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成都理工大学《材料工程基础》期末考试复习资料.pdf
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成都理工大学《材料工程基础》期末考试复习资料
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炼铁:还原过程,使铁在铁的的氧化物中还原,并使还原出的铁与脉石分离。
炼钢:氧化过程,以生铁为原料,通过冶炼降低生铁中的碳及其他杂质元素
的含量。
炼铁原料(1)铁矿石的要求 a:含铁量愈高愈好 b:还原性要好 c:粒度 大
小合适 d:脉石成分 SiO2,Al2O3、CaO、MgO e:杂质含量要少。(2)溶
剂的作用:a 降低脉石熔点 b 去硫(3)燃料:焦炭 作用:作为发热剂提
供热量;还原剂;高炉料柱的骨架。 要求:含碳量要高,确保它有高的发
热量和燃烧温度;有害杂事硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量要低;在
常温及高温下有足够的机械强度;气孔率要大,粒度要均匀,以保证高炉
的有良好的透气性。
高炉冶炼的理化过程 1 燃料的燃烧 2 氧化铁的还原 3 铁的增碳 4 非铁元素
的还原 5 去硫 6 造渣
减少生铁中硫的措施:采取优质炉料,基本措施;提高炉温和炉渣的碱度。
生铁 铸造生铁:含硅量高(2.75~3.25%)碳以石墨形式存在 灰口生铁;
炼钢生铁:含碳量高(4~4.4%)含硅量较低碳以 fe3c 形式存在 白口生铁
炼钢过程的物理化学原理:1 脱碳 2 硅、锰的氧化 3 脱磷和回磷过程 4 脱
硫 5 脱氧
脱磷的基本条件:低温;适量增加渣中 CaO 的含量;渣中必须含有足够数
量的 FeO。
回磷现象:在炼钢过程中的某一时期,当脱磷的基本条件得不到满足时,
则已氧化进入渣中的的磷会重新被还原,并返回到钢液中,称此为回磷过
程。经常发生在炼钢炉内假如铁合金或出钢的过程中。防止措施:控制炼
钢后期的钢液的温度;减少钢液在盛钢桶内的停留时间,向盛钢桶中炉渣
加石灰提高碱度,采用碱性衬层的盛钢桶。
脱硫:[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)(吸热)必须在碱性炉内冶炼 脱硫剂:
石灰或石灰石 生产中采取的措施:1 在渣内加入碱;2 增加石灰或石灰石
的量;3 扒掉含硫量高的初期渣,造成无硫的新渣;4 加入 CaP2、MnO 等能
降低炉渣粘度的造渣材料,提高炉渣的流动性;5 搅拌钢液,以增加钢液
与炉渣的接触面积。
当钢中杂质元素被除去到规定要求后,应采取一定方法来降低钢液中的氧
含量。称为脱氧,脱氧是炼钢过程的量后过程,在很大程度上影响着钢的
质量。脱氧剂:硅铁、锰铁、铝
脱氧方式:扩散脱氧(硅铁和炭粉)、沉淀脱氧(锰铁、硅铁、铝),加在
渣面
沉淀脱氧与扩散脱氧相结合:用锰铁进行沉淀预脱氧;用碳粉和硅铁进行
扩散脱氧;用硅进行沉淀脱氧。
镇静钢:经过充分脱氧处理的钢;沸腾钢:未经完全脱氧处理的钢;半镇
静钢:脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间的钢
钢的浇注 1 模铸法 2 连铸法
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粉末的制备:
机械制粉:将原料机械的粉碎而化学成分基本不发生变化的工艺物理制粉
机械研磨法、气流研磨法。 球磨机理:在球磨的过程中,球磨筒将机械
能传递到筒内的球磨物料及介质上,相互间产生正向冲击力、侧向挤压力、
摩擦力等,当这些复杂的外力作用到脆性粉末颗粒上时,就使大颗粒不断
解理成小颗粒。
物理制粉:借助物理的作用改变原材料的聚集状态而获得粉末的过程 雾化
法、物理蒸发冷凝法 雾化法:将液体金属或合金直接破碎成为细小的液
滴,然后凝固为固态粉末颗粒的方法。 双流雾化法发生机理:a 动能交换
b 热量交换 c 流等特性反应 d 化学反应 离心雾化:借助离心力的作用,
将液态金属破碎为小液滴,然后凝固为固态粉末颗粒的方法。
化学制粉:借助化学的作用生产的粉态物质的过程 化学气相沉淀法(通
过某种形式的能量输入使气体原料发生化学反应,生成固态金属或陶瓷粉
体的制粉方法)、还原—化合法(利用还原剂还原金属氧化物或盐类进行氧
化还原反应制取金属粉末的方法)、电化学法(在溶液或熔盐中控制通入直
流电流密度,使金属离子重新获得外层电子,形成粉末)
液态成型(铸造):是将材料融化成一定成分和一定温度的液体,然后在重
力或外力作用下浇入到具有一定形状、尺寸大小的行腔中,经凝固冷却后
便形成所需要的零件的技术。
合金的充型能力:液态合金充满铸型行腔,获得形状完整、轮廓清晰的健
全铸件的能力。
影响充型能力的因素及工艺措施:1 合金的流动性 2 铸型性质 3 浇注条件 4
铸件结构
合金的流动性是指液态合金的流动能力 对铸件质量的影响,流动性好的合
金 1 充型能力强,浇注时能迅速充满铸型型腔,易于获得形状完整、轮廓
清晰的铸件 2 可使液态合金中的气体,夹杂吴易于浮出,减少铸件中的气
孔和夹杂物的存在 3 也可使铸件在凝固期间产生的熔孔和因收缩受阻产生
的裂纹得到充填和弥合。
影响铸件合金流动性的主要因素:1 合金的成分及结晶特点 2 合金的物理
性能
提高铸造合金的流动性的主要措施:1 增加硅含量 2 放出大量热,保持液
态合金时间越久 3①合金的热导率小、比热容大,密度大流动性好;②合
金的表面张力小,流动性大③液态合金的粘度小,流动性大
铸铁合金的收缩 三个阶段:液态收缩、凝固收缩、固态收缩(表现:铸件
线性尺寸减小)
收缩对铸件质量的影响:1 使铸件有效截面积减小 2 引起应力集中,降低
其力学性能 3 降低铸件的气密性和物理化学性能
影响缩孔、缩松的因素 1 合金种类 2 浇注温度 3 铸件条件和铸件结构 生
产中采取的措施:1 定向凝固 2 同时凝固 3 加压补滑 4 热等静压法
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压力铸造 缺点:1 成本高,工艺准备时间长,不适宜单件小批生产 2 压铸
尚不适于钢、铸铁能高熔点合金的铸造 3 压铸内部有气孔
特种铸造:榕摸铸造、金属型铸造、压力铸造、定型铸造(消失模铸造)、
离心铸造
熔模铸造是用易熔材料制成模样,在模样上涂挂若干层耐火材料,硬化后
熔去模样制成型壳,在经焙烧,浇注得到铸件的一种方法 工艺过程:①制
造压型②制模③制壳④脱模⑤焙烧和浇注⑥脱壳清理 用于制造汽轮机、
燃气轮机、涡轮发动机的叶片和叶轮以及汽车、拖拉机、纺织机械、机床、
风动工具和测量仪表等精密铸件。
金属型铸造是指利用金属材料制成铸型,依靠重力作用将熔融金属浇入铸
型中制造铸件的一种铸造方法。
热处理:将钢在固态下加热到预热温度,保温一定时间,然后以预定的方
式冷却到室温的一种热加工工艺,分为预备热处理和最终热处理 工艺
参数:加热温度、保温时间、冷却方式
内容:钢的加热转变,钢的冷却转变(珠光体、贝氏体、马氏体转变),淬
火钢的回火转变
钢的加热转变(奥氏体化)奥氏体形成的热力学条件:
只有当温度高于
A1
、时,珠光体向奥氏体转变的驱动力才能够克服界面能
和相变能的阻力,使奥氏体自由能低于珠光体自由能,奥氏体才能自发形
成。奥氏体的形成过程①奥氏体的形核:优先在铁素体和渗碳体的相界面
上形成:形核条件:结构起伏、能量起伏、浓度起伏②奥氏体的长大:长
大方式:奥氏体向铁素体和渗碳体两边长大,且铁素体方向快;长大机制:
相界扩散移动;长大后的结果:铁素体消失,尚有残余渗碳体,奥氏体的
平均碳浓度低于其先析浓度③残余渗碳体的溶解④奥氏体的均匀化
影响奥氏体形成速度的原因:1 加热温度和保温时间:转变温度越高,所
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需要的时间越短,奥氏体形成速率越快 2 加热速度:加热速度越快,孕育
期越短,转变所需的时间也越短 3 原始组织:原始组织越细,奥氏体形成
速率越快 4 化学成分:含碳量,钢中含碳量越高,奥氏体形成速率越快;
合金元素,不改变奥氏体化的过程,但影响奥氏体形成的速率,合金钢奥
氏体化要比碳钢缓慢
起始晶粒度:奥氏体转变刚刚完成,其晶粒边界刚刚相互接触时的奥氏体
晶粒大小,决定于 N 和长大速率 G
实际晶粒度:钢在某一具体的热处理或热加工条件下,获得的奥氏体的实
际晶粒大小,决定与具体的加热温度和保温时间
本质晶粒度:根据标准试验方法(YB27-64),在(930+-10)保温 3~8h 后
测定的奥氏体晶粒大小,反应钢材加热时奥氏体晶粒长大倾向的一个指标,
决定于钢的化学成分和冶金条件,表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的
倾向性
影响奥氏体晶粒度的原因:1 加热温度和保温时间:在特定的温度下加热
时,随着时间的延长,晶粒不断长大,但长大到一定尺寸后,就几乎不在
长大;加热温度越高,晶粒长大越快,最终尺寸也越大 2 加热速度:在最
高加热温度相同时,加热温度越快,奥氏体晶粒越细小 3 原始组织:一般
来说,原始组织越细,碳化物分散度越大,所形成的奥氏体起始晶粒就越
小,则长大倾向则越大,因此,对原始组织极细的钢,不宜采用过高的加
热温度和长时间保温 4 化学成分:含碳量、含碳质量分数在一定的范围内,
随着含碳量的增加,奥氏体长大的倾向增大,但含碳量超过某一限度,奥
氏体反而变得细小;合金元素、强烈阻碍的元素一般阻碍的元素阻碍作用
不明显的元素促进晶粒长大的元素
钢在冷却时候的转变:连续冷却、将奥氏体化后的钢以一定的冷却速度连
续从高温冷却到室温 cct
等温冷却、将奥氏体化的钢由高温快速冷却到临界稳定一下某一温度,保
温一段时间,以进行等温转变,然后在冷却到室温 ttt 曲线
过冷奥氏体:在临界温度以下存在,且不稳定的,将要转变的奥氏体
过冷奥氏体稳定性同时有两个因素控制:旧相与新相之间的自由能差,原
子扩散系数
Cct 和 ttt 曲线的区别:1 共析钢与过共析钢在 cct 曲线无贝氏体转变区 2
转变产物有差别,连续冷却得到混合组织,等温转变得到均匀组织 3cct 曲
线在 ttt 曲线的右下方
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影响过冷奥氏体等温转变的因素 1 奥氏体碳浓度的影响 2 合金元素的影响
3 奥氏体状态的影响 4 拉力和塑形变形的影响
珠光体转变(是高温转变、扩散型相变):共析钢在 A1 到 550 之间的转变
根据过冷度不同分为片状珠光体和粒状珠光体。片状珠光体形成条件:在
较高奥氏体温度下形成均匀奥氏体;均匀奥氏体在 A1~550 之间等温时可形
成片状奥氏体。粒状奥氏体形成条件:奥氏体化温度低,保温时间较短,
加热转变为充分进行,此时奥氏体中有许多未融的碳化物或许多微小的高
浓度的碳的富集区;其次是转变为珠光体的等温温度高,等温时间足够长,
这样可使奥氏体成为粒状
马氏体转变(非扩散型相变,低温转变):钢从奥氏体状态快速冷却,在低
于 Ms 点发生的转变。
板条马氏体(低碳马氏体、位错马氏体):含碳量低;光学显微镜下为板条
状;有位错亚结构;自回火现象有利于提高马氏体的强韧性。
片状马氏体(孪晶马氏体、高碳马氏体):含碳量高;光学显微镜下针状或
竹叶状,曾一定角度排列;具有孪晶亚结构;组织中存在大量纤维裂纹。
影响马氏体形态的因素:含碳量、合金元素,融入奥氏体的合金元素除 Co、
Al 外大多数都是 Ms 点下降,促进片状马氏体的形成。
马氏体的性能:①高硬度和高强度:马氏体的硬度取决于含碳量,合金元
素对硬度影响不大,但提高强度,固溶强化、相变强化、时效强化、相界
面强化②塑形和韧性:片状马氏体硬而脆,条状马氏体强而韧③马氏体的
比容最大,奥氏体的比容最小,是产生淬火应力,导致变形开裂的主要原
因
马氏体转变特点:①热力学特点:奥氏体转变为马氏体条件:冷却速度必
须大于临界速度,必须深度过冷,低于 Ms 点以下才能发生马氏体转变,驱
动力:新旧两相自由能差,阻力界面能弹性应变能②动力学特点:⑴降温
转变,相变无孕育期,依靠不断出现的新马氏体而不是依靠原有马氏体的
长大,转变不完全⑵奥氏体的稳定化:热稳定化和机械稳定化(相变强化
机械稳定化和形变强化机械稳定化)③晶体学特点,无扩散性,切变型,
共格性,严格的位相关系和惯习面④马氏体转变可逆性
冷处理:冷至是温室后继续深冷,使残余奥氏体继续转变成奥氏体,这种
低于室温的冷却方法叫做冷处理
奥氏体的稳定化:奥氏体在外界因素作用下,由于内部结构发生了某种变
化,而且向马氏体转变的温度降低,和残余奥氏体量增加的转变迟滞现象
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