第一篇：各種材料的焊接性能

金屬材料的焊接性能

（1）焊接性能良好的鋼材主要有：

低碳鋼（含碳量<0.25）；

低合金鋼（合金元素含量1～

3、含碳量<0.20）；

不銹鋼（合金元素含量>

3、含碳量<0.18）。（2）焊接性能一般的鋼材主要有：

中碳鋼（合金元素含量<

1、含碳量0.25～0.35）；

低合金鋼（合金元素含量<

3、含碳量<0.30）；不銹鋼（合金元素含量13～

25、含碳量￡0.18）（3）焊接性能較差的鋼材主要有：

中碳鋼（合金元素含量<

1、含碳量0.35～0.45）；

低合金鋼（合金元素含量1～

3、含碳量0.30～0.40）；

不銹鋼（合金元素含量

13、含碳量0.20）。（4）焊接性能不好的鋼材主要有：

中、高碳鋼（合金元素含量<

1、含碳量>0.45）；

低合金鋼（合金元素含量1～

3、含碳量>0.40）；

不銹鋼（合金元素含量

13、含碳量0.30～0.40）。

焊條和焊絲選擇的基本要點如下：

同類鋼材焊接時選擇焊條主要考慮以下幾類因素：

考慮工件的物理、機械性能和化學成分；考慮工件的工作條件和使用性能；

考慮工件幾何形狀的復雜程度、剛度大小、焊接坡口的制備情況和焊接部位所處的位置等；考慮焊接設備情況；考慮改善焊接工藝和環(huán)保；考慮成本。

異種鋼材和復合鋼板選擇焊條主要考慮以下幾類焊接情況：

一般碳鋼和低合金鋼間的焊接；低合金鋼和奧氏體不銹鋼之間的焊接；不銹鋼復合鋼板的焊接。

焊條和焊絲的選擇參數(shù)查閱機械設計手冊中焊條和焊絲等章節(jié)和焊條分類及型號（GB 980-76）、焊條的性能和用途（GB 980～984-76）等有關國家標準。###15CrMoR的換熱器的熱處理工藝

***當板厚超過筒體內徑的3％時，卷板后殼體須整體熱處理。*** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（熱307）焊條，焊前預熱至200-250℃（小口徑薄壁管可不預熱），焊后650-700℃回火處理。自動焊絲用H13CrMoA和焊劑250等。###壓力容器用鋼的基本要求

壓力容器用鋼的基本要求：較高的強度,良好的塑性、韌性、制造性能和與相容性。

改善鋼材性能的途徑：化學成分的設計,組織結構的改變,零件表面改性。

本節(jié)對壓力容器用鋼的基本要求作進一步分析。

一、化學成分

鋼材化學成分對其性能和熱處理有較大的影響。

1、碳:碳含量增加時，鋼的強度增大，可焊性下降，焊接時易在熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋。

因此壓力容器用鋼的含碳量一般不應大于0.25%。

2、釩、鈦、鈮等：在鋼中加入釩、鈦、鈮等元素，可提高鋼的強度和韌性。

3、S、P是鋼中最主要的有害元素:

硫——能促進非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。

磷——能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。

將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度，可提高鋼材的韌性、抗應變時效性能、抗回火脆化性能、抗中子輻照脆化能力和耐腐蝕性能。

因此，與一般結構鋼相比，壓力容器用鋼對硫、磷、氫等有害雜質元素含量的控制更加嚴格。

例如，中國壓力容器用鋼的硫和磷含量分別應低于0.020%和0.030%。隨著冶煉水平的提高，目前已可將硫的含量控制在0.002%以內。

化學成分對熱處理也有決定性的影響，如果對成分控制不嚴，就達不到預期的熱處理效果。

二、力學性能材料的力學行為——由于載荷（如載荷種類、作用方式等）和應力狀態(tài)的不同，以及鋼材在受力狀態(tài)下它所處的工作環(huán)境的不同，鋼材受力后所表現(xiàn)出的不同行為，稱為材料的力學行為。

鋼材的力學行為，不僅與鋼材的化學成分、組織結構有關，而且與材料所處的應力狀態(tài)和環(huán)境有密切的關系。

力學性能決定力學行為。鋼材的力學性能主要是表征強度、韌性和塑性變形能力的判據(jù)，是機械設計時選材和強度計算的主要依據(jù)。

a、壓力容器設計中，常用的強度判據(jù)：包括抗拉強度бb,屈服點бs,持久極限,蠕變極限,疲勞極限б-1。

b、壓力容器設計中，常用的塑性判據(jù)：斷后伸長率δ5,斷面收縮率。

c、壓力容器設計中，常用的韌性判據(jù)：沖擊吸收功Akv,韌脆轉變溫度,斷裂韌性。

韌性:臨界裂紋尺寸的大小主要取決于鋼的韌性和拉伸應力。

如果鋼的韌性高，壓力容器所允許的臨界裂紋尺寸就越大，安全性也越高。

為防止發(fā)生脆性斷裂和裂紋快速擴展，壓力容器常選用韌性好的鋼材。

Akv: 夏比V型缺口沖擊吸收功Akv，能較好地反映材料的韌性，與斷裂韌性有較好的數(shù)值聯(lián)系，世界各國壓力容器規(guī)范標準都對Akv提出了要求。

如16MnR鋼板，要求在00C時的橫向（指沖擊試件的取樣方向）Akv不小于31J。當使用溫度低于或等于-200C時，需要考慮低溫沖擊韌性，并根據(jù)應力水平、設計溫度和厚度，確定夏比V型缺口沖擊試驗溫度和Akv的指標。

三、制造工藝性能

◇冷加工的要求 制造過程中進行冷卷、冷沖壓加工的零部件要求鋼材有良好的冷加工成型性能和塑性，其斷后伸長率δ5應在15～20%以上。為檢驗鋼板承受彎曲變形能力，一般應根據(jù)鋼板的厚度，選用合適的彎心直徑，在常溫下做彎曲角度為1800的彎曲實驗。試樣外表面無裂紋的鋼材方可用于壓力容器制造。

◇焊接的要求可焊性是指在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。鋼材的可焊性主要取決于它的化學成份。

碳——其中影響最大的是含碳量。含碳量愈低，愈不易產生裂紋,可焊性愈好。

合金元素——影響通常是用碳當量Ceq來表示。

國際焊接學會所推薦的公式為:

中國“鍋爐壓力容器制造許可條件”中的公式為:

式中的元素符號表示該元素在鋼中的百分含量。

一般認為，Ceq 小于0.4%時，可焊性優(yōu)良；Ceq 大于0.6%時，可焊性差。中國目前對壓力容器用鋼尚未規(guī)定碳當量要求，但上述計算碳當量的公式對分析焊接裂縫的敏感性具有一定的參考價值。按上式計算的碳當量不得大于0.45%。

###壓力容器焊接中防止冷裂紋的措施有哪些

***根據(jù)冷裂紋產生的原因，避免出現(xiàn)淬火組織，減少氫的來源，使熔化金屬中的氫有機會逸出，是防止和減少出現(xiàn)冷裂紋的原則。具體可采用下述措施。

（1）嚴格控制焊接材料

一般焊接淬火傾向較大的鋼種多選用低氫型焊條，個別情況下亦可選用奧氏體電焊條。焊前要仔細烘干焊條?？刂坪附硬牧现械暮瑲淞吭?.001%~0.005%以下。

（2）采用合適的焊接工藝及規(guī)范

應盡量采用小電流多層焊。采用大電流雖然具有降低近縫區(qū)冷卻速度的作用，但易過熱，而粗晶組織反而增加了淬火的傾向，促進冷裂。

1）焊前進行預熱。焊前預熱這不僅能降低冷卻速度，防止產生淬火組織，另外也有除氫處理的作用。根據(jù)鋼種不同，預熱溫度可在100~300℃之間。

2）焊后保溫緩冷。工件焊完后立即用石棉布或石棉灰蓋上，以減慢冷卻速度防止淬火。對結構比較復雜，而鋼種又易淬火的工件，除采取上述措施外，有時還要及時進行焊后熱處理，以消除應力、脆化相和除氫。

###不銹鋼焊接要點及注意事項

不銹鋼焊接要點及注意事項1.采用垂直外特性的電源，直流時采用正極性（焊絲接負極）

2.一般適合于6mm以下薄板的焊接，具有焊縫成型美觀，焊接變形量小的特點

3.保護氣體為氬氣，純度為99.99%。當焊接電流為50~150A時，氬氣流量為8~10L/min，當電流為150~250A時，氬氣流量為12~15L/min。

4.鎢極從氣體噴嘴突出的長度，以4~5mm為佳，在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm，在開槽深的地方是5~6mm，噴嘴至工作的距離一般不超過15mm。

5.為防止焊接氣孔之出現(xiàn)，焊接部位如有鐵銹、油污等務必清理干凈。

6.焊接電弧長度，焊接普通鋼時，以2~4mm為佳，而焊接不銹鋼時，以1~3mm為佳，過長則保護效果不好。

7.對接打底時，為防止底層焊道的背面被氧化，背面也需要實施氣體保護。

8.為使氬氣很好地保護焊接熔池，和便于施焊操作，鎢極中心線與焊接處工件一般應保持80~85°角,填充焊絲與工件表面夾角應盡可能地小，一般為10°左右。

9.防風與換氣。有風的地方，務請采取擋網(wǎng)的措施，而在室內則應采取適當?shù)膿Q氣措施。

不銹鋼MIG焊要點及注意事項

1.采用平特性焊接電源，直流時采用反極性（焊絲接正極）

2.一般采用純氬氣（純度為99.99%）或Ar+2%O2,流量以20~25L/min為宜。

3.電弧長度，不銹鋼的MIG焊接，一般都在噴射過渡的條件下來施焊，電壓要調整到弧長在4~6mm的程度。

4.防風。MIG焊接容易受到風的影響，有時微風而產生氣孔，所以風速在0.5m/sec以上的地方，都應當采取防風措施。

不銹鋼藥芯焊絲焊接要點及注意事項

1.采用平特性焊接電源，直流焊接時采用反極性。使用一般的CO2焊機就可以施焊，但送絲輪的壓力請稍調松。

2.保護氣體一般為二氧化碳氣體，氣體流量以20~25L/min較適宜。

3.焊嘴與工件間的距離以15~25mm為宜。

4.干伸長度，一般的焊接電流為250A以下時約15mm，250A以上時約20~25mm較為合適。

###焊接裂紋：鑄鐵焊接時出現(xiàn)的裂紋可分為冷裂紋和熱裂紋兩類。

1、冷裂紋

（1）焊縫中的冷裂當焊縫為鑄鐵型時，較易出現(xiàn)這種裂紋。當采用異質焊接材料焊接，使焊縫成為奧氏體、鐵素體或銅基焊縫時，由于焊縫金屬有較好的塑性，配合采用合理的冷焊工藝，焊縫金屬不易出現(xiàn)冷裂紋

避免措施：對焊件進行整體加熱（550～700℃），使溫差減小，降低焊接應力；采用加熱減應區(qū)法降低補焊處所受的應力。

（2）熱影響區(qū)的冷裂紋該種裂紋多數(shù)發(fā)生在含有較多滲碳體及馬氏體的熱影響區(qū)，在某些情況下也可能發(fā)生在離熔合線稍遠的熱影響區(qū)。

避免措施：對焊件進行整體預熱，使溫差減小，降低焊接應力；裁絲法

2、熱裂紋

當采用低碳鋼與鎳基鑄鐵焊條冷焊時，則焊縫較易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結晶裂紋

避免熱裂紋的措施： 冶金措施：（1）通過調整焊縫化學成分，使其脆性溫度區(qū)間縮小；（2）加入稀土元素，增強脫S、P反應，以及使晶粒細化等途徑，以提高焊縫的抗熱裂紋性能。

工藝措施：（1）采用正確的冷焊工藝，使焊接應力降低；（2）使母材中的有害雜質較少熔入焊縫。

***樓主問的應該是金屬焊接中的熱裂紋和冷裂紋.說的比較簡單一點熱裂紋就是焊接過程中在溫度較高、冷卻過程中就出現(xiàn)的裂紋，原因主要是晶界產生低熔點物質，在應力作用下開裂，裂紋一般是沿著晶界開裂。

冷裂紋就是焊縫基本冷卻以后出現(xiàn)的裂紋，這個時間會很長，有的很多年后才出現(xiàn)裂紋。主要原因是內部氫（少數(shù)也有可能其他氣體）析出聚集造成微型高壓力空間，在應力作用下延展開裂，裂紋有沿著晶界開裂，也有貫晶開裂，形式多樣，有的能在斷面上找到細微的點狀氣孔。

至于詳細具體的原因和防治方法，要根據(jù)具體金屬化學成分來分析。關于這方面的資料其實很多，你可以找來學習。

最實用的解決辦法就是，冷裂紋：采用預熱緩冷和盡量降低拘束度；熱裂紋則主要控制Ｓ、Ｐ含量，減少焊縫合金化，再就是使用錘擊法緩解焊接應力。###低合金高強度鋼焊接有什么特點 低合金高強度鋼焊接有什么特點

1)σs=300~400MPa級的低合金高強度鋼: 這些鋼材一般是以熱軋和正火狀態(tài)使用,母材組織為鐵素體加珠光體.其碳當量一般在0.40%以下,焊接性良好,故不需要采取特殊的工藝措施,只有在厚板,接頭鋼性大或在溫度低的情況下焊接時,為防止冷裂紋才需要采取一定的措施,如預熱,適當控制焊接工藝等.2)σs=450~550MPa級的低合金高強度鋼:這些鋼正火后,母材組織為細晶粒鐵素體加珠光體或貝氏體。其碳當量較高，CE=0.4~0.6%,有較明顯的淬硬傾向。這類鋼在焊接時，要適當預熱和調整焊接線能量，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度，防止冷裂紋的產生。

3)σs=600~1000MPa級的低合金高強度鋼:為了使這類鋼焊后的機械性能達到設計要求，焊接時，應保證奧氏體的熱影響區(qū)有足夠的冷卻速度，以便順利獲得低碳馬氏體或下貝氏體組織。這類鋼的焊接接性差，焊接時除要嚴格控制氫外，還要采取措施，適當提高預熱溫度或預熱與后熱組合，以防止冷裂紋和再熱裂紋

***應該是焊前預熱100-150度，焊后后熱200-250度0.5小時,最后進行焊后熱處理600-700度，2小時；

###低碳鋼和低合金鋼的焊接特點是什么? 低碳鋼的焊接性能良好,不需要采用特殊的工藝措施,就可以獲得優(yōu)質接頭,只有在用材成份不合格(硫,磷含量過高)或施焊環(huán)境惡劣等,焊接剛性過大等,才有可能出現(xiàn)焊接裂紋.普通低合金鋼焊接的重要特點之一是:熱影響區(qū)有比較大的淬硬傾向，隨著強度等級的提高，熱影響區(qū)的淬硬傾向也相應增大，同時隨著淬硬傾向的增加，產生冷裂紋的傾向也會加劇。影響普通低合金鋼產生冷裂紋的主要因素是：

1焊縫及熱影響區(qū)的含氫量，含氫量增加產生冷裂紋的傾向增加。2熱影響區(qū)的淬硬程度，淬硬程度增加，產生冷裂紋的傾向增加。

3焊接接頭剛度所決定的焊接殘余應力，殘余應力增加，產生冷裂紋的傾向增加。###銅及銅合金焊接時有哪些特點? 銅及銅合金的焊接特點有

1銅及銅合金的導熱性好，熱容量大，易使填充金司與母材熔合不良，并造成焊不透，因此，焊接熱輸入宜大，必要時進行適當?shù)念A熱，如焊紫銅時，預熱400~500度，焊黃銅時，預熱300度。

2銅的線膨脹系數(shù)較大（比低碳鋼大50%以上），熱脹冷縮明顯，焊后變形大，且在較大的殘余應力下容易產生冷裂紋，因此，焊接時宜采用窄焊道，合理的焊接順序，焊后錘打等措施，以減少變形和殘余應力

3銅在液態(tài)進能溶解大量的氫，但在凝固和冷卻過程中，氫的溶解度大大降低，如過剩的氫氣來不及逸出，就會形成氫氣孔，同時氫還能與氧化亞銅反應，生成水汽（H2O），也會引起氣孔。因此，焊前應徹底清理坡口及焊件表面，去除氧化物，油污，水汽等，選用脫氧及去氫能力較好的焊接材料，并按規(guī)定烘干，如焊接紫銅時，一般采用低氫焊條銅107，焊前經(jīng)300度*（1~2）小時烘干。

4銅在液態(tài)時容易氧化，生成氧化亞銅并溶解在銅液里，在結晶時，氧化亞銅與銅形成低熔點共晶體，存在銅晶粒的界面上，使其塑性降低，還有產生熱裂紋，因此，焊接時需采用含有脫氧劑的銅及銅合金焊絲。5銅合金里的合金元素，一般比銅更易氧化和燒損，還有部分合金元素在高溫易蒸發(fā)，因此，焊接黃銅時，可選用含硅的焊接材料，使熔池表面形成致密的氧化硅薄膜，以防止鋅的氧化和蒸發(fā)，在工藝上設法降低焊接時的溫度，提高焊接速度，盡量減少熔池處于高溫下的時間，以減少鋅的氧化和蒸發(fā)。###什么叫焊后熱處理? ***焊后熱處理顧名思義就是在焊接完成后進行的熱處理，需要注意的是升溫速度、熱處理溫度、保溫時間、降溫速度等，不同的材質、不同的焊接材料和焊接方法焊后熱處理的工藝各不相同。

***把焊件加熱到適當?shù)臏囟?，并保溫，然后緩慢冷卻，這一過程叫焊后熱處理。目的是為了消除(降低)焊接殘余應力,改善焊接接頭的機械性能,獲得一定的金相組織和相應的性能.影響熱處理效果的四個因素是

1加熱速度,不能能過快,溫度要均勻上升 2最高加熱溫度,一般控制在金屬相變溫度以下(600度左右)3保溫時間,每25mm厚保溫1小時

4冷卻速度,緩慢冷卻,防止產生熱應力和造成開裂.###鋁及其合金焊接時有哪些特點?

1：鋁和氧的親合力很大，表面極易氧化生成致密的氧化鋁薄膜，其熔點（2050度）遠遠超過鋁合金的熔點（一般約6000C左右），將阻礙母材的熔化和熔合，且氧化膜的比重大，不易浮出熔池，而易形成夾渣。因此，焊前應清理坡口及焊絲表面的氧化膜，油污，水汽等，最好采用氬氣保護焊，若采用氣焊，要使用熔劑，并在焊接過程中，不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。

2：鋁在液態(tài)時可溶解大量的氫，但在固態(tài)時幾乎不溶解氫，在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫氣來不及逸出，易形成氣孔，因此，除了焊前徹底清理坡口，焊絲外，對于手工電弧焊用鋁焊條，還必須嚴格烘干（1500C烘干1~2h）以盡量減少焊接時進入焊縫中的氫。3：鋁的線膨脹系數(shù)較大（比鐵將近大一倍）凝固時的收縮率大，焊件的焊接應力也較大，在焊件剛性或厚度大時，尤其雜質易形成低熔點共晶時，產生熱裂紋的傾向較大。因此，應重視焊接材料，方法，工藝規(guī)范及焊接順序的選擇，以盡量減少焊接應力，控制熔池金屬的雜質成分和改善熔池的結晶條件。

4：鋁的導熱系數(shù)較大，使得焊件熔化困難，接頭熔合不好，焊不透等。因此，宜采用能量較集中的熱源。如采用氬弧焊，厚度在20mm以下可不預熱，而用其它電弧焊，一般焊前必須預熱，厚度超過5~8mm的鋁件，預熱100~300度左右。

5鋁的高溫強度很低（在370度時，其強度僅力約10MPa）,支住熔池以形成焊縫較困難，且鋁熔化后，表面顏色無明顯變化，難以叛斷熔池溫度的變化而焊穿。為此，往往采用墊板。而一般現(xiàn)場施焊時不加墊板，這就要求操作技術要高，以保證單面焊雙面成形良好。6：焊后的焊渣及殘存熔劑對鋁有一定的腐蝕作用，因此，在焊后必須及時預以清除。###不銹鋼中鉻、鎳、鈦的主要作用是什么？ ***不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指耐大氣、蒸汽和水等弱介質腐蝕的鋼，而耐酸鋼則是指耐酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼。不銹鋼 自本世紀初問世，到現(xiàn)在已有90多年的歷史。不銹鋼的發(fā)明是世界冶金史上的重大成就，不銹鋼的發(fā)展為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科技進步奠定了重要的物質技術基礎。不銹鋼鋼種很多，性能各異，它在發(fā)展過程中逐步形成了幾大類。按組織結構分，分為馬氏不銹鋼（包括沉淀硬化不銹鋼）、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體加鐵素體雙相不銹鋼等四大類；按鋼中的主要化學成分或鋼中的一些特征元素來分類，分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等；按鋼的性能特點和用途分類，分為耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、高強不銹鋼等；按鋼的功能特點分類，分為低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、超塑性不銹鋼等。目前常用的分類方法是按鋼的組織結構特點和鋼的化學成分特點以及兩者相結合的方法分類。一般分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼等，或分為鉻不銹鋼和鎳不銹鋼兩大類。

不銹鋼一般用于防腐蝕性的環(huán)境,以及醫(yī)療器械和生活用品.***鉻；能提高鋼的淬透性和耐磨性，能改善鋼的抗腐蝕能力和抗氧化作用．

鈦；能細化鋼的晶粒組織，從而提高鋼的強度和韌性．在不銹鋼中，鈦能消除或減輕鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象． 鎳；能提高鋼的強度和韌性，提高淬透性．含量高時，可顯著改變鋼和合金的一些物理性能，提高鋼的抗腐蝕能力． *** 鉻使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化介質腐蝕的作用；

鎳使鋼不僅能耐酸，而且能抗堿的腐蝕，對大氣及鹽都有抗蝕能力；

鈦使鋼具有抗晶間腐蝕能力。

Cr 是強化元素,少量加入Cr就能提高鋼的抗H2S,NH3,CO2,H2O,HNO3, 高溫高壓H2及抗大氣,海水腐蝕的能力.Cr能防止鋼脫碳,在鋼表面形成致密的氧化膜,故能提高鋼的高溫氧化性介質中的耐蝕性,但是Cr不能提高鋼的抗堿,氯化物和硝酸鹽腐蝕的能力.Ni可強化鐵素體,改善鋼的抗低溫沖擊性能.能提高對酸,堿和海水的耐腐蝕能力,也能增強耐大氣腐蝕及抗腐蝕疲勞的能力,但是在耐H2S腐蝕方面,Ni是有害元素.無助于抗高溫高壓H2的腐蝕.反而易使鋼產生腐蝕破裂.Ti能提高鋼抗高溫高壓H2-N2-NH3腐蝕的能力,與其它元素配合使用能提高鋼抗大氣,海水及H2S腐蝕的能力;***鉻: 產生鈍化膜,阻礙陽極反應,提高鋼的電極電位,提高鋼的抗化學腐蝕性能.鎳:擴大γ區(qū),降低鋼的Ms點(室溫下)使鋼在室溫下有單奧氏體組織 鈦:阻止(Cr,Fe)23C3 在晶界上析出,消除鋼的”晶間腐蝕)傾向 ###不銹復合鋼板焊接時應注意哪些問題? 不銹復合鋼板是由不銹鋼復層和碳鋼（或低合金鋼）基層軋制（或爆炸復合）而成的雙層金屬；其復層保證耐腐蝕性能，而強度主要由基層承擔。由于復層與基層材料的成分，性能及其焊接性有較大的差異，焊接有一定的難度。往往因基層焊接時，可能熔化不銹鋼復層，使得合金元素摻入而導致焊縫金屬的塑性和韌性降低，甚至產生裂紋。在不銹鋼復層焊接時，會造成焊縫成分稀釋，降低其塑性及耐腐蝕性能，因此，焊接時必須注意。正確選取用焊接材料，復層與基層間的交界層（過渡層）焊接時，一般宜選用25-13型焊接材料，如奧302，奧307焊條。雖也可用25-20型的純奧氏體焊材，如奧402，奧407焊條，但其抗裂性能不如25-13型焊材，且較昂貴，因此較少選用。復層的蓋面層與基層的焊接，選取相應的焊材。焊前組裝需以復層為基準，防止錯邊量過大，以免影響焊接質量，最好在基層面點固焊。3焊接過渡層時，為減少稀釋，在保證焊透的前提下，應盡量采用小規(guī)范，且宜將復層熔去1mm左右 復層坡口兩側表面100 mm范圍內應涂上白堊粉，以防飛濺粘附。5 嚴禁用基層焊條在復層上打弧或焊接。焊接的準備預熱，后熱等分別按復層與基層材料的有關規(guī)定進行。7不銹復合鋼板焊后一般不進行熱處理，如需熱處理，按技術要求進行。###珠光體耐熱鋼焊接時應考慮哪些問題？ 應考慮的主要問題有

1：珠光體耐熱鋼屬于低合金鋼，焊接時，如果冷卻速度較大，則易形成淬硬組織。合金含量越高，其淬硬傾向越大，如有較大的拘束應力存在時，會導致裂紋的產生，因此，預熱和緩冷，減慢冷卻速度是防止該類鋼冷裂紋產生的重要措施。

2要使焊縫的化學成分與母材金屬相一致。焊接時，焊縫金屬的化學成分應最大限度接近被焊鋼材的成分，以保證高溫下性能的一致。否則在長期高溫運行條件下，焊接接頭內的合金元素會發(fā)生擴散，特別是在熔合區(qū)的碳發(fā)生遷移，使接頭的持久強度和塑性降低，影響結構長期可靠的工作。

###什么叫做鉻鎳不銹鋼穩(wěn)定化處理? 穩(wěn)定化處理，一般是在固溶處理后進行，常用于含Ti、Nb的18-8鋼，固處理后，將鋼加熱到850～880℃保溫后空冷，此時Cr的碳化物完全溶解，脫而鈦的碳化物不完全溶解，且在冷卻過程中充分析出，使碳不可能再形成鉻的碳化物，因而有效地消除了晶間腐蝕。

第二篇：材料性能學教學大綱

《材料性能學》課程教學大綱

一、課程基本信息 課程編碼： 課程類別：必修課 適用專業(yè)：材料化學

總 學 時：48 學 分：3 課程簡介：本課程是材料化學專業(yè)主干課程之一，屬專業(yè)基礎課。本課程主要內容為材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的內容為主。通過本課程的教學，使學生獲得關于材料物理性能包括材料力學性能（受力形變、斷裂與強度）、熱學、光學、導電、磁學等性能及其發(fā)展和應用，重點掌握各種重要性能的原理及微觀機制，性能的測定方法以及控制和改善性能的措施，各種材料結構與性能的關系，各性能之間的相互制約與變化規(guī)律。

授課教材：《材料物理性能》，吳其勝、蔡安蘭、楊亞群，華東理工大學出版社，2006，10。

2、參考書目: 1.《材料性能學》，北京工業(yè)大學出版社，王從曾，2007.1 2.《材料的物理性能》，哈爾濱工業(yè)大學出版社，邱成軍等，2009.1

二、課程教育目標

通過學習材料的各種物理性能，使學生掌握以下內容：各種材料性能的各類本征參數(shù)的物理意義和單位以及這些參數(shù)在解決實際問題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的組成、結構和構造之間的關系；掌握這些性能參數(shù)的物質規(guī)律，從而為判斷材料優(yōu)劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、探索新材料、新性能、新工藝打下理論基礎；為全面掌握材料的結構，對材料的原料和工藝也應有所認識，以取得分析性能的正確依據(jù)。

三、教學內容與要求 第一章：材料的力學性能 重點與難點：

重點：應力、應變、彈性變形行為、Griffith微裂紋理論，應力場強度因子和平面應變斷裂韌性，提高無機材料強度改進材料韌性的途徑。難點：位錯運動理論、應力場強度因子和平面應變斷裂韌性。教學時數(shù)：10學時 教學內容：

1.1 應力及應變：應力、應變；

1.2 彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無機材料的彈性模量、復相的彈性模量、彈性形變的機理；

1.3 材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯運動理論；

1.4 滯彈性和內耗：粘彈性和滯彈性、應變松弛和應力松弛、松弛時間、無弛豫模量與弛豫模量、模量虧損、材料的內耗；

1.5 材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機理、影響蠕變的因素；

1.6 材料的斷裂強度：理論斷裂強度、Inglis 理論、Griffith微裂紋理論、、Orowan理論；

1.7 材料的斷裂韌性：裂紋擴展方式、裂紋尖端應力場分析、幾何形狀因子、斷裂韌性、裂紋擴展的動力與阻力；

1.8 裂紋的起源與擴展：裂紋的起源、裂紋的快速擴展、影響裂紋擴展的因素、材料的疲勞、應力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應力空腔作用、亞臨界裂紋生長速率與應力場強度因子的關系、根據(jù)亞臨界裂紋擴展預測材料壽命、蠕變斷裂； 1.10 顯微結構對材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；

1.11 提高材料強度及改善脆性的途徑：金屬材料的強化、陶瓷材料的強化； 1.12 復合材料：復合材料的分類、連續(xù)纖維單向強化復合材料的強度、短纖維單向強化復合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測量。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學性能的理論描述、產生的原因、影響因素。掌握斷裂的現(xiàn)象和產生、斷裂力學的原理出發(fā)，通過理論結合強度、應力場的分析，斷裂的判據(jù)，應力場強度因子、平面應變斷裂韌性、延性斷裂、脆性斷裂、沿晶斷裂、靜態(tài)疲勞的概念，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強度及改進材料韌性的途徑。了解斷裂的現(xiàn)象，弄清產生斷裂的原理（斷裂理論），通過應力場的分析。要求掌握斷裂的判據(jù)，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強度及改進材料韌性的途徑。

第二章：材料的熱學性能 重點與難點： 重點：材料的熱膨脹，材料的熱穩(wěn)定性。難點：材料的熱傳導，材料的熱穩(wěn)定性。教學時數(shù)：6學時 教學內容：

2.1 熱學性能的物理基礎；

2.2 材料的熱容：晶體固體熱容的經(jīng)驗定律和經(jīng)典理論，晶體固體熱容的量子理論回顧，無機材料的熱容；

2.3 材料的熱膨脹：熱膨脹系數(shù)、熱膨脹機理、熱膨脹和其他性能的關系、多晶體和復合材料的熱膨脹；

2.4 材料的熱傳導：固體材料熱傳導的宏觀規(guī)律，固體材料熱傳導的微觀機理、影響熱傳導的因素、某些無機材料的熱傳導；

2.5 材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性的表示方法、熱應力、抗熱沖擊斷裂性能，抗熱沖擊損傷性、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握材料熱容的各種理論及其比較，熱膨脹的定義及其基本機理，熱傳導的宏觀規(guī)律和微觀機理，熱穩(wěn)定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應力斷裂抵抗因子?？偨Y出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。第三章 材料的光學性能 重點與難點：

重點：光的反射和折射、材料對光的吸收和色散、光的散射 難點：光的散射、電-光效應、光折變效應、非線性光學效應 教學時數(shù)：8學時 教學內容：

3.1 光傳播的基本性質：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過固體現(xiàn)象；

3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影響因素、晶體的雙折射、材料的反射系數(shù)及其影響因素；

3.3 材料對光的吸收和色散：吸收系數(shù)與吸收率、光的吸收與波長的關系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般規(guī)律、彈性散射、非彈性散射；

3.5 材料的不透明性與半透明性：材料的不透明性、材料的乳濁、半透明性、透明材料的顏色、材料的著色； 3.6 電-光效應、光折變效應、非線性光學效應：電光效應及電光晶體、光折變效應、非線性光學效應；

3.7光的傳輸與光纖材料：光纖發(fā)展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應用；

3.8 特種光學材料及其應用：固體激光器材料及其應用、光存儲材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握金屬、半導體、絕緣體的電子能帶結構，光傳播電磁理論、反射、光的吸收和色散、晶體的雙折射、介質的光散射等各種光現(xiàn)象的物理本質。了解影響材料光學性能的各種因素。簡要了解光纖材料、激光晶體材料及光存儲材料等光學材料。

第四章：材料的電導性能 重點與難點：

重點：離子電導，電子電導。

難點：無機材料的電導，半導體陶瓷的物理效應。教學時數(shù)：8學時 教學內容：

4.1 電導的物理現(xiàn)象：電導率與電阻率、電導的物理特性；

4.2 離子電導：載流子濃度、離子遷移率、離子電導率、離子電導率的影響因素、固體電解質ZrO2；

4.3 電子電導：電子遷移率、載流子濃度、電子電導率、電子電導率的影響因素 4.4 金屬材料的電導：金屬電導率、電阻率與溫度的關系、電阻率與壓力的關系、冷加工和缺陷對電阻率的影響、電阻率的各向異性、固溶體的電阻率； 4.5 固體材料的電導：玻璃態(tài)電導、多晶多相固體材料的電導、次級現(xiàn)象、固體材料電導混合法則；

4.6 半導體陶瓷的物理效應：晶界效應、表面效應、西貝克效應、p-n結； 4.7 超導體：超導體的概念、約瑟夫遜效應、超導體的應用。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握各種電導的宏觀參數(shù)和物理量及電導的主要基本公式；圍繞此公式來討論各種電導的電導率（離子電導率、電子電導率）及其影響因素，材料的電導混合法則和半導體陶瓷的物理效應。第五章 材料的磁學性能 重點與難點：

重點：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性 難點：鐵磁性與反鐵磁性 教學時數(shù)：8學時 教學內容：

5.1 基本磁學性能：磁學基本量、物質的磁性分類；

5.2 抗磁性和順磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物質的順磁性、金屬的抗磁性與順磁性、影響金屬抗、順磁性的因素；

5.3 鐵磁性與反鐵磁性：鐵磁質的自發(fā)磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線和磁滯回線；

5.4 磁性材料的動態(tài)特性：交流磁化過程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應、磁后效應和復數(shù)磁導率、磁導率減落及磁共振損耗；

5.5 磁性材料及其應用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲材料、納米磁性材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握固體物質的各種磁性(抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性)的形成機理及宏觀表現(xiàn)；重點掌握磁性表征參量、各類磁性物質的內部相互作用；磁性材料在交變磁場中的磁化過程及宏觀磁性；了解磁性材料及其應用。

第六章 材料的功能轉換性能 重點與難點：

重點：介質的極化與損耗、介電強度、壓電性能、鐵電性 難點：壓電性能、鐵電性 教學時數(shù)：8學時 教學內容：

6.1 介質的極化與損耗：介質極化相關物理量、極化類型、宏觀極化強度與微觀極化率的關系、介質損耗分析、材料的介質損耗、降低材料介質損耗的方法； 6.2 介電強度：介電強度、固體電介質的擊穿、影響材料擊穿強度的因素； 6.3 壓電性能：壓電效應及其逆效應、壓電材料的研究進程、壓電材料主要表征參數(shù)、壓電陶瓷的預極化、壓電陶瓷的穩(wěn)定性、壓電材料及其應用；

6.4 鐵電性：鐵電性的概念、鐵電體的分類、鐵電體的起源、鐵電體的性能及其應用、反鐵電體； 6.5 熱電性能：熱電效應、熱電材料、熱電材料的應用； 6.6 光電性能：光電效應、光電材料及其應用；

6.7 熱釋電性能：熱釋電效應及其逆效應、熱釋電材料、熱釋電材料的應用； 6.8 智能材料：智能材料的特征與構成、智能材料的分類、智能金屬材料、智能無機非金屬材料、智能高分子材料。教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握電介質的介電性能，包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強度及其隨環(huán)境(溫度、濕度、輻射等)的變化規(guī)律。了解極化的微觀機制、電介質的壓電性、鐵電性、熱電性能、光電性能和熱釋電性的性能、常用材料及其應用、智能材料的特征、分類及應用。

四、作業(yè)：

每章根據(jù)學生學習情況，選擇布置教材中部分習題促進學生課后復習、鞏固課堂教學內容，并進行講評。

五、考核與評定

以期末考試(閉卷)成績?yōu)橹?，參考課堂提問、討論課發(fā)言情況以及平時作業(yè)和考勤等，綜合評定后，給出結業(yè)成績。

期末考試占70％，平時成績占30％。

第三篇：材料性能學復習題

1金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個對組織不敏感的力學性能指標？

金屬的彈性模量主要取決于原子間距和原子間作用力，也即金屬原子本性，晶格類型。而材料的成分和組織對它影響不大，所以說它是一個對組織不敏感性能指標。改變材料的成分和組織會對材料的強度（如屈服強度，抗拉強度）有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。2決定金屬屈服強度的因素有哪些？

①金屬本性和晶格類型，晶格阻力—派納力，位錯運動交互作用力越強，屈服強度越高；②晶粒大小和亞結構，晶粒減小，屈服強度增加；③溶質元素，加入溶質元素將產生晶格畸變，與位錯應力場交互運動，提高屈服強度；④第二相，不可逆變形第二相將增加流變應力，提高屈服強度，可你變形第二相將產生界面能，提高屈服強度；⑤溫度，派納力屬于短程力，對溫度十分敏感，溫度升高，屈服強度降低⑥應變速率，應變速率大，強度增加；⑦應力狀態(tài)，切應力分量越大，越有利塑性變形，屈服強度降低。

3韌性斷裂和脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險。韌性斷裂：斷裂前產生明顯宏觀塑性變形，斷裂面一般平行于最大切應力與主應力成45度角，斷口成纖維狀，灰暗色。斷口三要素：纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇，這三個區(qū)域的比例關系與材料韌度有關，塑性越好，放射線越粗大，塑性越差，放射線變細甚至消失。

脆性斷裂：斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形的突然斷裂。斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結晶狀。（脆性斷裂也產生微量塑性變形，斷面收縮率一般小于5%）

4對金屬材料韌脆轉變的影響因素。

①材料成分，凡加入合金元素引起滑移系減少，孿生，位錯釘扎的都增加脆性，若合金中形成粗大第二相也增加脆性；②雜質，聚集在晶界上的雜質會降低材料的塑性，發(fā)生脆斷；③bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，易于產生裂紋，低溫脆性大；④晶粒大小，晶粒小，晶界多，不易產生裂紋，也不易擴展，細化晶粒將提高抗脆性能；⑤應力狀態(tài)，減少切應力和正應力的比值都將增加金屬的脆性；⑥加載速度，加載速度大，金屬會發(fā)生韌脆轉變。

5缺口拉伸是應力分布有何特點

缺口截面上的應力分布是不均勻的，軸向應力在缺口根部最大，離開根部的距離增大，應力不斷減小，即在根部產生應力集中。

6今有如下零件和材料等需要測定硬度，試說明選用何種硬度試驗方法為宜。滲碳層的硬度分布 HK或顯微HV 淬火鋼HRC 灰鑄鐵HB 鑒別鋼種的隱晶馬氏體和殘余奧氏體顯微HV或HK 儀表小黃銅齒輪HV 龍門刨床導軌HS HL 滲氮層HV 高速鋼刀具HRC 退火態(tài)低碳鋼HB 硬質合金HRA 火車彈簧HRA 退火狀態(tài)下軟鋼HRB 7試說明低溫脆性的物理本質及其影響因素

低溫脆性的本質是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加，其影響因素包括晶體結構，化學成分，顯微組織（晶粒大小，晶相組織），溫度，加載速率，試樣的形狀和尺寸。

8韌脆轉變的確定方法有哪些？

①當?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本上不隨溫度變化，形成一個平臺，該能量為低階能，以低階能開始上升的溫度定義，記作NDP②高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一平臺，成為高階能，以高階能對應的溫度定義，記作FTP ③以低階能和高階能的平均值對應的溫度定義，記作 FTE④通常取結晶區(qū)占整個斷口面積50%的溫度為韌脆轉變溫度，記作FATT50 9試說明低應力脆斷的原因及方法 原因：與材料內部一定尺寸的裂紋相關，當裂紋在給定的作用力下擴展臨界尺寸時就會突然破壞。

防止方法：添加細化晶粒的合金元素，細化晶粒，形成板條馬氏體及殘留奧氏體薄膜增強韌性，溫度越低，脆性一般就越大，增加應變速率也會降低塑性，因此要降低溫度和應變速率。

10應力場強度因子以及斷裂韌度

應力場強度因子是力學參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應力應變場強度的大小，它取決于外加應力，試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關；斷裂韌度是材料的力學性能指標，表示材料在平面應變的狀態(tài)下抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力，它決定于材料的成分，結構等內在因素，而以外加應力及試樣尺寸等外在因素無關。11疲勞斷口有什么特點

有源疲勞。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開始時比較密集，以后間距逐漸增大。由于載荷的間斷或在和大小的改變，裂紋經(jīng)過多次張開閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條條光亮的弧線，叫做疲勞裂紋前沿線，這個區(qū)域通常稱為疲勞裂紋擴展區(qū)，而最后斷裂區(qū)和靜載下帶尖銳缺口試樣的斷口相似。對于塑性材料，斷口為纖維狀，對于脆性材料，則為結晶狀斷口?？傊?，一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴展區(qū)和最終斷裂區(qū)三部分構成。

12什么是裂紋斷裂門檻值，那些因素影響其值大??？

把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程，則 設想應力強度因子幅度△K=Kmax-Kmin 是疲勞裂紋擴展的控制因子，當△K 小于某臨界值△Kth 時，疲勞裂紋不擴展，所以△Kth 叫疲勞裂紋擴展的門檻 值。應力比、顯微組織、環(huán)境及試樣的尺寸等因素對△Kth 的影響很大。13提高零件的疲勞壽命有

①只要能降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量，形態(tài)，大小，分布，均可抑制或延緩疲勞裂紋的萌生。②晶界強化，凈化和晶粒細化，可以提高材料疲勞壽命，細化晶粒既能阻止疲勞裂紋在晶界處萌生，又能阻止疲勞裂紋的擴展，提高疲勞強度。③表面強化處理可在機件表面產生有利的殘余壓應力，阻止疲勞裂紋的擴展，同時還能提高機件表面強度和硬度。14如何判斷某一零件的破壞是由應力腐蝕引起的

①應力腐蝕顯微裂紋常有分叉的現(xiàn)象，呈枯樹枝狀，即：有一主裂紋擴展較快，其他分支裂紋擴展較慢根據(jù)這一特征可以區(qū)分；②采用極化實驗方法：當外加小的陽極電流而縮短產生裂紋時間的是應力腐蝕，當外加小的陰極電流而縮短產生裂紋時間的是氫致延滯性斷裂。

15何為氫致延滯性斷裂？為什么高強度的鋼的氫致延滯性斷裂是在一定的應變速率和一定的溫度范圍內出現(xiàn)？ 高強度鋼種固溶一定量的氫，在對于屈服強度的應力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時間的孕育，金屬內部形成裂紋，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫做氫致延滯性斷裂。

氫固溶在金屬晶格中，產生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯應力處，形成氫氣團。當應變速率較低而溫度較高時，氫氣團能夠跟上位錯運動，但滯后位錯一定距離，對位錯起釘扎作用，產生局部硬化。當位錯塞積聚集，產生應力作用，導致微裂紋。當應變速率過高及溫度較低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產生釘扎作用，也不可能在位錯塞積聚集，產生微裂紋。16粘著磨損產生的條件、機理及其防止措施-----又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小，因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應力 超過實際接觸點處屈服強度而產生的一種磨損。磨損機理： 實際接觸點局部應力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產生粘著。粘著點從軟的一方被剪斷轉移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產生，隨后也被剪斷、轉移。如此重復，形 成磨損過程。

改善粘著磨損耐磨性的措施 1.選擇合適的摩擦副配對材料 選擇原則：配對材料的粘著傾向小 互溶性小 表面易形成化合物的材料 金屬與非金屬配對 2.采用表面化學熱處理改變材料表面狀態(tài) 進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩 擦副直接接觸又減小摩擦因素。3.控制摩擦滑動速度和接觸壓力 減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。4.其他途徑 改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結合力都能降低粘著磨 損。

17影響接觸疲勞壽命的因素？

內因 1.非金屬夾雜物 脆性非金屬夾雜物對疲勞強度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜 物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。2.熱處理組織狀態(tài) 接觸疲勞強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有一定的韌性相配合。當馬氏體含碳量在 0.4~0.5w%時，接觸疲勞壽命最高。馬氏體和殘余奧氏體的級別 殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產生微裂紋，疲勞強度低。未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。3.表面硬度和心部硬度 在一定硬度范圍內，接觸疲勞強度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線 性關系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產生微量塑性變形和磨損，增加 了接觸面積，減小了應力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區(qū)內形成裂紋而產生深 層剝落。表面硬化層深度和殘余內應力 硬化深度要適中，殘余壓應力有利于提高疲勞壽命。外因 1.表面粗糙度 減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽 命。接觸應力低，表面粗糙度對疲勞壽命影響較大 接觸應力高，表面粗糙度對疲勞壽命影響較小 2.硬度匹配 兩個接觸滾動體的硬度和裝配質量等都應匹配適當。18金屬材料在高溫下的變形機制與斷裂機制，和常溫比較有什么不同 機制：高溫下的蠕變主要是通過位錯攀移，原子擴散等機理進行的。常溫下，若滑移面的位錯運動受阻產生塞積，滑移便不能繼續(xù)進行，只有在更大的切應力作用下，才能是位錯重新運動和增值。但在高溫作用下，位錯可借助外界提供的熱激活能和空位擴散來克服某些短程障礙。擴散蠕變，是由于在高溫條件下大量原子和空位定向移動。此外，高溫下，由于晶界上的原子容易擴散，受力后易產生滑移，促進蠕變變形，這就是晶界滑動蠕變。斷裂機制：金屬材料在長時高溫的斷裂，大多為沿晶斷裂，這是由于晶界滑動在晶界上形成裂紋并逐漸擴展引起的。高溫下，裂紋出現(xiàn)在境界上的突起部位和細小的第二相質點附近，由于晶界滑動而產生空洞，最終導致沿晶斷裂。19提高材料的蠕變抗力有哪些途徑 合金化學成分：在基體金屬中加入合金元素形成單相固溶體。加入能夠形成彌散相的合金元素能夠增加晶界擴散激活能的元素。冶煉工藝：珠光體耐熱鋼一般采用正火加高溫回火工藝。奧氏體耐熱鋼或合金一般進行固溶處理和時效。采用形變熱處理改變晶界形狀并在晶內形成多邊化的亞晶界。

晶粒度：使用溫度低于等強溫度時，晶粒細化。奧氏體耐熱鋼及鎳基合金一般以2到4級晶粒度較好。

第四篇：材料性能知識

材料性能知識大全

1、關于拉伸力-伸長曲線和應力-應變曲線的問題 低碳鋼的應力－應變曲線 a、拉伸過程的變形：

彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。b、相關公式：

工程應力 ζ=F/A0 ；工程應變ε=ΔL/L0；比例極限ζP；彈性極限ζε；屈服點ζS；抗拉強度ζb；斷裂強度ζk。

真應變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε)；真應力 s=ζ(1+ε)= ζ*eε 指數(shù)e為真應變。c、相關理論：

真應變總是小于工程應變，且變形量越大，二者差距越大；真應力大于工程應力。

彈性變形階段，真應力—真應變曲線和應力—應變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。

2、關于彈性變形的問題 a、相關概念

彈性：表征材料彈性變形的能力 剛度：表征材料彈性變形的抗力

彈性模量：反映彈性變形應力和應變關系的常數(shù)，E=ζ/ε ；工程上也稱剛度，表征材料對彈性變形的抗力。

彈性比功：稱彈性比能或應變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價材料彈性的好壞。包申格效應：金屬材料經(jīng)預先加載產生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低的現(xiàn)象。滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產生的附加彈性應變的性能。

彈性滯后環(huán)：非理想彈性的情況下，由于應力和應變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫內耗 b、相關理論：

彈性變形都是可逆的。

理想彈性變形具有單值性、可逆性，瞬時性。但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時，并不是完整的。

彈性變形本質是構成材料的原子或離子或分子自平衡位置產生可逆變形的反映 單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。包申格效應；滯彈性；偽彈性；粘彈性。

包申格效應消除方法：預先大塑性變形，回復或再結晶溫度下退火。循環(huán)韌性表示材料的消震能力。

3、關于塑形變形的問題 a、相關概念

滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩(wěn)定

孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發(fā)生；變形量小，調整滑移面的方向

屈服現(xiàn)象：退火、正火、調質的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見，分為不連續(xù)屈服和連續(xù)屈服；

屈服點：材料在拉伸屈服時對應的應力值，ζs；

上屈服點：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應力值，ζsu； 下屈服點：試樣屈服階段中最小應力，ζsl； 屈服平臺（屈服齒）：屈服伸長對應的水平線段或者曲折線段；

呂德斯帶：不均勻變形；對于沖壓件，不容許出現(xiàn)，防止產生褶皺。屈服強度：表征材料對微量塑性變形的抗力

連續(xù)屈服曲線的屈服強度：用規(guī)定微量塑性伸長應力表征材料對微量塑性變形的抗力（1）規(guī)定非比例伸長應力ζp：

（2）規(guī)定殘余伸長應力ζr：試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力；殘余伸長的百分比為0.2%時，記為ζr0.2

（3）規(guī)定總伸長應力ζt：試樣標距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。晶格阻力（派納力）；位錯交互作用阻力

Hollomon公式： S=Ken，S為真應力，e為真應變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數(shù)

縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象?？估瓘姸龋喉g性金屬試樣拉斷過程中最大試驗力所對應的應力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應力，表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。與應變硬化指數(shù)和應變硬化系數(shù)有關。等于最大拉應力比上原始橫截面積。

塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。b、相關理論

常見的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動，擴散性蠕變。塑性變形的特點：各晶粒變形的不同時性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學性能的差異）；各晶粒變形的相互協(xié)調性（金屬是一個連續(xù)的整體，多系滑移；Von Mises 至少5個獨立的滑移系）。

硬化指數(shù)的測定：①試驗方法；②作圖法lgS=lgK+nlge 硬化指數(shù)的影響因素：與層錯能有關,層錯能下降，硬化指數(shù)升高；對金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應變硬化速率并不相等。

縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應為dF=0 兩個塑性指標：斷后伸長率δ=(L1-L0)/LO*100%； 斷后收縮率：ψ=(A0-A1)/A0*100% ψ>δ，形成為縮頸

ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸

4、關于金屬的韌度斷裂問題 a、相關概念

韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力 韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功

韌性斷裂：裂紋緩慢擴展過程中消耗能量；斷裂最先發(fā)生在纖維區(qū)，然后快速擴展形成放射最后斷裂形成剪切唇，放射區(qū)在裂紋快速擴展過程中形成，一般放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。脆性斷裂：基本不產生塑性變形，危害性大。低應力脆斷，工作應力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內部的宏觀缺陷處開始；溫度降低，應變速度增加，脆斷傾向增加。穿晶斷裂：裂紋穿過晶內，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性第二相等造成，斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下，多由穿晶斷裂轉為沿晶韌性斷裂。沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細小，斷口呈晶粒狀。剪切斷裂：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）解理斷裂：材料在正應力作用下，由于原于間結合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。

金屬的強度就是指金屬材料原子間結合力的大小，一般說金屬熔點高，彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小則其原子間結合力大，斷裂強度高。斷裂的實質就是外力作用下材料沿某個原子面分開的過程。

格里菲思理論：從熱力學觀點看，凡是使能量減低的過程都將自發(fā)進行，凡使能量升高的過程必將停止，除非外界提供能量。Griffth指出，由于裂紋存在，系統(tǒng)彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會失穩(wěn)擴展，引起脆性破壞。b、相關理論

斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂 多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機制：解理斷裂和剪切斷裂 韌性斷裂和脆性斷裂：根據(jù)材料斷裂前產生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發(fā)生微量的塑性變形，一般規(guī)定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。

脆性斷口平齊而光亮，與正應力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。

解理斷裂是沿特定的晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，通?？傃匾欢ǖ木娣蛛x。解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。常見的裂紋形成理論：①位錯塞積理論 ②位錯反應理論 解理與準解理

共同點：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺階及河流花樣 不同點：①準解理小刻面不是晶體學解理面②解理裂紋常源于晶界，準解理裂紋常源于晶內硬質點。準解理不是一種獨立的斷裂機理，而是解理斷裂的變種。格雷菲斯理論是根據(jù)熱力學原理得出的斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著事實上一定斷裂。裂紋自動擴展的充分條件是尖端應力等于或大于理論斷裂強度。

5、關于硬度的問題 a、硬度概念

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。b、硬度試驗方法: 劃痕法——表征金屬切斷強度 回跳法——表征金屬彈性變形功

壓入法——表征塑性變形抗力及應變硬化能力 布氏硬度

壓頭：淬火鋼球（HBS），硬質合金球（HBW）載荷：3000Kg 硬質合金，500Kg 軟質材料 保載時間：10-15s 黑色金屬，30s 有色金屬 壓痕相似原理

只用一種標準的載荷和鋼球直徑,不能同時適應硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的 硬度值之間可比，壓痕必須滿足幾何相似。布氏硬度表示方法：600HBW1/30/20 ①度值，②符號HBW，③球直徑，④試驗力(1kgf=9.80665N)，⑤試驗力保持時間 布氏硬度試驗的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內各組成相的平均性能，不受個別組成 相及微小不均勻性的影響。

缺點：對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕測量麻煩，自動檢測受到限制；壓痕較大時不宜在成品上試驗 洛氏硬度

以測量壓痕深度表示材料硬度值。

壓頭有兩種：α＝120°的金剛石圓錐體，一定直徑的淬火鋼球。洛氏硬度試驗優(yōu)缺點：

優(yōu)點：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上試驗；用不同標尺可測定軟硬不同和厚薄不一的試樣。

缺點：壓痕較小，代表性差；材料若有偏析及組織不均勻等缺陷，測試值重復性差，分散度大；用不同標尺測得的硬度值沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度

原理與布氏硬度試驗相同，根據(jù)單位面積所承受的試驗力計算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。努氏硬度

與維氏硬度的區(qū)別1）壓頭形狀不同；2）硬度值不是試驗力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積 肖氏硬度

一種動載荷試驗法，原理是將一定質量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，也稱回跳硬度。用HS表示。里氏硬度

動載荷試驗法，用規(guī)定質量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。用HL表示。

6、關于金屬在沖擊載荷下的力學性能 a、相關概念 沖擊韌性：指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標準試樣的沖擊吸收功AK表示。

沖擊測量參數(shù)：測量沖擊脆斷后的沖擊吸收功（AkU或AKV），沖擊吸收功并不能真正反映材料的韌脆程度（沖擊吸收功 并非完全用于試樣變形和破壞）

低溫脆性:體心立方或某些密排六方晶體金屬及合金，當試驗溫度低于某一溫度tk或溫度區(qū)間時，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y晶狀。tk或溫度區(qū)間稱為韌脆轉變溫度，又稱冷脆轉變溫度。

b、相關理論

韌脆的評價方法：材料的缺口沖擊彎曲試驗，材料的沖擊韌性 韌脆的影響因素：溫度（低溫脆性）；應力狀態(tài)（三向拉應力狀態(tài)）；變形速度的影響（沖擊脆斷）

低溫脆性的本質：低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加的結果。屈服強度ζs的隨溫度降低而升高，而斷裂強度ζc隨溫度變化很小。t>tk ,ζc >ζs ,先屈服再斷裂；t

晶體結構：體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。普通中、低強度鋼的基體是體心立方點陣的鐵素體，故這類鋼 有明顯的低溫脆性。

化學成分：間隙溶質元素溶入鐵素體基體中，偏聚于 位錯線附近，阻礙位 錯運動，致ζs升高，鋼的韌脆轉變溫度提高。

顯微組織：晶粒大小，細化晶粒使材料韌性增加；減小亞晶和胞狀結構尺寸也能提高韌性。細化晶粒提高韌性的原因：晶界是裂紋擴展的阻力；晶界前塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應力集中；晶界總面積 增加，使晶界上雜質濃度減少，避免產生沿 晶脆性斷裂。金相組織

7、關于金屬疲勞的問題 a、金屬疲勞現(xiàn)象

疲勞：金屬機件在變動應力和應變長期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。

疲勞的破壞過程是材料內部薄弱區(qū)域的組織在變動應力作用下，逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開裂，當裂紋擴展達到一定程度后發(fā)生突然斷裂的過程，是一個從局部區(qū)域開始的損傷累積，最終引起整體破壞的過程。

循環(huán)應力的波形：正弦波、矩形波和三角波等。表征應力循環(huán)特征的參量有：

最大循環(huán)應力ζmax，最小循環(huán)應力ζmin；平均應力:ζm=(ζmax+ζmin)/2；應力幅或應力范圍:ζa=(ζmax-ζmin)/2；應力比:r=ζmin/ζmax 疲勞按應力狀態(tài)分：彎曲疲勞、扭轉疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞及復合疲勞；

疲勞按環(huán)境和接觸情況分：大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞及接觸疲勞等。疲勞按應力高低和斷裂壽命分：高周疲勞和低周疲勞。b、金屬疲勞特點 疲勞的特點：該破壞是一種潛藏的突發(fā)性破壞，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會發(fā)生明顯的塑性變形，呈脆性斷裂。

疲勞對缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感，即對缺陷具有高度的選擇性。因為缺口或裂紋會引起應力集中，加大對材料的損傷作用；組織缺陷(夾雜、疏松、白點、脫碳等)，將降低材料的局部強度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。c、金屬疲勞宏觀斷口

疲勞宏觀斷口的特征：疲勞斷裂經(jīng)歷了裂紋萌生和擴展過程。由于應力水平較低，因此具有較明顯的裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴展階段，相應的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)與瞬時斷裂區(qū)的特征。

疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地。

位置：多出現(xiàn)在機件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內部存在嚴重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點等)，也會因局部材料強度降低而在機件內部引發(fā)出疲勞源。特點：因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復擠壓，摩擦次數(shù)多，疲勞源區(qū)比較光亮，而且因加工硬化，該區(qū)表面硬度會有所提高。

數(shù)量：機件疲勞破壞的疲勞源可以是一個，也可以是多個，它與機件的應力狀態(tài)及過載程度有關。如單向彎曲疲勞僅產生一個源區(qū)，雙向反復彎曲可出現(xiàn)兩個疲勞源。過載程度愈高，名義應力越大，出現(xiàn)疲勞源的數(shù)目就越多。

產生順序：若斷口中同時存在幾個疲勞源，可根據(jù)每個疲勞區(qū)大小、源區(qū)的光亮程度確定各疲勞源產生的先后，源區(qū)越光亮，相連的疲勞區(qū)越大，就越先產生；反之，產生的就晚。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展形成的區(qū)域。

宏觀特征：斷口較光滑并分布有貝紋線(或海灘花樣)，有時還有裂紋擴展臺階。

斷口光滑是疲勞源區(qū)的延續(xù)，其程度隨裂紋向前擴展逐漸減弱，反映裂紋擴展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。

貝紋線——疲勞區(qū)的最典型特征：產生原因:一般認為是因載荷變動引起的，因為機器運轉時常有啟動、停歇、偶然過載等，均要在裂紋擴展前沿線留下弧狀貝紋線痕跡。

形貌特點：疲勞區(qū)的每組貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線，凹側指向疲勞源，凸側指向裂紋擴展方向。近疲勞源區(qū)貝紋線較細密，表明裂紋擴展較慢；遠離疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙，表明此段裂紋擴展較快。

影響因素:貝紋區(qū)的總范圍與過載程度及材料的性質有關。若機件名義應力較高或材料韌性較差，則疲勞區(qū)范圍較小，貝紋線不明顯；反之，低名義應力或高韌性材科，疲勞區(qū)范圍較大，貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點的擴展速度、載荷類型、過載程度及應力集中等決定。

瞬斷區(qū)是裂紋失穩(wěn)擴展形成的區(qū)域。在疲勞亞臨界擴展階段，隨應力循環(huán)增加，裂紋不斷增長，當增加到臨界尺寸ac時，裂紋尖端的應力場強度因子KI達到材料斷裂韌性KIc(Kc)時。裂紋就失穩(wěn)快速擴展，導致機件瞬時斷裂。

瞬斷區(qū)的斷口比疲勞區(qū)粗糙，宏觀特征如同靜載，隨材料性質而變。脆性材料斷口呈結晶狀； 韌性材料斷口，在心部平面應變區(qū)呈放射狀或人字紋狀，邊緣平面應力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。位置：瞬斷區(qū)一般應在疲勞源對側。但對旋轉彎曲來說，低名義應力時，瞬斷區(qū)位置逆旋轉方向偏轉一角度；高名義應力時，多個疲勞源同時從表面向內擴展，使瞬斷區(qū)移向中心位置。大?。核矓鄥^(qū)大小與機件承受名義應力及材料性質有關，高名義應力或低韌性材科，瞬斷區(qū)大；反之。瞬斷區(qū)則小。

d、疲勞曲線及基本疲勞力學性能

疲勞曲線：疲勞應力與疲勞壽命的關系曲線，即S－N曲線。用途：它是確定疲勞極限、建立疲勞應力判據(jù)的基礎。有水平段（碳鋼、合金結構鋼、球鐵等）：經(jīng)過無限次應力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，將對應的應力稱為疲勞極限，記為ζ-1（對稱循環(huán)）無水平段（鋁合金、不銹鋼、高強度鋼等）：只是隨應力降低，循環(huán)周次不斷增大。此時，根據(jù)材料的使用要求規(guī)定某一循環(huán)周次下不發(fā)生斷裂的應力作為條件疲勞極限。疲勞曲線的測定——升降法測定疲勞極限 d、疲勞過程及機理

疲勞過程：裂紋萌生、亞穩(wěn)擴展、失穩(wěn)擴展三個過程。疲勞壽命Nf＝萌生期N0＋亞穩(wěn)擴展期Np 金屬材料的疲勞過程也是裂紋萌生相擴展的過程。

裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或高應力區(qū)，通過不均勻滑移、微裂紋形成及長大而完成。疲勞微裂紋常由不均勻滑移和顯微開裂引起。主要方式有：表面滑移帶開裂；第二相、夾雜物與基體界面或夾雜物本身開裂；晶界或亞晶界處開裂。e、如何提高疲勞強度

如何提高疲勞強度——滑移帶開裂產生裂紋角度 從滑移開裂產生疲勞裂紋形成機理看，只要能提高材料滑移抗力（固溶強化、細晶強化等），均可阻止疲勞裂紋萌生，提高疲勞強度。

如何提高疲勞強度——相界面開裂產生裂紋角度 從第二相或夾雜物可引發(fā)疲勞裂紋的機理來看，只要能降低第二相或夾雜物脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布、使之“少、圓、小、勻”，均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強度。如何提高疲勞強度——晶界開裂產生裂紋 從晶界萌生裂紋來看，凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔點夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等，均易產生晶界裂紋、降低疲勞強度；反之，凡使晶界強化、凈化和細化晶粒的因素，均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強度。f、影響疲勞強度的主要因素 表面狀態(tài)的影響：應力集中——機件表面缺口因應力集中往往是疲勞策源地，引起疲勞斷裂，可用Kf與qf表征缺口應力集中對材料疲勞強度的影響。Kf與qf越大，材料的疲勞強度就降得越低。且這種影響隨材料強度的增高，更加顯著。

表面粗糙度——表面粗糙度越低，材料的疲勞極限越高；表面粗糙度越高，疲勞極限越低。材料強度越高，表面粗糙度對疲勞極限的影響越顯著。

殘余應力及表面強化的影響：殘余壓應力提高疲勞強度；殘余拉應力降低疲勞強度。殘余壓應力的影響與外加應力的應力狀態(tài)有關，不同應力狀態(tài)，機件表面層的應力梯度不同。彎曲疲勞時,效果比扭轉疲勞大；拉壓疲勞時，影響較小。殘余壓應力顯著提高有缺口機件的疲勞強度，殘余應力可在缺口處集中，能有效地降低缺口根部的拉應力峰值。殘余壓應力的大小、深度、分布以及是否發(fā)生松弛都會影響疲勞強度。

表面強化的影響——表面強化可在機件表面產生殘余壓應力，同時提高強度和硬度。兩方面的作用都會提高疲勞強度。（方法：噴丸、滾壓、表面淬火、表面化學熱處理）硬度由高到低的順序：滲氮→滲碳→感應加熱淬火；強化層深度由高到低順序：表面淬火→滲碳→滲氮。材料成分及組織的影響：疲勞強度是對材料組織結構敏感的力學性能。合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷 g、低周疲勞

低周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102～105次的疲勞斷裂。循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象與位錯循環(huán)運動有關。

在一些退火軟金屬中，在恒應變幅的循環(huán)載荷下，由于位錯往復運動和交互作用，產生了阻礙位錯繼續(xù)運動的阻力，從而產生循環(huán)硬化。

在冷加工后的金屬中，充滿位錯纏結和障礙，這些障礙在循環(huán)加載中被破壞；或在一些沉淀強化不穩(wěn)定的合金中。由于沉淀結構在循環(huán)加載中校破壞均可導致循環(huán)軟化。熱疲勞：機件在由溫度循環(huán)變化時產生的循環(huán)熱應力及熱應變作用下發(fā)生的疲勞。熱機械疲勞：溫度循環(huán)和機械應力循環(huán)疊加所引起的疲勞。產生熱應力的兩個條件：①溫度變化②機械約束

沖擊疲勞：沖擊次數(shù)N>105次時，破壞后具有典型的疲勞斷口，即為沖擊疲勞。

第五篇：材料的性能

第一章 材料的性能 1 材料的力學性能主要有哪些？ 強度，塑性，硬度，韌性及疲勞強度。2 簡述低碳鋼的應力－應變曲線（分為幾個階段，各特征點表示什么含義）。彈性變形階段，屈服階段，塑性變形階段，頸縮階段。（畫圖）第二章 材料的結構 1 體心立方晶格的密排面和密排方向各有那些？面心立方晶格呢？ {110}，<111>； {111}，<110> 2 與理想的晶體相比較，實際晶體在結構上有何特征？ ① 多晶體結構；②具有晶體缺陷。3 為何晶粒越細，金屬的強度、硬度越高，塑性、韌性越好？ 金屬的晶粒越細，晶界的總面積越大，位錯阻礙越多，要協(xié)調的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高，從而導致金屬強度和硬度越高。金屬晶粒越細，單位體積內晶粒數(shù)目越多，同時參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成和擴展，使得在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，在強度和硬度同時增加的情 況下，金屬在斷裂前消耗的功增大，因而其韌性也較好，因此，金屬的晶粒越細，其塑性和 韌性也越好。4 名詞解釋： 相 固溶體 金屬化合物 固溶強化 彌散強化 相：金屬或合金中，凡成分相同，結構相同，并與其它成分有界面分開的均勻組成部分。固溶體：合金中，其晶體結構與組成元素之一的晶體結構相同的固相稱為固溶體。金屬化合物： 合金中，其晶體結構與組成元素之一的晶體結構均不相同的固相稱為金屬化合 物。固溶強化：隨溶質質量增加，固溶體的強度，硬度增加，塑性，韌性下降，這種現(xiàn)象稱為固 溶強化。彌散強化：即沉淀強化。若合金中的第二相以細小彌散的微粒均勻分布在基體上，則可以顯 著提高合金的強度，稱為彌散強化。5 固態(tài)合金中的相分為幾類？它們是如何定義的？（提示：晶格類型）固溶體：合金中，其晶體結構與組成元素之一的晶體結構相同的固相稱為固溶體。金屬化合物： 合金中，其晶體結構與組成元素之一的晶體結構均不相同的固相稱為金屬化合 物。6 鐵素體、奧氏體和滲碳體哪些是固溶體，哪些是金屬化合物，為什么？它們都是間隙型嗎？ 鐵素體，奧氏體是固溶體，滲碳體是金屬化合物。按定義劃分，滲碳體是間隙化合物。（未 完）第三章 材料的凝固 1 為什么過冷是液態(tài)結晶的必要條件？液態(tài)結晶有那兩種基本的形核方式？哪種形核方式 需要的過冷度較??？在相同的過冷度下，哪種形核方式具有較高的形核率？ 只有“過冷”，才會存在相變驅動力，即能量條件。自發(fā)形核和非自發(fā)形核。非自發(fā)形核需要 的過冷度較小。非自發(fā)形核。2 金屬結晶的基本規(guī)律是什么？ ① 能量條件：過冷度。②階段性：形核、晶核長大。3 名詞解釋：細晶強化 通過細化晶粒而使金屬材料力學性能（強度，塑性，硬度，韌性及疲勞強度）提高的方法稱 為細晶強化。4 為了細化晶粒，是否應使液態(tài)金屬冷得越快越好？試述理由。否。如果過冷度超過一定的限度后，晶?？赡茏兇帧? 什么是相圖？制定相圖的條件是什么？ 相圖是表示合金系中各合金在極其緩慢的冷卻條件下結晶過程的簡明圖解。6 哪些材料屬于恒溫凝固？哪些材料在某種溫度范圍內凝固？ 純金屬和共晶合金均為恒溫凝固。7 在兩相共存區(qū)，相成份的變化有何規(guī)律？ 各相成分沿著各自相關的線發(fā)生變化。8 工業(yè)條件下有可能產生哪兩類成份偏析？應如何消除？ 微觀偏析（枝晶偏析）：擴散退火；宏觀偏析：大變形鍛造（如高速鋼之鍛造）。9 碳在鋼鐵材料中有哪幾種存在形態(tài)？ 游離態(tài)的石墨、化合態(tài)的滲碳體、固溶體的 A 和 F。石墨和滲碳體為碳在鐵碳合金相圖中的 主要存在形式。10 簡述 Fe-Fe3C 相圖中的兩個基本反應，寫出反應式并注明含碳量和溫度。共析反應： 共晶反應： 生成珠光體，727 度 生成高溫萊氏體，1148 度 11 指出下列組織的主要區(qū)別： ?高溫萊氏體與低溫萊氏體； 高溫萊氏體：共晶奧氏體和共晶滲碳體的機械混合物 低溫萊氏體：珠光體和共晶滲碳體 ?共晶滲碳體，共析滲碳體，一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體。共晶滲碳體：共晶反應產生的滲碳體 共析滲碳體：共析反應產生的滲碳體 一次滲碳體：由液相直接析出的滲碳體 二次滲碳體：奧氏體中析出的滲碳體 三次滲碳體：鐵素體中析出的滲碳體 12 含碳量對碳鋼的力學性能有何影響？ 從相的角度看，貼碳合金在室溫下只有鐵素體和滲碳體兩個相，隨含碳量增加，滲碳體的量 呈線性增加。從組織的角度看，隨含碳量增加，組織中滲碳體不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在 變化： 三次滲碳體（不連續(xù)的網(wǎng)狀或片狀）共析滲碳體（在珠光體中，片狀）二次滲碳體（連續(xù) 網(wǎng)狀）共晶滲碳體（存在低溫萊氏體中，作為基體）一次滲碳體（粗條片狀）13 熟練畫出 Fe-Fe3C 相圖，分析含碳量為 3.5%、0.4%和 1.3%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室 溫的結晶過程，并畫出該合金在室溫下的顯微組織示意圖。14 依據(jù) Fe-Fe3C 相圖，說明產生下列現(xiàn)象的原因： ?1.4%C 的鋼比 0.9%C 的鋼的硬度高； ①隨著含碳量↑，滲碳體含量↑，所以硬度↑ ?室溫下，0.9%C 的鋼比 1.3%C 的鋼的抗拉強度高。② 當含碳量小于 0.9%時，隨著含碳量↑，滲碳體含量↑，且彌散分布，起到彌散強化 的作用，所以強度升高，但含碳量超過 0.9％時，二次滲碳體結成連續(xù)的網(wǎng)狀，不再起到彌 散強化的作用，而是主要表現(xiàn)為滲碳體的性能特點，也即脆性大、強度低，故強度↓。15 計算 0.6%C 的 Fe-C 二元合金平衡結晶時，其室溫組織的相對量。16 試計算：室溫下，珠光體中鐵素體和滲碳體的相對含量。17 某優(yōu)質碳素結構鋼鋼的試樣經(jīng)金相分析，其組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體的面積 約占 40%。試判斷其鋼號。18 計算平衡結晶時，3.2%C 的鐵碳合金，室溫下，其組織的相對量。第四章 金屬的塑性變形與再結晶 1 簡述金屬發(fā)生塑性變形的機理。.塑性變形機理：金屬原子在切應力的作用下，以位錯運動方式產生滑移。2 何謂冷變形強化（形變強化、加工硬化、冷變形硬化）？原因何在？它在工程上 有何利弊？ 加工硬化：隨著塑性變形量的增加，金屬的強度、硬度升高、塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱 為加工硬化，又稱為冷變形強化，或形變強化。產生加工硬化的原因： ① 晶體內部存在位錯源，變形時發(fā)生了位錯增值，隨著變形量增加，位錯密度 增加。由于位錯之間的相互作用（堆積，纏結等），使變形抗力增加。② ③ ④ 隨著形變量增加，亞結構細化，亞晶界對位錯運動有阻礙作用。隨著變形量增加，空位密度增加。由于晶粒由有利位向轉到不利位向而發(fā)生幾何硬化，因此使變形抗力增加。加工硬化是強化金屬材料的重要手段之一。特別是對那些具有良好塑性且不能以熱處理 強化的材料來說，尤為重要。但是，加工硬化會給金屬的進一步加工帶來困難。3 什么是鍛造流線？它有何特性？它給材料的力學性能帶來什么影響？.鍛造可使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜物沿著變形方向伸長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱為 流線，又稱鍛造流線。流線使金屬材料的性能呈現(xiàn)明顯的各向異性，拉伸時沿著流線伸長的方向（縱向）具有較好 的力學性能，垂直于與流線方向的力學性能較差?！驹跓峒庸r應力求使流線與零件工作時 的最大應力方向一致，而與沖擊應力或切應力的方向垂直】 4 將彈簧鋼絲冷繞成形后，為何要進行回復退火？ 消除應力；定型?；貜屯嘶鹩址Q去應力退火（250～300℃）。5 試分析再結晶與重結晶有何相同之處？有何不同之處？工業(yè)上如何利用再結晶？ 同：皆遵循結晶的基本規(guī)律。異：重結晶，相變過程；再結晶，不是相變過程。工業(yè)上，可利用再結晶消除加工硬化，恢復材料的塑性，以利于進一步變形。6 在 20℃的室溫下，一塊純錫（熔點 232℃）被槍彈擊穿。彈孔周圍的晶粒有何特 征？試說明原因。為熱加工，且發(fā)生了回復、再結晶，晶粒主要為等軸晶粒。7 金屬塑性變形為何會造成殘余應力？殘余應力有何利弊？ 內應力是指平衡于金屬內部的應力，它是由于金屬在外力作用下，內部變形不均勻而引起的。利：有利于提高疲勞極限；弊：引起零件在加工、淬火過程中變形、開裂以及使金屬耐腐蝕 性下降。8 將塑變后的金屬置于再結晶溫度下長時間保溫或繼續(xù)升到較高的溫度，金屬的晶粒為什么 會長大？對材料的力學性能會帶來什么影響？ 再結晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長加熱時間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個自發(fā)的過 程。晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會使金屬的 強度，尤其是塑性和韌性降低。第五章 鋼的熱處理 1 填空題 ?共析鋼加熱時，其 A 體化過程包括（奧氏體晶核形成 奧氏體晶核形成）、（奧氏體晶核長大 奧氏體晶核長大）、（殘余 奧氏體晶核形成 奧氏體晶核長大 殘余 奧氏體溶解）和（奧氏體成分均勻化 奧氏體成分均勻化）四個基本階段。奧氏體溶解 奧氏體成分均勻化 ?當鋼中發(fā)生過冷 A 體→M 體轉變時，原 A 體中含碳量越高，則 Ms 越（低），轉變后的 低 AR 量越（多）。多 ?亞共析鋼的淬火溫度范圍是（Ac3+(30~50)度），共析鋼和過共析鋼的淬火溫度范圍是 度（Ac1+(30~50)度）。度 ?鋼的淬透性越高，則 C 曲線的位置越（靠右 靠右），臨界冷卻速度越（?。??？坑?小 ?共析鋼的臨界冷卻速度比亞共析鋼（小），比過共析鋼（?。?。小 ?采用感應加熱表面淬火時，所選擇的電流頻率越高，則工件的淬硬層深度越（淺），原因 淺 是（集膚效應 集膚效應）。集膚效應 集膚效應又叫趨膚效應，當交變電流通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現(xiàn)象交 集膚效應。電流或電壓以頻率較高的電子在導體中傳導時，會聚集于表層，而非平均分布于 整個導體的截面積中。頻率越高，集膚效應越顯著。2 試述選擇過共析鋼淬火加熱溫度范圍的理由。過共析鋼的淬火溫度范圍是（Ac1+(30~50)度）。過共析鋼由于淬火前經(jīng)過球化退火，因此淬火后組織為細晶馬氏體加顆粒滲碳體和少量殘余 奧氏體，分散分布的顆粒滲碳體對提高鋼的硬度和耐磨性有利，如果將過共析鋼加熱到 Acm 以上，則由于奧氏體晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后馬氏體晶粒也粗大，且殘余奧氏體量 增多，這使得鋼的硬度、耐磨性下降，脆性和變形開裂傾向增加。3 判斷下列說法是否正確，如不正確則請更正，并說明理由： ?除 Co 和≥2.5%Al 外，所有的 AE(Alloy Elements)都使 C 曲線左移，鋼的淬透性隨之下降。錯誤。右移，提高。?完全退火適用于過共析鋼。錯誤。適用于亞共析鋼。?對過共析鋼進行正火的目的是調整硬度，改善切削加工性。錯誤。消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做組織準備。?M 體的硬度主要取決于過冷 A 體的冷卻速度。錯誤。主要取決于含碳量。?直徑為 10mm 的 45 鋼棒料，加熱到 850℃投入鹽水中，其顯微組織為：馬氏體。正確。?M 體轉變時，鋼的體積將因急劇冷卻而會發(fā)生收縮。錯誤。膨脹。?在切削加工前對低碳鋼進行正火處理可以調整其硬度，改善切削加工性。正確。?對工件進行表面淬火后，還須進行高溫回火。錯誤。低溫回火。4 試述下列組織在來源（獲得的方法）、組織形貌和力學性能上有何不同？ M 體與 M 回； S 體與 S 回。M 體：過冷 A，硬而脆；M 回：M 體，硬且耐磨性好； S 體：正火，片狀滲碳體；S 回：調質，顆粒狀滲碳體，強度、硬度、塑性、韌性均好于 S 體。5 兩把 T12 車刀，現(xiàn)將 1 號刀加熱到 780℃，2 號刀加熱到 950℃，保溫后，水冷至室溫。請分析： ?哪把車刀的 M 體組織粗大？ ?哪把車刀的 M 體含碳量較高？ ?哪把車刀中的 AR 較多？ ?你認為哪個淬火加熱溫度合適？為什么？ 前三問均為 2 號。第四問：1 號，部分奧氏體化。6 為什么對合金鋼件，通常采用油冷方式進行淬火？而對碳鋼件常用水冷方式淬火？ 答：合金鋼臨界冷卻速度小。（補充？）7 在對工具鋼毛坯件進行切削加工前，通常須進行何種熱處理？目的是什么？得到何種組 織？ 碳素工具鋼的預備熱處理一般為球化退火，其目的是降低硬度（≤217HB），便于切削加工，并為淬火做組織準備。組織為鐵素體基體＋細小均布的粒狀滲碳體。8 為何經(jīng) M 體淬火后的鋼必須進行回火？ ①減少或消除淬火內應力。②穩(wěn)定零件的尺寸。③使 M+A’ 性能要求。預期組織，以滿足零件的力學 9 分別述敘： ?45 鋼在淬火前（正火狀態(tài)）、淬火后和高溫回火后的組織情況，及調質后的力學性能； ?T10 鋼在淬火前（球化退火狀態(tài)）、淬火后和低溫回火后的組織情況，及低溫回火后的力 學性能。答：（1）對于 45 號鋼，淬火前（正火態(tài)）為鐵素體＋索氏體；淬火后為淬火 M，高溫回 火后為回火 S。調質后由于滲碳體為顆粒狀，教材 91 頁表 5-2 表明，回火 S 的強度、硬度、塑性、韌性均好于 S 體(通常又稱為正火 S 體)。（2）對于 T10 鋼，淬火前（球化退火態(tài)）為鐵素體基體上分布著顆粒狀的滲碳體【因為球 化退火還使得珠光體中的片狀滲碳體也變?yōu)榍驙睢?；淬火后為細淬?M【高碳 M】 + 顆粒 狀＋少量殘余奧氏體。低溫回火后為回火 M ＋ 顆粒狀 ＋ 少量殘余奧氏體，低溫回火后的 產物硬度高，耐磨性好。10 ?什么是調質？目的是什么？得到什么組織？ ?什么鋼適合于調質？試述理由。答：（1）調質也即淬火＋高溫回火。目的使獲得良好的綜合力學性能。得到回火 S。（2）含碳量 0.30~0.50%的中碳鋼適合于調質處理，含碳量過低，則影響鋼的強度指標，而含碳量過高則韌性不足。11 什么是淬火應力？對需要淬火的零件，在設計時有哪些要求？ 淬火應力包括熱應力和相變應力。熱應力是指工件在冷卻過程中由于表面和心部的溫差引起的工件體積脹縮不均勻所產生 的內應力。而組織應力則是指由于工件快速冷卻時表層與心部相變不同時而產生的內應力。正確設計零件結構，盡量做到：(1)璧厚均勻，形狀對稱。(2)截面尺寸變化處，應用過渡段。(3)避免薄邊、尖角。12 試比較下列鋼的淬透性和淬硬性： ?20 鋼與 60 鋼； ?T8 鋼與 T13 鋼。（1）60 鋼與 20 鋼都是亞共析鋼，但 60 鋼更接近于共析鋼，或者講亞共析鋼的 C 曲線隨 著含碳量的增加，C 曲線右移，其臨界冷卻速度小些，故 60 鋼的淬透性好些?！句摰拇阃?性取決于過冷奧氏體穩(wěn)定性的高低，表現(xiàn)為臨界冷卻速度的大小】20 鋼淬火后得到的為低 碳 M，而 60 鋼淬火產物則為低碳 M 和高碳 M 的混合物，故 60 鋼的含碳量高些，故 60 鋼 的淬硬性好些?！疽驗榇阌残匀Q于 M 的含碳量】（2）T8 鋼為共析鋼，故在碳鋼中其淬透性最好【C 曲線最右】。T8 鋼淬火產物則為低碳 M 和高碳 M 的混合物，T13 鋼淬火產物全為高碳 M，故 T13 的淬硬性好于 T8 鋼。13 為何過冷 A 體：①在等溫冷卻條件下 M 體轉變量只與冷卻溫度有關？②在連續(xù)冷卻條件 下，M 體轉變量與冷卻速度有關？ M 轉變的特點之一為降溫形成，在 Ms 以下，隨溫度下降，轉變量增加，冷卻中斷，轉變即 停止。而連續(xù)冷卻時，冷卻速度<臨界冷卻速度，可能會形成珠光體等。14 采用 20 鋼進行高頻感應淬火是否合適？為什么？采用 45 鋼（或 65Mn、T10 鋼）進行 滲碳處理是否合適？為什么？ 20 鋼進行高頻感應淬火不合適，因為含碳量過低會降低表面層的硬度和耐磨性。45 鋼（65Mn、T10 鋼等）均不適于進行滲碳處理，因為含碳量提高，將降低工件心部的韌性。15 表面淬火與滲碳處理有何相同？有何不同？各適合于處理什么鋼？（提示：相同之處 ——工件的性能要求上；工藝上都需要淬火加低溫回火。不同之處——表層化學成份；對象 上，中載與重載、沖擊；工藝上，表面淬火與整體淬火。）第六章 工業(yè)用鋼 1.熟練掌握各類合金鋼的典型鋼號、成份特點和主加 AE 的作用。典型鋼號： {Q235(又稱 A3 鋼，武漢長江大橋)碳素結構鋼} {45、65、65Mn 優(yōu)質碳素結構鋼} {Q345A~E（16Mn，南京長江大橋）低合金高強度結構鋼} {20CrMnTi、18Cr2Ni4WA（滲碳鋼）} {

45、40Cr、40CrNiMoA 調質鋼} {65Mn、60Si2Mn、50CrVA 彈簧鋼} {GCr15 滾動軸承鋼} {ZGMn13 耐磨鋼，A 鋼} {W18Cr4V（0.7~0.8%C）W6Mo5Cr4V2（0.8～0.9%C）高速鋼} {T7～13（A）碳素工具鋼} {9SiCr、CrWMn 低合金工具鋼} {Cr12 和 Cr12MoV 冷作模具鋼} {5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V 熱作模具鋼，中碳合金工具鋼} {T10～12（A）、CrWMn、GCr15 可作量具用鋼}、{Cr13 型(M 不銹鋼)} {1Cr17（F 不銹鋼）} {1Cr18Ni9 和 1Cr18Ni9Ti（A 不銹鋼，無磁性）} {HT150、QT700-2 鑄鐵}、{ZG200-400 鑄鋼} 2.與普通碳素結構鋼相比，低合金高強度結構鋼有何優(yōu)點？ ①強度高于碳素結構鋼，從而可降低結構自重、節(jié)約鋼材（因為加入了元素 Mn）； ②具有足夠的塑性、韌性及良好的焊接性能（小于 0.2%C）； ③具有良好的耐蝕性和低的冷脆轉變溫度（含碳量低、錳還能降低鋼的冷脆轉變溫度）。3.哪些鋼按化學成份編號，哪些鋼按力學性能編號？試分析原因。工程用鋼（碳素結構剛、低合金高強度結構鋼）、鑄鋼按力學性能編號。HT150（最低抗拉 強度）、QT700-2（最低抗拉強度和伸長率）鑄鐵、ZG200-400（最低屈服強度和最低抗拉 強度，MPa）。鑄鐵和鑄鋼強調其性能。此外，鑄鋼還可用化學成分表示。其他鋼一般按化 學成分編號。4.滲碳鋼、彈簧鋼、調質鋼的回火各有何特點？ 滲碳鋼低溫回火；彈簧鋼中溫回火；調質鋼高溫回火。5.試解釋下列現(xiàn)象：?高速鋼的鋼錠在使用前必須反復鍛造；?高速鋼熱鍛后必須 緩冷；?高速鋼淬火后必須進行三次高溫回火。（1）高速鋼反復鍛造的目的：打碎萊氏體中的粗大碳化物。（2）淬透性好，而鍛造溫度在 A 區(qū)，相當于 A 化，快冷會產生 M，故熱鍛后須緩冷。（3）三次高溫回火的主要目的是減少殘余奧氏體量，穩(wěn)定組織，并產生二次硬化（詳見 p.118）。6.刃具鋼、熱作模具鋼、冷作模具鋼和量具鋼在性能要求上有何不同？ 刃具鋼：高紅硬性；熱作模具鋼：導熱性好、抗熱疲勞性能；冷作模具鋼：高硬度、韌性（或 沖擊韌性）；量具：高的尺寸穩(wěn)定性。7.如果熱處理不當，為什么量具在長期的保存和使用過程中會發(fā)生尺寸變化？應如何防止？ 內應力和殘余奧氏體。冷處理和低溫時效（120～150℃）可防止之。8.試述強化金屬材料的基本方法。（提示：四種。）固溶強化、彌散強化（或第二相強化）、細晶強化、加工硬化（或冷變形硬化、冷變形強化、形變強化）。9.試從合金化的角度分析：提高鋼的耐蝕性的基本途徑。（提示：電極電位，單相組織，鈍 化作用）提高基體電極電位，獲得均勻的單相組織，表面形成致密穩(wěn)定的鈍化膜。10.依據(jù)編號原則，判斷下列鋼鐵材料的類別，估算其主要的化學成份或力學性能。并對其 中高級優(yōu)質者給予注明。主 要 A E 含 量（%）序號 牌 號 材 料 類 別平均 C% 或 力 學 性 能 備 注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 9SiCr Q345-D GCr15 40Cr 65Mn 20Cr 60Si2Mn W18Cr4V 1Cr18Ni9Ti 5CrNiMo Cr12 45 3Cr13 3Cr2W8 CrWMn ZGMn13 W6Mo5Cr4V2 T10A 50CrVA 低合金工具鋼 低合金高強度鋼 高碳鉻軸承鋼 合金調質鋼 彈簧鋼 合金滲碳鋼 合金彈簧鋼 高速鋼 A 不銹鋼 熱鍛磨具鋼 冷做磨具鋼 碳素調質鋼 馬氏體不銹鋼 壓鑄模具用鋼 低合金工具剛 耐磨鋼 高速鋼 碳素工具鋼 合金彈簧鋼 0.9% 0.16% 1.0% 0.4% 0.65% 0.2% 0.6% 0.75% 0.1% 0.5% 2.2% 0.45% 0.3% 0.3% 1% 1.2% 0.85% 1% 0.5% 1%Si;1%Cr 否 否 1.5%Cr 1%Cr 0.9%~1.2%Mn 1%Cr 2%Si;1%Mn 18%W;4%Cr;1%V 18%Cr;9%Ni;1%Ti 是 否 否 否 否 否 否 否 12%Cr 否 否 13%Cr 2%Cr;8%W;1%V 1%Cr;1%W;1%Mn 13%Mn 6%W;5%Mo;4%Cr;2%V 否 否 否 否 否 是 是 20 ZG200-400 鑄鋼 最低屈服強度 200MPa；最低抗 拉強度 400MPa 11.現(xiàn)有下列牌號的鋼： ①20CrMnTi； ②W18Cr4V； ③5CrNiMo； ④60Si2Mn； ⑤Q345； ⑥1Cr13； ⑦40Cr； ⑧1Cr18Ni9Ti； ⑨GCr15； ⑩Cr12MoV。請按下列用途，選用上述鋼號： ?制造普通車床的齒輪，應選用（40Cr）；?制造汽車板簧應選用（60Si2Mn）； ?制造滾動軸承應選用（GCr15）； ?制造大橋桁架應選用（Q345）； ?制造盤形銑刀應選用（W18Cr4V）； ?制造大尺寸冷作模具應選用（Cr12MoV）； ?制造熱鍛模鋼應選用（5CrNiMo）； ?制造重載變速齒輪應選用（20CrMnTi）； ?制造手術刀應選用（1Cr13）； ?制造耐熱（或耐酸）罐體應選用（1Cr18Ni9Ti）。12.制造下列零件，請選擇材料（具體牌號），并擬定其加工路線：(1)沙發(fā)螺旋彈簧 材料：65Mn 加工路線：冷卷成型 去應力退火（250~300 度）(2)汽車板簧（輕型卡車的彈簧鋼板）材料：60Si2Mn 加工路線：下料 鍛造 淬火+中回 噴丸(3)連桿、主軸、普通齒輪 材料：45 鋼 加工路線：下料 鍛造 退火 粗加工 調質 精加工 表面淬火+低回 噴丸 磨削(4)普通車床變速齒輪 材料：45 鋼；40Cr 表面淬火 加工路線：下料 鍛造 退火 粗加工 調質 精加工 表面淬火+低回 噴丸 磨削(5)重載變速齒輪 材料：20Cr 滲碳 20CrMnTi 加工路線：下料 鍛造 正火 機加工 滲碳 淬火+低回 噴丸 磨削(6)銑刀、齒輪滾刀 材料：高速鋼（W18Cr4V;W6Mo5;Cr4V2）加工路線：下料 鍛造 球化退火 機加工 淬火 三次高溫回火 磨削(7)銼刀 材料：T12;T13 加工路線：下料 鍛造 正火 球化退火 機加工 淬火 低回 校直(8)鏨子 材料：T7;T8 加工路線：下料 鍛造 淬火 中回 刃磨(9)精密量具 材料：GCr15 加工路線：下料 鍛造 正火 球化退火 機加工 淬火 冷處理 低回 時效處理 磨削 第七章 鑄鐵 1 鑄鐵中 C 的主要存在形式有哪兩種？據(jù)此，鑄鐵可分為幾種？ 答：游離態(tài)石墨，化合態(tài)滲碳體； 灰口鑄鐵，白口鑄鐵，麻口鑄鐵 2 影響鑄鐵石墨化的主要因素是什么？鑄鐵中 C、Si 的含量范圍是什么？ 答：化學成分和冷卻速度； C 的含量大于 2.11%，Si 的含量大于 1.2%小于 3.0% 3 決定鑄鐵力學性能的兩大因素是什么？ 答：基體組織和石墨形態(tài)及其分布 4 HT300、QT600-

3、KTH300-06 分別表示什么意思？ 答：HT300 表示普通灰鑄鐵，最低抗拉強度值為 300MPa QT600-3 表示球墨鑄鐵，最低抗拉強度值為 600MPa，最低伸長率為 3% KTH300-06 表示墨心可鍛鑄鐵，最低抗拉強度值為 300MPa，最低伸長率為 6% 5 灰鑄鐵可否進行表面淬火？若能，其目的是什么？ 答：能，目的是提高其耐磨性 6 依據(jù)石墨的形態(tài)，鑄鐵可分為哪幾種？可鍛鑄鐵可以鍛造否？ 答：四種，分別為灰鑄鐵（HT），可鍛鑄鐵（KT），球墨鑄鐵（QT），蠕墨鑄鐵（RuT）； 可鍛鑄鐵不可以進行鍛造