件→KTH300-06等,铸后石墨化退火6.曲轴等形状复杂的重载件→QT600-3、ZG200-400等,正火或淬火+高温回火例1：对一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒不均匀加热，各段温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的组织，并分析其力学性能。ABCDP+Fe3CIIP+Fe3CIIP+Fe3CII粗P+Fe3CII炉冷P+Fe3CIIP+Fe3CIIS+T+Fe3CII粗P+Fe3CII空冷P+Fe3CIIP+Fe3CIIT+M+Fe3CII+A残粗T+粗M+Fe3CII+A残油冷P+Fe3CIIP+Fe3CIIFe3CII+M+A残粗M+A残水冷DCBA1000℃750℃700℃500℃粗(S+T)分析思路:1.加热到温后的组织(用相图分析)1000℃------粗大A;750℃------A+Fe3CII700℃------P+Fe3CII;500℃------P+Fe3CII500℃700℃750℃1000℃T122.不同冷却后的组织(用CCT图分析)水冷:M+A残油冷:Fe3CII+T+M+A残空冷:Fe3CII+S+T炉冷炉冷:Fe3CII+PA转变水冷油冷空冷非A组织保留例2、请分别计算铁碳合金中二次渗碳体、三次渗碳体的最大百分含量。提示:二次渗碳体是A中(脱溶)析出的,即A2.11→A0.77+Fe3CII0.772.116.69ωFe3CIIωAωFe3CII=2.11-0.776.69-0.77100%=22.64%三次渗碳体是F中(脱溶)析出的,即F0.0218→F0.0008+Fe3CIII00.02186.69ωFe3CIIIωFωFe3CIII=0.0218-06.69-0100%=0.33%例3、某工厂要制造①~⑤的产品，可供选择的材料有(a)~(e)五种，请用连线表示你的选择：①锻压机床的机身(a)HT200②坦克车的履带板(b)HT350③柴油发动机的曲轴(c)ZGMn13④织布机齿轮(低速低载)(d)QT600-02⑤三通、弯头等管接头(e)KTZ550-04例4、现有若干个直径为10毫米的T8钢试样，要分别获得下列的组织，应选用何种热处理方法?请画出此钢的TTT图，并在TTT图中画出各自的冷却曲线。（1）S+T；(绿线)（2）全部B下；(紫线)（3）M+Ar；(3条红线都行)（4）T+M+Ar；(淡兰线)（5）T+B上+B下+M+Ar。(黄线)时间温度作业（五）解答（1）汽车齿轮：20CrMnTi，合金渗碳钢；C%=0.2%,Cr1.5%,Mn1.5%,Ti1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；最终组织为回火M。（2）连杆：40Cr，合金调质钢；C%=0.4%,Cr1.5%；调质（淬火＋高温回火）；最终组织为回火S（3）弹簧：65Mn，弹簧钢；C%=0.65%,Mn1.5%；淬火＋中温回火；最终组织为回火T。（4）冷冲压模具：Cr12MoV，冷作模具钢；C%1%,Cr=12%,Mo1.5%,V1.5%；淬火＋低温回火；最终组织为回火M+粒状碳化物+A残。（5）滚动轴承：GCr15Mo，滚动轴承钢；C%＝1%左右,Cr=1.5%,Mo1.5%；球化退火（预备热处理）＋淬火＋低温回火；最终组织为回火M+粒状碳化物+A残。（6）车刀：W18Cr4V，高速钢；C%1%,W%=18%,Cr%=4%,V%1.5%；1280℃淬火＋560℃三次回火；最终组织为回火M＋粒状碳化物+A残。（7）锉刀：T10，碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火M＋碳化物+A残。（8）热锻模具：5CrMnMo，热变形模具钢；C%=0.5%,Cr1.5%,Mn1.5%,Mo1.5%；淬火＋中温回火；最终组织为回火T。（9）手术刀：4Cr13，不锈钢；C%=0.4%,Cr=13%；淬火＋低温回火；最终组织为回火M。（10）机床床身：HT300，孕育灰口铸铁；σb≥300Mpa（30mm直径的试样）；去应力退火；最终组织为珠光体基体+细片状石墨模拟试卷一的大题目五、综合题（共50分）1．附图所示为四种不同材料的应力-应变曲线（1-4），试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度（屈服点）、刚度和塑性。(6分)答：1)σb：21342)σS：13243）E：13244）δ：32412.现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆（铝的密度为2.7g/cm3,钢的密度为7.8g/cm3），若要求承受同样的外力而不发生塑性变形，试问：(1)新防护杆横截面积较原来大多少倍？(2)新防护杆比强度是原来多少倍？（5分）答：σSAl＝FS/A0AlσSSt=FS/A0StFS=σSAlA0Al=σSStA0St575A0Al=690A0StA0Al/A0St=690/575=1.2(σSAl/2.7)/(σSSt/7.8)=(575/2.7)/(690/7.8)=212.96/88.46=2.413.有A、B两元合金，在液态下能无限互溶，在固态中也能无限互溶而形成均匀固溶体，A组元熔点1090℃，B组元熔点1450℃。在1200℃时，WB为30%的试样液态质量分数WL为52.63%，固态质量分数WS为47.37%，固态的浓度为WB=40％。而WB=70%，温度为1360℃时，液相成分为WB=64%，固相成分为WB=76%。请：1）说明该合金相图为何类相图？2）绘出该二元合金相图，其中相界线上必须有六个点的位置正确。（10分）解：xxWs4030x5263.04737.04030999.204737.0052.11x4.现有45号钢材料，请1）根据铁碳合金相图，画出合金从液态冷却到室温的温度—时间曲线，并写出各个阶段的组织转变过程；2）如果大批或小批生产小轴零件，请分别选择两种合适的热处理方案；3）在C曲线上画出这两种热处理方案的工艺曲线，并分别标出其室温时的组织状态；解：2）大批生产小轴零件，采用正火热处理方案；小批采用调质热处理方案。3）V1为正火热处理方案，其室温组织为F+SV2为调质热处理中的淬火，然后高温回火；其室温组织为回火S。5.画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线。为获得以下组织，应采用什么冷却方式：并在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。（1）索氏体（2）托氏体+马氏体+残余奥氏体（3）全部下贝氏体（4）托氏体+马氏体+下贝氏体+残余奥氏体（5）马氏体+残余奥氏体M＋A残水淬5T＋M＋B下＋A残分级淬火4B下等温淬火3T＋M＋A残油淬2S正火1组织热处理方式6．下图为单级齿轮减速箱高速轴部件，请在表内材料部分的三个备选答案中打钩选择一个正确的答案，并填出各零件热处理方案（9分）零件名称材料热处理方法轴承挡圈30、40Cr、T10正火带轮QT600-3、65、T8正火轴承盖4Cr13、T8、30正火箱体HT250、45、60去应力退火轴QT700-2、45、65调质套筒20、T8、4Cr13正火齿轮20、40Cr、Q390调质滚动轴承GCr15、20、T8淬火+低温回火轴承端盖2Cr13、T10、30正火