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灰口铸铁:
灰口铸铁屮碳全部或大部分以片状石墨形式存在,其断口呈暗灰色。
(片状石墨对基体产生割裂作用,并在尖端造成应力集屮,故灰口铸铁力学性能较差)
可锻铸铁:
可锻铸铁屮的碳全部以或大部分以图案絮状的石墨形式存在,它是由一定成分的
白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。
又称韧性铸铁。
蠕墨铸铁:
螞墨铸铁中的碳大部分以帰虫状石墨形式存在。
(高耐热性)
麻口铸铁:
:
麻口铸铁屮的碳一部分以渗碳体形式存在,另一部分以石墨形式存在,端口呈黑白相间。
(无实用价值)。
基体钢:
指其成分含有高速钢淬火纟H.织中除过剩余碳化物以外的基体化学成分的钢种。
(高强度高唤度,韧性和疲劳强度优于高速钢,可做冷热变形模具刚,也可作超高强度钢)
第一章
1、合金元素V、Cr、W、Mo、Co、Ni^Cu、Ti、Al、Mn中哪些是铁素体形成元素?
哪
些是奥氏体形成元素?
哪些能在a-Fe中形成无限固溶体?
哪些能在Y・Fe中形成无限
固溶体?
为什么?
答:
奥氏体形成元素:
C,N,Cu,Mn,Ni,Co等。
铁索体形成元索:
Cr,V,Si,Al,Ti,Mo,W。
V、Cr与a・Fe可形成无限置换固溶体;
Mn.Co、Ni与y・Fe可形成无限置换固溶体。
决定组元在置换固溶体屮的溶解条件是:
⑴溶剂与溶质的点阵相同;
⑵原了尺寸因索(形成无限固溶体时,两者Z差不大于±
8%);
(3)组元的电子结构(组元在周期表屮的相对位置)。
2、简述合金元素对铁碳相图(如共析碳量等等临界点)的影响。
1・改变奥氏体相区位置奥氏体形成元素均使奥氏体存在的区域扩大,其中开启丫相区的元素如,Ni、Mn>
Co含量较多时可使钢在室温下得到单相奥氏体相区。
铁素体形成元索均使奥氏体的相区缩小,其屮封闭Y相区的元索如CrTiSi等超过一定含量时,可使钢在室温获得单相铁素体组织。
2.改变共析/共晶转变温度扩大Y相区的元素,使共析转变温度降低。
缩小Y相区的元素,使其升高。
3.改变了共析含碳量儿乎所有合金元索均使共析点(S)左移,说明钢在C不到
0.77%时就会因过共析而析出Fe3Cn,即共析含碳量降低。
3.简述合金元素对扩大或缩小Y相区的影响,并说明利用此原理在生产中有何意义?
(1)扩大Y相区:
使A3降低,A4升高。
一般为奥氏体形成元素
分为两类:
乩开启¥
相区:
Mn,Ni,Co与y-Fc无限互溶.
b・扩大Y相区:
有C,N,Cu等。
如Fe-C相图,形成的扩大的Y相区,构成了钢的热处理的基础。
(2)缩小Y相区:
使A3升高,A4降低。
一般为铁素体形成元素
分为两类:
&
封闭Y相区:
使相图屮Y区缩小到一个很小的面积形成Y圈,其结果使S相区与a相区连成一片。
如V,Cr,Si,Al,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb0
b.缩小Y相区:
Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等
(3)生产屮的意义:
可以利用M扩大和缩小Y相区作用,获得单相组织,具有特殊性能,在耐蚀钢和耐热钢屮应用广泛。
4・如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性?
1)低温冋火脆性(第I类,不具有可逆性)
其形成原因:
沿条状马氏体的间界析岀K薄片;
防止:
加入Si,脆化温度提高3000加入Mo减轻作用。
2)高温冋火脆性(第II类,具有可逆性)
与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。
加入W,消除或延缓杂质元素偏聚.
5・如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。
二次硬化:
在含有Ti,V,Nb,Mo,W等较高合金钢淬火后,在500-600C范围内回火时,在a相屮沉淀析出这些元素的特殊碳化物,并使钢的HRC和强度提高。
(但只仃离位析出时才冇二次硬化现象)
二次淬火:
在强K形成元素含量较高的合金钢屮淬火后Y'
十分稳定,萇至加热到500-600°
C冋火时仍不分解,而是在冷却时部分转变成马氏体,使钢的硬度提高。
相同点:
都发生在合金钢屮,含有强碳化物形成元索相对多,发生在淬冋火过稈屮,且冋火温度550°
C左右。
不同点:
二次淬火,是冋火冷却过程屮Ar转变为m,使钢硬度增加。
二次硬化:
冋火后,由于特殊k的沉淀析岀,钢硬度不降反升。
6・一般地,钢有哪些强化与韧化途径?
强化尚溶强化细晶强化位错强化第二相强化(弥散强化、析出强化、沉淀强化、时效强化、二次便化、过剩相强化)
韧化1、细化晶粒2、提高冶金质量,降低杂质元索含量3、改善基体韧性4、细化碳化物
5、调蕖化学成分6、形变热处理,减少显微裂纹7、低碳马氏体强韧化8、提高钢的耐冋火性
7.合金元素对马氏体转变有何影响?
合金元素的作用表现在:
1.对马氏体点Ms-Mf温度的影响;
除Al,Co外,绝大多数合金元素都降低Ms、Mf温度,
其降低稈度:
强CfMnfCLNi7JMo,W,Si弱。
且随合金元素含量增加,马氏体转变温度
继续下降。
2.改变马氏体形态及精细结构(亚结构)。
合金元素Cr、Ni、Mo、Mn等有增加形成宇晶马氏体的倾向,且亚结构与合金成分和马氏体
的转变温度有关。
第二章工程结构钢
1.对工程结构钢的基本性能要求是什么?
(1)足够高的强度、良好的教性;
(2)适当的常温冲击韧性,有时要求适当的低温冲击韧性;
(3)良好的工艺性能。
2.低合金高强度钢的合金化特点
低合金高强度钢是指在普通碳素钢的基体上通过添加一种或多种少量合金元素(总质量分数低于3%),使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构钢。
合金元素的作用:
1)溶入铁素体基体产生固溶强化(Si、Mn、Ni、W、Mo、V、Cr)
2)细化晶粒(V、Mo),利用细晶强化使钢的韧■脆转变温度的降低,来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧■脆转变温度的升高。
3)析出弥散的碳、氮化物,起沉淀强化作用。
4)增加珠光体的含量以提高强度。
3・什么是微合金钢?
微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些?
试举例说明。
微合金钢:
在现有的钢屮添加微量元索使钢的性能明显提高,并通过丁•艺和化学成
分使细晶强化和沉淀强化良好组合麻的钢。
主要微合金化元素Ti,Nb,V;
作用:
1)抑制奥氏体形变再结晶:
在热加工过程屮,通过应变诱导析岀Nb、Ti、V的
氮化物,沉淀在晶界、亚晶界和位错上,起钉扎作用,能有效抑制再结晶过程的进行。
2)阻止奥氏体晶粒长大:
微量Nb(N,C)以及TiN从高温固态钢屮析出,呈弥散分布,阻止奥氏体晶粒长大。
3)沉淀强化:
低温下析出沉淀相Nb(N,C)以及VC,起沉淀强化作用,能显著提高钢的屈服强度。
4)改变与细化钢的显微组织:
在轧制加热时,溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性,降低了发生先共析铁索体和珠光体的温度范围,细化了组织和析出相。
第三章机械制造结构钢
1•调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较,并熟悉各自主要钢种。
答:
成分
热处理
常用组织
主要性能
调质钢
0.30〜0.50%C的C钢或屮、低合金钢
淬火+高温冋火
冋火s或冋火T
较高的强度,良好的犁性和韧性
弹簧钢
屮、高碳索钢或低合金钢
淬火+屮温冋火
冋火T
高的弹性极限,高的疲劳强度,足够的瓠性和韧性
主要钢种:
A.调质钢:
按淬透性大小可分为几级:
1)40,45,45B
2)40Cr,45Mn2,45MnB,35MnSi
3)35CrMo,42MnVB,40MnMoB,40CrNi
4)40CrMnMo,35SiMn2MoV,40CrNiMo
B.弹簧钢:
l)Mn弹簧钢:
60Mn,65Mn
2)MnSi弹簧钢:
55Si2Mn,60Si2MnA
3)C「弹簧钢:
50CrMn,50CrVA,50CrMnVA(使用T<
300°
C)
4)I耐热弹簧:
30W4Cr2VA(可达500°
C)
5)耐蚀弹簧:
3Crl3,4Crl3,!
Crl8Ni9Ti(温度<
400°
2•马氏体时效钢与低合金超强钢相比,在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同?
合金化
强化机制
马氏体时效钢
1)扩大y相区(Ni、Co);
2)时效强化(Ni,Ti,Al,Mo,Nb,Mo);
3)为提高頼韧性,必须严格控制杂质元素含量
(C,S,N,P)
815°
固溶处理加时效强化
固溶强化
冷作相变强
化
时效强化
高强度,同时具有良好的塑韧性和缺口强度;
热处理工艺简单;
淬火后硬度低,冷变形性能和切削性能好;
焊接性较好
低合金超咼强钢
1)保证钢的淬透性(Cr,
Mn,Ni);
2)增加钢的抗冋火稳定性(V,Mo);
3)推迟低温1叫火脆性(Si);
4)细化晶粒(V,Mo)。
淬火+低温回火或等温淬火
晶粒细化、沉淀硬化及亚结构的变化
强度高;
成木低廉;
生产工艺较简单;
韧塑性较并;
较大的脱C倾向;
焊接性不太好。
3、GCrl5钢是什么类型的钢?
这种钢中碳和锯的含量约为多少?
碳和铅的主要作用分别
是什么?
其预先热处理和最终热处理分别是什么?
(1)GCrl5钢是滚动轴承钢。
含碳量为%含珞量为1.5%。
(2)磧的主要作用:
含碳暈为0.45%的冋火马氏体基体,提高强度、硬度和耐磨性。
数量为8%的细颗粒未溶合金渗啖体(Fe,Cr)3C,提高|耐磨性、细化奥氏体晶粒。
⑶锯的作丿提高淬透性;
提高合金渗碳体的稳定性,淬火加热时保持细小颗粒,细化奥氏体晶粒,提高耐擁性。
⑷预先热处理
球化退火:
得到均匀细粒状珠光体纟H•织。
780-800°
C加热,炉冷。
正火:
得到细片状珠光体。
850-950°
C加热,空冷。
⑸最终热处理
淬火:
830-860°
C加热,油冷。
回火:
150-170°
C。
4・高猛钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织?
为何具有抗磨特性?
平衡态组织:
a+(Fe,Mn)3C铸态组织:
Y(+a)+碳化物
固溶处理后组织:
单相Y使用状态下组织:
表面硬化层+内部Y
高冲击和强挤压下,通过大形变在奥氏体基体中产生大量层错、形变李晶、位错缠结、e(a)-马氏体,其表面层迅速产生加工硬化,在滑移面上形成硬化层,表面硬度极大地提高到HB550左右,而心部仍保持韧性的奥氏体。
第四章
L从总体看,工具钢与结构钢相比,在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与实
际应用方面各自有何特点?
结构钢
工具钢
C:
中低C合金元索:
屮偏低
屮高C
合金元索:
屮偏低高c
组织
P(S,T),B,M
M,S,T
退、正、淬、冋火
淬火冋火
综合性能
强韧
(热)硬,强
应用
工程或制造结构
各种工具
2、什么是红硬性?
为什么它是高速钢的一种重要性能?
哪些元素在高速钢中有利于提高钢的红硬性?
红硬性:
在高温下保持高硬度的能力。
在高速切削过程屮,刀具的刃部温度可达600°
C以上,并且要满足切削性能和耐磨性,这要求它必须具有红硬性。
提高红硬性元素:
C碳、W钙、Mo钳、V锐、Co钻、N氮。
3・18-4-1高速钢的铸态显微组织特征是什么?
为什么高速钢在热处理之前一定锻造?
铸态组织:
鱼骨状Le+黑色与白色纽•织
铸态高速钢由于组织屮存在大量粗大的共晶碳化物,并呈不均匀的网状分布,因而严重影响高速钢的性能,所以必须经过锻轧将其破碎,使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物
4・高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为什么高达1280-0?
在加热过程中为什么要在600~650t和800~850匸进行二次预热保温?
加热温度高:
为使奥氏体屮合金度含最较高,丿、'
、/:
尽对能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下(晶粒仍然很细,8-9级)。
目标:
淬火后获得高合金的M组织,具有很高抗回火稳定性;
在高温I川火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化,使钢具有高的硬度和热硬性。
一次或两次预热:
由于高合金的高速钢导热性差,为防止工件加热时变形,开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。
5•高碳高珞冷作模具钢性能特点,元素作用及其热处理工艺及组织是什么?
答;
高碳高辂型钢是骼的质量分数为12%左右的高碳亚共晶莱氏体钢,在退火态含有体积分数为16%〜20%的(Cr,Fe)7C3碳化物,其中也可能会溶入少量的钳和饥。
在高温冋火时(500°
C左右),合金元素从马氏体屮析出产生二次硬化,增加了耐回火性,
从而提高了钢的硬度和耐磨性。
由于高温淬火加热后,Ms点降低,使淬火组织屮存在大量的残余奥氏体,可以保证微小体积变形,这类钢屮碳化物不均匀性比较严重。
其铸态组织有网状共晶莱氏体存在,高碳高锯型钢锻造以后通常采用等温球化退火处理(850°
C〜87U°
C等温3〜4h炉冷720〜740°
C等温6〜8h炉冷至500°
C空冷)退火后获得索氏体型珠光体+颗粒碳化物组织,高碳高锯型钢的淬火冋火处理通常有一次%更化(采用较低的淬火冋火温度)二次碳化(采用高的淬火温度进行多次冋火处理)
C;
提高硬度和耐磨性Cr;
增加淬透性和耐磨性Mo、V:
提高耐冋火性,增加
淬透性,细化晶粒
第五章
1・合金元素对不锈钢的影响。
C「决定和提高耐蚀性的主要元索;
Ni可提高耐蚀性;
C与Cr形成碳化物,降低耐蚀性;
Mn,N提高高倂不锈钢在有机酸屮的耐蚀性;
Mo提高不锈钢的钝化能力;
Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸屮的耐蚀性;
Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸屮耐蚀性。
2•奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因,影响因素与防止方法。
产生的原因:
这类钢在加热到450-850温度区间会发生敏化,过饱和的固溶的碳向晶粒边界扩散,与晶界附近的骼结合形成絡的碳化物Cr23C6,并在晶界析出,由碳比锯的扩散快的多,锯来不及从晶内补充到晶界附近,以至于邻近晶界的晶粒周边的Cr的质量分数低于12%,即所谓的“贫铭”现象,从而造成晶间腐蚀
影响因素:
不锈钢的碳含量;
化学成分;
加热温度;
加热时间。
防止方法:
1)超低C;
2)改变K类型,加Ti,Nb固C,并稳定化处理;
3)固溶处理,重新使K溶解于Y屮;
4)获得Y+§
(10-50%)双相组织
9、高碳,高鉛工具钢耐磨性极好的原因是什么,抗氧化的原因?
⑴耐磨性好的原因:
马氏体基体的硬度高。
未溶碳化物数多(退火时体积分数为16-20%)。
未溶碳化物是骼碳化物屮驶度最高的Cr7C3,HV为1700。
⑵抗氧化的原因:
形成了稳定、致密、结介牢尚的0203保护膜。
3•耐热钢中合金元素的作用是什么?
耐热钢的种类?
锯:
提高钢抗氧化性的主要元素
钳,苗:
提高低合金耐热钢热强性能的重要元索
铝:
提高钢抗氧化性的有效元素
硅:
提高抗氧化性的辅助元素
繚:
主要是获得T艺性能良好的奥氏体组织而加入
钛,锯,饥:
这些强碳化物形成元素能形成稳定的碳化物,提高钢的松弛稳定性,也提高热强性
碳:
碳能强化钢,在较低温度时,钢的蠕变主要是以滑移为主,碳有强化作用;
在较高温度下,钢的蠕变是以扩散犁性变形为主,而碳促进了碳原了的自扩散,所以起了不利的作用。
种类:
珠光体耐热钢,马氏体耐热钢,奥氏体耐热钢
F型耐热钢:
350-650°
C包括F-P、F、M耐热钢
奥氏体耐热钢:
600-850°
C包括固溶强化、沉淀强化奥氏体耐热钢
高温合金:
Ni、Co基合金,650-1150°
C
难熔合金:
Mo、Nb基合金,>
1000°
综合•判断下列钢号的类别、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织和用途:
Q275、ZGMn13>
40Cr、35CrMo、20CrMnTi>
GCr15>
60Si2Mn、W18Cr4V(作业)、Cr12MoV.3Cr2W8V.5CrNiMo、9SiC「、CrWMn.4613、1Cr18Ni9Ti.Cr17>
12CrMo>
38CrMoAIAo
Q275碳索工稈结构钢wc=0.38%,wMn<
1.0%,wsi<
1.5%组织:
铁索体+珠光体热处理:
正火或退火,淬火+低温冋火性能:
具有较低的强度、较好的教性和切削加丁性能,一定的焊接性能。
用途:
冷冲压薄板、冷拔钢管、冷拉钢丝等
ZGMn13高猛钢高碳高猛%在1.0%左右WMn=10-14%组织:
奥氏体+细小碳化物热处理:
固溶+水韧处理
性能:
适当的硬度,较高的强度和冲击韧性,高的耐磨性。
用于承受大冲击和耐磨损的零件,碎石机衬板、履带、挖掘机斗齿等。
Crl2MoV冷作模具钢
第七章铸铁
1.铸铁与钢相比,在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同?
成分:
C、Si含量高,S、P含量高
纟R织:
钢的基体+(不同形状)石墨;
性能比钢要低,特别槊•、韧性;
G:
IIB3-5,屈强20\fPa,延伸率近为0;
但具有优良的减贯性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敬感性;
2.可锻铸铁的其生产分几步?
生产:
分两步:
1)生产白口铸铁;
2)高温G化退火(900-980度,15h
铝合金
第八章
1.1.以Al-4%Cu合金为例,阐述铝合金的时效过程及主要性能(强度)变化。
1)形成溶质原了(Cu)的富集区-GP[T]与母相a(Al为基的固溶体)保持共格关系,
引起a的严重畸变,使位错运动受阻碍,从而提高强度;
2)GP[I]区冇序化一形成()'
'
相化学成分接近CuA12,具有正方晶格,引起更严重的畸变,使位错运动更大阻碍,显著提高强度;
3)溶质原了的继续富集,以及过渡相8'
形成己达到CuA12,且部分地与母相晶格脱离关系,晶格畸变将减轻,对位错阻碍能力减小,合金趋于软化,强度开始降低。
4)稳定相()的形成与长大与母相完全脱离晶格关系,强度进一步降低。
这种现象称为过时效。
2•变形铝合金分类,牌号及主要性能特点。
变形铝合金分为两大类:
非热处理强化变形铝合金主要有防锈铝合金
热处理强化变形铝合金主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金。
防锈铝合金
I耐蚀性好;
犁性好(易加T成形);
焊接性好;
可利用冷加工硬化来提高强度
牌号:
Al-Mn系LF21Al-Mg-(Mn)LF2,3,5,6,7,10,11,12等
硬铝
Al-Cu-Mg合金系牌号:
LY具有良好的耐热性,强度高,但级性及承受冷热加工能
力差
超硬铝合金
Al-Zn-Mg-Cu系牌号:
LC3,LC4,LC5,LC6,LC9
强度高(淬火+120°
C时效),但抗蚀性差(包铝),组织稳定性不好,T作温度小于
120°
锻铝合金
普通锻铝合金:
Al-Mg-Si;
热锻铝合金,Al-Cu-Mg-Ni-Fe
合金系Al-Mg-Si>
Al-Cu-Mg-Ni-Fe牌号:
LD2,LD5,LD6,LD10;
LD7,LD8,LD9
良好的热艰性,较高的机械性能
3・铸造铝合金主要分为几类?
说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点。
合金系
牌号
主要性能特点
Al-Si系
ZLlxx
最好的铸造性能、屮等强度和抗蚀性,应用最广泛。
Al-Cu系
ZL20x
最高的高温和室温性能,适于制造大负荷或1耐热铸件,但铸造性能和抗蚀性较差。
Al-Mg系
ZL30x
有最好的抗蚀性和较高的强度,但铸造、耐热性能差,适于抗蚀、耐冲击和表面装饰性高的铸件。
Al-Zn系
ZL40x
铸态下的高强度铝合金,在强度、抗蚀性和铸造性能,均屮等
第八章铜及铜合金
铜合金分为几类不關合金的牌号如何表示,主要性能是什么?
二元黄铜:
铜一锌合金。
1185,1170,1162。
槊性好。
多元黄铜:
铝黄铜,HA177-2,
提高耐蚀性,增加强度。
锡黄铜,HSn70-l,
铅黄铜,提高切削性。
锡青铜:
铜-锡合金。
QZSnlO,铸造收缩率小,适丁铸造形状复杂,壁厚变化大的T件。
多元
锡磷昔铜,QZSn6.5-0.1(P),提高强度锡锌青铜,QSn4-
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