热工艺教材答案

1、第二章 工程材料结构2、金属具有哪些特性？请用金属键结合的特点予以说明。特性：好的导电、导热性能，好的塑性；强度、硬度有高有低，熔点有高有低；金属键：由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。在金属晶格中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属原子而为整个金属晶体所共有。在外电场作用下，自由电子定向运动，产生电流，即导电。容易温度变化时，金属原子与电子的振动很容易一个接一个传递，即导热。当金属晶体受外力作用而变形时，尽管原子发生了位移，但自由电子的连接作用并没变，金属没有被破坏，故金属晶体有较好的塑性、韧性。因为金属键的结合强度有高有低，故金属的强度、硬度、熔点有高有低。6、

2、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？存在着点缺陷（空位、间隙原子、置换原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界、亚晶界）。点缺陷引起晶格畸变，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。线缺陷很少时引起各项力学性能均下降，当位错密度达一定值后，随位错密度升高，强度、硬度升高，塑性、韧性下降，机械制造用材中位错密度基本均大于这一值。面缺陷的影响力：晶界越多(即晶粒越细)，四种机能均升高。7、晶体的各向异性是如何产生的？为何实际晶体一般都显示不出各向异性？因为理想晶体中原子作规则排列，不同方向的晶面与晶向的原子密度不同，导致不同方向的原子面的面间距、原子列的列间距不同，即不同方向的原子间的作用

3、力不同，也就体现出各向异性。实际晶体常为多晶体，各种晶面、晶向沿各个方向的分布机率均等，所以各向同性。第三章 改变材料性能的主要途径1、从滑移的角度阐述为什么面心立方金属比体心立方和密排六方金属的塑性好？塑性变形的实质是滑移面上的位错沿滑移方向滑移造成的，而滑移面是晶体中的密排面，滑移方向是密排方向。一个滑移面与一个滑移方向组成一个滑移系，滑移系越多位错滑移可能性越大，在滑移系相同时，滑移方向越多，滑移可能性越大。在三大晶体中，面心立方与体心立方滑移系相等（为12个），大于密排立方的（3个），但面心立方的滑移方向（3个）比体心立方的(2个)多，所以面心立方金属比体心立方和密排六方金属的塑性好。

4、4、说明冷变形对金属的组织与性能的影响。对组织的影响：出现纤维组织，位错密度增加，出现碎晶、晶格畸变增大，出现织构现象等。对性能的影响：产生内应力，强度、硬度升高，塑性、韧性下降（即加工硬化），性能出现各向异性。6、冷加工与热加工的主要区别是什么？热加工对金属的组织与性能有何影响？冷加工与热加工的主要区别是：前者在再结晶以下温度进行，后者在再结晶温度以上进行。热加工对组织与性能的影响：可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。7、在金属的冷、热加工，如何才能获得细小的晶粒组织？冷加工时：产生合理的变形量，（大于临界变形量，小于

5、产生织构的变形量），进行合理的再结晶退火。热变形时：以较大锻造比进行锻造，反复墩拔，然后以合理的退火或正火工艺进行处理。8、产生加工硬化的原因是什么？说明加工硬化在生产中的利弊？原因为：位错密度的增加、碎晶的出现、晶格畸变的增加，这些因素导致位错滑移阻力增大，从而强度、硬度升高，塑性、韧性降低。生产中的“利”：可以强化材料，对于不能用热处理方法强化的又有较好塑性的材料（如一些铝合金、铜合金）是很好的强化方法。 “弊”因为塑性、韧性下降了，给需要产生大变形来成形的工艺带来不便，如拉深成型时，变形量过大时需要穿插工序间的再结晶退火。9、金属的晶粒度对其性能有怎样的影响？细晶的晶界多，位错滑移阻力大

6、，故强度、硬度高，又因细晶组织晶粒多，各个方向的滑移面与滑移方向也多，位错滑移的可能性增大，并且晶粒之间的协调变形能力也增大，故塑性、韧性也增大。10、工业生产上如何才能获得细小的晶粒组织？铸造时得细晶：增大冷却速度、增加外来晶核、震动搅拌等。冷变形时得细晶：合理的变形度，合理的再结晶退火工艺。锻造时得细晶：合理的锻造温度、较大的变形量，合理的退火/正火工艺。11、 什么是均匀形核与非均匀形核？实际发生的主要是哪一种？均匀形核：液态金属原子在过冷到一定条件时，自发聚集按金属固有的排列规律排列而形成的小结晶核心。非均匀形核：液态金属原子依附于某些固态杂质颗粒而形成的结晶核心。实际发生的主要是非均

7、匀形核。12、 什么是金属结晶时的过冷度？过冷度对金属铸锭晶粒大小有何影响？过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。实际生产中通常为过冷度越大，结晶趋动力越大，形核率越大，晶粒越细。14、合金化强化金属的方法有哪几种？主要有固溶强化与第二相强化。15、总结合金的四种基本强化方式的异同点，金属强化的本质是什么？四种强化方法是：冷变形强化（加工硬化），细晶强化，合金强化（包括固溶强化和第二相强化），热处理强化。相同点：四种强化均为增大位错的滑移阻力。不同点：冷变形强化是因位错密度增大、碎晶的出现使晶格畸变增大，从而使位错滑移阻力增大；细晶强化是因晶界增多，位错滑移阻力增大；合金强化是因溶质原子的溶

8、入晶格畸变增大或第二相对位错线的钉扎而导致位错滑移阻力增大；热处理强化是因形成细晶，或过饱和组织引起较大晶格畸变而使位错滑移阻力增大。金属强化的本质：位错运动阻力增大。16、什么事热处理？影响热处理质量的主要因素是什么？热处理：是将金属在固态下加热至一定温度，保温一定时间，以一定的速度冷却至室温，来改变其内部组织结构，以获得所需性能的一种加工工艺。影响热处理的主要因素是：加工温度、保温温度、冷却速度。17、钢奥氏体基本过程是什么?基本规律是什么？为什么在奥氏体转变结束时还有不溶解的渗碳体？基本过程：加热至Ac1时，1）、在F与Fe3C相界面形成A的晶核；2）、A晶粒的长大；3）、剩余Fe3C的

9、溶入；4）A成分的均匀；5）、对于过共析与亚共析钢，温度继续升高时有先共析相的溶入，直至完全相变温度转变为单一的A。因渗碳体的成分与结构与A都相差很大，导致A向F中长大的速度大于向渗碳体中的长大速度，所以奥氏体转变结束时还有不溶渗碳体。18、奥氏体的晶粒度是怎样影响钢的性能？如何控制奥氏体的晶粒大小？组织具有遗传性，高温下奥氏体的晶粒粗大所得的室温组织的晶粒也相应粗大，所以就会影响到钢的性能。主要通过控制加热温度与保温时间来控制A晶粒的大小。19、 钢件为什么能进行各种各样的热处理？因为刚在固态下有相变，加热至A化后可通过不同的冷却速度获得不同的不同的非平衡组织，从而可得到不同的性能。20、钢

10、奥氏体化后的组织转变有几种？是什么？有三种。是P型组织，B型组织，M型组织。21、什么是珠光体、贝氏体、马氏体？它们的组织及性能有何特点？珠光体：由层片状的F与Fe3C相隔排列而成的一种组织，根据粗细的不同分为普通珠光体P（500倍下可区分层片）、索式体S（8001000倍下可区分层片）、屈式体T（10000倍以上才可区分层片）。贝氏体：碳素体基体上分布着断续的短棒状渗碳体（光镜下呈羽毛状组织）为上贝氏体。铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体（光镜下呈竹叶状组织）为下贝氏体。马氏体：过饱和的A固溶体。珠光体、贝氏体、马氏体依次形成温度降低，组织变细、偏离平衡程度增大，强度硬度增加，塑性韧性降低。22

11、、碳的质量分数超过0.6%以后，马氏体的强度、硬度的变化趋于平缓，为什么高于0.6%的碳钢还广泛使用？马氏体强化的主要原因是什么？碳的质量分数超过0.6%的钢往往是工具钢，需要有好的耐磨性能，淬火温度为Ac1+3050，使其保留未溶的碳化物提高耐磨性能，碳含量越高，未溶碳化物越多，耐磨性越好，所以马氏体强化的主要原因是固溶强化。23、什么是C曲线？影响C曲线的因素有哪些?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。主要影响因素：成分的影响（含碳量的影响、合金元素的影响）、奥氏体化条件的影响。25、 什么是残余奥氏体？它对钢的性能有何影响？

12、如何减少或消除残余奥氏体？发生M转变后残留下来的A叫做残余奥氏体。残余奥氏体对钢的性能的影响是：硬度不均匀，组织尺寸不稳定。进行冷处理、回火。26、什么是淬火？淬火的目的是什么？常用的淬火方法有几种？说明各种淬火方法的优缺点及其应用范围。淬火：将钢加热到临界点以上，保温后以大于VK速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火的目的：淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能单液淬火法：优点：操作简单，易实现自动化；缺点：易产生淬火缺陷。适用于形状简单的小件。双液淬火：优点：冷却理想；缺点：操作不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。分液淬火法：优点：可减少内应力；缺点：冷却能力有限。用

13、于小尺寸复杂、变形控制严格工件。等温淬火：优点：变形、应力均小；缺点：不能得M，得的是B。适用于形状复杂，尺寸要求精确的小型件。28、什么是回火？回火的目的是什么？简述高、中、低温回火的组织性能特点及其在生产中的应用范围。回火：是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。回火的目的：1）、减少或消除淬火内应力，防止变形或开裂。2）、获得所需要的力学性能。3）、稳定尺寸。4）、对于某些高淬透性的钢，采用回火降低硬度。高温回火：S回：得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。中温回火：

14、T回：提高e及s,同时使工件具有一定韧性。适用于弹簧热处理。适用于各种高碳钢、渗碳钢及表面淬火件。29、退火的主要目的是什么？生产中常用的退火方法有哪几种？指出各类退火的应用条件。退火：是钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺退火目的：（1）调整硬度，便于切削加工。适合切削加工的硬度为170-250HB。（2）消除内应力，防止加工中变形。（3）细化晶粒，为最终热处理作组织准备。常用的退火方法：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火：主要用于亚共析钢均匀组织、细化晶粒、消除应力，获得合适的硬度便于切削加工。等温退火：可适于各种钢的退火，主要目的在

15、于缩短退火时间。球化退火：用于共析、过共析钢，得球状珠光体（铁素基体上分布着颗粒状的渗碳体），降低温度，便于切削加工，为淬火作组织准备。扩散退火：主要用于化学成分和组织不均匀。再结晶退火：用于消除经冷变形而产生的加工硬化。去应力退火：用于需消除内应力的工件。31、 什么是钢的回火脆性？如何抑制钢的回火脆性？回火脆性：在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象。第一类回火脆性（低温回火脆性/不可逆回火脆性）只能采取回避在所产生的温度下回火。第二类回火脆性（高温回火脆性/可逆回火脆性）采用回火后快速冷却，或使用加有W/Mo合金元素的钢；如已产生采取加热至高于已采用的回火温度，保温然后快冷。

16、力学性能的变化是：表面由原来低碳钢的性能变成的高碳钢的性能。因为表面在渗碳处理时由低碳钢变成了含量为1.0%左右的工具钢的碳含量，再经典型的工具钢的最终热处理（淬火+低温回火）得的组织是：M回+颗粒状碳化物+少时残余奥氏体。38、什么是钢的淬透性？影响钢的淬透性的主要因素有哪些？为什么说钢的热处理工艺性能主要是指钢的淬透性？淬透性：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。淬透性的影响因素：临界冷却速度Vk，Vk越小，淬透性越高。因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素，即除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。淬透性对工件的机械性能影响

17、非常大，只有整个截面淬透才能使整个截具有同样的组织，同样的组织，同样的性能，而重的工件经常需要淬火，要求整个截面均匀承载的重要件，必须整个截面淬透，所以说钢的热处理工艺主要是指钢的淬透性。39、说明淬透性和淬硬性之间的关系。淬透性是指淬火时获得淬硬层深度的能力，主要由临界冷却速度决定；淬硬性指淬火时所能达到的最高硬度，及硬化能力，主要由M中含碳量决定。它们之间的关系：对于亚共析钢随含碳量的升高，淬硬性升高，同时C曲线右移，淬透性也升高。对于过共析钢，随含碳量升高，淬透性平缓升高，但C曲线左移，淬透性下降，合金元素对淬硬性影响不大，但除Co外溶入A中的合金元素均提高淬透性。第四章 常用的金属材料

18、（重点）1、碳素钢中的五元素对钢的性能有何影响？1）、C：随着C含量的升高，硬度升高，塑性、韧性下降，强度为先升后降（在C含量为0.9%时有极值）。2）、Mn：0.8%时为杂质，是有益元素。作用为：1、强化铁素体；2、消除硫的有害作用。3）、Si0.5%时为杂质，是有益元素。作用为：1、强化铁素体：2、增加钢液流动。2、 碳素结构钢的牌号如何表示？这类钢属什么质量等级，常用于什么场合？碳素结构钢的牌号用如下方法表示：Q+S+质量等级+脱氧方法。属普通质量钢常为工程用钢。3、优质碳素结构钢的牌号如何表示？碳素渗透钢、碳素调质钢、碳素弹簧钢常指哪些牌号，其性能与用途各有何区别？优质碳素结构钢的牌号

19、：用2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数碳素渗碳钢：10、20；适用于作冷冲压和焊接用钢，也作渗碳件。碳素调质钢：30、40、45、51）、C：随着C含量的升高，硬度升高，塑性、韧性下降，强度为先升后降（在C含量为0.9%时有极值）。2）、Mn：0.8%时为杂质，是有益元素。作用为：1、强化铁素体；2、消除硫的有害作用。3）、Si0.5%时为杂质，是有益元素。作用为：1、强化铁素体：2、增加钢液流动。碳素结构钢的牌号用如下方法表示：Q+S+质量等级+脱氧方法。属普通质量钢常为工程用钢。其性能与用途各有何区别？优质碳素结构钢的牌号：用2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数0:；常经

20、调质后作性能要求不高的结构件。碳素弹簧钢：60、65、65Mn；经淬火+中温回火后作截面不大的弹性零件。4、 碳素工具钢的牌号如何表示？其成分和性能与结构钢有何区别，常用于制造哪些类型的工具？“碳或T+数字”表示，数字表示钢的平均碳质量分数的千分数。其成分和性能与结构钢的区别：碳含量比结构钢高，塑性、韧性比结构钢低，硬度比结构钢高。常用于：小尺寸的冷作模具，刀具（工作温度一般不超过180）和量具等5、铸钢的牌号如何表示？在什么情况下选用铸钢？答案要点：铸钢的牌号：用铸钢2字的拼音首字“ZG”加2组数字组成，第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。常用于：形状复杂，承受较大冲击载荷、铸铁

21、不能满足要求时。6、 合金钢中主要合金元素有哪些?那些元素属强碳化合物形成元素?特殊碳化物对合金钢的性能有那些影响?主要合金元素Si,Mn,Ni,Ti,Nb,V,W,Mo,Cr等。Ti,Nb,Nr,V,W,Mo,Cr属碳化物形成元素。特殊碳化物对合金钢得性能影响：阻碍奥氏体晶粒长大、细化晶粒、提高耐磨性。7、合金钢分为几大类？各类合金钢牌号的表示方法有何异同？分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。钢号表示方法的相同点：用成分表示钢（碳含量、合金元素含量）； 不同点：通用原则是结构钢中碳含量以万分之几表示，工具钢以千分之几表示，大于1%时不标。8、合金结构钢可按热处理及用途分为几个钢种？各钢

22、种的化学成分、热处理及性能有何不同？分为：渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢。各种钢的化学成分、热处理、性能：9、合金钢与碳素钢相比有哪些有缺点？在什么情况下应选用合金钢，在什么情况下不用合金钢？合金钢与碳素钢相比优点：更好的淬透性、更高的强度、更高的耐磨性、好的回火抗力、有红硬性，以及一些特殊性能（耐蚀、耐热、耐磨等）。缺点：残余奥氏体量增多、焊接性能不如碳钢、铸态下组织缺陷比碳钢多、价贵。合金钢用于碳素钢的性能不用满足零件的使用性能要求时(如淬透性不够、强度不够、耐磨性不够、红硬性不够等)。碳钢能满足使用性能要求情况下，首选碳钢，不用合金钢。10、合金钢元素对钢的基本相、状态图和

23、热处理有哪些影响？对基本相的影响：1）、溶于铁素体，形成合金F，强度增高。2）、形成碳化物，增大第二相强化作用、耐磨性能增强。对状态图的影响：1） 、对奥氏体相区的影响（扩大或缩小A相区）2） 、对E点和S点位置的影响（E、S左移）对热处理的影响：（1）、对奥氏体化的影响。 1）、对奥氏体形成速度的影响：除NI、CO外，都减缓奥氏体化过程。 2）对奥氏体晶粒长大倾向的影响：碳、氢化合物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。Mn、P促进长大。（2）、对过冷奥氏体转变的影响 1）、对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。 2）、对Ms、Mz点的影响：除CO、AL外

24、，所有元素都使Ms、Mz点下降。3、对回火转变的影响（1）提高耐回火性（2）产生二次硬化 3）、防止第二类回火脆性（W、WO）。11、 工具钢应具备哪些基本性能？合金工具钢与碳素工具钢的基本性能有哪些区别？所有的工具钢都应具备的基本性能是：高的硬度、高的耐磨性、足够的强度与韧性。除此之外，刃具钢还要求好的红硬性，热做模具钢要求有好的抗热疲劳性能，量具钢要求好的尺寸稳定性。合金工具钢与碳素工具钢的基本性能的区别：红硬性更好、强度更高、耐磨性更好。12、高速钢碳的质量分数一般为WC0.5-0.8，过小时应采取多次拉深，工序间再结晶退火4.改善润滑情况。（润滑剂只能涂于凹模上）5.加压边圈。18、何

25、为拉深系数？有何意思？如何进行多次拉深？拉深系数（m=d/D）,即拉成后容器的直径与原版料直径之比。反应着变形的大小。一般：m0.5-0.8，过小时应采取多次拉深，一般为拉深两三次后（每次拉深均应使m0.5-0.8）,穿插工序间的再结晶退火。第八章焊接1、焊接电弧是如何产生的?电弧中中各区的温度有多高?用直流或交流点焊接效果一样吗?焊接电弧:是在电极与工作间的气体介质中长时间而有力的放点现象.电弧的产生是将工件与焊条接于焊接电源的两极,然后引弧。引弧的过程:就是使气体中产生电子及离子(即电离)的过程.即发生如下的过程:短路(产生高热)气体电离焊条提离(形成电厂)形成电流(引燃电弧).电弧中各区的温度是:阳极约2300度,阴极约2100度,弧柱区约57007700度.如为交流电源没有阴阳极之分,两极温度均为2200度左右.用直流与交流电焊接效果会有所区别:直流电源会有阴阳极之分,两极温度不同,有正反接之分,交流电无正反接；交流电源的稳弧能力不如直流电源,因此直流电源的焊质量更稳定,交流电源不适合低氢焊条的焊接2、焊接时为什么要进行保护?说明各电弧焊方法中的保护方式和保护效果有什么不同?如果焊接时不保护,熔池区的金属将会与ON原子形成FeO、Fe4N等夹杂，合金元素会烧损，氢会溶于熔池而存在于焊缝；这一切都明显降低焊缝性能，使其无法与基体