材料总复习教材

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1、（一）材料部分复习重点：（一）材料部分复习重点：1.材料的力学性能和晶体结构材料的力学性能和晶体结构 强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性 基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。 纯金属的晶体结构和结晶过程纯金属的晶体结构和结晶过程 3 3种常见晶格及金属：种常见晶格及金属：体心立方，面心立方，密排六方体心立方，面心立方，密排六方 3 3种晶格缺陷：种晶格缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷点缺陷，线缺陷，面缺陷 结晶过程：结晶过程：晶核形成晶核形成+ +晶核长大，晶核长大，过冷度，过冷度， 细化晶粒的细化晶粒的3 3种办法：种办法：加大冷速，变质

2、处理，搅拌振动加大冷速，变质处理，搅拌振动 细晶强化，细晶强化，自发晶核、人工晶核，自发晶核、人工晶核， 合金的晶体结构合金的晶体结构 固溶体、化合物、机械混合物的性能特征固溶体、化合物、机械混合物的性能特征 间隙固溶体，置换固溶体间隙固溶体，置换固溶体2. 铁碳合金及铁碳合金及Fe-Fe3C相图相图共晶共晶、共析共析、包晶转变的概念及相图的形态包晶转变的概念及相图的形态 铁碳合金的铁碳合金的平衡组织：平衡组织：铁素体铁素体F F、奥氏体、奥氏体A A、珠光体、珠光体P P、 渗碳体渗碳体Fe3C（一次、二次、三次）（一次、二次、三次）、莱氏体（高温、莱氏体（高温LdLd、低温、低温LdLd）

3、Fe-Fe3C相图的相图的形态和各区域组织及特征点线形态和各区域组织及特征点线 0.0218%0.0218%、0.77%0.77%、2.11%2.11%、4.3%4.3%、6.69%6.69%；727727、11481148亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶 6 6种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相 照片特征照片特征从材料组织分析含碳量与力学性能的关系：从材料组织分析含碳量与力学性能的关系： c1%c1%c1%时，随碳量增加，硬

4、度时，随碳量增加，硬度 ；强度、塑性和韧性；强度、塑性和韧性 3. 热处理热处理热处理时的组织与性能的变化分析热处理时的组织与性能的变化分析: : 加热时：加热时：实现实现奥氏体奥氏体化（用相图分析）化（用相图分析）； 冷却时：冷却时：过冷奥氏体过冷奥氏体将实现将实现珠光体珠光体或或贝氏体贝氏体或或马氏体马氏体转变转变 （会用（会用C C曲线分析）曲线分析）退火退火、正火、淬火、回火、正火、淬火、回火的加热温度的加热温度、冷却方式、冷却方式 及主要目的。及主要目的。防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺 点和应用场合点和应用场合。（双液淬火、分级淬火、

5、等温淬火）（双液淬火、分级淬火、等温淬火）热处理组织热处理组织（非平衡冷却组织）：（非平衡冷却组织）：S S、T T、B B、M M、 回火回火S S、回火、回火T T、回火、回火M M的定义与性能特征；上的定义与性能特征；上B B、下、下B B、低碳、低碳M M、 高碳高碳M M在显微镜下的形态特征及性能区别在显微镜下的形态特征及性能区别4. 钢铁材料钢铁材料钢铁材料的分类、牌号意义及主要用途钢铁材料的分类、牌号意义及主要用途。 Q235, 45 , T8Q235, 45 , T8与与T8A T8A , T10T10与与T10A T10A , T12T12与与T12A;T12A; 20CrM

6、nTi, 40Cr, 60Si2Mn , 20CrMnTi, 40Cr, 60Si2Mn , GCr9与与GCr15; ; 9SiCr, W18Cr4V;9SiCr, W18Cr4V; 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti; 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti; HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2, RuT380 QT800-2, RuT380石墨化过程及其影响因素：石墨化过程及其影响因素：化学成分、冷却速度化学成分、冷却速度碳钢中的杂质碳钢中的杂质

7、（有益：锰、硅；有害：硫（有益：锰、硅；有害：硫- -热脆、磷热脆、磷- -冷脆）冷脆）合金元素对热处理性能的影响合金元素对热处理性能的影响： 除除CoCo外的所有合金元素都使外的所有合金元素都使TTTTTT曲线（又称曲线（又称C C曲线）右移，曲线）右移，从而提高淬透性从而提高淬透性5.5.强化金属材料的方法强化金属材料的方法细晶强化细晶强化（同时提高强、硬、塑、韧）（同时提高强、硬、塑、韧） 如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁固溶强化固溶强化（强、硬提高，塑、韧略下降）（强、硬提高，塑、韧略下降） 如铁素体的强度高于纯铁如铁素体的强度高于纯铁弥散强化弥散强化（

8、强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 又称为第二相强化又称为第二相强化 如珠光体的强度高于铁素体如珠光体的强度高于铁素体形变强化形变强化（强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝6.6.典型零件的选材与热处理方案典型零件的选材与热处理方案 预备热处理预备热处理: : 目的目的: : 改善切削加工性能改善切削加工性能, , 消除铸、锻、焊等消除铸、锻、焊等 毛坯制造过程中产生的热应力毛坯制造过程中产生的热应力 方法方法: :完全退火完全退火（中高碳的亚共析钢）；（中高碳的亚共析钢）； 球化退火球化退火（过共析钢

9、）；（过共析钢）；正火正火（低碳钢）（低碳钢） 最终热处理最终热处理目的目的: : 调整零件的最终性能调整零件的最终性能, , 以满足使用要求以满足使用要求方法方法: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火（良好综合力学性能）（良好综合力学性能）； 淬火淬火+ +中温回火中温回火（高弹性）（高弹性）； 淬火淬火+ +低温回火低温回火（高硬度、高耐磨性）（高硬度、高耐磨性）, , 渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火, , 或或渗氮渗氮（外硬内韧）（外硬内韧）1.1.建筑用钢建筑用钢( (钢窗、钢门、钢筋钢窗、钢门、钢筋) Q235;) Q235;不热处理不热处理( (轴、齿轮轴、齿轮) )

10、( (小销小销、轴轴、螺钉螺钉) )不重要的零件不重要的零件 Q235, 20, 25Q235, 20, 25等等; ; 不热处理或正火不热处理或正火重要的受力或传动零件重要的受力或传动零件4545、40Cr40Cr等等; ; 淬火淬火+ +高温回火高温回火2.2.机械零件机械零件典型实例典型实例: :弹性元件弹性元件6060、6565、60Si2Mn60Si2Mn等等; ; 淬火淬火+ +中温回火中温回火( (弹簧、弹性垫圈弹簧、弹性垫圈) )( (导柱、导套导柱、导套) )心韧面硬的零件心韧面硬的零件2020、2525、20CrMnTi;20CrMnTi; 表面渗碳表面渗碳+ +淬火淬火+

11、 +低温回火低温回火耐腐蚀耐腐蚀容器容器、管道等管道等1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 螺栓螺栓、叶片叶片、齿轮等齿轮等2Cr13 2Cr13 不热处理不热处理调质调质3.3.工具工具锯条等手工低速刀具锯条等手工低速刀具T10T10、T12T12等等, , 淬火淬火+ +低温回火低温回火手术刀、西餐刀等医用和食品加工刀具手术刀、西餐刀等医用和食品加工刀具4Cr13,4Cr13, 淬淬+ +低回低回手锤、扳手等韧性工具手锤、扳手等韧性工具T7T7、T8T8等等, , 淬火淬火+ +中温回火中温回火4.4.机床底座机床底座、床身等箱体壳体件床身等箱体壳体件HT200HT200、HT350

12、HT350等等 ( (重型机床用高牌号重型机床用高牌号););铸后去应力退火铸后去应力退火5.5.弯头弯头、三通三通、阀门等薄壁耐蚀件阀门等薄壁耐蚀件KTH300-06KTH300-06等等, , 铸后石墨化退火铸后石墨化退火6.6.曲轴等形状复杂的重载件曲轴等形状复杂的重载件QT600-3QT600-3、ZG200-ZG200- 400 400等等, ,正火或淬火正火或淬火+ +高温回火高温回火例1：用平衡状态的45、T8钢制成四个10*10的试 样，分别进行如下的热处理，请分析加热和 冷却时的组织，并定性比较试样的硬度大小。钢号及热处理方式加热到温时的组织冷却后的组织硬度排序45钢加热到7

13、00,水中冷却F+PF+P445钢加热到750,水中冷却F+AF+M+A残2T8钢加热到700,水中冷却PP3T8钢加热到750,水中冷却AM+A残1分析思路:1.加热到温后的组织：用相图准确分析用相图准确分析 750 -45750 -45钢为钢为F+AF+A，T8T8钢为钢为A A 700 -45 700 -45钢为钢为F+PF+P，T8T8钢为钢为P P700 700 750 750 4545T8T82.不同冷却后的组织：用用TTT图近似分析图近似分析水冷水冷: M+A残残油冷油冷: F + T+B+M+A残残空冷空冷: F +S+ T炉冷炉冷炉冷炉冷: F +PA转转变变水冷水冷油冷油冷

14、空冷空冷非非A组织保留组织保留例例2：要制造汽车齿轮、连杆、弹簧、滚动轴承、要制造汽车齿轮、连杆、弹簧、滚动轴承、车刀、锉刀、手术刀、机床床身等零件，仓库中车刀、锉刀、手术刀、机床床身等零件，仓库中备用的材料有：备用的材料有：Q235、40Cr、T8、T10A、65Mn、HT300、W18Cr4V、GCr15Mo、20CrMnTi、4Cr13。请选出合适的材料并叙述所选材料的名称、。请选出合适的材料并叙述所选材料的名称、牌号意义、零件最终热处理工艺。牌号意义、零件最终热处理工艺。（1）汽车齿轮：）汽车齿轮： 20CrMnTi，合金渗碳钢；，合金渗碳钢； C%=0.2%, Cr1.5%, Mn1

15、.5%, Ti1.5%； 渗碳淬火低温回火渗碳淬火低温回火（2）连杆：）连杆： 40Cr，合金调质钢；，合金调质钢；C%=0.4%, Cr1.5%； 调质（淬火高温回火）调质（淬火高温回火）（3）弹簧：）弹簧： 65Mn，弹簧钢；，弹簧钢； C%=0.65%, Mn1.5%； 淬火中温回火淬火中温回火（4）滚动轴承：）滚动轴承： GCr15Mo，滚动轴承钢；，滚动轴承钢； C%1%左右左右, Cr=1.5%, Mo1%, W%=18%, Cr%=4%, V%Ar1Ac1A3 (2) Ar1A1Ac1A1Ac1A3 (4) A3Ac1A1134 2) S： 1324 3）E： 1324 4）：

16、32412.现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆（铝的密度为2.7g/cm3,钢的密度为7.8g/ cm3），若要求承受同样的外力而不发生塑性变形，试问：(1)新防护杆横截面积较原来大多少倍？(2)新防护杆比强度是原来多少倍？ （5分）答：SAlFS/A0Al SSt = FS/A0St FS =SAl A0Al=SSt A0St 575 A0Al =690 A0St A0Al/ A0St=690/575=1.2 (SAl/2.7)/( SSt/7.8)=(575/2.7)/(690/7.8)=212.96/88.46=2.413. 现有45

17、号钢材料，请1）根据铁碳合金相图，画出合金从液态冷却到室温的温度时间曲线，并写出各个阶段的组织转变过程；2）如果大批或小批生产小轴零件，请分别选择两种合适的热处理方案；3）在C曲线上画出这两种热处理方案的工艺曲线，并分别标出其室温时的组织状态；解：2）大批生产小轴零件，采用正火热处理方案；小批采用调质热处理方案。 3）V1为正火热处理方案，其室温组织为F+S V2为调质热处理中的淬火，然后高温回火；其室温组织为回火S。4. 画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线。为获得以下组织，应采用什么冷却方式：并在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。（1）索氏体 （2）托氏体+马氏体+残余奥氏体（3）全部下贝氏

18、体 （4）托氏体+马氏体+下贝氏体+残余奥氏体 （5）马氏体+残余奥氏体 MA残水淬5TMB下A残分级淬火4B下等温淬火3TMA残油淬2S正火1组组 织织热处理方式热处理方式5下图为单级齿轮减速箱高速轴部件，请在表内材料部分的三个备选答案中打钩选择一个正确的答案，并填出各零件热处理方案 （9分）零件名称材料热处理方法轴承挡圈30、40Cr、T10正火正火带轮QT600-3、65、T8正火正火轴承盖4Cr13、T8、30正火正火箱体HT250、45、60去应力退火去应力退火轴QT700-2、45、65调质调质套筒20、T8、4Cr13正火正火齿轮20、40Cr、Q390调质调质滚动轴承GCr15、20、T8淬火淬火+低温回低温回火火轴承端盖2Cr13、T10、30正火正火