2022年失效分析 .pdf

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1、课程概述：主线：材料成分组织结构性能（力学、物理、化学）；相互依赖和促进 化学冶金工艺 物理冶金工艺主要内容：金属合金化理论、合金钢、铸铁、有色金属。第一章钢中的合金元素知识点：钢、合金元素、合金元素对铁和铁碳合金相图的影响（910、1390）问题：1、合金元素对纯铁 相区的影响可分为几种，请举例说明。2、合金元素对铁碳相图 相区和共析点会产生很大影响，请举例说明，说明这种影响的作用。讨论：1、上述两问题：2、熟悉下列钢号：调质钢:40Cr0.37 0.40%C(万分之几)弹簧钢:65Mn0.62 0.70%C 轴承钢:GCr150.95 1.05%C 1.3 1.65%Cr(千分之几)*9C

2、r180.9 1.00%C(千分之几)*渗碳钢:20CrMnTi 0.17 0.24%C 渗氮钢:38CrMoAl 0.35 0.45%C 耐磨钢:Mn130.90 1.4%C 刃具钢:T80.75 0.85%C(千分之几)*9SiCr0.85 0.95%C(千分之几)*CrWMn0.9 1.05%C 高速钢:W6Mo5Cr4V20.8 0.9%C W18Cr4V0.7 0.9%C 冷作模具钢:Cr12MoV 1.45 1.7%C 热作模具钢:3Cr2W8V0.3 0.4%C(千分之几)*4Cr5MoSiV0.35 0.45%C(千分之几)*不锈钢:3Cr130.25 0.24%C(千分之几)

3、*1Cr18Ni9Ti 0.12%C作业：1 题、2 题熟悉内容。1、请说出下列钢号表示何类钢种，大致的碳含量和合金元素含量，它们的共析温度是上移还是下移（与碳钢相比）？为什么？45 40Cr 42Mn 2、在铁碳相图中，含有0.77%C 的称为共析钢，如果在此钢中添加Mn 元素或者添加Cr 元素，含碳量不变，那么这种 Fe-C-Mn 或 Fe-C-Cr 钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？第二章合金钢的相组成知识点：固溶体、碳化物、氮化物；钢的断口和缺陷。问题：1.镍与 -铁是否可形成无限置换固溶体，为什么？2.间隙固溶体的溶解度取决于什么？举例说明。3.合金元素与碳的亲和力与什么条件有关

4、？请例举几种强、中等强、弱碳化物形成元素。4.列举几种钢中的低倍缺陷、非金属夹杂、高倍缺陷，说明其产生的原因。讨论：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -置换固溶体中的溶解条件是：(1)溶剂与溶质的点阵相同；(2)原子尺寸因素(形成无限固溶体时，两者之差不大于8%)；(3)组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置)。间隙固溶体总是有限固溶体。溶解度取决于：(1)溶剂金属的晶体结构；(2)间隙元素的原子尺寸。钢中的碳化物是钢中的重要组成相之一，碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有极重要的影响。碳化物的结构：(1)当 C/M 0.59,形成复杂点阵的

5、碳化物，如Cr23C6,Mn7C3，Fe3C 钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：Zr Ti Nb V W Mo Cr Mn Fe 钢中的氮化物钢中的氧化物、硫化物；钢的低倍缺陷，高倍缺陷：作业：1 题、2 题熟悉内容；3 题下周交作业。1、含有 1.2%碳的钢，其中的碳是否能全部溶入 相和 相中？请说明理由和溶入的条件。含有0.1%氮的钢又如何呢？2、钢中有碳化铁（又称渗碳体）和碳化铌，请说明这两种碳化物的结构类型和稳定性。3、找一篇失效分析的文章，结合钢的冶金质量分析，谈谈自己的体会。第三章合金钢中的相变知识点：1、合金元素对、相自由能的影响，合金元素在钢中的扩散规律包括：相变自由能变化规律；

6、合金元素对相变自由能的影响规律；碳在钢中的扩散；合金元素在钢中的扩散；合金元素对碳在钢中的扩散；合金元素对铁的自扩散的影响。2、合金元素对奥氏体形成的影响包括：钢的重结晶过程；钢中的组织遗传性；碳化物和氮化物在钢中的溶解规律；奥氏体的晶粒长大。3、合金元素对过冷奥氏体分解的影响包括：合金元素对过冷奥氏体稳定性（C 曲线）的影响；合金元素对珠光体转变的影响；合金元素对贝氏体转变的影响；合金元素对马氏体转变的影响。4、合金元素对淬火钢回火转变的影响包括：马氏体的分解；特殊碳化物的形成和长大；残余奥氏体的分解；相的回复和再结晶；弥散强化现象；合金钢的回火脆性。问题：1.从合金因素对、相自由能的影响及

7、其在合金钢中的扩散规律，试分析哪些基本因素影响合金钢的相变。2.讨论碳在钢中活度的基本概念，分析碳化物与非碳化物形成元素对碳在奥氏体中的影响及对合金钢相变的影响。3.钢的组织遗传性的基本概念。分析合金钢的原始有序组织加热时重结晶的规律，并指出其在生产实践中的意义。4.讨论合金钢加热时碳化物与氮化物的溶解规律和合金元素对奥氏体晶粒长大的影响，并分析其理论与实际意义。5.分析钢的过冷奥氏体分解曲线(包括等温冷却和连续冷却)的基本类型，讨论碳化物元素与非碳化物形成元素和碳名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -的含量对其影响规律。6.讨论合金元素对珠光体转变影响的基本

8、规律。强碳化物形成元素（Nb,Ti,V 等）产生铁素体碳化物两相集合体的类型及其形成条件。7.合金元素对贝氏体转变和马氏体转变动力学的影响规律。8.讨论合金元素对淬火钢回火转变的一般规律及其实际意义。9.分析特殊碳化物原位形核、直接形核与形成碳化物元素的类型的关系，以及对组织结构与性能影响的规律。10.合金钢的二次硬化现象的本质及其实际意义。11.合金元素对第一、二类回火脆性的影响及其实际意义。请选择其中一题作为书面习题，并从图书馆查找有关资料作为旁证材料。第四章合金元素对钢的强韧性和工艺性能的影响知识点：结构材料的强度和韧性，钢的强化、钢的韧化；合金元素对钢的工艺性能的影响问题：1.简述钢的

9、强化途径和措施2.简述钢的韧化途径和措施3.简述低碳马氏体的强韧化途径4.简述影响钢冷成型的主要力学性能指标和组织要求5.简述改善钢的切削加工性能的途径6.简述改善钢的焊接性能的途径7.简述提高钢的马氏体和贝氏体淬透性的途径。讨论：强化机理：1、固溶强化；2、细化晶粒强化；3、位错密度和缺陷密度引起的强化（热处理或冷加工）；4、析出碳化物弥散强化韧化途径：1、细化晶粒；2、降低有害元素的含量；3、调整合金元素含量；4、降低钢中的含碳量一、合金元素对钢的冷态成型的影响：低的屈服强度，高的延伸率，高的均匀伸长率，高的加工硬化率（n值），高的深冲性参量（r 值）适当而均匀的晶粒度；控制夹杂物的形状和

10、分布；游离渗碳体的数量和分布。二、合金元素对钢的切削加工性的影响：非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。三、合金元素对钢的焊接性的影响：采用碳当量为比较的基础，由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。碳当量越低，焊接性能越好。四、合金元素对钢的热处理工艺性的影响：合金元素对马氏体淬透性的影响作业：1、如果要提高钢的强度，有哪些措施？2、如果要提高钢的韧性，有哪些措施？3、钢有哪些主要的工艺性能？请选择一种工艺性能，设想采用何种合金化手段来改善这种工艺性能。第五章微量元素在钢中的作用知识点：微量元素的作用、钢的微合金化问题：1.概述微量元素在钢中的有害作用，并举例说明之。2、概述微量元素在钢

11、中的有益效应，并举例说明之。讨论：一、微量元素的有害影响一些微量元素不是有意加入的，而是在炼钢过程中由原材料（矿石、合金元素、废钢）带入的，它们在钢中的总量0.1%，在钢的常规分析中常常不能测定出来，这些元素亦称为微量痕迹元素。例如，Pb,Bi,Sb,Sn 等元素在PPM 数量范围内就会对钢的热塑性、蠕变强度、焊接性、耐腐蚀性等产生有害的影响，并且可能导致钢的不同形式的脆性（如回火脆性）。二、微量元素的有益效应1.净化作用硼、稀土元素与钢中的O、N 结合形成比重小（易上浮）的化合物，可降低钢中的气体含量，减少非金属夹杂物。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -

12、2.变质作用硼、稀土元素与钢液反应，形成微细质点，增大形核率，抑制柱状晶的成长，细化铸铁组织，改善铸锭冶金质量。3.控制夹杂物形态在添加 Mn,Si 的基础上，添加少量Zr,Re 和 Ca 来控制和改善夹杂物的形态，使钢材的力学性能得到提高。三、钢的微合金化例如：在低碳钢中加入微量Nb、Ti、V，通过控轧和控冷，生产量大面广的微合金高强度钢。例如：在高速钢、耐热钢中加入微量Nb、Zr、B，可改善钢的高温强度等。第六章工程构件用钢知识点：碳钢、低合金高强度钢、微合金化钢、双相钢的成分和性能特点；控轧控冷、双相处理。问题：1、钢中常存元素有哪几个？它们与钢的性能有什么影响？2、人们对低合金高强度钢

13、的性能有什么要求？3、请概述合金元素在低合金高强度钢中的作用。4、普通碳钢和低合金高强度钢一般是在何种状态下使用？（即在使用条件下是哪种微观组织），如何获得这种组织状态？5、控制轧制有何特点？它与常规热轧的区别在哪里？要控制轧制可能有什么困难？6、概述双相钢的组织性能特征。7、请说明双相钢有几种获取方法。8、为了调节双相钢中马氏体百分含量，有几种手段和方法（包括材料的成分和处理和工艺）。9、为了调节双相钢中马氏体的含C 量，有几种手段和方法（包括材料的成分和处理和工艺）。讨论：碳钢：以Fe-C 为主，还有Mn、Si、S、P 及气体 N2、H2、O2 常存元素。Ni、Cr、Cu、V、Ti、Mo

14、视原材料来源而不同。低合金高强度钢：屈服强度由240 260Mpa 增高到 340360Mpa。低合金高强度钢基本成分：低C（一般限制在0.2%以下）；稍高的Mn 含量；Al 细化晶粒；适当用Si 强化；利用Nb、V、Ti 细化晶粒和产生沉淀强化微合金化钢：低含C 量（限制在0.1%以下）。弥散分布Al、Nb、Ti 和 V 的氮化物、碳化物和碳氮化合物显微组织：大量的铁素体和较少量的可见珠光体，极细的晶粒度。控轧控冷：主要目的是细化晶粒组织，提高热轧钢的强韧性。三个阶段：高温再结晶区变形；Ar3 稍上的无再结晶区变形；两相区变形。双相钢：显微组织由铁素体+珠光体 铁素体+岛状马氏体+奥氏体，双

15、相组织的获得方法：热处理双相处理，热轧双相处理作业：1、碳钢含有哪5 种常见元素，它们对碳钢的性能有何影响？2、简单介绍低合金高强度钢的合金化思路。3、何谓控制轧制和控制冷却？4、双相钢组织性能特点和获取方法。第七章机器零件用钢知识点：调质钢、弹簧钢、轴承钢、渗碳用钢、氮化用钢、低碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、易切削钢的成分、处理工艺、组织和性能特点。问题：1.合金元素在调质钢中的主要作用有哪些?2.钢铁零件选择调质钢的主要依据有哪些?3.某一调质钢零件经调质处理后,硬度值、抗拉强度值均符合要求,但是零件的疲劳寿命却大幅度下降.请分析原因.4.某一调质钢零件经调质处理后,屈服强度

16、、延伸率均符合要求,但是零件的冲击韧性却明显低于正常值.请分析原因.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -5.某一 40Cr 零件,技术要求 b 700MPa,5.5%,经调质处理后零件的 b 1000MPa,550MPa,45%,65%不合格,请分析原因以及补救措施.6.某一重要螺栓技术要求 b 850,s 700,ak 600,请选择一种调质钢,并制定热处理工艺.7.请介绍弹簧钢的成分特点和常规热处理工艺。8.请介绍轴承钢的成分特点和常规热处理工艺。9.请叙述渗C 钢的成分设计要点。10.请叙述渗C 钢的合金化原则。讨论：调质钢：成分：中等含碳量、加入的合

17、金元素与淬透性、回火抗力有关。性能：强度、塑性及韧性良好配合。热处理：淬火（淬透）高温回火（500 650）；金相组织是回火索氏体。调质钢的高温回火脆性问题。弹簧钢：成分：含碳量一般0.460.75%，最常加入的合金元素为锰、硅、铬。弹簧的性能要求：高的强度极限、高的弹性极限e、高的屈强比s/b、高的疲劳极限、良好的表面状态。热处理：淬火中温回火；金相组织是回火屈氏体。轴承钢：成分：较高的含碳量，铬是常用的合金，磷、硫严格限制。轴承钢的性能：高的淬硬性、高的耐磨性、高的接触疲劳性能、尺寸稳定性。热处理：球化退火和淬火低温回火；金相组织隐晶马氏体基体分布细小碳化物渗碳钢：性能要求，心部高的屈服强

18、度、高的弯曲疲劳性能；表面高的耐磨性。成分：零件从表面高碳(0.81.1%C)到中心低碳(0.100.25%C)连续过渡的化学成分；根据心部要求确定钢的含碳量和合金（强韧、淬透性）；根据表面渗碳工艺确定钢种合金。热处理：基体热处理和表面热处理。氮化钢：氮化钢的情况与渗碳钢相类似。低碳马氏体钢：低碳马氏体钢替代调质钢。成分：；热处理：；性能：低的缺口敏感性、冷脆倾向较小、更好的强、塑、韧性的配合、良好的工艺性能。超高强度钢：抗拉强度在1500MN/m2以上，调质钢淬火低温回火耐磨钢：耐磨钢一般是指高锰钢易切削钢：钢中加入一种或几种元素，形成对切削加工有利的夹杂物。作业：1、请介绍调质钢的成分特点

19、和常规热处理工艺。2、请介绍弹簧钢的成分特点和常规热处理工艺。3、请介绍轴承钢的成分特点和常规热处理工艺。4、请叙述渗C 钢的成分设计要点。第八章工模具用钢知识点：碳素和低合金工具钢和高速钢；碳素及低合金模具钢、高铬模具钢、热变形模具钢问题：1、什么是热稳定化？2、简述高速钢的二次硬化现象。3、请以 1 种碳素工具钢或低合金工具钢为例，介绍其中预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。4、何为高速钢的铸态组织，请说明主要合金元素的作用。5、请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法。6、请以一种高速钢为例，介绍其热处理工艺和特点。7、请介绍3 种高速钢的热处理缺陷以

20、及产生原因。8、Cr12MoV是何种钢种，请简述碳、铬、钼、钒在钢中的含量和作用。9、冷作模具钢（Cr12MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？它们工艺以及性能有什么区别？10、请以一种热挤压模具钢为例，介绍其成分特点，热处理工艺以及最终的组织和性能特征。11、如要制作一批木工工具，请选择合适的钢材，并制定正确的热处理工艺。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -12、有一批CrWMn 钢制作的扳手，热处理后发现硬度 HRC 57，请分析各种可能的原因。13、有一把用高速钢制作的铣刀，在刃部温度600的环境下，使用不久就磨损，请分析各种可能的原因，并寻找补

21、救措施？讨论：碳素工具钢、低合金工具钢：成分：高碳、合金（淬透性、碳化物）热处理：球化退火，淬火（Ac1+30-50）和低温回火性能：高的耐磨性、高硬度、足够的韧性；高速钢：成分：碳0.70.9%、合金元素W、Mo、Cr、V 和 Co，高合金莱氏体钢。性能：高速切削性能和耐磨性高速钢的锻造和热处理：锻造、退火、高温淬火、三次回火高速钢中的碳化物，在退火状态下都含有MC、M6C、M23C6。高速钢刃具的热处理缺陷：过热、过烧、萘状断口：碳素及低合金模具钢：成分：高碳、低合金性能：高的硬度(HRC60)和耐磨性、心部具有足够的韧性、足够的抗压屈服强度。热处理：淬火（Ac1+30-50）和低温回火高

22、铬模具钢（Cr12MoV）：成分：较高的碳(1.4-2.3%C)和大量的铬(11-13%Cr)性能：高的耐磨性、高的淬透性、小的淬火变形、高的红硬性和耐磨性。热处理：高淬高回（热强高）、低淬低回（强韧性好）。热变形模具钢：成分：5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV 性能：在工作温度下有高的强度、硬度、耐磨性，高的热疲劳抗力、抗氧化性。热处理：淬火和高温回火。作业：1、请以 1 种低合金工具钢为例，介绍其中预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。2、请以一种高速钢为例，介绍其热处理工艺和特点。第九章不锈钢知识点：腐蚀的类型、不锈钢的性能、铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢问

23、题：1、人们对不锈钢有哪些性能要求。2、请举例3 种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程。3、合金元素提高钢的耐蚀性的途径有哪几种？4、请概述常见不锈钢类型和性能特点。5、铁素体不锈钢的粗晶脆性是怎么产生的，如何消除？6、铁素体不锈钢的相是怎么产生的，如何消除？7、铁素体不锈钢的475是怎么产生的，如何消除？8、请各举一种Cr13 型不锈钢制作 机械零件 工具，并制定热处理工艺。9、请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性。10、什么是不锈钢中的n/8 定律，它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？11、总结铬镍钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法。12、分析 188 不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法。

24、13、上海大众公司需要 1.8 3.0mm 的一系列不锈钢高强度钢丝，（b 1800Mpa），请选择合理的材料以及加工路线。讨论：不锈钢性能：尽可能高的耐蚀性、良好的机械性能、良好的工艺性、好的经济性。提高钢耐蚀性途径：提高钢基体的电极电位、钢具有单相组织、具有稳定钝化区的阳极极化曲线、表面生成稳定的表面保护膜。n/8 规律:铁铬二元合金固溶体电位的n/8 规律典型铁素体不锈钢:牌号和成分：0Cr13、Cr17、Cr25 等。组织、性能名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -铁素体不锈钢的脆性典型马氏体不锈钢:牌号和成分：2Cr13、高碳的9Cr18、低碳的1C

25、r17Ni2 等。热处理:淬火+高温回火(调质)、淬火+低温回火、组织、性能奥氏体不锈钢：牌号和成分：18Cr-8%Ni 为典型成分。组织、性能奥氏体不锈钢的晶间腐蚀降低钢中碳含量；添加稳定碳化物形成元素(Ti、Nb)；钢固溶处理作业：1、合金元素提高钢的耐蚀性的途径有哪几种？2、总结铬镍钼奥氏体不锈钢的成分特点和热处理方法。第十章耐热钢知识点：抗氧化钢、热强钢问题：1.人们对钢的抗氧化有何要求？简述提高抗氧化性的途径。2.人们对钢的热强性能有何要求？简述提高热强性能的途径。讨论：一、抗氧化钢1、钢的抗氧化性能要求氧化膜比较致密,不利于铁原子在氧化膜中的扩散;要求氧化膜与金属基体有较好的结合,

26、不容易破坏和脱落。2、提高钢抗氧化性能的途径添加 Cr,Al,Si 合金元素；提高钢氧化膜的稳定性,使 FeO 的形成温度高;形成致密的氧化膜.二、热强钢1、钢的热强性能要求钢有较高的蠕变极限和高温持久强度，以及良好的高温疲劳性能。2、提高热强性的途径增加 Cr,Mo 等元素的固溶强化；降低 S、P 杂质元素含量；用 B、Ti、Zr 进行晶界强化；通过碳化物和金属间化合物的弥散相强化。第十一章铸铁知识点：白口铸铁;麻口铸铁;灰口铸铁（灰铸铁;球墨铸铁;可锻铸铁;蠕墨铸铁）问题：1.请叙述铸铁的分类。2.铸铁的成分与钢有何较大的区别？3.铸铁的组织与钢有何较大的区别？4.铸铁的性能与钢有何较大的

27、区别？5.请分析影响铸铁石墨化的诸因素。6.铸铁中的碳、硅含量与共晶温度有什么关系，共晶温度大小与铸铁组织有什么关系？7.请制定铁素体基体的可锻铸铁热处理工艺，并说明理由。8.球墨铸铁的基体可能有几种（尽可能说得全面些），它们分别是如何获得的？讨论：一般铸铁的成分、组织和性能：普通铸铁的化学成分一般为24碳，13硅，0.020.25硫，0.051.0磷。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的，铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体珠光体、经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低

28、；但是铸铁具有良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性、优良的切削加工性和优良的铸造性能。铸铁的石墨化铸铁石墨化过程的热力学和动力学条件铸铁的石墨化过程（或阶段）；影响铸铁石墨化的因素化学成分的影响；冷却速度的影响灰口铸铁（成分组织和性能）：灰铸铁经热处理后产生的强化效果不如钢灰铸铁的性能与石墨片的数量、大小、分布有关。可锻铸铁（成分组织和性能）：退火热处理球墨铸铁（成分组织和性能）：球墨铸铁的球化处理与孕育处理热处理特点：通过改变加热温度来控制基体组织，从而获得不同的机械性能。作业：1、铸铁的成分与钢有何较大的区别？2、铸铁的组织与钢有何较大的区别？3、铸铁的性能与钢有何较大的区别？4、球墨

29、铸铁的基体可能有几种（尽可能说得全面些），它们分别是如何获得的？第十二章有色金属第一节铝和铝合金知识点：铸造铝合金；变形铝合金问题：1.铸造铝合金、变形铝合金、可热处理铝合金是根据什么来区分的？2.请简述铝合金的强化途径。3.请简述铝合金的时效过程。4.请简述影响铝合金的时效强化的因素。5.请说明下列铝合金的类型：LF5，LY12，LC4，LD5，ZL101 讨论：铝合金的特性。合金元素对铝的强化作用：固溶强化；时效强化；过剩相强化；细化组织强化铝合金热处理强化铝合金时效的基本过程变形铝合金：防锈铝合金；硬铝合金；超硬铝合金；锻铝合金铸造铝合金：铝-硅；铝-铜；铝-镁；铝-锌铸造铝合金的变质处理作业：1、铸造铝合金、变形铝合金、可热处理铝合金是根据什么来区分的？2、请简述铝合金的强化途径。3、请简述铝合金的时效过程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -