热处理对牛乳成分的影响以及热敏感指标的变化研究进展
热处理对牛乳成分的影响以及热敏感指标的
变化研究进展
杨晋辉1,2，李松励1,*，郑 楠1，文 芳1，王加启1
（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，农业部奶产品质量安全风险评估实验室（北京），农业部奶及奶制品质量监督检验
测试中心（北京），动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.列日大学让布卢农学生物技术学院动物科学系，
比利时 那慕尔 让布卢 5030）
摘?要：热加工可以有效杀灭生牛乳中的各种致病微生物，但也会对牛乳成分产生影响。随着热处理温度的升高，乳清蛋白变性和凝集、乳糖异构化和降解、美拉德反应等理化反应会依次发生，这些反应中活性成分（例如碱性磷酸酶和乳清蛋白）的减少或反应产物的生成（例如乳果糖和糠氨酸）都可作为热加工强度的标识。本文对牛乳的热加工条件、牛乳在受热情况出现的理化变化以及相应的热敏感成分的变化进行综述。关键词：牛乳成分；热处理；热敏感指标；热诱导变化
Effect of Heat Treatment on Milk Components and Changes in Heat-Sensitive Components: A Review
YANG Jinhui 1,2, LI Songli 1,*, ZHENG Nan 1, WEN Fang 1, WANG Jiaqi 1
(1. Ministry of Agriculture-Milk Risk Assessment Laboratory, Ministry of Agriculture-Milk and Dairy Product Inspection Center, State Key
Laboratory of Animal Nutrition, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China;
2. Animal Science Unit, Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liège, Gembloux 5030, Belgium)
Abstract: Heat processing is necessary to effectively inactivate pathogenic bacteria in raw milk but simultaneously affect milk components. Whey protein denaturation and aggregation, lactose isomerization and degradation, and Maillard reaction occur successively in milk subjected to heat treatment at increasing temperatures. The reduced activity of active components (e.g. enzyme and whey protein) or the formation of reaction products (e.g. lactulose and furosine) indicates the heat load during thermal processing. Heat treatment conditions for milk as well as physiochemical changes and changes in the corresponding sensitive components during the process are discussed in this paper.
Key words: milk components; heat treatment; heat-sensitive components; heat-induced changes DOI:10.7506/spkx1002-6630-201707048
中图分类号：TS252.42 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2017）07-0302-07
引文格式：
杨晋辉, 李松励, 郑楠, 等. 热处理对牛乳成分的影响以及热敏感指标的变化研究进展[J]. 食品科学, 2017, 38(7): 302-308. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201707048. https://www.360docs.net/doc/d5372387.html,
YANG Jinhui, LI Songli, ZHENG Nan, et al. Effect of heat treatment on milk components and changes in heat-sensitive components: a review[J]. Food Science, 2017, 38(7): 302-308. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201707048. https://www.360docs.net/doc/d5372387.html,
收稿日期：2016-04-29
基金项目：中国农业科学院科技创新工程项目（ASTIP-IAS12）；国家现代农业（奶牛）产业技术体系建设专项（nycytx-04-01）；
农业部生鲜乳质量安全风险评估专项（GJFP2015009）
作者简介：杨晋辉（1987—），男，博士，研究方向为牛乳质量评定。E-mail ：710593491@https://www.360docs.net/doc/d5372387.html,
*通信作者：李松励（1983—），女，助理研究员，博士研究生，研究方向为生鲜乳质量安全风险评估。E-mail ：37860538@https://www.360docs.net/doc/d5372387.html,
牛乳含有丰富的蛋白、脂肪、维生素、矿物质等多种营养成分，被誉为“白色血液”，是人类膳食营养中不可或缺的重要组分，但在我国乳及乳制品消费比重仅
占食品消费比重的4.6%[1]。2014年我国人均乳产品消费量为33 kg ，仍然远低于发达国家260 kg [2]。我国生鲜乳产量在2008～2015年增长持续放缓，同期的乳制品的进口量
却呈高速增长，2014年乳制品进口量为193.39万 t，折合后的生鲜乳约占国内生鲜乳产量的32%，这无疑为高速增长的乳产品加工提供了额外的原料[3]，二次加工也在所难免。热加工可以保证牛乳饮用健康，但高温加热和过度加工就会造成活性成分和重要营养物质的损失。超高温灭菌对乳中营养成分破坏程度要比巴氏杀菌严重，但其占据了国内液态乳市场的主体[4]。
当牛乳受热时，会发生一系列变化，包括pH值降低、磷酸钙的沉淀、乳清蛋白的变性以及和酪蛋白的互作、乳糖异构化、美拉德反应和酪蛋白颗粒的变化[5]。在保证牛乳安全卫生前提下，降低对营养物质的损伤是热加工工艺优化的主要原则。然而，我国尚缺乏对各种热加工工艺的规范和指导，因此，对牛乳热加工损伤的评价以及热敏感指标的筛选至关重要。本文阐述了各种加工工艺和热处理条件下，牛乳中可能出现的一些反应，以及相应热敏感成分的变化，为今后的研究提供参考。
1 热处理工艺
热处理的目的在于降低微生物数量、钝化微生物或生乳原有酶的活性，并延长货架期[6]。根据牛乳的热加工工艺，市场上出售的牛乳分为巴氏杀菌乳（pasteurized milk）、灭菌乳（sterilized milk），巴氏杀菌的加热温度为60～80 ℃，而灭菌乳的处理温度范围是100～150 ℃[6]。所有的加热过程又分为3 个阶段：升温、保持和冷却，保持阶段的热负荷效应最为显著。
巴氏杀菌旨在杀灭牛乳中有害微生物，以延长牛乳的保存时间，尽量减少牛乳中营养物质的损失[6]。除了间歇式工艺和连续式工艺两种经典方法外，不同国家和地区还对巴氏杀菌加热不同温度和时间组合做出了规定[7-9]。加热后碱性磷酸酶反应呈阴性，这可以用于检测热负荷是否足够，有时也同时检测过氧化物酶活性，以避免加热过度[10]，而在欧盟，过氧化物酶阴性的牛乳需要标识为高温巴氏乳[11]。
灭菌工艺的目标是使产品实现商业无菌，并延长货架期；主要目标是最耐热的致病菌（肉毒杆菌）芽孢的灭活，因此其灭活条件121 ℃、3 min也成为了灭菌工艺的最低要求[12]。灭菌乳又可分为保持灭菌（in-container sterilization）乳和超高温（灭菌）（ultra-high temperature treated，UHT）乳两类。保持灭菌是将经过巴氏杀菌、均质、灌装入容器并密封等处理之后，然后牛乳连同容器一起再行灭菌，加工条件因产品包装而异，其升温过程和降温过程都非常长。UHT工艺又分为以下几个流程：热再生的预热（80～95 ℃）、预热温度的保持、升温至灭菌温度、灭菌温度的保持、冷却和无菌灌装。嗜温微生物孢子灭活的有效性和控制化学变化的有限化，分别界定了灭菌温度和保持时间组合的下限和上限[6]。UHT 工艺又分为直接加热和间接加热两种。直接加热就是直接将过热蒸汽与牛乳混合，而间接加热则是通过牛乳和加热媒介（热水和蒸汽）之间的热交换实现加热[13-14]。预热（15 s至几分钟）主要促使乳清蛋白变性，以免其在高温加热部件表面沉积，这对于间接UHT特别重要。预热和最后的冷却步骤通常是间接UHT的工艺，直接UHT 最终在真空舱内闪蒸冷却，而间接UHT利用平板或管式热交换器[13]。从预热到灭菌加热的升温过程、冷却的降温过程，间接工艺都要慢于直接工艺，牛乳受热伤害也会更严重[6,15]。
表 1 典型热加工的温度和保持时间[16]
Table 1 Temperature and holding time in typical thermal processing[16]加热工艺温度/保持时间
低热抑菌例如65 ℃、15 s
巴氏杀菌
低温长时间63 ℃、30 min
高温短时间72 ℃、15 s
超巴氏杀菌120～135 ℃、1～4 s
灭菌前的预热例如90 ℃、2～10 min；120 ℃、2 min 灭菌
超高温130～140 ℃、3～5 s
保持灭菌110～121 ℃、10～20 min
2 牛乳受热后的变化
牛乳在受热后会产生诸多变化。首先分子内二硫键重组，形成分子间的二硫键，乳清蛋白变性凝集，乳脂球膜表面蛋白、酪蛋白与乳清蛋白也会结合[17]。其次加热促使蛋白变性，激活氨基酸残基，特别是半胱氨酸，释放H2S，改变牛乳风味；随着温度的升高，磷酸钙沉淀会增加，乳糖的分解以及酪蛋白的脱磷酸作用也会增强，释放H＋逐渐增加，牛乳pH值降低[16]。乳糖与乳清蛋白、膜蛋白发生美拉德反应，生成棕色物质。在乳清蛋白的催化作用下，多不饱和脂肪酸会形成相应的共轭异构体。多数牛乳的内源酶和细菌分泌酶会在加工过程中被钝化。维生素结合蛋白、免疫球蛋白、金属结合蛋白、抗菌蛋白、多数生长因子和激素等生物活性蛋白都也会在加热过程失去活性。丝氨酸、丝氨酸磷酸酯、糖基化丝氨酸和半胱氨酸及其残基通过β消去反应形成脱氢丙氨酸，而脱氢丙氨酸会继续和赖氨酸或半胱氨酸残基反应，形成蛋白分子内或分子间交联[16]。酪蛋白是一种高度磷酸化钙结合蛋白，除κ-酪蛋白受热会从颗粒表面解离外，其余酪蛋白的热稳定性相对较高。这些反应中，乳清蛋白的变性、乳糖异构化及分解和美拉德反应较为重要。
2.1 乳清蛋白的变性
乳清蛋白占牛乳总蛋白的20%，高级结构中有典型
的球状蛋白，其对热变性非常敏感。根据溶解度差异，乳清蛋白的变性顺序为α-乳白蛋白（α-lactalbumin ，α-La ）＞β-乳球蛋白（β-lactoglobulin ，β-Lg ）＞牛血清白蛋白（bovine serum albumin ，BSA ）＞免疫球蛋白；而差示扫描量热法的结果所得到的变性顺序为免疫球蛋白＞β-Lg ＞α-La ＞BSA ，差异可能由于金属结合蛋白（α-La 和乳铁蛋白）在热变性过程中出现的复性[17]
。α-La 和β-Lg 的变性都是一级和二级动力学反应过程。其中对β-Lg 的变性和凝集过程研究最为广泛，如图1所示。
A A A n N 2
二聚物解离为单体
离子化的转变可逆变
性
不可逆变性/凝集? ?
? ?
N 2. β-Lg 的天然二聚体；N.天然单体；R.激活单体；D.变性单体；A 1.分子间二硫键交联的变性β-Lg 聚合物；A 2.非特异作用力而形成的A 1复合体；A n . A 2的进一步聚合；A x .同时受二硫键和非特异作用力而形成的变性β-Lg 聚合体。
图 1
β-Lg 受热变性和凝集[18] Fig. 1
Denaturation and aggregation of milk β-Lg during
thermal treatment [18]
天然二聚体受热变为天然单体，进一步转变为激活单体，激活单体诱导单体内部的二硫键破坏，巯基暴露，并与之结合形成激活的二聚体，经过多次反应形成激活多聚体；反应的终点便是两个活化的单体或凝结物在
其表面形成二硫键，新形成的结合物再无暴露的巯基[19]
。 在78 ℃加热条件下，非活性的β-Lg 单体在开始阶段随着时间延长而含量增加，但也随着凝集物浓度的增加而降低[20]
。乳清蛋白的凝集主要是半胱氨酸之间的残基发生不可逆反应形成共价键，变性之后β-Lg 先形成寡聚体，
再形成可溶性的聚合物
[21-22]
，可溶性的聚合物非特异凝集进一步聚合形成胶体颗粒，分子间的二硫键（Ⅰ型凝集）、非特异作用力（范德华力、二硫键重排、疏水力，Ⅱ型凝集）以及两种作用同时存在（Ⅲ型凝集）都
会促进乳清蛋白的凝集[17]
。β-Lg 会和α-La 、κ-酪蛋白之间发生广泛的二硫键交联，形成不同形式的蛋白复合体，
这个过程与pH 值有关[16]
。与直接加热系统相比，UHT 的间接加热系统中有更多的β-Lg 与酪蛋白颗粒结合[23-24]。2.2 乳糖的变化
2.2.1 乳糖的异构化和降解
? ??
??
?
图 2
温和碱性条件下乳糖受热变化[16]
Fig. 2
Heat-induced changes in lactose under mild alkaline condition [16]
乳糖在温和碱性条件下的异构化和降解如图2所示。蛋白存在的条件下，会加速乳糖的降解和向衣匹乳糖
（epilactose ）的转化[25]。在酸、碱或碱土金属离子催化下，乳糖经烯醇化/醛酮异构化和差向异构化形成乳果糖，pH 值增高和氨基的参与都可以加速反应的进行。在酸存在的条件下，乳糖经烯醇化异构后随即发生β消除。2-己酮糖的反应速率要快于醛糖，并且易于烯醇化，2-己酮糖能形成更多的降解产物；氧存在的条件下，烯二醇双键断裂形成对应的羧酸，如甲酸和树胶糖酸，糖降解所形成的二羰基产物经过二苯乙醇酸重排后，会形成各种各样的有机酸。高温或浓碱条件下，双键的反醛醇断裂便会形成羟醛和羟基酮。1,2-烯醇化衍生物在酸性条件下经过一系列β消除，生成2-糠醛或5-羟甲基二糠醛。主要反应产物会通过羟醛缩合和分子间环化形成一系列其他产物。氨基存在的条件下，α-二羰基组分可以进一步发生Strecker 降解，氧化氨基酸
[26]
。乳糖或乳果糖也可以
通过美拉德反应与酪蛋白形成果糖基赖氨酸，进一步降解。牛乳中这些反应产物微乎其微，其产生主要决定于热加工的程度[26]。2.2.2
美拉德反应
美拉德反应源于蛋白氨基中氮原子对醛糖或酮糖中亲电羰基发起的亲核攻击。牛乳中参与反应的主要成分是蛋白和乳糖，两者结合脱去水后形成Schiff 碱，经结构重排形成N-葡萄糖基胺，再经重排形成Amadori 产物， 1-氨基-1-脱氧-2-酮糖或α-2-氨基-2-脱氧醛糖，前者稳定性优于后者，后者也可以通过醛酮异构转变为前者。如图3所示，依据反应条件的不同，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经过不同途径最终形成棕色的多聚物或共聚物类黑精[26]。部分产物降解形成脱氧基二酮糖和脱氧基醛酮糖，其中脱氧基乳果糖会和赖氨基Amadori 产物结合，经酸水解后会形成稳定的糠氨酸或吡咯酸，经氧化裂解后便形成羧甲基赖氨酸和三羟丁酸[16]。
ˇ? ?
α? 宗ˇ? ?
???
N -??宗 ?
图 3 美拉德反应的步骤[26-27]Fig. 3
Maillard reaction stages [26-27]
3 热敏感指标变化及筛选
牛乳中的热敏感指标主要分为两类：Ⅰ型指标主要为热敏感成分的降解、变性和灭活，如乳清蛋白和酶类，通常用于指示巴氏杀菌热处理强度，Ⅱ型指标则主要为牛乳受热变化所生成的产物，如乳果糖、糠氨酸、羟甲基糠醛（hydroxymethylfurfural，HMF）等，其能有效监测灭菌处理的热加工强度[27]。不同热加工条件下的热敏感成分含量如表2所示，不同热处理条件下热敏感成分变化如图4所示。
表 2 不同热加工条件下热敏感成分含量[28]
Table 2 The contents of heat-sensitive components in milk during
different heat treatments[28]
加工工艺
预热
条件℃/s
热加工
条件℃/s
HMF含量/
（μmol/L）
乳果糖含量/
（mg/L）
β-Lg含量/
（mg/L）
α-La含量/
（mg/L）
BSA含量/
（mg/L）
生乳—— 1.0±0.1＜50 4 310±135 1 090±7538.1±1.5热抑菌—65/10 1.5±0.1＜50 3 800±60.0988±2326.4±1.6巴氏杀菌—85/30 2.5±0.7＜50 1 706±225911±399.0±1.1
直接UHT80/24150/4 5.6±0.5120±10389±34534±35 1.1±0.1
间接UHT90/20140/38.7±0.2250±15322±16482±20＜10
间接UHT90/20140/1017.0±2.9456±2463.4±1.581.8±7.2＜10
保持灭菌138/15116/1 00022.0±2.9 1 121±56＜10＜10＜10注：—. 无加热条件设置。
3.1 Ⅰ型指标
3.1.1 酶
巴氏杀菌加热的最低要求是杀灭牛乳中的所有致病菌，而最耐热的致病菌，结核杆菌的灭菌温度仅比碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的灭活温度稍低，因此将ALP的活性作为加热效果的评判指标[6]。ALP活性的对照也被用于鉴定巴氏杀菌乳的卫生洁净状况；满足联合国粮农组织/世界卫生组织（food and agriculture organization/world health organization，FAO/ WHO）规定的最低巴氏杀菌条件（72 ℃、15 s）的热处理会使ALP的活性低于10 mg /mL对硝基苯酚；但在Mg2＋存在的条件下，ALP的变性温度会高出20 ℃，判定过程中出现假阳性[27]。γ-谷氨酰转肽酶（gamma-glutamyl transpeptidase，GGTP）能够检测75 ℃、10～60 s或70～80 ℃、16 s的热处理[29]；GGTP可替代ALP用于巴氏杀菌乳加热效果的评定[30]。在65 ℃、15 s条件下，GGTP 活性仅有少许降低，而在72 ℃、15 s条件下，仍有初始活力的50%；75 ℃、15 s条件下，活力仅剩余10%；
78 ℃、15 s加热条件下，残余活力低于检出限；并在
79 ℃、16 s条件下完全失活[31]。乳过氧化物酶系统有较强的抑菌作用，酶的失活温度为85℃，如图4B所示。当加热温度升至85～90 ℃时，芽孢杆菌会热休克形成孢子，威胁乳的品质，因此将过氧化物酶作为巴氏杀菌热加工上限的指标[6]。而过氧化物酶在热失活过程中的反应阶数为1.5，在3 个温度范围内的有着不同的激活能量，中段温度的激活能量为634 kJ/mol，约有30%～80%酶失活，z值为3.7 ℃；而若要完全失活，z值为9.4 ℃[32]。尽管乳过氧化物酶存在再次激活和光化学失活的特性，但不影响其作为巴氏杀菌加热上限估计参数的应用[27]。
?
?
?
/
?
m
g
/
L
???? ?
/
?
mg/100 g pro
?
? ?? /?
β
-
L
g
?
/
?
m
g
/
L
?
??? ?? ?
/
?
10
3
U/L
?
? ?? /?
? ?? /?
200
400?
?
?
?
/
?
m
g
/
1
g
p
r
o
?
? ? ?
/
?
mg/L
???
200β
-
L
g
?
/
?
m
g
/
L
?
α
-La
?
/
?
mg/L
?
? ?? /?
A、B中热处理时间为15 s; C、D中热处理时间为4 s。
图 4 不同热处理条件下热敏感指标的变化情况[37-38]
Fig. 4 Changes in heat-sensitive components of milk during different
heat treatments[37-38]
3.1.2 乳清蛋白
乳清蛋白氮指数（whey protein nitrogen index，WPNI）和热数量（heat number，HN）成功应用于乳粉的热处理分级[33-34]。相对可溶乳清蛋白氮（relative soluble whey protein nitrogen，RSWPN）对各种加热等级的巴氏杀菌乳极其敏感，结合过氧化物酶可用于鉴别市售巴氏杀菌乳的热处理分级：15.5%以上的液态乳被评为“高品质的新鲜巴氏杀菌乳”，对应加热温度为72～75 ℃；14.0%～15.5%的被评为“新鲜巴氏杀菌
乳”，加热温度为75～80℃；11%～14%的被评为“巴氏杀菌乳”，处理温度为80～88 ℃；当然，牛乳的均质会降低约1 个单位RSWPN值[35]。针对RSWPN测定费时费力的缺陷，（免疫球蛋白（immunoglobulin G，IgG）＋BSA）/β-Lg是良好的替代指标，其也可以用于鉴别极低热和低热处理的乳粉[36]。其他乳清蛋白氮参数如变性乳清蛋白氮（denatured whey protein nitrogen，DWPN）含量、等电点沉淀的相对酪蛋白含量（relative casein content，RCC/%）也可以作为判定乳粉和巴氏杀菌乳热分级的敏感指标[27]。
变性的乳清蛋白也可用作鉴别牛乳热处理分级，主要乳清蛋白的热敏感性次序和变性反应速率常数的温度依赖性是一致的。70～80 ℃范围内，IgG是最敏感的乳清蛋白[39-40]；70～150℃，β-Lg的热敏感性要强于α-La[39,41]，70～75 ℃，β-Lg的变异体B的稳定性要好于α-La[42]。如图4所示，α-La在巴氏杀菌条件下变性较少，是高温热处理（灭菌过程）的优良指标，β-Lg的变性较好地描述了较为温和的热处理（从巴氏杀菌到直接UHT 加工），但在剧烈的加工条件下变性广泛。酸可溶α-La 是灭菌处理更适宜的指示参数，其在保持灭菌乳、间接UHT乳、直接UHT乳、高温巴氏杀菌乳、巴氏杀菌乳、生乳中的含量分别为0～40、40～590、220～1 020、750～1 090、900～1 080、1 010～1 120 mg/L；但由于其测定的困难，可由酸可溶β-Lg代替，其在保持灭菌乳、间接UHT乳、直接UHT乳、高温巴氏杀菌乳、巴氏杀菌乳、生乳中分别为0、50～600、100～1 100、1 000～2 600、2 300～3 400、3 100～3 600 mg/L[39,43]；欧盟也考虑将50 mg酸可溶β-Lg结合过氧化物酶阴性作为UHT和保持灭菌加热的上限[27]。pH 4.6可溶和不可溶部分的乳清蛋白含量可作为牛乳热加工的标记，可溶部分含量的下降会伴随着不可溶部分含量的上升[44]。生乳中70%的可溶α-La会在UHT乳中变为不可溶部分，几乎所有（＞90%）的生乳中的BSA和β-Lg经过UHT加热后与酪蛋白发生共沉淀[45-46]。
3.2 Ⅱ型指标
尽管实验条件不相同，报道中乳糖异构化的动力学参数和乳果糖对商品乳热处理评估效果却趋于一致，因此，乳果糖浓度可以作为形容牛乳热处理的热损伤指标[47-48]；由于实验室很难模拟工厂间接UHT工艺中加热和冷却的步骤，其模型的预测可靠性弱于相应的直接UHT和保持灭菌模型，且预测值远低于真实值[43,48]。乳果糖在高温短时灭菌加工条件下并不会生成（图4），而在UHT灭菌，特别是保持灭菌工艺中会大量生成，其含量可以作为鉴定UHT和保持灭菌工艺的热敏感指标[16]。由于相同热处理乳果糖值的分布范围较广，UHT乳和保持灭菌乳的范围有一部分是重叠的（直接UHT乳中41～670 mg/L、间接U H T乳中120～1430m g/L、保持灭菌乳中412～1 840 mg/L），市售巴氏杀菌乳中的乳果糖含量极低（0～80 mg/L）[27]。间接UHT工艺中较长的预热和冷却过程，以及保持灭菌工艺中较高的预热温度和较长的加热时间都会造成热加工过度[6]，产品中的乳果糖含量偏高（表2），其他研究中也报道了灭菌乳中类似的过热加工[27]。因此，我国的标准中对于巴氏杀菌乳和UHT乳中乳果糖上限的规定分别为100 mg/L和600 mg/L[49]。另外，在牛乳的喷粉过程中并无乳果糖生成，高温粉复原产品中56～116 mg/L的乳果糖也可能是由于干燥前牛乳受热处理而产生的；贮存温度过高或经过脱脂处理的牛乳，其乳果糖含量也会有一定程度的升高[27]，加工过程中，压力由100 MPa升至600 MPa，也会促使乳糖向乳果糖转化，乳果糖含量升高[50]。
由于分子的稳定性和定量检测的可能性，糠氨酸作为热敏感指标在实际检测中受到了广泛关注和应用[27,43]。牛乳中的糠氨酸生成速率受蛋白含量的影响较大，因此，糠氨酸含量的表示单位应以蛋白为基础（m g/100 g pro）[27]。随这热处理程度的增加，牛乳中糠氨酸含量变化如图4C所示；生乳中的糠氨酸含量为6～36 mg/100 g pro，随着巴氏杀菌温度的升高，72～98℃、15 s的加热条件下会额外产生1.6～5.5 mg/100 g pro的糠氨酸[27,37-38]；但随着加热温度的继续增加，糠氨酸含量成倍增长，140 ℃、4 s处理乳中的糠氨酸含量是生乳中的30～72 倍[38,51]。糠氨酸在巴氏杀菌乳、UHT乳、保持灭菌乳中含量分别为5～8、40～220、220～450 mg/100 g pro[27]。糠氨酸含量也被用于评价乳粉中的美拉德反应的范围，脱脂乳粉中的糠胺酸会由低热处理的55 mg/100 g pro升至高热处理的350 mg/100 g pro[52]。贮存过程中，UHT乳、巴氏杀菌乳和乳粉糠氨酸含量还会进一步上升[27,51,53]，同样，加工过程压力的升高也会导致乳中糠氨酸含量的上升[54]。
如表2所示，HMF的浓度会随着热处理条件增强而升高，其可以作为高热处理的敏感指标[55]，但不同类型乳中HMF浓度却与产品对应的热处理强度相关性较差[53]。美拉德反应中，剧烈的热处理会引起糖的焦化和有色组分的生成，并且乳果糖浓度和感官参数有一定相关性，颜色分析可以协助判定UHT乳和保持灭菌乳[56]；然而，颜色分析受生鲜乳颜色影响较大，其仅适用于加工条件评估和优化的在线使用[27]。6-甲基腺苷在生鲜乳中并不存在，形成于热诱导的重排，115～150 ℃范围内反应为一阶反应，反应动力学类似于乳果糖和HMF的形成，然而其作为热敏感指标使用却并不广泛[27]。
3.3 联合使用
通过不同指标的联合使用，能够准确区分不同热加工处理的样品。酸可溶β-Lg和乳果糖的组合能够准确区
分市售产品中的直接UHT、间接UHT和保持灭菌乳，酸可溶β-Lg（α-La）可以很好地指示低热处理的样品，而乳果糖则可以很好的指示高热处理的样品[27,39]。欧盟和国际乳业联盟将酸可溶β-Lg高于50 mg/L，并且乳果糖含量低于600 mg/L的牛乳，才标识为UHT乳，否则就是保持灭菌乳[27]。随着相对可溶乳清蛋白含量的逐渐降低，蛋白表面疏水力先升高后降低，两者结合可以用于鉴别巴氏杀菌乳、UHT乳和保持灭菌乳[57]。随着热处理温度的升高和时间的延长，牛乳中乳果糖含量的增加趋势高于糠氨酸，乳果糖/糠氨酸会逐渐增大，我国标准也结合两者比例对产品进行鉴定[49,51]；两者结合也能较为有效地区分巴氏杀菌乳、超巴氏杀菌乳和UHT乳[58]。过氧化物酶测试和酸可溶β-Lg结合被证明是一种能够有效区分过氧化物酶阴性和阳性巴氏杀菌乳的指标，乳中2 600～3 000 mg/L的酸可溶β-Lg，为过氧化物酶阳性巴氏杀菌乳热损伤判定上限提供了较大的韧性；乳过氧化物酶阴性乳的上限则有11%的RSWPN提供，否则，其会与UHT乳共享相同的热损伤[27]。酸可溶β-Lg指数结合糠氨酸指数可以用于指示巴氏杀菌乳中掺入复原乳或高热处理乳，72 ℃、15 s至96 ℃、38 s产生的β-Lg质量浓度的范围是500～3 700 mg/L。硫醇基的数量适于表征牛乳的低热处理，而美拉德反应产物更适用于指示牛乳灭菌过程，两者结合可以很好地辨别牛乳的热处理方式[59]。
4 结语
与巴氏杀菌相比，UHT的高热处理以及保持灭菌长时间高温都会对牛乳造成较大的热损伤，牛乳中乳清蛋白变性、乳糖异构化和降解、美拉德反应也更为严重。牛乳中的酶和乳清蛋白含量可以指示巴氏杀菌的热处理强度，而乳果糖和糠氨酸含量更适合于反应灭菌工艺的热损伤程度，我国标准中将乳果糖和糠氨酸含量同时作为液态乳的判定指标，无疑推动了巴氏杀菌乳和UHT乳的规范生产。
参考文献：
[1] 农业部奶业管理办公室. 2014年中国奶业统计摘要[M]. 北京: 中国
奶业协会, 2015: 18-22.
[2] 王加启. 优质乳是奶业发展的方向[J]. 中国畜牧兽医, 2012, 39(6):
1-5. DOI:10.3969/j.issn.1671-7236.2012.06.001.
[3] 王加启, 郑楠. 中国奶产品质量安全研究报告[M]. 北京: 中国农业
科学技术出版社, 2016: 8-12.
[4] 王加启. 决定我国奶业发展方向的5个重要指标[J]. 中国奶牛,
2011(3): 5-9. DOI:10.3969/j.issn.1004-4264.2011.03.001.
[5] WALSTRA P, JENNESS R, BADINGS H T. Dairy chemistry and
physics[M]. New York: Wiley, 1984: 214-289.
[6] TAMIME A Y. Milk processing and quality management[M].
Chichester: Wiley-Blackwell Publishing Ltd., 2009: 345-375.[7] European Council. Commission Regulation (EC)No 2074/2005 of
5 December 2005 laying down implementing measures for certain
products under Regulation (EC) No 853/2004 of the European Parliament and of the Council and for the organisation of official controls under Regulation (EC) No 854/2004 of the European Parliament and of the Council and Regulation (EC) No 882/2004 of the European Parliament and of the Council, derogating from Regulation (EC) No 852/2004 of the European Parliament and of the Council and amending Regulations (EC) No 853/2004 and (EC) No 854/2004[M]. Brussels: Of?cial Journal of the European Union, 2005: 27-58.
[8] US Public Health Service. Grade ‘A’pasteurized milk ordinance[S]. Washington
DC: US Department of Health and Human Services, 2013: 89-96. [9] New Zealand Food Standards Agency. Standard for pasteurisation
heat treatments MRD standard 3[S]. Revision 2. Wellington: Food Standards Australia New Zealand, 1993: 1-20.
[10] Statutory Instruments. Food milk and dairies, the dairy products
(hygiene) regulations[M]// Instruments Standards( NO 1086). London: HMSO, 1995: 32-33.
[11] European Council. Laying down the health rules for the production
and placing on the market of raw milk, heat-treated milk and milk-
based products[J]. Official Journal of the European Communities, 1992, 35: 1-32.
[12] MANNING L. Food and drink-good manufacturing practice: a guide
to its responsible management[M]. 3rd ed. London: Institute of Food Science and Technology, 1991: 1-118.
[13] BURTON H. UHT processing of milk and milk products[M]. London:
Elsevier, 1988: 95.
[14] MEHTA R S. Milk processed at ultra-high-temperatures: a review[J].
Journal of Food Protect, 1980, 43(3): 212-225.
[15] BIZIAK R B, SWARTZEL K R, JONES V A. Energy use for
continuous thermal processing of milk[J]. Journal of Food Science, 1985, 50(6): 1607-1610. DOI:10.1111/j.1365-2621.1985.tb10544.x. [16] FOX P F, UNIACKE-LOWE T, MCSWEENEY P L H, et al. Dairy
chemistry and biochemistry[M]. 2nd ed. Switzerland: Springer, 2015: 344-367.
[17] BRODKORB A, CROGUENNEC T, BOUHALLAB S, et al. Heat-
induced denaturation, aggregation and gelation of whey proteins[M].
London: Springer, 2016: 156-166.
[18] MULVIHILL D M, DONOVAN M. Whey proteins and their
thermal denaturation: a review[J]. Irish Journal of Food Science and Technology, 1987, 11: 43-75.
[19] ROEFS S P F M, de KRUIF K G. A model of the denaturation and
aggregation of β-lactoglobulin[J]. European Journal of Biochemistry, 1994, 226: 883-889. DOI:10.1111/j.1432-1033.1994.00883.x.
[20] KEHOE J J, MORRIS E R, BRODKORB A. The in?uence of bovine
serum albumin on beta-lactoglobulin denaturation, aggregation and gelation[J]. Food Hydrocolloid, 2007, 21(5/6): 747-755. DOI:10.1016/
j.foodhyd.2006.10.001.
[21] BAUSSAY K, BON C L, NICOLAI T, et al. Influence of the
ionic strength on the heatinduced aggregation of the globular protein β-lactoglobulin at pH 7[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2004, 34: 21-28. DOI:10.1016/
j.ijbiomac.2003.11.003.
[22] POUZOT M, NICOLAI T, VISSCHERS R W, et al. X-ray and light
scattering study of the structure of large protein aggregates at neutral pH[J]. Food Hydrocolloid, 2005, 19(2): 231-238. DOI:10.1016/
j.foodhyd.2004.06.003.
[23] CORREDIG M, DALGLEISH D G. The binding of alpha-lactalbumin
and beta-lactoglobulin to casein micelles in milk treated by different heating systems[J]. Milchwissenschaft, 1996, 51(3): 123-127.
[24] OLDFIELD D J, SINGH H, TAYLOR M W. Kinetics of heat-induced
whey protein denaturation and aggregation in skim milks with adjusted whey protein concentration[J]. Journal of Dairy Research, 2005, 72(3): 369-378. DOI:10.1017/S002202990500107X.
[25] CALVO M M, OLANO A. Formation of galactose during heat
treatment of milk and model systems[J]. Journal of Dairy Research, 1989, 56(5): 737-740.
[26] O'BRIEN J. Non-enzymatic degradation pathways of lactose and their
signi?cance in dairy products[M]. New York: Springer, 2009: 231-279. [27] PELLEGRINO L, RESMINI P, LUF W. Assessment(induces) of heat
treatment of milk[M]. Brussels: International Dairy Federation, 1995: 409-453.
[28] MORALES F J, ROMERO C, JIMENEZ-PEREZ S. Characterization
of industrial processed milk by analysis of heat-induced changes[J].
International Journal of Food Science and Technology, 2000, 35(2): 193-200. DOI:10.1046/j.1365-2621.2000.00334.x.
[29] BAUMRUCKER C R. Gamma-Glutamyl transpeptidase of bovine
milk membranes: distribution and characterization[J]. Journal of Dairy Science, 1979, 62(2): 253-258.
[30] MCKELLAR R C, EMMONS D B, FARBER J. Gamma-Glutamyl
transpeptidase in milk and butter as an indicator of heat treatment[J].
International Dairy Journal, 1991, 1(4): 241-251. DOI:10.1016/0958-
6946(91)90017-3.
[31] PATEL S S, WILBEY R A. Heat exchanger performance: gamma-
glutamyl transpeptidase assay as a heat treatment indicator for dairy products[J]. Journal of the Society of Dairy Technology, 1989, 42: 79-80.
DOI:10.1111/j.1471-0307.1989.tb02162.x.
[32] OLSZEWSKI E, REUTER H. The inactivation and reaction behavior
of lactoperoxidase in milk at temperatures between 50 ℃ and 135 ℃[J]. Z Lebensm Unters Forsch, 1992, 194: 235-239.
DOI:10.1007/BF01198413.
[33] American Dry Milk Institute. Determination of undenatured whey
protein nitrogen in nonfat day milk, standard for grade of dry milks[S].
Chicago: American dry milk institute, 1971: 916.
[34] International Standardization Organization. Dried milk-assessment
of heat class-heat number references method: 6735[S]. Geneva: ISO, 1985: 1-15.
[35] ANDREINI R, PRATI F, RESMINI P. Valutazione della qualita
del latte crudo e del latte paetorizzato in differenti condizioni di processo[M]. Roma: Istituto Nazionale Nutrizione, 1992: 156-195. [36] van den BEDEM J W, LEENHEER J. Heat treatment classi?cation of
low heat and extra low heat skim milk powder by HPLC[J]. Netherland Milk Dairy Journal, 1988, 42: 345-350.
[37] LAN X Y, WANG J Q, BU D P, et al. Effects of heating temperatures
and addition of reconstituted milk on the heat indicators in milk[J].
Journal of Food Science, 2010, 75(8): C653-C658. DOI:10.1111/
j.1750-3841.2010.01802.x.
[38] SAKKAS L, MOUTAFI A, MOSCHOPOULOU E, et al. Assessment
of heat treatment of various types of milk[J]. Food Chemistry, 2014, 159: 293-301. DOI:10.1016/j.foodchem.2014.03.020.
[39] RESMINI P, PELLEGRINO L, HOGENBOOM J A, et al. Thermal
denaturation of whey protein in pasterized milk. fast evaluation by HPLC[J]. Italy Journal of Food Science, 1989, 3: 51-62.
[40] LUF W, FEIERSINGER G, BRANDL E. On detection of IgG-content
as an indicator[J]. Proceeding of European Conference on Food Chemistry VI, 1991, 2: 669-674.
[41] DANNENBERG F, KESSLER H. Application of reaction kinetics to
the denaturation of whey proteins in heated milk[J]. Milchwissenschaft, 1988, 43: 3-7.[42] DALGLEISH D G. Denaturation and aggregation of serum proteins
and caseins in heated milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1990, 38: 1995-1999. DOI:10.1021/jf00101a001.
[43] ANDREINI R, CHIODI J, de NONI I, et al. Evaluation of heat damage
in UHT and in bottle sterilized milk samples treated in Italy[J]. Scienza
e Tecnica Lattiero-Casearia, 1990, 41(6): 472-492.
[44] MANZO C, NICOLAI M A, PIZZANO R. Thermal markers arising
from changes in the protein component of milk[J]. Food Control, 2015, 51: 251-255. DOI:10.1016/j.foodcont.2014.11.029.
[45] MANZO C, PIZZANO R, ADDEO F. Detection of pH 4.6 insoluble
beta-lactoglobulin in heat-treated milk and Mozzarella cheese[J].
Journal of Agricultural And Food Chemistry, 2008, 56(17): 7929-7933.
DOI:10.1021/jf801190t.
[46] PIZZANO R, MANZO C, NICOLAI M A, et al. Occurrence of major
whey proteins in the pH 4.6 insoluble protein fraction from UHT-
treated milk[J]. Journal of Agricultural And Food Chemistry, 2012, 60(32): 8044-8050. DOI:10.1021/jf3024563.
[47] ANDREWS G R. Determining the energy of activation for the
formation of lactulose in heated milks[J]. Journal of Dairy Research, 1985, 52(2): 275-280.
[48] BERG H E. Reactions of lactose during heat treatment of milk: a
quantitative study[D]. Wageningen: Landbouwuniversiteit, 1993: 20-35.
[49] 全国畜牧业标准化技术委员会. 巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原
乳的鉴定: NY/T 939—2016[S]. 北京: 中国农业出版社, 2016: 1-10.
[50] MARTINEZ-MONTEAGUDO S I, SALDANA M D A. Kinetics
of lactulose formation in milk treated with pressure-assisted thermal processing[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2015, 28: 22-30. DOI:10.1016/j.ifset.2014.12.010.
[51] 汪慧. 不同热加工处理的生鲜乳与复原乳产品鉴别方法的研究[D].
扬州: 扬州大学, 2014: 25-31.
[52] RESMINI P, PELLEGRINO L. HPLC of furosine for evaluating Maillard
reaction damage in skimmilk powders during processing and storage[J].
Bulletin of International Dairy Federation, 1994, 298: 31-36.
[53] O’BRIEN J M, MORRISSEY P A. The Maillard reaction in milk
products[J]. Bulletin of the International Dairy Federation, 1989, 238: 53-61.
[54] PEREDA J, FERRAGUT V, QUEVEDO J M, et al. Heat damage evaluation
in ultra-high pressure homogenized milk[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(7): 1974-1979. DOI:10.1016/j.foodhyd.2009.02.010.
[55] FINK R, KESSLER H G. Comparison of methods for distinguishing
UHT treatment and sterilization of milk[J]. Milchwissenschaft, 1988, 43(5): 275-280.
[56] ANDREWS G R, MORANT S V. Lactulose content, colour and the
organoleptic assessment of ultra heat treated and sterilized milks[J].
Journal of Dairy Research, 1987, 54(4): 493-507.
[57] PAGLIARINI E, IAMETTI S, PERI C, et al. An analytical approach to
the evaluation of heat damage in commercial milks[J]. Journal of Dairy Science, 1990, 73: 41-44. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(90)78643-2. [58] BOITZ L I, MAYER H K. Evaluation of furosine, lactulose and acid-
soluble beta-lactoglobulin as time temperature integrators for whipping cream samples at retail in Austria[J]. International Dairy Journal, 2015, 50: 24-31. DOI:10.1016/j.idairyj.2015.06.002.
[59] CHOUKRI A, GUINGAMP M F, HUMBERT G, et al. A new
analytical approach to differentiate heated commercial milks[J].
Proceeding of European Conference on Food Chemistry VI, 1992, 2: 563-568.
金属材料热处理变形及开裂问题探讨
金属材料热处理变形及开裂问题探讨 摘要变形和开裂是热处理较难解决的问题，目前热处理变形的复杂规律尚未被彻底认识和掌握。本文简要分析了热处理变形的开裂原因、影响变形的因素以及减小热处理变形防止开裂的具体措施。而影响变形和开裂的因素及防止变形和开裂的方法有很多。 关键词热处理变形;开裂;热应力;组织应力 1 热处理变形开裂的原因 工件的变形包括尺寸变化和形状变化两种，无论哪种变形，主要都是由于热处理时工件内部产生的应力所造成的。根据内应力形成的原因不同，可以分为热应力和组织应力。工件变形是这两种应力综合影响的结果，当应力大于屈服极限就会永久变形，大于材料的强度工件就会开裂。 1.1 热处理引起的变形和开裂的原因 钢件在加热和冷却过程中，将产生热胀冷缩的体积变化，零件加热到淬火温度时，屈服强度明显降低，塑性则提高，当应力超过屈服强度时，就会产生塑性变形。如果造成应力集中并超过了材料的强度极限，就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢，如合金模具钢Gr12MoV，高速钢W18GrV之类的工具钢，淬火温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热，不但会造成零件变形而且会导致零件开裂而报废，所以在对高速钢淬火时，首先在860±10℃的盐浴炉中进行等温预热，对于较细或较粗的零件应在预热前，在550℃炉进行2小时以上的回火，这样就会减小热处理变形，冷却时，由于温差大，热应力是造成零件变形的主要原因。 1.2 组织应力引起的变形 组织应力有两个特点[1]：（1）工件表面受拉应力，心部压应力。（2）靠近表面层，切向拉应力大于轴向拉应力。组织应力引起工件变形的特点与热应力相反，使平面变凹，直角变锐角，长的方向变长，短的方向变短。 淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果，除内应力外，零件的变形还要看材料成分、工件的形状和介质、冷却速度的影响，实际情况要复杂很多，因此在解决实际问题时，要全面分析是热应力还是组织应力起主导作用，以便判断变形的趋势或裂纹产生可能性，并采取各种措施予以控制或防止。 2 影响变形及开裂的因素 在生产实际中，影响热处理变形的因素很多，其主要包括：钢的化学成分、冷却过程、钢的几何形状尺寸、淬火介质的选择等。
机械专业 工程材料与热处理题库 题型 (10)
一、填空题（本大题20分，每空1分） 1、共晶转变和共析转变的产物都属于两相混合物。 2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、再结晶、晶粒长大的变化。 3、共析钢的含碳量为0.77％。 4、Q235钢的含义是为屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢。 5、单晶体塑性变形中滑移的实质是在切应力作用下，位错沿滑移面的运动。 6、体心立方晶格的致密度为68％。 7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为完全退火、等温退火、 均匀化退火、球化退火、去应力退火等几种。 8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有等温冷却和连续冷却两种。 9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为0.9 %。 10、工具钢按用途可分为刃具钢钢、模具钢钢、量具钢钢。 11、常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。 二、判断题（本大题10分，每小题1分） （在括号里正确的划“√”，错误的划“×”） 1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。（×） 2、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。（√） 3、共晶转变是在恒温下进行的。（√） 4、铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。（×） 5、热处理选用的钢一般为本质细晶粒钢。（√） 6、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。（×） 7、弹簧在热处理后再进行喷丸处理，目的是在表面形成残余压应力。（√）8、熔点为232℃的锡在室温下的塑性变形是冷加工。（×） 9、金属结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。（×） 10、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。（×） 三、单选题（本大题20分，每小题1分）
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。( √)
热处理变形的原因
热处理变形的原因 在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。 一、热处理变形产生的原因 钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。淬火应力分为热应力和组织应力两种。由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。 1.热应力 在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。表里温差增大应力也增大。 2.组织应力 组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。 二、减少和控制热处理变形的方法 1.合理选材和提高硬度要求 对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。 2.正确设计零件 零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。避免较深的不通孔。长形零件避免截面呈横梯形。 3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系
工程材料与热处理考试题A卷
工程材料及热处理考试试题A 卷 一、 选择题。（每题1.5分，共45分） 1.拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大标称压力称为 （ ）。 A ．屈服点 B.抗拉强度 C 。弹性极限 2. 测定淬火钢件的硬度，一般常用（ ）来测试。 A ．布氏硬度计 B 。洛氏硬度计 C 。维氏硬度 计 3. 金属的（ ）越好，则其压力加工性能越好。 A ．硬度 B 。塑性 C 。强度 4.铁素体为（ ）晶格，奥氏体为（ ）晶格，渗 碳体为（ ）晶格。
A．体心立方B。面心立方C。密排六方D。复杂的 5. 铁碳合金状态图上的ES线，用代号（）表示，PSK线用代号（）表示。 A．A1 B。Acm C. A3 6. 铁碳合金状态图上的共析线是（），共晶线是（）A．ECF线B。ACD线C。PSK线 7. 08F钢牌号中，08表示其平均碳的质量分数为（）。 A．0.08% B。0.8% C。8% 8. 普通、优质和特殊质量非合金钢是按（）进行划分的。 A．主要质量等级B。主要性能C。使用特性D。前三者综合考虑 9.在下列三种钢中，（）钢的弹性最好，（）钢的硬度最高，（）钢的塑性最好。 A．T10 钢B。20钢C、65 钢 10. 选择制造下列零件的材料:冷冲压件（），齿轮（），小弹簧（）。
A．08F 钢B。70 钢C。45 钢 11.选择制造下列工具所用的材料：木工工具（），锉刀（），手锯锯条（）。 A.T8A 钢B。T10 钢C、T12 钢 12. 过冷奥氏体是（）温度下存在，尚未转变的奥氏体。A．Ms B。Mf C、A1 13. 调质处理就是（）的热处理。 A．淬火+低温回火B。淬火+中温回火C、淬火+高温回火 14、化学热处理与其他热处理方法的基本区别是（）。A．加热温度B、组织变化C、改变表面化学成分 15、零件渗碳后，一般需经（）处理，才能达到表面高硬度和耐磨的目的。 A、淬火+低温回火 B、正火 C、调质 16、合金渗碳钢渗碳后必须进行（）后才能使用。A．淬火+低温回火B、淬火+中温回火C、淬火+高温回火 17、将下列合金钢牌号归类：
牛奶营养常识
牛奶营养常识 牛奶与健康 据报道，中日两国大城市青少年身体素质对比材料显示，中国青少年的身高、体重等指标已远不如日本青少年。分析原因，除了国民收入、生活水平存在差异外，最值得一提的是食物结构中牛奶的摄取量相差太悬殊。日本现在的人均奶制品消耗量每年高达68 L。二战后出生的日本人平均身高增长10 cm，有句响彻全日本的口号就是“一杯牛奶拯救一个民族”。为什么牛奶会有如此巨大的作用呢？让我们先来看一下牛奶的成分及对人体的作用。 牛奶主要由水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机盐、维生素及酶类组成。水是牛奶的主要组成部分。牛奶含水量的多少与牛奶的品种、牛个体、泌乳阶段、饲料种类及其他成分的含量有密切关系，一般含量约88％。牛奶中水大部分以游离状态存在。乳糖、无机盐、维生素以分子、离子状态溶于水中；蛋白质呈胶态悬浮状；脂肪呈细小微粒分散在乳清中；这些都离不开溶剂水。水还能帮助吸收营养，运输排泄废物。可见，奶适合消化吸收，水起着决定作用。 牛奶中蛋白质的含量一般约为 3.4%，其主要成分是酪蛋白、白蛋白、球蛋白和脂肪膜蛋白，此外，还有少量的酶类。牛奶中赖氨酸含量较多，人体利用率高，属于优质蛋白。 牛奶中脂肪颗粒很小，高度分散于乳浆中，消化吸收率较高。人体摄入的乳脂肪，不仅可促进消化，而且对维生素A和D的吸收具有
重要作用。 牛奶中碳水化合物主要是乳糖，一般含量约为4．8％。乳糖能调节胃酸含量、促进胃肠蠕动，有利于钙的吸收和消化腺分泌消化液，还能促进肠中乳酸菌的繁殖而抑制腐败菌的繁殖。 此外，牛奶中无机盐的含量一般约为0.7%，维生素种类很多。牛奶营养丰富，有益健康，但要饮用得当。牛奶中可能含有结核菌、布鲁氏菌等，因此，牛奶必须经过有效消毒后方可饮用。 但是牛奶不可长时间煮沸，以免蛋白质由溶胶变成凝胶，乳糖焦化，降低营养价值，影响消化吸收。牛奶可补益劳损，一年四季，应搭配面包、饼干、米饭等，充分发挥蛋白质的互补作用，提高蛋白质利用率。另外，牛奶还有催眠作用，睡前喝牛奶有助于睡眠。 牛奶应放凉爽避光处保存，防止维生素损失。如果牛奶呈絮状、凝固状，即蛋白质变性，不可饮用。牛奶堪称世界公认的最佳营养品。与日本相比，中国人的人均奶制品消费少得多，每年仅为6.6 L。我们应转变观念，大力提倡每个人多饮一杯奶，这将使我们的生活质量、生命质量和健康水平大大提高。 饮用牛奶促进身体健康牛奶是牛的乳汁，营养丰富，食用价值很高。每100克牛奶含蛋白质3.5克，脂肪4.0克，碳水化合物5克，钙120毫克，磷93毫克，铁0.2毫克，硫胺素0.04毫克，核黄素0.13毫克，尼克酸0.2毫克，维生素A42毫克，维生素C1毫克。牛奶蛋白质中赖氨酸含量
金属材料热处理变形的影响因素及控制策略 林祥峰
金属材料热处理变形的影响因素及控制策略林祥峰 发表时间：2019-01-11T15:27:45.960Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月上作者：林祥峰[导读] 在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业发展的一个表现青海瑞合铝箔有限公司青海省西宁市 810000摘要：在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业 发展的一个表现,对机械设备的需要也在不断增加,在这样的条件下,要保证好机械材料的质量问题,就要对金属材料进行热加工处理。关键词：金属材料；热处理变形；影响因素；控制策略 1影响金属材料热处理变形的因素在对金属材料进行热加工环节中,由于金属材料自身结构问题,在受到外部环境变化,主要是受不等时间内冷和热的不均匀,就会有变形的可能。在对金属这些热处理过程中,金属本身温度会受到明显的变化,这样的温度变化,会对金属的内部结构形成影响,这样的影响在加剧的时候,就会引起金属外部形状的变化,这种变化就叫住内应力塑型变形。在内应力变形中,对金属外部特征的改变较多,而且这样的改变还会随着对金属材料的热加工频率而发生改变,也就讲,在对金属热加工的次数越高,变形的可能性就越大。在正常的情况下,金属材料的内应力主要分层两种,一种是热应力,另一种是组织应力变形。在对金属材料进行等同的热效应和冷效应后,在对这样的操作过程中,就可以获得热应力变形。然而在组织应力形状变形中,金属本身的性能、形状、还有就是对金属材料的加入和冷却方式都有着直接的关系。在对金属材料热加工过程中,我们可以了解到,要提高金属材料的使用性能,对这个提高的过程是繁琐和复杂的,而在操作中还要考虑金属材料的种类,以及操作规范都要进行合理的调整,同时收集参数内容。由于受到我国技术加工的局限性,在加工过程中对温度的控制和监测的精度都难以进行有效的把控,在这样的环境中进行热加工处理,是非常容易出现对温度控制的准确性,使金属材料的变形。 2在金属材料热处理过程中减少变形的控制原则 2.1遵循易操作性的原则一般而言,金属材料热处理企业遍布在城市近郊,但由于工艺操作的地域条件的控制,所以能达到金属材料热处理变形控制所要求的科学精细操作,为了化解这种局面,就应该在热处理变形解决方案和相关工艺的试用期间就保持更高一些的方案容错率,尽可能的减少外部环境对热处理变形控制的影响。 2.2遵循实用性的原则由于金属材料是一种不可再生资源,为了资源的可持续发展,我们应切实考虑资源的浪费问题。减少资源的浪费最为关键的就是需要减少金属热处理时材料的变形,实现资源的有效利用。在热处理过程中,我们务必采取科学有效的方法,确保加工过程的实用性,同时确保金属材料的充分利用。 2.3遵守科学性的原则为了减少热处理中的变形,就必须采取科学的管理方案。在工作上,我们金属材料加工的技师要秉持着科学的精神,运用科学的方法,即便在目前技术设备不够完善的状况下,也要确保技术材料的热处理不会有变形情况的出现,即便是有,也要限制在合理的范围内。 3金属材料热处理减少变形的途径和方法 3.1做好热处理工艺前的预处理工作金属热处理时的正火和退火对变形量也有影响。正火时若温度偏高,容易造成材料内部变形加大,所以应在热处理前进行温度控制。实践表明,正火处理后采用等温淬火处理手段可使材料内部结构更为均匀。另外,为提高材料正火处理的成效,结合材料自身结构特点采取适当的退火,可以缩小材料所受温度梯度,在热处理期间控制变形,提高材料热处理的质量和水平。 3.2金属材料热处理淬火工艺的科学运用这对金属材料热加工过程中,淬火工艺是金属材料热加工的核心技术,在这样的技术中,对金属热加工温度的稍微把握不准确,就会造成对金属材料的内应力变形,因此在加工中,要使用好淬火介质,有对介质合理有效的利用,保证金属内部不会有失调的现象发生,从而保证好金属变形。因此在淬火介质的使用中我们要采用科学合理的使用方法,要在工作中不断创新,要不断提高介质的使用,这是一个经验积累的过程,在工作中,要求金属加工工艺师要不断发现问题,然后解决问题,在解决问题中创造出新的工艺方法,从而在根本上解决金属材料在热加工中变形问题。 在对金属冷却过程中是金属变形的关键步骤,因此,金属加工工艺师要严格按照工作流程来完成,要使用科学的冷却方法,在冷却中要把握好速度,这样就能有效的保证好金属材料的质量,而且还能金属变形的增量。在淬火工艺中,淬火的常用介质一般是水和油,在保证好放入的速度时,还要保证好水的温度,介质水温一般要求在55度到65度。如果使用油作为淬火介质,要求油温保持在60度到80度,关键技术还是在放入的速度把控中,质量和变形就看冷却的效果。这里对科学方法使用的强调,其最终的目的就是要保证好金属的变形问题,和质量性能问题。 3.3金属材料在热加工中冷却方法的科学化选择在现阶段的我国技术热处理加工中,对金属冷却的方法主要有双液淬火方式和单液淬火方等多种方式。所谓的双液淬火冷却方式主要是指,在对金属加入中,包金属先放入到一种液体介质中,使金属温度迅速降到300度,然后在把技术放入温度更低的介质中进行有效的冷却,这里还是要把握好两次放入的的速度问题,把握好速度才能把握好金属材料的质量。在单液淬火工艺中,需然能够提高在淬火中的工作效率,但是,却在淬火速度的控制中很难把控科学的方法。在对这两种淬火工艺的选择中,可以根据实际需要,来对金属淬火的质量与水平的把握。 3.4科学的选择装夹方式和夹具在对金属加热和冷却的过程中,对金属加工装夹的使用方式不同,被加工的金属材料的现状也就不同,在这里就要根据金属的实际现状来选择装夹工具,在合适的装夹工具中,才能保证技术材料的受热均匀,同时才能保证材料在加工过程中不会变形。而且在实际的工作中,。可以根据加工金属形状的改变,灵活采用装夹工具。结论
工程材料与热处理作业题参考答案
1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？ 答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。 答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。 间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合， 且半径比r X /r M ＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物 硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正 确？为什么？ （1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。 （2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。 答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。 （2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。
(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示： (1)填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？ 为什么？ 答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体） Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，） 在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。 (2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。 答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示: α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知: Wα=O 1b/ab*100%, W L = O 1 a/ab*100% 同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%, Wα=O 2n/mn*100%, W mg2Cu = O 2 m/mn*100% (3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。 答:各相变过程如下(如右图所示): xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相 py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束 yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L?α+Mg 2 Cu y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低. 5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。 答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。 不同的是， 纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由
(完整版)金属材料与热处理题库
《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。
牛奶的食品与安全
牛奶的营养与饮用 摘要：相信大家对牛奶都并不陌生，牛奶在日常生活中越来越受广大群众的欢迎，通过研究表明牛奶对于人体的具有重要的影响作用，乳品是膳食中的重要组成部分，提供了重要营养，对于人体的健康也有着重要的作用。而在这个大市场上存在着很多的食品安全问题，如何正确的选择牛奶是一个关键的问题。本论文将会从四大方面来对牛奶进行较为深入的一个探讨，首先介绍牛奶的作用和分类，接着详细讲述如何去科学饮用牛奶，包括怎样饮用牛奶才是最有益的，保存牛奶的方法，饮用牛奶的禁忌以及牛奶的适用人群及不适用人群。第三部分是和大家探讨现今市场上牛奶的安全隐患以及购买的挑选技巧。最后一部分是对牛奶的一个拓展讲述。 正文： 一、牛奶的介绍 牛奶有“白色血液”之称，含有丰富的矿物质，钙，磷、铁、锌、铜、锰、钼[1]的含量都很多。最难得的是，牛奶是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。种类复杂，至少有100多种，主要成份有水、脂肪、磷脂、蛋白质、乳糖、无机盐等。 每100克牛奶所含营养素如下：热量(54.00千卡) 、蛋白质(3.00克) 、脂肪(3.20克) 、碳水化合物(3.40克) 、维生素A(24.00微克) 、硫胺素[2](0.03毫克) 、核黄素[3](0.14毫克) 、尼克酸[4](0.10毫克) 、维生素C(1.00毫克) 、维生素E(0.21毫克) 、钙(104.00毫克) 、磷(73.00毫克) 、钠(37.20毫克) 、镁(11.00毫克) 、铁(0.30毫克) 、锌(0.42毫克) 、硒(1.94微克) 、铜(0.02毫克) 、锰(0.03毫克) 、钾(109.00毫克) 、胆固醇(15.00毫克) 。总的来说每天半斤的牛奶可以满足一个成年人身体内基本的营养需求。 牛奶的作用
工程材料与热处理 第2章作业题参考答案
工程材料与热处理第2章作业题参考答案1( 常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 3a原子半径= (设晶格常数为a) 4 致密度0.68
单位晶胞原子数为4 配位数为12 2a原子半径= (设晶格常数为a)致密度0.74 4
密排六方: 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12，原子半径为 1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响? 点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系,它对结晶后的晶粒大小有何影响, 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。
4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些? 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。 控制金属晶粒大小的方法有:增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5(如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小: (1)金属型浇注与砂型浇注: (2)浇注温度高与浇注温度低; (3)铸成薄壁件与铸成厚壁件; (4)厚大铸件的表面部分与中心部分 (5)浇注时采用振动与不采用振动。 (6)浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小; (3) 铸成薄壁件的晶粒较小; (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小; (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6(金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点? (1) 表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最高; (2) 柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容
(完整版)金属材料与热处理题库及答案
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。( √)
工程材料与热处理 第4章作业题参考答案说课材料
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现 孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？ 主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。 锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。 2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？ 多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点： （1）各晶粒不同同时变形； （2）各晶粒变形的不均匀性； （3）各变形晶粒相互协调。 3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列 举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？ 所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。密排六方由于滑移少，塑性最差。 4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。动态再结晶与静 态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？ 一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。在再结晶温度以上的加工变形称为热加工，在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。 动态再结晶和静态再结晶过程相似，同样是形核长大过程，也是通过形成新的大角度晶
《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）
牛奶常识你知道
牛奶常识你知道 这是我所收集整理的牛奶知识，希望能给你和我在这个混沌的社会中带来一丁点帮助。 一、牛奶的成份构成 牛奶的营养成份很高，非常丰富但是种类复杂，至少有100多种，主要成份由水、脂肪、磷脂、蛋白质、乳糖、无机盐等组成。牛奶中的矿物质种类除了我们所熟知的钙以外，磷、铁、锌、铜、锰、钼的含量都很多。最难得的是，牛奶是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。牛奶的营养成份总体消化率可高达98%。一般牛奶的主要化学成分含量如下： 水分：87.5% 脂肪：3.5% 蛋白质：3.4% 乳糖：4.6% 无机盐：0.7% 每100 g 牛奶含主要矿物质： 钙120 mg ， 磷90 mg ，
铁0 .1 mg , 硫胺素0 .04 mg , 核黄素0 .13 mg , 尼克酸0 .2 mg , 抗坏血酸1 mg , 维生素A 140 IU （注意1：以上数据取平均值，因牛的种类、年龄、饲养方法、采乳时间, 生活及健康状况、气温等不同而各异） 牛奶中的蛋白质主要是含磷蛋白质，也含白蛋白及球蛋白。此三种蛋白质都含全部必需氨基酸。组成人体蛋白质的氨基酸有20种，其中有8种是人体本身不能合成的，这些氨基酸称为必需氨基酸，牛奶中有三种。 二、牛奶的分类 根据牛奶的制作处理方式不同主要分为以下7种 1、巴氏消毒奶———采用巴氏消毒法灭菌，需全程在4℃－10℃冷藏，目前较为流行。最大程度的保留牛奶牛奶中营养成分。保质期较短的牛奶多为巴氏消毒法消毒的“均质”牛奶，用这种方法消毒可以使牛奶中的营养成分获得较为理想的保存，是目前世界上最先进的牛奶消毒方法之一。所谓的“均质”，是指牛奶加工中的新工艺，就是把牛奶中的脂肪球粉碎，使脂肪充分溶入到蛋白质中去，从而防
减小和控制热处理变形的有效措施(1)
热处理变形产生的原因及控制方法 学院：化学化工学院班级：09材料化学姓名：张怡群学号：090908050 摘要：热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一，对于一些精密零件和工具、模具，常常会因为热处理变形超差而报废。为此，本文对热处理变形产生的原因进行了阐述，并总结了减少和控制热处理变形的几种方法。 关键词：热处理变形、产生原因、控制方法 前言：金属热处理是将金属工件在适当的温度下通过加热、保温和冷却等过程，使金属工件内部组织结构发生改变，从而改善材料力学、物理、化学性能的工艺。热处理是改善金属工件性能的一种重要手段。在工件制造中选取合适的材料后，为了达到工艺要求而经常采用热处理工艺，但是热处理除了具有积极作用外，在处理过程中也不可避免地会产生形变。在实际生产中，热处理产生的变形，对后续工序的影响是至关重要的，有些贵重材料和一些机器中的重要零部件，因变形过大而导致报废。钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀，以及热处理所引起的塑性变形，使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是热处理较难解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。 正文：1热处理变形的原因在生产实际中，热处理变形的表现形式多种多样，有体积和尺寸的增大和收缩变形，也有弯曲、歪扭、翘曲等变形，就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。 (1) 内应力塑性变形 热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。 (2) 比容变形在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同,在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的
工程材料与热处理试卷.
08机电一体化《程材料与热处理》复习题 一、填空 1、根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为固体渗碳、__液体渗氮__和__气体渗氮_三种。 2、金属的力学性能主要有__强度__、_硬度_、塑性等。 3、理论结晶温度与实际结晶温度之差称为_过冷度_。冷却速度越_快_，过冷度也越大。 4、铁碳合金室温的基本组织有_铁素体___、__奥氏体__、渗碳体、珠光体和莱氏体等。 5、实际金属晶体的缺陷有点缺陷、__线缺陷__、_面缺陷_。 6、常见碳素钢按含碳量分为高碳钢、_中碳钢__、_低碳钢_。 7、在机械零件中，要求表面具有耐磨性和__硬度__，而心部要求足够塑性和__强度_时，应进行表面热处理。 8、热处理工艺过程都由 _加热__、保温、_冷却_ 三个阶段组成.。 9、工厂里淬火常用的淬火介质有_水_、__油_和盐水溶液等。 10、常用的整体热处理有退火、 _正火_、__淬火_ 回火等。 11、根据构成合金元素之间相互作用不同，合金组织可分为___纯金属___、___固溶体、混合物三种类型。 12、铸铁按碳存在形式分_灰铸铁_ _蠕墨铸铁_可锻铸铁、球墨铸铁等。 13、从金属学观点来说，凡在再结晶温度以下进行的加工，称为_冷轧_；而在再结晶温度以上进行的加工，称为_热轧_。 14、常用的淬火缺陷有_氧化___与脱碳、过热与_过烧__、畸变与开裂和硬度不足与软点等。 15、常见的金属晶体结构有体心立方晶格、_面心立方晶格___和__密排六方晶格__三种。 16、工业上广泛应用的铜合金按化学成分的不同分__黄铜_、__青铜__ 、白铜。 17、合金常见的相图有_匀晶、__共晶__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 18、调质是__淬火__和_高温回火_的热处理。 19、铁碳合金相图是表示在___及其缓慢冷却__的条件下，不同成分的铁碳合金的_组织状态_，随温度变化的图形。 20、金属材料的性能包括物理性能、化学性能、__工艺__性能和___经济__性能。 二选择 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 2、正火与退火比正确的是（ C ）。 A 正火成本高 B正火时间长 C 正火硬度高 D 正火后强度低 3、钢在一定条件下淬火后，获得淬硬层深度的能力称为（ A ）。 A、淬硬度 B、淬透性 C、耐磨性 D、红硬性 4、试样拉断前承受的最大标称拉应力称为（ B ）。 A 屈服强度 B抗拉强度 C 塑性强度 D 抗压强度 5、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 6、常用金属的塑性判断依据是断后伸长率和（ C ）。 A 硬度 B 强度 C 断面收缩率 D 屈服极限 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 7、金属的韧性通常随温度降低（ B）。 A 变好 B 变差 C 不变 D 都不对 8、马氏体组织有两种形态（ C ）。 A 板条、树状 B 板条、针状 C 树状、针状 D 索状、树状 9、铁碳合金相图中，ECF线是（D ）。 A 液相线 B 共析线 C 固相线 D 共晶线 10、钢是以铁为主要元素的铁碳合金，一般含碳量小于（ B ）。 A 0.77% B 2.11% C 4.3% D 6.69%