结构材料复习资料Word格式.docx

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C、当合金元素含量不足以形成自己特有的碳化物时，则形成M6C型（复杂六方）的合金碳化物。

d、当Me含量很少时，形成合金渗碳体。

碳化物稳定性高，可使钢在高温下工作并保持其较高的强度和硬度。

钢的红硬性、热强性好。

相同硬度条件下，碳化物稳定性高的钢可在更高温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。

合金钢较相同硬度的碳钢综合力学性能好。

碳化物的稳定性高，在高温和应力作用下不易聚集长大，也不易因原子扩散作用而发生合金元素的再分配。

钢的抗扩散蠕变性能好。

3、合金钢二次硬化现象的本质是什么？

对钢的性能有什么影响？

本质是：

弥散强化。

原因特殊碳化物的弥散硬化+二次淬火。

影响：

（1）合金的硬度提高。

（2）弥散质点的数量愈多，二次硬化效应愈大，即合金元素的含量越高，二次硬化效应越显著。

（3）二次硬化峰也与回火时残余奥氏体→马氏体（二次淬火）相联系如高速钢回火时。

（4）VNbTiMoW和高Cr钢中均显示二次硬化效应

第二章结构钢

一、名词解释

调质钢：

经过调质处理后，能获得良好的综合力学性能的钢种。

二、填空题

1、机器零件钢按用途可分成调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢

和渗碳钢四类。

1、低合金高强度钢中的主加合金元素Mn对钢的性能有哪些影响？

为什么它会有这些影响？

锰属于复杂立方点阵，其点阵类型及原子尺寸与α-Fe相差较大，因而锰的固溶强化效果较强。

锰是A形成元素，能降低A→P转变的温度Ar1，并减缓其转变速度，可细化P，↑钢的强度和硬度。

锰的加入可使Fe-C状态图中“S”点左移，使基体中P数量增多，可使钢在相同含碳量下，P量增多，致使强度不断↑。

锰还能↓钢的韧脆转变温度。

注意：

锰的含量要控制在2%以内，若过高将会有贝氏体出现，且使焊接性能变坏，容易产生裂纹。

2、机器零件用钢中的主加合金元素有哪些？

它们的主要作用是什么？

主加合金元素：

Si、Mn、Cr、Ni、B，

作用：

分别加入或复合加入钢中，对↑钢的淬透性、↑钢的综合力学性能起主导作用。

3、弹簧钢的成分特点是什么？

这样的成分对钢的性能有哪些影响？

1、中、高碳

碳素弹簧钢的含碳量在0.6%～0.9%之间，合金弹簧钢的含碳量一般在0.40%～0.70%之间，以保证高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。

2、加入提高淬透性的元素

Si、Mn；

目的：

提高淬透性、强化铁素体基体和提高回火稳定性，同时也提高屈强比。

硅对提高钢的弹性极限有明显的效果，但高硅量的钢有石墨化倾向，并在加热时易于脱碳。

锰在钢中易使钢产生过热敏感性。

辅加合金元素：

碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等，

进一步提高淬透性和强度，防止钢在加热时晶粒长大和脱碳，增加回火稳定性及耐热性。

4、调质钢的成分特点是什么？

主加合金元素与辅加合金元素的主要作用是什么？

1、中碳

ωc：

（0.25％～0.50％）C。

含碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；

含碳量过高，材料的塑性、韧性变差。

2、主要加入提高淬透性的元素

如Cr、Ni、Mn、Si、B等，提高淬透性，强化F。

Cr、Mn、B可单独加入，Ni、Si在我国不单独加入，而是复合加入。

3、加入提高回火稳定性和防止第二类回火脆性的元素

V、Ti、Mo、W等，能细化晶粒，提高回火稳定性。

Mo、W可以减轻和防止第二类回火脆性，其合适的质量分数约为ωMo=0.15％～0.30％或ωw=0.8％～1.2％。

5、GCr15钢从钢锭到成品，要经过以下几个温度范围的热处理工序，说明每个工序的名称、目的和热处理后的组织。

1150~1200℃；

锻、轧前的高温扩散退火；

消除碳化物液析和碳化物带状组织

770~810℃；

球化退火（缓冷球化）；

↓钢的硬度，以利于切削加工；

获得细小的球状珠光体和均匀分布的细粒状碳化物，为零件的最终热处理作组织准备。

830~860℃；

淬火；

；

淬火组织：

隐晶M基体+粒状碳化物+残余A

160±

5℃；

低温回火温度；

回火组织：

回火M+细粒状碳化物+残余A。

-60℃。

冷处理；

避免在长期保存或使用过程中会发生变形。

6、分析低碳马氏体型结构钢的性能特点及应用范围。

（1）良好的韧性低碳钢含碳量少，固溶强化后F晶格畸变小，脆性低，韧性好；

位错亚结构有良好的韧性；

相互排列的M条在冲击力作用下，无相互撞击，还可吸收一部分冲击能量；

较高的Ms温度，有自回火现象，消除了部分淬火应力。

（2）高的抗拉强度和低的脆性转化温度低碳M的抗拉强度可达1200～1300MPa，其脆性转化温度<

-60℃，具有良好的低温冲击性能。

低碳M的冷脆转化温度≤-60～-70℃，而40Cr钢调质态为-50℃。

低碳M钢适用于在严寒地带室外工作的机件及低温下要求高强度和韧性的机件。

（3）缺口敏感性和疲劳缺口敏感度低低碳M钢不但在静载荷下具有低的缺口敏感性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度

（4）良好的工艺性能如良好的冷加工性、可焊性，较低的热处理脱碳倾向和变形和开裂倾向。

第3章铸铁

一、名词解释：

铸铁的石墨化：

铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程

球墨铸铁：

石墨呈球状分布的灰口铸铁。

铸铁的热生长：

铸铁在反复加热、冷却时会发生体积膨胀的现象。

1、白口铸铁中碳主要是以渗碳体的形式存在，灰口铸铁中碳主要是以石墨的形式存在。

2、普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中石墨的形态分别为片状、团絮状和球状。

3、可锻铸铁俗称玛钢。

4、RuT420的强度高、硬度高，具有高的高温强度和较高的热导率，可以用于制造经受热循环负荷的铸件、组织致密零件、结构复杂，而设计又要求高强度的铸件等零件。

1、普通灰铸铁有哪些性能特点及主要用途？

性能特点及用途

力学性能：

抗拉强度较钢低，塑、韧性几乎为零，硬度与同样基体的正火钢接近；

但灰铸铁的抗压强度较高。

其他性能：

有优良的减震性，高的耐磨、减摩性，良好的切削加工性能；

灰铸铁流动性好，收缩率小，具有优良的铸造性。

用途：

可作机床床身、底座等耐压零部件；

宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。

2、球墨铸铁可以进行哪几种类型的淬火回火处理？

说明处理后的组织与性能特点。

淬火高温回火：

组织：

回火S+G球。

性能特点：

调质后具有比正火高的综合力学性能，可代替部分钢件制造重要的结构零件

淬火低温回火：

回火M+少量残余A+G球。

很高的硬度（55～61）HRC和很好的耐磨性，但塑、韧性较差，用于要求高耐磨性的零件

淬火中温回火：

回火T+G球。

较高的弹性、韧性及良好的耐磨性，用于要求具有一定弹性、耐磨性及热稳定性的零件

3、可锻铸铁可以锻造吗？

为什么？

它的生产工艺与其它的铸铁相比有什么特点？

可锻铸铁并不能锻造。

因为1、团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起应力集中作用比灰铸铁小得多，因此可锻铸铁具有较高的强度，特别是塑性比灰铸铁高得多，有一定的塑性变形能力，因而得名可锻铸铁。

2、如果进行锻造，容易使其中的石墨变形。

从而使铸铁产生裂纹从而是铸铁的性能变坏硬度降低等。

（3）特点1、团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起应力集中作用比灰铸铁小得多，因此可锻铸铁具有较高的强度。

2、特别是塑性比灰铸铁高得多，有一定的塑性变形能力。

4、白口铸铁和灰口铸铁的组织与性能的主要区别是什么？

1、白口铸铁第一、二、三阶段石墨化完全不进行完全按照Fe-Fe3C相图结晶得到的铸铁其组织中存在共晶莱氏体断口白亮由于有大量硬而脆的Fe3c白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。

2、灰口铸铁第一、二阶段石墨化充分进行铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。

断口呈灰色。

它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单。

成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。

5.石墨形态对铸铁性能有什么影响？

在生产中如何控制石墨形态？

石墨的结构为层片状，强度、塑性和韧性很低，几乎为零，硬度3HBS，在金属基体中相当于“微裂纹”和“微孔洞”。

这导致铸铁的主要缺点：

抗拉强度低、塑性、韧性远不如钢。

优点：

铸造性能优良，减震性和切削加工性能较好，也有较好的耐磨性和减摩性

如何控制：

1、化学成分的影响C、Si含量愈↑石墨化愈易充分进行。

P：

促进石墨化S：

强烈阻碍石墨化有害元素，S含量应控制在<

0.15%。

Mn：

增加Fe与C的结合力，阻碍石墨化，但能与S形成MnS，减轻S的有害作用，允许含量0.5-1.4。

2、冷却速度的影响：

越慢越有利于按Fe-G相图结晶和转变，越有利于石墨化的进行，浇注温度越高、壁越厚、铸型蓄热能力越小，越慢。

越快，越有利于按Fe-Fe3C相图结晶和转变。

第四章有色金属

1、名词解释：

硅铝明：

是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金

白铜：

Ni的质量分数低于50%的铜镍合金

1、1A99表示铝的质量分数为99.99%的纯铝，而1035表示铝的质量分数为99.35%的纯铝。

2、2A12是以Cu为主要合金元素的铝合金，而7A04则是Zn为主要合金元素的铝合金。

3、3A21是Al-Mn合金，可以制造航空油箱等零件；

6A02则属Al2Si合金，可以制造形状复杂的。

4、黄铜是Cu-Zn合金，白铜是Cu-Ni合金，而紫铜则是纯铜。

5、人类历史上最早应用的合金是锡青铜，它是Cu-Sn合金，颜色呈青灰色。

6、BMn40-1.5又称康铜，BMn43-0.5又名考铜，它们具有良好的耐热和耐蚀性，广泛用于制造热电偶、加热器等部件。

7、TA类钛合金是ɑ型钛合金，TB类钛合金是β型钛合金，而TC类钛合金则是ɑ+β型钛合金。

1、黄铜的力学性能与Zn含量有怎样的关系？

为什么要选用H68作枪弹壳？

随Zn含量的增加，黄铜的导电、导热性降低。

力学性能与Zn含量的关系：

当Zn含量＜32%时，Zn完全溶于α固溶体中，起固溶强化作用，使黄铜的强度和塑性随Zn含量的↑而↑。

当Zn含量＞32%时，由于组织中出现脆性的β‘相，使塑性↓，而强度继续↑。

当Zn含量达45～47%时，由于组织中几乎全部由β‘相组成，其强度和塑性急剧↓，没有使用价值。

H68：

强度较高，塑性特别好，适于经冷冲压或深冲拉伸制造各种形状复杂的零件，大量用作枪弹壳和炮弹筒，故有“弹壳黄铜”之称。

2、与铝合金相比，镁合金的热处理有哪些特点？

由于镁合金的组织结构上的差别，与铝合金相比具有以下特点：

（1）淬火加热温度较低，加热速度不宜过快，保温时间较长。

（2）淬火冷却可采用空冷或在70～100℃水中冷却。

（3）切忌用硝盐浴炉加热，一般在真空热处理炉、箱式电炉或井式电炉中加热

（4）镁合金一般都采用人工时效处理

第五章工模具钢

一．名词解释

定比碳定律:

合金元素及碳含量满足合金碳化物分子式中定比关系时，二次硬化效应最好。

二．填空题

工具钢共同的性能要求是高硬度、高耐磨性、一定的韧性及度。

1.工具钢有什么共同特性要求？

不同用途的工具钢各自特殊性能要求是什么?

共同点：

高硬度、高耐磨性和一定的韧性及强度。

◆高硬度：

保证工模具在应力作用下形状和尺寸的稳定；

◆高耐磨性：

保证工模具使用寿命的必要条件；

◆一定的韧性：

保证工模具在受到冲击、振动作用时，不因崩裂或折断而提前失效。

既韧又耐磨，这是两个互相矛盾的基本性能，取决于马氏体的成分与硬度以及碳化物的性质、数量、形态及分布。

特殊点：

刃具钢：

高的红硬性及一定的强度和韧性；

冷模具钢：

较高的强度和一定的韧性；

热模具钢：

高韧性和耐热疲劳性；

量具钢：

高的尺寸稳定性。

2.工模具钢中中的主加合金元素有哪些？

它们主要作用是什么？

辅加元素有哪些？

它们的主要作用？

Cr，W，Mo，V，形成碳化物，保证高硬度和高耐磨性。

Si，Mn，提高淬透性，减少热处理时的变形，提高回火稳定性。

3.高速钢中合金元素W、Mo、Cr、V各自的作用是什么？

W：

造成高速钢红硬性。

W在钢中能生成大量M6C型[（Fe,W）6C]碳化物。

W18Cr4V钢淬火加热时，7-8%W溶入A，强化M基体，提高回火时M的稳定性，11—12%的W留在碳化物中，防止A晶粒长大；

高温回火时，大量析出W2C引起硬化，W2C不易聚集使高速钢有高的红硬性。

V：

与C的亲和力比W大，V溶于M6C型碳化物中，淬火加热时随碳化物熔入A中。

在高温回火时，析出细小的V4C3质点，其弥散度比W2C还高，且不易聚集长大，对M产生弥散硬化作用，提高红硬性。

V还有细化晶粒的作用。

Cr：

淬火加热时，全部溶入奥氏体，提高钢的淬透性和基体中的碳含量，提高淬硬性，含量4%最好，若大于此值，则会使残余奥氏体量增多，稳定性增加，需增加回火次数来消除残余奥氏体。

Mo：

1.0%Mo代替1.6～2.0%W时，钢的组织与性能很相似，造成高速钢红硬性。

但有其特点：

①含Mo碳化物比含W碳化物细小，分布较均匀；

②Mo在奥氏体中的溶解量较多，提高马氏体的合金化程度；

③含Mo高速钢的塑性良好，韧性也较高；

④适宜的淬火温度低60～70℃，劳动条件改善，设备寿命长；

⑤比重轻，价格便易。

4.高速钢中以Mo代W后，钢的组织和性能有什么特点？

5.高速钢淬火加热特点是什么？

为什么有这些特点？

淬火加热特点：

需2次预热（导热性差，并且淬火温度相当高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂，）；

加热温度相当高（1200~1280℃），为了使碳及合金元素充分溶入奥氏体，还有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细小的晶粒。

6.高速钢淬火时为什么要加热到1200度以上？

为什么要进行3次560度回火处理？

三次回火目的：

消除大量A＇；

析出大量弥散碳化物W2C和Mo2C产生“二次硬化”；

7．高速钢的热处理有什么特点？

（1）预先热处理：

球化退火。

降低硬度，便于切削；

为淬火作组织准备；

工艺：

缓冷球化及等温球化。

退火组织：

S+球状碳化物。

硬度HB207-255

（2）最终热处理：

淬火+三次高温回火（560℃）。

需2次预热（导热性差，并且淬火温度相当高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂）；

加热温度相当高（1200~1280℃），为了使碳及合金元素充分溶入奥氏体，还有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细小的晶粒。

淬火冷却方式：

分级淬火。

淬火组织：

60-65%隐晶M+25-30%A'

+10%K三次回火目的：

消除大量A'

，析出大量弥散碳化物W2C和Mo2C产生“二次硬化”；

回火M60-65%+A'

5%+K20-25%。

锻后须球化退火，返修工件二次淬火前也须球化退火。

8.Cr12型模具钢有哪几种硬化方法？

各有什么特点？

一次硬化法：

较低温度淬火+低温回火。

选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好，热处理变形较小。

二次硬化法：

较高温度淬火+多次高温回火。

此工艺方法使钢有较高的红硬性和耐磨性，但强度和韧性下降，工艺上也较复杂，适用于工作温度较高（400～500℃），且受荷不大或淬火后表面需要氮化的模具。

9.分析锤锻模用钢的工作条件、性能要求、成分特点及热处理特点。

成分特点：

（1）中碳（0.30~0.60%）C，保证较高的韧性和热疲劳抗力；

（2）碳含量过高，韧性好导热性↓；

（3）碳含量过低，强度、硬度、耐磨性难保证。

（4）加入Cr、Ni、Mn，↑淬透性；

Ni显著提高强度和韧性；

Mn代Ni时，钢的强度不降，但塑、韧性有所↓。

（5）加入Mo，保证较高的热强性，↑回火稳定性，减小回火脆性，细化晶粒。

工作条件：

工作时的温度约有400～450℃。

性能要求：

（1）高温硬度、高温强度较高，较高的耐磨性、导热性，高的热疲劳抗力，较高的淬透性和尺寸稳定性。

（2）对塑性变形抗力及韧性要求高；

（3）截面尺寸大，淬透性要高。

（4）成分和性能要求都与调质钢很接近，但强度、硬度要求更高些热处理特点：

（1）预先热处理：

完全退火。

加热温度：

780-820℃，保温时间4-6h，炉冷至500℃后空冷。

细片状P+F。

（2）最终热处理：

淬火+高温回火。

淬火加热温度：

820-860℃。

加热时模面和模尾的保护：

在专用铁盘上铺一层旧渗碳剂等保护剂，锻模以模面向下放入，再用耐火泥密封。

淬火冷却介质：

锭子油或机油。

冷却过程中须使油循环冷却，油温不得超过70℃，油中冷却至150～200℃取出，立即回火，不允许冷至室温。

M。

回火温度：

锻模类型不同，锻模模面和尾部硬度要求不同，回火温度不同。

回火冷却方式：

应油冷，以避免回火脆性。

回火S。

第六章耐腐蚀用结构材料

耐酸钢:

能够抵抗强腐蚀介质腐蚀的钢。

晶间腐蚀:

沿晶粒边缘进行的腐蚀

应力腐蚀:

在腐蚀介质及拉应力作用下，金属发生的破裂现象

1、电极电位越低，标志金属的电化学稳定性不好，两个电极电位不同的金属组成的原电池系统中，电极电位相对较低的金属，作为负极、阳极遭受电化学腐蚀。

2、奥氏体不锈钢的成分特点是：

含碳量很低；

利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体；

加入MO、CU等，提高钢的抗腐蚀的能力；

加入Nb、Ti等，提高不锈钢抗晶间腐蚀的能力。

1、提高金属抗蚀能力的途径有哪些？

（1）提高合金基体（一般都是固溶体）的电极电位。

（2）使合金得到单一的固溶体，尽量减少微电池的数量。

（3）使合金的表面形成稳定的表面保护膜，阻止合金与水溶液等电解质接触。

2、产生晶间腐蚀的原因是什么？

有哪些方法可以阻止晶间腐蚀？

晶间腐蚀原因：

富Cr的Cr23C6在此温度区间沿晶界析出，使其周围基体产生贫铬区，使这部分基体的电极电位陡降，在形成微电池时，成为阳极，而沿晶界边缘发生腐蚀。

防止措施：

（1）降低钢中碳量，碳降至0.03%以下，将不会产生晶间腐蚀；

（2）加入Ti、Nb等形成稳定碳化物（TiC或NbC），避免在晶界上析出富Cr的Cr23C6；

（3）采用适当热处理工艺。

3、奥氏体不锈钢的热处理方法有哪些？

1.固溶处理:

消除焊接、热加工和其他工艺操作造成的应力和晶间腐蚀倾向；

获得单相奥氏体。

2.稳定化处理:

含Ti、Nb的钢，在加热保温中，Cr的碳化物溶解，Ti、Nb的碳化物不完全溶解，并且在冷却过程中，充分析出，使碳不可能再形成Cr的碳化物，因而有效地消除了晶间腐蚀倾向。

不含Ti、Nb的钢，在加热保温中，使奥氏体－碳化物晶界的Cr浓度提高，消除了贫Cr区，提高了不锈钢抗晶间腐蚀的能力。

3.去应力处理:

消除冷加工后的残余应力。

4.再结晶退火:

深度冷加工的钢，消除加工硬化，便于继续加工。

第七章耐温用结构材料

一、名词解释

热稳定钢：

在高温下长期工作不致因介质腐蚀而破坏钢。

热强刚：

在高温下仍具有足够的强度不会大量变形或破断的钢。

1.Cr13型抗氧化钢的使用温度800-850℃；

Cr18型抗氧化钢的使用温度850-900℃；

Cr25型抗氧化钢的使用温度900-1100℃。

2.奥氏体型热强刚有固溶强化型、碳化物强化型和金属间化合物强化型三种类型。

1.为什么碳钢的抗氧化性不高？

（1）高温下的氧化是典型的化学腐蚀，介质与金属直接接触发生化学反应，腐蚀产物即氧化膜附着在金属表面，若能在金属表面形成一层致密的、完整的、并能与金属表面牢固结合的氧化膜，则金属将不再被氧化。

碳钢不具备这种氧化膜。

（2）Cr：

要使氧化膜具有良好的抗氧化性；

碳：

能与铬形成碳化物，将降低有效的Cr含量，有有害作用，其含量应控制在0.1%-0.2%范围内。

2.哪些合金元素可以提高钢的抗氧化性？

它们提高钢抗氧化性的机理是什么？

主要用于提高钢抗氧化性的合金元素：

Cr、Si、Al。

机理：

高温下的氧化是典型的化学腐蚀，介质与金属直接接触发生化学反应，腐蚀产物即氧化膜附着在金属表面，若能在金属表面形成一层致密的、完整的、并能与金属表面牢固结合的氧化膜，则金属将不再被氧化。

3.有哪几条途径可以提高钢的热强性？

（1）基体的固溶强化：

基体的熔点高，自扩散激活能大，层错能低，耐热性提高。

（2）晶界强化：

净化晶界，减少晶界。

填充晶界上的空位，晶界的沉淀强化。

（3）弥散相（第二相）强化：

时效析出弥散强化相。

4.高压锅炉管用珠光体型热强钢的成分特点是什么？

这样的成分对钢的组织和性能有什么影响？

低碳：

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