金属材料及热处理复习Word文档格式.docx

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含碳量为0.30~0.55%的钢0.25~0.6%C

高碳钢：

含碳量大于0.6%的钢0.6~1.3%C＞0.6%C

（2）按质量分类：

即含有杂质元素S、P的多少分类：

普通碳素钢：

S≤0.055%P≤0.045%

优质碳素钢：

S、P≤0.035~0.040%

高级优质碳素钢：

S≤0.02~0.03%；

P≤0.03~0.035%

（3）按用途分类

碳素结构钢：

用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。

碳素工具钢：

用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。

牌号的表示方法：

（1）普通碳素结构钢：

用Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服点数值。

若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，A、B、C、D质量依次提高，“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标“F”和“b”的为镇静钢。

（2）优质碳素结构钢：

牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。

若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，

（3）碳素工具钢：

这类钢的牌号是用“碳”或“T”字后附数字表示。

数字表示钢中平均含碳量的千分之几。

若为高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“A”字。

19.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？

分别举例说明他们的用途？

含碳量小于或等于0.25%的钢；

08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；

15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。

含碳量为0.30~0.55%的钢；

30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；

含碳量大于0.6%的钢；

60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。

T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀等。

20．下列零件或工具用何种碳钢制造：

手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。

手锯锯条：

它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。

普通螺钉：

它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。

车床主轴：

它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、50。

21.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A

Q235-AF：

普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

Q235-C:

屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢，

Q195-B:

屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，

Q255-D:

屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，

Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。

通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。

40:

含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。

45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。

08：

含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。

塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。

20：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。

用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。

20R：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，容器专用钢。

20G：

含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。

T8：

含碳量为0.8%的碳素工具钢。

用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T10A：

含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。

用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12A：

含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。

具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。

第五章钢的热处理

1.何谓钢的热处理？

钢的热处理操作有哪些基本类型？

试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。

（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；

普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。

一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。

热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。

此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

2.解释下列名词：

1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；

（1）起始晶粒度：

是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。

（2）实际晶粒度：

是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。

（3）本质晶粒度：

根据标准试验方法，在930±

10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。

2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；

珠光体：

铁素体和渗碳体的机械混合物。

索氏体：

在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体：

在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

贝氏体：

过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。

马氏体：

碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；

奥氏体:

碳在

中形成的间隙固溶体.

过冷奥氏体:

处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体：

M转变结束后剩余的奥氏体。

4）退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效处理（尺寸稳定处理）；

退火：

将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。

正火：

将工件加热到Ac3或Accm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。

淬火：

将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。

回火：

将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。

冷处理：

把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。

时效处理：

为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工时效处理，以使组织稳定。

5）淬火临界冷却速度（Vk），淬透性,淬硬性；

淬火临界冷却速度（Vk）：

淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。

淬透性：

钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。

淬硬性：

钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。

6）再结晶、重结晶；

答：

再结晶：

金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

重结晶：

由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改变，称为重结晶。

7）调质处理、变质处理。

调质处理：

淬火后的高温回火。

变质处理：

在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。

3.指出A1、A3、Acm；

AC1、AC3、Accm；

Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。

A1：

共析转变线，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生，形成P。

A3：

奥氏体析出铁素体的开始线。

Acm：

碳在奥氏体中的溶解度曲线。

AC1：

实际加热时的共析转变线。

AC3：

实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。

实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

Ar1：

实际冷却时的共析转变线。

Ar3：

实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。

Arcm：

实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

4.何谓本质细晶粒钢？

本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

（1）本质细晶粒钢：

加热到临界点以上直到930℃，随温度升高，晶粒长大速度很缓慢，称本质细晶粒钢。

（2）不一定。

本质晶粒度只代表钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。

本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒，而本质细晶粒钢若在较高温度下加热也会得到粗晶粒。

5.珠光体类型组织有哪几种？

它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

（1）三种。

分别是珠光体、索氏体和屈氏体。

（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。

索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。

6.贝氏体类型组织有哪几种？

（1）两种。

上贝氏体和下贝氏体。

（2）上贝氏体的形成温度在600～350℃。

在显微镜下呈羽毛状，它是由许多互相平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续细小的渗碳体组成的混合物。

其硬度较高，可达HRC40～45，但由于其铁素体片较粗，因此塑性和韧性较差。

下贝氏体的形成温度在350℃～Ms，下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针叶状，在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细小的渗碳体粒子组成的。

下贝氏体具有高强度、高硬度、高塑性、高韧性，即具有良好的综合机械性能。

7.马氏体组织有哪几种基本类型？

它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？

马氏体的硬度与含碳量关系如何？

（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。

（2）奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；

含碳量在0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；

含碳量大于1.0%的为针状马氏体。

低碳马氏体的晶体结构为体心立方。

随含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。

含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。

低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。

这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。

随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。

当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。

（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。

8.何谓等温冷却及连续冷却？

试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

等温冷却：

把奥氏体迅速冷却到Ar1以下某一温度保温，待其分解转变完成后，再冷至室温的一种冷却转变方式。

连续冷却：

在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变。

9．为什么要对钢件进行热处理？

通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。

热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。

10.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。

首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。

其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有C曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。

这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到Ms点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。

11.淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响？

它与钢的淬透性有何关系？

（1）化学成分的影响：

亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则Vk增大；

合金元素中，除Co和Al（>

2.5%）以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则Vk减小。

（2）一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关。

如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就会淬透。

然而工件淬火时表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。

只有冷速大于Vk的工件外层部分才能得到马氏体。

因此，Vk越小，钢的淬透层越深，淬透性越好。

12.将¢

5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：

珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；

在C曲线上描出工艺曲线示意图。

（1）珠光体：

冷却至线~550℃范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到珠光体组织。

冷却至650～600℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到索光体组织。

冷却至600～550℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到屈氏体组织。

上贝氏体：

冷却至600～350℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到上贝氏体组织。

下贝氏体：

冷却至350℃～Ms温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到下贝氏体组织。

屈氏体+马氏体：

以大于获得马氏体组织的最小冷却速度并小于获得珠光体组织的最大冷却速度连续冷却，获得屈氏体+马氏体。

马氏体+少量残余奥氏体：

以大于获得马氏体组织的最小冷却速度冷却获得马氏体+少量残余奥氏体。

（2）

13．退火的主要目的是什么？

生产上常用的退火操作有哪几种？

指出退火操作的应用范围。

（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。

（2）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。

（3）完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。

有时也用于焊接结构。

球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。

去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。

14.何谓球化退火？

为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？

（1）将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃后出炉空冷。

（2）过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。

通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。

15.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；

再结晶退火。

目的：

使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度以消除加工硬化现象。

组织：

等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。

2）ZG35的铸造齿轮

完全退火。

经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。

因此退火目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。

晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

3）锻造过热后的60钢锻坯；

由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。

晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。

4）具有片状渗碳体的T12钢坯；

球化退火。

由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。

粒状珠光体和球状渗碳体。

16.正火与退火的主要区别是什么？

生产中应如何选择正火及退火？

与退火的区别是①加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在Ac1以上30～50℃而正火加热温度在Accm以上30～50℃。

②冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。

当钢件尺寸较小时，正火后组织：

S，而退火后组织：

P。

选择：

（1）从切削加工性上考虑

切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。

一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。

高于它过硬，难以加工，且刀具磨损快；

过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零件表面粗糙度很大。

对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。

至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。

（2）从使用性能上考虑

如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。

（3）从经济上考虑

正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑以正火代替退火。

17.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：

（1）20钢齿轮

（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀

（1）目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工性。

晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。

（2）目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力。

晶粒均匀细小的铁

素体和索氏体。

（3）目的：

细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备，消除内应力。

索氏体和球状渗碳体。

18.一批45钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。

拟采用以下几种退火工艺；

（1）缓慢加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

（2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

（3）缓慢加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

问上述三种工艺各得到何种组织？

若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？

（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过完全奥氏体化，故冷却后依然得到组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。

（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。

要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。

19.淬火的目的是什么？

亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？

试从获得的组织及性能等方面加以说明。

淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能。

亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。

因为如果亚共析碳钢加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的强度、硬度降低。

但温度不能超过Ac3点过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。

过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。

如果加热温度超过Accm，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度