机械工程材料 第四章钢的热处理
机械工程材料复习
2、化学性能 ⑴ 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 ⑵ 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。
㈡ 工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、
偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回
②晶向指数：晶向上任一点坐标值取整加 [ ]
立方晶系常见的晶面和晶向
⑷ 晶面族与晶向族
指数不同但原子排列完全相同的
a
晶面或晶向。
3
⑸密排面和密排方向 ——同滑移面与滑移方向
在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。
2、实际金属 ⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 ⑵ 晶体缺陷—晶格不完整的部位 ① 点缺陷 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。
合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。 ⑸ 固溶体与化合物的区别：①结构；②性能；③表达
方式
合金元素在钢中的作用
1、强化铁素体； 2、形成化合物——第二相强化 3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区 4、使S、E点左移 5、影响A化 6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, Vk减小, 淬透性提高. 7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。
绑扎物件所用材料要求具有良好的塑韧性、易于变形，而铁
丝的主要成分为软韧相的铁素体，适宜用作绑扎材料；
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。
钢的热处理
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。
保温 温度 临界温度 冷 加 热 却 时间
热处理工艺曲线示意图
钢的热处理－热处理的基本概念
二、热处理的基本要素和作用
热处理的三大要素
①加热（ Heating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。
种类： 扩散退火、再结晶退火、去应力退火。
第二类退火：
目的和作用： 以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢中的珠光体、 铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。 种类： 完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。
钢的热处理－钢的退火与正火
完全退火（Complete Annealing）
热处理的作用
改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力， 提高工件
质量，延长工件寿命。
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。
钢的热处理-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
时间 / s
马氏体转变时产生的组织应力。
温度 / C
Ms
理想淬火介质的冷却曲线
钢的热处理－钢的淬火与回火
常用淬火介质：
①水 特点：经济，冷却能力较强，但在Ms点附近冷速过快。 适用范围：碳钢。 盐水：盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。 ②油
特点：低温区（Ms点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，
两个方面的问题：
冷却速度大，容易获得马氏体。 冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。
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-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
机械工程材料练习题2013
机械工程材料练习题第一章工程材料的力学性能1．区分下列各组常用机械性能指标的物理意义（1）σs 和σb ；（2ak；（3）HBW、HRC、HRB、HRA、HV2．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？3.什么是强度，什么塑性，什么是硬度，什么是冲击韧度，什么是疲劳强度。
第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、δ-Fe、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。
2.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？3.画出下列晶面指数或晶向指数：（234），（120），（112），[210]4.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？5.金属结晶的基本规律是什么？在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？6．实际金属的晶体结构有哪些缺陷？金属缺陷对金属的性能有哪些影响。
第二部分合金的相结构与合金的结晶1．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；2．本课学习到的强化方法有：固溶强化、加工硬化、弥散强化、热处理强化、细晶强化，试述其基本原理及区别。
3．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？4. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.5. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于 B 的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。
现要求：1）作出A-B 合金相图；2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
机械工程材料练习题参考答案
机械工程材料练习题参考答案第一章工程材料的力学性能2.有一钢试样，其直径为10mm，标距长度为50mm，当拉伸力达到18840N时试样产生屈服现象；拉伸力加至36110N时，试样产生颈缩现象，然后被拉断；拉断后标距长度为73mm，断裂处直径为6.7mm，求试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。
解:由题中条件及计算公式得σs =Fs/So=18840/（*102/4）=240(N/mm2)σb=Fb/So=36110/（*102/4）=460(N/mm2)δ=(L1-L0)/L0×100%=(73-50)/50=46%ψ=(S0-S1)/S0×100%={*102/4)- *4)}/（*102/4）=/100=%答:试样的Re=240(N/mm2)、Rm=460(N/mm2)、δ=46%、ψ=%。
4．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？（参见教材第6页）第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。
（参见第二章第一节）2.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。
3.晶面指数和晶向指数有什么不同？答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[]uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。
4.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
工程材料与热加工习题
⼯程材料与热加⼯习题机械⼯程材料与热成型技术习题册班级：姓名：第⼀章⾦属的⼒学性能1.什么是⾦属的⼒学性能，列表总结。
第⼆章⾦属的晶体结构与结晶1.解释下列名词合⾦，固溶体，固溶强度，弥散强度，相，组织，铁素体，奥⽒体，渗碳体，珠光体，莱⽒体2.实际⾦属晶体中存在哪⼏种缺陷？这些缺陷对⾦属性能有何影响？3.铸锭组织有何特点？4.晶粒⼤⼩对⾦属⼒学性能有何影响？细化晶粒的⽅法有哪⼏种？5.何谓共晶转变和共析转变？要求写出相应反应式。
6.如图所⽰，随着钢中含碳量的增加，钢的⼒学性能如何变化？为什么？（P30图2-34）实验：填写下表，归纳铁素体，奥⽒体，渗透体，珠光体和低温莱⽒体的特点。
第三章⾦属的塑性变形与再结晶1.塑性变形⽅式有哪些？2.为什么细晶粒⾦属不仅强度⾼，⽽且塑性，韧性也好？3.什么是冷变形强化现象，试⽤⽣产实例来说明冷变形强化现象的利弊。
4.什么是回复？什么是再结晶？5.何谓热变形，冷变形？6.⾦属经热塑性变形后，其组织和性能有何变化？第四章钢的热处理1.什么叫热处理？常⽤热处理⽅法有哪些？2.什么是淬⽕临界冷却速度？它对钢的淬⽕有何重要意义？3.论述完全退⽕和去应⼒退⽕的种类，作⽤和应⽤范围。
4.退⽕与正⽕的主要区别是什么？⽣产中如何选⽤退⽕和正⽕？5.试论述常⽤淬⽕介质的种类，特点和应⽤？6.为什么⼯件经淬⽕后会产⽣变形，甚⾄开裂？减少淬⽕变形和防⽌开裂有哪些措施？7.淬⽕的⽬的是什么？淬⽕加热温度应如何确定？为什么？8.为什么淬⽕后的钢⼀般都要进⾏回⽕？按回⽕的温度不同，回⽕分为哪⼏种？指出各种温度回⽕后得到的组织，性能及应⽤范围。
9.现有低碳钢和中碳钢齿轮各⼀个，为使齿⾯有⾼硬度和耐磨性，试问各应进⾏何种热处理？并⽐较他们经热处理后在组织和性能上有何不同？10.甲，⼄两⼚同时⽣产⼀批45钢零件，硬度要求为220~250HBW。
甲⼚采⽤调质，⼄⼚采⽤正⽕，均可以达到要求，试分析甲，⼄两⼚产品的组织和性能差异。
材料力学第四章钢的热处理
本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所
对应的组织。
本章练习1
5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77％的钢片加热至727℃以上，分别以不同 方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。 试问图中①、②、③、④点各是什么组织?定性地比较②、④点组织的 硬度大小。
a)A1～650℃：P，5～25HRC，片间距为0.6～0.7μm，( 500× )。 b)650℃ ～600℃：细片状P---索氏体(S)，片间距为0.2～0.4μm，25～36HRC。 c)600℃ ～550℃：极细片状P---托氏体(T)，片间距为＜0.2μm，35～40HRC。
a)
b)
c)
第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550℃～Ms，根据其组织形态不同，分为：
铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保温时间长(10h以上) 去应力退火
用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 ～ 200 ℃)，经一段时间保温后随炉
除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间
加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。
机械工程材料及热加工工艺试题及答案
机械工程材料及热加工工艺试题及答案一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法名称机床床身汽车后桥齿轮候选材料T10A,KTZ450-06,HT20040Cr,20CrMnTi,60Si2Mn选用材料HT20020CrMnTi热处理方法时效渗碳＋淬火＋低温回火最终组织P＋F＋G片表面Cm＋M＋A’心部F＋MCm＋M＋A’Cm＋M＋A’T回Cm＋M＋A’F＋Pa+SnSbAS回＋G球滚动轴承GCr15,Cr12,QT600-2GCr15球化退火＋淬火＋低温回火锉刀9SiCr,T12,W18Cr4VT12球化退火＋淬火＋低温回火汽车板簧钻头桥梁滑动轴承耐酸容器发动机曲轴45,60Si2Mn,T10W18Cr4V，65Mn,201Cr13,16Mn,Q195H70,ZSnSb11Cu6,T860Si2MnW18Cr4V16Mn,ZSnSb1 1Cu6淬火＋中温回火淬火＋低温回火不热处理不热处理固溶处理等温淬火＋高温回火Q235,1Cr18Ni9Ti,ZGMn131Cr18Ni9TiQT600-3,45,ZL101QT600-3三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
机械工程材料_沈莲_04章_合金钢
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
机械工程材料
（2）提高淬透性
除Co以外，所有的合金元素固溶于奥氏体中增 加了奥氏体的稳定性，减慢了过冷奥氏体分解速度， 使奥氏体等温转变图右移，因而降低了钢淬火时的 临界冷却速度V临，提高了淬透性。
含S、P量较低（Ws<0.02%、Wp<0.03%） 的高级优质钢，则在牌号的最后加“A”。
对于低合金高强度结构钢，其牌号用“Q+数 字+质量等级（A、B、C、D、E质量依次提高） 表示。
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2） 形成致密氧化膜和金属间化合物
合金元素Si、Cr、Al、Ni、W、Mo、Ti等可 以形成致密氧化膜SiO2、Cr2O3、Al2O3和金属 进化合物FeSi、FeCr、Ni3Al、Ni3Ti、Fe2W、 Fe2Mo。
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第四章 合金钢
ALLOY STEELS
碳钢的优点：（1）经热处理后具有良好的综 合力学性能；（2）冶炼工艺简单，成本低；（3） 压力加工性能好；（4）切削加工性能好。
碳钢的缺点：（1）淬透性低；（2）回火抗力 差：淬火钢在回火过程中硬度、强度下降过多； （3）强度不够高；（4）不具备特殊性能：耐高 温、耐低温、耐磨损、耐腐蚀。
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机械工程材料
致密氧化膜覆盖在钢的表面，提高钢的耐腐蚀 性和高温抗氧化性（不锈钢的性能）；金属间化合 物则阻碍位错在高温下运动，提高钢的蠕变抗力， 特别是它们呈弥散分布的细颗粒时，可以显著提高 钢的高温强度（耐热钢的性能）。
工程材料及机械制造基础习题答案
⼯程材料及机械制造基础习题答案《⼯程材料及机械制造基础》习题参考答案第⼀章材料的种类与性能（P7）１、⾦属材料的使⽤性能包括哪些？⼒学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是⾦属的⼒学性能？它包括那些主要⼒学指标？⾦属材料的⼒学性能：⾦属材料在外⼒作⽤下所表现出来的与弹性和⾮弹性反应相关或涉及⼒与应变关系的性能。
主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、⼀根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最⼤载荷为多少？断⾯收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛⽒硬度的测试原理。
以压头压⼊⾦属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应⼒松弛？蠕变：⾦属在长时间恒温、恒应⼒作⽤下，发⽣缓慢塑性变形的现象。
应⼒松弛：承受弹性变形的零件，在⼯作过程中总变形量不变，但随时间的延长，⼯作应⼒逐渐衰减的现象。
6、⾦属腐蚀的⽅式主要有哪⼏种？⾦属防腐的⽅法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐⽅法：1）改变⾦属的化学成分；2）通过覆盖法将⾦属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第⼆章材料的组织结构（P26）1、简述⾦属三种典型结构的特点。
体⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的中⼼和每个顶⾓各有⼀个原⼦。
每个体⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：2个。
塑性较好。
⾯⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的8个顶⾓和6个⾯的中⼼各有⼀个原⼦。
每个⾯⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：4个。
塑性优于体⼼⽴⽅晶格的⾦属。
密排六⽅晶格：晶格属于六⽅棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项⾓上各有⼀个原⼦，两个端⾯的中⼼各有⼀个原⼦，晶胞内部有三个原⼦。
每个密排六⽅晶胞原⼦数为：6个，较脆2、⾦属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和⾯缺陷。
使⾦属抵抗塑性变形的能⼒提⾼，从⽽使⾦属强度、硬度提⾼，但防腐蚀能⼒下降。
3、合⾦元素在⾦属中存在的形式有哪⼏种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和⾦属化合物两种。
机械工程材料历年试题题库汇总(答案)
塑性和韧性）。 64、刀具的使用性能要求主要是：（高硬度）、（高耐磨性）和（高热硬性）。制造刀具的
钢，其含碳量大体在（0.6~1.5%）范围。 65、金属和合金的腐蚀一般有（ 化学 ）腐蚀和（电化学）腐蚀两种，其中以（电化学）
(一) 材料的性能
1、同一牌号的普通灰口铸铁铸件，薄壁和厚壁处的抗拉强度值是相等的。（ × ） 2、用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号 HBW 表示。（√） 3、用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号 HBS 表示。（√）
(二) 材料结构
4、工业金属大多为单晶体。（ × ） 5、间隙固溶体的机械性能和间隙化合物的机械性能是相似的。（×） 6、同一种固相，它的初生相和次生相在化学成分、晶体结构上是不同的。（×） 7、金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为
60Si2Mn 为（弹簧）钢。 58、写出下列各类钢的一个常用钢号：普通低合金结构钢（16Mn），合金调质钢
（40Cr），滚动轴承钢（GCr15），耐磨钢（ZGMn13）。 59、60Si2Mn 钢制载重汽车板簧，其常规热处理为（淬火+中温回火），最终组织为（回火
屈氏体），硬度大致为（39-52HRC）。 60、普通低合金结构钢的使用状态为（热轧或正火的），锰的作用是（固溶强化）。 61、高速工具钢经（高温淬火）加多次（回火）后，具有很高的强度、硬度和较好的（塑
40、共析钢淬火后回火，低温回火室温组织为（回火 M），中温回火室温组织为（回火 T），高温回火室温组织为（回火 S）。
工程材料与热加工习题48学时答案
第一章金属材料的力学性能1.1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？答案：1.强度指标：弹性极限，弹性模量；屈服强度（条件屈服强度）；抗拉强度。
2.塑性指标：（1）断后伸长率；（2）断面收缩率1.2 常用的硬度测试方法有哪些？机械制造常用的硬度测试方法是什么？答案：1.常用硬度测试方法：压力法、划痕法、弹跳法。
2.机械制造常用硬度测试方法：压力法中的布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.3常见的工艺性能有哪些？答案：常见的工艺性能：1.热加工：铸造性能（流动性、收缩性）；锻压性能（可锻性、变形抗力）；焊接性能（可焊性）；热处理性能（淬透性、淬硬性）。
2.冷加工：机械加工（切削加工）性能。
1.4 材料的综合性能通常是指什么？答案：强度、硬度、塑性和韧性都较好，也称为强韧性好。
第二章金属与合金的结构与结晶2.1 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度与金属结晶后的晶粒大小有何关系？答案：理论结晶温度与实际结晶温度的差值；冷速越大，过冷度越大；过冷度越大，晶粒越小。
2.2 晶粒大小对金属的力学性能有何关系？简述在凝固过程阶段晶粒细化的途径。
答案：晶粒细小（细晶强化），强度、硬度高的同时，塑性、韧性也好；细化晶粒的途径：（1）提高冷速，增加过冷度；（2）变质处理（孕育处理），引入外来晶核；（3）搅拌、震动（物理方式、机械方式）。
2.3 什么是固溶体？什么是固溶强化？答案：溶质溶入溶剂，保持溶剂晶格类型的固态合金相；固溶强化：溶质溶入溶剂，产生晶格畸变，强度硬度升高。
2.4 什么是金属化合物？什么是弥散强化？答案：溶质溶入溶剂，形成不同于溶质和溶剂晶格的新的晶格类型的固态合金相；弥散强化：金属化合物颗粒（圆、小、均）规整、尺寸小，均匀分布在合金的基体上，强度、硬度升高。
2.5 金属材料常用的强化方法是什么？答案：细晶强化、固溶强化、弥散强化、时效强化、加工硬化（冷变形强化）。
2.6 金属晶体的缺陷有几类？分别是什么？位错与硬度和强度有何关系？一般机械零件强化是提高位错密度还是降低位错密度？为什么？答案：1.三类；2.点缺陷（间隙、空位和置换原子）、线缺陷（位错：刃型位错和螺型位错）和面缺陷（晶界和亚晶界）；3.位错密度有一临界值，小于此临界值，位错密度越小硬度和强度越高；大于此临界值，位错密度越大硬度和强度越高；4.提高位错密度；通常条件下，提高位错密度实现容易，成本低。
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多一条
先共析
相的析
出线。
27
② 合金元
素的影响
除Co 外，
凡溶入奥
氏体的合 金元素都
使C 曲线
右移。
28
除Co 和Al 外，所有合金元素都使Ms 与Mf 点下降。
⑵ 奥氏体化条件的影响
奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分
均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥
21
⑶ 测定每个试样的转变量， 确定各温度下转变量与转 变时间的关系。
⑷ 将各温度下转变开始时
间及终了时间标在温度— 时间坐标中，并分别连线。 转变开始点的连线称转
变开始线。转变终了点的
连线称转变终了线。
22
A1-Ms 间及转变开
始线以左的区域为 过冷奥氏体区。
转变终了线以右及
温 A1 度
电镜下
40
光镜下
上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较
好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体
下贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
41
2、贝氏体转变过程
贝氏体转变也是形核和长大的过程。 发生贝氏体转变时，首先在奥氏体中的贫碳区形成 铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之 间，为过饱和铁素体。
总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。
2
2、热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如
铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织 来改变性能，而不改变其形状。
ห้องสมุดไป่ตู้
铸造
轧制
3、热处理适用范围：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。
3
4、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同， 将热处理工艺分类如下： 退火 正火 普通热处理 淬火 回火 表面淬火—感应加热、火焰加热、 电接触加热等 表面热处理 热处理 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮 共渗、渗其他元素等 控制气氛热处理 真空热处理 其他热处理 形变热处理 4 激光热处理
下贝氏体
38
上贝氏体
⑴ 上贝氏体
形成温度为550-350℃。
在光镜下呈羽毛状。
在电镜下为不连续棒状的
渗碳体分布于自奥氏体晶
界向晶内平行生长的铁素
光镜下
体条之间。
电镜下
39
⑵下贝氏体
形成温度为350℃230℃ (Ms)。 在光镜下呈竹叶状。 在电镜下为细片状碳 化物分布于铁素体针 内，并与铁素体针长 轴方向呈55-60º 角。
束时的晶粒度称
起始晶粒度，此时
晶粒细小均匀。
随加热温度升高
或保温时间延长，
奥氏体晶粒将进一 步长大，这也是一 个自发的过程。
14
2）在给定温度下奥氏体的 晶粒度称实际晶粒度。 3）加热时奥氏体晶粒的长 大倾向称本质晶粒度。
通常将钢加热到94010℃ 奥氏体化后，设法把奥氏
体晶粒保留到室温来判断。 晶粒度为1-4 级
扁棒状
光镜下
在光镜下板条马氏
体为一束束的细条
组织。
48 电镜下
每束内条与条之间尺
寸大致相同并呈平行 排列，一个奥氏体晶 粒内可形成几个取向 不同的马氏体束。
在电镜下，板条内的
光镜下
亚结构主要是高密度 的位错，=1012/cm2， 又称位错马氏体。
电镜下
49
⑵ 针状马氏体
立体形态为双凸透镜形的 片状。显微组织为针状。 在电镜下，亚结构主要是 孪晶，又称孪晶马氏体。
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-TemperatureTransformation)
20
1、C曲线的建立
以共析钢为例：
⑴
取一批小试样
并进行奥氏体化。
⑵
将试样分组
淬入低于A1 点的不 同温度的盐浴中， 隔一定时间取一试 样淬入水中。
珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首
先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥
氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间 形核并长大， 形成一个珠光 体团。
珠光体转变是 扩散型转变。
36
珠光体转变过程
37
㈡ 贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态及性能 过冷奥氏体在550℃- 230℃ (Ms)间将转变为贝氏体类型 组织，贝氏体用符号B表示。 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）。
B上
42 B下
当转变温度较高（550-350℃）时，条片状铁素体
从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和 变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体 条间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
43
当转变温度较低（350- 230℃）时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低， 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而
铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。 44
㈢ 马氏体转变 当奥氏体过冷到Ms 以下将转变为马氏体类型组织。 马氏体转变是强化钢的重要途径之一。 1、马氏体的晶体结构 碳在α-Fe中的过饱和固溶体称马氏体,用符号M 表示。 马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。
均匀。
9
亚共析钢和过共析钢的奥
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。
10
2.影响奥氏体形成的因素 1．加热温度 T↑→A化↑ (D↑→浓度梯度大） 2.含碳量 C%↑→界面多→核心多 →转变快
11
3.加热速度
马 氏 体 组 织
45
马氏体具有体心正方晶格（a=b≠c）
轴比c/a 称马氏体的正方度。
C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。
当＜0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。
46
FCC
铁原子
碳原子
马氏体 的形成
BCT
47
2、马氏体的形态
马氏体的形态分板
条和针状两类。
⑴ 板条马氏体
立体形态为细长的
光镜形貌
电镜形貌
33
⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨， 用符号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌
34
珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只
是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧性 略有改善。
b
片间距
HRC
35
2、珠光体转变过程
Zr、W、Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成
元素。
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。
⑷ 原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢
的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细 而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
17
第二节 钢在冷却时的组织转变
电镜下
光镜下
电镜下
50
⑶ 马氏体的形态主要取决于其含碳量
C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。 C%大于1.0%C时则几乎全部是针状马氏体。 C%在0.2~1.0%之间为板条与针状的混合组织。
马氏体形态与含碳量的关系
0.2%C
0.45%C
1..2%C
51
先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过
氏体的稳定性，使C 曲线右移。
在使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影
响。
29
二、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、
贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。
以共析钢为例说明：
㈠ 珠光体转变
1、珠光体的组织形态及性能
30
过冷奥氏体在A1到550℃间将转变为珠光体类
过冷奥氏体的等温转变 过冷奥氏体的等温转变产物的组织和性能 过冷奥氏体的连续冷却转变
18
一、过冷奥氏体的等温转变
处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是 非稳定组织，迟早要发生转变。
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式示意图 1——等温冷却
2——连续冷却
19
过冷奥氏体的等温转
V↑→转变开始温度↑，转变时间↓
12
4．合金元素
a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，
↓奥氏体形成速度
b. C0、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度
c. Al、Si、Mn影响不大
5．原始组织
片状，片间距小→相界面多→碳弥散度大→碳原
子扩散距离短→奥氏体形核长大快 >粒状
13
三、奥氏体晶粒大小及控制 1、奥氏体晶粒度概念 1）奥氏体化刚结
的是本质粗晶粒钢，5-8 级的是本质细晶粒钢。前 者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。
15
2、影响奥氏体晶粒长大的因素 ⑴ 加热温度和保温时间： 加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 ⑵ 加热速度： 加热速度越快，过热度越大，形核率越高， 晶粒越细。
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⑶ 合金元素：
阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、
第二步：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散