金属材料及热处理2
2、金属材料与热处理---钢铁热处理
A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。
螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。
⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。
下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。
主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体
⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
《金属材料与热处理》课后习题答案
第1章金属的结构与结晶一、填空：1、原子呈无序堆积状态的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为。
一般固态金属都属于。
2、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为。
通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的的直线，称为。
3、常见的金属晶格类型有、和三种。
铬属于晶格，铜属于晶格，锌属于晶格。
4、金属晶体结构的缺陷主要有、、、、、和等。
晶体缺陷的存在都会造成，使增大，从而使金属的提高。
5、金属的结晶是指由原子排列的转变为原子排列的过程。
6、纯金属的冷却曲线是用法测定的。
冷却曲线的纵坐标表示，横坐标表示。
7、与之差称为过冷度。
过冷度的大小与有关，越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。
8、金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。
9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的及。
10、金属在下，随温度的改变，由转变为的现象称为同素异构转变。
二、判断：1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。
（）2、非晶体具有各向同性的特点。
（）3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。
（）4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。
（）5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
（）6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。
（）7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。
（）8、单晶体具有各向异性的特点。
（）9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。
（）10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
（）11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。
（）三、选择1、α—Fe是具有（）晶格的铁。
A、体心立方B、面心立方C、密排六方2、纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为（）晶格。
A、体心立方B、面心立方C、密排六方3、纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。
A、α—FeB、γ—FeC、δ—Fe4、γ—Fe转变为α—Fe时，纯铁体积会（）。
金属材料与热处理第2版课件王学武
热处理的应用与效果
提高机械性能
通过改变金属的内部组织结构，提高其硬度 、韧性和强度等机械性能。
改善切削加工性
通过改变金属的内部组织结构，改善其切削 加工性能，提高生产效率和产品质量。
提高耐腐蚀性
通过改变金属的表面组织结构，提高其耐腐 蚀性，延长使用寿命。
消除残余应力
通过热处理消除金属内部的残余应力，提高 其稳定性和可靠性。
分类
金属材料按成分可分为纯金属、合金和金 属间化合物三大类；按用途可分为结构材 料和功能材料；按形态可分为块状、板状 、箔状、粉状、丝状和带状等。
金属材料的性能特点
物理性能
01
金属材料的物理性能包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导
电性和磁性等。
化学性能
02
金属材料的化学性能是指其在一定温度和介质条件下抵抗各种
03
金属材料的力学性能
强度与塑性
强度
金属材料抵抗外力作用而不被破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等指标来衡量。
塑性
金属材料在外力作用下产生不可逆的永久变形而不被破坏的能力，通常用延伸率和断面收缩率等指标 来衡量。
硬度与韧性
硬度
金属材料抵抗硬物压入表面的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
热处理定义
通过加热、保温和冷却的方式改变金 属材料的内部组织结构，以达到改善 其性能的目的。
热处理分类
根据加热温度、冷却方式和加热介质 的不同，热处理可分为多种类型，如 退火、正火、淬火和回火等。
热处理的基本原理
相变
金属在加热和冷却过程中会发生相变，即固态、液态和气 态之间的转变。相变会影响金属的内部组织结构，进而影 响其性能。
金属材料及热处理(高起专)阶段性作业2
金属材料及热处理(高起专)阶段性作业2总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 奥氏体和铁素体都是碳溶于铁的固溶体。
(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：2. 珠光体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：3. 共析钢中碳的质量分数为0.77%。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：4. 碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：5. 由于白口铸铁中存在过多的渗碳体，其脆性大，所以较少直接使用。
(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：7. 共晶转变是指一定成分的液态合金，在一定的温度下同时结晶出两种不同固相的转变。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：8. 由一种成分的固溶体，在一恒定的温度下同时析出两个一定成分的新的不同固相的过程，称为共析转变。
(5分)参考答案：正确解题思路：9. 共晶转变虽然是液态金属在恒温下转变成另外两种固相的过程，但和结晶有本质的不同，因此不是一个结晶过程。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：10. 两个单相区之间必定有一个由这两个相所组成的两相区隔开。
两个单相区不仅能相交于一点，而且也可以相交成一条直线。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：11. 相图虽然能够表明合金可能进行热处理的种类，但并不能为制定热处理工艺参数提供参考依据。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：12. 钢中随着碳质量分数由小到大，渗碳体量逐渐增多，铁素体量逐渐减少，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性.韧性越来越低。
(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：13. 由于奥氏体组织具有强度低、塑性好，便于塑性变形加工的特点，因此，钢材轧制（_ ____）(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：14. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
金属材料与热处理 第2版课件第一单元
导读
• 金属材料之所以在现代工业中获得广泛应用，主要是由于其具有 加工过程和使用过程中所需要的各种优越性能，金属材料的性能 是选择材料的主要依据。
• 掌握各种金属材料的性能及其变化规律，对于正确选择和使用金 属材料、充分发挥其性能潜力、保证构件或零件质量是十分重要 的。
（一） 定义 金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
（二）衡量指标 断后伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 原始横截面积的百分比。
1.断后伸长率（ A ）
l1-l0
A=
×100%
l0
l1——试样拉断后的标距,mm; l0——试样的原始标距,mm。
• 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 • 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 • 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
力学性能
• 材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性变形、 断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变形和 断裂能力的衡量指标。
• 常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性 及疲劳极限等。
a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中；
c）金属锻压、轧制、冲压、位拔、冷弯等变形加工。
• 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。 • 在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。
反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 • 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微
的，有时却是互相矛盾的。 • 例如，一些要求高强度或高硬度或耐高温的材料常常会给压力
加工、机械加工、铸造等工艺带来不少困难，有时甚至会达到 否定某些材料的程度。
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
金属材料与热处理-2v
授人以鱼不如授人以渔
单晶体与多晶体 对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同， 朱明工作室 zhubob@ 即“各向异性”的特点； 而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就多晶体的整体，由 于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，不具备“各向异性” 的特点。 单晶体 多晶体
2.面心立方晶格—晶胞也是一个正立方体，其金属有γ –Fe、铝、镍、铜、 铅等。一般来讲，这类金属材料的强度较低而塑性很好。 下面是面心立方的原子模型、晶格和晶胞。
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 3.密排六方晶格—晶胞是一个六方柱体，其金属有铍、镁、钛、锌等。一 般来讲，这类金属材料的强度和塑性均较差。 下面是密排六方的原子模型、晶格和晶胞。
朱明工作室
zhubob@
授人以鱼不如授人以渔
模块三
铁碳合金相图
朱明工作室
zhubob@
相图是合金的成分、温度和组织之间关系的一个简明图表。合金在液态时 一般呈均匀的溶液，在结晶、冷却以后既可以是单相固溶体，亦可以是化合 物，更常见的是固溶体、固溶体与化合物、几种固溶体与化合物组成的多相 组织，也称混合物。 了解相图可以回答生产上的很多问题：比如合金系随着成分的变化，它的 组织和性能会发生样的变化？随着温度的变化它的组织和性能又如何变化？ 等等。十分有用。
（三）固溶强化 在固溶体中，当溶质含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随 朱明工作室 着溶质含量的提高，通常都会是固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降， zhubob@ 称之为“固溶强化”，其影响因素有： 1.溶质原子不同，浓度不同，强化效果不同。 2.溶质原子与基体金属原子尺寸差越大，强化作用越大。 3.间隙溶质原子比置换溶质原子强化作用大。 4.溶质与基体价电子数差越大，强化作用越强。
《金属材料及热处理》课程教学大纲
《金属材料及热处理》课程教学大纲课程编号：081095211课程名称：金属材料及热处理英文名称：Metal Materials and heat treatment课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：48/3（讲课学时：44 实验学时：4 ）适用专业：材料成型及控制工程一、课程性质与任务金属材料及热处理是材料成形及控制工程专业的一门重要必修课,也是理论性和实践性较强的专业课。
通过本课程的学习,使学生掌握钢的退火、正火、淬火和回火等热处理工艺的基本理论,基本知识和实验技能,并能应用于实践，了解工程用钢、铸铁和有色金属的分类和特性。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本工艺方法的讲解；在培养实践能力方面着重培养学生不同材质的工件在不同应用场合的选择，不同材料性能的热处理工艺的选择。
培养学生的工程观念和规范意识，要善于观察、思考，勤于实践，培养学生应用理论联系实际的方法去解决工程实际问题，具有合理地选择材料并确定热处理工艺的能力。
二、课程与其他课程的联系学生应在先学完《大学物理》、《材料科学基础》、《物理化学》等课程，并经过金属工艺的生产实训，对材料及热处理方面有一定的感性认识后，再学习本课程，通过本课程的学习，为《材料的力学性能》、《铸造合金熔炼》等专业课奠定基础，也为学生从事铸造、焊接、锻造、热处理专业方面工作打下坚实的基础。
三、课程教学目标1.掌握固态相变的基本理论，了解钢在加热与冷却时组织的转变规律，理解材料成分-组织-性能之间的关系；（支撑毕业能力要求1.2，1.3）2.掌握钢的退火、正火、淬火与回火的应用及工艺参数的制定，从而对材料及其热处理具有一定的分析和研究能力，对于实际工件能够给出较合理的热处理工艺；（支撑毕业能力要求2.1，2.3）3.对于已有热处理工艺造成的工程问题，能够分析存在问题的原因，优化热处理工艺；（支撑毕业能力要求4.2）4.了解特殊热处理工艺特征和应用；（支撑毕业能力要求1.2）5.了解常用金属材料（工程用钢、铸铁和有色合金）的特性，能够根据使用环境和性能要求选择合适的金属材料。
金属材料、表面处理及热处理概述
2．钢在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在 高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及 其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热 时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时 间，以求在冷却后获得高性能的组织。 3．钢在冷却时的转变 冷却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后， 以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表2-1。
镀镍的作用：镍可以提高钢的机械性能，增加钢的强度、韧 性、耐热性，增加钢的防腐蚀、抗酸性及其导磁性等。镍 还能够细化晶粒、提高钢的淬透性和增加钢的硬度。 此外，在钢的热加工中，镍又有防止铜对金属表面产生有 害影响之功能。
碳素钢
（2）中碳钢
（3）高碳钢
（碳含量0.25%-0.6%）
（碳含量0.6%-2.11%）
二、铸铁
铸铁中的碳主要以渗碳体和石墨两种形式存在，根据碳的存在 形式不同，铸铁可以分为下列几种：（1）白口铸铁 （2）灰铸铁碳 （3）麻口铸铁 根据铸铁中石墨形态不同，铸铁又可分为：灰铸铁中的石墨呈 片状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕 墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。
时效
操作方法：将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉 取出在空气中冷却。 目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；2.减轻淬火 以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。 应用要点：1. 适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不再发生变化的 紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。
调质
操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的 温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。 目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬火时的变形 和开裂；3.获得良好的综合力学性能。 应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；2. 不 仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件， 如丝杠等的预先热处理，以减小变形。
实验二碳钢的热处理操作及硬度测定
560~670 660~760
3、淬火加热温度 对亚共析钢是 Ac3 十(30~50 ℃)；对共析
钢是和过共析钢是 Ac1 十(30~50 ℃)，见图 2-2 所示。在此温度保温后放入各种不同的冷却介
质中快速冷却，以获得马氏体组织。碳钢经淬
火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏
体所组成。
钢的临界温度 Ac1、Ac3 及 Accm，在热处 理手册或合金钢手册中均可查到，再经过计算
750
840~860
60
725
766
295
743
770~800
T7
730
770
700
—
780~800
T8
730
—
700
—
780~800
碳素工具钢
T10
730
800
700
—
780~800
T12
730
820
700
—
780~800
T13
730
830
700
—
780~800
4、回火温度
钢经过淬火后得到的马氏体组织质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接
3
C．高温回火 是在 500~650 ℃进行回火，所得组织为回火索氏体，硬度为 HRC25~35。
用于结构零件的热处理。其综合机械性能较好。淬火加高温回火叫调质处理。
D．高于 650 ℃的回火为珠光体，硬度较低。
表 2-3 45 钢淬火后经不同温度回火后的组织及性能
类型
回火温 度/℃
回火后组织
回火后硬度 （HRC）
完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3 十(30~50℃)；球化退火加热温度，适用于共
金属材料与热处理(全)精选全文
2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理 C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为 同素异构转变。
2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素 异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ， δ等表示。
用HBS（HBW）表示，S表示钢球、W表示硬质合金球 当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。 （2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺 序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间 （10~15不标注）。
应用范围：主要适于灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不高的材料。
2、洛氏硬度
（1）测试原理：
采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即 除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。
表示符号：HR
（2）标尺及其适用范围：
每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标 尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。
见表：P21 2-2
§2-2金属的力学性能
学习目的：★了解疲劳强度的概念。 ★ 掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬
度测试及表示的方法。 ★掌握冲击韧性的测定方法。 教学重点与难点 ★布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬度测
试及表示的方法。
§2-2金属的力学性能 教学过程：
复习：强度、塑性的概念及测定的方法。
2、 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松 香、树脂等）。 非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
金属材料与热处理(少学时)(第二版)习题册答案
金属材料与热处理（少学时）（第二版）答案绪论一、填空题（将正确答案填写在横线上）1.材料能源信息2.40多万 5%左右金属3.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料4.成分热处理金属材料性能5. 成分热处理用途二、简答题1.答：为了能够正确的认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的作用，我们必须比较深入地学习有关金属材料的知识。
2.答：第一章金属材料及其性能§1-1 金属材料的基本知识一、填空题（将正确答案填写在横线上）1.合金金属特性2.黑色金属有色金属3. 静冲击交变4. 弹性塑性5.使用性能工艺性能二、选择题（将正确答案的序号填在括号内）1.A2.B3. C三、名词解释1. 答：弹性变形是指外力消除后，能够恢复的变形；塑性变形是指外力消除后，无法恢复的永久性的变形。
2．答：物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力称为内力。
单位横截面积上的内力称为应力。
四、简答题1.答：（略）2.金属材料是如何分类的？答：金属材料种类繁多，通常分为黑色金属和有色金属两大类。
黑色金属指铁、锰、铬及其合金，而把除铁、锰、铬以外的其他金属及合金称为有色金属（或××合金）。
另外，通常将硬质合金也作为一个类别来单独划分。
§1—2金属材料的力学性能一、填空题（将正确答案填写在横线上）1.强度塑性硬度冲击韧性疲劳强度2.抗拉强度抗压强度抗扭强度抗弯强度抗剪强度3.静永久（塑性）变形断裂4.断后伸长率（A）断面收缩率（Z）5.硬度6.布氏硬度洛氏硬度维氏硬度7.试验力测量表面压痕直径8.平均压力 HBW9.冲击不破坏10. 107 108二、判断题(正确的打“√”，错误的打“×”)1. ×2. ×3. ×4. √5. √6. √7. √8. √9. √10. √三、选择题（将正确答案的序号填在括号内）1.C2.A3. A4. A5.C四、名词解释1．答：屈服强度是金属材料呈现屈服现象时，材料发生塑性变形而力不增加的应力点，用R eL表示。
金属材料与热处理第二章 金属的晶体结构与结晶
或电磁振动等,使生长中的枝晶破碎,提高形核率,达到细化晶粒的 目的。
第三节 金属的同素异构转变
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
纯金属都有一个固定的结晶温度(或称凝固点 ),所以纯金属的结晶过程总是在一个恒定的温度下 进行的。
二、纯金属的结晶过程
纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经 历的这段时间内发生的,它是不断形成晶核和晶核 不断长大的过程,如图2-16所示。
图2-16 金属结晶过程示意图
图2-8 简单立方晶格中的晶向
五、金属的实际晶体结构
如果一个晶体内部其晶格位向(即原子排列的 方向)是完全一致的,则这种晶体称为单晶体,如图29a所示。
图2-9 单晶体和多晶体结构示意图 a)单晶体 b)多晶体
1.点缺陷 点缺陷是晶体中呈点状的缺陷,即在三维方向上的尺寸
都很小的晶体缺陷。
图2-10 空位和间隙原子示意图
同素异构转变是纯铁的一个重要特性,是钢 铁能够进行热处理的理论依据。金属的同素异 构转变过程与金属液的结晶过程很相似,实质上 它是一个重结晶过程,因此,同素异构转变同样遵 循结晶的一般规律:转变时需要过冷;有潜热产 生;转变过程也是在恒温下通过晶核的形成和长 大来完成的,如图2-20所示。但由于同素异构转
8.什么是过冷现象和过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系? 它对铸件的晶粒大小有什么影响?
9.金属液结晶的必要条件是什么?试叙述纯金属的结晶过程 。
10.什么是晶粒与晶界?晶粒大小对金属力学性能有什么影 响?
金属材料与热处理-2
授人以鱼不如授人以渔
选材思路： 1.由于有活塞的遮盖，工作环境温度场最高不大于 朱明工作室 zhubob@ 750℃；也由于有润滑油的润滑和冷却，连杆大、小头 温度场相差小于100℃，故不必作专门的温度影响考虑。 2.由于活塞的速度运动规律是“0→max→0”,故连 杆的受力形式是“规律性变幅循环应力”，要进行疲劳 强度的校核。 3.由于发动机有专门的配重设计，故不必考虑过多 振动问题，倒是要在连杆的截面形状上选取合理的高刚 度形状来解决扭转载荷问题。 4.设计时作“承受载荷较大的金属结构件”（各种 机械设计手册包括我们的课本的有关图表）考虑选材的 力学性能指标（主要是抗拉强度b ）。
表示方法：“T”＋碳平均含量的千分数，若为高级 优质碳素工具钢则在牌号后加“A”，如“T12A”。
4.铸钢
表示方法：“ZG”＋屈服点数值＋抗拉强度 （或旧标准：“ZG”＋碳平均含量的万 分数）。 授人以鱼不如授人以渔
三、那什么叫做“冶炼时的脱氧程度的不同”呢？ 这就要上溯到钢的铸锭工艺了。钢的浇注期或冶炼 朱明工作室 zhubob@ 末期，根据对钢的脱氧方法的不同，可生产出镇静钢、 沸腾钢和半镇静钢。 1.镇静钢—钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝进行充 分的脱氧，使钢的含氧量＜0.01％，以至钢液在凝固 时不析出CO，得到成分比较均匀，组织比较致密的钢锭， 这种钢就叫镇静钢。 2.沸腾钢—在冶炼末期对钢液仅进行轻度脱氧，而 使相当数量的氧留在钢液中，则钢液注入钢模后，钢中 的氧与碳发生化学反应，析出大量的CO，引起钢液的沸 腾，这种钢就叫沸腾钢。 3.半镇静钢—脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间。
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二、碳钢的分类（课本P49 ）
朱明工作室
1.碳素结构钢
zhubob@
参考资料(答案)-《金属材料及热处理(第二版)习题册》-B01-2092
《金属材料及热处理（第二版）习题册》答案模块一金属的性能课题一金属的物理、化学性能一、填空题：（将正确答案填写在横线上）1．导热性、导电性、热膨胀性、磁性2．轻金属、重金属3．热导率（导热系数）4．电阻率5. 热膨胀性6．770°C7．耐腐蚀性、抗氧化性、高温二、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1．B 2．B 3．C 4．C三、判断题：（正确的，在括号内打√；错误的，在括号内打×）1．× 2．√ 3．√ 4．× 5. √ 6. √四、简答题：1．解答：金属的物理性能是指金属所固有的属性,它包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。
2．解答：金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。
课题二金属的力学性能任务一强度与塑性金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能，它主要包括强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。
2．解答：金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
衡量强度的常用指标有屈服强度、抗拉强度，分别用符号R e和R m表示。
3．解答：断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。
塑性指标常用断后伸长率A 和断面收缩率Z来表示。
4．解答：（1）计算试样的S o，S uSS o=ππdd oo24=3.14×2024=314mmmm2SS u=ππdd uu24=3.14×1424=153.86mmmm2（2）计算试样的抗拉强度RmRR mm=FF mm SS oo=42000314≈133.8MMMMMM（3）计算试样的断面收缩率ZZZ=SS oo−SS uu SS oo×100%=314−153.86314×100%=51%五、计算题解答：（1）计算试样的S o，S uSS o=ππdd oo24=3.14×1024=78.5mmmm2SS u=ππdd uu24=3.14×7.324≈41.8mmmm2（2）计算试样的R eL、R mRR eeee=FF eeee SS oo=2826078.5=360MMMMMMRR mm=FF mm SS oo=4553078.5=580MMMMMM（3）计算试样的A、ZAA=LL uu−LL oo LL oo×100%≈6.05−55×100%=21%ZZ=SS oo−SS uu SS oo×100%≈78.5−41.878.5×100%≈46.8%（4）比较判定：通过以上计算可知，该材料的强度、塑性各项指标均高于国家标准，可以判定这批钢材合格。
金属材料与热处理资料
易切削钢也是结构钢的一种。其特
点是易于切削加工。这种材料适用于自 动机床上加工。它是向钢中加入一种或 几种易生成脆性夹杂物的元素(硫和磷 等)，使钢中形成有利于断屑的夹杂物， 从而改善了钢的切削加工性能。
一．合金钢牌号的表示方法
合金结构钢的牌号是采用“二位数字+化学元素 符号+数字”的方法来表示的。前面的数字表示 钢的碳的平均质量分数的万分之几，合金元素直 接用化学元素符号表示，后面的数字表示合金元 素平均质量分数的百分之几。凡合金元素平均质 量分数ωMe <1．5％时，牌号中只标明元素， 一般不标明质量分数；如果平均质量分数ωMe ≥1．5％、2．5％、3．5％……则相应地以2、 3、4……等表示。如果为高级优质钢，则在钢 号后加“A”。例如：
四、钢的表面处理
在生产实际中，许多零件和工具为了 防止其使用时，表面产生腐蚀及增加表 面的美观，常对其进行适当的处理，使 零件和工具的表面生成一层均匀而致密 的氧化膜。这不仅提高了表面的抗蚀性 能，而且氧化膜所具有的光泽也增加了 美观。目前常用的表面处理方法有氧化、 发黑和磷化等。
合金钢
合金钢就是在碳素钢的基础上，为了改 善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一 些元素的钢，加入的元素称合金元素。 合金钢常用的合金元素有锰、硅、铬、 镍、钨、钒、钛、硼、稀土等。
(2)渗氮是使化学介质分解出的活性氮 原子，渗入工件表层形成氮化层的热处 理工艺方法。渗氮后的工件表面生成的 渗氮物，由于结构致密，硬度高，所以 能抵抗化学介质的侵蚀并具有比渗碳更 高的表面硬度、耐磨性、热硬性和疲劳 强度，不再需要淬火强化。
目前，常用的渗氮方法是气体渗氮， 气体渗氮用钢以中碳合金钢为主，使用 最广泛的钢为38CrMoAlA。
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本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题)1. 二元合金在发生共晶转变时，其相组成是（）。
(D) 三相共存2. 实际金属结晶时，通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶粒的大小，在下列（）情况下获得粗大的晶粒：(B) N/G很小时3. 常温铁素体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。
(A) α-Fe4. （）属于冶金缺陷。
(D) 缩孔5. 铁素体的机械性能特点是（）(C) 高塑性、低强度6. 共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为( )。
(C) L A+Fe3C7. （）为共晶体。
(A) 莱氏体8. 在Fe-Fe3C相图中，Acm线也称为（）。
(D) 固溶度线9. 下列铁碳合金在室温平衡状态，（）成分的强度最高。
(B) 0.8％10. 铸铁的含碳量一般为（）。
(C) 2.11～6.69%11. 钢的含碳量一般为（）。
(A) 0.0218～2.11%12. 脆性相以（）析出的危害最大。
(A) 网状13. 热处理能使钢的性能发生变化，其根本原因是（）。
(A) 铁有同素异构转变14. 比较以下（）的强度最高。
(D) S15. 钢经调质处理后获得的组织是( )。
(C) 回火索氏体二、不定项选择题(有不定个选项正确，共10道小题)16. 渗碳体的机械性能特点是（）[不选全或者选错，不算完成](C) 高硬度(D) 高脆性17. （）是碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体。
[不选全或者选错，不算完成](A) 铁素体(B) 奥氏体18. 马氏体组织有（）形态。
[不选全或者选错，不算完成](C) 板条状(D) 针状19. 铸铁的力学性能可取决于（）。
[不选全或者选错，不算完成](A) 基体组织(B) 石墨的形态(C) 变质处理(D) 石墨化程度20. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（）。
[不选全或者选错，不算完成](B) Ti(D) V21. 含有合金元素（）较多的钢可能是本质粗晶钢。
[不选全或者选错，不算完成](A) Mn(C) P22. 钢中常含有的有益元素主要有（）。
[不选全或者选错，不算完成](A) Mn(D) Si23. 钢经调质处理后的机械性能（）[不选全或者选错，不算完成](B) 强度比正火高(C) 塑性比正火更好(D) 韧性比正火更好24. 齿轮类零件的主要失效形式有（）。
[不选全或者选错，不算完成](B) 疲劳断裂(C) 过载断裂(D) 表面损伤25. 选材的主要原则有（）。
[不选全或者选错，不算完成](A) 使用性能原则(B) 工艺性能原则(C) 经济性原则(D) 环境与资源原则三、判断题(判断正误，共10道小题)26.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）正确答案：说法错误27.非晶体是各向同性的。
（）正确答案：说法正确28.单晶体和多晶体都表现为各向异性。
（）正确答案：说法错误29.合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为组织。
（）正确答案：说法错误30.固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。
（）正确答案：说法正确31.在平衡结晶条件下，由于匀晶转变在整个结晶过程中，固相的成分沿着固相线变化，因此，结晶完成后，得到固体的成分是不均匀的。
（）正确答案：说法正确32.无限固溶体一定是置换固溶体。
（）正确答案：说法正确33. Fe3CI与Fe3CⅡ的形态和晶体结构均不相同。
（）正确答案：说法错误34.在Fe－Fe3C相图中，含碳量大于2.11%的成分在结晶过程中均会发生共晶反应。
（）正确答案：说法正确35.只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应。
（）正确答案：说法错误四、主观题(共20道小题)36.现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为0.2%，0.4%，1.2%，3. 5%的合金。
根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们？参考答案：答：测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。
观察四块合金的金相，0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；1.2%的合金为过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；3.5%的合金为亚共晶白口铁，其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增加，流线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过0.8%以后，增多的趋势逐渐缓和。
37.根据铁碳相图解释下列现象：含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；室温下莱氏体比珠光体塑性差。
参考答案：1)含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的量提高，因此硬度提高。
2)在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标，细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度，因此提高珠光体的比例可改善钢的强度，而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。
0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢，同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体，故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。
3)室温下莱氏体比珠光体塑性差；室温下莱氏体Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性的，几乎不能塑性变形。
38.将含碳量分别为0.2%和0.6%的碳钢加热到860℃，保温相同时间，使奥氏体均匀化，问哪一种钢奥氏体晶粒易粗大？为什么？参考答案：0.2%和0.6%的碳钢加热到860℃，均为完全奥氏体化，其奥氏体中的含碳量分别为0.2%和0.6%，由于奥氏体中C%↑→晶粒长大↑，故含碳量为0.6%的碳钢奥氏体晶粒易粗大。
39.试比较S和S’、M和M’在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。
参考答案：答：形成条件金相形态性能特点S正火铁素体和渗碳体相间分布呈细层S’的强度、硬度、40.试说明淬火钢回火的必要性。
参考答案：答：必要性——淬火组织的问题：a. 消除淬火应力，降低脆性b. 稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。
41.为什么钢淬火后回火是钢最有效的强化手段？参考答案：答：①淬火形成Ｍ：固溶强化：过饱和C和Me，位错强化：高密度位错细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束②回火第二相强化：析出细小碳化物粒子基本保持了淬火态的细小晶粒、高密度位错及一定的固溶强化作用。
42.确定下列钢件的退火方法及退火后的组织1)经冷轧后的15钢钢板。
要求降低硬度2)65钢切削加工前3)改善T12钢的切削加工性能4)ZG35的铸造齿轮铸造后存在枝晶偏析参考答案：答：1）再结晶退火，退火后的组织——F+P2）完全退火，退火后的组织——F+P3）球化退火，退火后的组织——球状渗碳体分布于铁素体基体上4）扩散退火，退火后的组织——F+P43.指出下列工件的回火温度，并说明回火后的组织1)45钢轴2)60钢弹簧3)T12钢锉刀参考答案：答：1）560~600℃，回火后的组织——S’2）350-500℃，回火后的组织——T’3）150-250℃，回火后的组织——M’44.写出下列零件的最终热处理方式及其组织：(1)60Si2Mn弹簧；(2)高速钢车刀。
参考答案：答：45.试说明表面淬火、渗碳、氮化处理在适用钢种、性能、应用等方面的差别。
参考答案：答：46.钢的回火脆性有哪几类？其发生是否可逆？如何避免？参考答案：答：回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。
回火脆性可分为第一类回火脆性（250~400℃）和第二类回火脆性（450~650℃）。
第一类回火脆性与碳化物片沿M晶界析出有关，具有不可逆性，与回火后的冷却速度无关。
因此只能避免在此温度回火。
第二类回火脆性与P等元素在原A晶界偏聚有关，具有可逆性，与回火后的冷却速度有关，回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。
因此可提高钢材的纯度（↓P等杂质元素含量）；加入适量的Mo、W等有益的合金元素；采用回火后快冷的方法。
47.为什么过共析钢的淬火温度不选择在ACCM以上？答：如过共析钢的淬火温度选择在A CCM以上，（1）淬火温度过高→A粗大→M粗大，从而→①力学性能↓，→②淬火应力↑→变形，开裂↑；（2）A中C%↑→M中C%↑→残余A↑→M脆性↑、HRC↓、耐磨性↓。
因此过共析钢的淬火温度不选择在A CCM以上。
48.试分析金属的主要强化机制。
参考答案：答：（1）固溶强化：溶质原子→晶格畸度→与位错相互作用→阻碍位错运动→强化。
（2）细晶强化：晶界→阻碍位错运动→强化（3）位错强化：位错→增殖并相互作用→阻碍位错运动→强化（4）第二相强化：第二相粒子→阻碍位错运动→强化49.合金元素对钢的等温转变“C”曲线有哪些影响？又是如何影响淬透性的？参考答案：答：①“C”曲线位置：除Co以外的合金元素均使“C”曲线右移，因此提高淬透性。
②“C”曲线形状：碳化物形成元素(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)使“C”曲线上下分离成两个C形③Ｍ转变临界温度：除Co、Al以外的合金元素均使Ｍ转变临界温度下降。
50.合金元素对钢的回火转变有哪些影响？参考答案：答：（1）提高回火稳定性：V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co；（2）产生二次硬化：沉淀硬化：V、Mo、W、Cr (Ni、Co协同）；（3）影响回火脆性：（第二类回火脆性——450-600oC高温，与P有关）：增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni，消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)51.为何要向不锈钢中加入大量的Cr和Ni？答：加入Cr：↑电极电位——含量＞12.5%电极电位跃升(如马氏体不锈钢)；形成单相F ——Cr量＞12.7%→单相F(如铁素体不锈钢)；加入Ni：形成单相A（如奥氏体不锈钢）52.手工锯条、普通螺钉、机床主轴分别用何种碳钢制造？参考答案：答：手工锯条——T12；普通螺钉——Q235；机床主轴——4553.试对比渗碳钢和调质钢的合金化和热处理特点参考答案：答：54.简述高速钢的热处理和性能特点，并说明合金元素的作用。
参考答案：答：高速钢的性能特点：①高硬度：HRC＞60；②高耐磨性；③高热硬性；④足够塑性和韧性。
靠加入的合金元素的作用来保证：①高C:0.7 %～1.5%→↑M硬度，形成高硬度的碳化物；②加入Cr（4％）提高淬透性→保证获得M；③加入W,Mo,形成二次硬化→保证高的热硬性；加入V形成高硬度的碳化物→提高耐磨性。
如W系——W18Cr4V热硬性突出；W-Mo系——W6Mo5Cr4V2热塑性、韧性突出。