工程材料第六章钢的热处理
工程材料及热加工—钢的热处理工艺
2.2.4钢的淬透性 • 定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据 之一。
• 影响因素：钢的临界冷却速度； 过冷奥氏体的稳定性。 • 评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。 ⑴淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。 半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。 ⑵指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。 • 测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。
•
三、钢的回火
• • 定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。 目的： 减小或消除淬火应力； 提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； 稳定组织和工件尺寸。 分类及应用： ⑴低温回火(150~250℃) 组织为回火马氏体。 （ 58～64HRC ） 部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。 广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。
2.2.2淬火冷却介质 最常用的是水、盐水、油、熔盐。 水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。 油：合金钢或小尺寸碳钢件。 （高温太慢，低温慢） 熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。
2.2.3淬火方法 • 单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。 操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。 • 双液淬火：先后在两种介质中冷却。 操作复杂，难以控制。 • 分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。 减少应力和变形，适用于小件。 • 等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。 强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小， 多用于形状复杂、要求高的工件。
工程材料第六、七章 热处理习题
第六、七章热处理习题一、名词解释淬硬性淬透性马氏体回火脆性调质二、判断题1、合金元素越多，马氏体的硬度越高。
2、未淬透钢的硬度总是低于淬透钢。
3、钢的淬透性只与其化学成分有关，而与冷却介质和零件尺寸无关。
4、低碳钢采用正火，目的是提高硬度，以便切削加工。
5、处于临界点A1温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体。
6、钢的淬透性是指钢在淬火时所获淬硬层的深度。
7、同一钢材，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。
8、无论含碳量高低，马氏体都硬而脆。
9、为了调整硬度，便于机械加工，低碳钢在锻造后应采用正火处理。
10、马氏体的硬度取决于淬透性和合金元素含量。
11、过冷奥氏体的热稳定性越好，则钢的淬透性越高。
三、选择题1、影响钢淬透性的因素主要是a、工件尺寸b、冷却速度c、淬火方法d、过冷奥氏体的稳定性2、马氏体的硬度主要取决于：a、钢的淬透性b、钢的含碳量c、马氏体的含碳量d、残余奥氏体的量3、过共析钢球化退火之前通常要进行：a、调质处理b、去应力退火c、再结晶退火d、正火处理4、直径为10mm的45钢钢棒，加热到850℃水淬，其显微组织应为：a、Mb、M+Fc、M＋A’d、M ＋P5、影响钢淬透性的因素主要是a、工件尺寸b、冷却速度c、淬火方法d、钢的化学成分6、过共析钢正火的目的是：a、调整硬度，改善切削加工性能b、细化晶粒，为淬火组织准备c、消除网状二次渗碳体d、消除内应力，防止淬火变形和开裂7、完全淬火主要用于：a、亚共析钢b、共析钢c、过共析钢d、白口铸铁8、改善低碳钢切削加工性能常用的热处理方法是：a、完全退火b、不完全退火c、正火d、调质9、T12钢正常淬火后的组织是：a、M＋A’b、M+A’+Kc、M+Kd、M+二次渗碳体10、钢的淬硬性主要取决于：a、钢的含碳量b、奥氏体的含碳量c、钢的淬透性d、淬火介质与淬火方法11、完全退火主要用于：a、亚共析钢b、共析钢c、过共析钢d、白口铸铁四、填空题1、共析钢的正火组织为状S，而调质组织为状S，其机械性能前者后者。
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。
工程材料及热加工—钢的热处理原理
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
工程材料练习题钢的热处理练习题
第六章钢的热处理练习题一、填空题1．钢加热时奥氏体形成是由（）、（）、（）和（）四个基本过程所组成。
2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是（ ) ，不同点是（）。
3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（）状，而下贝氏体则呈（）状。
4．与共析钢相比，非共析钢C 曲线的特征是（）。
5．马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种，其中（）的韧性较好。
6．钢的淬透性越高，则其C 曲线的位置越（），说明临界冷却速度越（）。
7．钢的热处理工艺是由（）、（）、（）三个阶段组成。
一般来讲，它不改变被处理工件的（），但却改变其（）。
8．利用Fe-Fe3C 相图确定钢完全退火的正常温度范围是（），它只适应于（）钢。
9．球化退火的主要目的是（），它主要适用于（）。
10．钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是（），对过共析钢是（）。
11．当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS 点越( )，转变后的残余奥氏体量就越（）。
12．在正常淬火温度下，碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都（）。
13．钢热处理确定其加热温度的依据是（），而确定过冷奥氏体冷却转变产物的依据是（）。
14．淬火钢进行回火的目的是（），回火温度越高，钢的硬度越（）。
15．钢在回火时的组织转变过程是由（）、（）、（）和（）四个阶段所组成。
16．化学热处理的基本过程包括（）、（）和（）三个阶段。
17．索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（），在性能上的区别是（）。
18．参考铁碳合金相图，将45 号钢及T10 钢（已经过退火处理）的小试样经850 ℃ 加热后水冷、850 ℃ 加热后空冷、760 ℃ 加热后水冷、720 ℃ 加热后水冷等处理，把处理后的组织填入表3 -3 -1 。
二、不定项选择题1．钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于（）。
a．奥氏体的本质晶粒度 b．奥氏体的实际晶粒度c．奥氏体的起始晶粒度 d．奥氏体的最终晶粒度2．奥氏体向珠光体的转变是（）。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
《钢的热处理》PPT课件
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
钢的整体热处理
4．淬火方法
常用的淬火方法有单介质淬火、 双介质淬火、分级淬火和等温淬火 等，如图4-18所示。
1—单介质淬火；2—双介质淬火；3—分级 淬火；4—等温淬火
图4-18 不同淬火方法示意图
➢ 单介质淬火：是指奥氏体化后的工件在一种介质（水或油）中连续冷却至室温 的淬火方法。此法操作简单，易于实现机械化和自动化，但淬火应力大，工件 容易变形和开裂。对碳素钢而言，单介质淬火只适用于形状较简单的工件。
（四）扩散退火
扩散退火又称为均匀化退火，是指将铸件加热至钢熔点以下 100～200℃， 长时间保持（一般为 10～15 h），然后随炉缓慢冷却至 600℃（高合金钢为 350℃） 左右出炉空冷的退火工艺。
扩散退火的目的是消除晶内偏析，使化学成分和组织均匀化。扩散退火后， 钢的晶粒很粗大，因此一般还需再进行完全退火或正火处理。
（a）加热温度范围
（b）工艺曲线
图4-14 各种退火的加热温度范围和工艺曲线
（一）完全退火
完全退火是指将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火 工艺，其加热温度为 Ac3 (30～50)℃。完全退火后的组织一般为 F P 。
完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑 性和韧性，为随后的切削和淬火做好组织准备。
三、钢的淬火
淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以 适当的速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火是钢最重要的 强化方法。
（一）淬火工艺 1．淬火加热温度
淬火加热温度是淬 火工艺的主要参数。一 般情况下，淬火加热温 度应限制在临界点以上 30～50℃范围内，如图 4-16所示。
图4-16 碳钢的淬火加热温度范围
机械工程材料试题库(有答案)
6、体心立方晶格原子密度最大的晶面和晶向分别是(
)。
A、{111}、<110>； B、{110}、<111>； C、{100}、<111>
7、在立方晶格中, 晶向指数 [UVW] 与晶面指数 (hkl) 满足 hU + kV + lW = 0 时, 则
此晶面与晶向(
)。
A、平行； B、垂直； C、成 45°夹角
3、面心立方晶格{100}、{110}、{111}晶面的原子密度分别是＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、
＿＿＿＿＿＿； <100>、<110>、<111>晶向的原子密度分别是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、
＿＿＿＿＿＿。 可见, ＿＿＿＿＿＿＿晶面和＿＿＿＿＿＿＿晶向的原子密度最大。
4、与理想晶体比较, 实际金属的晶体结构是＿＿＿晶体, 而且存在＿＿＿＿＿＿。
5、三种典型金属晶格中, ＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿晶格的原子排列是最
紧密的。
6、晶格常数为 a 的面心立方晶胞, 其原子数为＿＿＿＿＿＿, 原子半径为＿＿＿＿
＿ , 配位数为＿＿＿＿＿, 致密度为＿＿＿＿＿＿＿。
7、实际金属中最常见的点缺陷是＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿； 线缺陷是＿＿＿＿＿； 面
第一章 金属的晶体结构
一、 名词概念解释
1、金属键、晶体、非晶体 2、晶格、晶胞、晶格常数、致密度、配位数 3、晶面、晶向、晶面指数、晶向指数 4、晶体的各向异性、伪各向同性 5、晶体缺陷、空位、位错、柏氏矢量 6、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒 7、晶界、亚晶界、相界
二、 思考题
1、常见的金属晶体结构有哪几种? 试画出晶胞简图, 说明其晶格常数特点。 2、α-Fe、γ-Fe、Cu 的晶格常数分别是 2.066A° 、3.64A°、3.6074A°, 求 (1) α-Fe 与 γ-Fe 的原子半径及致密度； (2) 1mm3 Cu 的原子数。 3、画出下列立方晶系的晶面及晶向 (1) (100)、(110)、(111)及[100]、[110]、[111] (2) (101)、(123)及[101]、[123]
机械工程材料作业答案
第一章材料的结构与金属的结晶1．解释下列名词：变质处理P28；细晶强化P14；固溶强化P17。
5．为什么单晶体具有各向异性P12，而多晶体在一般情况下不显示各向异性P13？答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全一致。
而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各个晶粒在整块金属中的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。
6．在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13？它们对力学性能有何影响P14？答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、相变等许多过程都有重要影响。
7．金属结晶的基本规律是什么P25？铸造(或工业)生产中采用哪些措施细化晶粒？举例说明。
P27~P28答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。
（1）增大过冷度。
降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑等。
（2）变质处理。
向铝合金中加入钛、锆、硼；在铸铁液中加入硅钙合金等。
（3）振动和搅拌。
如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化P40；再结晶P43；纤维组织P38。
2．指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶；而重结晶时晶格类型发生了变化。
另外，再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。
5．为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？P38答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率和具有较高的冲击载荷抗力。
6．用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理？为什么？P42答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。
钢的热处理习题与思考题参考答案
《钢的热处理》习题与思考题参考答案（一）填空题1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。
2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是 T回，一般用于高σe 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。
3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。
4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。
5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。
6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。
7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。
8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。
（二）判断题1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。
（×）2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。
当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。
（×）3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。
（×）4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。
（√）5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。
（×）6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。
（√）（三）选择题1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。
A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。
A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。
工程材料-第六章_钢的热处理ppt课件
第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
预备热处理：为随后的加工或热处理作准备
热处理工艺
最终热处理：赋予工件所需的力学性能
举例：
零件的典型加工工艺路线：
毛坯
（锻件）
预备热处理
（退火、正火）
机加工
（车削）
最终热处理
（淬火、回火）
精加工
（磨削）
第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of Steels）
②相界处晶格畸变较大，原子排列不规 则，有利于获得奥氏体的fcc结构要求。
③相界处碳浓度相差较大，有利于获得 A形核所需的碳浓度要求。
FA Fe3C
A形核
第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
2.奥氏体的长大
A晶核形成后,将通过F→A转变和Fe3C溶 入A的过程不断长大。
分析：
AF Fe3C
冷 却
却
时间
➢ 等温冷却（Isothermal Cooling）
将A快速冷至临界温度以下某一温度，使A在该温度下转变成其他组 织，然后再冷却至室温。
➢ 连续冷却（Continuous Cooling）
A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。
第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 过冷奥氏体（Undercooling Austenite）：
s0＝0.60～1.0m，形成温度为Ar1～650C
➢ 索氏体（Sorbite） 符号：S
s0＝0.25～0.3m，形成温度为650C～600C
工程材料 第六章 钢的热处理.ppt
汽车、拖拉机行业中需要进行热处理的零件占70%~80%； 机床行业中占60%~70%； 轴承及各种模具则占100%。
2021/3/10
二、热处理的分类
概述
1. 整体热处理 是指对热处理工件进行穿透性加热，以改善整体的
组织和性能的工艺。
2. 表面热处理 是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能
第六章 钢的热处理
§6.1 钢的加热及组织转变 §6.2 钢的冷却及组织转变 §6.3 退火和正火 §6.4 淬火（zhan通蘸）与回火 §6.5 钢的表面热处理和化学热处理工艺
§6.6 热处理新技术和新工艺
2021/3/10
一、热处理的概念及其在机械制造中的地位
概述
1. 热处理定义 材料（主要是金属材料）在固态下采用适当的方式进行
2021/3/10
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变 M性能取决于M的碳含量与形态。具体而言：
因珠光体的层片间距越小，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好。
2021/3/10
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变
a. 珠光体 3800 ×
b. 索氏体 8000 ×
2021/3/10
c. 托氏体 8000 ×
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变
按渗碳体形态的不同，珠光体可分为层片状珠光体和球状珠光体 若在 A1 附近长时间保温，片状渗碳体会球化，得到 球状珠光体。
2021/3/10
§6.1 钢的加热及组织转变
奥氏体化：将钢加热到Ac3或Ac1点以上，以获得完全或部分A组织。
加热即为获得A，同时，依靠控制加热规范控制A晶粒大小。 A通过不同的冷却方式可以转变为不同的组织，从而获得所需的性
工程材料第六章钢的热处理1
表面：回火马氏体；心部：回火索氏体
•齿轮（低碳钢、表面渗碳）：
(1)工作条件: 齿轮根部承受交变弯曲应力；（传递扭矩时）;齿啮 合时齿面承受较大的接触压应力并受强烈的摩擦和磨损； 换挡、 气动、制动时齿轮承受一定的冲击。
n—1mm2表面中晶粒的个数。 1）起始晶粒度； 2）实际晶粒度； 3）本质晶粒度；
晶粒大小与晶粒度的概念：
奥氏体晶粒长大的倾向与温度的关系：
影响奥氏体晶粒长大的因素：
加热温度和保温时间； 加热速度； 含碳量； 合金元素； 1）在保证奥氏体成分均匀的情况下选择尽量低
的奥氏体化温度； 2）快速加热到较高的温度经短暂的保温使形成
各种弹簧。
（3）高温回火
温度：500-650℃， 组织：S回（由等轴状的铁素体和球状渗碳体
组成） 性能： 具有适当的强度、硬度和足够的塑性、
韧性（即良好综合性能）。 应用：用于Wc为0.3—0.5%的中碳钢和合金
钢制造的轴、连杆、螺栓等。
生产上将淬火和高温回火称为“调质处理”。
（4）回火温度与力学性能：
选用淬透性低的钢。
3）焊接件：选用淬透性低的钢。
3 回火（与淬火配合）：
（1） 定义：将淬火钢重新加热至A1（727C) 温度以下的某个温度，保温一定时间后冷却至 室温的工艺操作。
（2）目的：降低马氏体的脆性，增加塑性韧性。
稳定组织。
降低内应力。
调整钢的硬度。
（1）低温回火：
• 温度：150~300℃。 •组织：回火马氏体（M回）。
顶端淬火法：
钢的理想淬火冷却曲线：
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
工程材料6
3、马氏体的性能
高硬度是马氏体性 能的主要特点。 马氏体的硬度主要 取决于其含碳量。 含碳量增加，其硬 度增加。
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
C%
当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。
两种冷却方式示意图 1——等温冷却 2——连续冷却
一、 过冷奥氏体的等温转变曲线图
过冷奥氏体的等温 转变图是表示奥氏体急 速冷却到临界点A1 以 下在各不同温度下的保 温过程中转变量与转变 时间的关系曲线.又称C
曲线或TTT曲线。
(Time-Temperature-Transformation diagram)
10s 5s 30s
650 550
2s
40s
2s
10s
5s
温度 (℃) 800
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
A1
700 600 500
400 300 200 100 0 -100 0
1
10
102
103
104
时间(s)
温度 (℃) 800
二、共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区 A1
第五章
钢的热处理
§ 5-1 概述
钢热处理是根据钢在固态下组织转变的规律性，通
过不同的加热、保温和冷却，以改变合金的内部组织， 从而得到所要求性能的一种操作。 特点：只改变零件或毛坯的内部组织，不改变形状和 尺寸，并且是在固态下进行的。 适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发
生固态相变的材料不能用热处理强化。
根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和
下贝氏体（B下）。
工程材料习题册打印答案
第一章 金属的性能一、填空将正确答案填在横线上;下同1、金属材料的性能一般分为两类;一类是使用性能,它包括物理性能、化学性能和力学性能等;另一类是工艺性能,它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等;2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷,在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷,大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷;3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种;不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形;4、强度是指金属材料在静载荷作用下,抵抗塑性变形或断裂的能力;5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度,分别用符号σb 和σs 表示;6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ,则不会产生过量的塑性变形;7、有一钢试样其截面积为100mm 2,已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ ;拉伸试验时,当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象,当受到拉力为—————— 时,试样出现缩颈;8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性;金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大,表示材料的塑性越好;9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm,缩颈处的最小直径为 mm,此材料的伸长率为—————,断面收缩率为——————;10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力;称为冲击韧性;11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs,抗拉强度σb ,洛氏硬度C 标尺HRC,伸长率δ,断面收缩率ψ,冲击韧度αk,疲劳极限σ-1;二、判断正确打√,错误打×;下同1、弹性变形能随载荷的去除而消失;√2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象;×3、材料的屈服点越低,则允许的工作应力越高;×4、洛氏硬度值无单位;√5、做布氏硬度试验时,当试验条件相同时,其压痕直径越小,材料的硬度越低;×6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性; ×7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件; √8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的;√9、铸铁的铸造性能比钢好,故常用来铸造形状复杂的工件;√三．选择把正确答案填入括号内;下同1、拉伸试验时,试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的B ;A.屈服点B.抗拉强度C.弹性极限2、做疲劳试验时,试样承受的载荷为CA.静载荷B.冲击载荷 C 交变载荷3、洛氏硬度C 标尺所用的压头是 BA.．淬硬钢球B.金刚石圆锥体C.硬质合金球4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为CA.．塑性B.硬度C.强度5．用拉伸试验可测定材料的A 性能指标;A.．强度B.硬度C.韧性四．名词解释1．弹性变形与塑性变形2．疲劳极限与抗拉强度五．简述1．画出低碳钢力—伸长曲线,并简述拉伸变形的几个阶段;2．什么是塑性塑性对材料的使用有什么实用意义第二章金属的结构与结晶一、填空1．原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体;原子呈有序有规则排列的物体称为晶体;一般固态金属都属于晶体;2．在晶体中由一系列原子组成的平面,称为晶面;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一定晶向的直线,称为晶向;3．常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方和密排六方三种;铬属于体心立方晶格,铜属于面心立方晶格,锌属于密排六方晶格;4．金属晶体结构的缺陷主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷;晶体缺陷的存在都会造成晶格畸变,使塑性变形抗力增大,从而使金属的强度提高;提高;7．理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度;过冷度的大小与冷却速度有关,冷却速度越快,金属的实际结晶温度越低,过冷度也就越大;8．金属的结晶过程是由晶核的形成和长大两个基本过程组成的;9．金属在固态下,随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变;二、判断正确打√,错误打×;下同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;√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 A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 A晶格,在1000℃时为B 晶格,在600℃时为A 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A ,在1000℃时称为B ,在1500℃时称为 C;A．α—Fe B.γ—Fe C.δ—Fe五．简述3．如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小;1金属模浇注与砂型浇注金属模浇注晶粒小2铸成薄件与铸成厚件铸成薄件晶粒小3浇注时采用振动与不采用振动浇注时采用振动晶粒小4．写出纯铁的同素异构转变式;第三章金属的塑性变形与再结晶一、填空1．金属材料经压力加工变形后,不仅改变了外形尺寸,而且改变了内部组织和性能;2．弹性变形的本质是外力克服原子间的作用力,使原子间距发生发生改变;3．多晶体内晶界对塑性变形有较大的阻碍作用,这是因为晶界处原子排列比较紊乱,阻碍了为错的移动,所以晶界越多,多晶体的变形抗力越大;4．实践证明,再结晶温度与金属变形的程度有关,金属的变形程度越大,再结晶温度越 ;5.从金属学观点来说,凡在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工在再结晶温度以上进行的加工称为热加工;二、判断正确打√,错误打×;下同1．一般来说,晶体内滑移面和滑移方向越多,则金属的塑性越好;√2．实际上滑移是借助于位错的移动来实现的,故晶界处滑移阻力最小;×3．塑性变形只改变金属的力学性能; ×4．回复时,金属的显微组织没有明显变化; √5．金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒;×6．为保持冷变形金属的强度和硬度,应采用再结晶退火; ×7．在高温状态下进行的变形加工称加工×8．热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的交替进行;√三、选择1．钨的再结晶温度为1200℃,对钨来说在1100℃的高温下进行的加工属于A A．冷加工 B. 热加工2．冷热加工的区别在于加工后是否存在AA．加工硬化 B. 晶格改变 C. 纤维组织3．钢在热加工后形成纤维组织,使钢的性能发生变化,即沿纤维的方向具有较高的A 沿垂直于纤维的方向具有较高的C ;A．抗拉强度 B. 抗弯强度 C. 抗剪强度四、简述1．为什么晶粒越细,金属的强度越高,塑性,韧性就越好1．什么是加工硬化现象试举生产或生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊;2．什么是再结晶退火再结晶退火的温度与再结晶温度有何关系3．热加工对金属的组织和性能有何影响第四章铁碳合金一、填空1．合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质;2．合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相;3．根据合金中各组元之间的相互作用不同,合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型;4．根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同,固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两种; 5．合金组元之间发生相互作用而形成的一种具有金属特性的物质称为金属化合物;其性能特点是熔点高,硬度高,脆性大 ;奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体;6．铁碳合金的基本组织有五种,它们是铁素体、奥氏体、和渗碳体;7．铁碳合金的基本相是铁素体、8．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体和奥氏体;9．碳在奥氏体中溶解度随温度的不同而变化,在1148℃时碳的溶解度可达%在727℃时碳的溶解度为%;10．铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下,不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形;11．分别填出下列铁碳合金组织的符号：;奥氏体A、γ,铁素体F、α,渗碳体Fe3C,珠光体P,高温莱氏体Ld,低温莱氏体Ld’;的铁碳合金称为钢;根据室温组织不同,钢又分为三类：亚共析钢,其室温组织为P 12．含碳量%%、和F共析钢钢,其室温组织为P、过共析钢钢钢,其室温组织为P和Fe3C;、13.铁素体的性能特点是具有良好的塑性和韧性,而强度和硬度很低.14.共析钢冷却到S点时,会发生共析转变,从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物,称为珠光体;15..莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物.当温度低于727℃时,莱氏体中的奥氏体转变为珠光体,所以室温下的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成,又称为低温莱氏体Ld’;二.判断正确打√,错误打×;下同1.固溶体的晶格类型与溶剂的晶体类型相同;√2.金属化合物的晶格类型完全不同于任一组元的晶格类型. √3.金属化合物一般具有复杂的晶体结构;√4.碳在γ—Fe中的溶解度比在α—Fe中的溶解度小; ×5.奥氏体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性; √6.渗碳体是铁与碳的混合物; ×7.过共晶白口铸铁的室温组织是低温莱氏体加一次渗碳体. √8.碳在奥氏体中的溶解度随温度的升高而减小; ×9.渗碳体的性能特点是硬度高、脆性大; √10．奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果;√11．含碳量为%和%的钢属于亚共析钢,在室温下的组织均由珠光体和铁素体组成,所以它们的力学性能相同;×12.莱氏体的平均含碳量为%;×三.选择1.组成合金的最基本的独立物质称为 BA.相B.组元C.组织2.合金固溶强化的主要原因是CA.晶格类型发生了变化B.晶粒细化C.晶格发生了畸变3.铁素体为B 晶格,奥氏体为A 晶格.A.面必立方B.体心立方C.密排六方4.渗碳体的含碳量为C %5．珠光体的平均含碳量为A %6．共晶白口铁的含碳量为B %7.铁碳合金共晶转变的温度是B ℃8.含碳量为%的铁碳合金,在室温下的组织为CA.珠光体B.珠光体加铁素体C.. 珠光体加二次渗碳体9.铁碳合金相图上的ES线,其代号用C 表示..PSK线用代号A 表示,GS线用代号 B.表示A,A110.铁碳合金相图上的共析线是C .A..ECF11．从奥氏体中析出的渗碳体称为 B,从液体中结晶出的渗碳体称为A ;A．一次渗碳体 B.二次渗碳体 C.三次渗碳体12．将含碳量为%的铁碳合金加热到650℃时,其组织为C ,加热到1100℃时其组织为B. ;A珠光体 B.奥氏体 C.珠光体加渗碳体 D.奥氏体加渗碳体13．亚共析钢冷却到GS线时要从奥氏体中析出A ;A．铁素体 B.渗碳体 C.珠光体15．亚共析钢冷却到PSK线时,要发生共析转变,奥氏体转变成B ;A．珠光体加铁素体 B.珠光体 C.铁素体四、名词解释1．钢与白口铸铁2．铁素体与奥氏体3．珠光体与莱氏体4．共晶转变与共析转变5．固溶强化与加工硬化五、简述C相图.1.绘出简化后的Fe—Fe33.简述含碳量为%,%的铁碳合金从液态冷至室温时的组织转变过程,并画出室温组织示意图.4.根据Fe—FeC合金相图,说明下列现象的原因.3（１）含碳量为1%的铁碳合金比含碳量%的铁碳合金的硬度高.（２）一般要把钢材加热到1000～1250℃高温下进行锻轧加工.（３）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好.第五章碳素钢一．填空1．碳素钢是含碳量小于%的铁碳合金;2．碳素钢中除铁、碳外还常有Si,Mn,S,P,等元素;其中Si,Mn是有益元素,是S,P有害元素; 3．含碳量小于%的钢为低碳钢,含碳量为%～%的钢为中碳钢,含碳量大于%的钢为高碳钢;4．45钢按用途分类属于碳素结构钢,按质量分类属于钢,按含碳量分类属于亚共析钢;5．T12A钢按用途分类属于碳素工具钢,按含碳量分类属于高碳钢,按质量分类属于高级优质碳素钢;二,判断正确打√,错误打×;下同1．T10钢的含碳量为10%; ×2．锰、硅在碳钢中都是有益元素,适当地增加其含量,能提高钢的强度;√3．硫是钢中的有益元素,它能使钢的脆性下降;×4．碳素工具钢都是优质或高级优质钢; √5．碳素工具钢的含碳量一般都大于%√6．铸钢可用于铸造形状复杂而力学性能要求较高的零件;√7．碳素弹簧钢的含碳量一般在%以下; ×三、选择1．08F钢中的平均含碳量为AA．0．08% %2．普通、优质和高级优质钢是按钢的B 进行划分;A．力学性能的高低 ,P含量的多少 ,Si含量的多少3．在下列牌号中属于优质碳素结构钢的有BA．T8A —A·F4．在下列牌号中属于工具钢的有CA．20 Mn5．选择制造下列零件的材料：冷冲压件 A；齿轮 B；小弹簧C ;A．08F C. 65Mn6．选择制造下列工具所采用的材料：錾子A ；锉刀C ；手工锯条B ;A．T8 B. T10四、名词解释1．08F2．453．65Mn4．T12A5．ZG340—6406．Q235—A·F五、简述1．硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格控制,而在易切削钢中又要适当提高2．碳素工具钢的含碳量对力学性能有何影响如何选用第六章钢的热处理一、填空1．根据工艺的不同,钢的热处理方法可分为退火、正火、淬火、回火、及表面热处理五种2．共析钢的等温转娈曲线中,在A1—550℃温度范围内转变产物为珠光体、索氏体和屈氏体、；在550℃～Ms温度范围内,转变产物为上贝氏体和下贝氏体;3．常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火等;4．工厂里常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等;5．感应加热表面淬火法,按电流频率不同可分为高频、中频和工频三种;6．化学热处理是通过分解、吸收和扩散三个基本过程完成的;7．要求表面具有高的硬度而心部需要足够的韧性的零件应进行表面热处理;8．根据回火温度的不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三类,回火后得到的组织分别是M回、T回和S回;二、判断正确打√,错误打×;下同1．实际加热时的临界点总是低于相图上的临界点;×2．珠光体向奥氏体转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的;√3．珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体混合物,所以它们的力学性能相同;×5．钢在实际加热条件下的临界点分别用Ar1, Ar3,Arcm表示;×8．在去应力退火过程中,钢的组织不发生变化;√9．由于正火较退火冷却速度快,过冷度大,转变温度较低,获得组织较细,因此同一种钢,正火要比退火的强度和硬度高;√10．钢的最高淬火硬度,主要取决于钢中奥氏体的含碳量;×11．淬透性好的钢,淬火后硬度一定很高;×16．同类钢在相同加热条件下,水淬比油淬的淬透性好;×三、选择8．调质处理的组织是B ;A．回火马氏体 B.回火索氏体 C.回火屈氏体10．化学热处理与其他热处理方法的主要区别是C.A．加热温度 B.组织变化 C.改变表面化学成分11．零件渗碳后一般须经A 处理,才能达到表面硬而耐磨的目的;A．淬火＋低温回火 B.正火 C.调质12．用15钢制造的齿轮,要求齿轮表面硬度高而心部具有良好的韧性,应采用 C热处理;若改用45钢制造这一齿轮,则采用B 热处理;A．淬火＋低温回火 B.表面淬火＋低温回火 C.渗碳淬火＋低温回火14．用65Mn钢做弹簧,淬火后应进行B ；用T10A钢做锯片,淬火后应进行C ;A．高温回火 B.中温回火 C.低温回火四、名词解释4．淬透性与淬硬性五．简述3．什么是退火退火的目的有哪些5．什么是正火正火有哪些应用6．什么是淬火淬火的主要目的是什么9．什么是临界冷却速度它与钢的淬透性有何关系第七章合金钢一、填空1．.合金元素在钢中的主要作用有强化铁素体、形成合金化合物、细化晶粒—和提高钢的淬透性和提高回火稳定性;2．合金钢按主要用途分类,可分为合金结构钢、合金工具钢、及特殊性能钢三大类;3．常用的不锈钢有马氏体型和奥氏体型两种二、判断正确打√,错误打×;下同2．大部分合金钢的淬透性都比碳钢好;√8．合金工具钢都是高碳钢;×10．GCr15钢是滚动轴承钢,但又可制造量具、刀具和冷冲模具等;√12．Cr12W8V是不锈钢;×三、选择1．GCr15钢的平均含铬量为B %A．2．将下列合金钢牌号归类：合金结构钢有A、B、C ；合金工具负钢有D、E ；特殊性能有F ；合金调质钢有A ；合金弹簧钢有B、C ；合金模具钢有D、E ；不锈钢有F ;A．40Cr3.正确选用下列零件材料：机床主轴 B；板弹簧 E；坦克履带F ；轴承流动体;贮酸槽A ；汽车、拖拉机变速齿轮 D;B. 40Cr E. 60Si2Mn4.合金调质钢的含碳量一般是B ;A．<% C.>%四．名词解释20CrMnTi50CrVA9SiCrCrWMnW18Cr4V1Cr134Cr14Ni14W2MoZGMn13第八章铸铁一填空1.铸铁是含碳量大于%的铁碳合金,根据铸铁中石墨的存在形状不同,铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等;2.铸铁成分中含碳硅锰硫磷等元素,其中C和Si元素的含量越高,越有利于石墨化进行,而Mn和S 元素是强烈阻碍石墨化的元素;3.灰铸铁中,由于石墨的存在降低了铸铁的力学性能,但使铸铁获得了良好的铸造性能、切削性能、耐磨性、减振性能及低的缺口敏感性;4.可锻铸铁是由白口铸铁通过石墨化退火处理,使白口铸铁中渗碳体分解为团絮状状石墨的铸铁.5.灰铸铁经孕育处理后,可使石墨片及基体组织得到细化,使其塑性、韧性有很大的提高.6.球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入适量的球化剂和孕育剂,浇注后获球状石墨的铸铁;7.白口铸铁中的碳主要以渗碳体形式存在,而灰口铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在;二、判断正确打√,错误打×;下同2.可锻铸铁比灰铸铁的塑性好,因此可以进行锻压加工. ×3.厚铸铁件的表面硬度总比内部高. √5.灰铸铁的强度、塑性和韧性远不如钢. √8.灰铸铁是目前应用最广泛的一种铸铁. √9.白口铸铁的硬度适中,易于切削加工. ×10.铸铁中的石墨数量越多,尺寸越大,铸件的强度就越高,塑性,韧性就越好. ×三、选择1.为提高灰铸铁的表面硬度和耐磨性,采用A 热处理效果较好.A.渗碳后淬火＋低温回火B.电加热表面淬火等温淬火3.选择下列零件的材料:机床床身A ;汽车后桥外壳B;柴油机曲轴C .—10 —054.铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为A .A.石墨化B.变质处理C.球化处理四、名词解释HT250KTH350—10KTZ500—04QT600—02五、简述1.简述影响石墨化的主要因素.第九章有色金属及硬质合金一、填空2.普通黄铜是由Cu、Zn组成的二元合金,在普通黄铜中加入其他合金元素时称特殊黄铜.4.工业纯铝具有密度小、导电性好、抗腐蚀能力强、强度低、塑性好等特点.5.变形铝合金根据其主要性能特点不同可分为:LF铝、LY铝、LC铝和LD铝等.6.铸造铝合金包括Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn等系列合金.二、判断正确打√,错误打×;下同5.工业纯铝中具有较高的强度,常用作工程结构材料. ×6.变形铝合金都不能用热处理强化. ×三.选择,它是 B..1.某一材料的牌号为T4A.含碳量为%的碳素工具钢号工业纯铜 C. 4号工业纯钛2.将相应的牌号填在括号里:普通黄铜A ;铸造黄铜 D;锡青铜B ;铍青铜C .—33.将相应的牌号填在括号里:硬铝B ;防锈铝A ;超硬铝D ;铸造铝C 合金;锻铝. E按工艺特点来分属于B 铝合金,它是热处理C 的铝合金.A.铸造B.变形C.不能强化D.强化四、名词解释T2H68HPb59—1L4LC4。
机械工程材料复习题
《机械工程材料》复习题第一章：金属得力学性能一、填空1、金属材料的性能包括和；使用性能主要有、、，工艺性能主要有、、。
2、常用的力学性能判据有：、、、和。
3、强度是指金属和的能力，塑性变形是指金属、发生不能，也称为永久变形。
4、强度的主要判据有、和；其符号分别为、和表示。
5、塑性是指金属材料断裂前发生的能力；一般δ或ψ值越大，。
6、硬度的试验方法较多，生产中常用的是、和。
7、500HBW5/750表示用直径为mm，材料为球形压头，在N压力下，保持s，测得硬度值为。
8、写出下列力学性能指标符号：屈服点、抗拉强度、洛氏硬度C标尺、断后伸长率、断面收缩率、冲击韧度及疲劳强度。
二、判断1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（）3、材料的屈服点值越小，则允许的工作应力越高。
（）4、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。
（）5、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。
（）三、选择1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大拉应力称为（）。
A、屈服点B、抗拉强度C、弹性极限2、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。
A、塑性B、硬度C、强度四、名词解释1、内力与应力：2、弹性变形与塑性变形：3、屈服点与规定屈服点：4、疲劳强度与抗拉强度：五、问答题P10 1、6、10第二章：纯金属与合金的晶体结构一、填空：1、内部的原子按一定几何形状做有规则的重复排列；内部的原子无规律的堆积在一起。
晶体具有和的特征。
2、常见金属晶格类型有、和三种。
α—Fe属于晶格，γ—Fe 晶格，Zn 晶格。
3、根据晶体缺陷的几何形态、特点，可将其分为以下三类：、、、各种缺陷处及其附近晶格均处于，直接影响到金属的力学性能，使金属的、有所提高。
4、合金是指或、（或金属与非金属元素）组成的具有的新物质。
5、按合金组元间相互作用不同合金在固态下的相结构分为和两类。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§6.2 钢在加热时的转变
（1）奥氏体的形核
A晶核优先在F/Fe3C相界处形成。 原因：
①能量起伏 相界处晶格畸变较大，能量较高，有利于获得A形核所 需的能量要求。
②结构起伏 相界处晶格畸变较大，原子排列不规则，有利于获得奥 氏体的fcc结构要求。
③成分起伏 相界处碳浓度相差较大，有利于获得A形核所需的碳浓 度要求。 （2）奥氏体的长大
珠光体向奥氏体转变的过程
共析钢奥氏体化的四个基本过程：
①奥氏体的形核 ②奥氏体的长大 ③残余Fe3C的溶解 ④奥氏体成分的均匀化
§6.2 钢在加热时的转变 珠光体向奥氏体转变的过程
亚共析钢和过共析钢: 奥氏体化过程与共析钢
基本相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得全部 奥氏体组织，必须相应加热到 Ac3或Accm以上.
珠光体的性能与组织的粗细程度密切相关：片间距越小，片状珠光 体的硬度和强度越大、塑性和韧性越好；渗碳体颗粒越细小，分布越 弥散均匀，粒状珠光体的硬度和强度越大。
§6.3 钢在冷却时的转变
F
Fe3C
三维珠光体如同放在水中的包心菜
片状珠光体
粒（球）状珠光体
§6.3 钢在冷却时的转变
片状珠光体的片间距(s0)与其 形成温度或冷却速度有关：
形成温度越低，s0越小。 冷却速度越大，s0越小。
s0 片状珠光体的形态特征
根据片间距(s0)，片状珠光体可分为：
珠光体（P）：s0＝0.60～1.0m，形成温度为Ar1～650C; 索氏体（S）：s0＝0.25～0.3m，形成温度为650～600C; 托氏体（T）：s0＝0.10～0.15m，形成温度为600～550C
②热处理
将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内 部组织和结构，从而获得优良的性能。
可以这么认为： 合金化：改变原子种类 （引入固溶体或金属化合物）
热处理：改变原子排布方式 （通常得到非平衡组织，除退火外）
§6.1 热处理的基本概念
一、热处理的定义
热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部 组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。
§6.3 钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
①珠光体（Pearlite）,符号：P
加热后的奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在较高 的温度下等温时，奥氏体将转变成珠光体。
典型的冷却方式：炉冷（退火） 珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。
②马氏体（Martensite），符号：M
（相界上的原子为两个相共有）
§6.3 钢在冷却时的转变
③在不断降温的过程中形成 马氏体转变在一个温度范围内完成，冷却中断，转变立即停止。 马氏体转变开始的温度称为Ms点，转变终了的温度称为Mf点。 Ms点和Mf点主要取决于奥氏体中的含碳量（C%）和合金元素的含量 （Me%）。
温度/ C
wc% 含碳量对Ms和Mf的影
保温
温 度
加热
临界温度
等温冷却 连续冷却
时间
①等温冷却
先将A快速冷至临界温度以下某一温度，然后A在该温度下完成组织 转变，最后再冷却至室温。
②连续冷却
A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。
过冷奥氏体：
奥氏体被过冷至临界温度以下即处于不稳定状态，即将发生分解 （即奥氏体转变为其他组织转变）。这种状态的奥氏体称过冷奥氏体。
感应加热
热处理工艺
表面热处理
感应加热表面淬火
表面淬火 火焰加热表面淬火 电接触加热表面淬火 渗碳
化学热处理 渗氮（氮化） 碳氮共渗
控制气氛热处理
火焰
渗碳
其他热处理 真空热处理
加热
形变热处理
§6.1 热处理的基本概念
2、按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
预备热处理：为随后的加工或热处理作准备
§6.3 钢在冷却时的转变 板条马氏体金相组织
§6.3 钢在冷却时的转变
原奥氏体晶界
M针
针状（片状）马氏体金相组织
§6.3 钢在冷却时的转变
M针 原奥氏体晶界
马氏体“针”或“片”的粗细主要取决于奥氏体的晶粒度。
隐晶马氏体：
当奥氏体的晶粒非常细小，以至于在光学显微镜下难以分辨出马氏体 的针状特征。这种马氏体称为隐晶马氏体。
§6.2 钢在加热时的转变
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
奥氏体晶粒的大小关系到随后冷却的组织的粗细程度，对钢的性能有 着重大的影响。控制奥氏体晶粒度具有重要的意义。
影响因素:
①加热温度和保温时间 加热温度越高、保温时间越长，A晶粒越粗大。其中，温度的影响尤 为显著。 过热组织：因加热温度过高而导致的粗大晶粒组织。 ②加热速度 加热速度越快，A晶粒越细小。 短时快速加热工艺：生产上获得超细晶粒的重要手段之一。
响
重要结论：
C%增多，Ms点和Mf点降低。 除Al、Co外，Me%增多，Ms点 和Mf点降低。
§6.3 钢在冷却时的转变
④高速长大 马氏体形成速度极快，瞬间形核、瞬间长大，速度接近声速。
⑤马氏体转变的不完全性 即使温度降低至Mf以下，奥氏体也不能100%转变为马氏体。
残余奥氏体：
→M转变结束后，总有部分奥氏体未转变而残留下来，这部分奥氏体 称为残余奥氏体，记作A、或 R 。
重要结论：
马氏体含碳量越高，其正方度越大，晶格畸变越严重，故硬度越高。 钢中获得马氏体组织是强化钢铁材料的重要手段之体的组织形态
①板条状马氏体（简称板条马氏体） 板条马氏体呈条片状，由许多成群的平行马氏体板条束组成。 板条马氏体主要出现在低碳钢中。 板条马氏体的亚结构为高密度的位错。 板条马氏体又称低碳马氏体、位错马氏体。 ②针状马氏体（又称片状马氏体） 针状马氏体呈针片状或竹叶状，立体形态呈透镜状。 针状马氏体主要出现在高碳钢中。 针状马氏体的亚结构为孪晶。 针状马氏体又称高碳马氏体、孪晶马氏体。
热处理的特点：
热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢 的性能。
重要结论：
材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷 却过程中是否发生组织和结构的变化。
§6.1 热处理的基本概念
三、热处理的类型
1、按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类
普通热处理
退火：炉冷 正火：空冷 淬火：油、水 回火
珠光体在临界温度以下的较高温度范围（Ar1～550C）形成。
1、珠光体的组织形态及性能
（1）珠光体的组织形态 ①片层状珠光体（简称片状珠光体） 片状珠光体是相间排列成层片形态的铁素体与渗碳体的机械混合物。
②粒状珠光体（又称球状珠光体） 粒状珠光体是颗粒状渗碳体分布在铁素体基体中的机械混合物。 （2）珠光体的性能
③影响马氏体形态的因素
§6.3 钢在冷却时的转变
100
体 75 积 ， 50 % 25
板条马氏体量
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
wc% 马氏体形态与含碳量的关系
当C%＜0.2%，马氏体转变后的组织中几乎全部是板条马氏体； 当C%＞1.0%，马氏体转变后的组织中几乎全部是针状马氏体； 当0.2%＜C%＜1.0%，马氏体转变后的组织中既有板条马氏体，也有针 状马氏体。
珠光体组织 金相显微镜
索氏体组织
托氏体组织
§6.3 钢在冷却时的转变
2、珠光体的转变过程
珠光体转变（即A→P转变）是一个形核和长大的过程，是碳原子重新 分布和晶格重构的过程。
以共析钢片状珠光体的形成为例：
片层状珠光体的转变过程
珠光体转变是典型的扩散型相变：
珠光体形成时，碳原子和铁原子均需进行长程扩散。
工程材料
Engineering Materials
第六章 钢的热处理
第六章 钢的热处理
钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一， 在机械制造业中的比例达到90%左右，在汽车制 造业中的比例达到70%，在其他制造业中也是最 重要的材料之一。
改善钢铁材料性能的途径：
①合金化
通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获 得优良的性能。
§6.3 钢在冷却时的转变
3、马氏体的性能
马氏体的性能主要取决于含碳量和组织形态。 ①含碳量的影响 C%高则硬度和强度高，但脆性大。 高碳针状马氏体“硬而脆”。
②组织形态的影响 针状马氏体塑性和韧性差，而板条马氏体韧性好，且具足够的强度。 低碳板条马氏体“强而韧”。
马氏体的硬度与淬火钢的硬度之间的关系：
§6.2 钢在加热时的转变
③碳化物形成元素 钢中有碳化物形成元素时，钢组织中存在的细小碳化物 可阻碍晶粒的长大，从而使A晶粒细化。 碳化物形成元素：Ti、V、Nb、W、Mo、Cr等。 含有上述元素的钢均是本质细晶粒钢。
④Mn、P等元素 促进A晶粒长大，易产生过热组织。
两种冷却方式：
§6.3 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，奥氏体将转变成马氏体。 典型的冷却方式：水冷或油冷（淬火） 马氏体具有很高的强度和硬度。
③贝氏体（Bainite），符号：B
过冷奥氏体在中等温度范围内等温时，奥氏体将转变成贝氏体。 贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。
§6.3 钢在冷却时的转变
（一）珠光体转变
Acm
Arcm
Ac1 A1 Ar1
重要结论：
钢的实际临界转变温度 总是滞后于理论临界转变 温度，即加热时需要过热， 冷却时需要过冷。
wc（%） Fe－Fe3C相图的共析转变部分
两种加热方式：
§6.2 钢在加热时的转变
加热 在临界温度Ac1以上的加热——发生相变 在临界温度Ac1以下的加热——不发生相变
A晶核形成后，将通过F→A转变和Fe3C溶入A的过程不断长大。 （3）残余Fe3C的溶解