材料科学基础A2复习

1、第9章 复习提纲,一、名词解释 奥氏体:C溶于-Fe中形成的间隙固溶体。 板条马氏体：含碳量低于0.2，显微组织由成群的板条组成的马氏体。 片状马氏体：含碳量高于1.0，显微组织呈针状或竹叶状的马氏体。 上贝氏体：在贝氏体区较高范围内（600-350）形成的贝氏体（羽毛状）。 下贝氏体：在贝氏体区较低范围内（350-Ms）形成的贝氏体（黑色针状）。 TTT曲线：等温条件下，转变开始和终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系曲线。 CCT曲线：连续冷却过程中，由高温到低温整个温度区间内，不同的连续冷却速度和到达各个温度区间的时间及在各个温度区间停留的时间的关系。 临界淬火冷却速度

2、：过冷奥氏体不发生分解直接得到全部马氏体的最低冷却速度。 魏氏体：从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或其它规则排列的针状铁素体或渗碳体以及其间存在的珠光体组织。 回火脆性：部分钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降的脆化现象。 回火马氏体：高碳钢在350一下回火时，马氏体分解后形成的低碳相和弥散碳化物组成的双相组织。,屈氏体，粒状珠光体,粒状贝氏体,名词解释部分答案,1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度； 答：（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

3、晶粒度：根据标准试验方法，在93010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、托氏体、贝氏体、马氏体； 答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 索氏体：在650600温度范围内形成层片较细的珠光体。 托氏体：在600550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中的过饱和固溶体。,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。,二、试述奥氏体的形成过程及控制奥

4、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曲线中画出冷却曲线 S+P; 全部B下； M+AR； T+M+AR； T+B+M+AR；,试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。 答： 加热时奥氏体形成的基本过程可分为： 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。 影响奥氏体晶粒度的因素有： 1) 加热温度和保温时间 2) 加热速度 3) 钢的含碳量、脱氧剂及合金元素的影响 4) 原始组织,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曲线中画出冷却曲线 S+P; 全部B下； M+AR； T+M+

5、AR； T+B+M+AR； 答： 共析钢的TTT图及各种冷却曲线如下图。采用的冷却方法为： 以较快的速度冷却，即空冷。 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。 大于临界淬火冷却速度冷却下来，即普通淬火。 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。 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。,四、简述马氏体相变的主要特征。 1、马氏体转变的非恒温性；2、马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象；3、马氏体转变的无扩散性；4、马氏体转变的位

6、向关系及惯习面 ；5、马氏体转变的可逆性； 五、马氏体组织有哪几种类型？它们的形成条件、组织形态、晶体结构、力学性能有何特点。 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。 七、试述淬火钢回火时的组织转变。 1、碳的偏聚，马氏体、残余奥氏体的分解，碳化物的转变，渗碳体的聚集长大和相的回复再结晶。 八、何谓回火脆性？说明回火脆性的类型、目的、特点及用途。 回火脆性：部分钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降的脆化现象。 1、低温回火脆性，特点不可逆，用途是几乎所有的工业用钢，目的是继续提高回火温度使钢的韧性重新恢复和提高。 2、高温回火脆性，特点可逆快冷可消除或抑制该脆

7、性，用途是合金结构钢。,简述回火的目的,（1）降低零件脆性，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。,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？ 答：（1）两种。上贝氏体和下贝氏体。 （2）上贝氏体的形成温度在600350。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HRC4045，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350Ms，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

8、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。,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？ 答：（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0.61.0%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

9、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。,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。,答： 珠光体：冷却至线550范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到珠光体组织。 索氏体：冷却至65060

10、0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。 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。,T8钢丝经由以下几步处理： （1）加热至870，保温1h； （2）淬火至550，保

11、温1s； （3）淬火至275，保温1s； （4）淬火至20，并保温。 指出每一步处理后的相和成分。,答： 奥氏体，wc=0.77%。 B上F(wc=0.0218%)+Fe3C(wc=6.69%)。 ？ ？,一、名词解释 1.（1）淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。 （2）淬硬性：淬火后马氏体所能达到的最大硬度值。 2.（1）等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度盐浴，等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却的方法。 （2）分级淬火：将奥氏体状态的工件首先淬入温度略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转

12、变的方法。 3.回火索氏体:回火温度升至400以后，淬火马氏体完全分解为针状的相和无共格关系的粒状渗碳体组成的机械混合物。 5. 完全退火：将钢件或钢材加热至Ac3以上20-30，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，获得近于平衡组织的热处理工艺。 球化退火：使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 6. 调质处理：淬火加高温回火处理。 碳氮共渗：向钢件表层同时渗入碳和氮的过程。,1）淬火临界冷却速度（Vk），淬透性,淬硬性； 答：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

13、硬度。,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3080，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3050，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。,3)等温淬火：它是将加热的工件放入温度稍高于Ms的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成B转变。等温淬火后获得B下组织。 下贝

14、氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当的情况下，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，模具等。 分级淬火：它是将加热的工件先放入温度稍高于Ms的硝盐浴或碱浴中，保温25min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。 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，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。,二、说出下列常用热处理符号的含义： Ac1，Ar1，Ac3，Ar3，Accm，Arcm，Mf，As 三、已知

15、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回火(43HRC)粗磨人工时效精磨。 试说明每道热处理工序的作用。,Ac1: 钢加热时开始形成奥氏体的温度。 Ar1: 钢由高温冷却时奥氏体开始分解为+Fe3C的温度 Ac3: 亚共析钢加热时铁素体全部消失的最低温度。 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。 Accm: 过共析钢加热时渗碳体全部消失的最低温度。 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。 Mf: 马氏体终了转变温度。 As: 马氏体向奥氏体逆相变开始转变温度。,说出下列常用热处理符号的含义：

16、Ac1，Ar1，Ac3，Ar3，Accm，Arcm，Mf，As,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？ 答：（1）将钢件加热到Ac1以上3050，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。,论述题 用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。 加工工艺路线为：下

17、料锻造正火机械粗加工渗碳+淬火+低温回火喷丸磨齿 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； 渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度； 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。,拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为： 锻造热处理机加工热处理磨加工 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度； 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）,答：（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；淬火及低温回火可获得高硬度和

18、耐磨性以及去除内应力。 （2）终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。 （3）T10车刀的淬火温度为780左右，冷却介质为水；回火温度为150250。,补充： 表面淬火方法及淬火后的组织和性能； （1）表面淬火方法：感应加热、火焰加热、电接触加热； （2）淬火后的组织和性能:淬火后获得细针状马氏体，提高了工件硬度。 了解常见的化学热处理相关知识。,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？ 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

19、，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。辅加元素为了阻止奥氏体晶粒长大。,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？ 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，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。 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

20、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。,补充： 不同材料的简易鉴别方法。,论述题,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？ 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,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？ 答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的

21、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。 中碳钢：含碳量为0.300.55%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； 高碳钢：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

22、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。,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,答： 弹簧65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn1.5%；淬火中温回火；组织为回火托氏体。 滚动轴承GCr15Mo轴承钢；C%1%,Cr=1.5%,Mo1.5%；球化退

23、火淬火低温回火；组织为回火马氏体。 机床床身HT300灰口铁；无需热处理。,第12章 复习提纲（填空题）,铸铁的石墨化过程是如何进行的？影响石墨化的主要因素有哪些？ （1）在PSK线以上发生的石墨化第一阶段石墨化：结晶时共晶石墨、一次石墨、二次石墨的析出和加热时共晶渗碳体、一次渗碳体及二次渗碳体的分解； 在PSK线一下发生的石墨化第二阶段石墨化：冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。 （2）化学成分和冷却速度 2. 球墨铸铁的牌号、组织及热处理特点。 牌号：QT+最低抗拉强度+最低伸长率 组织：基体组织+球状石墨，球铁的基体组织有珠光体、珠光体-铁素体、铁素体。 热处理特点：石墨作为球

24、墨铸铁中的一个相参与相变，相当于储碳库，控制温度可以控制奥氏体中的含碳量，从而得到低碳或者是高碳马氏体。,1. 试述蠕墨铸铁显微组织和性能特点。 2. 可锻铸铁是如何获得的？为什么它只宜制作薄壁小铸件？ 3各种铸铁牌号含义。,第13章 复习提纲,1. 铝合金分哪几类？试用合金相图解释分类的原则？ 2. 何谓黄铜？分哪几类？如何编号？试举一些常用的黄铜牌号，并说明其含义、性能特点及用途。 3. 何谓青铜？如何编号？试举一些常用的青铜牌号，并说明其含义、性能特点及用途。,第9、10章选择题,1. 导电率最高的材料为（ B ）。 A.金 B. 铝 C. 铁合金 2.化学热处理与其他热处理方法的主要区

25、别是（ C ）。 A加热温度 B组织变化 C改变表面化学成分 3.下列元素中，（ A ）元素容易导致钢的热脆性。 A. S B. P C. N,4.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和（ A ） A 铁素体-奥氏体不锈钢 B 马氏体-奥氏体不锈钢 C 莱氏体不锈钢 5.用于制造渗碳零件的钢称为（ A ）。 A 结构钢 B 合金钢 C 渗碳钢 6.马氏体组织有两种形态（ B ）。 A 板条、树状 B 板条、针状 C 树状、针状 7.钢经表面淬火后将获得：（ A ） A 一定深度的马氏体 B全部马氏体 C 下贝氏体 A8.C曲线右移使淬火临界冷却速度（ ），淬透性（ ）。 A 减

26、小、增大 B 减小、减小 C 增大、减小 9.零件渗碳后，一般需经过（ A ）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 A 淬火+低温回火 B淬火+高温回火 C 调质,第11章选择题,C1、钢号45的优质碳素结构钢，其平均含碳量是 A 0.045% B 4.5% C 0.45% A2、对铸钢ZG200400说法正确的是 A 200是屈服点的最低值 B 200是抗拉强度最低值 C 400是屈服点最低值 C3、淬火后主要获得的室温组织为 A 奥氏体 B 贝氏体 C 马氏体或贝氏体 B4、对40Cr的说法正确的是 A 渗碳钢 B 调质钢 C 工具钢 D5、下列用于制造弹簧的优质碳素结构钢为 A Q195 B 08F C 65 C6、T12中含碳量平均为 A 12% B 0.12% C 1.2% A7、对完全退火说法正确的是 A 能降低硬度 B 主要用于共析钢 C退火后组织为奥氏体,B8、合金钢淬火时一般选用的冷却介质为 A 水 B 油 C 盐水 C9、以提高钢件表面耐蚀力为目的，可选 A 渗碳