金属热处理习题及答案
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。
答：（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；
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；
答：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；
答：奥氏体: 碳在Fe -γ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）；
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 进行冷却的一种操作。
正火：将工件加热到A c3或A ccm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（V k），淬透性,淬硬性；
答：淬火临界冷却速度（V k）：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。
答：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。
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？
答：（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？
答：（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？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？
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0.6—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。
答：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？
答：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。
答：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M s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V k的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？
答：（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V k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V k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V k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V k，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V k的工件
外层部分才能得到马氏体。因此，V k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。
答：(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。
索氏体：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。
屈氏体：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。
答：（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？
答：（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；
答：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
答：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。组织：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；
答：完全退火。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。
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。
组织：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；
答：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。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。组织：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？
答：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A ccm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
答：（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。组织：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。组织：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。组织：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？
答：（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。
答：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A ccm，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，从而降低钢的硬度和耐磨性。淬火温度过高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。
20.常用的淬火方法有哪几种？说明它们的主要特点及其应用范围。
答：常用的淬火方法有单液淬火法、双液淬火法、等温淬火法和分级淬火法。
单液淬火法：这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。但其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水
淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。
适合于小尺寸且形状简单的工件。
双液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高温区冷速快和油在低温区冷速慢的优点，既可以保证工件得到马氏体组织，又可以降低工件
在马氏体区的冷速，减少组织应力，从而防止工件变形或开裂。适合
于尺寸较大、形状复杂的工件。
等温淬火法：它是将加热的工件放入温度稍高于M s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。
分级淬火法：它是将加热的工件先放入温度稍高于M s的硝盐浴或碱浴中，保温2～5min，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。
21.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。
答：700℃：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。
760℃：它的加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。
840℃：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。
1100℃：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体。
22.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于V K的冷却速度至室温。试问：
（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？
答;因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。
（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
答；因为加热温度860℃已经超过了A ccm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。
（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
答：因为加热温度860℃已经超过了A ccm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的M s和M f点，淬火后残余奥氏体增多。
（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
答：因为加热温度860℃已经超过了A ccm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少
（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？
答：780℃加热淬火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时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，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。
24.为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？减小变形及防止开裂有哪些途径？
答：淬火中变形与开裂的主要原因是由于淬火时形成内应为。淬火内应力形成的原因不同可分热应力与组织应力两种。
工件在加热和(或)冷却时由于不同部位存在着温度差别而导致热胀和(或)冷缩不一致所引起的应力称为热应力。热应力引起工件变形特点时：使平面边为凸面，直角边钝角，长的方向变短，短的方向增长，一句话，使工件趋于球形。
钢中奥氏体比体积最小,奥氏体转变为其它各种组织时比体积都会增大,使钢的体积膨胀;工件淬火时各部位马氏体转变-先后不一致,因而体积膨胀不均匀。这种由于热处理过程中各部位冷速的差异使工件各部位相转变的不同时性所引起的应力,称为相变应力(组织应力)。组织应力引起工件变形的特点却与此相反：使平面变为凹面，直角变为钝角，长的方向变长；短的方向缩短，一句话，使尖角趋向于突出。
工件的变形与开裂是热应力与组织应力综合的结果，但热应力与组织应力方向恰好相反，如果热处理适当，它们可部分相互抵消，可使残余应力减小，但是当残余应力超过钢的屈服强度时，工件就发生变形，残余应力超过钢的抗拉强度时，工件就产生开裂。为减小变形或开裂，出了正确选择钢材和合理设计工件的结构外，在工艺上可采取下列措施：
1.采用合理的锻造与预先热处理
锻造可使网状、带状及不均匀的碳化物呈弥散均匀分布。淬火前应进行预备热处理(如球化退火与正火),不但可为淬火作好组织准备,而且还可消除工件在前面加工过程中产生的内应力。
2.采用合理的淬火工艺；
正确确定加热温度与加热时间,可避免奥氏体晶粒粗化。对形状复杂或导热性差的高合金钢,应缓慢加热或多次预热,以减少加热中产生的热应力。工件在加热炉中安放时,要尽量保证受热均匀,防止加热时变形;选择合适的淬火冷却介质和洋火方法(如马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火),以减少冷却中热应力和相变应力等。
3.淬火后及时回火
淬火内应力如不及时通过回火来消除,对某些形状复杂的或碳的质量分数较高的工件,在等待回火期间就会发生变形与开裂。
4.对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞。
25.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？
答：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。
影响淬透性的因素：
①化学成分
C曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其C曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。
除Co和Al（＞2.5%）以外的大多数合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。
②奥氏体化温度
温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。
26.钢的淬硬层深度通常是怎规定的？用什么方法测定结构钢的淬透性？怎样表示钢的淬透性值。
答：为了便于比较各种钢的淬透性，常利用临界直径D c来表示钢获得淬硬层深度的能力。
所谓临界直径就是指圆柱形钢棒加热后在一定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。
对同一种钢D c油＜D c水，因为油的冷却能力比水低。目前国内外都普遍采用“顶端淬火法”测定钢的淬透性曲线，比较不同钢的淬透性。
“顶端淬火法”——国家规定试样尺寸为φ25×100mm；水柱自由高度65mm；此外应注意加热过程中防止氧化，脱碳。将钢加热奥氏体化后，迅速喷水冷却。显然，在喷水端冷却速度最大，沿试样轴向的冷却速度逐渐减小。据此，末端组织应为马氏体，硬度最高，随距水冷端距离的加大，组织和硬度也相应变化，将硬度随水冷端距离的变化绘成曲线称为淬透性曲线。
不同钢种有不同的淬透性曲线，工业上用钢的淬透性曲线几乎都已测定，并已汇集成册可查阅参考。由淬透性曲线就可比较出不同钢的淬透性大小。
此外对于同一种钢，因冶炼炉冷不同，其化学成分会在一个限定的范围内波动，对
淬透性有一定的影响，因此钢的淬透性曲线并不是一条线，而是一条带，即表现出“淬透性带”。钢的成分波动愈小，淬透性带愈窄，其性能愈稳定，因此淬透性带愈窄愈好。
27.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
答：回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。
常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。
低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。
这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC 58-64。
中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。
高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度HRC 25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于含碳0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。
29.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。
答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。常用的表面淬火方法有：1.感应加热表面淬火；2.火焰加热表面淬火。
感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器（线圈）内，当线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，在工件内形成“涡流”，表层迅速被加热到淬火温度时而心部仍接近室温，在立即喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。
火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。
感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点:
1)感应加热速度极快,只要几秒到几十秒的时间就可以把工件加热至淬火温度,:而且
淬火加热温度高(AC3以上80~150℃)。
2)因加热时间短,奥氏体晶粒细小而均匀,淬火后可在表面层获得极细马氏体,使工件
表面层较一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性较低。
3）感应加热表面淬火后,淬硬层中存在很大残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强,且变形小,不易氧化与脱碳。
4)生产率高,便于机械化、自动化,适宜于大批量生产。
但感应加热设备比火焰加热淬火费用较贵,维修调整比较困难,形状复杂的线圈不易制造
表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。
30.化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？
答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。
化学热处理的过程：
1 分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子；
2 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；
3 扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。
常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。
31.试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。
答：一般渗碳件的工艺路线为：
下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品
32.氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。
答：在一定温度(一般在A C1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。
其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化的主要特点为：1)工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),渗氮层的硬度一般可达950~1200HV(相当于68-72HRC),且渗氮层具有高的红硬性(即在600~650℃仍有较高硬度)。2)工件经渗氮后渗氮层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度显著提高。3)渗氮层的致密性和化学稳定性均很高,因此渗氮工件具有高的耐蚀性。4)渗温度低,渗氮后又不再进行热处理,所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。
渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴(如锺轴、磨床主轴)、分配式液压泵转子,交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件(高速柴油机曲轴),以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件(阀门)等。
33.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4~0.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件,例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件,例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。
渗碳钢都是含0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等。渗碳层深度一般都在0.5~2.5mm。
钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%C范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。
渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。
氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：
1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。
2）表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。
3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。
4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。
氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。
34.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
（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；
（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；
（3）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150℃～250℃。
36.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：
（1）原45钢各热处理工序的作用；
（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？
（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？
答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。（3）渗碳。
37.有甲、乙两种钢，同时加热至1150 ℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为3 级，乙钢为6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？
答：不能。本质晶粒度是在930±19℃,保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点A cl以上直到930℃晶粒并未显著长大。超过此温度后,由于阻
止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 ℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。
38.为什么用铝脱氧的钢及加入少量Ti ，Zr ，V ，Nb, W 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？
答：铝脱氧及加入少量Ti ，Zr ，V ，Nb, W 等合金元素会形成高温难溶的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。
39.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？
答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却,来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。
马氏体相变的特点为：
(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后,组织中固溶的碳浓度没有变化,马氏体和奥氏体中
固溶的碳量一致,仅发生晶格改变,因而马氏体的转变速度极快。
(2)有共格位向关系。马氏体形成时,马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的,既属于
马氏体,又属于奥氏体,称这种关系为共格关系。
(3)在通常情况下,过冷奥氏体向马氏体转变开始后,必须在不断降温条件下转变才能
继续进行,冷却过程中断,转变立即停止。
40.说明共析钢C 曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响C 曲线形状和位置的主要因素。
答：过冷奥氏体等温转变曲线说明：
1)由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线;由转变终了点连接起来
的曲线称为转变终了线。A 1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;A1线以下,转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。
2)过冷奥氏体在各个温度等温转变时,都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐
标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说,转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖,它所对应的温度称为鼻温。
3)共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:在C曲线鼻
尖以上部分,即A1~550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变,转变产物是珠光体,故又称珠光体转变;在C曲线鼻尖以下部分,即550℃~Ms之间,过冷奥氏体发生贝氏体转变,转变产物是贝氏体,故又称贝氏体转变;在Ms点:以下,过冷奥氏体发生马氏体转变,转变产物是马氏体,故又称马氏体转变。
亚共析和过共析钢的等温转变C曲线,与共析钢的不同是,亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。
影响C 曲线形状和位置的主要因素有：
凡是提高奥氏体稳定性的因素,都使孕育期延长,转变减慢,因而使C曲线右移。-反之,使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关,在亚共析钢中,随着含碳量的增
加,钢的C曲线位置右移。在过共析钢中,随着含碳量的增加,c曲线又向左移。除此之
外,钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长,奥氏体晶粒愈粗大,则C曲线的位置愈右
移。
1.为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转
子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？
答：碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。
(1) 如上所述合金钢的淬透性高
(2)合金钢回火抗力高
碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。
(3)合金钢能满足一些特殊性能的要求
如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）。
2.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和M S点有何影响？将引起
钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？
答：除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外，还将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms点降低，残余奥氏体量增多。
由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移, 从而使退火状态组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度增加, 塑性下降。
由于过冷奥氏体稳定性增大, 合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性, 促进马氏体的形成, 使强度大为增加但焊接性能变坏。
3.合金元素对回火转变有何影响？
答；合金元素对回火转变及性能的影响如下：
1.产生二次硬化
由于合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,还阻碍碳化物的聚集和长大,因而合金钢中
的碳化物在较高的回火温度时,仍能保持均匀弥散分布的细小碳化物的颗粒。强碳化
物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量较高及在一定回火温度下,还将沉淀析出各
自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体
上,并与马氏体保持共格关系,阻碍位错运动,使钢的硬度反而有所提高,这就形成了二次硬化。钢的硬度不仅不降低,反而再次提高。
在合金钢中,当含有W、Mo、Ti、V、Si等,它们一般都推迟a相的回复与再结晶和碳化物的聚集,从而可抑制钢的硬度、强度的降低。
2.提高淬火钢的回火稳定性（耐回火性）
由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程,使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。
3.回火时产生第二类回火脆性
在合金钢中,除了有低温回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的钢中,在550~650℃回火后,又出现了冲击值的降低(如图8),称为高温回火脆性或第二类回火脆性。此高温回火脆性为可逆回火脆性，或第二类回火脆性。产生这类回火脆性的原因,一般认为是由于锡、磷、锑、砷等有害元素沿奥氏体晶界偏聚,减弱了晶界上原子间的结合力所致。
4.解释下列现象：
（1）在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；
答：在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高，其主要原因是合金元素的加入而改变了碳在钢中的扩散速度所致。
非碳化物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奥氏体中的扩散激活能,增加奥氏体形成速度。相反,强碳化物形成元素如v、Ti、w、Mo等,与碳有较大的亲合力,增加碳在奥氏体中的扩散激活能,强烈地减缓碳在钢中的扩散,大大减慢了奥氏体化的过程。
奥氏体形成后,尚未固溶的各种类型的碳化物,其稳定性各不相同。稳定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奥氏体中,需要进一步提高加热温度,这类合金元素将使奥氏体化的时间增长。
合金钢中奥氏体化过程还包括均匀化的过程。它不但需要碳的扩散,而且合金元素也必需要扩散。但合金元素的扩散速度很慢,即使在1000℃的高温下,也仅是碳扩散速度的万分之几或干分之几。因此,合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。以保证合金元素溶入奥氏体并使之均匀化,从而充分发挥合金元素的作用。
（2）在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；
答：当温度超过150℃以后,强碳化物形成元素可阻碍碳的扩散,因而提高了马氏体分解温度。与碳钢相比,合金钢中的残余奥氏体要在更高的回火温度才能转变。在高合金钢中残余奥氏体十分稳定,甚至加热到500~600℃并保温一段时间仍不分解。合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,阻碍了碳化物的聚集和长大，使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火
硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。
（3）含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢；
答：由于合金元素加入后显著改变了S点的位置，使它向碳含量减少的方向移动。所以含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢
（4）高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。
答：由于钢中含有大量的合金元素，高速钢的过冷奥氏体非常稳定，因而钢的淬透性很高。对于中、小型刃具在热锻或热轧后，经空冷可获得马氏体组织。
5.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。
6.W18Cr4V钢的A c1约为820℃，若以一般工具钢A c1+30-50℃常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，又是为什么？
答：若以一般工具钢A c1+30-50℃常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于A c1的温度，既1280℃左右。
18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这是为消除残余奥氏体。
《钢的热处理》习题与思考题参考答案
《钢的热处理》习题与思考题参考答案 （一）填空题 1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。 2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是 T回，一般用于高σ e 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。 3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。 4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。 5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。 6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。 7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。 8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。（二）判断题 1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。（×） 2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。（×） 3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（×） 4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。（√） 5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。（×） 6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。（√） （三）选择题 1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。 A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体 2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。 A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代 3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。 A．Accm+（30~50）℃ B．Accm-（30~50）℃ C．Ac1+（30~50）℃ D．Ac1-（30~50）℃ 4．钢丝在冷拉过程中必须经 B 退火。 A．扩散退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．重结晶退火 5．工件焊接后应进行 B 。A．重结晶退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．扩散退火 6．某钢的淬透性为J，其含义是 C 。 A．15钢的硬度为40HRC B．40钢的硬度为15HRC C．该钢离试样末端15mm处硬度为40HRC D．该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC （四）指出下列钢件的热处理工艺，说明获得的组织和大致的硬度： ① 45钢的小轴（要求综合机械性能好）； 答：调质处理（淬火+高温回火）；回火索氏体；25~35HRC。 ② 60钢簧； 答：淬火+中温回火；回火托氏体；35~45HRC。 ③ T12钢锉刀。答：淬火+低温回火；回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体；58~62HRC。
(答案)模具材料及热处理试题库
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
金属材料与热处理题库及复习资料
金属材料与热处理（第五版）练习题及答案第一章金属的结构与结晶 一、判断题 1、非晶体具有各同性的特点。( √) 2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。( √) 3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。( ×) 4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。( ×) 5、单晶体具有各向异性的特点。( √) 6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。( √) 7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。( √) 8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。( √) 9、钢水浇铸前加入钛、硼、铝等会增加金属结晶核，从而可细化晶粒。( ×) 10、非晶体具有各异性的特点。( ×) 11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。( √) 12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。( √)
13、金属材料与热处理是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。( √) 14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。( √) 15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。( √) 16、金属材料是金属及其合金的总称。( √) 17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。( √) 18、金是属于面心立方晶格。( √) 19、银是属于面心立方晶格。( √) 20、铜是属于面心立方晶格。( √) 21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。( √) 22、晶粒间交接的地方称为晶界。( √) 23、晶界越多，金属材料的性能越好。( √) 24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。 ( √) 25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。( √) 26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。( √) 27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。( √) 28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。( √) 29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。( √) 30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。( √)
(完整版)《金属学与热处理》复习题参考答案
《金属学与热处理》复习题 绪论 基本概念： 1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类） 2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类） 3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。 宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。 （金属内部的各种宏观缺陷） 显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。 （各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。 第一章 基本概念： 1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。 2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。 3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。 4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。 5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。 6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。
7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。 8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。 10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。 11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。 12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。 13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。 14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。 15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。 16.伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶体的各向异性。 17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 基础知识： 1.三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）
金属热处理习题及答案
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。 答：（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； 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； 答：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； 答：奥氏体: 碳在Fe -γ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）； 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 进行冷却的一种操作。
金属材料与热处理试题及答案
金属材料与热处理试题 及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
金属材料与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度__和硬度下降，而_塑性___和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂，通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，_青铜_是以锌为主加合金元素，_白铜_是以镍为主加合金元素。
14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_，属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（C ） A 铁总是存在加工硬化，而铜没有 B 铜有加工硬化现象，而铁没有 C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有? D 铁和铜的再结晶温度不同 α-是具有（ A ）晶格的铁。 2、Fe A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状 3、以下哪种铸铁的断口呈灰黑色（D ） A 马口铁 B 白口铸铁 C 麻口铸铁 D灰铸铁 4、用于制造渗碳零件的钢称为（C ）。 A 结构钢 B 合金钢 C 渗碳钢 D 工具钢 5、合金发生固溶强化的主要原因（ C ）。 A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化 6、调质处理就是（ A ）的热处理。 A 淬火+高温火 B 淬火+中温回火 C 淬火+低温回火 D 淬火+低温退火 7、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 正火 C 调质 D 淬火+高温回火
金属学及热处理习题参考答案
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
热处理试题及答案
热处理试题及答案 It was last revised on January 2, 2021
热处理试题一、选择题 1．拉伸试验可测定（）。 A . 强度 B. 硬度 C. 冲击韧性 D. 疲劳强度 2．材料在断裂前所承受的最大应力称为（）。 A . 强度 B. 屈服点 C. 抗拉强度 D. 疲劳强度 3．HRC表示（）。 A . 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 肖氏硬度 4．αk表示（）。 A . 屈服点 B. 冲击吸收功 C. 冲击韧度 D. 疲劳强度 5．冲击试验可测材料的（）。 A．强度 B．硬度 C．韧性 D．疲劳强度 6．α-Fe是具有（）晶格的铁。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方 7．γ-Fe是具有（）晶格的铁。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方 8．合金固溶强化主要原因是（）。 A．晶格类型变化 B．晶粒细化 C．晶格畸变 D．温度升高9．奥氏体是（）晶格。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方10．铁素体与渗碳体的机械混合物是（）。
A . 珠光体 B. 莱氏体 C. 共晶渗碳体 D. 索氏体 11．纯铁在600℃是（）晶格。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方 12．铁碳合金相图中的A1线是（）。 A . 共析线 B. 共晶线 C. 碳在奥氏体中的溶解度线 D. 缓慢 冷却时从奥氏体中析出铁素体开始线 13．某机械零件要求有较高的强度和韧性，一般选用（）制造。 A . 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 中高碳钢 14．含碳量为%的钢加热到750℃的组织是（）。 A. P+F B. A+F C. P+Fe3C D. A 15．为改善低碳钢的切削加工性能，常用的热处理方法是（）。 A. 完全退火 B. 球化退火 C. 去应力退火 D. 正火 16．T10 钢改善切削加工性能的热处理采用（）。 A. 完全退火 B . 球化退火 C. 去应力退火 D. 正火 17．下列牌号中属于优质碳素结构钢的是( )。 A . 45 B. T8 C. Q235 D. 9SiCr 18．钢在规定条件下淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力称为 （）。 A. 淬透性 B. 淬硬性 C. 耐磨性 D. 热硬性 19．调质处理是淬火加（）的热处理。 A. 低温回火 B. 中温回火 C. 高温回火 D. 正火 20．生产中所说的水淬油冷属于（）。
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《金属材料与热处理》期末复习题库 一、填空 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。 9．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 10．位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。 11．点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用位错来描述。 12.人类认识材料和使用材料的分为石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代四个历史阶段。 13.金属材料与热处理是研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的课程。 14.金属是由单一元素构成的具有特殊光泽、延展性、导电性、导热性的物质。 15.合金是由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法合成的具有金属特性的物质。 16.金属材料是金属及其合金的总称。 17.金属材料的基本知识主要介绍金属的晶体结构及变形的相关知识。 18.金属的性能只要介绍金属的力学性能和工艺性能。 19.热处理的工艺包括退火、正火、淬火、回火、表面处理等。 20。物质是由原子和分子构成的。 21.物质的存在状态有气态、液态和固态。 22. 物质的存在状态有气态、液态和固态，固态物质根据其结构可分为晶体和非晶体。 23自然界的绝大多数物质在固态下为晶体。所有金属都是晶体。 24、金属的晶格类型是指金属中原子排列的规律。 25、一个能反映原子排列规律的空间架格，成为晶格。 26、晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。 27、能够反映晶体晶格特称的最小几何单元成为晶胞。 28、绝大多数金属属于体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种简单晶格。 29、只由一个晶粒组成的晶体成为单晶体。 30、单晶体的晶格排列方位完全一致。单晶体必须人工制作。 31、多晶体是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的。 32、小晶体成为晶粒，晶粒间交界的地方称为晶界。 33、普通金属材料都是多晶体。 34、晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。 35、金属的结晶必须在低于其理论结晶温度条件下才能进行。 36、理论结晶温度和实际结晶温度之间存在的温度差成为过冷度。 37、过冷度的大小与冷却速度有关。 38、纯金属的结晶是在恒温下进行的。 39、一种固态金属，在不同温度区间具有不同的晶格类型的性质，称为同素异构性。 40、在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异构性。 41、纯铁是具有同素异构性的金属。
金属学与热处理课后习题答案第二章
第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答： 2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答：
2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。
2、具有相同的临界形核半径。 3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变 化而变化。 2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 3、两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的 影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界 面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 1、在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常呈锯齿状。 粗糙界面的晶体，其显微界面平行于熔点等温面，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈平面长大方式，固液界面始终保持近似地平面。 2、在负温度梯度下： 具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈树枝状生长。 树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加有利于此突出尖端向液体中的生长。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为主干。这些主干即为一次晶轴或一次晶枝。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有树枝状骨架的晶体称为树枝晶，简称枝晶。 2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。 答： 三晶区的形成原因及各晶区特点： 一、表层细晶区
热处理试题及参考答案
精心整理 热处理试题 一、选择题 1．拉伸试验可测定（）。 A.强度 B.硬度 C.冲击韧性 D.疲劳强度 2．材料在断裂前所承受的最大应力称为（）。 A.强度 B.屈服点 C.抗拉强度 D.疲劳强度 3．HRC表示（）。 A.布氏硬度 B.洛氏硬度 C.维氏硬度 D. 4．αk表示（）。 A.屈服点 B.冲击吸收功 C.冲击韧度 D. 5 A 6．α-Fe A D．复杂斜方7．γ-Fe A D．复杂斜方 8 A．晶格类型变化B．晶粒细化C．晶格畸变D．温度升高9．奥氏体是（）晶格。 A．体心立方B．面心立方C．密排六方D．复杂斜方10．铁素体与渗碳体的机械混合物是（）。 A.珠光体 B.莱氏体 C.共晶渗碳体 D.索氏体
11．纯铁在600℃是（）晶格。 A．体心立方B．面心立方C．密排六方D．复杂斜方 12．铁碳合金相图中的A1线是（）。 A.共析线 B.共晶线 C.碳在奥氏体中的溶解度线 D.缓慢冷却时从奥氏体中析出铁素体 开始线 13．某机械零件要求有较高的强度和韧性，一般选用（）制造。 A.低碳钢 B.中碳钢 C.高碳钢 D.中高碳钢 14．含碳量为1.0%的钢加热到750 A.P+F B.A+F C.P+Fe3C D.A 15 A.完全退火 B.球化退火 C.去应力退火 16．T 10 A. D.正火 17。 18 A.淬透性 19 A.低温回火 B.中温回火 C.高温回火 D.正火 20．生产中所说的水淬油冷属于（）。 A.单液淬火 B.双液淬火 C.分级淬火 D.等温淬火 21．钢的淬透性由（）决定。 A.淬火冷却速度 B.钢的临界冷却速度 C.工件的形状 D.工件的尺寸 22．油、水、盐水、碱水等冷却介质中冷却能力最强的是（）。
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金属材料与热处理习题及答案 第一章金属的结构与结晶 一、判断题 1、非晶体具有各同性的特点。( √) 2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。(×) 3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。( ×) 4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。( ×) 5、单晶体具有各向异性的特点。( √) 6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。( √) 7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。( √) 8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。( √) 10、非晶体具有各异性的特点。( ×) 11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。( √) 12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。( √) 13、金属材料与热处理是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。( √)
14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。( √) 15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。( √) 16、金属材料是金属及其合金的总称。( √) 17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。( √) 18、金是属于面心立方晶格。( √) 19、银是属于面心立方晶格。( √) 20、铜是属于面心立方晶格。( √) 21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。( √) 22、晶粒间交接的地方称为晶界。( √) 23、晶界越多，金属材料的性能越好。( √) 24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。 ( √) 25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。( √) 26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。( √) 27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。( √) 28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。( √) 29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。( √) 30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。( √) 31、晶体有规则的几何图形。( √) 32、非晶体没有规则的几何图形。( √)
金属学与热处理试卷与答案A1
金属学与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有___体心立方晶格、_面心立方_________晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括___型核_______、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为___间隙固溶体_______与__置换固溶体________两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有__不锈钢_______、___耐热钢______、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有__回火________、正火和淬火、_退_火________。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度________和硬度下降，而____塑性______和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为__冷作磨具钢________、__热作磨具钢________和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为__合金渗碳体________、_特殊碳化物_________和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图________、_共晶相图_________、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属__碳化物________和金属粘结剂，通过__粉末冶金________工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于__机体组织________的组织和石墨的基体、形态、_____数量_____以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为__灰口铸铁________、__白口铸铁________和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，__青铜________是以锌为主加合金元素，__白铜________是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有___铁素体_______和___奥氏体_______,属于金属化合物的有___渗碳体_______，属于混合物的有____珠光体______和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ）
金属材料与热处理题库及答案
第1 页共54 页 金属材料与热处理（第五版）练习题及答案 第一章金属的结构与结晶 一、判断题 1、非晶体具有各同性的特点。( √) 2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。( √) 3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。( ×) 4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。( ×) 5、单晶体具有各向异性的特点。( √) 6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。( √) 7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。( √) 8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。( √) 9、钢水浇铸前加入钛、硼、铝等会增加金属结晶核，从而可细化晶粒。
( ×) 10、非晶体具有各异性的特点。( ×) 11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。( √) 12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。( √) 13、金属材料与热处理是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属) √( 材料性能之间的关系和变化规律的学科。． 第2 页共54 页 14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。 ( √) 15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。( √) 16、金属材料是金属及其合金的总称。( √) 17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。 ( √) 18、金是属于面心立方晶格。( √) 19、银是属于面心立方晶格。( √) 20、铜是属于面心立方晶格。( √) 21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。( √) 22、晶粒间交接的地方称为晶界。( √)
23、晶界越多，金属材料的性能越好。( √) 24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。( √) 25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。( √) 26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。( √) ) ( √27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。 ) ( √28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。 ) √( 29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。 ) √( 30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。 ) ( √、晶体有规则的几何图形。31 ) ( √32、非晶体没有规则的几何图形。 ) ×( 、晶胞不是一个立方体。33．第3 页共54 页 34、晶胞是一个立方体。( √) 35、晶胞是一个正六棱柱。( √) 36、物质是由原子和分子构成的。( √) 37、所有金属都是晶体。( √) 38、金属的同素异构转变也是一种结晶过程，故又称为重结。( √)
《金属学与热处理》试题库
《金属学与热处理》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分）
2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？ 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？ 5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？ 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？ 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？ 8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？ 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？ 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？ 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？ 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 19、位错密度有哪几种表征方式？ 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征？（12分） 23、加工硬化的原因？（6分） 24、柏氏矢量的意义？（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，（011）晶面间距是多少？（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么？（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分）
金属学与热处理答案
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第4章习题 4-1 分析w C =%、w C =%、w C =%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲 线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。 解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是%)和Fe 3 C(碳的质量分数是%)，故 (1) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，其组织可近似看做和共析转变完时 一样，在共析温度下α-Fe碳的成分是%，P的碳的成分为%，故w C =%的合金在室温时组织中P和α的相对量分别为 (2) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，在室温时组织中P和α的相对量为 (3) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是P和Fe 3 C，在室温时组织中P的相对量为 4-2 分析w C =%、w C =%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲 线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。 解：w C =%的铁碳合金在室温平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0)和Fe 3 C(碳的质量分数 是%)，故 (1) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 因为刚凝固完毕时，初生γ相和Ld中碳的成分分别为%和%，所以刚凝固完毕时初生γ相和Ld的相对量分别为 碳的成分为%的初生γ相从共晶温度冷却到共析温度后，它的成分变为%，在冷却 过程中它析出Fe 3C II ，每份γ相析出Fe 3 C II 的量为 现在初生γ相的量是%，所以到共析温度析出的Fe 3 C相对于整体的相对量为 因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe 3 C，初生γ相的相对量减少%，余下的γ相在共析温度都转变为P，所以P的相对量为 (2) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为
热处理试题及答案
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热处理试题 一、选择题 1．拉伸试验可测定（）。 A . 强度 B. 硬度 C. 冲击韧性 D. 疲劳强度 2．材料在断裂前所承受的最大应力称为（）。 A . 强度 B. 屈服点 C. 抗拉强度 D. 疲劳强度 3．HRC表示（）。 A . 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 肖氏硬度4．αk表示（）。 A . 屈服点 B. 冲击吸收功 C. 冲击韧度 D. 疲劳强度5．冲击试验可测材料的（）。 A．强度 B．硬度 C．韧性 D．疲劳强度 6．α-Fe是具有（）晶格的铁。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方7．γ-Fe是具有（）晶格的铁。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方8．合金固溶强化主要原因是（）。 A．晶格类型变化 B．晶粒细化 C．晶格畸变 D．温度升高9．奥氏体是（）晶格。 A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方10．铁素体与渗碳体的机械混合物是（）。 A . 珠光体 B. 莱氏体 C. 共晶渗碳体 D. 索氏体 11．纯铁在600℃是（）晶格。
A．体心立方 B．面心立方 C．密排六方 D．复杂斜方 12．铁碳合金相图中的A1线是（）。 A . 共析线 B. 共晶线 C. 碳在奥氏体中的溶解度线 D. 缓慢冷却时 从奥氏体中析出铁素体开始线 13．某机械零件要求有较高的强度和韧性，一般选用（）制造。 A . 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 中高碳钢 14．含碳量为%的钢加热到750℃的组织是（）。 A. P+F B. A+F C. P+Fe3C D. A 15．为改善低碳钢的切削加工性能，常用的热处理方法是（）。 A. 完全退火 B. 球化退火 C. 去应力退火 D. 正火 16．T10 钢改善切削加工性能的热处理采用（）。 A. 完全退火 B . 球化退火 C. 去应力退火 D. 正火 17．下列牌号中属于优质碳素结构钢的是( )。 A . 45 B. T8 C. Q235 D. 9SiCr 18．钢在规定条件下淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力称为（）。 A. 淬透性 B. 淬硬性 C. 耐磨性 D. 热硬性 19．调质处理是淬火加（）的热处理。 A. 低温回火 B. 中温回火 C. 高温回火 D. 正火 20．生产中所说的水淬油冷属于（）。 A . 单液淬火 B. 双液淬火 C. 分级淬火 D. 等温淬火 21．钢的淬透性由（）决定。 A . 淬火冷却速度 B. 钢的临界冷却速度 C. 工件的形状 D. 工件的尺寸