机电一体化专业英语答案和译文6.29

第1部分材料和热处理

第1单元金属

附1: Exercise参考答案

Exercise I

1.F

2. T

3. T

4. T

5.F

Exercise II

1. ferrous metals

2.铜基合金

3. nonferrous alloys

4.自硬钢（风钢）

5. plain carbon steels

6.零点几

7. stainless steels

8.修（理）模（具）

9. high-speed steel

10.布氏硬度

Exercise III

1. stronger

2. strong

3. an alloy of iron and carbon

4. lighter

5. better

Exercise IV

1. which is also known as machine steel

2. Some alloying elements cause steel to resist corrosion

3. The largest parts of the blast furnace

4. the limitations become restrictive

5. the high fatigue and toughness of the low-carbon material being in good compromise with the strength and hardness that comes with higher carbon content

附2:课文参考译文

众所周知黑色金属是铁和碳的合金，这类合金还可能含有一些其它元素，如Si、P等等，但黑色金属所存在的各种元素中，要数碳最为重要。

在工业上应用的黑色金属有两大类：铸铁和钢。这两类黑色金属通常由生铁炼得，但它们的含碳量不一样。钢是含碳量为0.0218％至2.11％的铁碳合金；而铸铁是含碳量超过2.11％的铁碳合金。工业上不用纯铁，因为它太软。

钢是一种包含铁和碳且添加了其他元素来得到更优性能的合金。各种不同类型的钢可

分为以下两大类：

(1) 碳钢。这种钢的主要合金元素是碳。碳钢进一步可分为3组。

a. 低碳钢。该钢的碳含量小于0.30% 。这是最常见的钢类型且通常被称为低碳钢。它是相对便宜、韧性好、柔软、易于机加工和锻造。低碳钢不能进行热处理（淬火）。低碳钢是一般用途的钢材。

b. 中碳钢。该钢碳含量0.30%到0.80%。硬度和强度都高于低碳钢，可以进行热处理。中碳钢常用于锻件、铸件，以及汽车、农业设备、机器和飞机上的。

c. 高碳钢。这种钢容易通过热处理得到坚硬的零件。该材料含碳量高于0.80% 。它被广泛应用在手工工具，切割工具，弹簧和钢丝。

(2) 高合金钢。这种钢材除了碳还含有大量其他元素。常见的高合金钢是：

a. 不锈钢主要用铬作为其中主要合金元素还伴随有镍及其他金属元素。结果可以得到坚硬、耐腐蚀的金属。

b. 工具钢是一个特殊的高碳钢群体，是属于生产量少但高质量的性能规。工具钢广泛用于各种刀具和成形模具。

c. 锰钢是含有12%锰和1%碳的合金。这种金属由于其抗拉强度高被用于采矿业、铁路业和建筑设备。

机械性能是材料受施加力之后的特有反映。这些性能分为五大类：强度，硬度，弹性，延展性和韧性。

（1）强度是材料抵御施加力的一种能力。大桥主梁、电梯电缆和建设梁都必须有此性能。

材料会经受一定数量不同类型的力。它们可能会是拉力、剪切力、扭转力、压缩力或是这些力的综合作用。每一种可能的力会导致材料以不同的方式做出反映。材料会经受不同的机械强度。哪种强度则取决于施加力。

最常见的机械强度是：

a. 拉伸强度：材料在断裂之前经受的最大拉伸负荷。拉伸强度是最容易测量的，因此被广泛使用。

b. 压缩强度：去抵抗使材料被挤压到一个新形状的力的性能。这基本上是拉伸强度的相反面。过度的压缩力将导致材料破裂（屈曲和分裂）。

c. 剪切强度：在剪切力的作用下抵制断裂的能力。剪切力是由在相反方向上施加的偏移力造成的。这些力造成材料的晶粒或分子依次产生滑移并最终断裂。

d. 扭转强度：抵御扭转力的性能。受力超过扭转强度（断裂模量）将导致材料破裂。

（2）硬度是材料抵抗渗透或磨损的性能，它指抗磨损性及耐削磨性。硬度也直接与强度有关。较坚硬的材料其强度也越好。金属材料大多强度、硬度都高于高分子材料。更多的测试方法被设计出来以测试各种材料的硬度。切削工具、锉刀和钻头都必须有好的耐磨性。装甲板，粉碎机械，金属辊碎机都必须抵制渗透。

（3）弹性是弹性回复到原来形状的能力。自动缓冲器和所有弹簧都有这个性能。

当施加压力，材料第一抗拒永久变形。这个围是材料的弹性围。在这一围一旦外力释放，材料会回到原来的长度。

施加更多的附加应力会导致材料到达它的屈服点。在这一点上，即使没有施加附加的应力，附加应变还是会出现。在这一点上施加很小的应力这种应变都会发生，这个力也造成了材料长度上的永久变形。

高于材料的弹性极限的拉长（在这一点材料将不会恢复到原来的长度）被称为塑性变形。

（4）延展性是在常温下材料的塑性流动特性。较高的延展性的材料有很好的不破裂的成形性。高延展性材料可以很容易弯曲，拉制成线或挤压。现代深拉伸形成汽车外壳和挡泥

板，以及其他压制形成产品必须有此性能。

（5）韧性是材料能够吸收机械施加能的性能。强度和延展性决定了材料的韧性。在火车车厢、汽车车轴、锤子、铁轨及类似产品中都需要韧性。

第2单元热处理

附1: Exercise参考答案

Exercise I

1.F

2. F

3. T

4. F

5.F

Exercise II

1.cold-shortness

2.半加工材料

3. sorbite

4. 晶粒尺寸

5. phase recrystallization

6. 加热器处理器(热处理工人)

7. surface hardening

8.渗碳体结构

9. hot-rolled steel

10. 裂纹扩展

Exercise III

1. case, soft

2.liquid

3.ammonia

4. low

5.bath

Exercise IV

1. have practically no residual stresses and their distortion is minimal

2. not a final heat-treatment；obtain the required mechanical properties

3. depending upon the overall size of the work

4. as a result of the phase transformations in the annealing process

5. to become softer than before, and much easier to machine

附2:课文参考译文

热处理是锻后进行一次或多次重新加热和冷却操作的热循环过程，以便使锻件获得所需的显微组织和机械性能。

生产出的绝大多数锻件都需要进行某种形式的热处理。不热处理的锻件，相对来说是为了非临界应用的低碳钢零件或者是打算进一步热机械加工而后再热处理的锻件。钢的化学成分、产品的规格和形状以及所希望的性质是后面要用到的决定生产循环的重要因素。

金属热处理的目的是使金属获得所需的物理性能，或者消除那些在材料生产和加工中可能出现的不好的组织结构状态。在应用任何热处理方法中希望知道“以前的历史”即要知道材料的组织状态，以便能够规定一种处理方法以产生所希望的结果。缺乏关于以前的工艺资

料情况下，要进行组织结构的显微研究以便确定要遵循的正确的程序，那是人们所期望的。

普遍使用的工业热处理有退火、正火、淬火和回火。它们包括加热材料到某一预定的温度，在此温度下进行均热即进行保温，并在规定速度下于空气中、液体中或于保温介质中冷却。以上各项处理可简要地定义如下：

退火：退火是将金属稍微加热到临界温度以上后，很缓慢地冷却。退火处理能够减轻金属部由于先前热处理、切削加工或其他冷加工所造成的应力和应变。钢的种类决定着退火加热的温度，加热的温度也与退火的目的有关。

工业中应用的退火主要有三种：(1)完全退火；(2)低温退火；(3)球化退火。

完全退火用来最大限度地降低钢的硬度，以改善它的切削加工性能，消除应力。低温退火也叫做去应力退火，它的目的主要就是消除在冷加工和机械加工过程中产生的应力。球化退火是使钢中生成一种特殊的晶粒结构，这种结构相对较软而易于加工。这种工艺一般用于改善高碳钢的切削加工性能和用于拉丝工艺的热处理。

正火：正火操作是用来消除金属由于热加工、冷加工及机械加工过程中产生的应力的过程。正火是把钢加热到临界温度以上30到50°C，保温一段时间后空冷。正火通常应用于低、中碳钢和合金钢。正火可以消除先前热处理所留下的各种影响。

在正火过程中，空冷的快速性会导致奥氏体在越低的温度分解。这增加了铁素体-渗碳体结构的分散度和珠光体的数量，或更确切地说，也就是伪共析结构（索氏体或屈氏体结构）。同退火钢相比，通过正火，中高碳钢的强度和硬度增加了10-50%。

热轧钢通过正火，可降低冷脆性的临界点，并增加裂纹扩展所需要的功，因此来增加钢抵抗脆性破坏的能力。

对应钢的组成，正火的目的可能不同。正火应用在低碳钢上取代退火。由于正火能稍稍增加钢的硬度，所以正火能使低碳钢在精加工时得到较好的表面光洁度，并能提高生产率。对中碳钢铸件会用单独正火或伴随高温回火的正火来代替淬火和高温回火。结果由此产生的机械性能较低，但是和淬火相比工件的翘曲减少了并且裂纹产生的可能性几乎被排除了。

正火伴随高温回火（在600°-650°C之间）经常取代完全退火用来改善合金钢的结构，因为这两项操作的生产率要高于单一的退火操作。

淬火：在任何一种热处理的操作中，加热的速度都是非常重要的。热量从钢的外部以一个确定的最大速度向部传递，如果加热的速度太快，零件的外部温度就会高于其部温度，这样将会很难获得外均匀一致的组织结构。

通过热处理可获得的硬度主要与以下三方面的因素有关：

1．淬火速度

2．碳的含量

3．工件的尺寸

普通低碳钢和中碳钢为了淬硬，应该采用快速淬火工艺，通常采用水作冷却介质。对高碳钢和合金钢，则采用油冷，油冷的淬硬作用比不上水冷。如果要求严格冷却，就必须得用盐水了。

直接冷却后的钢所能获得的最大硬度在很大程度上是由碳的含量所决定，因此，低碳钢即使在热处理后也不可能达到太高的硬度。碳钢一般也被称作浅硬化钢。不同钢的淬火温度是不一样的，这是由碳的含量所决定的。

通常使钢淬火变硬的温度，我们称为淬火温度。它通常要高于加热转变临界温度10°C 到38°C，在这个温度时金属的组织结构就会发生变化。

回火：淬火使高碳钢和工具钢变得极其硬而且脆，大多数情况下不能直接使用。通过回火，淬火过程中产生的应力得以消除。回火提高了淬火零件的韧性，也使材料具有更大的塑性或延展性。

回火温度对钢的性能有主要的影响。被分为三个回火规程。

低温回火是加热到250°C。这会减少部应力，通过回火部马氏体会转化为回火马氏体，强度和韧性会得到提高且不会影响其硬度。淬火钢（含碳量0.6-1.3%）通过这样的回火可以保持58-63RC的硬度和高的耐磨性。然而，回火的部件不能想当然的承受冲击载荷（除非它芯部较硬）。

因此，低温回火用于制造切削和测量工具的碳钢和低合金钢上，也用于一些经过渗碳、氰化或碳氮共渗表面处理的零件。时间一般需要1-2.5个小时，但对于大的横截面积的工件或测量工具需要更多的时间。

中温回火一般是350°C- 500°C，主要用于层压线圈弹簧以及模具。这样可以得到高的弹性极限、承受极限和抗松弛性。经过中温回火的钢具有回火屈氏体和粒状马氏体的结构，且硬度可以达到40-50RC。回火温度的选择应尽量避免不可挽回的回火脆性。

回火后在400°C- 450°C时，工件应该进行水冷。这样可以促进表面残余压应力的消散，还可以提高其弹性承受极限。

高温回火一般是500°C- 680°C。经过高温回火的钢具有回火索氏体结构。这样会得到最好的强度和韧性的综合性能。

相对于正火或退火，淬火之后再高温回火是同时提升抗拉强度和屈服极限，减小面积，尤其是提升冲击强度的方法。因此，淬火之后再高温回火这样的热处理被称作是调质处理。

对中碳结构钢（含碳量0.3-0.5%）进行调质处理就其屈服点、耐力极限和冲击强度都需要很高的要求。由于强度的降低，调质钢的抗剪切能力并不高。调质处理会通过降低对应力集中源的敏感度、增加工件的塑性变形及裂纹扩展（对工件裂纹发展的补偿）和降低冷脆的上下极限温度来充分提高钢的结构强度。

在550°C- 600°C回火1-2个小时几乎可以完全消除淬火产生的残余应力。高温回火的时间大都是1-6个小时，具体依靠工件的总轮廓尺寸。有时保温时间提升至几十个小时是为了消除钢中产生的危险脆片。

第3单元铁碳平衡相图

附1: Exercise参考答案

Exercise I

1. T

2. F

3. F

4. T

5.T

Exercise II

1. the melting point

2. x座标轴

3. the eutectic mixture

4. 碳浓度

5. Bcc central atom

6. 异形形式

7. a body centered atomic arrangement

8. 面心立方晶格

9. allotropic transformation

10.歪曲晶粒

Exercise III

1. solid

2.unstable

3. eutectic

4. solution

5.(1). steels, (2). Cast irons

Exercise IV

1. Forging of the alpha iron at room temperature

2. The alloys of iron and carbon

3. it is to be recalled

4. alternating layers of cementite and saturated solid solution

5. while at higher temperatures it is practically nonmagnetic

附2:课文参考译文

平衡图(相图或状态图)是用图形表示温度和成分对出现于合金中的相的影响。

铁碳平衡图循着Y坐标轴—温度和x坐标轴—合金成分绘制成的，平衡图表示出温度和成分的区域围(在这些区域围各相是稳定的)、而且还表示出各种临界线(在临界线上各相会发生变化)。

铁碳平衡图(如图 1.3.1铁碳平衡图所示)用来表示在加热和冷却过程中发生的相变以及在任一温度下存在于组织中各种组元的特性和数量。

此外，平衡图还用来表明钢和铸铁的显微组织和性能之间的关系，并为通晓热处理原理提供了基础知识。

铁碳平衡图是区分纯铁(0.008％C或更少)、亚共析钢(0.008—0.77％C)、过共析钢(0.77—2.1％C)、亚共晶白口铸铁(2.11—4.3％C)以及过共晶白口铸铁〔大于4.3％C)的依据。

铁碳平衡图有包晶反应点(J)、共晶反应点(C)以及共析反应点(S)。

包晶反应式可写成：

冷却

δ铁十液体奥氏体

加热

在1495℃的水平线上呈现包晶反应。

共晶反应发生在1148℃且其反应式为：

冷却

液体奥氏体十渗碳体的共晶机械混合物(莱氏体)

加热

共晶点的含碳量为4.3％，共晶机械混合物的显微组织一般是看不到的，因为在室温下奥氏体是不稳的，因此奥氏体在冷却过程中必然要经受其它反应。

727℃的水平线表示共析反应线，S为共析点。共析反应式可写成：

冷却

奥氏体铁素体十渗碳体的共析机械混合物(珠光体)

加热

含碳量分别为0.4％、0.77％以及1.2％的钢的组织转变(参见图1.3.1铁碳平衡图)。把它们加热到足够高温度，使其成为奥氏体，然后在平衡条件下缓冷，它们的组织转变过程如下：

1．含碳量为0.4％的钢是亚共析钢，在A3点以上(即上临界温度线)完全是奥氏体，当冷却至A3点以下时，铁开始从面心立方晶格转变为体心立方晶格，因而从奥氏体(面心立方