陕西科技大学机电过控复习专刊第二十三期第一部分Word下载.docx
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晶体具有各向异性。
非晶体是指原子呈无序排列的固体。
在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
5,晶体:
(1)结构有序;
(2)物理性质表现为各向异性;
(3)有固定的熔点。
非晶体:
(1)结构无序;
(2)物理性质表现为各向同性;
(3)没有固定熔点。
6,大多数金属都具有比较简单的晶体结构,其中最典型、最常见的金属晶体结构为
体心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格
7,晶向:
晶体中各种方向上的原子列
晶面:
晶体中各种方位上的原子面
单晶体:
结晶方位完全一致的晶体
各向异性:
同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同
8,点缺陷定义:
晶格结点处或间隙处,产生偏离理想晶体的变化。
主要包括:
空位:
晶格结点处无原子;
间隙原子:
原子占据晶格间隙;
置换原子:
晶格结点处被其他原子占据。
晶格畸变:
晶格中原子偏离平衡位置的现象
9,面缺陷定义:
指两维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷
晶界:
晶粒间的界面,其上原子排列的规则性较差
亚晶界:
亚晶粒间的界面,是位错规则排列的结构
特点:
晶界和亚晶界均可提高金属的强度。
晶界越多,晶粒越细,金属的塑性变形能力越大,塑性越好。
10,纯金属的结晶过程:
形核和晶核长大的过程。
两种形核方式——自发形核与非自发形核
11,晶粒大小及控制:
细晶强化
细化晶粒的方法:
(1)增大过冷度
提高冷却速度和降低浇注温度
(2)变质处理
(孕育剂:
增加非自发晶核;
变质剂:
改变晶核的生长条件,阻碍长大)
(3)附加振动
12,纯金属的塑性变形金属变形的三个阶段
弹性变形:
应力去掉后,变形完全恢复原状。
在弹性变形范围内,其应力与应变之间服从虎克定律。
弹塑性变形:
应力去掉后,变形不能恢复原状
断裂:
韧性断裂、脆性断裂
13,塑性变形主要方式:
滑移、孪生
滑移变形在晶体表面留下变形痕迹
孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹
14,细晶强化:
通过细化晶粒来同时提高强度、塑性、韧性的方法
原理:
金属的晶粒越细小,①晶界越多,其变形抗力越高;
②晶粒数目较多,每个晶粒所分担的外力较小;
③晶界总量较长且曲折,裂纹扩展困难。
15,塑性变形能够使材料在变形的同时,伴随着变性。
变形结果:
⑴晶粒破碎:
位错密度增加、产生加工硬化
⑵晶粒伸长:
各向异性、产生形变织构
⑶夹杂物伸长:
形成纤维组织
⑷应力状态:
产生残余应力
16,加工硬化:
发生塑性变形时,随变形度的增大,金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显下降的现象,也叫形变强化。
(利、弊)
产生原因:
①金属发生塑性变形时,位错密度增加,位错间的交互作用增强,相互缠结,造成位错运动阻力的增大,引起塑性变形抗力提高。
②晶粒破碎细化,使强度得以提高。
17,加工硬化(形变强化—强化材料的手段之一)
加工硬化的意义:
(1)具有一定抗偶然过载的能力,保证安全;
(2)是冷变形工件成型的重要因素;
(3)强化金属的重要工艺手段。
18,再结晶温度:
变形金属开始进行再结晶的最低温度。
统一标准规定:
材料在1小时内退火(大变形度),发生再结晶的最低温度(T再)。
影响再结晶温度的主要因素为:
预先变形程度;
原始晶粒的大小;
金属的纯度及成分;
加热速度和保温时间。
19,合金:
一种金属元素同另一种或几种元素(k可以是金属,也可以是非金属),通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。
组元:
组成合金的独立的、最基本的单元。
组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物
合金系:
由给定组元配制成一系列成分不同的合金组成的一个系统。
相:
在金属或合金中,凡具有相同的化学成分、相同的晶体结构并以界面相互分开的均匀组成部分。
液态物质为液相,固态物质为固相。
固态合金中两类基本相:
固溶体和金属化合物
合金的相状态:
合金在一定条件下的相组成情况,包括相的种类和相对量。
20,固态合金的相,分成两大类:
固溶体:
相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同
金属化合物:
相的晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同
21,固溶体的分类
按溶质原子在溶剂晶格中的位置分:
置换固溶体与间隙固溶体
按溶质原子在溶剂中的溶解度分:
有限固溶体和无限固溶体
按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分:
无序固溶体和有序固溶体
22,根据金属化合物的形成规律及结构特点,可将其分为三大类型:
⑴正常价化合物
⑵电子化合物
⑶间隙化合物:
间隙相(简单晶格)、间隙化合物(复杂结构)
23,杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相的成分和相对重量的重要工具
由杠杆定律可算出合金中平衡两相的相对质量(即质量分数)
二元合金系,杠杆定律只适用于相图中的两相区,且只能在平衡状态下使用。
杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点,而支点为合金的成分点。
24,匀晶转变的特点
合金在一定温度范围内结晶;
在合金结晶过程中,先结晶出的固相和剩余液相的成分都与原来合金的成分不同,它们分别沿着固相线和液相线变化。
结论:
两相区中,相互处于平衡状态的两个相的成分,分别沿着两相区的两个边界线改变
25,二元共晶相图:
两组元在液态无限互溶,固态有限互溶或完全不互溶,且冷却过程中发生共晶反应的二元合金系所形成的相图。
如Pb-Sn、Cu-Ag、Al-Ag、Al-Si、Pb-Bi等。
共晶转变:
由一个液相同时结晶出两种成分不同的固相(共晶体)的过程。
26,共晶反应:
一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应。
LE→αM+βN
共晶点、共晶线、共晶反应温度
共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金
27,二元包晶相图:
两组元在液态无限互溶,固态有限互溶或完全不互溶,且冷却过程中发生包晶反应的二元合金系所形成的相图。
如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb等。
包晶转变:
由先结晶出的固相和剩余液相相互作用,形成另一种成分不同的固相的过程。
28,工业纯铁:
wC≤0.0218%
碳钢:
0.0218%<
wC≤2.11%
铸铁:
2.11%<
wC≤6.69%
29,铁素体(Ferrite)
◆奥氏体(Austenite)
◆渗碳体(Cementite)orFe3C
◆珠光体(Pearlite)
(F+Fe3C)机械混合物
◆高温莱氏体(Ledeburite)orLd
(A+Fe3C)机械混合物,727℃以上
◆低温莱氏体用Le’orLd’表示
(P+Fe3C)机械混合物,727℃下
30,根据铁碳合金相图知识可得
C——共晶点,1148℃,wC=4.3%
Lc→(A+Fe3C)Ld
S——共析点,727℃,wC=0.77%
As→(F+Fe3C)P
E——A体中最大溶C量,wC=2.11%
也是钢、铁的分界点
G——Fe的同素异构转变的温度,912℃
α-Feγ-Fe
ECF——共晶线,1148℃,
PSK——共析线,727℃,A1,As→P
GS——冷却时,由奥氏体析出铁素体的开始线;
加热时,铁素体溶入奥氏体的终止线。
A3
ES——是碳在奥氏体中的溶解度曲线。
Acm
31,常存杂质对碳钢性能的影响
1、碳的影响
当渗碳体的数量增加并形成网状分布时,钢的脆性增加、强度下降。
碳钢和普通中、低合金钢的含碳量一般不超过1.3%
2、Mn的影响
有益元素,可以降低钢的脆性(锰的脱氧作用,消除钢中Feo);
改善钢热加工性能(生成Mns,减轻S的有害作用);
强化作用(Mn溶于F,形成置换固溶体)。
3、硅的影响:
有益元素
降低脆性、强化作用
4、硫的影响:
有害元素
热脆,需要严格控制
5、磷的影响:
有害元素,冷脆
6、氧、氮、氢的影响:
氧使钢的强度和塑性降低;
氮使钢的强度和硬度提高,但塑性下降,脆性增大;
氢造成氢脆、白点等缺陷。
32,碳钢的分类
1)按C含量分
低C钢 w(C)≤0.25%
中C钢 0.25%<w(C)≤0.6%
高C钢 w(C)>0.6%
2)按质量分(S、P含量)——普通碳素钢;
优质碳素钢;
高级优质碳素钢。
3)按用途分——碳素结构钢、碳素工具钢。
33,钢的热处理:
是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却措施,以改变其组织,从而获得所需性能的一种工艺,即“加热---保温----冷却”三步
34,按工艺不同可将热处理分为如下几类:
火焰加热
退火表面淬火感应加热
普通热处理正火表面热处理渗C
淬火化学热处理渗N
回火C、N共渗
35,共析钢的奥氏体的形成过程
形核
F和Fe3C的界面最易于形核,通过同素异构转变F→A和Fe3C的溶解来实现。
长大
一旦形核,A则向F和Fe3C方向长大,此过程同样通过同素异构转变F→A和Fe3C的溶解来实现。
残余碳化物溶解
由于同素异构转变F→A的速度比和Fe3C向奥氏体中溶解的速度快,所以,同素异构转变完成后,还一部分碳化物(残余碳化物)尚未溶解,它会在随后的加热过程中继续向奥氏体中溶解。
奥氏体均匀化
残余碳化物溶解完毕后,奥氏体的成分是不均匀的,原来F处含碳量低,而原来Fe3C处含碳量高。
只有经足够长的保温时间,才能通过C的扩散形成均匀的A等轴晶。
36,1.奥氏体的晶粒度(晶粒大小的尺度)
1)起始晶粒度:
当P刚刚完全转变为A时;
2)实际晶粒度:
在某一具体的加热条件下实际获得的奥氏体晶粒的大小;
3)本质晶粒度:
取决于钢的成分和冶炼条件。
2.奥氏体晶粒大小对钢机械性能的影响:
奥氏体晶粒度越小,则热处理之后的钢的性能愈好。
37,冷却转变后的组织和性能
1、珠光体(A1~550℃)转变
在A1~560℃恒温下,过冷A发生P转变,产物为层片状P组织。
不同转变温度下层片大小及距离不同,据此可将P转变产物分为:
珠光体P:
A1~650℃
索氏体S:
650~600℃
屈氏体T:
600~550℃
P、S、T无本质区别,只有形态上的粗细之分,P较粗、S较细、T更细。
P、S、T通称P型组织,组织越细,强度、硬度越高,塑、韧性越好。
2、贝氏体转变
中温转变:
550℃~Ms点
转变特点:
半扩散型,铁原子不扩散,碳原子有一定的扩散能力。
转变产物:
贝氏体,即Fe3C分布在含碳过饱和的铁素体上的两相混合物。
上贝氏体:
550~350℃,呈羽毛状,小片状Fe3C分布在F体条间。
强度和韧性差。
下贝氏体:
350℃~Ms点,呈针状,韧性高,综合力学性能好。
3、马氏体转变
马氏体(M):
C在α-Fe中的过饱和固溶体
1)无扩散型转变
Fe和C原子都不进行扩散,M是体心正方的C过饱和的F,固溶强化显著。
2)降温形成
连续冷却完成。
3)瞬时性
M的形成速度很快,温度越低,则转变量越多。
4)转变的不完全性
M转变总要残留少量A,A中的C%越多,则MS、Mf越低,残余A含量越多。
AR的量主要取决于MS和MF点的位置。
5)M形成时体积膨胀(由体心立方晶格变成面心立方晶格)
造成很大内应力。
马氏体含碳量越大,体积变化也越大,所以高碳钢淬火时容易变形和开裂。
38,影响C曲线的因素
1)含碳量(奥氏体的含碳量)
共析碳钢最靠右,其过冷奥氏体最稳定;
亚共析碳钢随着含碳量的增加而右移;
过共析钢随含碳量的增加而左移。
2)合金元素
除Co外,绝大多数合金元素溶入奥氏体后,都使C曲线右移,形状也可能会发生改变。
3)加热温度和保温时间
随温度的提高和保温时间的延长,碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,晶粒粗大,晶界减少(总形核部位减少),这些都增加过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移。
39,退火和正火的目的
降低或提高硬度,便于进行切削加工。
消除残余应力。
细化晶粒,改善组织以提高钢的力学性能。
为最终热处理作好组织准备。
40,退火工艺及其应用
1、完全退火和等温退火
(1)将亚共析钢加热到Ac3以上30-50℃,保温一段时间,随炉冷却到600℃以下,再出炉空冷,得到铁素体和珠光体。
其目的是细化晶粒、消除内应力、降低硬度、提高塑性,为随后的切削加工和淬火做好组织准备。
(2)在对应于C曲线上的珠光体形成温度使奥氏体等温转变,可以大大缩短退火时间。
2、球化退火
把过共析钢加热到Ac1以上20-30℃,在保温过程中是片状渗碳体变成细小的点状渗碳体。
3、去应力退火(低温退火)
用于消除残余内应力
4、扩散退火(用于合金钢铸锭和铸件)
用于消除铸造结晶过程中产生的枝晶偏析,使成分均匀化,又称为均匀化退火。
退火:
将钢加热到预定温度,保温一段时间后缓慢冷却(通常是随炉冷却),获得接近平衡组织的热处理工艺。
加热、保温后,缓冷(炉冷)→近平衡组织P(+F或Fe3C球)
完全退火(亚共析钢)
加热温度Ac3+30~50℃
缓冷→F+P
目的:
细化晶粒,均匀化组织,降低硬度→切削性↑
等温退火(亚共析钢)
等温转变→F+P,再缓冷
球化退火(共析、过共析钢)
在Ac1+20~40℃保温,使Fe3C球化,再缓冷→ 球状P(F+球状F3C)
硬度↓,切削性↑,韧性↑
扩散退火
加热至略低于固相线
使成分、组织均匀
再结晶退火
加热温度T再+100~200℃
消除加工硬化
去应力退火
加热温度<Ac1,一般为500~650℃
消除冷热加工后的内应力
41,正火工艺及其应用
加热、保温后,空冷→S(+F或Fe3C粒)
加热温度
Ac3(Accm)+30~50℃,
空冷→S
过共析钢正火加热温度必须高于Accm。
其目的是消除网状渗碳体
应用:
1)钢的最终热处理
细化晶粒,组织均匀化,增加亚共析钢中P%(S%)
→强度、韧性、硬度↑
2)预先热处理——淬火、球化退火前改善组织。
3)增加低碳钢的硬度,以改善切削加工性能。
42,钢的淬火
将钢加热到临界点之上,保温一段时间,再以大于临界冷却速度进行快速冷却,从而发生马氏体转变的热处理工艺。
一、淬火的目的
获得马氏体组织,和回火配合使用。
二、淬火的一般工艺
1.淬火温度的选择:
由其化学成分决定
亚共析钢:
Ac3线上30-50℃
共析钢和过共析钢:
A1线上30-50℃
对于过共析钢,加热温度过高反倒是有害的,温度过高会使得残余奥氏体增多、奥氏体晶粒粗大、增加淬火应力。
2.保温时间的确定:
由经验公式推算
3.淬火冷却介质
关键要求在C曲线的鼻尖处快速冷却。
理想的淬火冷却速度:
在冷却速度大于临界冷却速度时才能获得要求的马氏体组织。
并不要求全程都快速冷却,关键要求在C曲线的鼻尖处(650℃-550℃)快速冷却,而在稍低于A1点和稍高于Ms点处,为减少热应力,其冷却速度应该缓慢。
特别在Ms点以下冷却速度更应该缓慢。
2、常用的冷却介质:
(1)水:
冷却特性很不理想,但是应用最广;
(2)盐或碱的水溶液:
其冷却能力大约为水的十倍;
对工件有锈蚀作用;
(3)油:
在高低温区冷却速度都小于水,水玻璃-碱(或盐)水溶液、过饱和硝盐水溶液等等,在高温区冷却速度大,在低温区冷却速度低。
三、常用的淬火方法
1.单液淬火(a)
2.双液淬火(b)
碳钢先水淬后油淬,合金钢先油淬后空冷。
3.分级淬火(c)
在Ms点附近保温,消除内应力。
4.等温淬火(d)
5.局部淬火
43,钢的淬透性
1)含碳量
亚共析钢,含碳量增加,奥氏体的稳定性增大,C曲线右移,淬透性提高
过共析钢,随着含碳量增加,奥氏体的稳定性降低,C曲线左移,淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解)
除Co外,绝大多数合金元素溶入奥氏体后,都使C曲线右移,形状也可能会发生改变,使淬透性提高
随加热温度的提高和保温时间的延长,碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,晶粒粗大(总形核部位减少),这些都增加过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移,提高了钢的淬透性
4)钢中未溶第二相
未溶第二相越多,作为结晶核心,使A体不稳定,C曲线左移,淬透性下降
44,钢的回火
1.概念
将淬火后的钢加热到A1以下某一温度,保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的
(1)稳定工件组织、性能和尺寸。
(2)减小或消除残余应力,防止工件的塑性变形和开裂。
(3)调整工件的强度、硬度,提高韧性,以满足不同工件的性能要求。
回火种类
(1)低温回火(150~250℃)
(2)中温回火(350~500℃)(3)高温回火(500~650℃)调质处理:
淬火与高温回火相结合的工艺
组织:
S回
45,碳素结构钢
1、成分:
<
0.4%C,P、S量及非金属夹杂较多.
2、性能:
可焊性、塑性好。
3、热处理:
不进行专门热处理,热轧空冷态下使用。
4、使用状态下组织:
F+P
5、用途
常以热轧板、带、棒及型钢使用,用量约占钢材总量的70%。
用于建筑结构,适合焊接、铆接、栓接等。
46,低合金高强度结构钢
1、性能要求
⑴高强度及足够韧性。
⑵良好的焊接性能。
⑶良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。
2、成分特点
⑴低碳:
≤0.2%C.
⑵合金元素:
主要是Mn,还有少量V、Ti、Nb等。
①Mn的作用是强化铁素体;
增加珠光体的量。
②V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。
③另外加Cu、P可提高耐蚀性;
加RE可提高韧性、疲劳极限,降低冷脆转变温度。
大多数热轧空冷后使用。
5、用途:
Q345钢(16Mn)综合性能好,用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。
Q390钢含V、Ti、Nb,强度高,用于中等压力的压力容器。
Q460钢含Mo、B,正火组织为贝氏体,强度高,用于石化中温高压容器.
47,渗碳钢
⑴表硬里韧。
⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。
0.1-0.25%C
⑵合金元素作用:
①提高淬透性:
Cr、Mn、Ni、B
②强化铁素体:
Cr、Mn、Ni
③细化晶粒:
W、Mo、Ti、V
3、热处理特点
渗碳件的加工工艺路线为:
下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火
正火目的为调整硬度,便于切削加工。
淬火温度一般为:
Ac1+30-50℃。
4、使用状态下组织
心部:
M低碳回+F
表层:
M高碳回+颗粒状碳化物+A’(少量);
5、常用钢号及用途
低淬透性钢:
20、20Cr。
用于受力小的耐磨件,如柴油机的活塞销、凸轮轴等。
中淬透性钢:
20CrMnTi。
用于中等载荷的耐磨件,如变速箱齿轮。
高淬透性钢:
18Cr2Ni4WA。
用于大载荷的耐磨件,如柴油机曲轴。
48,调质钢
⑴良好的综合力学性能.
⑵良好的淬透性。
⑴中碳:
0.3-0.5%C
①提高淬透性:
Mn、Si、Cr、Ni、B
②强化铁素体:
Mn、Si、Cr、Ni
③细化晶粒:
Ti、V
④防止第二类回火脆性:
W、Mo
3、热处理及组织特点
调质件的加工工艺路线为:
下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配
调质目的:
获得良好综合力学性能
使用状态下的组织为:
为提高表面耐磨性,调质后可进行表面淬火或氮化。
4、常用钢号及用途
D0油<
30-40mm,常用45、40Cr,用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。
D0油≈40-60mm,常用40CrNi,用于制造大中型零件。
D0油>
60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重载荷零件,如曲轴等。
49,弹簧钢
⑴高的σs,σs/σb;
高的σ-1;
足够的韧性
⑵高的淬透性。
⑴中高碳:
碳素弹簧钢为0.6-0.9%C;
合金弹簧钢为0.45-0.7%C
①提高淬透性、强化铁素体:
Mn、Si、Cr
②
提高ss/sb:
Si
③
细化晶粒:
V
⑴冷成型弹簧:
冷拔→冷成型→定型处理(250-300℃)。
用于<
φ10mm弹簧。
⑵热成型弹簧:
热成型→淬火+中温回火;
使用状态下的组织:
T回,用于大截面弹簧(>
φ10mm)
4、弹簧的表面质量
弹簧的表面质量对其寿命影响很大。
提高表面质量的方法:
①防止表面脱碳;
②避免表面缺陷;
③进行喷丸处理,使表面产生压应力。
Si、Mn弹簧钢,如65Mn、60Si2Mn,用于制造较大截面弹簧。
Cr、V弹簧钢,如50CrV,
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- 陕西科技大学 机电 复习 专刊 第二十三 第一 部分