2018南理工工程材料热成型题目

名词解释黑色金属：铁和铁为基的合金，工业上指包括钢和铸铁在内的铁碳合金。

有色金属:又称非铁金属材料，是指除铁碳合金之外的所有金属材料。

晶体:质点按一定规律排列在一起所构成的固体材料。

非晶体：质点呈无规则的堆积在一起所构成的固体材料。

珠光体：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析混合物。

莱氏体：液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶混合物。

共晶反应：一种液相在恒温下同时析出两种成分一定的固相的反应。

`共析反应：一种固溶体在恒温下同时析出两种成分一定的固相的反应。

淬透性：过冷奥氏体形成马氏体而不形成其他组织的能力。

淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度的能力。

（取决于马氏体含碳量，含碳量越高，淬硬性越好）正火:将钢件加热至单相奥氏体区(A c3、A c1或A Ccm以上30~50°C)保温后出炉空冷的热处理工艺。

退火:将钢件加热至适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

等温退火:将钢加热至A c3以上30~50℃，保温后较快地冷却到A r1以下某一温度等温，使奥氏体在恒温下转变成铁素体和珠光体，然后出炉空冷的热处理工艺等温淬火:钢在加热保温之后，迅速放入温度稍高于M s点的盐浴或碱浴中，保温足够时间，使奥氏体转变成下贝氏体后取出空冷。

淬火临界冷却速度：钢在淬火时过冷奥氏体全部发生马氏体转变的最小冷却速度。

奥氏体：碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体。

过冷奥氏体:冷却到A r1以下并未立即转变其他组织，存在于临界温度以下的奥氏体。

残余奥氏体:有一部分奥氏体未转变而被保留下来，这部分残存下来的奥氏体称为残余奥氏体。

调质处理:指淬火与高温回火结合的热处理方法。

变质处理:有目的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。

时效强化：固溶处理后的过饱和固溶体，在室温下放置或低温加热一段时间后，其强度，硬度明显升高，同时塑性下降的现象。

（室温下称为自然时效，加热时称为人工时效）固溶强化：溶质原子溶入后引起固溶体的晶格发生畸变，金属的强度硬度升高的现象。

马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

回火马氏体：淬火时形成的马氏体于回火第一阶段时发生分解，其中的碳以ε碳化物的形式析出，使过饱和程度略有减少，而形成的组织。

（硬度下降不明显，降低淬火应力，用于耐磨性零件）一次渗碳体：从碳含量大于4.3%的液相中，直接析出来的渗碳体二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体回火稳定性：淬火钢在回火时，保持强度、硬度不降低的能力回火脆性:正常情况下，淬火钢件随回火温度的升高，硬度、强度逐渐下降，而塑性、韧性不断提高，其实并非如此、而是在300左右和400-550℃两个温度范围内回火时，冲击韧性会显著下降。

前着称为低温回火脆性成第一类回火脆性，后者称为高温回火脆性或第二类回火脆性。

（防止方法：第一类：不在此温度范围回火。

第二类：是由于冷却过慢导致的，可以重新加热到600℃以上比较快速的冷却即可消除，故又称可逆回火脆性。

或者也可以加入一些合金W，Mo等）间隙固溶体：溶质原子占据溶剂晶格中的间隙位置中形成的固溶体。

（间隙固溶体晶格畸变更大，只能形成有限固溶体，但是固溶强化效果更好）填空题1.金属晶体的常见结构有体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格三种2.共析钢加热奥氏体化的四个阶段：奥氏体形核，晶核长大，残留渗碳体溶解，奥氏体成分均匀化3.马氏体的主要形态有板条状马氏体和片状马氏体，这取决于含碳量。

4.过共析钢的退火加热温度范围是A c1+20~40℃，淬火温度范围是AA cc1+30~50℃，正火温度范围是AA cc cccc+30~50℃5.共析钢加热至760℃适当保温后，水冷，室温组织是马氏体+残余奥氏体；重新加热至800℃空冷，室温组织是索氏体；亚共析钢加热至700℃，适当保温，650℃等温退火的组织是铁素体+珠光体；过共析钢加热至750℃适当保温，炉冷，室温组织是渗碳体+珠光体。

6.铸铁根据石墨的形态可分为灰口铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁，球墨铸铁7.铁碳合金中的常存元素除了Fe，C之外，还有Si，Mn，P，S等四种，其中有害元素为S和P，分别使钢产生热脆和冷脆。

8.铸铁石墨化第一，第二阶段完全进行，而第三阶段没有进行，部分进行，充分进行时，显微组织分别是：P+G，F+P+G，F+G9.熔化焊时，焊接接头包括焊缝区、熔合区、热影响区三部分。

10.焊接的热影响区包括熔合区、过热区、正火区、部分相变区四个区域，其中力学性能最好的区域是正火区，最差的是过热区。

11.零件失效可归纳为变形、断裂、表面损伤三种。

简答题1.比较退火与正火的区别。

正火:正火是将钢件加热至单相奥氏体区(Ac3、Ac1或ACcm以上30~50°C)保温后出炉空冷的热处理工艺。

退火:退火是将钢件加热至适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

主要区别:正火的冷却速度稍快，所以得到的组织比退火细，硬度和强度有所提高。

2.比较马氏体与回火马氏体的异同？答：（1）马氏体：钢加热形成的奥氏体后过冷奥氏体快速冷却到Ms温度以下所转变的组织称为马氏体。

是碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，为体心正方结构。

回火马氏体：马氏体在100℃~200℃低温回火时其中的碳以ε碳化物（Fe2.4C）的形式析出，使过饱和程度略有减小，这种组织称为回火马氏体。

（2）前者为单相物质，后者为双相物质。

（3）前者的内应力大，不能直接使用，而后者的内应力已大大减小，可以直接使用。

前者是过冷奥氏体淬火的产物，而后者则为马氏体低温回火的产物3．比较分析T8与T13的淬透性和淬硬性。

答：T8的含碳量为0.8%，T13的含碳量为1.3%，故T8的淬透性好于T13，而淬硬性低于T13.4．对比分析共析钢过冷奥氏体的CCT曲线与TTT曲线的异同点。

答：CCT曲线是连续冷却转变的到的曲线，在某一温度范围内完成，转变产物为非均匀组织；过冷奥氏体所需孕育期比等温转变的过冷奥氏体要长；TTT曲线是等温冷却转变得到的曲线，在恒定的温度下进行，转变产物为均匀组织。

5．影响C曲线形状和位置的因素是什么?答：（1）含碳量：随着奥氏体中含碳量的增加，奥氏体的稳定性增大，C曲线的位置向右移，这是一般规律。

但是对于过共析钢，未溶渗碳体增加，作为珠光体转变的核心，促进奥氏体分解，C曲线左移动。

所以实际情况是共析钢的奥氏体最稳定，C曲线最靠右边。

对于亚共析钢含碳量增加C曲线右移，过共析钢含碳量增加，C曲线左移。

（2）合金元素：除Co以外的几乎所有合金元素溶入奥氏体后，都增加奥氏体的稳定，使C曲线不同程度的右移。

某些合金元素当达到一定含量时，还改变C 曲线的形状。

（3）加热温度和保温时间：随加热温度提高和保温时间延长，奥氏体晶粒长大，晶界面积减少，奥氏体成分更加均匀。

这些都不利于过冷奥氏体的转变，从而提高了奥氏体的稳定性，使C曲线右移。

6．影响钢淬透性的因素？答：主要取决于钢的临界冷却速度VV kk，速度越小，过冷奥氏体越稳定，淬透性也就越大。

含碳量，合金元素种类与含量是影响淬透性的主要因素：除Co和大于2.5%的Al以外，大多数合金元素如Mn、Mo、Cr、Si、Ni等溶入奥氏体都使C 曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。

此外提高奥氏体化温度，将使得奥氏体晶粒长大，成分均匀，奥氏体稳定，减小临界速度，改善淬透性。

7．共析钢加热至A C1+30～50℃时，按图中（a）、（b）、（c）、（d）、（e）路线冷却，试问各获得什么组织？答：（a）M+A’ （b）S+M+A’ （c）回火T （d）S （e）S问答题1．请画出铁－碳（C=0~6.69%）间的平衡相图，标出各点的符号；写出室温下碳含量从0~6.69%时，各成分段的组织；画图说明40钢的冷却过程及室温下的组织形貌；写出其在室温下的相组成物和组织组成物，并分别计算其相对量。

铁碳合金相图：室温下各成分段的组织：工业纯铁：0~0.0218 铁素体+（三次渗碳体）亚共析钢：0.0218~0.77铁素体+珠光体+（三次渗碳体）共析钢：0.77珠光体过共析钢：0.77~2.11珠光体+二次渗碳体亚共晶白口铸铁：2.11~4.3珠光体+莱氏体+二次渗碳体共晶白口铸铁：4.3莱氏体过共晶白口铸铁：4.3~6.69莱氏体+一次渗碳体40号钢冷却过程：从液态开始冷却，碰到AC线时，慢慢从液相中析出奥氏体，然后往下冷却至AE线，所有液相变成奥氏体，继续冷却在奥氏体单相区成分不变，碰到GS线时，慢慢从奥氏体中析出铁素体，铁素体成分沿着GP线变化，奥氏体成分沿着GS线变化，冷却至共析温度共析反应还未开始时，成分由P点的铁素体0.0218和S点的奥氏体0.77构成，接下来发生共析反应，反应恒温，0.0218的铁素体不发生变化，0.77的奥氏体转变为由0.0218的铁素体和6.69的渗碳体组成的共析混合物，即珠光体，继续往下降温，珠光体不变，0.0218的铁素体中析出三次渗碳体。

（含量及其微小几乎可以忽略）箭头表示：L → L+A → A → A+F → A+P+F → F+P → F+P（+Fe3CⅢ）室温下相：铁素体+渗碳体含量：铁素体：W F =6.69−0.46.69−0.0008渗碳体：W Fe3C = 1-W F =0.4−0.00086.69−0.0008室温下的组织：珠光体+铁素体+微量三次渗碳体。

含量：珠光体：W P = 0.4−0.02180.77−0.0218铁素体：W F =0.77−0.46.69−0.00080.77−0.0218 × 6.69−0.0218三次渗碳体：W Fe3CⅢ=0.77−0.46.69−0.00080.77−0.0218 × 0.0218−0.0008组织形貌：2．钢锉要求62-64HRC，工艺路线为：下料→正火→球化退火→机加工→淬火→低温回火→校直。

分析这四种热处理的主要作用。

答：正火消除网状二次渗碳体，保证球化退火时的渗碳体完全球化。

球化退火使渗碳体全部球化，降低硬度，改善切削性能。

淬火提高硬度和耐磨性。

低温回火消除淬火应力，稳定组织，保持高硬度高耐磨性。

3．汽车传动齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务，齿面要求耐磨，同时心部要有强韧性。

现选择45钢采用如下加工工艺进行加工：下料→锻造→热处理（1）→粗加工→热处理（2）→精加工→热处理（3）→精磨，问：（1）选择各热处理工序，分析目的。

热处理1，退火，消除锻造应力，改善切削加工性能热处理2，调质处理，保证心部足够的强韧性热处理3，局部淬火+低温回火，保证齿面耐磨性（2）指出齿轮表面组织和心部组织。

表面：回火马氏体心部：回火索氏体（3）如改用20CrMnTi钢替代45钢，热处理工艺又有什么改变？热处理1改为正火，取消热处理2，热处理3改为渗碳淬火+低温回火4．一直径为6mm 的45钢圆棒，从退火态一段加热至1000℃，依靠热传导使圆棒上各点的温度如图所示，试分析：45钢棒热处理温度分布示意图（1）缓冷至室温时，各点部位的组织是什么？答：A,B ：P+F C ：P+F D,E ：P+F（2）水淬至室温后各点部位的组织是什么？答：A,B ：M+残余A ； C ：M+残余A+F D,E ：P+F5．有一根拥40Cr 钢制的轴，使用过程发现轴颈部位磨损严重，金相组织进行分析，结果如表1所示，轴颈截面见其示意图。