材料科学基础A复习提纲部分答案实用教案

1、名词解释部分(b fen)答案1 1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：（1 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 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(d do)(d do)的晶粒尺寸。（3 3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在9309301010保温足够时间（3-83-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。第1页/共32页第一页，共33页。2 2）珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械(jxi)(jxi)混合物。索氏体：在650650600600温度范围内形成层片较细的珠光体

2、。托氏体：在600600550550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-Fe-Fe中的过饱和固溶体。第2页/共32页第二页，共33页。Fe3 3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；答：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(fshng)(fshng)分解的奥氏体称为过冷奥氏体。残余奥氏体：M M转变结束后剩余的奥氏体。 第3页/共32页第三页，共33页。二、试述奥氏体的形成过程及控制(kngzh)奥氏体晶粒的方法。三、画出共析钢的TTT图。为获得下列组织应选用何种冷却方法？并在TTT曲线中画出

3、冷却曲线S+P;全部B下；M+AR；T+M+AR；T+B+M+AR；第4页/共32页第四页，共33页。u试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。u答：u加热时奥氏体形成的基本过程可分为：u 奥氏体晶共析钢加核形成、奥氏体晶核长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分均匀化。u影响奥氏体晶粒度的因素有：u1) 加热温度和保温时间(shjin)u2) 加热速度u3) 钢的含碳量、脱氧剂及合金元素的影响u4) 原始组织第5页/共32页第五页，共33页。u画出共析钢的TTT图。为获得下列组织(zzh)应选用何种冷却方法？并在TTT曲线中画出冷却曲线uS+P;u全部B下；uM+AR；uT+M+AR；uT+B

4、+M+AR；u答：u共析钢的TTT图及各种冷却曲线如下图。采用的冷却方法为：u以较快的速度冷却，即空冷。u较快速度冷却至Ms以上保温停留较长时间再快速冷却，即等温淬火。u大于临界淬火冷却速度冷却下来，即普通淬火。u较快速度冷却至Ar1以下的珠光体转变区域下部保温停留一段时间后再以大于临界淬火速度冷却。u较快速度冷却至Ar1以下的珠光体转变区域下部保温停留一段时间后继续冷却至Ms以上的贝氏体转变区域等温停留一段时间再以大于临界淬火速度冷却。A1/Ms/s（1）（2）（5）（4）（3）第6页/共32页第六页，共33页。 四、简述马氏体相变的主要特征。四、简述马氏体相变的主要特征。 五、马氏体组织有

5、哪几种类型？它们的形成五、马氏体组织有哪几种类型？它们的形成(xngchng)条件、组织形态、晶体结构、力学条件、组织形态、晶体结构、力学性能有何特点。性能有何特点。 六、试述钢中典型上贝氏体、下贝氏体的组织形态，并比较它们的异同。六、试述钢中典型上贝氏体、下贝氏体的组织形态，并比较它们的异同。 七、试述淬火钢回火时的组织转变。七、试述淬火钢回火时的组织转变。 八、何谓回火脆性？说明回火脆性的类型、目的、特点及用途。八、何谓回火脆性？说明回火脆性的类型、目的、特点及用途。第7页/共32页第七页，共33页。u马氏体转变的基本特征是什么？u答：u1）马氏体转变的非恒温性u马氏体转变有一上限温度Ms

6、。还有一个下限温度Mf，也就是说马氏体转变是在MsMf之间进行的。 u2）马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象u马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则的表面浮凸。这说明马氏体的形成与母相奥氏体的宏观切变密切相关。 u3）马氏体转变的无扩散性u马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原子做有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一个原子间距(jin j)，且原子之间的相对位置不发生变化。 第8页/共32页第八页，共33页。（续上）（续上）4）马氏体转变的位向关系及惯习面 奥氏体转变为马氏体时，新旧两相之间保持(boch)着严格的晶体学位向关系，马氏体的不变平面被称为马氏体的惯习面，以平

7、行于此面的母相的晶面指数表示。 5）马氏体转变的可逆性冷却时高温相可以转变为马氏体，加热时马氏体可以逆转变为高温相，而且转变都是以马氏体转变方式进行的。与 MsMf 相对应，逆转变有AsAf 分别表示逆转变的开始和终了温度。 第9页/共32页第九页，共33页。u简述简述(jin sh)(jin sh)回火的目的回火的目的（1）降低零件(ln jin)脆性，消除或降低内应力；（2）获得所要求的力学性能；（3）稳定尺寸；（4）改善加工性。第10页/共32页第十页，共33页。u贝氏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？u答：（1 1）两种。上贝氏体和下贝氏体。u（2 2）上

8、贝氏体的形成温度在600600350350。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(xxio)(xxio)的渗碳体组成的混合物。其硬度较高，可达HRC40HRC404545，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350350MsMs，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(xxio)(xxio)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。第11页/共32页第十一页，共33页。u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

9、、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？u答：（1 1）两种，板条马氏体和片状马氏体。u（2 2）奥氏体转变后，所产生的M M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量0.6%0.6%的为板条马氏体；含碳量在1.0%1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于1.0%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(jbin)(jbin)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，

10、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(jbin)(jbin)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。u（3 3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。第12页/共32页第十二页，共33页。u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(gngy)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。答：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(d do)珠光体组织。索氏体：冷却至650600温

11、度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到(d do)索光体组织。屈氏体：冷却至600550温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到(d do)屈氏体组织。上贝氏体：冷却至600350温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到(d do)上贝氏体组织。下贝氏体：冷却至350Ms温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到(d do)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。第13页/共32页第十三页，共33页。第10章 复

12、习提纲 一、名词解释1.淬透性与淬硬性2.等温淬火与分级淬火3.回火索氏体和回火马氏体4. K-S关系(gun x)和西山关系(gun x)5. 完全退火和球化退火6. 调质处理和碳氮共渗第14页/共32页第十四页，共33页。1 1）淬火临界冷却速度（VkVk），淬透性, ,淬硬性；答：淬火临界冷却速度（VkVk）：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(dxio)(dxio)的能力。淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。第15页/共32页第十五页，共33页。2 2）退火、正火、淬火、回火( (特别是温度范围) )答：退火：将工件加热到临界点以上或在临界

13、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Ac3Ac3或AccmAccm以上30308080，保温后从炉中取出在空气中冷却。 淬火：将钢件加热到Ac3Ac3或Ac1Ac1以上30305050，保温一定时间，然后(rnhu)(rnhu)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A1A1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。第16页/共32页第十六页，共33页。3) 3)等温淬火：它是将加热的工件放入温度稍高于等温淬火：它是将加热的工件放入温度稍高于MsMs的硝盐浴或的硝盐浴

14、或碱浴中，保温足够长的时间使其完成碱浴中，保温足够长的时间使其完成B B转变。等温淬火后获得转变。等温淬火后获得B B下组织。下组织。下贝氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当下贝氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当(xingdng)(xingdng)的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性，适用于尺寸较的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性，适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。具等。分级淬火：它是将加热的工件先放入温度稍高于分级淬火：它是将加热的工件先放入温度稍高于MsMs的硝盐浴或的硝盐浴

15、或碱浴中，保温碱浴中，保温2 25min5min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。空气中冷却。这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于硝盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求硝盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。第17页/共32页第十七页，共33页。二、说出下

16、列常用热处理符号的含义：Ac1，Ar1，Ac3，Ar3，Accm，Arcm，Mf，As 三、已知某机床的主轴的材料为40Cr钢，其生产工艺路线为：下料锻造正火粗车调质精车锥部整体淬火(cu hu)回火(43HRC)粗磨人工时效精磨。 试说明每道热处理工序的作用。第18页/共32页第十八页，共33页。Ac1: 钢加热时开始形成奥氏体的温度(wnd)。Ar1: 钢由高温冷却时奥氏体开始分解为+Fe3C的温度(wnd)Ac3: 亚共析钢加热时铁素体全部消失的最低温度(wnd)。Ar3: 亚共析钢由单相奥氏体状态冷却时开始发生转变的温度(wnd)。Accm: 过共析钢加热时渗碳体全部消失的最低温度(w

17、nd)。Arcm: 过共析钢由单相奥氏体状态冷却时开始发生Fe3C转变的温度(wnd)。Mf: 马氏体终了转变温度(wnd)。As: 马氏体向奥氏体逆相变开始转变温度(wnd)。u说出下列常用(chn yn)热处理符号的含义：uAc1，Ar1，Ac3，Ar3，Accm，Arcm，Mf，As 第19页/共32页第十九页，共33页。u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？完全退火？u答：（答：（1 1）将钢件加热到）将钢件加热到Ac1Ac1以上以上30305050，保温一定时间，保温一定时间后随炉缓慢冷却至后随炉缓慢冷却至

18、600600后出炉空冷。后出炉空冷。u （2 2）过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，）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，而且增大钢的脆性不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性(cuxng)(cuxng)，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。加工性。第20页/共32页第二十页，共33页。u论述题论述题u用用20CrMnTi20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，

19、要求齿面硬制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度度HRC58-60HRC58-60，中心硬度，中心硬度HRC30-45HRC30-45，试写出加工工，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。艺路线，并说明各热处理的作用目的。u加工工艺路线为：下料加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机械粗加工机械粗加工渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火喷丸喷丸磨齿磨齿u正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀；加工），并使组织细化，均匀；u渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到(d do)(d

20、do)高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度；高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度； u喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗疲劳能力。提高抗疲劳能力。第21页/共32页第二十一页，共33页。u拟用T10T10制造形状(xngzhun)(xngzhun)简单的车刀，工艺路线为：u锻造热处理机加工热处理磨加工u试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；u指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；u制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）答：（1 1）工艺路线为：锻造退火机加工淬火后低温回火磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；

21、淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。（2 2）终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC60HRC。（3 3）T10T10车刀的淬火温度为780780左右，冷却(lngqu)(lngqu)介质为水；回火温度为150150250250。第22页/共32页第二十二页，共33页。补充： 表面淬火方法及淬火后的组织和性能(xngnng)； 了解常见的化学热处理相关知识。第23页/共32页第二十三页，共33页。11章章 工业用钢工业用钢 复习提纲复习提纲 1. 何谓渗碳钢？从钢号如何判别(pnbi)是否为渗碳钢？合金渗碳钢中常加入的合金元素有哪些？主加合金元素和辅加合金元素分

22、别起什么作用？ 2. 何谓调质钢？从钢号如何判别(pnbi)是否为调质钢？合金调质钢常加入的合金元素有哪些？主加合金元素和辅加合企元素分别起什么作用？第24页/共32页第二十四页，共33页。u何谓渗碳钢？从钢号如何判别是否为渗碳钢？合金渗碳钢中常加入的合金元素有哪些？主加合金元素和辅加合金元素分别起什么作用？ u答：所谓渗碳钢是指经渗碳处理后使用的钢种。渗碳钢中的含碳量为0.10%-0.25%。渗碳钢中经常添加的元素有Cr，Mn，Ti，Ni，B，Mo，Si，V和W等。主加元素为了提高心部的强度，并防止渗层剥落。辅加元素为了阻止(zzh)奥氏体晶粒长大。第25页/共32页第二十五页，共33页。u

23、何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？u答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在淬火及低温回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于中碳钢，淬透性也不如中碳钢。高碳钢虽然强度高，但它的韧性(rn xn)(rn xn)及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。u合金调质钢中常含合金元素有铬、锰、镍、硅、钼、钨、钒、铝、钛等。合金调质钢的主加元素有铬、锰、镍、硅等, ,以增加淬透性。它们在钢中除增加淬透性外, ,还能强化铁素体, ,起固溶强化作用。辅加元素有钼、钨、钒、铝、钛等。钼、钨的主要作用是防止或

24、减轻第二类回火脆性, ,并增加回火稳定性; ;钒、钛的作用是细化晶粒; ;加铝能加速渗氮过程。第26页/共32页第二十六页，共33页。补充(bchng)：不同材料的简易鉴别方法。第27页/共32页第二十七页，共33页。论述题论述题u低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分(hu fn)(hu fn)的？分别举例说明他们的用途？u齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、机床床身等零件所选材料的名称、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织，比如牌号是以下几种，该如何选择： T10 65Mn HT300 GCr15Mo T10 65Mn HT300 GCr15Mo第28页/共32页

25、第二十八页，共33页。u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？u答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%0.25%的钢；0808、1010、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；1515、2020、2525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(ln jin)(ln jin)，如活塞钢、样板等。u中碳钢：含碳量为0.300.55%0.300.55%的钢 ；3030、3535、4040、4545、5050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(ln jin)(ln jin)； u高碳钢：含碳