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金属材料力学性能复习思考题
1、什么是金属材料的使用性能?包括哪些内容?答在正常工作条件下,材料应具备的性能包括力学性能,物理性能,化学性能
2、什么是金属材料的工艺性能?包括哪些内容?答材料在加工制造中表现出的性能,显示了加工制造的难易程度包括铸造性,锻造性,焊接性,切削加工性,热处理性
3、拉伸试验可以测定哪些力学性能指标?答强度和塑性
4、五项力学性能指标的定义?测定所用的载荷静载荷或动载荷?他们之间的相互制约关系?答强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度(静载荷)塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力(静载荷)硬度(HB)材料抵抗硬物压入的能力能力称为硬度(静载荷)冲击韧性(αk)材料抵抗冲击载荷而不断裂的能力称为冲击韧性(动载荷)疲劳极限(σ-1)材料可以经无限次数应力循环仍不发生疲劳断裂的最大应力,称为疲劳极限(动载荷)材料的σb、HB指标高时,往往δ、αk指标低
5、不同硬度值的适用范围答布氏硬度适用于测铸铁、有色金属、以及退火、正火、调质钢的硬度洛氏硬度适用于测淬火钢维氏硬度适用于测表面淬火钢、表面渗碳钢、表面氮化钢
6、金属材料在承受冲击能量高时与冲击能量低时,材料多次承受冲击抗力主要决定于什么力学性能指标?答冲击能量高时,材料多次冲击抗力主要决定于其韧度冲击能量低时,则主要决定于强度金属晶体结构与结晶复习思考题
1、常见金属晶体结构有哪几种?答体心立方晶格,面心立方晶格,密排六方晶格
2、解释下列名词晶格,晶胞,致密度,晶格常数答晶格描述原子在晶体中排列的空间格子晶胞组成晶格的基本(最小)单元致密度指晶胞中所占有的原子体积与晶胞体积之比晶格常数反映晶胞的大小
3、实际金属晶体结构有哪几种缺陷?P6图1-
4、
5、6答点缺陷,线缺陷,面缺陷
4、金属结晶的基本过程是什么?形核与晶核长大过程
5、细化晶粒的方法有哪些?答提高冷速;变质处理;振动
6、什么是同素异构转变?为什么说铁的同素异构转变是铁的一种极重要的特性?P9图1-11答固态下,一种元素的晶格结构随温度发生变化的现象→同素异构转变正是由于纯铁能发生同素异构转变,生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热理,从而改变其组织与性能铁碳合金复习思考题
1、理解铁碳合金五个基本组织P11表1-
32、默绘简化的Fe-Fe3C相图,并标出各相区相的组成物和组织组成物P11图1-
143、理解Fe-Fe3C相图点、线、区含义P12表1-
44、用折线法分析
0.4%、
0.77%、
1.2%铁碳合金从液态缓冷到室温的结晶过程P13图1-
155、Fe-Fe3C相图对热处理的作用?答相图是研究铁碳合金成分、温度和组织之间变化规律的工具,是指导热处理加热的依据
6、说明当钢中含碳量超过
0.9%时,强度指标下降的原因答当钢中含碳量超过
0.9%时,在钢中晶界处出现Fe3CΠ(网状),它割裂了基体,使强度指标下降
7、指出下列各钢种的类别、大致含碳量、质量及用途举例Q
235、45,T12A,T13,ZG270-500答Q235普通碳素结构钢制造螺栓;45优质碳素结构钢制造传动轴T12A高级优质碳素工具钢制造锯条;T13优质碳素工具钢制造锉刀ZG270-500铸钢;用于制造轴承座钢的热处理复习思考题
1、什么叫“起始晶粒度”、“实际晶粒度”、“本质晶粒度”?本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细?答起始晶粒度是指加热时各种原始组织刚刚转变为奥氏体时的晶粒度实际晶粒度指某一加热温度所对应的晶粒度本质晶粒度;表示钢的奥氏体晶粒长大倾向性
2、钢在热处理时加热后保温的目的是什么?答获得成分均匀的、晶粒细小的奥氏体,为后续热处理做好组织准备
3、理解共析钢等温转变C曲线的线、区含义P16图1-
204、什么是过冷奥氏体(Ag)、残余奥氏体(Ar)、索氏体(S)、托氏体(T)、贝氏体(B)和马氏体(M)
5、理解Ag等温转变产物特点、形成条件、及力学性能P17表1-5答(Ag)奥氏体过冷至A1线以下暂时还没有转变的奥氏体(Ar)在室温下残留未转变的奥氏体(S)P细片状→S(T)P极细片状→T(B)碳在α-Fe中的饱和固溶体称为B(M)碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为M
6、理解Ag连续冷却转变产物特点、形成条件V1炉冷;V2空冷;V3风冷;V4油冷;V5水冷;Vk临界冷却速度
7、知道当含碳量C
0.5%的钢淬火后开始有Ar的原因看懂亚(过)共析钢的C曲线,在不同的冷却下获取什么组织掌握它们的应用手画亚(过)共析钢Ag的等温转变C曲线
8、钢获得马氏体组织的条件是什么?马氏体相变有何特点?答实际冷却速度必须大于Vk冷却,才能获得马氏体组织特点
①M为非扩散性转变
②M是体心正方晶格
③M显微组织是针状
④M硬度高
⑤转变温度停止了,Ag向M转变也就停止了
9、将φ5mm的T8钢加热至760℃,并保温足够时间,问采用什么样的冷却工艺科得到如下组织?P、S、T、B下、T+M、M+Ar在C曲线上描绘出工艺曲线示意图答炉冷得P;空冷得S;风冷得T;等温淬火得B下;油冷得T+M;水冷得M+Ar
10、淬火临界冷却速度Vk受哪些主要因素影响?它与钢的淬透性有何关系?答Vk受含碳量,合金元素,加热温度和保温时间影响Vk越小钢的淬透性越好
11、Ar的存在对钢件质量有何影响?用什么方法减少或消除Ar?答
①降低零件的硬度和耐磨性;组织不稳定,会影响零件的尺寸与形状变化
②可采用冷处理和低温回火的方法,减少或消除Ar
12、退火的主要目的是什么?常用退火方法有哪几种?(完退、球退、等退、去退)答
①降低工件硬度、消除内应力、均匀成分、细化晶粒、改善组织,为后续工序作准备
②完全退火,等温退火,球化退火和去应力退火
13、正火对不同含碳量钢的主要目的是什么?答20调整硬度,防止粘刀,改善切削加工性能T10打断网状Fe3CⅡ,为球化退火做好组织准备45提高力学性能前提是要求不高的结构件
14、看懂P18图1-22的含义,理解表1-6常用热处理工艺的退火与正火内容,掌握它们的应用
15、当T12钢中有严重的Fe3CⅡ(网状)时,应该怎样热处理?答正火+球退
16、当C
0.4%的钢采用正火,当
0.4%C
0.77%的钢采用完全退火
17、一批45钢试样(尺寸φ15×10mm),因其组织晶粒大小不均匀,需采用退火处理,拟采用下列退火工艺分别缓慢加热至700℃、840℃、1100℃,保温足够时间,随炉冷却至室温问上述3种加热温度,冷却后各得到什么组织?若要得到大小均匀的细小晶粒,应选哪一种温度?答
(1)F+P晶粒大小不均匀
(2)F+P晶粒大小均匀3F+P晶粒粗大应选840℃炉冷为宜
18、淬火的目的是什么?亚共析钢和过共析钢加热温度范围是多少?答
①淬火的目的是得到马氏体组织,随后与不同回火温度相配合,以获得所需要的使用性能
②亚共析钢Ac3+30~50°C;过共析钢Ac1+30~50°C
19、看懂P18图1-23的含义,理解表1-6常用热处理工艺的淬火与回火内容,掌握它们的应用
20、什么叫淬透性?什么叫淬硬性?影响淬透性、淬硬性的因素是什么?答淬透性——钢在淬火时获得淬硬层深度的能力与Vk有关淬硬性——钢在淬火时的硬化能力与含C量有关影响淬透性因素含碳量和合金元素(Vk)影响淬硬性因素含碳量
21、指出下列工件的淬火加热温度范围及回火温度范围,并说明其回火后获得的组织答
(1)45钢小轴(要求综合力学性能高);Ac3+30~50°C;500~650°C;S回
(2)60弹簧钢Ac3+30~50°C;250~500°C;T回
(3)T12锉刀Ac1+30~50°C;150~250°C;M回
22、回火的目的是什么?常用的回火有哪几种?指出各种回火得到的组织、性能及应用范围答回火类型回火温度回火组织性能应用举例低温回火T12150~250°CM回硬度高耐磨锉刀、锯条中温回火65250~500°CT回↑σe、σs使弹性好弹簧高温回火45500~650°CS回↑综合力学性能高曲轴
23、指出下列组织的主要区别S与S回,M与M回答S中的Fe3C呈细片状(正火获得),而S回中的Fe3C呈细粒状(调质获得)M中有内应力和脆性,同时有Ar而M回中均无前者缺陷
24、表面热处理有哪几种?答表面淬火火焰表面淬火和高频表面淬火化学热处理渗碳和氮化
25、表面淬火的目的是什么?常用表面淬火方法有哪几种?P18表1-6答目的使零件表面获得高硬度和高耐磨性,而心部仍保持原来良好的韧性和塑性方法有火焰表面淬火和高频表面淬火
26、常用化学热处理有哪几种?(补充内容)答渗碳,氮化
27、渗碳的目的是什么?常用渗碳的方法是什么?答目的提高工件表面的含碳量,经淬火从而提高工件表面的硬度使其耐磨,同时保持心部的良好韧性方法气体渗碳、真空离子渗碳
28、氮化的主要目的是什么、说明氮化主要特点及应用举例哪些钢采用氮化处理为宜?答目的提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度,耐腐蚀主要特点工件氮化后可获得很高得硬度,无需再进行淬火处理;工件氮化处理后无变形;耐腐蚀(渗氮前应进行调质处理)应用举例制造高速运转的精密主轴氮化钢38CrMoAl合金钢复习思考题P3表1-1钢号材料名称含碳量工艺与使用状态热处理
①热处理
②组织用途T13优质碳素工具钢
1.3%
①球化退火
②淬火+低回
①球状P
②M回+Fe3C+Ar(少量)锉刀T12A高级优质碳素工具钢
1.2%
①球化退火
②淬火+低回
①球状P
②M回+Fe3C+Ar(少量)锯条16Mn低合金结构钢
0.16%正火S+F汽车大梁20CrMnTi合金渗碳钢
0.2%
①正火
②渗碳+淬火+低回S+FM回+合金碳化物汽车变速齿轮40Cr合金调质钢
0.4%
①完退
②调质S+FS回汽车连杆螺栓40CrMnMo合金调质钢
0.4%
③表面局部淬火+低回表M回+心S回重载荷轴38CrMoAl氮化钢
0.38%完退
②调质
③表面氮化P+F
②S回+
③氮化物精密主轴60Si2Mn合金弹簧钢
0.6%淬火+中回T回汽车减震板簧GCr15滚动轴承钢
0.95%~
1.15%
①球化退火
②淬火+冷处理+低回
①球状P
②M回+合金碳化物滚动轴承9SiCr低合金刃具钢
0.8%~
1.5%
①球化退火
②淬火+低回
①球状P
②M回+合金碳化物+Ar(少量)丝锥CrWMn量具钢
②淬火+冷处理+低回M回+合金碳化物量具W18Cr4V高速钢
0.7%~
0.8%
①等温退火
②淬火+三次高回
①P
②M回+合金碳化物+Ar(少量)铣刀钻头5CrMnMo热作模具钢
0.5%完全退火淬火+高回F+PS回热锻模Cr12MoV冷作模具钢球化退火淬火+低回
①F+Fe3C
②M回+合金碳化物+Ar(少量)冷冲模1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢
0.1%固溶处理单相A耐酸容器4Cr10Si2Mo耐热钢
0.4%淬火+高回M回+合金碳化物汽车进、排气门ZGMn13耐磨钢
1.1%水韧处理单相A坦克履带铸铁P3表1-
1、有色金属(补充内容)复习思考题
1、化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基本组织有何影响?答1)化学成分
①C、Si——强烈促进石墨化
②S——强烈阻碍石墨化
③MnMg——阻碍石墨化2)冷却速度
①↑℃,↑时间→有利于石墨化
②冷速慢→促进石墨化
③冷速快→抑制石墨化
④造型材料铸件壁厚
2、常用铸铁和有色金属材料的选用与热处理方法其它材料材料名称含碳量工艺名称热处理
①热处理
②组织用途HT200灰口铸铁
2.5~
3.6%C
①时效处理
②表面淬火+低回F+G片M回+G片汽车变速箱QT600-3球墨铸铁
3.6~
3.9%C时效处调质P+G球S回+G球汽车曲轴KTH370-12可锻铸铁
2.4~
2.8%C可锻化(高温)退火F+G团絮汽车拨叉ZL108铸造铝合金(硅铝明)时效处理铸态汽车活塞ZchPbSn16-16-2轴承合金(轴瓦)时效处理铸态汽车轴瓦。