工程材料复习提纲

1、一、 名词概念解释晶格 晶胞 晶面 晶向 均匀形核 非均匀形核 过冷 过冷度 行核率 长大速率 平面长大 枝晶长大 滑移 孪生 纤维组织 加工硬化 回复 再结晶 合金 组元 相 固溶体 金属化合物 过冷奥氏体 残余奥氏体 珠光体 索氏体 托氏体 贝氏体 马氏体 临界冷却速度 淬透性 淬硬性 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 回火马氏体 回火索氏体 回火托氏体 热硬性 自然时效 人工时效 回火稳定性 时效强化 用以描述晶体中原子排列规则的空间结构称为晶格，从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，这个最小的几何单元为晶胞。在晶格中，由一系列原子做组成的平面称为晶面。任意两个原子之间连

2、线所指的方向称为晶向。均匀形核：晶核在均匀液相中由液相的一些原子集团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。非均匀形核：在液相依附杂质或表面形成晶核。过冷：纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度。过冷度：理论结晶温度与实际开始结晶温度之差。行核率：单位时间单位体积液相中形成的晶核数目。长大速度：单位时间内晶体表面沿其法线方向向前推进的距离。平面长大：液、固界面始终保持平直的表面向液相中长大。枝晶长大：在负的温度梯度条件下，如果晶体表面有一晶芽凸出，必然伸到前面过冷度较大的液相中，它的生长速度立即增大，比周围晶体更快地长大和分枝。滑移：在外力的作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向

3、发生相对位移。孪生：当晶体在切应力的作用下发生孪生变形时，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分晶体做均匀切变，在切变区域内，与孪晶面平行的每层原子的切变量与它距孪晶面的距离成正比，并不是原子间距的整数倍。纤维组织：金属与合金经塑性变形，在外力作用下，随着金属外形的变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿变形方向拉长、压扁，当变形量很大时，各晶粒将会被拉长成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，此时，金属的性能也将会具有明显的方向性，如纵向的强度和塑性远大于横向。加工硬化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度增加，而塑性、韧性下降，产生所谓加工硬化现象。回复：当加热温度不高时，原子的活动能力

4、不大，故显微组织无明显变化，冷变形金属的晶粒外形仍存在，力学性能变化不大，电阻率显著减小，微观内应力显著降低。再结晶：冷变形金属加热到一定温度后，由于原子获得更大活动能力，显微组织发生明显变化，在原来的变形组织中重新产生了新的等轴晶粒，加工硬化现象消除，力学性能和物理性能恢复到变形前的水平。合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本、最独立的物质。相：具有一定的晶体结构和性质，具有均匀的化学成分。固溶体：溶质原子溶入固态的溶剂中，并保持溶剂晶格类型而形成的相。金属化合物：合金组元按一定比例发生相互作用而形成的一种新相。过冷奥氏体：共析钢过冷到a1温

5、度以下，奥氏体在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在a1以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。残余奥氏体：奥氏体向马氏体的转变是不完全的，即使冷却到mf点以下，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，这部分的奥氏体称为残余奥氏体。珠光体：和fe3c的机械混合物。索氏体、托氏体：过冷奥氏体向珠光体转变时，随转变温度的降低，原子扩散能力下降，当温度高时，原子扩散容易，能作较远距离移动而形成较厚的铁素体和渗碳体片，反之，则片层较薄。根据珠光体中铁素体和渗碳体的片层间距，把珠光体型分为三种，即珠光体、索氏体和托氏体。贝氏体：过冷奥氏体在c曲线“鼻尖”至

6、ms之间温度范围的等温转变产物。马氏体：碳在-fe中的过饱和固溶体。临界冷却速度：获得全部马氏体组织的最小冷却速度。淬透性：钢在淬火时获得的有效淬硬深度的能力。淬硬性：钢在正常淬火条件下其马氏体所能达到的最高硬度。退火：将钢加热到临界点以上或以下，保温后缓慢冷却，获得以珠光体为主的组织的热处理工艺。正火：将钢加热到ac3或accm以上3050摄氏度，保温后在空气中冷却，得到以索氏体为主的组织的热处理工艺。淬火：将钢加热到ac3或ac1以上3050摄氏度，保温后快速冷却，获得以马氏体或下贝氏体为主的组织的热处理工艺。回火：将淬火钢加热到ac1以下的某一温度保温后进行冷却的热处理工艺。表面淬火：

7、是在不改变钢件化学成分和心部组织的情况下，采用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以达到强化工件表面的热处理方法。回火马氏体：回火温度为150250的回火组织。回火托氏体：回火温度为350500的回火组织。回火索氏体：回火温度为500650的回火组织。热硬性：是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能。自然时效：将铸件长时间置于室温环境下使应力缓慢松驰，从而使铸件尺寸稳定的处理。人工时效：将钢件加热到120-150摄氏度，或更低的温度（80-120度）长时间保温后（5-20小时）随炉或取出在空气中冷却，消除或减小钢内的微观应力、机械加工残余应力，防止变形及开裂，稳定组织以稳定零件形状及尺寸的处

8、理。回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解，碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力。时效强化：是指在固溶了合金元素以后，在常温或加温的条件下，使在高温固溶的合金元素以某种形式析出（金属间化合物之类），形成弥散分布的硬质质点，对位错切过造成阻力，使强度增加，韧性降低。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。体心立方、面心立方、密排六方2、位错的定义是什么？了解三种基本位错的模型及特点。位错：晶体中已滑移与未滑移的边界线。螺型位错、刃型位错、混合位错3、何为晶体缺陷？金属中存在哪些晶体缺陷？晶体缺陷：在实际晶体中，总是不可避免地存在

9、着一些原子偏离规则排列的不完整性区域，分为点缺陷、线缺陷、面缺陷4、结晶的热力学条件是什么？结晶的热力学条件是：具有一定的过冷度。5、金属结晶时的冷却速度越快，结晶后的晶粒越小，其强度越高，塑性和韧性高。 6、对晶核的形成和长大来说，过冷度是驱动力，过冷是必须条件。7、变形金属在加热时，会发生回复、再结晶、晶粒长大三个阶段的变化。8、热加工“纤维组织”使金属力学性能具有明显各向异性，纵向的强度、塑性、韧性优于于横向。9、按溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两类。 10、晶粒大小对金属力学性能有何影响？怎样控制铸件晶粒大小？实际生产中常用什么有效方法获得细晶粒

10、？细晶粒金属具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、产塑性及韧性都比较好。因此，生产上对控制金属材料的晶粒大小相当重视，如采取必要的措施来细化晶粒。增加过冷度；变质处理 振动11、简述铸锭的典型组织及缺陷。铸锭的典型组织：表层细晶区；柱状晶区；中心等轴晶区 缺陷：缩孔；气孔；夹杂物12、为什么金属晶粒越细，强度越高，塑性与韧性也愈好？由于晶界上存在晶格畸变，阻碍位错的运动，在室温下对金属材料的塑性变形有阻碍作用，在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度，显然，晶粒越细，金属材料的强度和硬度越高。同样，晶粒越细，裂纹传播（扩展）所消耗的能量越多，裂纹在不同位向的晶粒中传播越困难，金属的断裂韧性

11、越好。13、金属经塑性变形后会造成哪几种残余内应力？（1）宏观内应力；（2）微观内应力（3）点阵畸变14、再结晶后的晶粒大小主要取决于什么因素？（1）加热温度与时间：加热温度越高，时间越长，晶粒就越大（2）变形度：临界变形度以下，只有部分晶粒破碎，而另一部分则不变形，此时晶粒不均匀长大，大晶粒吞并小晶粒，所以晶粒粗化；当变形量超过临界变形度后，随着变形量的增加，晶粒破碎的程度越大，再结晶后的晶粒越细。在临界变形度夏，晶粒粗化倾向最大。（3）原始晶粒尺寸和均匀度：当变形度一定时，原始材料的晶粒度越均匀，则再结晶后的晶粒越细。（4）合金元素及杂质：一方面增加变形金属的储存能，一方面阻碍晶界的运动，

12、一般起细化晶粒的作用。15、试分析钢材在热变形加工（如锻造时），为什么不出现硬化现象？由于热加工是在高于再结晶温度以上的塑性变形过程，所以因塑性变形引起的硬化过程和回复再结晶软化两个相反过程几乎同时存在，这时的回复再结晶是边加工便发生的，因此不存在加工硬化现象。16、fe-fe3c相图，标出各点温度及含碳量，各点含碳量的意义。相组成物和组织组成物，三个基本反应方程式，计算碳钢的相组成物和组织组成物。17、指出铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的符号、定义及特点。铁素体： 碳在-fe中形成的固溶体，强度和硬度低，而塑性和韧性好。奥氏体： 碳在-fe中形成的固溶体，强度硬度较低，而塑性韧性较高

13、。渗碳体：铁与碳的稳定化合物，fe3c，硬度高，但脆性大，塑性差。珠光体：共析转变的产物，片层状的渗碳体与铁素体的机械混合物，用p表示，珠光体有较高的综合机械性能莱氏体：ld 和fe3c的混合物。脆性的,硬度高,耐磨性好18、二元合金相图中，最多可有3相平衡共存，在相图中表现为水平线。20、随含碳量的增加，渗碳体的数量、分布、形态如何变化？随着含碳量的增加，三次渗碳体沿铁素体晶界呈片状析出，降低铁的塑性和韧性；二次渗碳体呈网状或针状分布，一次渗碳体呈长条状。21、碳钢中的常存杂质有si 、mn 、s、 p，其中s、p是有害元素，因为p会引起冷脆，s会引起热脆。22、碳含量对力学性能的影响。 铁

14、素体是软韧相，渗碳体是硬脆相，合金的基体是铁素体时，渗碳体作为强化相，数量愈多，分布愈均匀材料强度愈高。含碳量在接近1%时强度达到最大值，若组织中出现以渗碳体为基体的莱氏体，塑性和冲击韧性下降。23、加热时，共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程？1. 奥氏体形核，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界处形成；2. 奥氏体长大，晶核形成后，奥氏体一面与渗碳体相接，一面与铁素体相接，存在碳浓度梯度，碳将从浓度高的奥氏体-渗碳体界面向浓度低的奥氏体-铁素体界面进行扩散，碳平衡浓度破坏，为恢复原先碳浓度的平衡铁素体向奥氏体转变，渗碳体进一步溶解，奥氏体便不断长大；3.残余奥氏体的溶解，铁素体向奥氏体转变

15、速度比渗碳体的溶解速度快，铁素体首先消失转变为奥氏体，还有部分渗碳体没有溶解，随继续加热保温，渗碳体在奥氏体中不断溶解；4. 奥氏体成分的均匀化，渗碳体溶解后，奥氏体的成分仍是不均匀的，随时间延长，碳进一步扩散，是奥氏体的成分趋于均匀。24、加热时，奥氏体的形成速度主要受到加热条件、原始组织、化学成分。25、随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种基本类型转变，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属扩散型转变，贝氏体属半扩散型转变，马氏体属于非扩散型转变。26、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？珠光

16、体：转变温度在a1鼻尖范围内，（珠光体、索氏体、托氏体）是铁素体和渗碳体的片层机械混合物，三者之间并无本质区别，片层越薄，强度和硬度越高，塑性和韧性也略有改善。贝氏体：上贝氏体550350，呈羽毛状，铁素体片较宽，碳化物较粗且不均匀低分布在铁素体条间，所以它的脆性较大，强度较低、下贝氏体350ms黑针状，针状的铁素体有较高的过饱和度，其亚结构是高密度位错，同时细小的碳化物均匀地、高度弥散低分布在铁素体片内，因此它除了具有较高的强度和硬度外，还具有良好的塑性和韧性。马氏体：ms点以下时发生马氏体转变。板条马氏体，是由含碳量0.2%的母相奥氏体形成，其亚结构是位错；呈细长的扁棒状，存在高密度位错，

17、碳量低，形成温度高，会产生“自回火”现象，碳化物析出均匀，具有高硬度还具有良好的塑性和韧性；针状马氏体呈针状，是由含碳量1.0% 的母相奥氏体形成，其亚结构是孪晶。存在大量孪晶，硬度高，但脆性大。 27、画出共析钢ttt曲线，指出各线、各区的物理意义28、何为淬火临界冷却速度vk？vk的大小受什么因素影响？临界冷却速度：获得全部马氏体组织的最小冷却速度影响因素：化学成分和奥氏体化条件的影响。化学成分：奥氏体中碳含量和合金元素（除co）越多，c曲线越向右，vk越小。奥氏体化条件：奥氏体化温度越高，保温越充分，过冷奥氏体越稳定，vk越小。29、淬透性和淬硬性及有效淬硬深度的关系。末端淬火法测钢淬透

18、性值的意义，淬透性的应用。p120125 淬透性是钢的属性之一，受本身内在因素影响。有效淬硬层深度处于淬透性有关外，还受工件尺寸、淬火介质等外界条件影响。淬硬性与淬透性之间没有必然联系，淬硬性取决于钢中的碳含量，淬硬层深的钢，淬硬层的硬度不一定高。30、试述退火、正火、淬火、回火的目的，熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。退火：细化晶粒，提高力学性能；改善切削加工型；消除残余内应力；为最终热处理做准备。正火：预先热处理，获得合适硬度，改善切削加工型；消除过共析钢的网状二次渗碳体；消除魏氏组织，细化晶粒，消除内应力；为最终热处理作准备。淬火：与回火配合，赋予工件最终使用性能。回火：降低脆性，减少

19、内应力；获得最终使用性能；稳定工件尺寸；改善切削加工性能。31、工件淬火后变形或开裂的原因及减少变形途径。 工件在淬火过程中发生形状和尺寸的变化，有时甚至产生裂纹。是由于工件内外温差产生胀缩不一致的热应力以及相变不同产生组织应力造成的。原因主要有四个方面(1) 淬火工件截面不均匀的影响当淬火工件的截面不均匀和不对称时，或者粗细不同，以及太小、太长或太薄的工件，都容易在淬火过程中引起变形。这是因为，截面不均匀的工件，都容易在淬火过程中引起变形。这是因为，界面不均匀的工件，当它们在相同的冷却条件下进行冷却时，薄的部分先冷，厚的部分后冷，就是说截面小的部分先发生热胀冷缩和组织转变，而截面大的部分则相

20、反。这样势必引起极大的热应力与组织应力而使工件发生变形。(2)淬火前机械加工对变形的影响当退火工件进行机械加工的时候，由于各部分加工的程度不同，势必造成工件某一部分受到拉应力，而另一部分受到压应力。如果切削愈多，则这些应力也就愈大，淬火前如不加以消除这种由于机械加工带来的应力，势必在淬火时发生变形。(3)淬火加热时对变形的影响淬火工件在加热时，外部和截面不均匀的部位，必然会产生温度差，而当温度差愈大时，产生的热应力也愈大，这样在淬火时就势必有变形发生。一般来说，加热温度过高，时间太长，速度过快，温度不均匀以及工件在热炉中放置的位置不当，都将引起工件的变形。(4)淬火冷却时对变形的影响淬火冷却是

21、热应力与组织应发生最集中的工序。特别是当淬火剂不纯(如油中有水，水中有油，或有其他杂质存在)和冷却能力太强的淬火剂时，引起内应力更大，变形也就更为严重。此外，钢的化学成分与淬透性也是影响变形的主要因素，一般来说，含碳量愈高，则淬火时引起的变形愈大，淬透的工件也比没有淬透的工件变形更大。 防止淬火工件的变形方法：(1) 设计零件时，应尽量尽量避免截面的不均匀，并使各部分对称，尽量防止有太薄太细、太长的部分；(2) 淬火前施以消除应力的低温退火；(3) 淬火时加热温度不宜过高，时间不宜过长，速度不宜过快，并且保持工件各部分温度均匀一致；(4) 保持淬火剂的纯净和淬火剂各部分温度的均匀一致。选择淬火

22、剂时，只要能够达到临街冷却速度就行了(不必采用过分强烈的冷却剂)，并使工件在淬火剂中按一定方向作轻微的运动；(5) 采用变形不大的淬火法，如双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法等方法。32、常用的淬火方法有哪几种，说明它们的主要特点和应用范围。（1）单介质淬火碳钢、合金钢，操作简单，易实现机械化（2）双介质淬火淬火条件理想，但操作复杂（3）分级淬火减小内应力，降低了变形和开裂的倾向，但只适用于小尺寸工件（4）等温淬火具有良好的综合力学性能，多用于形状复杂和要求高的小零件通常采用等温淬火淬火获得以下贝氏体为主的组织。（5）局部淬火要求局部硬化的工件（6）冷处理硬而耐磨的精密零件33、常用的回火操作

23、有哪几种？指出各种回火操作得到的组织。低温回火：回火马氏体中温回火：回火托氏体高温回火：回火索氏体34、第一类回火脆性，第二类回火脆性，产生第二类回火脆性的原因，如何消除或避免。淬火钢在250350回火时出现的脆性称为第一类回火脆性。淬火钢在500650范围内回火时出现的脆性称为第二类回火脆性。钢中含有cr、ni、si、mn等合金元素时，这类钢在500650长时间保温或缓慢冷却时会产生明显的脆性。原因一般认为是由于sb、sn、p等杂质在奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间结合力，降低晶界断裂强度造成的。消除办法有：回火后快速冷却或者在钢中加入w、mo等合金元素阻碍杂质元素在晶界上偏聚。35

24、、影响钢感应加热表面淬火淬硬层深度的因素。感应电流频率f。f越大，有效淬硬深度就越薄。36、钢的化学热处理和表面淬火的区别。钢的化学热处理与表面淬火相比，不仅改变表层的组织，还改变其成分。37、钢的渗碳、钢的渗氮。 钢的渗碳：目的是提高工件表层含碳量，使之具有高硬度和高耐磨性，心部保持良好的韧性。渗碳用钢：含碳量0.12%0.25%的低碳钢和低碳合金钢。 渗碳后的热处理：渗碳后，必须经过淬火和低温回火。 钢渗氮：目的是提高工件表层的硬度和耐磨性，疲劳强度和耐腐蚀性。 典型渗氮钢：38crmoal。 渗氮前的热处理应为调质，保证心部力学性能和提高渗氮层质量。渗氮后不需进行淬火即可达到高的表面硬度

25、和耐磨性。38、写出下列零件的加工工艺路线、各热处理工序的作用及所获组织。 （1）45钢机床主轴，要求整体综合力学性能良好。工艺路线：锻正火粗机加工调质精机加工 轴颈：高频淬火+低温回火磨各热处理工序作用及组织：a）正火：s+(少量) 消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）； 调整硬度、利于切削加工。 b）调质：s回 ，满足整体机械性能要求：综合机械性能 c）轴颈：高频淬火+低温回火： 表： m回+a (少量)； 心：s回 达到“表硬心韧”，满足使用要求。 （2）20crmnti钢制拖拉机变速齿轮。工艺路线：锻正火机加工渗碳、预冷淬火+低温回火喷丸(压应力、-1)磨 各步热处理组织及作用： 1）正火：

26、s+(少量) 消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）； 调整硬度、利于切削加工。 2）渗碳、预冷淬火+低温回火： 表：m回+k+a (少量)； 心：m低碳 达到“表硬心韧”，满足使用要求。39、试比较碳钢及合金钢的性能、用途及优缺点。碳钢 价格低廉，容易加工；但淬透性低，回火稳定性差，基本相软弱，因而应用受到限制 主要用于制造各种结构件和机器零件 合金钢：高的强度及韧性，较高的屈强比，高的淬透性和回火稳定性，良好的抗氧化能力和低温冲击韧度，高的耐磨性及特殊的电磁性能 用于制造桥梁、车辆、锅炉、油罐、建筑结构和化工容器等40、哪些属于碳化物形成元素？一般强碳化物形成元素对钢的回火稳定性有何影响？mn cr w mo v ti nb 等为碳化物形成元素，强碳化物形成元素，由于对碳原子的扩散产生阻碍作用，是马氏体的分解速度减慢，即增加回火抗力，提高回火稳定性。41、合金元素在钢中的作用如何？常用的合金元素有哪些？一、合金元素对钢中基本相的影响1 形成固溶体 2 形成碳化物 二、合金元素对相图的影响1、扩大奥氏体区 ni mn co c n cu2