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工程材料及热处理
工程材料与热处理复习资料
金属材料及其性能
(一)名词解释
1.金属:
是指具有良好的导电性,导热性,有一定的强度和塑性,并具有光泽的物质。
2.合金:
是指含有两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。
3.黑色金属:
是指以铁为主而形成的金属材料。
4.熔点:
材料有固态向液态转变的熔化温度。
5.强度:
是指是指金属材料在静载荷的作用下,抵抗变形和断裂的能力。
6.硬度:
是指材料抵抗塑性变形,压痕或划痕的能力。
7.冲击刚度:
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
8.金属的疲劳:
材料在狡辩盈利的作用下,产生了局部永久性损伤,经一定循环次数后产生裂纹或发生断裂的过程。
9.内力:
当金属在外力作用时,为保持其不变形,在材料内部产生作用与外力相对抗的力称内力。
(与外力相反)
10.应力:
在单位面积上产生的内力称应力。
11.金属的工艺性能:
是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。
(二)综合分析题
1.常用的硬度有哪三类?
简述其优缺点及表示符号。
答:
最常用的有布氏,洛氏及维氏三大类。
布氏硬度的试验压力大,压痕直径大,能准确地反映材料的平均性能;缺点:
操作时间长,对不同材料要用不同的压头和实验力,由于压痕大不宜对成品进行检查,更不易于薄件,其符号为HBW。
洛氏温度:
优点:
操作简单迅速,压痕小,能直接从刻盘上读出硬度值,压痕小可以测试成品及薄件,测试的范围大;缺点是:
压痕小,需在不同部分测试数次取平均值。
其符号为HR
维氏温度:
优点:
其测试的压力小,深度浅,主要用于测试表面硬度及薄件的硬度,可测定很软到很硬的各种金属,准确性高;缺点:
测量繁琐,对工件表面质量要求高。
其符号为HV。
2.金属的疲劳破坏特征有哪些?
答:
疲劳源,疲劳裂纹扩展区和断裂区。
3.金属的工艺性能包括哪些?
答:
锻造性,锻压性,焊接性,热处理性,金属材料的冷加工性。
金属学及热处理基础
(一)名词解释
1.组元:
组成合金的独立的最基本单元称为组元。
2.相:
在合金中具有相同的化学成分,相同晶体结构及物理化学性能并以界面分开的部分称为相。
3.固溶体:
是合金一种组元溶解其他组元,或组员间相互溶解而形成的一种均匀固相。
4.金属化合物:
合金组元在相互作用下形成的品格类型和特性与任一组元不相同的新相。
5.奥氏体:
是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。
6.铁素体:
是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
7.渗碳体:
是铁和碳所形成的间隙化合物。
8.珠光体:
是铁素体和渗碳体的混合物。
9.莱氏体:
在727℃以下由珠光体与渗碳体组成的混合物。
综合分析题
1.什么是晶体,它与非晶体的差异表现在哪几方面?
答:
组成固态物质的最基本的内部质点在三维空间中按一定规则周期性重复排列的物质称为晶体。
区别:
它与非晶体的差异为有规则的外形,一定的熔点和各向异性。
2.常见的金属晶格类型有哪些?
答:
体心立方结构,面心立方结构,密排六方结构。
3.什么是单晶体,在多晶体中晶体缺陷有哪些?
答:
由一个晶核所长成的原子排列方式和位向完全相同的晶体称为单晶体。
晶体缺陷:
点缺陷,线缺陷和面缺陷三类。
4.何为共晶转变、共析转变?
铁碳合金共晶转变及共析转变的成分、温度及转变过程。
答:
共晶转变:
在一定的温度下,一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应.例如含碳量为2.11%--6.69%的铁碳合金,在1148摄氏度的恒温下发生共晶反应,产物是奥氏体(固态)和渗碳体(固态)的机械混合物,称为"莱氏体".。
共析转变:
由一种固相转变成两种固相的固/固转变叫做共析转变。
5.画出铁碳合金相图,并标出各区域的组织及特性点、线的温度。
答:
6.利用铁碳相图分析含碳量分别为0.5%、0.77%、1.2%、2.5%、4.3%的铁碳合金从高温液态到室温时的转变过程。
答:
7.简述钢的热处理工艺分类以及热处理工艺曲线。
答:
所谓热处理,是通过对刚及其合金在固态范围内进行适当的加热、保温和冷却以获得所需的组织结构和性能的工艺。
热处理之所以能改变钢的性能,是由钢在固态下存在着结构发生变化的特性(同素异构)所决定的。
8.何为热处理?
热处理的特点及目的是什么?
答:
①热处理指通过对刚及其合金在固态范围内进行适当的加热、保温和冷却以获得所需的组织结构和性能的工艺。
②特点:
改变金属内部组织结构,不改变外形尺寸。
目的:
强化金属材料,提高工件的使用寿命,节约材料,消除毛坯缺陷,稳定尺寸。
9.简述钢在加热时奥氏体化的基本过程。
答:
:
奥氏体晶核的形成、长大、残余渗碳体溶解及奥氏体的均匀化。
10.简述过冷奥氏体冷却时的组织转变。
答:
根据等温转变曲线中可以看出过冷奥氏体冷至临界点以下将发生三种类型的转变:
珠光体、贝氏体和马氏体。
11.什么是马氏体?
马氏体的转变特点有哪些?
答:
特点:
①马氏体转变是无扩散型转变;②马氏体转变是等温转变;③马氏体转变的不完全性;④奥氏体转变为马氏体由于晶格类型不同,由面心立方转变为体心立方,结果马氏体体积增大;⑤马氏体转变的稳定化现象。
12.什么是退火?
常用的退火工艺有哪些?
答:
退火是把刚加热到临界温度以上或以下,在该温度下保温一定的时间,然后慢慢冷却到室温的一种热处理工艺。
常用的退火工艺有:
低温退火、再结晶退火、完全退火和不完全退火、球化退火、等温退火、均匀化退火。
13.确定下列退火方法,并指出退火的目的及退火后的组织?
(A)冷轧后的15钢板;(B)2G35钢齿轮坯;(C)锻造后T12钢
答:
①冷轧后的钢板要求降低硬度,采用完全退火。
目的:
降低硬度消除应力使组织均匀化,退火后的组织为F+P。
②2G35铸造后应采用完全退火或等温退火。
目的:
降低硬度,消除应力,稳定尺寸,均匀成分,细化晶粒,为后续热处理做准备。
其组织为F+P。
③T12钢锻造后应采用球化退火。
目的:
降低硬度,使渗碳体球状化,便于增剂,细化晶粒,为后续热处理做准备。
14.正火与退火有哪些区别?
答:
正火是完全退火的一种变态或特例,二者仅是冷却速度不同,通常退火是随炉冷而正火是在空气中冷却,正火既适用于亚共析钢也适用于过共板钢,对于共析钢,正火一般用于消除网状碳化物;对于亚共析钢,正火的目的与退火基本相同,主要是细化晶粒,消除组织中的缺陷,但正火组织中珠光体片较退火者细,且亚共析钢中珠光数量多铁素体数量少,因此,经正火后钢的硬度、强度均较退火的高,由此可知,在生产实践中,钢中有网状渗碳体的材料需先经正火消除后方可使用其他工艺,而对热处理后有性能要求的材料,则据要求的不同及钢种不同选择退火工艺,如:
要求热处理后有一定的强度、硬度,可选择正火工艺;要求有一定的塑性,尽量降低强度、硬度的则应选择退火工艺。
15.什么是淬火?
如何选择淬火加热温度?
答:
将钢加热到奥氏体化保温后,以适当的冷却速度冷却,使工件横截面内全部或一定范围内获得马氏体或贝氏体等不稳定组织的热处理工艺,其目的使工件强化和硬化。
12.有Φ10mm45钢件,经下列温度加热:
700℃、810℃、850℃、1100℃,保温后在水中淬火会得到什么组织?
答:
①700℃其组织为F自由+M+A´在Ac3以下温度;②810℃,其组织为M+A´(常规淬火温度);③860℃,其组织为M粗+A´有过热现象,晶粒较粗大易产生裂纹;④1100℃,其组织为M粗大+A´温度过高,晶粒粗大,变形大易开裂,并伴有氧化脱碳,硬度强度下降等。
13.T8~T12的钢,当分别了加热到780℃和900℃并保温后经大于临界冷却速度的冷却
室温,试分析组织和不同形状。
答:
①在900℃加热到淬火马氏体晶粒粗大;②在780℃加热淬火马氏体晶粒含碳量较少,全析出Fe3CⅡ;③在900℃加热淬火残余奥氏体较多;④在780℃加热淬火未溶碳化物较多;⑤780℃加热合适,其原因:
a过共析钢在Ac1以上的两相区加热组织中保温两次渗碳体有利于钢的硬度和耐磨性;b降低奥氏体中的碳质量分子,也就改变了马氏体的状态,脆性下降;c可以降低残余奥氏体的量;d未溶的渗碳体可以阻碍晶粒长大,使晶粒细化,降低了淬火应力,改善了力学性能。
14.什么是回火?
其目的是什么?
答:
将淬火钢重新加热到A1点以下的预定温度并保温,然后冷却下来的工艺方法称回火。
其目的:
a.稳定组织,消除淬火应力防止工件在以后的加工或使用过程中产生变形与开裂。
b.减少脆性,调整硬度,以消除各种工件对力学性能的不同要求。
15.45钢、65弹簧钢和T12钢经常温淬火回火后,说出回火后的组织?
答:
①45钢加热到810-830℃用水淬火,再在550-650℃的高温回火,获得回火索氏体组织。
②65弹簧钢在840℃加温用油淬火再在350-450℃的中温回火,可获得回火屈氏体组织。
③T12钢加热到750-780℃水淬,在250℃以下低温回火可获得M回+A´。
20.有一产品硬度要求为220-250HB,选用45钢;这里有两种方法可以达到,一种是正火,另一种是调质,试分析这两种方法的生产后产品的组织和性能差别。
答:
①采用正火其组织为细片状珠光体,②采用调质,其组织为回火索氏体,③而调质的产品其强度、塑性、硬度、钢性均优于正火组织,但成本较正火的高。
第三章模具用钢
1.钢按用途及化学成分分类可分为哪些类?
答:
总体分为碳素钢与合金钢,碳素钢又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
合金钢又可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。
2.合金钢中包括哪几类钢?
答:
合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢。
3.试从工艺性能和承载能力方面分析下列钢号属于哪类冷作模具钢?
答:
W18Cr4V、Cr12MoV、CrW5、GCr15、9SiCr、CrW5、GCr15为低淬透冷作模具钢;
W18Cr4V为高强度高耐磨性冷作模具钢;
9SiCr为低变形冷作模具钢;
CrMoV为高耐磨,微变形冷作模具钢;
7Cr7Mo2V2Si为高韧性冷作模具钢;9Cr6W3Mo2V2为高耐磨性,高强韧性冷作模具钢。
4.解释下列合金钢牌号字母及数字地表示方法。
(20CrMnTi、65Mn、T12A、Cr12MoV、GCr15)
答:
20(表示平均含碳量为0.2%)Cr(表示铬的平均含量小于1.5%)Mn(为锰的平均含量小于1.5%)Ti(钛后无数字,表示钛的平均含量小于1.5%);
65(平均碳含量为0.65%)Mn(平均含锰量为0.7-1.2%);
T(为碳素工具钢)12(表示平均含碳量为1.2%)A(表示高级优质钢);
Cr12(表示铬含量为12%)MoV(表示Mo、V的含量均小于1.5%);
G(表示滚动轴承钢,前面未写数字表示含碳量大于等于1%)Cr15(表示含铬量为1.5%)。
5.合金元素对钢的组织及性能的影响主要有那几个方法?
答:
合金元素在钢中的存在形式,2、合金元素对相图的影响。
6.试述模具材料的分类方式。
答:
冷作模具2,热作模具3,塑料模具。
7.冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢在成分、性能及热处理方面有何不同?
答:
冷作模具是在常温下完成对金属或非金属材料进行塑性变形的模具在工作中受到拉伸、压缩、冲击、疲劳、摩擦等机械力,磨具损坏主要是磨损、脆断、变形、咬合,新的要求材料通过一定的热处理后游良好的硬度,耐磨性、强度、韧性,抗疲劳性及抗咬合能力,在热处理方面是通过淬火加低温回火后得到马氏体组织;
热作模具是用于使加热的金属或液态金属获得新的形状,是在反复受热和冷却的条件下工作,工作中受到热金属及压力摩擦,要求材料通过热处理后游高的强度、韧性及一定的耐磨性,高的回火稳定性,良好的抗热疲劳性,淬透性、但含碳量不能过多,否则影响磨具的导热性,一般热处理后得到贝氏体,屈氏体组织;
塑料模具一般在200℃以下工作,持续受热受压并受到一定程
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