工程材料考试内容2Word文件下载.docx
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热变形时,金属中的各类夹杂物,枝晶偏析、第二相等沿着变形方向被拉长,形
成热变形的纤维组织,又称为流线。
15.晶胞:
最能代表原子排列特征的最基本的几何单元。
16.晶格:
用一些假想的空间直线把这些点连接起来,就构成的三位空间几何格子,
17.配位数:
配位数是指在晶体结构中雨任一原子最邻近且等距离的原子数。
18.致密度:
指晶胞止呕那个所包含的原子所占的体积与该晶包体积之比,用K表示。
19.相:
相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态,并以界面互相分开的、
均匀的组成部分。
20.组元:
组成合金的最基本的独立单元叫做组元。
21.固溶体:
合金在固态下,组元见仍能互相溶解而形成的均匀相,称为固溶体。
22.加工硬化:
随着变形量的增加,晶体亚结构细化以及错位密度的增加,使金属塑性变形
抗力增加,塑性、韧性下降,产生加工硬化。
23.起始晶粒度:
指珠光体转变为奥氏体钢结束,奥氏体晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大
小。
24.实际晶粒度:
指在实际处理条件下所获得奥氏体晶粒大小。
25.本质晶粒度:
指根据标准试验方法,加热至930±
10度,保温8h后的奥氏体晶粒的大
26.调质处理:
淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。
27.淬透性:
淬透性是钢在淬火时获得淬硬层深度的能力(即钢经淬火后获得马氏体
的能力)。
28.水韧处理:
水韧处理是将钢加热至1050---1100度保温,使碳化物全部溶解,然
后迅速水冷,形成单相奥氏体组织。
29.耐热性:
抗强性和抗氧化性统称为耐热性。
30.石墨化:
铸铁自然冷却至室温,碳结晶成石墨的过程称为石墨化。
31.热脆:
对钢进行压力加工时,如果始锻温度为1000—1200度,则共晶体(FeS+
Fe)熔化,钢的晶粒间联系被破坏,钢材变脆开裂,这种现象称为热脆。
32.冷脆:
当含磷量较高时,钢在较低温度进行加工,就容易变脆开裂,称为冷脆。
33.铸造应力:
铸造固态收缩受到阻碍而引起的内应力称为铸造应力。
34.浇注位置:
铸件的浇注位置是指浇注时铸件分型面所处的空间位置。
35.分型面:
铸型组元件的结合面。
36.自由锻:
将加热好的金属坯料,放在锻造设备的上、下砧铁之间,施加冲击力或
压力,使之产生塑性变形,从而获得所需锻件的一种加工方法。
37.敷料:
是为了简化锻件形状,便于锻造,在加工余量之外又增加的一部分金属。
38.焊接电弧:
在焊条端部与焊件之间的空气电离区内产生的一种强烈而持久的放电
现象,实质上,电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程。
39.焊接接头:
焊缝以及其周围不同程度加热和冷却的母材是焊缝的影响区,统称为
焊接接头。
40.焊接热影响区:
焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域。
41.熔合区:
是焊缝和基本金属的交界区,相当于加热到固相线和液相线之间,焊接
过程中母材部分熔化,所以也称为半熔化区。
42.过热区:
被加热到Ac3以上100—200度区间,奥氏体晶粒急剧长大,形成过热
组织,因而过热区的塑性及韧性降低。
43.正火区:
被加热到Ac3至Ac3以上100—200度区间,金属发生重结晶,冷却后
得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织,其机械性能优于母材。
44.部分相变区:
相当于加热到Ac1—Ac3温度区间。
珠光体和部分铁素体发生重结
晶,使晶粒细化。
部分铁素体来不及转变,冷却后晶粒大小不匀,因此力学性能稍差。
45.焊条选用原则:
①等强度原则焊接低碳钢和低合金钢时,一般应使焊缝金属与母材等强度,即选用与母材同强度等级的焊条。
②同成分原则焊接耐热钢、不锈钢等金属材料时,应使焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相同或相近,即按母材化学成分选用相应成分的焊条。
③抗裂缝原则焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的结构时,应选用抗裂性好的碱性焊条,以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。
④抗气孔原则受焊接工艺条件的限制,如对焊件接头部分的油污、铁屑等清理不方便,应选用抗气孔能力强的酸性焊条,以免焊接过程中气体滞留于焊缝中,形成气孔。
⑤抵成本原则在满足使用要求的前提下,尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条。
此外,应根据焊条的厚度、焊缝位置等条件,选用不同直径的焊条。
一般焊件愈厚,选用焊条的直径就愈大。
46.选材原则:
⑴材料的使用性能材料使用性能是保证零件完成规定功能的必要要求,在大多数情况下,它是选材首要考虑的问题。
对一般机械零件,主要是力学性能要求。
有事也要具备一定的理化性能,如密度、热膨胀、点绝缘、耐腐蚀等。
⑵材料的工艺功能不同的形式结构,采用不同的制造方法则要求选用不同的材料,以使制造工艺简单、成年抵。
⑶材料的经济性在保证使用与制造工艺要求的前提下,应使材料价格低,材料来源供应充足。
二、名词区别
1.α-Fe与α相:
α-Fe是纯铁不含碳,α相是固溶体,含有碳。
2.再结晶与重结晶:
再结晶只是晶粒的大小形状发生改变,并没有发生相变。
重结晶不仅晶粒的大小形状发生改变,而且还发生相变。
3.淬透性与淬硬性:
淬透性是钢在淬火时获得淬硬层深度的能力(即钢经淬火后获
得马氏体的能力)。
淬硬性是通过淬火能达到的最高硬度。
4.二次淬火与二次硬化:
当合金元素含量较高时,残余奥氏体十分稳定,甚至加热
到500—600度保温也不会分解,而是在冷却时部分转变为马氏体,使钢的硬度增加,
这种现象称为二次淬火。
合金元素钨、钼、钒、铬含量较高时,在一定的回火温度下,
会直接从马氏体中析出弥散分布、颗粒细小的特殊碳化物,使钢的硬度在该回火温度
下不但不下降,反而有所升高,这种现象称为二次硬化。
5.热加工与冷加工:
在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形或热加工。
在
再结晶温度一下进行的塑性变形称为冷变形或冷加工。
6.冲孔与落料:
冲孔和落料,这两个工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的,二者
的区别在于冲孔是在板料上冲出孔洞,被分离的部分为废料,而周边是带孔的成品;
落料是
被分离的部分是成品,周边是废料。
7.一次、二次、三次渗碳体:
一次渗碳体是过共晶成分的铁基合金的熔体在发生共晶转变之前结晶出来的渗碳体。
二次渗碳体是高于共析成分的奥氏体,从高温慢冷下来之际,在发生共析转变之前析出的渗碳体。
三次渗碳体是由α铁素体中析出的渗碳体。
8.固溶体与化合物:
在合金中,组元间除能形成固溶体外,在当溶质含量超过一定数量后,还能形成与两组元的晶格结构和性能均不相同的新相,而新相具有金属特性,称为金属化合物
9.奥氏体、过冷奥氏体和残余奥氏体:
在A1温度以下转变以前存在的奥氏体称为过冷奥氏体。
这种在马氏体转变时未能发生转变残留下来的奥氏体,称为残余奥氏体,用“Ar”或“A´
”表示。
三、符号表达
组织:
A:
铁素体P:
珠光体M:
马氏体B:
贝氏体
Ld:
莱氏体S:
索氏体T:
屈氏体F:
铁素体。
性能:
HBS:
布氏硬度(HBS)(硬质合金球用HBW表示)布氏硬度常用于测定铸铁、非铁合金及退火钢的硬度。
HBS只能测定硬度值小于450HBS以下的金属材料,否则钢球会变形,测得的结果不准确;
但也不能测定厚度小于1~2mm的薄板材料,否则钢球就会压穿试样。
布氏硬度计也可采用硬质合金球作为压头,用HBW表示,用于测量硬度较高的材料。
在不能用布氏硬度测定时,可用洛氏硬度测定。
HBW:
洛氏硬度(HRC)
常用的是HRC,主要用于测量淬火钢的硬度,用途最为广泛;
HV:
测定维氏硬度时可任意选用载荷,可测定硬度高的材料,也可测定硬度低的材料,也可测定较薄的工件的硬度,所以,维氏硬度测试的硬度范围较大,可以从5HV~1000HV。
aK:
冲击韧性ψ:
表示断面收缩率δ:
表示伸长率
σb:
为试样断裂前的最大应力,称为抗拉强度σb。
σS:
就是试样开始产生屈服时的应力,称为屈服点应力。
σ-1表示疲劳强度。
四、问答
1.硬度测试种类以及应用范围。
洛氏硬度:
表1-1洛氏硬度3种规范
符号
压头型式
总载荷/N(kgf)
硬度值有效范围
HRA
120°
金刚石圆锥
588.4(60)
70~85
HRB
Φ1.588淬硬钢球
980.7(100)
25~100(60~230HBS)
HRC
1471(150)
20~67(230~700HBS)
布氏硬度HBS,维氏硬度HV。
注意事项:
布氏硬度常用于测定铸铁、非铁合金及退火钢的硬度。
洛氏硬度测试压痕小,直接读数,操作方便,可测低硬度、高硬度的材料,应用广泛,用于测试各种钢铁原材料、非铁合金、经淬火后工件、表面热处理工件及硬质合金等。
如用锥角为120°
的金刚石压头,F=1741N(150Kgf),测得淬火钢硬度为58,洛氏硬度表示为58HRC。
2.什么叫屈强比,其比值大小有什么意义?
答:
意义:
屈强比越大,结构零件的可利用率越大,屈强比越低越安全可靠性越大。
当材料达到抗拉强度时不会立刻断裂,从而保证安全。
3.三类金属晶体结构。
答;
(1)体心立方晶格②原子半径:
③致密度:
指晶胞内原子实际占有的体积与晶胞体积之比。
④配位数:
指晶格中与任一原子最近邻且等距离的原子数。
显然,晶体中原子的配位数愈大,晶体中的原子排列愈紧密。
体心立方晶格的配位数为:
8。
属于这类晶格结构的有α-Fe、Cr、Mo、W、V等20多种。
(2)面心立方晶格②原子半径:
③致密度:
0.74(74%)
⑥配位数:
12具有这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ-铁(
γ-Fe,912℃~1394℃)等。
(3)密排六方晶格
(2)原子半径:
。
(3)配位数:
12。
(4)致密度:
0.74。
.
4.画出{110}晶面。
{110}=(110)+(101)+(011)+(-110)+(-101)+(-011)
5.点缺陷中的空位和间隙原子如何形成的?
点缺陷是指晶格周期性破坏发生在一个或几个质点间距线度范围内,一般是由结点上质点(原子或离子)的变化而引起的。
在晶体正常晶格结点位置上,某个质点跑掉了,即正常晶格结点没有被质点所占据,成为空结点,形成空位。
质点进入晶体中正常晶格结点之间的间隙位置,形成间隙质点。
6.含碳量对铁碳合金组织和性能的影响规律。
(1)铁碳合金的组织随着含碳量的增加,其铁素体相对量减少,珠光体相对量增多,渗碳体与莱氏体相对量增多;
(2)铁碳合金的力学性能随着含碳量的增加,其强度、硬度增高,塑性、韧性降低。
但当Wc>
1.0%时,因为有网状Fe3CII存在,所以强度下降。
7.铁碳合金状态图与C曲线表明的意义与作用。
合金状态图是表示合金系中不同成分在不同温度与不同压力时所呈现的状态的图形,是研究分析各种合金结构的重要工具。
由于对合金的加工和使用一般都是在常压状态,所以合金状态图实际上只表示合金的成分、温度和组织三者之间的关系。
对二元合金,用二维坐标系即可表达这种关系。
合金状态图通常以横坐标表示合金的成分,纵坐标表示温度,用来表示各种成分的合金在不同温度下存在不用的平衡组织(或相)之间的关系图。
它既可用组织组成物表示也可用相组成物表示。
(1)铸造工艺根据液相线与固相线位置高低与距离判断合金的铸造性能,制订铸造工艺。
(2)锻造工艺根据不同成分的材料所对应的奥氏体区温度范围,确定锻造工艺的加热温度
范围及锻造温度范围。
(3)焊接工艺根据状态图可了解各种材料的焊接性能,正确选择焊接材料、焊件结构及焊接工艺。
(4)热处理工艺铁碳合金状态图是热处理加热规范的重要依据。
8.滑移变形的特点。
(1)滑移只在切应力τ作用下发生。
(2)滑移距离为原子间距的整数倍。
(3)滑移常沿晶体中原子的密排面和密排方向进行。
9.为何晶体滑移的临界切应力比理论值小几个数量级?
滑移变形并不是滑移面两侧晶体的整体移动的刚性滑移,而是通过晶内的位错运动来实现的。
当一个位错移动到晶体表面时,就产生一个位移量。
滑移变形是位错在切应力作用下运动的结果。
晶体在外力作用下的滑移,并不是整个滑移面上全部原子同时移动,而只是在位错中心周围的少数原子作微量的位错运动即可实现,因此,所需的切应力要比刚性滑移小得多。
所以,如果晶体内位错很少或无位错,则要产生一定量的塑性变形,所需的切应力就很大,表现出材料的强度很高。
随着位错的增加,则变形就比较容易,即材料的强度降低。
10.为什么细小晶粒的金属不但强度硬度高而且塑性韧性好?
晶粒越细,在一定体积内的晶粒数目多,则在同样塑性变形量下,变形分散在更多的晶粒内进行,变形较均匀,且每个晶粒中塞积的位错少,因应力集中引起的开裂机会较少,有可能在断裂之前承受较大的变形量,既表现出较高的塑性。
细晶粒金属中,裂纹不易萌生(应力集中少),也不宜传播(晶界曲折多),因而在断裂过程中吸收了更多能量,表现出较高的韧性。
11.如何合理的利用热变形中的流线?
应尽可能使纤维组织沿零件的轮廓线分布而不被切断,最大正应力与纤维方向平行,最大切应力与纤维方向垂直,从而达到较高的力学性能。
12.过冷奥氏体的冷却转变产物形成的温度、组织、性能。
温度:
A1温度以下。
组织与性能:
A1~550℃之间的转变产物为珠光体。
片层越细,不但强度硬度高,塑性韧性还增大,在这种组织中,层片间距愈细,相界面愈多,则塑性变形抗力愈大,因而强度、硬度愈高;
由于渗碳体片变薄,使得塑性和韧性也有所提高,所以三种组织的力学性能屈氏体最好,索氏体次之。
550℃~Ms之间的转变产物为贝氏体。
上贝氏体中,硬脆的渗碳体呈细短条状分布在铁素体晶束(条)的晶界上,使晶束(条)容易产生脆性断裂,。
强度、韧性较低,下贝氏体具有较高的强度、硬度、塑性和韧性相配合的优良力学性能。
在Ms线与Mf线之间转变为马氏体。
随着碳质量分数的增加,马氏体正方度增加,马氏体硬度也随着增多。
马氏体的塑性和韧性与碳质量分数有关,片状马氏体的碳质量分数高。
则正方畸变大,淬火内应力也较大,并存在有许多显微裂纹,而且存在大量孪晶结构,故硬度很高,塑性、韧性很差。
板条马氏体中碳的过饱和程度小,淬火内应力较小,且存在大量位错亚结构,所以,低碳马氏体板条有较高的强度和硬度,而且也有一定的塑性和韧性。
13.合金元素如何影响C曲线?
合金钢中,大多数合金元素(除钴外),溶入奥氏体后,增加了过冷奥氏体的稳定性,使C曲线向右移。
碳化物形成元素(如Cr、Mo、W、V等),除使C曲线向右移外。
还会使C曲线呈现两个“鼻子”,形成上下两条C曲线。
上部C曲线为珠光体转变,下部C曲线为贝氏体转变,两个转变区中间存在着过冷奥氏体的亚稳定区域。
若合金元素未溶入奥氏体而形成合金碳化物,则降低过冷奥氏体的稳定性,使C曲线向左移。
14.如何选择淬火的加热温度?
答:
淬火加热温度选择应以得到细小而均匀的奥氏体晶粒为原则,以便淬火后得到细小的马氏体。
碳钢的加热温度可利用铁碳合金状态图来选择。
亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30~50℃,共析钢、过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30~50℃.对于合金钢,因大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大(除Mn、P外),所以淬火加热温度可比同类碳钢稍高些,这样可使合金元素充分溶解和均匀化,以便淬火取得较好的效果。
另外,淬火加热过程中要防止氧化、脱碳、应避免工件与氧化气氛直接接触,可采用盐浴加热淬火,真空加热淬火等来保证工件表面质量,以提高工件的使用寿命。
15.以切削加工性能为主,如何选择正火、退火?
正火作为预备热处理,从而改善切削加工性能。
完全退火:
亚共析钢经完全退火后得到的组织是F+P。
完全退火主要适用于亚共析钢和合金钢的铸件、焊接件、锻件及热轧型材。
目的是细化晶粒,均匀组织,降低硬度,便于切削加工并为加工后工件的淬火作好组织准备。
而过共析钢不进行完全退火,因为过共析钢自Acm缓慢冷却时会析出网状二次渗碳体,使钢的脆性增大。
16.回火工艺的种类和特点(温度、组织及其应用)。
1)低温回火(150~250℃)这种回火主要降低钢中的残余内应力和脆性,而保持钢经淬火后所得到的高硬度和耐磨性,主要用于共析钢、过共析钢的工具、模具、量具、滚动轴承、渗碳件及表面淬火的工件,对低碳钢淬火后经低温回火处理后,可获得较高的综合力学性能。
低温回火后的组织为回火马氏体、残余奥氏体及渗碳体,58~64HRC。
2)中温回火(350~500℃)火可得到回火屈氏体组织(由细片状铁素体和细粒状渗碳体组成),35~45HRC。
回火屈氏体具有较高的弹性极限和屈服极限,并具有一定的韧性,主要用于各种弹性元件的处理。
3)高温回火(500~650℃)由于回火温度较高,使渗碳体颗粒进一步长大,回火后的组织为回火索氏体(由多边形铁素体和粒状渗碳体组成),25~35HRC。
回火索氏体具有良好的综合力学性能(即强度、塑性和韧性配合都较好),把淬火后高温回火称为调质处理。
高温回火广泛用于各种重要的结构零件,特别是在交变载荷下工件的零件,如连杆、螺栓、齿轮及轴类等零件。
钢回火后的组织。
在以上温度范围没有250~350℃这一回火温度,因为钢在这一温度范围进行回火将出现低温回火脆性,所以生产上很少采用250~350℃的回火工艺。
一般碳钢中,随着回火温度的升高,强度、硬度下降,塑性、韧性上升。
17.感应加工表面淬火原理。
将工件置于感应线圈中,当感应线圈中通入一定频率的交流电时,工件表层在交变磁场的作用下,将相应产生相同频率但方向相反的感应电流。
这种感应电流在工件中分布是不均匀的,工件表层电流密度大于心部电流密度,这种现象称为集肤效应。
集肤效应随电流频率的升高而加强,由于钢本身具有电阻,因而集肤在工件表层的电流,可使表层迅速地加热到淬火温度,而心部仍未被加热,立即喷水(合金钢浸油)快速冷却,从而在工件表层获得具有一定深度的淬硬层,即达到表面淬火地目的。
19.如何以石墨形态对铸铁分类?
按石墨形态的不同,可以分为灰铸铁(石墨呈片状),球石墨铁(石墨呈球状),
可锻铸铁(石墨呈团状)和蠕墨铸铁(石墨呈蠕虫状)。
20.灰铸铁的性能特点。
抗拉强度较低,塑性韧性极低,减摩性好,减震性好,缺口敏感性好。
21.碳钢常存的杂志元素:
碳、锰、硅、硫、磷。
22.如何提高金属的耐腐蚀性?
1)提高金属的电极电位。
2)形成纯化膜。
3)改变金属组织。
在金属表层能形成一层致密、稳定的并与金属基体结合牢固的纯化膜,可起到保护金属表层的作用。
23.合金收缩的几个阶段,其中缩孔、缩松、内应力和裂纹哥产生在哪个阶段?
(1)液态收缩
(2)凝固收缩是合金从开始凝固至凝固结束(固相线)之间的收缩。
在凝固阶段若合金体积收缩得不到金属液的及时补充,则会形成缩孔、缩松等缺陷。
(3)固态收缩是合金在固态下冷却至室温的收缩。
它将使铸件的形状、尺寸发生变化,是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。
液态收缩和凝固收缩,一般表现为铸型空腔内金属液面的下降,是铸件产生缩孔或缩松的基本原因。
24.浇铸位置和分型面的选择原则。
浇注位置的选择原则:
(1)铸件的重要加工面应朝下或处于侧面,气孔、夹杂物等缺陷多出现在铸件上表面,朝下或侧面的金属组织结构致密、缺陷少,质量好。
个别加工表面必须朝上时,可采用增大加工余量的方法来保证质量要求。
(2)铸件的平直面朝下对于平板类铸件,使其大平面朝下,可以避免气孔、夹渣。
因为型腔上表面浇注时受到强烈的热辐射,型砂因急剧热膨胀使强度下降而易开裂形成夹砂,结疤等缺陷。
(3)铸件的薄壁部分朝下的正确位置浇注,这样可以保证金属液能充型,防止产生浇不足、冷隔缺陷。
这对于流动性差的合金尤为重要。
(4)铸件的厚大部分朝上,便于补缩容易形成缩孔的铸件,为便于安置冒口,厚大部分应朝上,使之实现自下而上的定向凝固,防止产生缩孔。
铸钢链轮的厚壁朝上,并设置冒口。
(5)浇注位置应有利于减少型芯,便于安放型芯,通常型芯主要是用来获得内孔和内腔,有时也可获得局部外形。
采用型芯会使造型工艺复杂,增加成本,因此选择浇注位置时应有利于减少型芯数目。
分型面的选择原则:
(1)应使铸件全部或大部位于同一铸型内,特别是铸件的主要加工面和加工基准面应尽量位于同一砂箱内,避免合型不准产生错型、飞边等缺陷,从而保证铸件尺寸精度。
(2)尽量减少分型面。
分型面数量少,既能保证铸件精度,又能简化造型操作。
(3)尽量使分型面平直,平直的分型面可简化造型工艺和模板制造,容易保证铸件精度
(4)尽量使型腔和主要型芯位于砂箱。
但型腔也不宜过深,并尽量避免使用吊芯和大的吊芯。
一方面不便于检验铸件壁厚,另一方面合型时还容易碰坏型芯。
25.自由锻件结构工艺性应注意的问题。
1.避免锥面或斜面
2.避免圆柱面与圆柱面相交
3.避免非规则截面和非规则外形
4.避免肋板和凸台等结构
5.截面有急剧变化或形状复杂的零件。
26,对冲孔模和落料模应如何设计凹凸模刃口尺寸?
在设计冲孔模具时,应使凸模刃口等于所要求孔德尺寸,
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