工程材料及熱處理第一部分名詞解釋材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬鍵：通過共有化的自由電子和正離子依靠靜電引力結(jié)合的方式。金屬的宏觀特性：①導電性②導熱性③不透明④有光澤⑤具有正電阻溫度系數(shù)⑥塑性、延展性書P12表1-1晶體：內(nèi)部質(zhì)點（原子、離子或分子）在三維空間按一定規(guī)律進行周期性重復排列的固體。晶體與非晶體的區(qū)別：根本區(qū)別：內(nèi)部質(zhì)點排列的規(guī)律不同，即結(jié)構(gòu)不同。晶體有一定的熔點，而非晶體則沒有。晶體具有各向異性，而非晶體是各向異性。空間點陣或晶格：將晶體的內(nèi)部質(zhì)點抽象為幾何點得到的由幾何點構(gòu)成的空間構(gòu)架。晶胞：能完全反應點陣特征的最小的幾何單元。晶面：通過將晶體中由原子構(gòu)成的平面。晶向：任意兩個原子的連線方向。晶體缺陷：實際金屬中，因一些原子在外在因素的作用下偏離平衡位置破壞晶體中原子排列的規(guī)律性，形成的微小不完整區(qū)域。根據(jù)幾何形狀特征，可將晶體缺陷分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三類。點缺陷：空位、間隙原子和置換原子線缺陷：也稱為位錯（位錯密度用X射線或透射電鏡測定）面缺陷：晶界、亞晶界合金：由兩種或兩種以上的金屬元素（或金屬元素與非金屬元素）組成的具有金屬特性的物質(zhì)。相：合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一結(jié)構(gòu)、同一性質(zhì)，并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。固溶體：溶質(zhì)原子溶入固態(tài)金屬溶劑晶格中所形成的均一的、保持溶劑晶體結(jié)構(gòu)的合金相稱為固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格結(jié)點位置，而是填入溶劑晶格的某些間隙位置所形成的固溶體。置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)了溶劑晶格的某些結(jié)點位置所形成的的固溶體。固溶強化：由于固溶體中的晶格畸變區(qū)會與位錯產(chǎn)生交互作用，會阻礙位錯運動，從而引起合金的塑性及韌性有所下降，強度有所提高。金屬間化合物：兩組元形成合金時，當超過固溶體的溶解極限時，形成的一種晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為金屬間化合物，也稱中間相。金屬材料組織與性能的控制結(jié)晶：液態(tài)金屬到固態(tài)金屬的過程。過冷：液態(tài)金屬必須冷卻到理論結(jié)晶溫度Tm以下某一個溫度T時才開始結(jié)晶，這個現(xiàn)象稱為過冷。結(jié)晶潛熱：伴隨著液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變而釋放的熱量稱結(jié)晶潛熱。均質(zhì)形核：從過冷液態(tài)金屬中自發(fā)形成晶核的過程。異質(zhì)形核：液態(tài)金屬原子，依附于模壁或液相中未熔固相質(zhì)點表面，優(yōu)先形成晶核的過程。晶體長大機制：粗糙界面的長大機制——連續(xù)垂直長大機制光滑界面的長大機制——側(cè)向長大機制細晶強化：晶粒細化使金屬機械性能提高的現(xiàn)象。細化晶粒的途徑：增大形核率N和降低長大速度。細化晶粒的方法：增大液態(tài)金屬的過冷度和孕育（變質(zhì)）處理。杠杠定律：在結(jié)晶過程中，液、固二相的成分分別沿液相線和固相線變化。液、固二相的相對量關(guān)系，如同力學中的杠桿定律。勻晶相圖：兩個組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶，在結(jié)晶時發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變的相圖。晶內(nèi)偏析：晶粒內(nèi)部化學成分不均勻的現(xiàn)象。枝晶偏析：由于固溶體結(jié)晶時一般按樹枝狀方式生長，先結(jié)晶的枝干和后結(jié)晶的枝間成分也不相同。嚴重的枝晶偏析會使合金的力學性能降低，主要是降低塑性和韌性以及耐蝕性等。生產(chǎn)中常用均勻化退火（擴散退火）方法來消除枝晶偏析。共晶相圖：兩組元在液態(tài)能無限互溶，在固態(tài)只能有限溶解，并且具有共晶轉(zhuǎn)變的合金相圖。固溶處理：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象。彌散硬化：合金中以固溶體為主再加上適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。共析相圖：兩組元在液態(tài)能夠無限互溶，在固態(tài)只能有限互溶，并具有共析轉(zhuǎn)變的相圖。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：一些金屬，在固態(tài)下隨溫度或壓力的改變,還會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，即由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。熱脆：硫冷脆：磷滑移：晶體在切應力作用下，其一部分沿一定的晶面和一定的晶向相對另一部分發(fā)生的相對滑動現(xiàn)象。回復、再結(jié)晶冷加工：金屬材料的冷形變加工，形變加工時產(chǎn)生加工硬化。熱加工：金屬材料的熱形變加工，不產(chǎn)生加工硬化。加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象。熱處理：通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要性能的一種加工工藝。奧氏體：奧氏體是C在γ鐵中的間隙固溶體，面心立方結(jié)構(gòu)，最大溶碳量2.11%，高塑性、低屈服強度——相變過程容易產(chǎn)生塑性變形，比容在鋼的組織中最小，密度最大——相變中容易產(chǎn)生體積變化（M→A4.234%）奧氏體形成速度與加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。過冷奧氏體：在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體。冷卻方式：等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。23、珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。24、索氏體：在650～600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細的珠光體。25、屈氏體：在600～550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細的珠光體。26、貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。27、馬氏體：碳在α-Fe中的過飽和固溶體。28、奧氏體:碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體.29、殘余奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體。30、退火：將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進行冷卻的一種熱處理操作。31、正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～80℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。32、淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。33、回火：將淬火鋼重新加熱到A1點以下某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。34、冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。35、時效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110~150℃經(jīng)過6~36小時的人工時效處理，以使組織穩(wěn)定。36、淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。37、淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。38、淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。39、重結(jié)晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的改變，稱為重結(jié)晶。調(diào)質(zhì)處理：淬火后的高溫回火。、工程材料無第二部分簡答1、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？α-Fe、γ-Fe、Mg各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe屬于體心立方晶格；γ－Fe屬于面心立方晶格；Mg屬于密排六方晶格；2、實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？答：如果金屬中無晶體缺陷時，通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅速下降，當缺陷增加到一定值后，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強度增加。同時晶體缺陷還會增加金屬的電阻，降低抗腐蝕性能。3、過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？答：①冷卻速度越大，則過冷度也越大。②隨著冷卻速度的增大，晶體內(nèi)形核率和長大速度都加快，加速結(jié)晶過程的進行，但當冷速達到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢，因為這時原子的擴散能力減弱。③過冷度增大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N與G的比值，晶粒變細，但過冷度過大，結(jié)晶發(fā)生困難。4、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？答：①金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。②受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質(zhì)以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。5、在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應用變質(zhì)處理？答：①采用的方法：變質(zhì)處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。②變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。③機械振動、攪拌。6、產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量增加，由于晶粒破碎和位錯密度增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降，產(chǎn)生所謂“加工硬化”現(xiàn)象。7、與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？答：（1）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，使其致密度得以提高。（2）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，使晶粒細化，機械性能提高。（3）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，使它們沿著變形的方向細碎拉長，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線），使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時承受的最大拉應力方向一致，而與外加切應力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。8、為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。9、金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？答：①晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等；②晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，即隨著變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，而且各晶粒的晶格位向也會沿著變形的方向同時發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動結(jié)果金屬中每個晶粒的晶格位向趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；④冷壓力加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬內(nèi)部會形成殘余的內(nèi)應力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩(wěn)定。10、分析加工硬化對金屬材料的強化作用？答：隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割、位錯纏結(jié)加劇，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增大外力，因此提高了金屬的強度。11、試述固溶強化、加工強化和彌散強化的強化原理,并說明三者的區(qū)別.答：固溶強化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。彌散強化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細小彌散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合金的方式為彌散強化。加工強化：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯密度，從而增大位錯運動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強度和硬度。區(qū)別：固溶強化和彌散強化都是利用合金的組成相來強化合金，固溶強化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使位錯運動阻力增大來強化合金；彌散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金；而加工強化是通過力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強化得到的強度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強化介于兩者之間。12、鐵素體（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點？答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在α-Fe中形成的間隙固溶體，體心立方晶格。性能與純鐵相近，塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。奧氏體（A）：奧氏體是碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在γ-Fe中的溶解度較大，有很好的塑性。滲碳體（Fe3C）：鐵和碳相互作用形成的具有復雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基體，有時呈魚骨狀。珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。13、Fe-Fe3C合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？有何局限性？答：①碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。②為選材提供成分依據(jù)：Fe-Fe3C相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金，為制定熱加工工藝提供依據(jù)。對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。對于鍛造，根據(jù)相圖可確定鍛造溫度。對焊接，根據(jù)相圖分析碳鋼焊縫組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性。對熱處理，如退火、正火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。③由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。14、指出Fe-Fe3C圖中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各點、線的意義，并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。答:C：共晶點1148℃4.30%C，在這一點上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應式：，當冷到1148℃時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物——萊氏體E：碳在中的最大溶解度點1148℃2.11%CG：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A3）912℃0%CH：碳在中的最大溶解度為1495℃0.09%CJ：包晶轉(zhuǎn)變點1495℃0.17%C在這一點上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應式：當冷卻到1495℃時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相δ反應生成具有J點成分的固相A。N：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A4）1394℃0%CP：碳在中的最大溶解度點0.0218%C727℃S：共析點727℃0.77%C在這一點上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應式：，當冷卻到727℃時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物——珠光體P（）ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以形式析出，所以具有0.77%～2.11%C的鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時的組織，從A中析出的稱為二次滲碳體。GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱A3線，GP線則是鐵素體析出的終了線，所以GSP區(qū)的顯微組織是。PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少，多余的碳以形式析出，從中析出的稱為三次滲碳體，由于鐵素體含碳很少，析出的很少，一般忽略，認為從727℃冷卻到室溫的顯微組織不變。PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，產(chǎn)物（P）珠光體，含碳量在0.02～6.69%的鐵碳合金冷卻到727℃時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。15、指出鋼材熱脆與冷脆的主要區(qū)別：答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成低熔點共晶，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，會沿著這些低熔點共晶體的邊界開裂，鋼材將變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。冷脆：P使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。16、某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占80%，問此鋼材的含碳量大約是多少？答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。WF=80%=(0.77-WC)/(0.77-0.02)*100%WC=0.17%17、對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占18%，問此碳鋼的含碳量大約是多少？答：WFe3CⅡ=18%=(WC-0.0218)/(6.69-0.0218)*100%WC=1.22%18、計算Fe-1.4%C合金在700℃下各個相及其組分數(shù)量和成分。答：含1.4%C合金屬于過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體和滲碳體。Wp=(6.69-1.4)/(6.69-0.77)*100%=89.4%WFe3CⅡ=1－Wp=10.6%WF=(6.69-1.4)/(6.69-0.0218)*100%=79.3%WFe3C=1－WF=20.7%19、試述碳鋼的分類及牌號的表示方法。答：分類：1）按含碳量分類低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼，wC≤0.25%中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼wC:0.25~0.6%C高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼wC＞0.6%（2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素S、P的多少分類：普通碳素鋼：S≤0.050%P≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S≤0.02%；P≤0.03%（3）按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及機器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)量上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。牌號的表示方法：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：用Q+數(shù)字表示，數(shù)字表示屈服點數(shù)值。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，A、B、C、D質(zhì)量依次提高，“F”表示沸騰鋼，“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標“F”和“b”的為鎮(zhèn)靜鋼。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號是采用兩位數(shù)字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬分數(shù)。若鋼中含錳量較高，須將錳元素標出，（3）碳素工具鋼：這類鋼的牌號是用“T”字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號最后附以“A”字。20、指出下列各種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、主要特點及用途：Q235-AF、45、08、20、T8、T12A。答：Q235-AF：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。Q235含碳量低，有一定強度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等。45鋼：含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好綜合機械性能，即有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。08：含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。塑性、韌性好，有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件。20：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。T8：含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T12A：含碳量為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀。21、何謂本質(zhì)細晶粒鋼？本質(zhì)細晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細？答：（1）本質(zhì)細晶粒鋼：加熱到臨界點以上直到930℃，隨溫度升高，晶粒長大速度很緩慢，稱本質(zhì)細晶粒鋼。（2）不一定。本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小。本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細晶粒，而本質(zhì)細晶粒鋼若在較高溫度下加熱也會得到粗晶粒。22、珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。（2）珠光體是過冷奧氏體在550℃以上等溫停留時發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650～600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細的珠光體。屈氏體是在600～550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強化作用愈大，因而強度和硬度升高，同時，由于此時滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細片珠光體又具有較好的韌性和塑性。22、馬氏體組織有哪幾種基本類型？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系如何？答：（1）兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。（2）隨著含碳量的增加，鋼的硬度增加。23、為什么要對鋼件進行熱處理？答：通過熱處理可以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而改善鋼的性能。熱處理可以顯著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。恰當?shù)臒崽幚砉に嚳梢韵T、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應力，使鋼的組織和性能更加均勻。24、退火的主要目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應用范圍。答：（1）均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調(diào)整硬度，并消除內(nèi)應力和加工硬化，改善鋼的切削加工性能并為隨后的淬火作好組織準備。（2）生產(chǎn)上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應力退火和再結(jié)晶退火等。（3）完全退火和等溫退火用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材。有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。去應力退火主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機加工的殘余內(nèi)應力。25、正火與退火的主要區(qū)別是什么？答：與退火的區(qū)別是①加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在Ac1以上30～50℃而正火加熱溫度在Accm以上30～50℃。②冷速快，組織細，強度和硬度有所提高。當鋼件尺寸較小時，正火后組織：S，而退火后組織：P。26、指出下列零件的鍛造毛坯進行正火的主要目的及正火后的顯微組織：（1）20鋼齒輪（2）45鋼小軸（3）T12鋼銼刀答：（1）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應力，提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的大量鐵素體和少量索氏體。（2）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應力。組織：晶粒均勻細小的鐵素體和索氏體。（3）目的：細化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，為球化退火做組織準備，消除內(nèi)應力。組織：索氏體和球狀滲碳體。27、淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪幾種？說明它們的主要特點及其應用范圍。答：淬火的目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級淬火法。單液淬火法：操作簡單，容易實現(xiàn)機械化，自動化。但其缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。雙液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高溫區(qū)冷速快和油在低溫區(qū)冷速慢的優(yōu)點，既可以保證工件得到馬氏體組織，又可以降低工件在馬氏體區(qū)的冷速，減少組織應力，從而防止工件變形或開裂。適合于尺寸較大、形狀復雜的工件。等溫淬火法：它是將加熱的工件放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成B轉(zhuǎn)變。等溫淬火后獲得B下組織。適用于尺寸較小，形狀復雜，要求變形小，具有高硬度和強韌性的工具，模具等。分級淬火法：它是將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。這種方法可以減少工件內(nèi)外的溫差和減慢馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，從而有效地減少內(nèi)應力，防止產(chǎn)生變形和開裂。但由于硝鹽浴或堿浴的冷卻能力低，只能適用于零件尺寸較小，要求變形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。28、指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明其回火后獲得的組織和大致的硬度：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。答：（1）淬火溫度為850℃左右，回火溫度為500℃～650℃左右，其回火后獲得的組織為回火索氏體，大致的硬度25～35HRC。（2）淬火溫度為850℃左右，回火溫度為350℃～500℃左右，其回火后獲得的組織為回火屈氏體，大致的硬度40～48HRC。（3）淬火溫度為780℃左右，回火溫度為150℃～250℃，其回火后獲得的組織為回火馬氏體，大致的硬度60HRC。29、為什么工件經(jīng)淬火后往往會產(chǎn)生變形，有的甚至開裂？減小變形及防止開裂有哪些途徑？答：淬火中變形與開裂的主要原因是由于淬火時形成內(nèi)應為。淬火內(nèi)應力形成的原因不同可分熱應力與組織應力兩種。為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設計工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采取下列措施：1.采用合理的鍛造與預先熱處理；2.采用合理的淬火工藝：正確確定加熱溫度與加熱時間,避免奧氏體晶粒粗化。對形狀復雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄?應緩慢加熱或多次預熱,以減少加熱中產(chǎn)生的熱應力。工件在加熱爐中安放時,要盡量保證受熱均勻,防止加熱時變形;選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和洋火方法(如馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火),以減少冷卻中熱應力和相變應力等。3.淬火后及時回火：淬火內(nèi)應力如不及時通過回火來消除,對某些形狀復雜的或碳的質(zhì)量分數(shù)較高的工件,在等待回火期間就會發(fā)生變形與開裂。4.對于淬火易開裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。30、回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應用范圍。答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能。常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內(nèi)應力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種回火主要應用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為HRC58-64。中溫回火后的組織為回火屈氏體，硬度HRC35-45，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。這種回火主要應用于含碳0.5-0.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度HRC25-35，具有適當?shù)膹姸群妥銐虻乃苄院晚g性。這種回火主要應用于含碳0.3-0.5%的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓等。31、表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？并說明表面淬火前應采用何種預先熱處理。答：表面淬火的目的是使工件表層得到強化，使它具有較高的強度，硬度，耐磨性及疲勞極限，而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應保持足夠的塑性與韌性。常用的表面淬火方法有：1.感應加熱表面淬火；2.火焰加熱表面淬火。表面淬火前應采用退火或正火預先熱處理。32、試述一般滲碳件的工藝路線，并說明其技術(shù)條件的標注方法。答：一般滲碳件的工藝路線為：下料→鍛造→正火→切削加工→鍍銅（不滲碳部位）→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→精磨→成品33、氮化的主要目的是什么？說明氮化的主要特點及應用范圍。答：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝稱為滲氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。氮化的主要特點為：1)工件經(jīng)滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),滲氮層的硬度一般可達950~1200HV(相當于68-72HRC),且滲氮層具有高的紅硬性(即在600~650℃仍有較高硬度)。2)工件經(jīng)滲氮后滲氮層體積增大,造成表面壓應力,使疲勞強度顯著提高。3)滲氮層的致密性和化學穩(wěn)定性均很高,因此滲氮工件具有高的耐蝕性。4)滲溫度低,滲氮后又不再進行熱處理,所以工件變形小,一般只需精磨或研磨、拋光即可。滲氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各種高速傳動的精密齒輪、高精度機床主軸,交變載荷作用下要求疲勞強度高的零件(高速柴油機曲軸),以及要求變形小和具有一定耐熱、抗蝕能力的耐磨零件(閥門)等。34、為什么用鋁脫氧的鋼及加入少量Ti，V，Nb,W等合金元素的鋼都是本質(zhì)細晶粒鋼？答：鋁脫氧及加入少量Ti，V，Nb,W等合金元素會形成高溫難溶的合金化合物，在930±20℃左右抑制了晶粒的長大。所以加入以上合金元素的鋼都是本質(zhì)細晶粒鋼。35、鋼獲得馬氏體組織的條件是什么？與鋼的珠光體相變及貝氏體相變比較，馬氏體相變有何特點？答：鋼獲得馬氏體組織的條件是：鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻,來不及發(fā)生擴散分解而發(fā)生無擴散型的相變。馬氏體相變的特點為：(1)無擴散性。(2)有共格位向關(guān)系。(3)在通常情況下,過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變開始后,必須在不斷降溫條件下轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進行,冷卻過程中斷,轉(zhuǎn)變立即停止。簡答重點：面心立方、體心立方結(jié)構(gòu)圖及最密排面和密排方向，基本參數(shù)（晶胞原子數(shù)、致密度）為什么要細化晶粒，如何細化晶粒。晶體缺陷的種類。固溶體與金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)，分類，性能。勻晶和共晶相圖分析，典型合金的平衡結(jié)晶過程。Fe-Fe3C相圖繪制。共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼的平衡結(jié)晶過程，結(jié)晶過程示意圖，室溫組織和相組成，相對含量計算。從晶體角度解釋趁熱打鐵。冷變形金屬在后續(xù)加熱過程中會發(fā)生哪些變化？金屬塑性變形的方式。共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變的常見組織。奧氏體的形成過程。珠光體的種類及機械性能。馬氏體轉(zhuǎn)變種類，性能，淬火工藝。根據(jù)加熱溫度，冷卻方式確定熱處理工藝，室溫組織。根據(jù)轉(zhuǎn)變曲線確定熱處理工藝及室溫組織。合金鋼的分類。常見鋼的牌號，種類，成分。滲碳體（變速齒輪）、調(diào)質(zhì)鋼（連桿螺栓）、彈簧鋼（汽車板簧、螺旋彈簧）的性能要求、常用材料加工工藝，熱處理工藝，室溫組織。合工大《工程材料及熱處理》試卷及標準答案一、名詞解釋：（每小題4分，共20分）加工硬化:應回答下列特點：1、冷加工（機理）；2、性能變化。隨著冷變形程度的增加，金屬材料所有強度和硬度指標都有所提高，但塑性、韌性有所下降。回復與再結(jié)晶：應回答下列特點：1、冷塑性變形后的加熱；2、性能變化；回火馬氏體：應回答：1、來歷，2、形貌。3、性能及應用高碳淬火鋼在150-350℃低溫回火時，淬火馬氏體分解為回火馬氏體，它是由細小的ε-碳化物和較低飽和度的針片狀α相組成，中碳淬火鋼低溫回火后得到的回火馬氏體仍保持板條狀和針片狀形態(tài)。低碳淬火鋼低溫回火時，只發(fā)生碳原子的偏聚而無碳化物析出，其形態(tài)仍保持板條狀不變偏析：應回答：非平衡結(jié)晶、成分不均勻；固溶體：應回答：溶質(zhì)、溶劑，保持溶劑晶格類型不變；溶質(zhì)原子融入金屬溶劑中形成的合金相成為固溶體，固溶體保持溶劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)，只引進晶格常數(shù)的變化。二、填空：（每空1分，共30分）1、在面心立方的晶體結(jié)構(gòu)中，原子密度最大的晶面是（{111}）；原子密度最大的晶向是（<110>）；與體心立方晶格相比，面心立方晶格的變形能力可能更（好）；2、晶體中的點缺陷有（空位）、（間隙原子）等，線缺陷有（刃位錯），（螺位錯）；3、液態(tài)金屬結(jié)晶時，常用的細化晶粒方法有（增加冷卻速度）、（變質(zhì)處理）、（攪拌或振動）；4、共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變的常見組織有（珠光體）、（索氏體）、（屈氏體）、（上貝