材料与热处理标准

(完整word版)工程材料及热处理(完整版)

工程材料及热处理 一、名词解释（20分）8个名词解释 1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。 2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。 3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。 4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。 5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相 6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。 7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。 奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或 F表示。 8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。这种现象称为钢的热脆。 冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零

件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。 氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。 9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。 10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。 含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。 11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。 12.正火：将钢加热到3c A或ccm A以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。 13.淬火：将钢加热到3c A或1c A以上的一定温度，保温后快速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺。 14.回火：将淬火钢加热到临界点1c A以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。（低温回火-回火马氏体；中温回火-回火托氏体；高温回火-回火索氏体） 15.回火脆性：淬火钢回火时，其冲击韧性并非随着回火温度的升高而单调地提高，在250-400℃和450-650℃两个温度区间内出现明显下降，这种脆化现象称为钢的回火脆性。

工程材料与热处理作业题参考答案

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？ 答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。 答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。 间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合， 且半径比r X /r M ＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物 硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正 确？为什么？ （1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。 （2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。 答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。 （2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示： (1)填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？ 为什么？ 答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体） Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，） 在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。 (2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。 答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示: α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知: Wα=O 1b/ab*100%, W L = O 1 a/ab*100% 同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%, Wα=O 2n/mn*100%, W mg2Cu = O 2 m/mn*100% (3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。 答:各相变过程如下(如右图所示): xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相 py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束 yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L?α+Mg 2 Cu y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低. 5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。 答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。 不同的是， 纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由

工程材料及热处理复习资料

一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。 置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳）改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√） 6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（╳） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（√） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√） 11、铁素体是置换固溶体。（╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（√） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（╳） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。 18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（╳） 改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（√） 20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（╳） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（√） 22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（√） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（╳） 改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（√） 25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳） 改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（√） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（╳）改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。

工程材料与热处理 第2章作业题参考答案

工程材料与热处理第2章作业题参考答案1( 常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 3a原子半径= (设晶格常数为a) 4 致密度0.68

单位晶胞原子数为4 配位数为12 2a原子半径= (设晶格常数为a)致密度0.74 4

密排六方: 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12，原子半径为 1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响? 点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系,它对结晶后的晶粒大小有何影响, 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。

4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些? 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。 控制金属晶粒大小的方法有:增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5(如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小: (1)金属型浇注与砂型浇注: (2)浇注温度高与浇注温度低; (3)铸成薄壁件与铸成厚壁件; (4)厚大铸件的表面部分与中心部分 (5)浇注时采用振动与不采用振动。 (6)浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小; (3) 铸成薄壁件的晶粒较小; (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小; (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6(金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点? (1) 表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最高; (2) 柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容

常用材料热处理及热处理代号

常用金属材料及热处理代号 硬度 材料牌号 图纸热处理标注 HB HRc 热处理目的 Q235-A ─ 不热处理 16Mn─ 不热处理 渗碳淬硬S-C59 表面≥59表面耐磨，心部韧性高，去碳处可钻孔 20 20Cr 渗碳高频淬硬 S-G59 表面≥59表面耐磨，心部韧性高，不淬硬处可钻孔正火Z ≤230 组织均匀化，消除应力 调质T235 220～250提高性能，改善组织 调质T265 250～280提高性能，改善组织 淬硬C35 30～40 变形小，硬度略提高 淬硬C42 40～45 提高强度和耐磨性，有一定的韧性 淬硬C48 45～50 提高强度和耐磨性，有一定的韧性高频淬硬G48 表面45～50表面耐磨，心部韧性高，变形小 45 40Cr 高频淬硬G52 表面50～55表面耐磨，心部韧性高，变形小 调质T265 250～280提高性能，改善组织 38CrMoAlA 氮化D900 HV≥850 提高表面硬度及耐磨性，耐疲劳，耐腐蚀性能 退火Th ≤230 降低硬度 65Mn 60Si2MnA 50CrVA 淬硬C42 40～45 提高强度和弹性 退火Th ≤230 降低硬度 GCr15 淬硬C59 ≥59 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤230 降低硬度 T8A 淬硬C58 55～60 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤230 降低硬度 T10A T12A 淬硬C62 ≥62 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤255 降低硬度 9SiCr Cr12MoV W18Cr4V 淬硬C62 ≥62 提高硬度和耐磨性 HT100 HT200 HT250 热时效去应力 QT400-15 QT600-3 热时效去应力 ZG200-400 ZG270-500 正火Z ZCuSn5Pb5Zn5 ─不热处理 ZAlSi7Mg ─不热处理 T2 ─不热处理 H62 ─不热处理 L2 ─不热处理

工程材料及热处理期末A

班级（学生填写） ： 姓名： 学号： 命题： 审题： 审批： ----------------------------------------------- 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------------- （答题不能超出密封线）

班级（学生填写）： 姓名： 学号： ------------------------------------------------ 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------ （答题不能超出密封线） 9. 碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。 ( ) 10. 感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。( ) 三、选择题：(每题1分，共10分) 1. 钢中加入除Co 之外的其它合金元素一般均能使其C 曲线右移，从而（ ） A 、增大VK B 、增加淬透性 C 、减小其淬透性 D 、增大其淬硬性 2. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（ ） A 、强度硬度下降，塑性韧性提高 B 、强度硬度提高，塑性韧性下降 C 、强度韧性提高，塑性韧性下降 D 、强度韧性下降，塑性硬度提高 3. 常见的齿轮材料20CrMnTi 的最终热处理工艺应该是（ ） A 、调质 B 、淬火+低温回火 C 、渗碳 D 、渗碳后淬火+低温回火 4. 某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ ） A 、时效强化 B 、固溶强化 C 、形变强化 D 、热处理强化 5. 下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（ ） A 、Q235 B 、45 C 、60Si2Mn D 、T12 6. 下列合金中，哪种合金被称为巴氏合金（ ） A 、铝基轴承合金 B 、铅基轴承合金 C 、铜基轴承合金 D 、锌基轴承合金 7. 下列钢经淬火后硬度最低的是（ ） A 、Q235 B 、40Cr C 、GCr15 D 、45钢 8. 高速钢淬火后进行多次回火的主要目的是（ ） A 、消除残余奥氏体，使碳化物入基体 B 、消除残余奥氏体，使碳化物先分析出 C 、使马氏体分解，提高其韧性 D 、消除应力，减少工件变形 9. 过共析钢因过热而析出网状渗碳体组织时，可用下列哪种工艺消除（ ） A 、完全退火 B 、等温退火 C 、球化退火 D 、正火 10. 钢的淬透性主要决定于其（ ）

常用材料热处理

常用材料热处理

材料热处理中的特性： 淬透性（可淬性）：指钢接受淬火的能力 零件尺寸越大，内部热容量也越大，淬火时冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种现象叫做“钢材的尺寸效应”。但淬透性大的钢，尺寸效应不明显。 由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸零件时用碳钢正火比调质更经济。 常用钢种的临界淬透直径De mm 常用材料的工作条件和热处理 渗碳钢：（含碳量0.1～0.25％） 10、15、20、 15Cr、20Cr、20Mn2、20CrMn、20CrMnVB 25MnTiB、18CrMnTi、20CrMnTi、20CrMnMo 30CrMnTi、20Cr2Ni4A、12CrNi3A、18Cr2Ni4W A

渗碳钢在高温下长时间保温，晶粒易于长大，恶化钢的性能。 表面含碳量在0.85～1.05％，表层硬度≥56～65(HRC) 心部含碳量在0.18～0.25％，HRC30~45 含碳量在0.3％时，HRC30~47 常用渗碳钢渗碳后的硬度 调质钢（含碳量0.25～0.5％） 40、45、40Cr、50Mn2、35CrMo、30CrMnSi、 40CrMnMo、40MnB、40MnVB、40CrNiMoA 38CrMoAlA 碳素调质钢淬透性低。 常用调质钢的调质硬度 调质钢对表面耐磨性要求较高时还需高频淬火，要求耐磨性更高时则需渗氮。

弹簧钢含碳量：碳素弹簧钢0.6～0.9％ 合金弹簧钢0.45-0.7％ 弹簧钢的选用： 钢丝直径<12～15mm 65、75 弹簧≤25mm 65Mn、55Si2Mn 60Si2Mn、70Si3MnA 钢丝直径≤30mm 50CrVA、50CrMnVA 重要弹簧 60Si2CrVA、65Si2MnVA 弹簧钢的热处理一般是淬火加中温回火 热处理的硬度一般为 HRC41-48 对于一般小弹簧（钢丝截面D<10mm）不淬火，只作250～300去应力处理。 65Mn淬硬性好，硬度≥HRC59。 轴承钢含碳量0.95～1.10％ 含铬量0.5～1.65％ GCr9 GCr15 GCr15SiMn GsiMnV GMnMoVRE GSiMnMoV GSiMnVRE GSiMnMoVRE GMnMoV 轴承承受高压集中周期性交变载荷，由转动和滑动产生极大的摩擦。 轴承钢一般首先进行球化退火—淬火—低温回火，硬度为HRC61-65。

工程材料与热处理 第7章作业题参考答案

1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？ 答：按照碳的存在形态不同铸铁分三类：白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，该类铸铁硬、脆，很少直接用；灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，该类铸铁因石墨形状不同而性能不同，用途不同；麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，该类铸铁也硬、脆，很少直接用。 2.影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？ 答：（1）铸铁的化学成分对石墨化的影响: 碳和硅是强烈促进石墨化的元素；锰是阻碍石墨化的元素。它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化；硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆；磷是一个促进石墨化不显著的元素。（2）冷却速度对石墨化过程的影响： 冷却速度越慢，越有利于石墨化。 3.在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？ 答：由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行，形成的组织中存在大量的莱氏体，性能硬而脆，切削加工比较困难。 4.在铸铁中，为什么含碳量与含硅量越高时，铸铁的抗拉强度和硬度越低？ 答：因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅含量越高，越容易石墨化。而石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应

力集中，形成脆性断裂。 5.在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段（包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨）、第二阶段（共析石墨）完全石墨化、部分石墨化、未石墨化，问它们各获得哪种组织的铸铁？ 答： 6.什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？ 答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。 7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？答：球墨铸铁析出的石墨呈球状，对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美，特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍，一般钢的屈强比为0.3-0.5，而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，

工程材料与热处理第3章作业题参考答案

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了 答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在举例说明之。 答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。 间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X/r M＞时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确为什么 （1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。 （2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B 量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。 答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。 （2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。 (3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示：

常用金属材料及热处理

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铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。（2）保温时间的确定淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。表1碳钢在箱式电炉中加热时间的确定加热圆柱形工件形状方形板形温度(℃)分钟/每毫米直径70080090010001.51.00.80.4保温时间分钟/每毫米厚度2.21.51.20.6分钟/每毫米厚度321.60.8（3）冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。为此，可根据c曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650～550℃）进行快冷（即与c曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300～100℃）时冷却速度则尽可能小些。为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等).不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别。各种冷却介质的特性见表2.表2几种常用淬火介质的冷却能力在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）冷却介质650～550℃18℃的水50℃的水10％nacl 水溶液（18℃）10％naoh水溶液（18℃）10％naoh水溶液（18℃）蒸馏水（50℃）硝酸盐（200℃）菜籽油（50℃）矿务机油（50℃）6001001100120XX0025035020XX50300～

常用材料热处理工艺

常用材料热处理工艺 Prepared on 22 November 2020

常用材料热处理工艺二、ASTM A182 F22 1．退火（A）≥90±10℃炉冷； 2．回火（T）≥675℃ 3．HB≤170（一级）156~207（三级） 三、ASTM A694 F60，F52 1．N+T或Q+T N（Q）：920±10℃保温，空冷（水淬） T：≥540±10℃保温，空冷 2．HB实测 四、16MnJB4726-2000 或N+T N：930±10℃保温，空冷 T：≥600±10℃保温空冷 2．HB：121~178 五、16MnDJB4727-2000 1．Q+T Q：930±10℃保温，水冷 T：≥600±10℃保温空冷 2．HB实测 六、A105ASTM A105-2002 1．正火（N）：900±10℃保温，空冷

2：HB：137~187 七、20# JB4726-2000 1．正火（N）：910±10℃保温，空冷 2．HB：106~159 八、LF2ASTM A350 LF2 1．淬火+回火（Q+T） Q：870~940℃保温，水冷 T：540~665℃保温，空冷 2．HB≤197 九、LF3ASTM A350-2002b 1．淬火+回火（Q+T） Q：870~940℃保温，水冷 T：540~665℃保温，空冷 2．HB≤197 十、15CrMo JB4726-2000 1．淬火+回火（Q+T） Q：900±10℃保温，水冷 T：≥620℃保温，空冷 2．HB：118~180 十一、1Cr5Mo JB4726-2000 1．淬火+回火： Q：880~900℃，保温，水冷

工程材料以与热处理复习资料全

工程材料以及热处理复习资料-----------------------作者：

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一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。 临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√） 6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（╳） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（√） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√） 11、铁素体是置换固溶体。（╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（√） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（╳） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。 18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（╳）改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（√） 20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（╳） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（√） 22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（√） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（╳）改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（√） 25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳）改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（√） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（╳）改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。

工程材料与热处理第2章作业题参考答案

1.常见的金属晶格类型有哪些？试绘图说明其特征。 i 4 I 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 <3 原子半径=—a （设晶格常数为a） 4 致密度0.68

面心立方： 单位晶胞原子数为4 配位数为12 原子半径=_2a（设晶格常数为 4 a）致密度0.74

密排六方： 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12,原子半径为1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷？晶体缺陷对金属的性能有何影响点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度？过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？ 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。 4金属的晶粒大小对力学性能有何影响？控制金属晶粒大小的方法有哪些 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。

控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5?如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： (1) 金属型浇注与砂型浇注： (2) 浇注温度高与浇注温度低； (3) 铸成薄壁件与铸成厚壁件； (4) 厚大铸件的表面部分与中心部分 (5) 浇注时采用振动与不采用振动。 (6) 浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小； (3) 铸成薄壁件的晶粒较小； (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小； (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6 ?金属铸锭通常由哪几个晶区组成 ？它们的组织和性能有何特点 ？ (1) 表层细等轴晶粒区 金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最 高； (2) 柱状晶粒区 在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容 易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。 (3) 中心粗等轴晶粒区 由于铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不 存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然 其强度和硬度 低，但塑性和韧性良好。 7?为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性 ？ 因为单晶体中的不同晶面和晶向上的原子密度不同， 导致了晶体在不同方向上的性能不 同的现象，因此其性能呈现各向异性的。 而多晶体是由许多位向不同的晶粒组成， 虽然每个晶粒具有各向异性， 但不同位向的各晶粒 的综合作用结果，使多晶体的各方向上性能一样，故显示出各向同性。 &试计算面心立方晶格的致密度。 4 3 4 一 r 3 3 a 9?什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响 ？ 所谓位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 随着位错密度的增加金属的强度会明显提高。 0.74 74% nv V

工程材料与热处理 第6章作业题参考答案

1.从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和 碳钢的差异，并简单说明原因。 为提高钢的机械性能、工艺性能或物化性能，在冶炼时有意往钢中加入一些合金元素而形成新的合金，这种合金称为合金钢。 合金钢与碳钢比较，合金钢的力学性能好，热处理变形小，耐磨性好，热硬性好。 因为合金钢在化学成分上添加了合金元素，可形成合金铁素体、合金渗碳体和合金碳化物，产生固溶强化和弥散强化，提高材料性能；加入合金元素可提高钢的淬透性，降低临界冷却速度，可减少热处理变形；碳钢虽然价格低廉，容易加工，但是淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低。 2.解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi,40Cr, 16Mn,T10A,Cr12MoV,W6Mo5Cr4V2,38CrMoAlA,5CrMnMo,GCr15,55S i2Mn。 20CrMnTi的含碳量为0.17%-0.24%，Cr，Mn，Ti<1.5%，是渗碳钢，热处理方法是在渗碳之后进行淬火和低温回火。 40Cr的含碳量为0.37～0.45％，Cr <1.5%，是调质钢，热处理方法是淬火加高温回火。 16Mn中碳的含量在0.16%左右，锰的含量大约在1.20%-1.60%左右，属于低合金钢，热处理方法是：热轧退火（正火）。 T10A为含碳量在0.95～1.04的高级优质碳素工具钢，热处理方法

是淬火和低温回火。 Cr12MoV碳 C ：1.45～1.70，铬 Cr：11.00～12.50，Mo，V<1.5%，是冷作模具钢，热处理方法是淬火和低温回火。 W6Mo5Cr4V2碳 C ：0.80～0.90，钼 Mo：4.50～5.50，铬 Cr： 3.80～ 4.40，钒 V ：1.75～2.20，是高速钢，热处理方法是淬火 +高温回火。 38CrMoAlA碳 C ：0.35～0.42，Cr，Mo，Al<1.5%，是高级优质合金渗氮钢，热处理方法是：调质处理+渗氮。 5CrMnMo碳 C ：0.50～0.60，Cr，Mn，Mo<1.5%，是热作模具钢，热处理方法是搓火加中高温回火。 GCr15：C：0.95-1.05，Cr:1.30-1.65，是滚动轴承钢，热处理方法是：淬火+低温回火。 55Si2Mn碳 C ：0.52～0.60，硅 Si：1.50～2.00，Mn<1.5%，是弹簧钢，热处理方法是淬火加中温回火。 3.比较9SiCr,Cr12MoV,5CrMnMo,W18Cr4V等四种合金工具钢的成分、 性能和用途差异。 9SiCr的成分：相当于在T9钢的基础上加入1.2%-1.6%的Si和 0.95%-1.25%的Cr。 性能：硬度和耐磨性良好，无热硬性。 用途：适用于截面较厚要求淬透的或截面较薄要求变形小的、形状较复杂的工模具。

各种材料热处理硬度

常用金属材料热处理硬度 常用金属材料热处理规范 ┏━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┓┃┃临界点┃热处理规范┃硬度┃ ┃钢号┃┣━━━━┳━━━━━━━┳━━━━┫┃ ┃┃（℃）┃工序名称┃加热温度（℃）┃冷却方式┃HB HRC ┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 735 ┃正火┃ 880- 930 ┃空冷┃HB≤156┃ ┃２０┃Ac3 855 ┃渗碳┃ 920- 950 ┃┃┃ ┃┃Ar3 835 ┃渗碳淬火┃ 860- 880 ┃水或油冷┃HRC＞56 ┃ ┃┃Ar1 680 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃芯部HB150 ┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 724 ┃正火┃ 850- 890 ┃空冷┃HB≤185┃ ┃３５┃Ac3 802 ┃退火┃ 840- 890 ┃炉冷┃┃ ┃┃Ar3 774 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃ ┃┃Ar1 680 ┃淬火┃ 850- 890 ┃水冷┃HRC≥47┃ ┃┃┃回火┃ 500- 540 ┃空冷┃HB241-286 ┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 724 ┃退火┃ 820- 840 ┃炉冷┃HB≤207┃ ┃４５┃Ac3 780 ┃正火┃ 830- 870 ┃空冷┃HB≤229┃ ┃┃Ar3 751 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃ ┃┃Ar1 682 ┃淬火┃ 820- 860 ┃水冷┃HRC50-60 ┃ ┃┃┃回火┃ 520- 560 ┃空冷┃HB228-286 ┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 735 ┃正火┃ 900- 930 ┃空冷┃HB≤179┃ ┃┃Ac3 854 ┃高温回火┃ 659- 680 ┃空冷┃┃ ┃20Mn ┃Ar3 835 ┃┃┃┃┃ ┃┃Ar1 682 ┃┃┃┃┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃AC1 734 ┃退火┃ 830- 880 ┃炉冷┃┃ ┃35Mn ┃AC3 812 ┃正火┃ 850- 880 ┃空冷┃HB≤187┃ ┃┃Ar3 796 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃ ┃┃Ar1 675 ┃淬火┃ 850- 880 ┃水或油冷┃HRC50-55 ┃ ┃┃┃回火┃ 400- 500 ┃空冷┃HB302-332 ┃ ┗━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━┛┏━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┓┃┃临界点┃热处理规范┃硬度┃ ┃钢号┃┣━━━━┳━━━━━━━┳━━━━┫┃ ┃┃（℃）┃工序名称┃加热温度（℃）┃冷却方式┃HB HRC ┃ ┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 726 ┃退火┃ 820- 850 ┃炉冷┃HB≤217┃ ┃45Mn ┃Ac3 790 ┃正火┃ 830- 860 ┃空冷┃┃ ┃┃Ar3 768 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃

常用齿轮材料及热处理

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常用齿轮材料及热处理： 为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。 对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。 常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。 钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： 1．表面淬火? 常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 2．渗碳淬火? 常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。??? 3．渗氮? 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。 4．调质? 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。? 5．正火? 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30- 50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。 来源：