電廠高溫金屬材料課程自學輔導資料

1、電廠高溫金屬材料課程自學輔導資料二八年十月41電廠高溫金屬材料課程自學進度表教材：電廠金屬材料 教材編者：宋琳生 出版社：中國電力出版社 出版時間：2003三、課程內容及時間安排表周次學習內容習題作業(yè)測驗作業(yè)學時自學重點、難點、基本要求第一章金屬材料的基礎知識1. 何謂力學性能？金屬材料的力學性能主要包括哪些特性？2. 為什么機械零件設計大多數以屈服強度為設計依據？3. HBS、HBR、HV、Hm各代表用什么方法測得的硬度？4. KIC是代表何種力學性能的符號？并解釋其意義。5. 解釋下列名詞：晶核、晶胞、晶格、晶體、晶粒、晶界；合金；組元；相；組織；固溶體；金屬化合物。6. 金屬晶格的基本類

2、型有哪幾種？試繪圖說明它們原子排列情況。7. 試述液態(tài)金屬的結晶過程。8. 什么叫過冷度？過冷度的大小對金屬結晶后的晶粒大小和力學性能有何影響？9. 何謂加工硬化現象？試述產生加工硬化的原因。 10. 試用生產和生活中的實際例子說明加工硬化的利弊。11. 多晶體的屈服強度為何比單晶體的高？為什么常溫下的金屬晶粒愈細，其強度及塑性、韌性均愈好？12. 何謂再結晶現象？試述產生再結晶的原因。13. 固溶體和金屬化合物在結構上有何不同？其力學性能各有什么特點？14. 什么是固溶強化？引起固溶強化的原因是什么？固溶強化與加工硬化有何不同？15. 什么叫彌散硬化？為什么有許多合金均用這種方法來進行硬化？

3、1. 某金屬材料的拉伸試樣，其Lo100mm，do10mm。拉伸時產生0.2殘余變形的外力為65000N，Fm85000N，拉斷后對接起來測得Lu120mm，du6.4mm，試求該金屬材料的Rp0.2、Rm、A、Z.2. 試說明疲勞裂紋產生的條件、疲勞斷裂過程及其斷口特性。3. 何謂金屬鍵？試用金屬鍵說明金屬有良好的導電性、導熱性及塑性。4. 試計算面心立方體晶格的致密度。5. 試比較滑移與孿生有何不同？為何產生滑移的切應力較??？10掌握強度與塑性、硬度：（HB、HR、HV）、沖擊韌性。疲勞強度等概念，了解晶界與晶粒位向的影響、冷塑性變形對組織和性能的影響； 重點掌握熱作軟化三階段及冷熱加工的

4、區(qū)別界限第一節(jié)重點內容： 1、強度與塑性2、硬度：HB、HR、HV3、沖擊韌性：K4、疲勞強度：-1難點內容：性能指標的測試過程。第二節(jié)重點內容：1、晶體概念：晶體、晶格、晶胞。 2、常見的三種晶格。 3、單晶體與多晶體。 4、晶體缺陷：點、線、面缺陷。 5、純金屬的結晶：結晶概念、影響晶粒大小的因素、冷卻曲線。 6、同素異晶轉變。 難點內容：1 影響晶粒大小的因素。2 同素異晶轉變。第三節(jié)重點內容：1、單晶體的塑性變形：滑移、孿生。2、多晶體的塑性變形：晶體與晶粒位向的影響。3、塑性變形對組織和性能的影響。4、熱作軟化三階段：回復，再結晶，晶粒聚集長大。5、冷、熱加工的區(qū)別界線，再結晶。難點

5、內容：1、熱作軟化三階段：回復，再結晶，晶粒聚集長大。2、冷、熱加工的區(qū)別界線，再結晶。第四節(jié)重點內容：1、合金的概念：合金、相、組織。2、合金的相結構及機械混合物組織。3、平衡相圖的概念，相圖的建立。4、勻晶相圖與共晶相圖。難點內容：平衡相圖的概念，相圖的建立第二章鐵碳合金相圖及其合金1. 名詞解釋：奧氏體、鐵素體、滲碳體、珠光體2. 繪出Fe-Fe3C相圖，說明相圖中的主要點和線的意義，并以相組成標注3 分析含碳量各為0.4、1.2、3的鐵碳合金在緩慢冷卻時組織的轉變過程，并畫出顯微組織示意圖。4 何謂共析反應它與共晶反應有何異同？寫出Fe-Fe3C相圖中共晶反應與共析反應的反應式及反應后

6、所得的組織名稱？5 低碳鋼、中碳鋼與高碳鋼是如何劃分的？這樣劃分有何意義？機器零件中有許多均是中碳鋼的，這是為什么？6 說明下列鋼號的品種名稱、大致含碳量及主要用途： 20A、45、60、T8、T12A。7 何謂鑄鐵？它們是如何分類？如何編號8 白口鑄鐵、灰口鑄鐵與碳鋼的主要區(qū)別在哪里？9 說明下列牌號所表示的材料，繪出它們的顯微組織示意圖：HT200、KT30006、QT60002。1繪出Fe-Fe3C相圖，說明相圖中的主要點和線的意義，并以組織組成物標注2. 分析含碳量各為0.4、1.2、3的鐵碳合金在緩慢冷卻時組織的轉變過程，畫出顯微組織示意圖并計算室溫下組織組成物的相對量3. 分析一次

7、滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體的異同之處。4. 石墨對鑄鐵的性能有什么影響？球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵其石墨的形態(tài)有何不同？三種鑄鐵的機械性能又有何不同？14熟練掌握合金的概念：合金、相、組織以及合金的相結構及機械混合物組織。理解平衡相圖的概念、相圖的建立，看懂勻晶相圖及共晶相圖，掌握杠桿定律及應用。能夠說出鐵碳合金的相結構及組織，理解鐵碳合金相圖及特性點、線、區(qū)意義、典型合金的結晶過程、相變規(guī)律及室溫組織。掌握碳鋼和鑄鐵分類、牌號、應用舉例。第一節(jié)重點內容：1、鐵碳合金的相結構及組織。第二節(jié)重點及難點內容：1、鐵碳合金相圖及特性點、線、區(qū)意義。2、典型合金的結晶過程

8、、相變規(guī)律及溫室組織。第三節(jié)重點內容：碳鋼分類，牌號，應用舉例第四節(jié)重點內容：鑄鐵分類，牌號，應用舉例第三章鋼的熱處理1.繪出奧氏體的等溫轉變曲線，試分析將過冷奧氏體分別置于700、650、550及500、300等溫轉變時，所得到的組織在結構上和機械性能上的不同。2.馬氏體的硬度為什么很高？低碳馬氏體和高碳馬氏體性能上有什么不同？為什么？3.影響淬火鋼硬度的主要因素是什么？如果其他條件都相同，試比較下述材料的淬火硬度：(1)含碳0.3%和0.6%的碳鋼；(2)含碳0.6%和0.8%的碳鋼；4. 有兩個含碳量為1.2%的碳鋼試樣，分別加熱到780和860保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)，然后很快水

9、淬至室溫，試問：1)哪種加熱溫度的馬氏體晶粒較粗大？2)哪種加熱溫度的馬氏體含碳量較高？3)哪種加熱溫度的殘余奧氏體較多？4)哪種加熱溫度的未熔碳化物較少？5)哪種加熱溫度淬火最適合？為什么？5. T12鋼加熱到770后用下圖所示的各種方式冷卻，分析其所得到組織？6.現有一共析鋼試樣，其顯微組織為粗片狀珠光體，通過何種熱處理可得到下述組織？1)細片狀珠光體；2)索氏體（粒狀珠光體）。7.試分析表面淬火、滲碳、滲氮熱處理工藝在用鋼、性能、應用范圍等方面的差別。8.一根6mm的45號鋼圓棒材，先經840加熱淬火，硬度為HRC55（未回火），然后從一端加熱，依靠熱傳導使圓棒材上各點達到如下圖所示的溫

10、度。試問：1)各點所在部位的組織是什么？2)整個如圖示的圓棒緩冷至室溫后，各點所在部位的組織又是什么？3)若將圓棒從圖示溫度快冷淬火至室溫后，各點所在部位的組織會是什么？1.現有兩個成分相同的過共析鋼試樣，加熱到不同的溫度，一個試樣得到了粗大均勻的奧氏體晶粒，另一個試樣為細小的奧氏體晶粒和一部分碳化物，兩試樣同時過冷到710進行等溫轉變，試問哪個試樣轉變所需的孕育期長？為什么？2. 指出下列組織的主要區(qū)別：1)奧氏體與過冷奧氏體；2)索氏體與細珠光體；3)屈氏體與極細珠光體；4)馬氏體與回火馬氏體；5)上貝氏體與下貝氏體；3. 45號鋼經調質處理硬度為HB240，若再進行200回火，是否可以使

11、其硬度提高？為什么？此鋼經淬火、低溫回火后硬度為HRC57，若再進行560回火，是否會降低其硬度？為什么？4分析以下幾種說法是否正確？為什么？1)過冷奧氏體的冷卻速度愈快，鋼冷卻后的硬度值愈高；2)鋼經淬火后處于硬脆狀態(tài)；3)本質細晶粒鋼加熱后的實際晶粒比本質粗晶粒鋼細；4)同一鋼材在相同加熱保溫條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。5現有低碳鋼齒輪和中碳鋼齒輪各一只，為了使齒輪表面具有高的硬度和耐磨性，各應怎樣進行熱處理？并分析比較熱處理后它們在組織與性能上的差別？10了解熱處理的意義及作用、熱處理的分類。理解奧氏體的形成與奧氏體晶粒大小分級及控制方法。掌握奧氏體的等溫轉變：C

12、曲線、轉變產物的組織名稱、金相特點、性能特點。掌握退火、正火的種類，淬火的目的、種類、組織及性能。淬硬性與淬透性，影響因素。鋼的回火脆性及克服辦法鋼的表面熱處理：表面淬火及化學熱處理原理。第一節(jié)重點內容： 1、奧氏體的形成：相變臨界的溫度。 2、奧氏體晶粒度長大分級及控制。難點內容：1、奧氏體的形成：相變臨界的溫度第二節(jié)重點內容： 1、奧氏體的等溫轉變：C曲線，轉變產物的組織名稱，金相特點，性能特點。 2、奧氏體的連續(xù)轉變：C曲線，轉變產物的組織名稱，金相特點，性能特點，臨界冷速。難點內容：1、 奧氏體的等溫轉變：C曲線第三節(jié)，第四節(jié)重點內容：1、退火、正火的種類，應用舉例。2、淬火的目的、種

13、類、組織及性能。3、淬硬性與淬透性，影響的因素。4、鋼的回火：目的、種類、組織及性能?；鼗鸫嘈约翱朔k法。5、鋼的表面熱處理：表面淬火及化學熱處理原理，應用舉例。難點內容：1、淬硬性與淬透性，影響的因素。第五節(jié) 重點內容：1、滲碳、滲氮、碳氮共滲第四章合金鋼1. 何謂合金鋼?合金鋼有哪些特點?2. 合金鋼中經常加入的合金元素是哪些?各主要起什么作用?3. 合金元素加入后對組織和性能主要起什么作用?4. 合金元素的加入,會對Fe-Fe3C相圖產生什么影響?這些影響有何實際意義?5. 合金元素的加入,對奧氏體等溫轉變曲線會產生什么影響?這些影響有何實際意義?6. 合金元素的加入,對馬氏體在回火時的

14、轉變有何影響?7. 合金元素在結構鋼中的主要作用是什么?與碳元素的作用有什么區(qū)別?8. 滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼是如何進行劃分的？它們各自最主要的特點在哪里？9. 低合金工具鋼、高速鋼、模具鋼是如何劃分的？它們各自的最主要的特點在哪里？10. 何謂不銹鋼？工程上常用的不銹鋼有哪幾種？11. 腐蝕分哪兩類？其損壞的特征有什么不同？工程上是通過哪些途徑來提高鋼材的耐腐蝕性能的？12. 耐磨鋼要具備哪些主要的特性？工程上常用的耐磨材料有哪幾種？13. 在低合金耐磨鋼中通常加入哪些合金元素？它們分別主要起什么作用？14. 高錳鋼為什么能夠承受較大沖擊載荷工況條件下的磨損？常用的高錳耐磨鋼是什

15、么牌號？15. 為什么說高鉻白口鑄鐵在抵御磨料磨損是具有較高的能力？耐磨高鉻白口鑄鐵中主要加入哪些合金元素？它們分別起什么作用？同習題作業(yè)2，4，5，6，8，910理解合金鋼與合金元素、合金元素在鋼中存在形式及強化途徑；掌握合金元素對鋼性能的影響；能夠說出合金鋼的分類與牌號；了解和掌握普通低合金鋼、滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼和軸承鋼。第一節(jié)重點內容：1、合金鋼與合金元素。2、合金元素在鋼中存在的形式及強化途徑。3、對鐵碳合金相圖的影響。4、對熱處理C曲線的影響。難點內容： 1、對熱處理C曲線的影響第二節(jié)重點內容：1、分類。2、牌號。難點內容： 1、合金鋼的牌號第三節(jié)重點內容：1、普通低合金鋼。2、

16、滲碳鋼。3、調質鋼。4、彈簧鋼。5、軸承鋼。難點內容：合金結構鋼的使用范圍及特點。第四節(jié)重點內容：刃具剛、量具鋼、模具鋼第五節(jié) 重點內容：不銹鋼、耐磨鋼第五章耐熱鋼1何謂耐熱鋼?火電廠熱力設備中的某些零件為什么必須用耐熱鋼來制造?2什么叫等強度溫度?繪圖分析它與晶界強度及晶內強度的關系。3何調蠕變?繪圖說明蠕變不同階段的特點。溫度或壓力增大后，對蠕變曲線有影響?4什么叫持久強度?一船情況下是如何測定持久強度的?待久強度如何表示法?5何謂應力松弛?熱力設備中哪些零件易產生應力松弛現象？通常用什么數據來表示材料的抗應力松弛性能？6鋼材在高溫狀態(tài)下長期工作組織上會產生那些變化?這些變化對性能有什么影

17、響?7火電廠鍋爐設備中會產生哪些腐蝕損壞現象?這些腐蝕損壞有什么危害?8鋼的耐熱性能是用何種方法來提高的?耐熱鋼中常加入哪些合金元素?9試分析鉻、鉬、釩在耐熱鋼中各主要起什么作用?l0工程上是按什么原則對耐熱鋼進行分類的?耐熱鋼通常分為幾類?同習題作業(yè)3，5，6，9，1010了解熱力用鋼的工作條件，能夠說出高溫力學性能：蠕變強度、持久強度、應力松弛、熱疲勞。了解并掌握高溫用鋼的組織穩(wěn)定性：碳化物球化、石墨化、合金元素再分配。高溫用鋼的化學穩(wěn)定性。熟練掌握強化原理及合金元素在耐熱鋼中的作用。掌握珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼的分類、牌號及特點。熟悉鍋爐受熱面管子及通道用鋼

18、包括：鍋爐管道的工作條件及對材料的要求、管道材料及熱處理。第一節(jié)重點內容：1、熱力設備用鋼的工作條件。2、高溫機械性能：蠕變強度、持久強度、應力松弛、熱疲勞。第二節(jié) 重點內容：1、高溫用鋼的化學穩(wěn)定性：氧化與腐蝕及腐蝕類型。第三節(jié) 重點內容：1、高溫用鋼的組織穩(wěn)定性：碳化物球化、石墨化，合金元素再分配。第四節(jié) 重點內容：1、 強化原理。2、 合金元素在耐熱鋼中的作用。第五節(jié) 重點內容： 1、珠光體耐熱鋼2、馬氏體耐熱鋼3、鐵素體耐熱鋼4、奧氏體耐熱鋼第六章有色金屬及其合金1. 鋁及其合金有何特點？工程上哪些零部件需要用鋁合金來制造？2. 鋁合金分成幾類？試用合金相圖來解釋分類的原則。3. 何謂

19、黃銅？分幾類？怎樣編號？試舉一些常用的黃銅的牌號，并說明含義、性能特點及用途。4. 何謂青銅？分幾類？怎樣編號？試舉一些常用的青銅的牌號，并說明含義、性能特點及用途。5. 鈦合金有何特點？工程上應用的鈦合金有哪幾種？各有何特點？6. 何謂軸承合金？其組織結構有何特點？ 7汽輪發(fā)電機的軸承合金是何牌號？解釋牌號中符號及數字的意義，畫出顯微組織示意圖同習題作業(yè)2，3，78能夠說出純銅牌號、性能以及銅合金：黃銅、青銅、白銅的性能。了解純鋁牌號、性能及鑄造鋁合金、壓力加工鋁合金的性能及使用。掌握軸承合金的性能要求及巴氏合金的種類。第一節(jié)重點內容：鋁及其合金的牌號、性能、用途第二節(jié)重點內容：銅及其合金的

20、牌號、性能、用途第三節(jié)重點內容：鈦及其合金的牌號、性能、用途第四節(jié)重點內容：軸承合金的牌號、性能、用途第七章鍋爐與汽輪機用鋼及事故分析1. 對鍋爐管子用鋼的基本要求有哪些？怎樣來滿足這些要求的？2. 何謂鍋爐受熱面管子的長時超溫爆管？爆破口宏觀上有何特點？爆管前后的顯微組織有何差異，為什么？3. 錯用鋼材有什么危害？如何避免錯用鋼材？4. 為什么常用1Cr13、2Cr13鋼作汽輪機的葉片材料？參數較高的大型汽輪機葉片常用哪些鋼種制造？為什么？5. 汽輪機葉片事故以何種形式的損壞為主？為什么？怎樣才能減少和避免葉片斷裂事故？6. 對轉子用鋼有何特殊要求？為什么?7. 何謂耐磨材料？粉煤灰中引起磨

21、損的主要是哪兩種硬顆粒？8. 管道彎頭什么部位最容易磨損？復合材質的耐磨管道彎頭有何特性？1.試述在不同的工作溫度下最常用的鍋爐受熱面管子用鋼的成分、熱處理工藝及特點。2. 何謂鍋爐受熱面管子的短時超溫爆管？爆破口宏觀上有何特點？爆管前后的顯微組織有何差異，為什么？3. 目前最常用的磨球材料為何種牌號？該材質有什么特點？4. 高溫螺栓易產生何種形式的破壞？工程上采用哪些防范措施？8掌握鍋爐主要設備選材及事故分析方法、汽輪機主要設備選材及事故分析方法和螺栓主要設備選材及事故分析方法。第一節(jié) 重點內容：1、鍋爐管道用鋼及事故分析2、鍋爐汽包幾其他部件用鋼難點內容：受熱面管道常見的事故第二節(jié) 重點內

22、容：1、汽輪機葉片用鋼及事故分析2、汽輪機轉子及其它部件用鋼難點內容：汽輪機葉片常見的事故分析第三節(jié) 重點內容：1、螺栓的工作條件及對材料性能的要求2、螺栓用鋼介紹3、螺栓的斷裂分析難點內容：螺栓的斷裂分析電廠高溫金屬材料課程自學指導書本課程在專業(yè)培養(yǎng)目標中的定位： 電廠金屬材料課程是高等工程院校熱能動力工程類、電廠金屬材料類等專業(yè)教學計劃中必不可少的一門重要主干專業(yè)基礎課程，也是機械類、電廠化學類專業(yè)的技術基礎課。在整個專業(yè)人才培養(yǎng)方案中起著承上啟下，為后續(xù)課程的開設打基礎的作用。 該課程的任務為講授電廠常用金屬材料的成分、組織、相結構、性能間的關系和變化規(guī)律；依據工作狀況的應用要求，培養(yǎng)學

23、生具有正確選取材料、正確選擇一般零件熱處理方法的能力。電廠金屬材料課程的主要特色 課程內容特色鮮明。將金屬材料的基礎理論知識、金屬材料加工與工業(yè)上常用金屬材料及材料選用與電廠用材結合，既講解了金屬材料的共性，又突出了特性。本課程的知識模塊 本課程由金屬材料學基本理論、金屬材料加工學、工程材料和材料選用四個知識模塊組成。 1在金屬材料學基本理論方面：介紹材料的組織結構、結晶和制備過程、二元相圖的基本理論。 2在金屬材料加工學方面：介紹材料的變形、強化、熱加工和冷加工成形，以及金屬材料的熱處理原理和工藝。 3在工程材料方面：介紹常見的工業(yè)常用鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金的成分、組織、性能和用途的基本

24、知識，突出介紹耐熱鋼。 4在材料選用方面：介紹汽輪機和鍋爐用材的選用方法。一、每章的重點和難點第一章 金屬材料的基礎知識第一節(jié) 金屬材料的性能重點內容：1、強度與塑性2、硬度：HB、HR、HV3、沖擊韌性：K4、疲勞強度：-1難點內容：性能指標的測試過程。第二節(jié) 金屬的晶體結構與晶體重點內容：1、晶體概念：晶體、晶格、晶胞。2、常見的三種晶格。3、單晶體與多晶體。4、晶體缺陷：點、線、面缺陷。5、純金屬的結晶：結晶概念、影響晶粒大小的因素、冷卻曲線。6、同素異晶轉變。難點內容：1.影響晶粒大小的因素。2.同素異晶轉變。第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結晶重點內容：1、單晶體的塑性變形：滑移、孿生。2

25、、多晶體的塑性變形：晶體與晶粒位向的影響。3、塑性變形對組織和性能的影響。4、熱作軟化三階段：回復，再結晶，晶粒聚集長大。5、冷、熱加工的區(qū)別界線，再結晶。難點內容：1、熱作軟化三階段：回復，再結晶，晶粒聚集長大。2、冷、熱加工的區(qū)別界線，再結晶。第四節(jié) 合金的相結構及二元合金相圖重點內容：1、合金的概念：合金、相、組織。2、合金的相結構及機械混合物組織。3、平衡相圖的概念，相圖的建立。4、勻晶相圖與共晶相圖。難點內容：平衡相圖的概念，相圖的建立第二章 鐵碳合金相圖及其合金第一節(jié) 鐵碳合金的相結構重點內容：1、鐵碳合金的相結構及組織。第二節(jié) 鐵碳合金的相圖重點及難點內容：1、鐵碳合金相圖及特性

26、點、線、區(qū)意義。2、典型合金的結晶過程、相變規(guī)律及溫室組織。第三節(jié) 碳鋼重點內容：碳鋼分類，牌號，應用舉例第四節(jié) 鑄鐵重點內容：鑄鐵分類，牌號，應用舉例第三章 鋼的熱處理第一節(jié) 鋼在加熱時的轉變重點內容：1、奧氏體的形成：相變臨界的溫度。 2、奧氏體晶粒度長大分級及控制。難點內容：1、奧氏體的形成：相變臨界的溫度第二節(jié) 鋼在冷卻時的轉變重點內容： 1、奧氏體的等溫轉變：C曲線，轉變產物的組織名稱，金相特點，性能特點。2、奧氏體的連續(xù)轉變：C曲線，轉變產物的組織名稱，金相特點，性能特點，臨界冷速。難點內容：1、奧氏體的等溫轉變：C曲線第三、四節(jié) 鋼的淬火、回火、退火、正火重點內容：1、退火、正火

27、的種類，應用舉例。2、淬火的目的、種類、組織及性能。3、淬硬性與淬透性，影響的因素。4、鋼的回火：目的、種類、組織及性能。回火脆性及克服辦法。5、鋼的表面熱處理：表面淬火及化學熱處理原理，應用舉例。難點內容：1、淬硬性與淬透性，影響的因素。第五節(jié) 鋼的化學熱處理重點內容：1、滲碳、滲氮、碳氮共滲第四章 合金鋼第一節(jié) 合金元素對鋼性能的影響重點內容：1、合金鋼與合金元素。2、合金元素在鋼中存在的形式及強化途徑。3、對鐵碳合金相圖的影響。4、對熱處理C曲線的影響。難點內容：1、對熱處理C曲線的影響第二節(jié) 合金鋼的分類及編號方法重點內容：1、分類。2、牌號。難點內容：1、合金鋼的牌號第三節(jié) 合金結構

28、鋼重點內容：1、普通低合金鋼。2、滲碳鋼。3、調質鋼。4、彈簧鋼。5、軸承鋼。難點內容：合金結構鋼的使用范圍及特點。第四節(jié) 合金工具鋼重點內容：刃具剛、量具鋼、模具鋼第五節(jié) 特殊性能鋼重點內容：不銹鋼、耐磨鋼第五章 耐熱鋼第一節(jié) 耐熱鋼的高溫性能重點內容：1、熱力設備用鋼的工作條件。2、高溫機械性能：蠕變強度、持久強度、應力松弛、熱疲勞。第二節(jié) 耐熱鋼的化學穩(wěn)定性重點內容：1、高溫用鋼的化學穩(wěn)定性：氧化與腐蝕及腐蝕類型。第三節(jié) 耐熱鋼的組織穩(wěn)定性重點內容：1、高溫用鋼的組織穩(wěn)定性：碳化物球化、石墨化，合金元素再分配。第四節(jié) 耐熱鋼中的合金元素及其作用重點內容：1、強化原理。2、合金元素在耐熱鋼

29、中的作用。第五節(jié) 耐熱鋼的分類重點內容：1、珠光體耐熱鋼2、馬氏體耐熱鋼3、鐵素體耐熱鋼4、奧氏體耐熱鋼第六章 有色金屬及其合金第一節(jié) 鋁及其合金重點內容：鋁及其合金的牌號、性能、用途第二節(jié) 銅及其合金重點內容：銅及其合金的牌號、性能、用途第三節(jié) 鈦及其合金重點內容：鈦及其合金的牌號、性能、用途第四節(jié) 軸承合金重點內容：軸承合金的牌號、性能、用途第七章 鍋爐與汽輪機用鋼及事故分析第一節(jié) 鍋爐主要設備用鋼及事故分析重點內容：1、鍋爐管道用鋼及事故分析2、鍋爐汽包幾其他部件用鋼難點內容：受熱面管道常見的事故第二節(jié) 汽輪機主要設備用鋼及事故分析重點內容：1、汽輪機葉片用鋼及事故分析2、汽輪機轉子及其

30、它部件用鋼難點內容：汽輪機葉片常見的事故分析第三節(jié) 螺栓用鋼及斷裂事故分析重點內容：1、螺栓的工作條件及對材料性能的要求2、螺栓用鋼介紹3、螺栓的斷裂分析難點內容：螺栓的斷裂分析二、思考題及習題解答第一套一、名詞解釋（每題2分）1.加工硬化 2.熱處理 3.固溶強化 4.奧氏體 5.沖擊韌性二、單項選擇題（每題1分）1.金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力叫（ ）。A.強度B.硬度C.塑性D.彈性2金屬的典型晶體結構有面心立方、體心立方和密排六方三種，它們的晶胞中原子數分別為：A4；2；6B6；2；4C4；4；6D2；4；63按用途分，GCr15鋼屬于（   

31、            ）A、調質鋼B、滾動軸承鋼C、刃具鋼4含碳量小于( )的鐵碳合金稱為鋼。A0.77%B2.1%C4.3%5、下列金屬中( )屬于黑色金屬。 A.鉻B.銅C.鉛6、合金鋼按合金元素的總量不同分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼三種,其中合金元素含量( )的鋼稱為高合金鋼。 A.5% B.10% C.17%7在晶體缺陷中，屬于點缺陷的有（ ）。A.間隙原子B.位錯C.晶界D.縮孔8鐵素體是碳溶解在（ ）中所形成的間隙固溶體。A-FeB-FeC-FeD-Fe9加熱是鋼進行

32、熱處理的第一步，其目的是使鋼獲得（）。A基體組織BA體組織CP體組織DM體組織10.下列不屬于Fe-Fe3C相圖中的組成相是：A.鐵素體B.奧氏體C.滲碳體D.石墨11.Fe-Fe3C相圖的組元是：A.Fe和Fe3CB.Fe和CC.鐵素體和Fe3CD.奧氏體和Fe3C12.碳鋼的淬火工藝是將其工件加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后采用的冷卻方式是（ ）。A隨爐冷卻B在風中冷卻C在空氣中冷卻D在水中冷卻13.完全退火主要用于（ ）。A亞共析鋼B共析鋼C過共析鋼D所有鋼種14.金屬在一定溫度和應力作用下,隨著時間的增長,慢慢地發(fā)生塑性變形的現象,稱為( )。A.疲勞 B.熱脆性 C.蠕變15.比較

33、下列三種不同的碳當量,其中與( )對應的鋼材的可焊性最好。A.Ce=1 B.Ce=0.6% C.Ce=0.2%16.下貝氏體與上貝氏體比較，下貝氏體的（               ）A、硬度高，強度高，韌性好； B、硬度高，強度高，韌性差；C、硬度低，強度低，韌性好；17.優(yōu)質碳素鋼中,硫、磷的含量分別為( )。A.S0.045% P0.045%B.S0.05% P0.05%C.S0.035% P0.035%18.12Cr1MoV鋼屬于( )。A.普通低

34、合金鋼B.珠光體耐熱鋼C.馬氏體耐熱鋼19用于降低冷變形金屬中的內應力的方法是：( )A低溫回火B(yǎng)回復退火C再結晶退火D高溫回火20在熱加工過程中，一般不發(fā)生：( )A動態(tài)回復B動態(tài)再結晶C靜態(tài)再結晶D加工硬化21用于調整低碳鋼的硬度和改善其切削加工性能的熱處理工藝是：( )A完全退火B(yǎng)球化退火C正火D回火22除（ ）元素外，其它合金元素溶于奧氏體后，均能增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性。ACoBCrCMnDTi23在Fe-Fe3C相圖中，鋼與鐵的分界點的含碳量為（ ）。A2B2.06C2.11D2.224珠光體是一種（ ）。A固溶體B金屬化合物C機械混合物D單相組織金屬25共晶成分的鐵碳合金發(fā)生共晶反

35、應時，其反應式為( )： A.L+FÞA B.AÞF+Fe3C C.LÞA+Fe3C D.AÞP 26.金屬結晶時，冷卻速度越快，其實際結晶溫度將( ).A.越高B.越低C.越接近理論結晶溫度D.不變27.在金屬結晶時，向液體金屬中加入某種難熔雜質來有效細化金屬的晶粒，以達到改善其機械性能的目的，這種細化晶粒的方法叫做( ). A.時效處理 B.變質處理 C.加工硬化 D.調質 28金屬鑄造時，為細化晶粒，可采用( )：A快速澆注B時效處理C以砂型代替金屬型D以金屬型代替砂型29.鋼在淬火后獲得的馬氏體組織的粗細主要取決于( )：A.奧氏體的本質晶粒度B

36、.奧氏體的實際晶粒度C.奧氏體的起始晶粒度。30.馬氏體的硬度取決于：A.冷卻速度B.轉變溫度C.碳含量。三、判斷對錯題（每題1分，錯誤的填“×”。正確的填“”）1、鋼中的基本相包括鐵素體、馬氏體、滲碳體、奧氏體和珠光體。( )2、金屬材料的斷裂韌性與裂紋尖端所處的應力狀態(tài)有關。( )3、奧氏體不銹鋼進行淬火處理后,也會使硬度提高,塑性和韌性下降。( )4、鋼中的基本相包括鐵素體、馬氏體、滲碳體、奧氏體和珠光體。( )5、金屬材料的斷裂韌性與裂紋尖端所處的應力狀態(tài)有關。( )6、奧氏體不銹鋼進行淬火處理后,也會使硬度提高,塑性和韌性下降。( )7、低碳馬氏體比高碳馬氏體的綜合性能好,

37、主要原因是因為它的含碳量少。( )8、具有相同的顯微組織的合金將具有相同的性能。( )9、碳鋼中必須保證一定的錳含量,錳對鋼的性能有良好的影響,是一個有益的元素,所以在碳鋼中錳并不是雜質元素。( )10、長期過熱引起的爆管由于蠕脹原因,一般爆口變形較大,破口邊緣銳利。( )11、各種硬度之間存在著一定的關系,因此各種硬度值之間是可以換算。( )12.凡是由液體凝固成固體的過程都是結晶過程。（ ）13.在實際金屬的結晶過程中，自發(fā)形核比非自發(fā)形核更重要，往往起優(yōu)先的主導的作用。（ ）14.一般情況下，晶粒愈大，金屬的強度、塑性愈好。（ ）15.碳鋼在室溫下的相組成物是鐵素體和滲碳體。（ ）16珠

38、光體是單相組織。（ ）17亞共析鋼的基本相是鐵素體和珠光體。（ ）18擴散是原子的定向移動。（ ）19金屬鑄件可通過再結晶退火細化晶粒。（ ）20再結晶雖包含形核和長大過程，但它不是一個相變過程。（ ）四、綜合分析題1淬火鋼為什么要進行回火處理？2比較珠光體、貝氏體、馬氏體的硬度（按照硬度由高到低依次寫出三種組織的名稱）。3為何晶粒越細、材料的強度越高，其塑韌性也越好？4電廠常見的腐蝕損壞類型包括哪些？5識別下列各鋼的種類,并指明有下劃線的數字和符號的含義：20G 1Cr18Ni9Ti GCr15 T8 20CrMnTi2Cr13 W18Cr4V ZG156汽輪機葉片事故以何種形式的損壞為主？

39、怎樣才能減少和避免葉片斷裂事故？第二套綜合題分析題1簡述金屬結晶的過程。2繪出Fe-Fe3C相圖，說明相圖中的主要點和線的意義，在空白圖上填出各相區(qū)和組織。3選材設計一個車床主軸。要求：該主軸受交變彎曲和扭轉的復合應力，載荷和轉速均不高，沖擊載荷也不大，請選材（45鋼、T8、20CrMnTi）并設計熱處理工序。4鍋爐、汽輪機高溫部件所用鋼材在高溫下長期運行中發(fā)生的組織性質變化主要有哪5種？5.T12鋼加熱到770后用圖3-42所示的各種方式冷卻，分析其所得到組織？6將5mm的T8鋼加熱至760并保溫，后經不同冷卻方式得到：P、S、B下、B下M少量殘余A、M少量殘余A。在C曲線上描寫工藝曲線示意

40、圖。7分析上貝氏體與下貝氏體組織與性能的主要區(qū)別。8工程上是按什么原則對耐熱鋼進行分類的?耐熱鋼通常分為幾類?9何謂鍋爐受熱面管子的長時超溫爆管？爆破口宏觀上有何特點？爆管前后的顯微組織有何差異，為什么？10退火亞共析鋼室溫金相組織中珠光體量為60%,試估算該鋼的含碳量,并指出其大致鋼號。參考答案第一套一、名詞解釋（每題2分）1.加工硬化：金屬發(fā)生塑性變形，隨著變形度的增大，金屬的強度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降，這種現象叫加工硬化。2.熱處理：通過加熱、保溫和冷卻來改變鋼的組織，從而改變鋼的機械性能的工藝，稱為熱處理。3.固溶強化：由于溶質原子進入溶劑晶格的間隙或結點,使晶格發(fā)生畸變,

41、使固溶體硬度和強度升高,這種現象叫固溶強化現象。4.奧氏體：碳原子溶入-Fe中形成的間隙固溶體。 5.沖擊韌性：沖擊韌性是材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力。二、單項選擇題（30個´1分）選擇題答案題號解答題號解答題號解答題號解答題號解答題號解答1A6B11A16A21A26B2A7A12D17A22A27B3B8A13A18B23C28D4B9B14C19B24C29C5A10D15C20D25C30C三、判斷對錯題（每題1分，錯誤的填“×”。正確的填“”）1、鋼中的基本相包括鐵素體、馬氏體、滲碳體、奧氏體和珠光體。(×)2、金屬材料的斷裂韌性與裂紋尖端所處的應力

42、狀態(tài)有關。()3、奧氏體不銹鋼進行淬火處理后,也會使硬度提高,塑性和韌性下降。(×)4、Q235-AF是球墨鑄鐵的牌號，“235”表示抗拉強度。（×）5、45鋼常用最終熱處理是調質處理。（×）6、ZGMn13通常在鑄態(tài)下使用，不再進行其它熱處理。（×）7、低碳馬氏體比高碳馬氏體的綜合性能好,主要原因是因為它的含碳量少。(×)8、具有相同的顯微組織的合金將具有相同的性能。(×)9、碳鋼中必須保證一定的錳含量,錳對鋼的性能有良好的影響,是一個有益的元素,所以在碳鋼中錳并不是雜質元素。(×)10、長期過熱引起的爆管由于蠕脹原因,一

43、般爆口變形較大,破口邊緣銳利。(×)11、各種硬度之間存在著一定的關系,因此各種硬度值之間是可以換算。(×)12、凡是由液體凝固成固體的過程都是結晶過程。（×）13、在實際金屬的結晶過程中，自發(fā)形核比非自發(fā)形核更重要，往往起優(yōu)先的主導的作用。（）14、一般情況下，晶粒愈大，金屬的強度、塑性愈好。（×）15、碳鋼在室溫下的相組成物是鐵素體和滲碳體。（）16、珠光體是單相組織。（×）17、亞共析鋼的基本相是鐵素體和珠光體。（×）18、擴散是原子的定向移動。（×）19、金屬鑄件可通過再結晶退火細化晶粒。（×）20、再結晶

44、雖包含形核和長大過程，但它不是一個相變過程。（）四、綜合分析題1淬火鋼為什么要進行回火處理？答：淬火鋼不經回火一般不能直接使用?；鼗鹗菫榱私档痛嘈?，減少或消除內應力，防止工件變形和開裂；獲得工藝所要求的力學性能；穩(wěn)定工件尺寸；對某些高淬透性的合金鋼，高溫回火可降低硬度，以利切削加工。2比較珠光體、貝氏體、馬氏體的硬度（按照硬度由高到低依次寫出三種組織的名稱）。答：馬氏體、貝氏體、珠光體。3為何晶粒越細、材料的強度越高，其塑韌性也越好？答：晶粒越細、材料的強度越高這是因為：（1）晶界的作用，金屬的晶粒越細?。▎挝惑w積內晶粒數越多）時，晶界數量越多，晶界能夠阻止位錯的移動，該晶體的塑變抗力越大，即

45、強度越高。（2）位向差的作用外力的切應力分量在外力呈45°角度時最大。因此，晶體中與外力方向接近45°的滑移系最容易發(fā)生滑移，而接近0°與90°時，切應力分量最小，晶體不易發(fā)生滑移。由于多晶體金屬中相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒的位向接近45°發(fā)生滑移時，必然受到相鄰晶粒的牽制作用，相鄰晶粒間的位向差越大時，牽制作用越大，從而增加了塑變抗力，使強度提高。晶粒越細、塑性韌性好，這是因為多晶體在應力作用下，塑性變形分散在更多的晶粒之中，晶粒越細時，多晶體各處的塑性變形越均勻。相反，多晶體的晶粒很措大時，某些大晶粒的位向不利于滑移變形，則在較大的體積內

46、牽制塑性變形，使塑性變形不均勻。4電廠常見的腐蝕損壞類型包括哪些？答：電廠常見的腐蝕損壞有蒸汽腐蝕、煙氣腐蝕、垢下腐蝕、應力腐蝕、苛性脆化、腐蝕疲勞。5識別下列各鋼的種類,并指明有下劃線的數字和符號的含義：20G 1Cr18Ni9Ti GCr15 T8 20CrMnTi2Cr13 W18Cr4V ZG15 答：a）碳素結構鋼，G鍋（拼音首字母）b）1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼 碳含量<0.1%，9%的鎳， c）GCr15 滾動軸承鋼 1.5%鉻d）T8 碳素工具鋼 ，T工具（英文）e）20CrMnTi合金滲碳鋼0.2%的碳, f）2Cr13 特殊性能鋼13的鉻， g）W18Cr4V

47、高速鋼 18%鎢 h)ZG15 鑄鋼ZG鑄鋼（拼音）6汽輪機葉片事故以何種形式的損壞為主？怎樣才能減少和避免葉片斷裂事故？答：按照葉片斷裂的性質，葉片斷裂可分為長期疲勞損壞、短期疲勞損壞、接觸疲勞損壞、應力腐蝕和腐蝕廢勞損壞等。防止長期疲勞損壞的主要措施是：消除共振、提高葉片制造質量和安裝質量、運行條件。防止短期疲勞損壞的主要方法是設法消除低頻共振和防止水擊的發(fā)生。防止接觸疲勞損壞的措施是：消除共振（特別是切向振型），提高氣輪機的安裝質量，設法增大葉根的接觸面積，改善葉輪與葉根接觸面的接觸狀況使葉根齒部在工作狀態(tài)下盡量保持均勻的接觸，避免局部點或區(qū)接觸應力的集中。防止應力腐蝕損壞的措施主要是改

48、善葉片材料的質量,消除葉片材質的內應力,改善蒸汽的品質；同時要避免葉片產生共振。防止腐蝕疲勞損壞的措施主要是提高葉片材料的耐腐蝕性能，盡量減小交變應力水乎;同時改善蒸汽的品質。第二套1簡述金屬結晶的過程。答：金屬的結晶過程一般包括兩個過程，即形核過程和晶核長大過程。形核過程是當溫度降到結晶溫度時，熔液中開始出現時聚時散的類似晶體結構的小集團，當小集團達到一定臨界值時，逐漸穩(wěn)定，這種最初形成的小晶體被稱為晶核。熔液中晶核數目的多少與過冷度、熔液中含高熔點雜質數目等因素有關，把單位時間內單位體積中所產生晶核數用形核速率（簡稱形核率）來表示。長大過程是晶核逐漸長大的過程，晶核的長大過程具有方向性，一

49、般沿過冷度大的方向生長，這種生長方式類似樹枝的生長，被稱為樹枝狀長大，直到液相消耗完畢。2繪出Fe-Fe3C相圖，說明相圖中的主要點和線的意義，在空白圖上填出各相區(qū)。鐵碳合金下圖中各主要線的意義是：1ACD為液相線。當溫度高于ACD線時，鐵碳合金呈液態(tài)狀態(tài)。2AECF為固相線。若溫度低于AECF線時，鐵碳合金凝固為固體。3ECF為共晶線。若含碳量在ECF線投影范圍（2.11%6.69%）內，鐵碳合金在1148時必然發(fā)生共晶反映，形成萊氏體。4ES為碳在奧氏體中溶解度變化線，簡稱Acm。從這根線可以看出，碳在秋耕氏體中的最大溶解度是在1148時，可溶解碳2.11%，布在727時，由于碳在奧氏體中

50、的溶解度會降低，會從奧氏體中析出滲碳體。從固溶體奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體（Fe3CII）,以區(qū)別從液體中直接結晶的一次滲碳體(Fe3CI)。5GS為奧氏體在冷卻過程中析出鐵素體起始溫度線,簡稱A3線.6GP為奧氏體在冷卻過程中轉變?yōu)殍F素體的終止溫度線.7PSK為共析線,簡稱A1線.合金含碳量在PSK線投影范圍（0.02%6.。69%）內時，奧氏體在727時必然發(fā)生共析反應，形成珠光體。8PQ為碳在鐵素體中溶解度變化線。9簡化的鐵碳合金下圖共有一個液相和三個固相，在相圖中分別占有四個單相區(qū)，即L，A，F及Fe3C;滲碳體也可作為鐵碳相圖的一個組元，它的成分是固定不變的，因此在相圖上它的

51、相區(qū)僅是一條豎直線。相圖中有五個相區(qū)，即L+A、L+Fe3C、A+F及F+Fe3C它們都被兩個單相區(qū)從左右兩個方向夾在中間,兩相區(qū)的兩平衡相即左右兩個單相區(qū)的相.相圖中的兩條水平線是三相平衡線上有三個點,分別與三個單相區(qū)以點相連接,當發(fā)生三相平衡反應時,三個平衡相的成分即這三個點的成分,說明了溫度和三個平衡相的成分是固定的.從相圖可以看出，含碳量大于0.008%時任何成分的鐵碳合金在室溫時都處在F+Fe3C相區(qū)內，即合金的相結構都要由這兩相組成。但這兩個相的相對量不同，相的形態(tài)和分布不同，即組織不同，合金的性能會在很大范圍之內變化3選材設計一個車床主軸。要求：該主軸受交變彎曲和扭轉的復合應力，

52、載荷和轉速均不高，沖擊載荷也不大，請選材（45鋼、T8、20CrMnTi）并設計熱處理工序。答：可選擇45號鋼，調質處理。加工路線為：正火調質。4鍋爐、汽輪機高溫部件所用鋼材在高溫下長期運行中發(fā)生的組織性質變化主要有哪5種？答：(1)珠光體球化和碳化物聚集。(2)石墨化(僅限于不含鉻的珠光體耐熱鋼)。(3)時效和新相的形成(如不銹鋼中相的形成等)。(4)熱脆性。(5)合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配5.T12鋼加熱到770后用圖3-42所示的各種方式冷卻，分析其所得到組織？（1）M+少量殘余A，（2）M+B下+少量殘余A，（3）B下6將5mm的T8鋼加熱至760并保溫，后經不同冷卻方式得

53、到：P、S、B下、B下M少量殘余A、M少量殘余A。在C曲線上描寫工藝曲線示意圖。答：退火（或隨爐冷）時獲得P，正火（或空冷）時獲得S，等溫淬火獲得B下；等溫淬火B(yǎng)下轉變未完成，隨后淬入水中獲得B下M少量殘余A，淬火（水冷）獲得M少量殘余A。圖(略)7分析上貝氏體與下貝氏體組織與性能的主要區(qū)別。答：上貝氏體組織呈羽毛狀，電子顯微鏡下可以看出上貝氏體是有許多密排在一起的條狀鐵素體束與沉淀出來的碳化物間隔而成的機械混合物。上貝氏體有一定的硬度，但塑性和韌性很差，這樣的組織在生產中應用較少。下貝氏體為黑色針葉狀組織，是由針葉狀的鐵素體和在其片間呈有規(guī)律分布的碳化物粒子組成的機械混合物，下貝氏體具有良好的綜合機械性能，強度和硬度較高（HRC約4555），塑性和韌性較好。8工程上是按什么原則對耐熱鋼進行分類的?耐熱鋼通常分為幾類?答：根據小截面正火后的金相組織，耐熱鋼可以分為珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼四大類。（1）珠光體耐熱鋼：珠光體耐熱鋼中所加入的合金元素主要為鉻、鉬、釩，而且其總含量一般在5以下，因此，有時也稱為低合金耐熱鋼，這類鋼的組織為鐵素體和珠光體；若正火時冷卻速度較