工程材料复习提纲

工程材料复习提纲

一、选择题(20*1`=20`) 二、名词解释(5*2`=10`)

? A1疲劳：材料、零件和构件在工作时承受交变应力，即使交变应力往往低于屈服

强度，但经一定循环次数后便发生断裂的现象。P6

? B1蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。Baidu ? A2热脆：当钢材在1000℃-1200℃进行热加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种

现象称为热脆性。P55

? B2冷脆：受到磷等元素的影响，钢的塑形在室温下急剧下降，变脆，这种现象称

为冷脆性。P55

? A3本质粗晶粒钢：有些钢的奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，这类钢

称为本质粗晶粒钢。P63

? B3本质细晶粒钢：有些钢的奥氏体晶粒不容易长大，只有加热到较高温度

(900-950℃以上)时，奥氏体晶粒才急剧长大，这类钢称为本质细晶粒钢。P63 ? A4临界冷却速度：保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体

区的最小冷却速度，称为临界冷却速度，用vk表示。P71

? B4奥氏体化：碳钢加热到A1点以上时，组织发生珠光体向奥氏体的转变，这种转

变称为奥氏体化。P61

? A5回火稳定性：回火稳定性是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。P102 ? B5热硬性：热硬性是指材料在高温状态下仍能保持高硬度的能力。P120

三、简答题(6*5`=30`)

A1、画出铁的冷却曲线，分析三条水平线的含义。

曲线：教材P48；铁碳合金相图中有三条三相共存的水平线：①HJB包晶线 ②ECF共晶线 ③PSK共析线(即A1线)

B1、画出碳含量对钢平衡组织力学性能的影响曲线，并分析强度变化的原因。

曲线：教材P54；①对亚共析钢来说，随着wc的增加，组织中珠光体的数量相应地增加，钢的强度呈直线上升 ②对过共析钢来说，缓冷后由珠光体与二次渗碳体所组成，随着wc的增加，二次渗碳体发展成连续网状。当wc超过1.0%时，钢变得硬、脆，强度下降。

A2、简述钢热处理的特点和目的。

1.特点(即定义)：金属材料在固态下，加热、保温、冷却的工艺。

2.目的：改变材料内部的组织和力学性能，不改变工件的几何形状和尺寸。

B2、简述淬火内应力产生的原因，指出回火和去应力退火在应用上的区别。

1.原因：a.由于工件冷却时表面和心部的冷却速度不同，收缩不均匀，导致(热)内应力的产生；b.过冷奥氏体向马氏体转变时(M的比容最大，A过冷比容小)，尺寸增加(或变化)不均匀，导致(相变)内应力产生。

2.回火：消除淬火产生的内应力

去应力退火：消除铸件、锻件、切削加工件的内应力

A3、简述M与M回在形成条件、组织形态和力学性能上的区别。

1.M：A过冷从大于或等于临界冷却速度的速度冷却后获得 M回：M(或淬火钢)低温回火后获得

2.M回与M的形态相同，没有区别，为片状或板条状；力学性能(σb ,HB,δ,αK)基本相同。

B3、简述S与S回在形成条件、组织形态和力学性能上的区别。

1.S：A过冷在600-650℃等温保温获得 S回：淬火钢高温回火后获得

2.S：细小片状的F与细小片状的Fe3C层间分布 S回：细小颗粒状的Fe3C弥散分布在多边形颗粒状F 3.力学性能：σb ，HB，δ基本一致，但αK：S回比S高一倍。

A4、确定下列钢件退火的方法和目的

(1)冷轧后的15钢：再结晶退火；消除冷变形硬化

(2)锻造过热的60钢：完全退火；①细化晶粒 ②消除内应力

B4、简述下列钢件正火的目的及正火后的组织，并比较与退火在应用上的区别

(1)20钢齿轮：①细化晶粒 ②提高硬度 ③消除内应力；P+F；20钢正火比(完全)

退火的效率高。

(2)T12钢锉刀：消除网状二次渗碳体；P+Fe3CⅡ；T12钢正火是球化退火的预备

热处理。

A5、写出弹簧钢的典型牌号，最终热处理的目的，及合金元素的作用。

60Si2Mn；获得高σ粒 ③提高淬透性。

-1

和 σe；元素Si、Mn的作用相同：①强化F基体 ②细化F晶

B5、简述精密小型轴承的加工工艺路线，最终热处理的作用及得到的组织。

下料—锻造—球化退火—粗加工—淬火、冷处理、低温回火—精加工；①获得高HB、高耐磨性 ②消除内应力，消除残余奥氏体；M回+粒状碳化物+少量A’。

A6、简述普通低合金结构钢化学成分与力学性能的特点，并说明元素Mn、V、Ti的主要作用。

低碳(含碳量wc＜0.25%)；高δ、αK，具有一定的强度和硬度；元素Mn：①强化F

基体 ②细化F晶粒，元素V、Ti：主要产生弥散强化，进一步提高其力学性能。

B6、写出40CrMo的加工工艺路线，并说明元素Cr、Mo的作用。

下料—锻造—正火—粗加工—调质—精加工；元素Cr：提高淬透性，元素Mo：①防止高温回火脆性的产生 ②细化晶粒。

四、分析题(4*8`=32`)

【1.热处理及组织】

A1、(作业题6-9)某齿轮要求齿面高硬度、耐磨，而心部具有一定的韧性，拟采用下列材料和热处理工艺，试从所达到的力学性能、热处理工艺的简繁、成本高低等几方面加以比较

(1)45钢调质：S回，28-30HRC

(2)45钢高频淬火、低温回火：M回，48-50HRC (3)T8钢整体淬火、中温回火：T回，35-45HRC

(4)20钢渗碳淬火、低温回火：心部：M回(wc=0.20%)，45HRC

表面：M回+Fe3C粒状+少量A’

B1、(作业题6-11)有两块wc均为0.80%的钢片，均加热至730℃以上，分别以不同方式冷却。钢片的冷却曲线及该种钢材的C曲线如图所示(教材P97)。问：(1)图中①②③④各是什么组织？(2)定性比较②④点组织的硬度大小。

(1)组织：①S+A过冷 ②S ③M+A过冷 ④M+A’ (2)HB：④＞② [补充]A

过冷

向M转变的特点：①速度极快(10-7s) ②连续冷却条件 ③不完全性(对

于wc＞0.5%的钢，冷却时有残余奥氏体A’产生)

【2&3.合金钢(渗碳钢、调质钢)】

A2、汽车变速齿轮，毛坯为锻件，齿面硬度为58-62HRC，心部硬度为36-40HRC，齿面硬化层厚度1.0-1.2mm，且表面有残余压应力。供选材料有：Q235，40Cr，20CrMnTi，65Mn，T12A。问题：(1)选材 (2)写出热处理加工工艺路线 (3)热处理的作用 (4)最终得到的组织。

(1)20CrMnTi

(2)下料—锻造—正火—粗加工—渗碳处理、淬火、低温回火—粗磨—喷丸—精磨 (3)热处理的作用

a.渗碳处理、淬火、低温回火：①提高材料表面的硬度和耐磨性 ②提高心部的强度、硬度和韧性

b.喷丸：产生弥散强化，使材料表面留有残余压应力，提高硬度、熔点和耐磨性

(4)表面组织：M回+粒状合金碳化物+少量A’ 心部组织：M回+F+T(或M回) [补充]

(1)表面、心部硬度不同——渗碳处理

(2)表面留有残余压应力，可以使表面的疲劳强度σ-1得到提高

{变式：题目改为传动齿轮、要求提高综合力学性能，则选40Cr，且需要调质处理}

【4.工具钢】

A4/B4、高速钢相关知识的考查。

(一)高速钢的化学成分及牌号

(1)含碳量：0.7%-0.8%

(2)常用高速钢的牌号：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 (二)高速钢的锻造与热处理

(1)W18Cr4V钢淬火与回火的工艺曲线图——教材P124 (2)高速钢热处理工艺曲线的特点：

①淬火温度高 ②分段式加热 ③分级淬火 ④三次回火，回火温度高 (2)加工工艺路线：下料—锻造—等温退火—粗加工—1270-1280℃淬火、560℃三次回火—精加工 (3)锻造的目的：高速钢的铸态组织中有粗大的鱼骨状合金碳化物，这种碳化物不能用热处理的方式消除，只有采用反复锻击的方式将其击碎，并均匀分布在基体上。

(4)退火

a.退火方法：等温退火

b.退火目的：降低硬度，消除内应力，改善切削加工性能

c.退火后的组织：S+细粒状碳化物，退火后的硬度为207-225HBS(或200HBS左右) (5)淬火和回火

a.1270-1280℃淬火的目的：使Cr、W、V充分溶于A中，防止A晶粒粗大 b.560℃下三次回火的目的：560℃——产生弥散强化，提高硬度 三次——彻底消除A’ c.最终得到的组织：M回+粒状碳化物+少量A’

五、计算题(8`)

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