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(1)依据弹性模量E选材,选择E大的材料 (2)在材料选定后,主要影响因素是零件的横截面积,不能使结构件的横截面积太小。 一些横截面积薄弱的零件,要通过加强筋或支撑等来提高刚度。 EeePLLPL0 A0L0EA0 交作业时间: 习题二金属的晶体结构 一、名词解释 单晶体的各向异性: 位错: ρ: 细晶强化: 二、填空题 1、晶体与非晶体的根本区别是 (晶体具有固定熔点,原子排列有规律,各向异性) 2、晶体缺陷有(点缺陷: 空位/间隙原子)(线缺陷: 位错)和(面缺陷: 晶界)。 3、位错分为两种,一种是(刃型位错),另一种是(螺型位错),多于半个原子面是(刃型位错)位错所特有的。 4、γ-Fe,α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为(4)和 (2)。 三、是非题(正确的画“√”,错误的画“×”) 1、因为单晶体是各向异性的,所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。 (×) 2、金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。 (×) 3、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高。 (√) 4、晶体缺陷的共同之处是它们都引起晶格畸变。 (√) 5、位错就是原子排列有规则的错排现象。 (√) 四、作图题 画出体心立方和面心立方晶体中原子排列最密的晶面和晶向,写出它们的晶面和晶向指数。 交作 业时间: 习题三金属的结晶 一、名词解释自发形核: 细晶强化: 变质处理: 二、填空题 1、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的,这两个过程是 (形核)和(核长大)。 2、在金属学中,通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为(结晶)而把金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转变成为 (同素异构转变)。 3、过冷度是指(实际结晶温度与理论结晶温度的差值), 其表示符号为(△T=Tm-Tn)。 4、过冷是结晶的(必要)条件。 5、典型铸锭结构的三个晶区分别为(表面细晶区)(中间柱状晶区)和 中心等轴晶区)三、是非题(正确的画“√”,错误的画“×” 1、凡是由液态凝固成固体的过程都是结晶过程。 (×) 2、金属由液态转变为固态的结晶过程,就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。 (√) 3、当晶核长大时,随着过冷度增大,晶核的长大速度增大。 但当过冷度很大时,晶核长度速度很快减小。 (√) 4、过冷度的大小主要取决于冷却速度和金属的本性。 (√) 四、选择题 1、金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将(b) A.越高b.越低c.越接近理论结晶温度 2、铸造条件下,冷却速度越大,则(a)a.过冷度越大,晶粒越细b.过冷度越大,晶粒越粗c.过冷度越小,晶粒越细 3、从液态转变为固态时,为了细化晶粒,可采用(b)a.快速浇注b.加变质剂c.以砂型代替金属型 五、简答题 1、如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒大小 (a)金属型浇注与砂型浇注: 金属型浇注晶粒细小,金属型导热性好,增加了冷速 (b)变质处理与不变质处理: 变质处理晶粒细小,增加了晶核数目。 (c)铸成薄铸件与铸成厚铸件: 薄铸件晶粒细小,薄铸件冷却速度快 (d)浇注时采用震动和不采用震动。 采用振动的晶粒细小,破碎的晶粒增加了晶核。 2、试画出纯金属的冷却曲线,分析曲线中出现“平台”原因。 平台原因: 结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散热,达到平衡。 交作业时间: 习题四合金结构和二元合金相图 一、名词解释相: 组织: 固溶体: 金属化合物: 枝晶偏析: 固溶强化: 二、填空题 1、合金的相结构有(固溶体)和(金属化合物)两大类,其中前者具有较高的(塑性)性能,适宜做(基本相),后者具有较高的(硬度),适宜做(强化相)。 2、能提高金属材料强度和硬度的同时,又不显著降低其塑性和韧性的强化方法称为(固溶强化)。 3、固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度(高)。 4、固溶体出现枝晶偏析后,可采用(扩散退火)加以消除。 5、共晶反应表达式为 (L(固定成分的液体)=(恒温)(α固定成分+β固定成分)同时析出两种固体) 共晶反应的特点是: (恒温,析出相为液相,析出物为两种固相且同时析出,称为共晶体,有独特的形 貌。 液相,固相均有固定的成分) 6、具有匀晶型相图的单相固溶体合金(塑性)性能好 7、固溶体的晶体结构取决于(溶剂),金属化合物的晶体结构(与组成它的任何组元都不相同,是一种新相)。 三、是非题(正确的画“√”,错误的画“×”) 1、在共晶相图中,从液体中析出的βⅠ相与从α相中析出的βⅡ相,具有相同的晶体结构。 (√) 2、一个合金的室温组织为αⅠ+βⅡ+(α+β),它是由三相组成。 (×) 3、杠杆定律只适合于两相区。 (√) 4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中。 (×) 5、在合金结晶过程中析出的初生晶和二次晶均具有相同的晶体结构,但具有不同的组织形态。 (√) 四、选择题 1、固溶体的晶体结构与(a) a.溶剂相同b.溶质相同c.与其他晶型相同 2、固溶体的性能特点是(C) a.塑韧性高,强度,硬度低b.塑韧性低,强度,硬度高c.综合性能好 3、金属化合物相的性能特点是(C) a.熔点高,硬度低b.硬度高,熔点低c.熔点高,硬度高 4、在发生共晶反应时,三相的成分(b) a.相同b.确定c.不确定 5、在固溶体合金结晶过程中,产生枝晶偏析的原因是由于(d) a.液固相线间距很小,冷却缓慢b.液固相线间距很小,冷却速度大 c.液固相线间距很大,冷却缓慢d.液固相线间距很大,冷却速度大 6、二元合金中,铸造性能最好的合金是(b) a.固溶体合金b.共晶合金c.共析合金d.包晶 合金 五、计算和作图题 1、一个二元共晶反应如下: L(75%B)—α(15%B)+β(95%B) (1)含50%B的合金凝固后,求: (a)初晶α与共晶体(α+β)的质量百分数 (b)α相与β相的质量百分数 (2)若共晶反应后,β初晶和(α+β)共晶各占一半,求该合金的成分。 L(75%B)—α(15%B)+β(95%B) (1)含50%B的合金凝固后,属于亚共晶的成分范围 求(a)初晶α与共晶体(α+β)的质量百分数 WαⅠ%=(75-50)/(75-15)%=25/60%=42%W(α+β)%=(100-42)%=58% (b)α相与β相的质量百分数 Wα%=(95-50)/(95-15)%=45/80%=56% Wβ%=(100-56)%=44% (2)若共晶反应后,β初晶和(α+β)共晶各占一半,求该合金的成分。 该合金属于过共晶,设合金成分为X, Wβ/W(α+β)%=1=(95-X)/(X-75)% 2X(%)=170X%=85% 2、已知A组元(熔点600℃)与B组元(熔点500℃)在液态无限互溶, 在300℃时,含40%B的液态合金发生共晶反应。 在固态时,A在B中最大溶解度为30%,室温时为10%, 但B在固态和室温时均不溶于A,试作出该A-B合金相图,并分析含20%A,45%A,80%A合金的结晶过程。 共晶反应式: L40%B=(300℃)(A+α30%A) (a)20%A匀晶+二次析出 L——L+αⅠ——αⅠ——αⅠ+AⅡ (b)45%A,过共晶,匀晶,共晶,二次析出 L——L+αⅠ——αⅠ+(A+α)——αⅠ+AⅡ+(A+α) (c)80A%,亚共晶,匀晶,共晶 L——L+A——A+(A+α)——A+(A+α) 交作业时间: 习题五铁碳相图 一、名词解释 同素异晶转变珠光体莱氏体 二、填空题 1、珠光体的本质是(F和Fe3C的呈片层状的机械混合物)。 2、Fe3C的本质是(Fe和C组成的一种复杂间隙相化合物)。 3、铁素体F的晶体结构为(BCC),奥氏体A的晶体结构为(FCC)。 4、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是(P),其组成相为(F+Fe3C)。 5、在铁碳合金室温平衡组织中,含Fe3CⅡ最多的合金成分为(2.11%C),含Le最多的合金成分为(4.3%),含Fe3CⅢ最多的合金成分为(0.0218%)。 6、含碳量大于0.77%的铁碳合金从1148℃冷却至727℃时,将从奥氏体中析出(Fe3CⅡ),其分布 特征为(网状)。 7、在缓慢冷却条件下,含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度(低),强度(高)。 8、在实际生产中,若将钢热锻或热轧时,必须把钢加热到(单相A)状态。 三、是非题(正确的画“√”,错误的画“×”) 1、20钢比T12钢的含碳量要高。 (×) 2、Fe3CⅠ和Fe3CⅡ的形态与晶体结构都不相同。 (×) 3、在退火状态,45钢比20钢的硬度和强度都高。 (√) 4、在铁碳合金平衡结晶过程中,只有成分为4.3%的铁碳合金才发生共晶反应。 (×)。 5、在铁碳合金中,只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体存在。 (×) 四、选择题 1、奥氏体是(a) a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体b.碳在α-Fe中的间隙固溶体 c.碳在α-Fe铁中的有限固溶体。 2、珠光体是一种(b) a.单相固溶体b.两相混合物c.Fe与C的化合物 3、T10钢的平均含碳量为(b) a.0.1%b.1.0%c.10% 4、铁素体的力学性能(c) a.强度高、塑性好、硬度低b.强度低、塑性差、硬度低 c.强度低、塑性好、硬度低 5、下列能进行锻造的铁碳合金是(a)a.亚共析钢b.共晶白口铁c.亚共晶白口铁 五、依据铁碳相图分析产生下列现象的原因: 1)含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度 钢的硬度取决于渗碳体的含量,钢的含碳量越高,渗碳体含量越多,硬度越高。 因此,1.0%C的钢渗碳体含量高,硬度高。 (2)在室温下,含碳量0.8%的钢的强度比含碳量1.2%的钢高。 钢的强度是受钢的组织形态影响的,退火状态的钢,珠光体含量越高,强度越高,0.8%C的钢,100%为珠光体组织,而1.2%C钢则出现了网状渗碳体,强度降低。 (3)在1100℃,含碳为0.4%的钢能进行锻造,而含碳为4.0%的白口铁不能进行锻造。 0.4%C的碳钢1100℃处在单相A区,A是FCC的固溶体,塑性好,适合锻造。 而4.0%C的铸铁,1100℃主要为莱氏体组织,是共晶组织,脆而硬,不适合于锻造这种塑性加工。 六、默画铁碳相图,标注重要的温度和成分。 标注室温组织。 标注锻造、铸造和热处理温度区间。 七、杠杆定理计算计算45、T8、T12三种钢,室温下组织组成物和相的相对量? 序 号 钢号 平衡组 织 相 计算组织 的杠杆 计算相的 杠杆 01 45 F+P F, Fe3C 02 T8 P F, Fe3C 03 T12 P+ Fe3CⅡ F, Fe3C 45钢: 室温下: 组织: F+P WP%=(0.45-0)/(0.77-0)%=58%WF%= (100-58)%=42% 相: F,Fe3C WF%=(6.69-0.45)/(6.69-0)%=93%WFe3C%=(100-93)%=7%T8钢: 室温下组织: P=100%相: F,Fe3C WF%=(6.69-0.8)/(6.69-0.02)%=5.89/6.67%=88% WFe3C=(100-88)%=12% T12钢室温下组织: P+Fe3CⅡ Wp%=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)%=5.49/5.92%=93% WFe3C%=(100-93)%=7%相: F,Fe3C WF%=(6.69-1.2)/(6.69-0)%=5.49/6.69%=82%WFe3C%=(100-82)%=18% (2)用显微镜观察某亚共析钢,估计其中珠光体含 量为80%,则此钢的含碳量 为多少? 设: 钢的含碳量为X%,杠杆设置: WP%=80%=(X-0.02)(0.77-0.02)%X%=62%应该为60号钢。 八、填表 (1) 钢号 类别 含碳量 应用举例 Q235 普通结构钢 0.1-0.2 建筑结构用钢 15 优质碳素结构 钢 0.15 桥梁,容器罐,水箱 45 65 T8 T12 优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢 碳素工具钢 0.45车床主轴 0.65弹簧,裁纸刀 0.8手动工具,条 1.2手动工具, 如手工锯 如锉刀 填表 (2) 零件名 选择材料牌号 称 手工锯 T8,碳素工具钢 条 普通螺 Q235,普通碳素 钉 结构钢 车床主 45,优质碳素结构 轴 钢 交作业时间: 习题六 钢的热处理 一、名词解释 临界冷却速度;过冷奥氏体、残余奥氏体,马氏体,贝氏体、淬透性、淬硬性、调质处理;回火索氏体,索氏体 二、填空题 1、在过冷奥氏体等温转变产物中,珠光体与屈氏体的 主要相同点是 (都是由F和Fe3C组成的机械混合物) 不同点是(T的片层间距比P细小,因而T的硬度,强度比珠光体高)。 2、马氏体的显微组织形态主要有(板条状)和(针状)两种, 其中(板条状)韧性好。 3、钢的淬透性越高,则C曲线的位置越(右移),说明临界冷却速度越(小)。 4、钢的热处理工艺是由(加热)(保温)(冷却)三阶段组成,一般来讲,它不改变零件的(形状),但改变其(组织与性能)。 5、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是(Ac3以上30-50℃), 它适合于(亚共析)钢。 6、球化退火的主要目的是(使P中的Fe3C球化,降低硬度,便于加工),它适合于(高碳钢/过共析)钢。 7、钢的正常淬火温度,亚共析钢是(Ac3以上30-50℃), 过共析钢是(Ac1以上30-50℃)。 8、钢热处理确定其加热温度是依据(铁碳相图),确定过冷奥氏体转变产物是依据(C曲线)。 9、淬火钢进行回火的目的是(获得所要求的力学性能,消除内应力,稳定组织和尺寸),回火温度愈高,钢的强度、硬度(越低)。 10、钢回火转变4大过程是(马氏体的分解)(残余奥氏体的)(回火屈氏体的形成)(渗碳体的聚集长大)。 11、索氏体和回火索氏体在形态上的区别是(S中的Fe3C呈片状,而回火S中的Fe3C呈球状),在性能上的区别是(在强度,硬度相同时,回火S的塑性和韧性比正火S好)。 12、依据铁碳相图,结合实验,45钢和T8钢(原始状态退火状态),按照下表加热处理后,请填写处理后的组织: 850℃加850℃加760℃加热,720℃加 热, 水冷 热, 空冷 水冷 热, 水冷 45 M S F+M P+F T8 粗 大 S M+ P+Fe3C M+A' 未溶 Ⅱ Fe3C+A' 三、是非题(正确的画“√”,错误的画“×”) 1、经加热奥氏体化后,在任何情况下,奥氏体中碳的含量均与钢中碳的含量相等。 (×) 2、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 (√) 3、当把亚共析钢加热到A1—A3之间的温度时,将获得F+A的两相组织,在平衡条件下,其中奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。 (√) 4、当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时,温度越低,其转变产物组织越粗。 (×) 5、不论碳含量高低,马氏体硬度都很高,脆性都很大。 (×) 6、在正常热处理条件下,随着含碳量增高,过共析钢的过冷奥氏体越稳定。 (×) 7、高合金钢既有良好的淬透性,也具有良好的淬硬性。 (×) 8、经退火后再高温回火,获得回火索氏体组织,具有良好的综合机械性能。 (×) 9、表面淬火既能改变钢的表面化学成分,也能改善心部的组织和性能。 (×) 10、为了调整硬度,便于机械加工,低碳钢、中碳钢和低合金钢在锻造后采用正火处理。 (√) 四、选择题 1、奥氏体向珠光体转变是 (a)a.扩散型转变b.非扩散型转变c.半扩散型转变 2、钢经过调质处理后获得的组织是 (b)a.回火马氏体b.回火索氏体c.回火屈 氏体 3、过共析钢的正常淬火温度是 (a)a.A1—30-50℃b.Acm—30-50℃c. A3—30-50℃ 3、影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是 (b)a.钢材本身的含碳量b.钢中奥氏体的含 碳量c.钢中碳化物的含量 4、若合金元素能使C曲线右移,钢的淬透性将 (b)a.降低b.提高c.不改变 5、马氏体的硬度取决于 (c)a.奥氏体的冷却速度b.奥氏体的转变温 度c.奥氏体的碳含量 6、淬硬性好的钢 (c)a.奥氏体中合金元素含量高b.奥氏体中的碳含量低 c.奥氏体中碳含量高 7、对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用 (a)a.高淬透性钢b.中淬透性钢c.低淬透性钢 8、对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用 (b)a.水淬b.油淬c.盐水中淬 9、直径为10mm的45钢,常规淬火温度是 (b)a.750℃b.850℃c. 920℃ 10、45钢为了获得回火索氏体,应进行 (b)a.淬火+低温回火b.淬火+高温回火c.等温淬火 11、完全退火主要适用于, (a)a.亚共析钢b.过共析钢c.共析钢 12、扩散退火的目的是 (a)a.消除和改善晶内偏析b.消除冷塑性变形后的加工硬化c.降低硬度,以利切削加工 13、钢的回火处理是在 (c)a.退火以后进行b.正火以后进行c.淬火以后进行 14、钢的渗碳温度范围是 (c)a.600-650℃b.800-850℃c.900-950℃d.1000-1050℃ 15、过共析钢正火的目的是 (c)a.调整硬度,改善切削加工性能b.细化晶粒,为淬火做准备 c.消除网状二次渗碳体d.消除内应力,防止淬火变形和开裂 16、T12钢正常淬火的组织是 (d)a.马氏体+残余奥氏体b.马氏体+碳化物c.马氏体 d.马氏体+残余奥氏体+碳化物五、简述题 1、低碳钢板硬度低,可否采用淬火方法提高硬度? 用什么办法能显著提高其硬度? 不能,因为低碳钢的C曲线一般很靠左侧,临界冷却速度要求很高,一般工业条件很难达到。 另外,低碳钢含碳量低,获得马氏体强化效果也不明显,因此,一般采用正火,获得索氏体或屈氏体,利用F和Fe3C的片间距减小,来提高硬度。 2、20钢材用表面淬火是否合适? 为什么? 45钢进行渗碳处理是否合适? 为什么? 20钢材不能采用表面淬火,表面淬火是改善材料表面性能的热处理工艺。 表面淬火是在原有钢材综合性能的基础上,将表面淬成马氏体组织。 20号钢C曲线一般很靠左侧,临界冷却速度要求很高,一般工业条件很难达到。 另外,低碳钢含碳量低,获得马氏体强化效果也不明显。 20号钢一般会利用其含碳量低,塑韧性好的特点,将其表面渗碳处理,使得表面为高碳,淬火后获得高碳马氏体,提高强度硬度,保留心部的韧性。 45钢一般不进行渗碳处理,因为45钢为中碳,再渗碳提高表面含碳量意义不大,而且心部的韧性也不如20号钢号,因此,45钢一般采用表面淬火工艺。 3、确定下列钢件退火方法,并指出退火的目的及其退火后的组织 (1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度冷轧钢板,存在加工硬化,硬度提高,为了消除加工硬化,采用 |
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