工程材料及成形工艺基础

7.过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度愈快，过 24.正火：将钢加热到 Ac1 或 Accm 以上 30-50℃，保
冷度愈大
温，得到均匀的单相 A，再于空气中自然冷却，获得
8.细晶强化：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都 细小的珠光体组织，主要是索氏体组织。对亚共析钢
随晶粒的细化而提高。 9.细晶强化的措施：增加过冷度，变质处理，机械振 动、超声波振动和电磁振动 10.单晶体塑性变形的两种方式：滑移和孪生。
◇2 消除残余内应力，减少钢淬火时产生变形或开裂 ◇3 细化晶粒，改善组织，提高力学性能 ◇4 为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备
iii. 改变过冷奥氏体转变曲线 iv. 提高回火抗力 v. 回火脆性
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7. 缩孔和缩松是在液态收缩和凝固收缩阶段得不到
含碳量 0.1%-0.25%之间，以满足渗碳工艺要求
及时补缩形成的，而变形和裂纹是因为铸造应力
热处理：在机械加工到留有磨削余量时，进行渗碳处 8. 合金的铸造性能主要包括充型能力和收缩
理并空冷后，再进行淬火和低温回火，零件表面为高 碳回火马氏体加细小碳化物，具很高硬度和耐磨性 34.超高强度钢
◇2 滑移总是沿着原子排列最密的原子面进行
优质碳素结构钢 45，40Mn，含碳量 0.01%为单位
◇3 滑移的距离是原子间距的整数倍
碳素工具钢 T8,T8A，含碳量 0.1%为单位，A 高级优质
◇4 滑移同时伴随着转动
铸造碳钢 ZG200-400，屈服强度不低于 200 MPa，抗拉
12.加工硬化：金属在塑性变形过程中，随着变形量的 增加，金属的强度硬度上升，塑性和韧性下降的现象 13.形变织构：金属大量变形后各晶粒某些位向趋于一
火后整个截面获得较均匀组织。
起模斜度，铸造圆角，收缩率，型芯尺寸及芯头
热处理：球化退火、淬火及低温回火
16. 防止铸件变形除采用反变形法还可采用设计时壁
37.高碳低合金工具钢（9SiCr）
厚均匀，同时凝固
含碳量 0.85%-1.5%
热处理：淬火并低温回火，得到高碳马氏体加粒状碳 化物组织 38.高碳高合金工具钢 ◇1 高速钢 含碳量 0.7%-1.5%（W18Cr4V） 热处理：球化退火、淬火和多次高温下的回火
体全部球化，球化退火使渗碳体全部球化，获得
力学性能 13. 工程上消除比重偏析的措施有加快冷却速度，增
加搅拌或其他合金元素
良好力学性能，淬火提高硬度和耐磨性，低温回 火消除淬火应力，稳定组织 36. 合金元素与碳的亲和力越强，就越难溶入铁素体
14. 根据共析碳钢相变过程中原子的扩散情况，珠光 体转变属于扩散型转变，马氏体转变属于非扩散 型转变
中，越易聚集长大 37. 普通低合金结构钢具有良好的塑性是因含碳量低 38. 弹簧钢热处理限制在 900℃以下是为了保留更多
15. 含二次渗碳体最多的合金成分为 w（c）=2.11% 16. 铸件生产过程中，细化金属铸件晶粒可采用的途
径有增大过冷度，变质处理，附加振动
碳化物，增加耐磨性 39. 钢的热硬性主要取决于马氏体的回火稳定性 40. 铸铁进行热处理的主要功能是改变基体组织，不
30.不重要零件，综合力学性能要求不高时可选用中碳
变形失效，断裂失效，腐蚀失效，磨损失效
钢，经正火即可。综合力学性能要求较高的零件，如
轴连杆螺栓等，应选用中碳中合金钢的调质钢，采用 调质处理。表面耐磨心部要求韧的零件如变速箱齿轮，
材料成形工艺基础
应用低碳或低碳合金，经渗碳、淬火和低温回火处理。 1. 影响成形工艺及铸件质量的两个基本问题：
9. 消除铸件中残余应力的方法是时效处理 10. 凝固温度窄的合金倾向于逐层凝固，易产生缩孔，
凝固温度宽的合金倾向于糊状凝固，易产生缩松
含碳量中等
11. 铸件冷却收缩过程中，因壁厚不均引起的应力称
热处理：淬火并低温回火
热应力，铸件收缩受到铸型 、型芯、浇 注系统等
35.弹簧钢（60Si2MnA）
的限制产生的应力叫机械应力
31. 调质钢（40Cr）
3. 灰口铸铁和硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差
含碳量中等，0.3%-0.5%，合金元素中主要为铬镍锰硅 4. 影响液态合金流动性的因素：合金的成分，温度，
等，作用是提高钢的淬透性和回火抗力，钨钼抑制回
物理性质，不溶杂质和气体
火脆性，钒细化奥氏体晶粒，微量硼提高淬透性
5. 合金凝固温度范围越宽，流动性越差
热处理：调质处理，得到回火索氏体组织 32.低碳马氏体钢 含碳量小于 0.25%以获得板条马氏体组织
6. 影响液态合金充型能力的因素 铸型条件：铸型的蓄热能力 铸型的发气 铸型温 度 铸件结构
热处理：淬火后低温回火以获得低碳回火马氏体组织
浇注条件：浇注系统结构 充型压力 浇注温度
33.渗碳钢（20CrMnTi）
习题
1. 检验淬火钢常采用的硬度指标 HRC，布氏硬度常 用来测量退火正火或调质钢件
2. 工程上的屈服比是屈服强度和抗拉强度之比
◇2 高碳高铬冷变形模具钢（Cr12） 含碳量 1.45%-2.3%，又称 Cr12 型工具钢
3. 单晶体和多晶体的主要区别是多晶体无各向异性 4. 亚晶界的结构是由位错排列而成
相区，所有铁碳合金皆由此两相组成
33. 钢中加入合金元素可提高强度，合金强化的途径
8. 具有匀晶相图的单相固溶体合金锻造性能好 9. 当二元合金进行共晶反应时，其组成三相共存 10. 钢淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于奥氏
一般有固溶强化、第二相强化和细晶强化 34. 临界冷却速度 Vk 指淬火时只发生马氏体转变的
5.常见的合金中存在的相：固溶体和金属间化合物
◇3 稳定组织和工件尺寸
6.固溶强化：固溶体中溶质原子的溶入会引起晶格畸 变，使晶体处于 高能状 态，提 高合金 的强度 和硬度。 固溶强化使强度硬度提高，塑性韧性下降
23.退火：将钢加热至适当温度，保持一定时间后缓慢 冷却至 500℃以下空冷，从而获得接近平衡状态组织 的热处理工艺。
15.再结晶，强度硬度显著降低，塑性明显上升，内应 锻铸铁（KTZ450-06）白心可锻铸铁（KTB380-12）后
力完全消除。 16.冷热加工根据再结晶温度来划分。冷加工有加工硬 化现象，变形抗力大，低塑性材料变形困难。热加工
面数字代表最低抗拉强度和延伸率 蠕墨铸铁 RuT420 后面数字代表最低抗拉强度 28.低合金钢：合金元素总量小于 5%
最小冷却速度，值越小淬透性越好
体的实际晶粒度 11. 一次渗碳体从液体中析出，二次渗碳体从奥氏体
中析出，三次渗碳体从铁素体中析出
35. 钢锉要求 62-64HRC，工艺路线：下料-正火-球化 退火-机加工-淬火-低温回火-校直 正火消除网状二次渗碳体以保证球化退火时渗碳
12. 常用 45 号钢制造机械零件，主要因其良好的综合
球，压头为钢球时 HBS，硬质合金球用 HBW
◇3 中碳钢正火替代退火，节约时间和能源
2.洛氏硬度，标准压头（顶角 120 度的金刚石圆锥或 直径 1.588mm 的钢球）根据压力和压头不同三种形式 HRA，HRB，HRC，最常用 HRC 3.晶体是原子（或分子）在三维空间作有规律的周期
◇4 高碳钢正火消除网状化合物 ◇5 铸件正火改善性能，细化晶粒均匀组织 20. 淬火是将钢奥氏体化 后快速 冷却获 得马氏 体组织 的热处理工艺，提高钢的硬度和耐磨性
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※※※三 0 五实验室 潘焕 创建于 2009-10-22 22:25:00※※※
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17. 变质处理就是有意地向液态金属中加入某些变质 剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能 的目的
18. 低碳钢渗碳的目的提高表层含碳量，为淬火做好 成分准备
19. 过共析钢正常淬火温度是 Ac1+（30-50）℃ 20. 影响淬火后残余奥氏体量的主要原因是钢中合金
改变石墨形态 41. 渗碳钢含碳量在 0.1%-0.25%之间 42. 影响铸铁石墨化的主要因素化学成分和冷却速度 43. 1Cr18Ni9Ti 是不锈钢，Cr、Ni 作用是提高耐蚀性 ，
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加工硬化能被消除，变形抗力小，加热可提高塑性
中合金钢：金元素总量 5%-10%
17.两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的合金
高合金钢：金元素总量大于 10%
系称为匀晶系
29.合金元素对钢组织的影响
18.钢退火和正火的目的： ◇1 调整硬度以便进行切削加工
i. 改变 Fe-Fe3C 相图 ii. 细化奥氏体晶粒
对要求高弹性极限和疲劳强度的弹簧，选用较高含碳 量的碳钢或合金钢，经淬火和中温回火的热处理工艺。 要求高硬度高耐磨性高接触疲劳抗力及适当韧性的滚
充型和收缩 2. 合金流动性的大小通常用浇注螺旋形流动性试样
的方法来衡量，流动性不会 的合金容易 产生浇不
动轴承，选用高碳的滚动轴承钢，经淬火后低温回火
足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。
热处理：淬火并低温回火。Cr12MoV 淬火加高温回火 5. 固溶体的晶体结构与溶剂相同
39.中碳合金工具钢（5CrMnMo） 含碳量 0.3%-0.6%，淬火加高温回火 40.失效形式：
6. 实际晶体中点缺陷主要有空位、间隙原子和置换 原子
7. 铁碳相图在共析温度以下为铁素体和渗碳体的两
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强度不低于 400 MPa。 27.铸铁： 灰铸铁 HT200，抗拉强度不低于 200 MPa。
致的结构
球墨铸铁的生产为以铁代刚，以铸代锻开辟广阔途径
14.回复，强度硬度稍有降低，塑性略有提高，内应力 QT400-18 后面数字代表最低抗拉强度和延伸率
有较多降低，点缺陷大为减少
可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁（KTH300-06）珠光体可
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工程材料
19.正火的应用： ◇1 普通零件的最终热处理，细化珠光体组织
1.布氏硬度，压头，直径为 D 的淬火钢球或硬质合金 ◇2 低碳钢正火可提高硬度，有利于切削加工
含碳量 0.5%-0.85%
12. 砂型铸造的造型方法分为手工造型和机械造型
热处理：淬火加中温回火
13. 浇注系统是为填充型腔和冒口开设，通常由浇口
36.滚动轴承钢（GCr15） 高碳低铬钢，含碳量 0.95%-1.10%，含铬量 0.40%1.65%。铬的主要作用是增加钢的淬透性，是淬火及回
杯、直浇道、横浇道，内浇道四部分组成 14. 根据裂纹产生原因可分为热裂和冷裂 15. 铸造工艺设计时应确定的参数有加工余量，铸孔，
性重复排列的固体。晶体具有固定的熔点、规则的几 21.淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力
何外形和各向异性的特性。
22.回火的目的：
4.常见金属晶体结构：体心立方结构 bcc，面心立方 ◇1 消除淬火时产生的残余内应力
结构 fcc，密排六方结构 hcp
◇2 提高材料的塑性和韧性，获得良好综合力学性能
应得到 S+F，过共析钢为 S+Fe3CⅡ 25.回火：将淬火钢加热至 Ac1 点以下某一温度，保温 一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺。 26.碳钢分类：
11.滑移的特点：
碳素结构钢 Q235-A·F 其中 A,B,C,D 表示质量等级，
◇1 滑移是在切应力作用下进行的，与正应力无关
从左至右质量依次提高，屈服点 235MPa，沸腾钢