第一篇：供熱工程試題大全

試卷一 答案

一、填空題（每空1分，共40分）：

1、供熱系統包括 熱源、供熱熱網 和 熱用戶

三個基本組成部分。

2、維護結構的表面換熱過程是對流 和

輻射的綜合過程。

3、在機械循環上供下回式水平敷設的供水干管應設

沿水流方向上升 的坡度，在 供水干管末端的最高點處 設

集氣罐

來進行集中排氣。

4、機械循環熱水供暖系統與自然循環熱水循環系統的主要區別是：一

循環動力不同、二

膨脹水箱的作用和連接點不同、三、排氣方式不同。

5、疏水器的作用是

阻汽`排水。

6、暖風機是由 通風機、電動機

和 空氣加熱器

組成。

7、一般情況下，室內熱水采暖系統的流動狀態幾乎都是處于 紊流過渡區

區，室外熱水的流動狀態大多處于 紊流粗糙區

區。

8、在蒸汽采暖系統中，蒸汽流動的動力來自于

自身壓力，采用的調節方式為

間歇調節，工作時有噪聲,易產生

水擊

現象。

9、集中供熱系統各熱用戶用熱系統的熱負荷，按其性質可分為為 季節性熱負荷

和

常年性熱負荷

兩大類。

10、熱水熱網系統常采用的定壓方式有 高位水箱定壓、補給水泵定壓

和 氣體定壓。

11、常用的閥門有 截止閥、閘閥、蝶閥

、止回閥、手動調節閥、電磁閥。

12、供熱管道的保溫層是由

保溫層

和

保護層

兩部分組成；常用的保護層有 金屬保溫層、包扎式混合保溫層 和 涂抹式保護層。

13、疏水器根據作用原理不同可分為 機械型疏水器、熱動力型疏水器

和 熱靜力式疏水器。

14、機械循環熱水采暖系統的平均比摩阻為 60-120pa/m。

二、名詞解釋（每題2分，共20分）

1、采暖：使室內獲得熱量并保持一定的室內溫度，已達到適宜的生活條件或工作條件的技術。

2、散熱器的金屬熱強度：散熱器內熱媒平均溫度與室內空氣溫度相差為1OC時，每公斤質量散熱器單位時間內所散出的熱量。

3、當量長度法：將管段的局部損失折合為管段的沿程損失來計算。

4、管段的阻力數：當管段通過單位流量時的壓力損失值。

5、水力穩定性：指網路中各個熱用戶在其他熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力。

6、水壓曲線：在熱水管路中，將管路各節點的測壓管水頭高度順次連接起來的曲線，稱為熱水管路的水壓曲線。

7、閉式熱水供熱系統：熱網的循環水僅作為熱媒，供給熱用戶熱量，不從熱網中取出使用。

8、圍護結構的最小傳熱阻：滿足圍護結構內表面不結露，以及內表面溫度與室內空氣之間的溫差滿足人的舒適和衛生要求的熱阻。

9、季節性熱負荷：與室外溫度、濕度、風向、風速和太陽輻射熱等氣候條件密切相關，對它起決定性作用的是室外溫度，供暖、通風、空調系統的熱負荷是季節性熱負荷。

10、干式凝水管：在干管的橫斷面，上部應充滿空氣，下部充滿凝水，這種非滿管流動的凝水管，稱為干式凝水管。

三、問答題（每題4分，共20分）

1、在供熱工程中，有哪些方法可以減輕系統的水平失調？ 答：

1、供、回水干管采用同程式布置

2、仍采用異程式系統，但采用不等溫降方法進行水力計算

3、仍采用異程式系統，采用首先計算最近立管環路的計算

2、自然循環作用壓力的大小與那些因素有關？

答：散熱器與鍋爐中心之間的高度以及供回水的密度差

3、簡述散熱器的布置原則。

散熱器一般布置在外墻的窗臺下；兩道外門之間，門斗及開啟頻繁的外門附近不宜

設置散熱器；設在樓梯間或其他有凍結危險地方的散熱器，里、支管宜單獨設置，且其上不允許安閥門；樓梯間布置散熱器時，應盡量布置在底層或按一定比例分布在下部各層；散熱器一般明裝；托兒所以及裝修衛生要求較高的房間可考慮在散熱器外加網罩、格珊、擋板等；散熱器的安裝尺寸應保證，底部距地面不小于60mm，通常取150mm；頂部距窗臺板不小50mm，背部與墻面凈距不小于25mm。

4、在室內蒸汽供暖系統中，如何才能減少水擊現象？

答： 1）水平敷設的供汽管路，必須具有足夠的坡度，并盡可能保持汽水同向流動。

2）供汽干管向上拐彎處，必須設置疏水裝置。

5、冬季圍護結構的失熱量主要有那些？

答：1）圍護結構的傳熱耗熱量。

2）冷風滲透耗熱量。

3）冷風侵入耗熱量

四、作圖題（每題8分，共24分）

1、繪制一重力回水低壓蒸氣供暖系統示意圖。標出蒸氣管道和凝水管道的坡度

2、供暖工程中機械循環雙管上供下回式系統示意圖，并說明它的工作原理。

3、繪制供暖、熱水供應熱用戶與熱網連接示意圖。要求供暖熱用戶與熱網采用裝水噴射器的直接連接，熱水供應熱用戶與熱網采用間接連接。

五、計算題（16分）

解：1）、計算各層散熱器之間管段的混水溫度。由式2－7得：

95－9.3＝85.7℃

78.7℃

2）、計算各組散熱器熱媒平均溫度

tpjⅢ=℃

tpjⅡ=℃

tpjⅠ=℃℃

3）、計算或查表確定散熱器的傳熱系數

查附錄2－1有KⅠ＝7.27 W／m2·℃

KⅡ＝7.12W／m2·℃

KⅢ＝6.98W／m2·℃

4）、計算各組散熱器所需面積

按式（2－3）計算。先取β1＝1；查附錄2－4得β2＝1；查附錄2－5得β3＝1.06

m2

同理得FⅡ=2.8 m2;

FⅠ=4.0 m2 5）、計算各組散熱器片數

按式2－8計算。查附錄2－1得f=0.2m2/片,nⅢ= FⅢ/f=3.2/0.2=16片

查附錄2－3得β1＝1.05，進行修正：

16×1.05＝16.8片，由于0.8×0.2 m2/片＝0.16 m2>0.1 m2，故取nⅢ＝17片

nⅡ= FⅡ/f=2.8/0.2=14片

片數修正：14×1.05＝14.7片，由于0.7×0.2 m2/片＝0.14 m2>0.1 m2，故取nⅡ＝15片

nⅠ= FⅠ/f=4.0/0.2=20片

片數修正：20×1.05＝21片，取nⅠ＝21片

試卷二答案

一、填空題（每空0、5分，共20分）：

1、供熱系統包括 熱源、供熱熱網 和 熱用戶

三個基本組成部分。

2、維護結構的表面換熱過程是對流 和

輻射的綜合過程。

3、在機械循環上供下回式水平敷設的供水干管應設

沿水流方向上升 的坡度，在 供水干管末端的最高點處 設

集氣罐

來進行集中排氣。

4、機械循環熱水供暖系統與自然循環熱水循環系統的主要區別是：一

循環動力不同、二

膨脹水箱的作用和連接點不同、三、排氣方式不同。

5、疏水器的作用是

阻汽`排水。

6、暖風機是由 通風機、電動機

和 空氣加熱器

組成。

7、一般情況下，室內熱水采暖系統的流動狀態幾乎都是處于 紊流過渡區

區，室外熱水的流動狀態大多處于 紊流粗糙區

區。

8、在蒸汽采暖系統中，蒸汽流動的動力來自于

自身壓力，采用的調節方式為

間歇調節，工作時有噪聲,易產生

水擊

現象。

9、集中供熱系統各熱用戶用熱系統的熱負荷，按其性質可分為為 季節性熱負荷

和

常年性熱負荷

兩大類。

10、熱水熱網系統常采用的定壓方式有 高位水箱定壓、補給水泵定壓

和 氣體定壓。

11、常用的閥門有 截止閥、閘閥、蝶閥

、止回閥、手動調節閥、電磁閥。

12、供熱管道的保溫層是由

保溫層

和

保護層

兩部分組成；常用的保護層有 金屬保溫層、包扎式混合保溫層 和 涂抹式保護層。

13、疏水器根據作用原理不同可分為 機械型疏水器、熱動力型疏水器

和 熱靜力式疏水器。

14、機械循環熱水采暖系統的平均比摩阻為 60-120pa/m。

二、名詞解釋（每題2分，共10分）

1、供熱工程：熱能工程中，生產、輸配和應用中、低品位熱能的工程技術。

2、最小傳熱熱阻：根據維護結構內表面溫度值滿足內表面不結露，維護結構內表面溫度和室內空氣溫度差滿足衛生要求而確定的回滬結構的傳熱熱阻，稱為最小傳熱熱阻。

3、散熱器的進流系數：流進散熱器的流量與立管流量的的比值。

4、熱水熱網的水利失調：熱水供熱系統中，各熱用戶在在運行中的實際流量與規定流量的不一致現象稱為該熱用戶的水利失調。

5、干式凝水管:在蒸汽供熱系統中，系統工作時，該管道上部充滿空氣，下部流動凝結水，凝水靠重力流動，這種非滿管流動的凝水管稱為干式凝水管。

三、簡答題（每題5分，共20分）

1、集中供熱系統有那幾中基本形式？

答：區域鍋爐房和熱電廠。

2、采暖施工圖的組成有哪些？

答：平面圖、系統圖（軸測圖）、詳圖、施工說明、目錄、圖例和設備、材料明細表等組成。

3、散熱根據材質的不同，可以分為那些類型？

答：鑄鐵散熱器、鋼制散熱器、鋁制散熱器、銅鋁復合散熱器。

4、在熱水采暖系統中，膨脹水箱的作用有哪些？

答：自然循環：儲存膨脹水、排氣；

機械循環：儲存膨脹水，定壓。

四、問答題（每題10分，共20分）

1、蒸汽采暖系統與熱水采暖系統相比有何特點？

答：

1、用蒸汽作為熱媒，同時滿足對壓力和溫度有不同要求的多種用戶的用熱要求，既可滿足室內采暖的需要，又可作為其他熱用戶的熱媒。

2、蒸汽在設備內定壓放出汽化潛熱，熱媒平均溫度為相應壓力下的飽和溫度。熱水再散熱設備內靠降溫放出顯熱，散熱設備的熱媒平均溫度一般為進出口水溫平均值。在相同負荷的條件下，蒸汽采暖系統比熱水采暖系統所需的熱媒流量和散熱器的面積都要小。

3、汽和凝結水在管路內流動時，狀態參數變化大，甚至伴隨相變。從散熱設備流出的飽和凝結水通過凝節水和輸水管路，壓力下降的速率快于溫降，使部分凝結水從新汽化，形成二次蒸汽。這些特點使蒸汽供熱系統的設計計算和運行管理復雜，已出現冒、跑、滴、漏問題。

4、蒸汽密度比水小，適用于高層建筑高區的采暖熱媒，不會使建筑底部的散熱器超壓。

5、蒸汽熱惰性小，供氣時熱得快，停汽時冷的也快。

6、蒸汽的流動的動力來自于自身壓力。蒸汽壓力與溫度有關，而且壓力變化時，溫度變化不大。因此蒸汽采暖不能采用質調節，只能采用間歇調節。因此使得蒸汽采暖系統用戶室內溫度波動大，間歇工作時有噪聲，易產生水擊現象。

7、蒸汽作為熱媒時，散熱器和表面溫度高于100度，以水作為熱媒時大部分時間散熱器的平均溫度低于80度。

8、蒸汽系統管道間歇工作。蒸汽管路時而流動蒸汽，時而充斥空氣；凝結水管時而充滿水時而進入空氣，管道易受到氧化腐蝕，使用壽命短。

2、簡述室內熱水采暖系統的水力計算的步驟。

答：（如采用等溫降法）

1、根據已知溫降，計算個管段流量。

2、根據循環作用壓力，確定最不利環路的平均比摩阻，機械循環采用推薦比摩阻。

3、根據比摩組和管段流量，確定管徑和實際比摩組和流速。

4、確定個管段的壓力損失，進而確定系統的壓力損失。

五、作圖題（每題10分，共30分）

1、畫出疏水器的安裝示意圖，并注明各部分的作用。

2、作出分戶計量熱水采暖系統的三種水平單管系統和三種水平雙管系統。

3、繪制供暖、通風熱用戶與熱網連接示意圖。要求供暖熱用戶與熱網采用間接連接。

試卷三答案

一、名詞解釋（每題2分，共20分）：

1、熱網：由熱源向熱用戶輸送和分配供熱介質的管線系統。

2、水壓曲線：在熱水管路中，將管路各節點的測壓管水頭高度順次連接起來的曲線，稱為熱水管路的水壓曲線。

3、圍護結構的最小傳熱阻：滿足圍護結構內表面不結露，以及內表面溫度與室內空氣之間的溫差滿足人的舒適和衛生要求的熱阻。

4、熱壓：冬季建筑物的內、外溫度不同，由于空氣的密度差，室外空氣在底層一些樓層的門窗縫隙進入，通過建筑物內部樓梯間等豎直貫通通道上升，然后再底層一些樓層的門窗縫隙排出，這種引起空氣流動的壓力稱為熱壓。

5、閉式熱水供熱系統：熱網的循環水僅作為熱媒，供給熱用戶熱量，不從熱網中取出使用。

6、季節性熱負荷：與室外溫度、濕度、風向、風速和太陽輻射熱等氣候條件密切相關，對它起決定性作用的是室外溫度，供暖、通風、空調系統的熱負荷是季節性熱負荷。

7、重力循環熱水供暖：依靠重力進行循環。

8、異程式系統：在供暖系統中由于總立管距各分支立管遠近距離不相等，因此各立管的循環環路的總長度不相等，這種系統稱為異程式系統。

9干式凝水管：在干管的橫斷面，上部應充滿空氣，下部充滿凝水，這種非滿管流動的凝水管，稱為干式凝水管。

10、供暖設計室內計算溫度：距地面2m以內人們工作區的平均溫度。

二、回答問題（每題5分，共45分）

1、試簡述供暖施工圖的組成以及各圖中需標注的內容。

供暖施工圖包括系統平面圖、軸測圖、詳圖、設計施工說明和設備、材料明細表等。

平面圖：標明立管位置及立管編號，散熱器的位置、類型、片數計安裝方式，頂層平面圖還應標明總立管、水平干管的位置，走向、立管編號、干管坡度及干管上的閥門、固定支架的安裝位置與型號；膨脹水箱、集氣罐等設備的位置、型號及其與管道的連接情況。底層還應表明總立管引入口位置，供回水總管的走向、位置及采用的標準圖號，回水干管的位置，室內管溝位置和主要尺寸以及附件位置。系統軸測圖有立管編號、管道標高、各管道管徑，水平干管坡度、散熱器片數及集氣罐、膨脹水箱、閥件位置等。詳圖、設計、施工說明應與平面圖與系統圖相照應。

2簡述散熱器的布置原則。

散熱器一般布置在外墻的窗臺下；兩道外門之間，門斗及開啟頻繁的外門附近不宜設置散熱器；設在樓梯間或其他有凍結危險地方的散熱器，里、支管宜單獨設置，且其上不允許安閥門；樓梯間布置散熱器時，應盡量布置在底層或按一定比例分布在下部各層；散熱器一般明裝；托兒所以及裝修衛生要求較高的房間可考慮在散熱器外加網罩、格珊、擋板等；散熱器的安裝尺寸應保證，底部距地面不小于60mm，通常取150mm；頂部距窗臺板不小50mm，背部與墻面凈距不小于25mm。

3、自然循環作用壓力的大小與那些因素有關？

散熱器與鍋爐中心之間的高度以及供回水的密度差。

4、在進行熱水網路水力計算之前，通常應有哪些已知資料？

網路的平面布置圖，平面圖上應標明管道所有的附件及配件，熱用戶的熱負荷的大小，熱源的位置以及熱媒的計算溫度。

5、在室內蒸汽供暖系統中，如何才能減少水擊現象？

1）水平敷設的供汽管路，必須具有足夠的坡度，并盡可能保持汽水同向流動。

2）供汽干管向上拐彎處，必須設置疏水裝置。

6、試述室內熱水供暖管路水力計算的主要任務。

1）已知系統各管段的流量和循環作用壓力，確定各管段的管徑。

2）確定系統所必須的循環作用壓力。

3）確定通過該管段的水流量。

7、冬季圍護結構的失熱量主要有那些？

1）圍護結構的傳熱耗熱量。

2）冷風滲透耗熱量。

3）冷風侵入耗熱量

8、你認為室內熱水管路如何布置比較合理？

應根據建筑物的具體情況，如建筑物的外形、結構尺寸，與外網連接運行情況等因素

來

選擇合理的布置方案，力求系統管道走向布置合理，節省關廠管材，便于調節和排除空氣，各并聯環路的阻力易于平衡。

9、自然循環熱水供暖系統為什么可將膨脹水箱連接在供水干管上？

由于系統循環作用壓頭小，水平供水干管的壓力損失較小，膨脹水箱水位與水平供水

干線的標高差，足以克服水平供水干管的壓力損失，不會出現負壓現象。

三、作圖題（20分，每題5分）

1、繪制供暖、通風熱用戶與熱網連接示意圖。要求供暖熱用戶與熱網采用裝水噴射器的直接連接。

2、繪制一重力回水低壓蒸氣供暖系統示意圖。標出蒸氣管道和凝水管道的坡度。

3、畫出用戶引入口示意圖，并說明旁通管的作用。

4、繪制一機械循環熱水供暖系統，并說明它的工作原理。

四、計算題（15分）

1、試計算如圖所示的單管上供下回式熱水供暖系統某立管上各組散熱器所需的散熱面積與片數。散熱器選用鑄鐵四柱640型、裝在墻的凹槽內，供暖系統供水溫度tg=95℃,回水溫度th=70℃,室內計算溫度tn=18℃。圖中的熱負荷單位為W。已知：K=3.663△t0.16，散熱器安裝形式修正系數β3=1.06

散熱器組裝片數修正系數β1

每組片數

＜6 6——10 11——20 ＞20

β1 0.95 1.00

1.05 1.10

解：1）、計算各層散熱器之間管段的混水溫度。由式2－7得：

95－9.3＝85.7℃

78.7℃

2）、計算各組散熱器熱媒平均溫度

tpjⅢ=℃

tpjⅡ=℃

tpjⅠ=℃℃

3）、計算或查表確定散熱器的傳熱系數

查附錄2－1有KⅠ＝7.27 W／m2·℃

KⅡ＝7.12W／m2·℃

KⅢ＝6.98W／m2·℃

4）、計算各組散熱器所需面積

按式（2－3）計算。先取β1＝1；查附錄2－4得β2＝1；查附錄2－5得β3＝1.06

m2

同理得FⅡ=2.8 m2;

FⅠ=4.0 m2 5）、計算各組散熱器片數

按式2－8計算。查附錄2－1得f=0.2m2/片,nⅢ= FⅢ/f=3.2/0.2=16片

查附錄2－3得β1＝1.05，進行修正：

16×1.05＝16.8片，由于0.8×0.2 m2/片＝0.16 m2>0.1 m2，故取nⅢ＝17片

nⅡ= FⅡ/f=2.8/0.2=14片

片數修正：14×1.05＝14.7片，由于0.7×0.2 m2/片＝0.14 m2>0.1 m2，故取nⅡ＝15片

nⅠ= FⅠ/f=4.0/0.2=20片

片數修正：20×1.05＝21片，取nⅠ＝21片

試卷四答案

一、名詞解釋（每題2分，共20分）：

1、同程式系統：在室內供暖系統中，總立管與各分支立管圍成的環路遠、近距離相等。

2、熱用戶：集中供熱系統利用熱能的用戶。如供暖、通風、空調、熱水供應以及生產工藝用熱系統。

3、圍護結構的耗熱量：當室內溫度高于室外溫度時，通過圍護結構向外傳遞的熱量。

4、單管系統：熱水經立管或水平供水管順序流過多組散熱器，并順序在各散熱器中冷卻的系統。

5、局部阻力：當流體流過管道中的一些附件（閥門、彎頭、三通、散熱器）時，由于流動方向和速度的改變，產生局部旋渦和撞擊，就要損失能量，稱為局部損失。

6、常年性熱負荷：生活用熱和生產工藝用熱。與室外溫度、濕度、風向、風速和太陽輻射熱等氣候條件關系不大，他的用熱狀況在全日種變化較大。

7、直接連接：用戶系統直接連接于熱水網路上，熱水網路的水利工況與供暖熱用戶有著密切的聯系。

8、蒸汽網路的主干線：從熱源到某一熱用戶的平均比摩阻最小。

9濕式凝水管：總凝水立管全部充滿凝水，這種滿管流動的凝水管，稱為濕式凝水管。

10、供暖系統的設計熱負荷：在供暖設計室外溫度下，為了達到要求的室內溫度，供暖系統在單位時間內向建筑物供給的熱量。

二、回答問題（每題5分，共45分）

1、試簡述供暖施工圖的組成以及各圖中需標注的內容。

供暖施工圖包括系統平面圖、軸測圖、詳圖、設計施工說明和設備、材料明細表等。

平面圖：標明立管位置及立管編號，散熱器的位置、類型、片數計安裝方式，頂層平面圖還應標明總立管、水平干管的位置，走向、立管編號、干管坡度及干管上的閥門、固定支架的安裝位置與型號；膨脹水箱、集氣罐等設備的位置、型號及其與管道的連接情況。底層還應

表明總立管引入口位置，供回水總管的走向、位置及采用的標準圖號，回水干管的位置，室內管溝位置和主要尺寸以及附件位置。系統軸測圖有立管編號、管道標高、各管道管徑，水平干管坡度、散熱器片數及集氣罐、膨脹水箱、閥件位置等。詳圖、設計、施工說明應與平面圖與系統圖相照應。

2簡述散熱器的布置原則。

散熱器一般布置在外墻的窗臺下；兩道外門之間，門斗及開啟頻繁的外門附近不宜設置散熱器；設在樓梯間或其他有凍結危險地方的散熱器，里、支管宜單獨設置，且其上不允許安閥門；樓梯間布置散熱器時，應盡量布置在底層或按一定比例分布在下部各層；散熱器一般明裝；托兒所以及裝修衛生要求較高的房間可考慮在散熱器外加網罩、格珊、擋板等；散熱器的安裝尺寸應保證，底部距地面不小于60mm，通常取150mm；頂部距窗臺板不小50mm，背部與墻面凈距不小于25mm。

3、簡述蒸汽作為供熱系統熱媒的特點。

1）蒸汽在散熱設備中，靠水蒸氣凝結成水放出熱量，相態發生了變化。

2）蒸氣在管路內流動時，狀態參數變化大，同時還便隨相態變化。

3）蒸氣在散熱設備中定壓凝結放熱，散熱設備的熱媒溫度為該壓力下的飽和溫度，散熱器表面溫度高，易燒烤積在散熱器上的有機灰塵，產生異味，衛生條件較差。

4）蒸氣比容腳熱水比容大，通常可采用比熱水流速高得多的速度，可大大減輕前后加熱滯后的現象。

5）蒸氣比容大，密度小，不會產生很大的水靜壓力。

4、為什么在設計低壓蒸汽供暖系統時，散熱器入口閥門前要預留1500-2000帕的剩余壓力？

1）散熱器內的蒸汽壓力只需比大氣壓力稍高一點即可，靠剩余壓力以保證蒸汽流入散熱器中的空氣驅入寧水管。

5、試述閉式熱水供熱系統的優缺點？

1）、閉式熱水供熱系統的網路補水良少。

2）、用水的水質與城市上水水質相同且穩定。

3）、需安裝表面式熱交換器，熱力站或用戶引入口處設備增多，投資增加，運行管理較復雜。

4）、在利用地位熱能方面，開式比閉式要好。

6、什么是冷風滲透耗熱量？常用的計算方法有幾種？你認為那種比較合理？

在風力和熱壓造成的室內外壓差作用下，室外的冷空氣通過門窗縫隙深入室內，被加熱后溢出，把這部分空氣從室外溫度加熱到室內溫度所消耗的熱量稱為冷風耗熱量，常用的計算方法有縫隙法、換氣次數法和百分數法。縫隙法比較合理。

7、在室內供暖系統中，某個房間的室內溫度達不到設計時所規定的溫度，你認為如何解決這個問題？

增大房間熱負荷，增大供水管徑，提高水流速度，提高供水壓力，即使排除系統中的空氣。

8、分析說明集中供熱的優越性？

便于管理，節約能源，減少污染，節約投資，有利于城市集中規劃。

9、膨脹水箱上需要設置哪些配管，各有什么作用？ 膨脹管、溢流管、信號管、排水管、循環管。

膨脹管：與供暖系統連接，水因膨脹而增加的體積通過此管進入膨脹水箱。

溢流管：當系統沖水的水位超過溢水管口時，水通過溢流管排出，該管一般可接到附近下水道。

三、作圖題（20分，每題5分）

1、繪制供暖、通風熱用戶與熱網連接示意圖。要求供暖熱用戶與熱網采用間接連接。

2、繪制一機械回水低壓蒸氣供暖系統示意圖。標出蒸氣管道和凝水管道的坡度。

3、畫出用戶引入口示意圖，并說明旁通管的作用。

4、繪制一自然循環熱水供暖系統，并說明它的工作原理

第二篇：2014工程熱物理年會

中國工程熱物理學會

2014年學術會議征文通知

中國工程熱物理學會將于2014年秋季由學會組織召開學術會議。現將征文有關事項通知如下，歡迎投稿。

一、征文內容，包括下列學科：工程熱力學與能源利用；熱機氣動熱力學；傳熱傳 質學；燃燒學；多相流；流體機械。歡迎從事工程熱物理各有關領域和能源、航空、航天、動力、發電、制冷、冶金、石油、煤炭、環境保護、材料等部門的研究人員、工程技術人員、教師及研究生踴躍投稿，進行學術交流和討論。

二、要求應征稿件觀點明確、論據充分、公式正確、圖表清晰、文字簡練。

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中國工程熱物理學會

2013年9月

第三篇：熱工工藝及工程材料

第一章

金屬的晶體結構與結晶

1．解釋下列名詞

點缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯，單晶體，多晶體，過冷度，自發形核，非自發形核，變質處理，變質劑。

答：點缺陷：原子排列不規則的區域在空間三個方向尺寸都很小，主要指空位間隙原子、置換原子等。線缺陷：原子排列的不規則區域在空間一個方向上的尺寸很大，而在其余兩個方向上的尺寸很小。如位錯。

面缺陷：原子排列不規則的區域在空間兩個方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亞晶界。

亞晶粒：在多晶體的每一個晶粒內，晶格位向也并非完全一致，而是存在著許多尺寸很小、位向差很小的小晶塊，它們相互鑲嵌而成晶粒，稱亞晶粒。亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。刃型位錯：位錯可認為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成。滑移部分與未滑移部分的交界線即為位錯線。如果相對滑移的結果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯”。

單晶體：如果一塊晶體，其內部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。多晶體：由多種晶粒組成的晶體結構稱為“多晶體”。

過冷度：實際結晶溫度與理論結晶溫度之差稱為過冷度。

自發形核：在一定條件下，從液態金屬中直接產生，原子呈規則排列的結晶核心。非自發形核：是液態金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。

變質處理：在液態金屬結晶前，特意加入某些難熔固態顆粒，造成大量可以成為非自發晶核的固態質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒，這種處理方法即為變質處理。

變質劑：在澆注前所加入的難熔雜質稱為變質劑。

2.常見的金屬晶體結構有哪幾種？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各屬何種晶體結構？

答：常見金屬晶體結構：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；

γ－Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格； Mg、Zn屬于密排六方晶格；

3.配位數和致密度可以用來說明哪些問題？

答：用來說明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數和致密度越大，則晶體中原子排列越緊密。

4.晶面指數和晶向指數有什么不同？

答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數來表示，形式為 ；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指數來表示，形式為。

5.實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？ 答：如果金屬中無晶體缺陷時，通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅速下降，當缺陷增加到一定值后，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強度增加。同時晶體缺陷的存在還會增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。

6.為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？

答：因為單晶體內各個方向上原子排列密度不同，造成原子間結合力不同，因而表現出各向異性；而多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現各向同性。

7.過冷度與冷卻速度有何關系？它對金屬結晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？

答：①冷卻速度越大，則過冷度也越大。②隨著冷卻速度的增大，則晶體內形核率和長大速度都加快，加速結晶過程的進行，但當冷速達到一定值以后則結晶過程將減慢，因為這時原子的擴散能力減弱。③過冷度增大，ΔF大，結晶驅動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N與G的比值，晶粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結晶發生困難。

8.金屬結晶的基本規律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？

答：①金屬結晶的基本規律是形核和核長大。②受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。

9.在鑄造生產中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產中如何應用變質處理？

答：①采用的方法：變質處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。②變質處理：在液態金屬結晶前，特意加入某些難熔固態顆粒，造成大量可以成為非自發晶核的固態質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。③機械振動、攪拌。

第二章

金屬的塑性變形與再結晶

1．解釋下列名詞：

加工硬化、回復、再結晶、熱加工、冷加工。

答：加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現象。

回復：為了消除金屬的加工硬化現象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使其組織和性能發生變化。在加熱溫度較低時，原子的活動能力不大，這時金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化，只是在晶內發生點缺陷的消失以及位錯的遷移等變化，因此，這時金屬的強度、硬度和塑性等機械性能變化不大，而只是使內應力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復階段。再結晶：被加熱到較高的溫度時，原子也具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結晶”。

熱加工：將金屬加熱到再結晶溫度以上一定溫度進行壓力加工。冷加工：在再結晶溫度以下進行的壓力加工。

2．產生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？

答：①隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，即強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產生所謂“加工硬化”現象。②金屬的加工硬化現象會給金屬的進一步加工帶來困難，如鋼板在冷軋過程中會越軋越硬，以致最后軋不動。另一方面人們可以利用加工硬化現象，來提高金屬強度和硬度，如冷拔高強度鋼絲就是利用冷加工變形產生的加工硬化來提高鋼絲的強度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠實現的重要因素。如冷拉鋼絲拉過模孔的部分，由于發生了加工硬化，不再繼續變形而使變形轉移到尚未拉過模孔的部分，這樣鋼絲才可以繼續通過模孔而成形。

3．劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？

答：主要是再結晶溫度。在再結晶溫度以下進行的壓力加工為冷加工，產生加工硬化現象；反之為熱加工，產生的加工硬化現象被再結晶所消除。

4．與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？

答：（1）通過熱加工，可使鑄態金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高。

（2）通過熱加工，可使鑄態金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細化，機械性能提高。（3）通過熱加工，可使鑄態金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發生改變，使它們沿著變形的方向細碎拉長，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線），使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時承受的最大拉應力方向一致，而與外加切應力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。

5．為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？

答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發生，產生較均勻的變形，而不致造成局部的應力集中，引起裂紋的過早產生和發展。因此，塑性，韌性也越好。

6．金屬經冷塑性變形后，組織和性能發生什么變化？

答：①晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等；②晶粒破碎，位錯密度增加，產生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③織構現象的產生，即隨著變形的發生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，而且各晶粒的晶格位向也會沿著變形的方向同時發生轉動，轉動結果金屬中每個晶粒的晶格位向趨于大體一致，產生織構現象；④冷壓力加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬內部會形成殘余的內應力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩定。

7．分析加工硬化對金屬材料的強化作用？

答：隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割、位錯纏結加劇，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續變形就必須增大外力，因此提高了金屬的強度。

8．已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380℃、1538℃、327℃、232℃，試計算這些金屬的最低再結晶溫度，并分析鎢和鐵在1100℃下的加工、鉛和錫在室溫（20℃）下的加工各為何種加工？

答：T再=0.4T熔；鎢T再=[0.4*（3380+273）]-273=1188.2℃;鐵T再=[0.4*（1538+273）]-273=451.4℃;鉛T再=[0.4*（327+273）]-273=-33℃;錫T再=[0.4*（232+273）]-273=-71℃.由于鎢T再為1188.2℃＞1100℃，因此屬于熱加工；鐵T再為451.4℃＜1100℃，因此屬于冷加工；鉛T再為-33℃＜20℃，屬于冷加工；錫T再為-71＜20℃，屬于冷加工。

9．在制造齒輪時，有時采用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強化。試分析強化原因。

答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產生塑性變形，形成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強度、硬度升高。

第三章

合金的結構與二元狀態圖

1．解釋下列名詞：

合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強化，彌散強化。

答：合金：通過熔煉，燒結或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結合在一起所形成的具有金屬特性的新物質，稱為合金。

組元：組成合金的最基本的、獨立的物質稱為組元。

相：在金屬或合金中，凡成分相同、結構相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為相。

相圖：用來表示合金系中各個合金的結晶過程的簡明圖解稱為相圖。固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結構與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。金屬間化合物：合金的組元間發生相互作用形成的一種具有金屬性質的新相，稱為金屬間化合物。它的晶體結構不同于任一組元，用分子式來表示其組成。

機械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機械的混合在一起，稱機械混合物。枝晶偏析：實際生產中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分，使得先結晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，后結晶含低熔點組元較

多，這種在晶粒內化學成分不均勻的現象稱為枝晶偏析。比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導致結晶后鑄件上下部分的化學成分不一致，產生比重偏析。固溶強化：通過溶入某種溶質元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現象稱為固溶強化。

彌散強化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強度、硬度及耐磨性，這種強化方式為彌散強化。

2．指出下列名詞的主要區別：

1）置換固溶體與間隙固溶體； 答：置換固溶體：溶質原子代替溶劑晶格結點上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。間隙固溶體：溶質原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。2）相組成物與組織組成物； 相組成物：合金的基本組成相。

組織組成物：合金顯微組織中的獨立組成部分。

3．下列元素在α-Fe 中形成哪幾種固溶體? Si、C、N、Cr、Mn

答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；C、N形成間隙固溶體。

4．試述固溶強化、加工強化和彌散強化的強化原理,并說明三者的區別.答：固溶強化：溶質原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。彌散強化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細小彌散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合金的方式為彌散強化。

加工強化：通過產生塑性變形來增大位錯密度，從而增大位錯運動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強度和硬度。區別：固溶強化和彌散強化都是利用合金的組成相來強化合金，固溶強化是通過產生晶格畸變，使位錯運動阻力增大來強化合金；彌散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金；而加工強化是通過力的作用產生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強化得到的強度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強化介于兩者之間。

5．固溶體和金屬間化合物在結構和性能上有什么主要差別？

答：在結構上：固溶體的晶體結構與溶劑的結構相同，而金屬間化合物的晶體結構不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。

在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強化合金，但固溶體的強度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機械性能。

6.何謂共晶反應、包晶反應和共析反應?試比較這三種反應的異同點.答：共晶反應：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時結晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應。

包晶反應：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相的反應過程。共析反應：由特定成分的單相固態合金，在恒定的溫度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結構的固相的反應。

共同點：反應都是在恒溫下發生，反應物和產物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態。不同點：共晶反應是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應；共析反應是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應；而包晶反應是一種液相與一定成分的固相作用，形成另外一種固相的反應。

7．二元合金相圖表達了合金的哪些關系？

答：二元合金相圖表達了合金的狀態與溫度和成分之間的關系。

8．在二元合金相圖中應用杠桿定律可以計算什么？

答：應用杠桿定律可以計算合金相互平衡兩相的成分和相對含量。

9.已知A（熔點 600℃）與B(500℃)在液態無限互溶；在固態 300℃時A溶于 B 的最大溶解度為 30%，室溫時為10%，但B不溶于A；在 300℃時，含 40% B 的液態合金發生共晶反應。現要求： 1）作出A-B 合金相圖；

2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的結晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。

答：（1）

（2）20%A合金如圖①：

合金在1點以上全部為液相，當冷至1點時，開始從液相中析出α固溶體，至2點結束，2～3點之間合金全部由α固溶體所組成，但當合金冷到3點以下，由于固溶體α的濃度超過了它的溶解度限度，于是從固溶體α中析出二次相A，因此最終顯微組織：α+AⅡ

相組成物: α+A

A=（90-80/90）*100%=11%

α=1-A%=89%

45%A合金如圖②： 合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出α固溶體，此時液相線成分沿線BE變化，固相線成分沿BD線變化，當冷至2點時，液相線成分到達E點，發生共晶反應，形成（A+α）共晶體，合金自2點冷至室溫過程中，自中析出二次相AⅡ，因而合金②室溫組織： AⅡ+α+(A+α)

相組成物:A+α 組織：AⅡ=（70-55）/70*100%=21%

α=1-AⅡ=79%

A+α=（70-55）/(70-40）*100%=50% 相：A=（90-55）/90*100%=50%

α=1-A%=50% 80%A合金如圖③：

合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出A，此時液相線成分沿AE線變化，冷至2點時，液相線成分到達點，發生共晶反應，形成(A+α)共晶體，因而合金③的室溫組織：A+(A+α)

相組成物：A+α

組織：A=（40-20）/40*100%=50%

A+α=1-A%=50% 相：

A=（90-20）/90*100%=78%

α=1-A%=22% 10．某合金相圖如圖所示。

1）試標注①—④空白區域中存在相的名稱； 2）指出此相圖包括哪幾種轉變類型；

3）說明合金Ⅰ的平衡結晶過程及室溫下的顯微組織。

答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+(α+β)④: β+αⅡ

(2)勻晶轉變；共析轉變

(3)合金①在1點以上全部為液相,冷至1點時開始從液相中析出γ固溶體至2點結束,2～3點之間合金全部由γ固溶體所組成,3點以下,開始從γ固溶體中析出α固溶體,冷至4點時合金全部由α固溶體所組成,4～5之間全部由α固溶體所組成,冷到5點以下,由于α固溶體的濃度超過了它的溶解度限度,從α中析出第二相β固溶體,最終得到室穩下的顯微組織: α+βⅡ

11．有形狀、尺寸相同的兩個 Cu-Ni 合金鑄件，一個含 90% Ni，另一個含 50% Ni,鑄后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？

答：含 50% Ni的Cu-Ni 合金鑄件偏析較嚴重。在實際冷卻過程中，由于冷速較快，使得先結晶部分含高熔點組元多，后結晶部分含低熔點組元多，因為含 50% Ni的Cu-Ni 合金鑄件固相線與液相線范圍比含 90% Ni鑄件寬，因此它所造成的化學成分不均勻現象要比含 90% Ni的Cu-Ni 合金鑄件嚴重。

第四章

鐵碳合金

1．何謂金屬的同素異構轉變？試畫出純鐵的結晶冷卻曲線和晶體結構變化圖。

答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結構的轉變，稱同素異構轉變。

2．為什么γ-Fe 和α-Fe 的比容不同？一塊質量一定的鐵發生（γ-Fe →α-Fe）轉變時，其體積如何變化？

答：因為γ-Fe和α-Fe原子排列的緊密程度不同，γ-Fe的致密度為74%,α-Fe的致密度為68%，因此一塊質量一定的鐵發生（γ-Fe →α-Fe）轉變時體積將發生膨脹。

3.何謂鐵素體（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）？它們的結構、組織形態、性能等各有何特點？

答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在 中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在 中的溶解度`很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。奧氏體（A）：奧氏體是碳在 中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在 中的溶解度較大。有很好的塑性。滲碳體（Fe3C）：鐵和碳相互作用形成的具有復雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網絡狀存在于晶界。在萊氏體中為連續的基體，有時呈魚骨狀。珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。

4.Fe-Fe3C合金相圖有何作用？在生產實踐中有何指導意義？又有何局限性？

答：①碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。②為選材提供成分依據： 相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據：對鑄造，根據相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。對于鍛造：根據相圖可以確定鍛造溫度。對焊接： 根據相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性；對熱處理： 相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。③由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現象。

5.畫出 Fe-Fe3C 相圖，指出圖中 S、C、E、P、N、G 及 GS、SE、PQ、PSK 各點、線的意義，并標出各相區的相組成物和組織組成物。

答:

C：共晶點1148℃ 4.30%C，在這一點上發生共晶轉變，反應式：，當冷到1148℃時具有C點成分的液體中同時結晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物——萊氏體

E：碳在 中的最大溶解度點1148℃

2.11%C G： 同素異構轉變點（A3）912℃

0%C H：碳在 中的最大溶解度為1495℃

0.09%C J：包晶轉變點1495℃

0.17%C 在這一點上發生包晶轉變，反應式： 當冷卻到1495℃時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相δ反應生成具有J點成分的固相A。N： 同素異構轉變點（A4）1394℃

0%C P：碳在 中的最大溶解度點

0.0218%C

727℃ S：共析點727℃

0.77%C 在這一點上發生共析轉變，反應式：，當冷卻到727℃時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物——珠光體P（）

ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以 形式析出，所以具有0.77%～2.11%C的鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時的組織，從A中析出的 稱為二次滲碳體。

GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱A3線，GP線則是鐵素體析出的終了線，所以GSP區的顯微組織是。

PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少，多余的碳以 形式析出，從 中析出的 稱為三次滲碳體，由于鐵素體含碳很少，析出的 很少，一般忽略，認為從727℃冷卻到室溫的顯微組織不變。PSK線：共析轉變線，在這條線上發生共析轉變，產物（P）珠光體，含碳量在0.02～6.69%的鐵碳合金冷卻到727℃時都有共析轉變發生。

6.簡述 Fe-Fe3C 相圖中三個基本反應：包晶反應,共晶反應及共析反應，寫出反應式，標出含碳量及溫度。

答：共析反應：冷卻到727℃時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。γ0.8 F0.02+Fe3C6.69 包晶反應：冷卻到1495℃時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相δ反應生成具有J點成分的固相A。L0.5+δ0.1 γ0.16 共晶反應：1148℃時具有C點成分的液體中同時結晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。L4.3 γ2.14+ Fe3C6.69

7.何謂碳素鋼？何謂白口鐵？兩者的成分組織和性能有何差別？

答：碳素鋼：含有0.02%~2.14%C的鐵碳合金。白口鐵：含大于2.14%C的鐵碳合金。

碳素鋼中亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成，其中珠光體中的滲碳體以細片狀分布在鐵素體基體上，隨著含碳量的增加，珠光體的含量增加，則鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。當含碳量達到0.8%時就是珠光體的性能。過共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所組成，含碳量接近1.0%時，強度達到最大值，含碳量繼續增加，強度下降。由于二次滲碳體在晶界形成連續的網絡，導致鋼的脆性增加。

白口鐵中由于其組織中存在大量的滲碳體，具有很高的硬度和脆性，難以切削加工。

8.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。

答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續的網絡狀。

共同點：鋼的組織中都含有珠光體。不同點：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。

9.分析含碳量分別為 0.20%、0.60%、0.80%、1.0% 的鐵碳合金從液態緩冷至室溫時的結晶過程和室溫組織.答：0.80%C:在1~2點間合金按勻晶轉變結晶出A，在2點結晶結束，全部轉變為奧氏體。冷到3點時（727℃），在恒溫下發生共析轉變，轉變結束時全部為珠光體P，珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，當溫度繼續下降時，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶度線PQ變化，析出三次滲碳體，它常與共析滲碳體長在一起，彼此分不出，且數量少，可忽略。室溫時組織P。

0.60% C：合金在1~2點間按勻晶轉變結晶出A，在2點結晶結束，全部轉變為奧氏體。冷到3點時開始析出F，3-4點A成分沿GS線變化，鐵素體成分沿GP線變化，當溫度到4點時，奧氏體的成分達到S點成分（含碳0.8%），便發生共析轉變，形成珠光體，此時，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為0.02%C，所以共析轉變結束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當溫度繼續下降時，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣 量很少，可忽略。所以含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P 1.0% C：合金在1~2點間按勻晶轉變結晶出奧氏體，2點結晶結束，合金為單相奧氏體，冷卻到3點，開始從奧氏體中析出二次滲碳體，沿奧氏體的晶界析出，呈網狀分布，3-4間 不斷析出，奧氏體成分沿ES線變化，當溫度到達4點（727℃）時，其含碳量降為0.77%，在恒溫下發生共析轉變，形成珠光體，此時先析出的 保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉變結束時的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略。室溫組織為二次滲碳體和珠光體。

10．指出下列名詞的主要區別：

1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體； 答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。二次滲碳體：從A中析出的 稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從 中析出的 稱為三次滲碳體。

共晶滲碳體：經共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體。共析滲碳體：經共析反應生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。2）熱脆與冷脆。答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，FeS會與Fe形成低熔點共晶，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，會沿著這些低熔點共晶體的邊界開裂，鋼材將變得極脆，這種脆性現象稱為熱脆。

冷脆：P使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現象稱為“冷脆”。

11．根據 Fe-Fe3C 相圖，計算：

1）室溫下，含碳 0.6% 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少； 2）室溫下，含碳 1.2% 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少； 3）鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。

答：1）Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74%

Wα=1-74%=26% 2）Wp=(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70%

WFe3CⅡ=1-70%=30% 3）WFe3CⅡ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%

W Fe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33% 12．某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火狀態），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學成分，現找出其中一根，經金相分析后，發現其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占 80%，問此鋼材的含碳量大約是多少？

答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。

Wα=80%=(0.8-WC)/(0.8-0.02)*100%

WC=0.18% 13．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占 18%，問此碳鋼的含碳量大約是多少？

答： WFe3CⅡ=18% =(WC-0.02)/(6.69-0.02)*100%

WC=1.22% 14．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體（網狀），其中珠光體占 93%，問此碳鋼的含碳量大約為多少？

答：Wp=93% =(2.14-WC)/(2.14-0.8)*100%=70%

WC=0.89% 15.計算Fe-1.4%C合金在700℃下各個相及其組分數量和成分。

答：含1.4%C合金屬于過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體和滲碳體。Wp=(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100%=55%

WFe3CⅡ=1-55%=45% Wα=（6.69-1.4）/（6.69-0.02）*100%=79%

WFe3C=1-79%=21% 16．根據 Fe-Fe3C 相圖，說明產生下列現象的原因： 1）含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高；

答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體是硬脆相，因此含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高。2）在室溫下，含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高；

答：因為在鋼中當含碳量超過1.0%時，所析出的二次滲碳體在晶界形成連續的網絡狀，使鋼的脆性增加，導致強度下降。因此含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高。

3）在 1100℃，含碳 0.4% 的鋼能進行鍛造，含碳 4.0% 的生鐵不能鍛造；

答：在 1100℃時，含碳 0.4% 的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此適合于鍛造；含碳 4.0% 的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。

4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機吊重物卻用鋼絲繩（用 60、65、70、75 等鋼制成）；

答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅低碳鋼絲；而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度，還要有很高的彈性極限，而60、65、70、75鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。

5）鉗工鋸 T8，T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍；

答：T8，T10,T12屬于碳素工具鋼，含碳量為0.8%，1.0%，1.2%，因而鋼中滲碳體含量高，鋼的硬度較高；而10,20鋼為優質碳素結構鋼，屬于低碳鋼，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸 T8，T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍。

6）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。

答：因為鋼的含碳量范圍在0.02%~2.14%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量較多，而鐵素體有較好的塑韌性，因而鋼適宜于壓力加工；而鑄鐵組織中含有大量以滲碳體為基體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。

17.鋼中常存雜質有哪些？對鋼的性能有何影響？

答：鋼中常存雜質有Si、Mn、S、P等。Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化：另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的有害作用。當Mn含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質存在時，它對鋼的性能影響并不明顯。

Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強化，從而使鋼的強度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。當Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。

S：硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，FeS會與Fe形成共晶，并分布于奧氏體的晶界上，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，由于FeS-Fe共晶（熔點只有989℃）已經熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。

P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強度、硬度有所提高，但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉化溫度有所升高，使鋼變脆。

18.試述碳鋼的分類及牌號的表示方法。答：分類：1）按含碳量分類

低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼，0.01~0.25%C

≤0.25%C 中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼

0.25~0.6%C 高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼

0.6~1.3%C ＞0.6%C（2）按質量分類：即含有雜質元素S、P的多少分類： 普通碳素鋼：S≤0.055%

P≤0.045% 優質碳素鋼：S、P≤0.035~0.040%

高級優質碳素鋼：S≤0.02~0.03%；P≤ 0.03~0.035%（3）按用途分類

碳素結構鋼：用于制造各種工程構件，如橋梁、船舶、建筑構件等，及機器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。

碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質量上都是優質鋼或高級優質鋼。

牌號的表示方法：（1）普通碳素結構鋼：

用Q+數字表示，“Q”為屈服點，“屈”漢語拼音，數字表示屈服點數值。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質量等級不同，A、B、C、D質量依次提高，“F”表示沸騰鋼，“b”為半鎮靜鋼，不標“F”和“b”的為鎮靜鋼。（2）優質碳素結構鋼：

牌號是采用兩位數字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。若鋼中含錳量較高，須將錳元素標出，（3）碳素工具鋼：

這類鋼的牌號是用“碳”或“T”字后附數字表示。數字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若為高級優質碳素工具鋼，則在鋼號最后附以“A”字。

19.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？

答：低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼；08、10、鋼，塑性、韌性好，具有優良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。

中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼 ；30、35、40、45、50鋼經熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；

高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼 ；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具有高的彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。T12、T13、鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規、塞規、樣板、銼刀、刮刀、精車刀等。

20．下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸。

答：手鋸鋸條：它要求有較高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。普通螺釘：它要保證有一定的機械性能，用普通碳素結構鋼制造，如Q195、Q215、Q235。車床主軸：它要求有較高的綜合機械性能，用優質碳素結構鋼，如30、35、40、45、50。

21.指出下列各種鋼的類別、符號、數字的含義、主要特點及用途： Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A

答：Q235-AF：普通碳素結構鋼，屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。Q235-C:屈服強度為235MPa的C級普通碳素結構鋼，Q195-B: 屈服強度為195MPa的B級普通碳素結構鋼，Q255-D: 屈服強度為255MPa的D級普通碳素結構鋼，Q195、Q235含碳量低，有一定強度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結構，也可制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等，Q255鋼強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接。通常扎制成型鋼、條鋼和鋼板作結構件以及制造連桿、鍵、銷、簡單機械上的齒輪、軸節等。40:含碳量為0.4%的優質碳素結構鋼。45含碳量為0.45%的優質碳素結構鋼。40、45鋼經熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。08：含碳量為0.08%的優質碳素結構鋼。塑性、韌性好，具有優良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等。

20：含碳量為0.2%的優質碳素結構鋼。用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。20R：含碳量為0.2%的優質碳素結構鋼，容器專用鋼。20G：含碳量為0.2%的優質碳素結構鋼，鍋爐專用鋼。

T8：含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。

T10A：含碳量為1.0%的高級優質碳素工具鋼。用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。

T12A：含碳量為1.2%的高級優質碳素工具鋼。具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規、塞規、樣板、銼刀、刮刀、精車刀。

第五章

鋼 的 熱 處 理

1.何謂鋼的熱處理？鋼的熱處理操作有哪些基本類型？試說明熱處理同其它工藝過程的關系及其在機械制造中的地位和作用。

答：（1）為了改變鋼材內部的組織結構，以滿足對零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一種綜合的熱加工工藝過程。

（2）熱處理包括普通熱處理和表面熱處理；普通熱處理里面包括

（3）退火、正火、淬火和回火，表面熱處理包括表面淬火和化學熱處理，表面淬火包括火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬火，化學熱處理包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等。

（3）熱處理是機器零件加工工藝過程中的重要工序。一個毛坯件經過預備熱處理，然后進行切削加工，再經過最終熱處理，經過精加工，最后裝配成為零件。熱處理在機械制造中具有重要的地位和作用，適當的熱處理可以顯著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料潛力、降低結構重量、節省材料和能源，而且能夠提高機械產品質量、大幅度延長機器零件的使用壽命，做到一個頂幾個、頂十幾個。此外，通過熱處理還可使工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學性能。

2.解釋下列名詞：

1）奧氏體的起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度；

答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。

（2）實際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。（3）本質晶粒度：根據標準試驗方法，在930±10℃保溫足夠時間（3-8小時）后測定的鋼中晶粒的大小。

2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；

答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。索氏體：在650～600℃溫度范圍內形成層片較細的珠光體。屈氏體：在600～550℃溫度范圍內形成片層極細的珠光體。貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。馬氏體：碳在α-Fe中的過飽和固溶體。

3）奧氏體、過冷奧氏體、殘余奧氏體；

答：奧氏體: 碳在 中形成的間隙固溶體.過冷奧氏體: 處于臨界點以下的不穩定的將要發生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。殘余奧氏體：M轉變結束后剩余的奧氏體。

4）退火、正火、淬火、回火、冷處理、時效處理（尺寸穩定處理）；

答：退火：將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進行冷卻的一種操作。正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～80℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。

回火：將淬火鋼重新加熱到A1點以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。

冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。時效處理：為使二次淬火層的組織穩定，在110~150℃經過6~36小時的人工時效處理，以使組織穩定。

5）淬火臨界冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性；

答：淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。

6）再結晶、重結晶；

答：再結晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結晶”。

重結晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發生晶體結構的改變，稱為重結晶。

7）調質處理、變質處理。

答：調質處理：淬火后的高溫回火。

變質處理：在液態金屬結晶前，特意加入某些難熔固態顆粒，造成大量可以成為非自發晶核的固態質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。

3.指出 A1、A3、Acm； AC1、AC3、Accm ； Ar1、Ar3、Arcm 各臨界點的意義。

答：A1：共析轉變線，含碳量在0.02～6.69%的鐵碳合金冷卻到727℃時都有共析轉變發生，形成P。

A3：奧氏體析出鐵素體的開始線。

Acm：碳在奧氏體中的溶解度曲線。

AC1：實際加熱時的共析轉變線。

AC3：實際加熱時奧氏體析出鐵素體的開始線。

Acm：實際加熱時碳在奧氏體中的溶解度曲線。

Ar1：實際冷卻時的共析轉變線。

Ar3：實際冷卻時奧氏體析出鐵素體的開始線。

Arcm：實際冷卻時碳在奧氏體中的溶解度曲線。

4.何謂本質細晶粒鋼？本質細晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質粗晶粒鋼的細？

答：（1）本質細晶粒鋼：加熱到臨界點以上直到930℃，隨溫度升高，晶粒長大速度很緩慢，稱本質細晶粒鋼。

（2）不一定。本質晶粒度只代表鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小。本質粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細晶粒，而本質細晶粒鋼若在較高溫度下加熱也會得到粗晶粒。

5.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態和性能方面有何特點？

答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。（2）珠光體是過冷奧氏體在550℃以上等溫停留時發生轉變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650～600℃溫度范圍內形成層片較細的珠光體。屈氏體是在600～550℃溫度范圍內形成片層極細的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強化作用愈大，因而強度和硬度升高，同時，由于此時滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細片珠光體又具有較好的韌性和塑性。

6.貝氏體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態和性能方面有何特點？

答：（1）兩種。上貝氏體和下貝氏體。（2）上貝氏體的形成溫度在600～350℃。在顯微鏡下呈羽毛狀，它是由許多互相平行的過飽和鐵素體片和分布在片間的斷續細小的滲碳體組成的混合物。其硬度較高，可達HRC40～45，但由于其鐵素體片較粗，因此塑性和韌性較差。下貝氏體的形成溫度在350℃～Ms，下貝氏體在光學顯微鏡下呈黑色針葉狀，在電鏡下觀察是由針葉狀的鐵素體和分布在其上的極為細小的滲碳體粒子組成的。下貝氏體具有高強度、高硬度、高塑性、高韌性，即具有良好的綜合機械性能。

7.馬氏體組織有哪幾種基本類型？它們在形成條件、晶體結構、組織形態、性能有何特點？馬氏體的硬度與含碳量關系如何？

答：（1）兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。

（2）奧氏體轉變后，所產生的M的形態取決于奧氏體中的含碳量，含碳量＜0.6%的為板條馬氏體；含碳量在0.6—1.0%之間為板條和針狀混合的馬氏體；含碳量大于1.0%的為針狀馬氏體。低碳馬氏體的晶體結構為體心立方。隨含碳量增加，逐漸從體心立方向體心正方轉變。含碳量較高的鋼的晶體結構一般出現體心正方。低碳馬氏體強而韌，而高碳馬氏體硬而脆。這是因為低碳馬氏體中含碳量較低，過飽和度較小，晶格畸變也較小，故具有良好的綜合機械性能。隨含碳量增加，馬氏體的過飽和度增加，使塑性變形阻力增加，因而引起硬化和強化。當含碳量很高時，盡管馬氏體的硬度和強度很高，但由于過飽和度太大，引起嚴重的晶格畸變和較大的內應力，致使高碳馬氏體針葉內產生許多微裂紋，因而塑性和韌性顯著降低。（3）隨著含碳量的增加，鋼的硬度增加。

8.何謂等溫冷卻及連續冷卻？試繪出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。

答：等溫冷卻：把奧氏體迅速冷卻到Ar1以下某一溫度保溫，待其分解轉變完成后，再冷至室溫的一種冷卻轉變方式。

連續冷卻：在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內所發生的轉變。

9．為什么要對鋼件進行熱處理？

答：通過熱處理可以改變鋼的組織結構，從而改善鋼的性能。熱處理可以顯著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。恰當的熱處理工藝可以消除鑄、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒、消除偏析、降低內應力，使鋼的組織和性能更加均勻。

10.試比較共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線與連續轉變曲線的異同點。

答：首先連續冷卻轉變曲線與等溫轉變曲線臨界冷卻速度不同。其次連續冷卻轉變曲線位于等溫轉變曲線的右下側，且沒有C曲線的下部分，即共析鋼在連續冷卻轉變時，得不到貝氏體組織。這是因為共析鋼貝氏體轉變的孕育期很長，當過冷奧氏體連續冷卻通過貝氏體轉變區內尚未發生轉變時就已過冷到Ms點而發生馬氏體轉變，所以不出現貝氏體轉變。

11.淬火臨界冷卻速度 Vk 的大小受哪些因素影響？它與鋼的淬透性有何關系？

答：（1）化學成分的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線右移，過冷奧氏體穩定性增加，則Vk減小，過共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線左移，過冷奧氏體穩定性減小，則Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩定性，使C曲線右移，則Vk減小。

(2)一定尺寸的工件在某介質中淬火，其淬透層的深度與工件截面各點的冷卻速度有關。如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就會淬透。然而工件淬火時表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐漸降低。只有冷速大于Vk的工件外層部分才能得到馬氏體。因此，Vk越小，鋼的淬透層越深，淬透性越好。

12.將￠5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。

答：(1)珠光體：冷卻至線~550℃范圍內等溫停留一段時間，再冷卻下來得到珠光體組織。索氏體：冷卻至650～600℃溫度范圍內等溫停留一段時間，再冷卻下來得到索光體組織。屈氏體：冷卻至600～550℃溫度范圍內等溫停留一段時間，再冷卻下來得到屈氏體組織。上貝氏體：冷卻至600～350℃溫度范圍內等溫停留一段時間，再冷卻下來得到上貝氏體組織。下貝氏體：冷卻至350℃～Ms溫度范圍內等溫停留一段時間，再冷卻下來得到下貝氏體組織。

屈氏體+馬氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度并小于獲得珠光體組織的最大冷卻速度連續冷卻，獲得屈氏體+馬氏體。

馬氏體+少量殘余奧氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度冷卻獲得馬氏體+少量殘余奧氏體。(2)

13．退火的主要目的是什么？生產上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應用范圍。

答：（1）均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調整硬度，并消除內應力和加工硬化，改善鋼的切削加工性能并為隨后的淬火作好組織準備。

（2）生產上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退火等。

（3）完全退火和等溫退火用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材。有時也用于焊接結構。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。去應力退火主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機加工的殘余內應力。

14.何謂球化退火？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？

答：（1）將鋼件加熱到Ac1以上30～50℃，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600℃后出爐空冷。

（2）過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網狀滲碳體變為球狀滲碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。

15.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：

1）經冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；

答：再結晶退火。目的：使變形晶粒重新轉變為等軸晶粒，以消除加工硬化現象，降低了硬度，消除內應力。細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度以消除加工硬化現象。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。2）ZG35的鑄造齒輪

答：完全退火。經鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現象，且存在殘余內應力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。

3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；

答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內應力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的少量鐵素體和大量珠光體。4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；

答：球化退火。由于T12鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網狀滲碳體變為球狀滲碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。

16.正火與退火的主要區別是什么？生產中應如何選擇正火及退火？

答：與退火的區別是①加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在Ac1以上30～50℃而正火加熱溫度在Accm以上30～50℃。②冷速快，組織細，強度和硬度有所提高。當鋼件尺寸較小時，正火后組織：S，而退火后組織：P。

選擇：（1）從切削加工性上考慮

切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及對刀具的磨損等。

一般金屬的硬度在HB170～230范圍內，切削性能較好。高于它過硬，難以加工，且刀具磨損快；過低則切屑不易斷，造成刀具發熱和磨損，加工后的零件表面粗糙度很大。對于低、中碳結構鋼以正火作為預先熱處理比較合適，高碳結構鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。

（2）從使用性能上考慮

如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能，但若零件的形狀比較復雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應采用退火。（3）從經濟上考慮 正火比退火的生產周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應優先考慮以正火代替退火。

17.指出下列零件的鍛造毛坯進行正火的主要目的及正火后的顯微組織：

（1）20鋼齒輪（2）45鋼小軸

（3）T12鋼銼刀

答：（1）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力，提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的大量鐵素體和少量索氏體。

（2）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力。組織：晶粒均勻細小的鐵 素體和索氏體。

（3）目的：細化晶粒，均勻組織，消除網狀Fe3CⅡ，為球化退火做組織準備，消除內應力。組織：索氏體和球狀滲碳體。

18.一批45鋼試樣（尺寸Φ15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；

（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細小晶粒，選何種工藝最合適？

答：（1）因其未達到退火溫度，加熱時沒有經過完全奧氏體化，故冷卻后依然得到組織、晶粒大小不均勻的鐵素體和珠光體。

（2）因其在退火溫度范圍內，加熱時全部轉化為晶粒細小的奧氏體，故冷卻后得到組織、晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。

（3）因其加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒劇烈長大，故冷卻后得到晶粒粗大的鐵素體和珠光體。

要得到大小均勻的細小晶粒，選第二種工藝最合適。

19.淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。

答：淬火的目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。

亞共析碳鋼淬火加熱溫度Ac3+（30～50℃），淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體。因為如果亞共析碳鋼加熱溫度在Ac1～Ac3之間，淬火組織中除馬氏體外，還保留一部分鐵素體，使鋼的強度、硬度降低。但溫度不能超過Ac3點過高，以防奧氏體晶粒粗化，淬火后獲得粗大馬氏體。

過共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+（30～50℃），淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混合組織。如果加熱溫度超過Accm，滲碳體溶解過多，奧氏體晶粒粗大，會使淬火組織中馬氏體針變粗，滲碳體量減少，殘余奧氏體量增多，從而降低鋼的硬度和耐磨性。淬火溫度過高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增加。

20.常用的淬火方法有哪幾種？說明它們的主要特點及其應用范圍。

答：常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級淬火法。

單液淬火法：這種方法操作簡單，容易實現機械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。但其缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產生變形和裂紋，油淬容易產生硬度不足或硬度不均勻等現象。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。雙液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高溫區冷速快和油在低溫區冷速慢的優點，既可以保證工件得到馬氏體組織，又可以降低工件在馬氏體區的冷速，減少組織應力，從而防止工件變形或開裂。適合于尺寸較大、形狀復雜的工件。

等溫淬火法：它是將加熱的工件放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成B轉變。等溫淬火后獲得B下組織。下貝氏體與回火馬氏體相比，在碳量相近，硬度相當的情況下，前者比后者具有較高的塑性與韌性，適用于尺寸較小，形狀復雜，要求變形小，具有高硬度和強韌性的工具，模具等。

分級淬火法：它是將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。這種方法可以減少工件內外的溫差和減慢馬氏體轉變時的冷卻速度，從而有效地減少內應力，防止產生變形和開裂。但由于硝鹽浴或堿浴的冷卻能力低，只能適用于零件尺寸較小，要求變形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。

21.說明45鋼試樣（Φ10mm）經下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700℃，760℃，840℃，1100℃。

答：700℃：因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發生相變，組織為鐵素體和珠光體。760℃：它的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。840℃：它的加熱溫度在Ac3以上，加熱時全部轉變為奧氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。1100℃：因它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。

22.有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時間，使之達到平衡狀態，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。試問：

（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？

答;因為860℃加熱溫度高，加熱時形成的奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的馬氏體晶粒較粗大。

（2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？ 答；因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，而奧氏體向馬氏體轉變是非擴散型轉變，所以冷卻后馬氏體含碳量較多。

（3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？

答：因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點，淬火后殘余奧氏體增多。

（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？

答：因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，因此加熱淬火后未溶碳化物較少

（5）你認為哪個溫度加熱淬火后合適？為什么？

答：780℃加熱淬火后合適。因為含碳量為1.2%的碳鋼屬于過共析鋼，過共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+（30～50℃），而780℃在這個溫度范圍內，這時淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混合組織，使鋼具有高的強度、硬度和耐磨性，而且也具有較好的韌性。

23.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明其回火后獲得的組織和大致的硬度：

（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。

答：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能），工件的淬火溫度為850℃左右，回火溫度為500℃～650℃左右，其回火后獲得的組織為回火索氏體，大致的硬度25～35HRC。（2）60鋼彈簧，工件的淬火溫度為850℃左右，回火溫度為350℃～500℃左右，其回火后獲得的組織為回火屈氏體，大致的硬度40～48HRC。（3）T12鋼銼刀，工件的淬火溫度為780℃左右，回火溫度為150℃～250℃，其回火后獲得的組織為回火馬氏體，大致的硬度60HRC。

24.為什么工件經淬火后往往會產生變形，有的甚至開裂？減小變形及防止開裂有哪些途徑？

答：淬火中變形與開裂的主要原因是由于淬火時形成內應為。淬火內應力形成的原因不同可分熱應力與組織應力兩種。

工件在加熱和(或)冷卻時由于不同部位存在著溫度差別而導致熱脹和(或)冷縮不一致所引起的應力稱為熱應力。熱應力引起工件變形特點時：使平面邊為凸面，直角邊鈍角，長的方向變短，短的方向增長，一句話，使工件趨于球形。

鋼中奧氏體比體積最小,奧氏體轉變為其它各種組織時比體積都會增大,使鋼的體積膨脹;工件淬火時各部位馬氏體轉變-先后不一致,因而體積膨脹不均勻。這種由于熱處理過程中各部位冷速的差異使工件各部位相轉變的不同時性所引起的應力,稱為相變應力(組織應力)。組織應力引起工件變形的特點卻與此相反：使平面變為凹面，直角變為鈍角，長的方向變長；短的方向縮短，一句話，使尖角趨向于突出。

工件的變形與開裂是熱應力與組織應力綜合的結果，但熱應力與組織應力方向恰好相反，如果熱處理適當，它們可部分相互抵消，可使殘余應力減小，但是當殘余應力超過鋼的屈服強度時，工件就發生變形，殘余應力超過鋼的抗拉強度時，工件就產生開裂。為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設計工件的結構外，在工藝上可采取下列措施： 1.采用合理的鍛造與預先熱處理

鍛造可使網狀、帶狀及不均勻的碳化物呈彌散均勻分布。淬火前應進行預備熱處理(如球化退火與正火),不但可為淬火作好組織準備,而且還可消除工件在前面加工過程中產生的內應力。

2.采用合理的淬火工藝；

正確確定加熱溫度與加熱時間,可避免奧氏體晶粒粗化。對形狀復雜或導熱性差的高合金鋼,應緩慢加熱或多次預熱,以減少加熱中產生的熱應力。工件在加熱爐中安放時,要盡量保證受熱均勻,防止加熱時變形;選擇合適的淬火冷卻介質和洋火方法(如馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火),以減少冷卻中熱應力和相變應力等。3.淬火后及時回火

淬火內應力如不及時通過回火來消除,對某些形狀復雜的或碳的質量分數較高的工件,在等待回火期間就會發生變形與開裂。

4.對于淬火易開裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。

25.淬透性與淬硬層深度兩者有何聯系和區別？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪些？

答：淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層的能力。不同的鋼在同樣的條件下淬硬層深不同，說明不同的鋼淬透性不同，淬硬層較深的鋼淬透性較好。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達到的最高硬度。鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即取決于淬火前奧氏體的含碳量。影響淬透性的因素： ① 化學成分

C曲線距縱坐標愈遠，淬火的臨界冷卻速度愈小，則鋼的淬透性愈好。對于碳鋼，鋼中含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右，臨界冷卻速度愈小，則淬透性愈好，即亞共析鋼的淬透性隨含碳量增加而增大，過共析鋼的淬透性隨含碳量增加而減小。除Co和Al（＞2.5%）以外的大多數合金元素都使C曲線右移，使鋼的淬透性增加，因此合金鋼的淬透性比碳鋼好。② 奧氏體化溫度

溫度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。

26.鋼的淬硬層深度通常是怎規定的？用什么方法測定結構鋼的淬透性？怎樣表示鋼的淬透性值。

答：為了便于比較各種鋼的淬透性，常利用臨界直徑Dc來表示鋼獲得淬硬層深度的能力。所謂臨界直徑就是指圓柱形鋼棒加熱后在一定的淬火介質中能全部淬透的最大直徑。對同一種鋼Dc油＜Dc水，因為油的冷卻能力比水低。目前國內外都普遍采用“頂端淬火法”測定鋼的淬透性曲線，比較不同鋼的淬透性。“頂端淬火法”——國家規定試樣尺寸為φ25×100mm；水柱自由高度65mm；此外應注意加熱過程中防止氧化，脫碳。將鋼加熱奧氏體化后，迅速噴水冷卻。顯然，在噴水端冷卻速度最大，沿試樣軸向的冷卻速度逐漸減小。據此，末端組織應為馬氏體，硬度最高，隨距水冷端距離的加大，組織和硬度也相應變化，將硬度隨水冷端距離的變化繪成曲線稱為淬透性曲線。

不同鋼種有不同的淬透性曲線，工業上用鋼的淬透性曲線幾乎都已測定，并已匯集成冊可查閱參考。由淬透性曲線就可比較出不同鋼的淬透性大小。

此外對于同一種鋼，因冶煉爐冷不同，其化學成分會在一個限定的范圍內波動，對淬透性有一定的影響，因此鋼的淬透性曲線并不是一條線，而是一條帶，即表現出“淬透性帶”。鋼的成分波動愈小，淬透性帶愈窄，其性能愈穩定，因此淬透性帶愈窄愈好。

27.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應用范圍。

答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內應力，使組織趨于穩定并獲得所需要的性能。

常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。

低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內應力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種回火主要應用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為HRC 58-64。

中溫回火后的組織為回火屈氏體，硬度HRC35-45，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。這種回火主要應用于含碳0.5-0.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度HRC 25-35，具有適當的強度和足夠的塑性和韌性。這種回火主要應用于含碳0.3-0.5% 的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結構零件，如軸、連桿、螺栓等。

28.指出下列組織的主要區別：（1）索氏體與回火索氏體；（2）屈氏體與回火屈氏體；（3）馬氏體與回火馬氏體。

答：由奧氏體冷卻轉變而成的屈氏體(淬火屈氏體)和索氏體(淬火索氏體)組織,與由馬氏體分解所得到的回火屈氏體和回火索氏體組織有很大的區別,主要是碳化物的形態不同。由奧氏體直接分解的屈氏體及索氏體中的碳化物是片狀的,而由馬氏體分解的回火屈氏體與回火索氏體中碳化物是顆粒狀的。回火索氏體和回火屈氏體相對于索氏體與屈氏體其塑性和韌性較好。馬氏體（M）是由A 直接轉變成碳在α—Fe中過飽和固溶體。回火馬氏體是過飽和的α固溶體（鐵素體）和與其晶格相聯系的ε碳化物所組成，其淬火內應力和脆性得到降低。

29.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優缺點及應用范圍。并說明表面淬火前應采用何種預先熱處理。

答：表面淬火的目的是使工件表層得到強化，使它具有較高的強度，硬度，耐磨性及疲勞極限，而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應保持足夠的塑性與韌性。常用的表面淬火方法有：1.感應加熱表面淬火；2.火焰加熱表面淬火。

感應加熱表面淬火是把工件放入有空心銅管繞成的感應器（線圈）內，當線圈通入交變電流后，立即產生交變磁場，在工件內形成“渦流”，表層迅速被加熱到淬火溫度時而心部仍接近室溫，在立即噴水冷卻后，就達到表面淬火的目的。

火焰加熱表面淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火法。將工件快速加熱到淬火溫度，在隨后噴水冷卻后，獲得所需的表層硬度和淬硬層硬度。感應加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點: 1)感應加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時間就可以把工件加熱至淬火溫度,:而且淬火加熱溫度高(AC3以上80~150℃)。

2)因加熱時間短,奧氏體晶粒細小而均勻,淬火后可在表面層獲得極細馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性較低。

3）感應加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應力,有效地提高了工件的疲勞強,且變形小,不易氧化與脫碳。

4)生產率高,便于機械化、自動化,適宜于大批量生產。

但感應加熱設備比火焰加熱淬火費用較貴,維修調整比較困難,形狀復雜的線圈不易制造 表面淬火前應采用退火或正火預先熱處理。

30.化學熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學熱處理方法有哪幾種？

答：化學熱處理是把鋼制工件放置于某種介質中，通過加熱和保溫，使化學介質中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學成分，使心部與表層具有不同的組織與機械性能。化學熱處理的過程： 分解：化學介質要首先分解出具有活性的原子； 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶體或化合物； 擴散：被工件吸收的活性原子，從表面想內擴散形成一定厚度的擴散層。常用的化學熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。

31.試述一般滲碳件的工藝路線，并說明其技術條件的標注方法。

答：一般滲碳件的工藝路線為： 下料→鍛造→正火→切削加工→渡銅（不滲碳部位）→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→精磨→成品

32.氮化的主要目的是什么？說明氮化的主要特點及應用范圍。

答：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝稱為滲氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。氮化的主要特點為：1)工件經滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),滲氮層的硬度一般可達950~1200HV(相當于68-72HRC),且滲氮層具有高的紅硬性(即在600~650℃仍有較高硬度)。2)工件經滲氮后滲氮層體積增大,造成表面壓應力,使疲勞強度顯著提高。3)滲氮層的致密性和化學穩定性均很高,因此滲氮工件具有高的耐蝕性。4)滲溫度低,滲氮后又不再進行熱處理,所以工件變形小,一般只需精磨或研磨、拋光即可。

滲氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各種高速傳動的精密齒輪、高精度機床主軸(如鍾軸、磨床主軸)、分配式液壓泵轉子,交變載荷作用下要求疲勞強度高的零件(高速柴油機曲軸),以及要求變形小和具有一定耐熱、抗蝕能力的耐磨零件(閥門)等。

33.試說明表面淬火、滲碳、氮化熱處理工藝在用鋼、性能、應用范圍等方面的差別。

答：表面淬火一般適用于中碳鋼（0.4~0.5%C）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調質狀態的組織。應用范圍：（1）高頻感應加熱表面淬火應用于中小模數齒輪、小型軸的表面淬火。（2）中頻感應加熱表面淬火主要用于承受較大載荷和磨損的零件,例如大模數齒輪、尺寸較大的曲軸和凸輪軸等。(3)工頻感應加熱表面淬火工頻感應加熱主要用于大直徑鋼材穿透加熱和要求淬硬深度深的大直徑零件,例如火車車輪、軋轆等的表面淬火。

滲碳鋼都是含0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。滲碳層深度一般都在0.5~2.5mm。

鋼滲碳后表面層的碳量可達到0.8～1.1%C范圍。滲碳件滲碳后緩冷到室溫的組織接近于鐵碳相圖所反映的平衡組織，從表層到心部依次是過共析組織，共析組織，亞共析過渡層，心部原始組織。

滲碳主要用于表面受嚴重磨損，并在較大的沖載荷下工作的零件（受較大接觸應力）如齒輪、軸類、套角等。

氮化用鋼通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的鋼，如38CrMoAlA是一種比較典型的氮化鋼，此外還有35CrMo、18CrNiW等也經常作為氮化鋼。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點： 1）氮化前需經調質處理，以便使心部組織具有較高的強度和韌性。2）表面硬度可達HRC65～72，具有較高的耐磨性。

3）氮化表面形成致密氮化物組成的連續薄膜，具有一定的耐腐蝕性。4）氮化處理溫度低，滲氮后不需再進行其它熱處理。

氮化處理適用于耐磨性和精度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。如：發動機的汽缸、排氣閥、高精度傳動齒輪等。

34.擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為： 鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工

（4）

試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；

（5）

指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（6）

制定最終熱處理工藝規定（溫度、冷卻介質）

答：（1）工藝路線為：鍛造—退火—機加工—淬火后低溫回火—磨加工。退火處理可細化組織，調整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內應力。（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體，大致的硬度60HRC。（3）T10車刀的淬火溫度為780℃左右，冷卻介質為水；回火溫度為150℃～250℃。35.選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：

（1）某機床變速箱齒輪（模數m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；

（2）某機床主軸，要求有良好的綜合機械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC 50-55），材料選用45鋼；

（3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機械性能，材料選用38CrMoALA。

答：（1）下料→鍛造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品（2）下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品（3）下料→鍛造→退火→粗加工→調質→精加工→氮化→研磨→成品

36.某型號柴油機的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用45鋼調質處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回火，現因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明：（1）原45鋼各熱處理工序的作用；

（2）改用15鋼后，應按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？

（3）改用15鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下采用何種熱處理工藝？

答：（1）正火處理可細化組織，調整硬度，改善切削加工性；調質處理可獲得高的綜合機械性能和疲勞強度；局部表面淬火及低溫回火可獲得局部高硬度和耐磨性。

（2）不能。改用15鋼后按原熱處理工序會造成心部較軟，表面硬，會造成表面脫落。（3）滲碳。

37.有甲、乙兩種鋼，同時加熱至 1150 ℃，保溫兩小時，經金相顯微組織檢查，甲鋼奧氏體晶粒度為 3 級，乙鋼為 6 級。由此能否得出結論：甲鋼是本質粗晶粒鋼，而乙鋼是本質細晶粒鋼？

答：不能。本質晶粒度是在930±19℃,保溫3~8小時后測定的奧氏體晶粒大小。本質細晶粒鋼在加熱到臨界點Acl以上直到930℃晶粒并未顯著長大。超過此溫度后,由于阻止晶粒長大的難溶質點消失,晶粒隨即迅速長大。1150 ℃超過930℃，有可能晶粒隨即迅速長大，所以不能的出結論甲鋼是本質粗晶粒鋼，而乙鋼是本質細晶粒鋼。

38.為什么用鋁脫氧的鋼及加入少量 Ti，Zr，V，Nb, W 等合金元素的鋼都是本質細晶粒鋼？奧氏體晶粒大小對轉變產物的機械性能有何影響？

答：鋁脫氧及加入少量 Ti，Zr，V，Nb, W 等合金元素會形成高溫難溶的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的長大。所以加入以上合金元素的鋼都是本質細晶粒鋼。

39.鋼獲得馬氏體組織的條件是什么？與鋼的珠光體相變及貝氏體相變比較，馬氏體相變有何特點？

答：鋼獲得馬氏體組織的條件是：鋼從奧氏體狀態快速冷卻,來不及發生擴散分解而發生無擴散型的相變。

馬氏體相變的特點為：

(1)無擴散性。鋼在馬氏體轉變前后,組織中固溶的碳濃度沒有變化,馬氏體和奧氏體中固溶的碳量一致,僅發生晶格改變,因而馬氏體的轉變速度極快。(2)有共格位向關系。馬氏體形成時,馬氏體和奧氏體相界面上的原子是共有的,既屬于馬氏體,又屬于奧氏體,稱這種關系為共格關系。

(3)在通常情況下,過冷奧氏體向馬氏體轉變開始后,必須在不斷降溫條件下轉變才能繼續進行,冷卻過程中斷,轉變立即停止。

40.說明共析鋼 C 曲線各個區,各條線的物理意義，并指出影響 C 曲線形狀和位置的主要因素。

答：過冷奧氏體等溫轉變曲線說明：

1)由過冷奧氏體開始轉變點連接起來的曲線稱為轉變開始線;由轉變終了點連接起來的曲線稱為轉變終了線。A 1線以右轉變開始線以左的區域是過冷奧氏體區;A1線以下,轉變終了線以右和Ms點以上的區域為轉變產物區;在轉變開始線與轉變終了線之間的區域為過冷奧氏體和轉變產物共存區。

2)過冷奧氏體在各個溫度等溫轉變時,都要經過一段孕育期（它以轉變開始線與縱坐標之間的水平距離來表示）。對共析碳鋼來說,轉變開始線在550℃出現拐彎，該處被稱為C曲線的鼻尖,它所對應的溫度稱為鼻溫。

3)共析碳鋼的過冷奧氏體在三個不同溫度區間,可發生三種不同的轉變:在C曲線鼻尖以上部分,即A1~550℃之間過冷奧氏體發生珠光體轉變,轉變產物是珠光體,故又稱珠光體轉變;在C曲線鼻尖以下部分,即550℃~Ms之間,過冷奧氏體發生貝氏體轉變,轉變產物是貝氏體,故又稱貝氏體轉變;在Ms點:以下,過冷奧氏體發生馬氏體轉變,轉變產物是馬氏體,故又稱馬氏體轉變。

亞共析和過共析鋼的等溫轉變C曲線,與共析鋼的不同是,亞共析鋼的C曲線上多一條代表析出鐵素體的線。過共析鋼的C曲線上多一條代表二次滲碳體的析出線。影響 C 曲線形狀和位置的主要因素有：

凡是提高奧氏體穩定性的因素,都使孕育期延長,轉變減慢,因而使C曲線右移。-反之,使C曲線左移。碳鋼c曲線的位置與鋼的含碳量有關,在亞共析鋼中,隨著含碳量的增加,鋼的C曲線位置右移。在過共析鋼中,隨著含碳量的增加,c曲線又向左移。除此之外,鋼的奧氏體化溫度愈高,保溫時間愈長,奧氏體晶粒愈粗大,則C曲線的位置愈右移。

41.將 20 鋼及 60 鋼同時加熱至 860 ℃，并保溫相同時間，問哪種鋼奧氏體晶粒粗大些？

答：60 鋼奧氏體晶粒粗大些。

第六章

合 金 鋼

1.為什么比較重要的大截面的結構零件如重型運輸機械和礦山機器的軸類，大型發電機轉子等都必須用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優缺點？

答： 碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現內外性能不均，對于一些大型的機械零件，（要求內外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，比較重要的大截面的結構零件如重型運輸機械和礦山機器的軸類，大型發電機轉子等都必須用合金鋼制造。(1)如上所述合金鋼的淬透性高(2)合金鋼回火抗力高

碳鋼淬火后，只有經低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過200℃，其硬度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對于要求耐磨，切削速度較高，刃部受熱超過200℃的刀具就不能采用碳鋼制作而采用合金鋼來制作。(3)合金鋼能滿足一些特殊性能的要求

如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）。

2.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni對鋼的C曲線和MS點有何影響？將引起鋼在熱處理、組織和性能方面的什么變化？

答：除Co以外，大多數合金元素都增加奧氏體的穩定性，使C曲線右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改變C曲線的形狀，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲線右移外，還將C曲線分裂為珠光體轉變的貝氏體轉變兩個C曲線，并在此二曲線之間出現一個過冷奧氏體的穩定區。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms點降低，殘余奧氏體量增多。

由于合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移, 從而使退火狀態組織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距離減小, 這也使鋼的強度增加, 塑性下降。由于過冷奧氏體穩定性增大, 合金鋼在正火狀態下可得到層片距離更小的珠光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織, 從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結構鋼的實際含量)下影響很小。合金元素都提高鋼的淬透性, 促進馬氏體的形成, 使強度大為增加但焊接性能變壞。

3.合金元素對回火轉變有何影響？

答；合金元素對回火轉變及性能的影響如下： 1.產生二次硬化

由于合金元素的擴散慢并阻礙碳的擴散,還阻礙碳化物的聚集和長大,因而合金鋼中的碳化物在較高的回火溫度時,仍能保持均勻彌散分布的細小碳化物的顆粒。強碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量較高及在一定回火溫度下,還將沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度彌散分布在馬氏體基體上,并與馬氏體保持共格關系,阻礙位錯運動,使鋼的硬度反而有所提高,這就形成了二次硬化。鋼的硬度不僅不降低,反而再次提高。

在合金鋼中,當含有W、Mo、Ti、V、Si等,它們一般都推遲a相的回復與再結晶和碳化物的聚集,從而可抑制鋼的硬度、強度的降低。2.提高淬火鋼的回火穩定性（耐回火性）

由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程,使回火的硬度降低過程變緩,從而提高鋼的回火穩定性。由于合金鋼的回火穩定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當回火溫度相同時,合金鋼的強度、硬度都比碳鋼高。

3.回火時產生第二類回火脆性

在合金鋼中,除了有低溫回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的鋼中,在550~650℃回火后,又出現了沖擊值的降低(如圖8),稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。此高溫回火脆性為可逆回火脆性，或第二類回火脆性。產生這類回火脆性的原因,一般認為是由于錫、磷、銻、砷等有害元素沿奧氏體晶界偏聚,減弱了晶界上原子間的結合力所致。4.解釋下列現象：

（1）在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高；

答：在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，其主要原因是合金元素的加入而改變了碳在鋼中的擴散速度所致。非碳化物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奧氏體中的擴散激活能,增加奧氏體形成速度。相反,強碳化物形成元素如v、Ti、w、Mo等,與碳有較大的親合力,增加碳在奧氏體中的擴散激活能,強烈地減緩碳在鋼中的擴散,大大減慢了奧氏體化的過程。

奧氏體形成后,尚未固溶的各種類型的碳化物,其穩定性各不相同。穩定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奧氏體中,需要進一步提高加熱溫度,這類合金元素將使奧氏體化的時間增長。

合金鋼中奧氏體化過程還包括均勻化的過程。它不但需要碳的擴散,而且合金元素也必需要擴散。但合金元素的擴散速度很慢,即使在1000℃的高溫下,也僅是碳擴散速度的萬分之幾或干分之幾。因此,合金鋼的奧氏體成分均勻化比碳鋼更緩慢。以保證合金元素溶入奧氏體并使之均勻化,從而充分發揮合金元素的作用。

（2）

在相同含碳量情況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩定性；

答：當溫度超過150℃以后,強碳化物形成元素可阻礙碳的擴散,因而提高了馬氏體分解溫度。與碳鋼相比,合金鋼中的殘余奧氏體要在更高的回火溫度才能轉變。在高合金鋼中殘余奧氏體十分穩定,甚至加熱到500~600℃并保溫一段時間仍不分解。合金元素的擴散慢并阻礙碳的擴散,阻礙了碳化物的聚集和長大，使回火的硬度降低過程變緩,從而提高鋼的回火穩定性。由于合金鋼的回火穩定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當回火溫度相同時,合金鋼的強度、硬度都比碳鋼高。（3）

含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼；

答：由于合金元素加入后顯著改變了S點的位置，使它向碳含量減少的方向移動。所以含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼（4）

高速鋼在熱鍛或熱軋后，經空冷獲得馬氏體組織。

答：由于鋼中含有大量的合金元素，高速鋼的過冷奧氏體非常穩定，因而鋼的淬透性很高。對于中、小型刃具在熱鍛或熱軋后，經空冷可獲得馬氏體組織。

5.何謂調質鋼？為什么調質鋼的含碳量均為中碳？合金調質鋼中常含哪些合金元素？它們在調質鋼中起什么作用？

答：通常把經調質處理后才使用的鋼稱為調質鋼。從碳含量上看，低碳鋼在淬火及低溫回火狀態雖具有良好的綜合機械性能，但它的疲勞極限低于中碳鋼，淬透性也不如中碳鋼。高碳鋼雖然強度高，但它的韌性及塑性很低。因此，調質鋼的含碳量均為中碳。

合金調質鋼中常含合金元素有鉻、錳、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鋁、鈦等。合金調質鋼的主加元素有鉻、錳、鎳、硅等,以增加淬透性。它們在鋼中除增加淬透性外,還能強化鐵素體,起固溶強化作用。輔加元素有鉬、鎢、釩、鋁、鈦等。鉬、鎢的主要作用是防止或減輕第二類回火脆性,并增加回火穩定性;釩、鈦的作用是細化晶粒;加鋁能加速滲氮過程。

6.W18Cr4V鋼的Ac1約為820℃，若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規方法來確定淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達到高速切削刃具所要求的性能？為什么？W18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560℃三次回火，又是為什么？

答：若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規方法來確定W18Cr4V鋼淬火加熱溫度，在最終熱處理后不能達到高速切削刃具所要求的性能。因為若按常規方法來確定淬火加熱溫度，則合金碳化物不易溶解，不能滿足在高速切削時刀具應保持紅硬性、高耐磨性的要求。為使奧氏體得到足夠的合金化，必須加熱到遠遠大于Ac1的溫度，既1280℃左右。18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560℃三次回火，這是為消除殘余奧氏體。

第七章

鑄

鐵

1.白口鑄鐵、灰口鑄鐵和鋼，這三者的成分、組織和性能有何主要區別？

答：碳鋼是指含碳量0.02%～2.14%的鐵碳合金，鑄鐵是指大于2.14%的鐵碳合金。與鋼相比，鑄鐵中含碳及含硅量較高。比碳鋼含有較多硫、磷等雜質元素。

鋼的組織為鐵素體+珠光體、珠光體、珠光體+二次滲碳體；鋼的組織為珠光體+二次滲碳體+萊氏體、萊氏體、一次滲碳體+萊氏體。

鋼中低碳鋼塑性韌性較好、強度和硬度較低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳鋼有優良的綜合機械性能；高碳鋼塑性韌性較低，但強度和硬度較高、耐磨性較好。以上鋼均可進行鍛造和軋制，并可經過熱處理改變其組織，進而極大的提高其性能。

白口鑄鐵組織中存在著共晶萊氏體,性能硬而脆,很難切削加工,但其耐磨性好，鑄造性能優良。

灰鑄鐵組織中碳全部或大部分以片狀石墨形式存在,斷口呈暗灰色。其鑄造性能、切削加工性、減摩性、消震性能良好，缺口敏感性較低。

2.化學成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化和基體組織有何影響？

答：(1)化學成分

1)碳和硅。碳和硅是強烈促進石墨化元素,鑄鐵中碳和硅的含量越高,就越容易充分進行石墨化。由于共晶成分的鑄鐵具有最佳的鑄造性能。因此,將灰鑄鐵的碳當量均配制到4%左右。2)錳。錳是阻止石墨化的元素,但錳與硫化合成硫化錳,減弱了硫的有害作用,結果又間接促進石墨化的作用。故鑄鐵中有適量的錳是必要的。

3)硫。硫是強烈阻礙石墨化的元素,它不僅強烈地促使白口化,而且還會降低鑄鐵的流動性和力學性能,所以硫是有害元素,必須嚴格控制其含量。(2)冷卻速度

生產實踐證明,在同一成分的鑄鐵件中,其表面和薄壁部分易出現白口組織,而內部和厚壁處則容易進行石墨化。由此可見,冷卻速度對石墨化的影響很大。冷卻速度越慢,原子擴散時間充分,也就越有利于石墨化的進行。冷卻速度主要決定于澆注溫度、鑄件壁厚和鑄型材料。4)磷。磷是弱促進石墨化的元素,同時能提高鐵液的流動性,但磷的含量過高會增加鑄鐵的脆性,使鑄鐵在冷卻過程中易開裂,、所以也應嚴格控制其含量。

3.試述石墨形態對鑄鐵性能的影響。

答：灰鑄鐵中石墨呈片狀，片狀石墨的強度、塑性、韌性幾乎為零,存在石墨地方就相當于存在孔洞、微裂紋,它不僅破壞了基體的連續性,減少了基體受力有效面積,而且在石墨片尖端處形成應為集中,使材料形成脆性斷裂。石墨片的數量越多,尺寸越粗大,分布越不均勻,鑄鐵的抗拉強度和塑性就越低。由于灰鑄鐵的抗壓強度、硬度與耐磨性主要取決于基體,石墨存在對其影響不大。故灰鑄鐵的抗壓強度一般是抗拉強度的3-4倍。

球墨鑄鐵中石墨呈球狀，所以對金屬基體的割裂作用較小,使得基體比較連續,在拉伸時引起應力集中的現象明顯下降,從而使基體強度利用率從灰鑄鐵的30%~50%提高到70%~90%,這就使球墨鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性、疲勞強度不僅高于其它鑄鐵,而且可以與相應組織的鑄鋼相比。

可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀。與灰鑄鐵相比對金屬基體的割裂作用較小,可鍛鑄鐵具有較高的力學性能,尤其是塑性與韌性有明顯的提高。

第八章

有色金屬及其合金 1.不同鋁合金可通過哪些途徑達到強化目的？

答：鑄造鋁硅合金可通過變質處理達到強化的目的。能熱處理強化的變形鋁合金可利用時效強化（固溶處理后時效處理）達到強化目的。

2.何謂硅鋁明？它屬于哪一類鋁合金？為什么硅鋁明具有良好的鑄造性能？在變質處理前后其組織及性能有何變化？這類鋁合金主要用在何處？

答：鋁硅鑄造合金又稱為硅鋁明，由于含硅量為17%附近的硅鋁明為共晶成分合金，具有優良的鑄造性能。在鑄造緩冷后,其組織主要是共晶體(α十Si),其中硅晶體是硬化相,并呈粗大針狀,會嚴重降低合金的力學性能,為了改善鋁硅合金性能,可在澆注前往液體合金中加入含鈉的變質劑,納能促進硅形核,并阻礙其晶體長犬,使硅晶體成為極細粒狀均勻分布在鋁基體上。鈉還能使相圖中共晶點向右下方移動,使變質后形成亞共晶組織。變質后鋁合金的力學性能顯著提高。

鑄造鋁硅合金一般用來制造質輕、耐蝕、形狀復雜及有一定力學性能的鑄件,如發動機缸體、手提電動或風動工具(手電鉆)以及儀表外殼。同時加入鎂、銅的鋁硅系合金(如ZL108),在變質處理后還可進行固溶處理+時效,使其具有較好耐熱性和耐磨性,是制造內燃機活塞的材料。

第四篇：工程熱物理碩士個人簡歷

基本簡歷

姓名： 胡先生

年齡： 24 歲

國籍： 中國

民族： 漢族

目前所在地： 廣州

戶口所在地： 湖南

婚姻狀況： 未婚

求職意向

人才類型： 應屆畢業生?

應聘職位： 動力電氣類：熱能與動力工程、建筑/房地產/物業管理類：建筑工程管理、能源水利類：暖通空調、能源利用相關工作

求職類型： 全職

可到職日期： 隨時

月薪要求： 3500--5000

希望工作地區： 廣東省

教育經歷

起始年月 終止年月 學校（機構）專業

2004-09 2008-07 天津工業大學 建筑環境與設備工程 學士

2008-09 2010-07 北京交通大學 工程熱物理 碩士

能力及專長

英語：CET-6，2006年6月通過大學英語六級考試，480分

國家計算機三級（網絡技術），熟悉VB和C語言運行環境，能熟練應用日常的辦公軟件和AutoCAD繪圖軟件。

系統學習了本科和碩士階段的全部核心課程，有較強的實踐應用能力和動手能力。

自我評價

勤奮努力，能吃苦耐勞；有較強的自學能力，接受新鮮事物能力、分析判斷能力較突出；具有較強的團隊合作精神及組織、管理能力。

獲獎情況

本科階段

曾獲天津市大學生數學競賽二等獎、天津工業大學“桑麻”三等獎學金、福田獎學金以及天津工業大學“優秀畢業生”稱號。

碩士階段

2008-2009學年獲北京交通大學三等獎學金、2009-2010學年獲北京交通大學二等獎學金。

社會實踐

本科階段：

系統考察過大型超市、綜合辦公樓、工業廠房等建筑的空調系統布局特點及城市供熱站管路系統優化；參加過環境監測小組，主持過居室內污染物濃度監測及采樣分析工作。

碩士階段：

參與了導師所主持的中國-歐盟能源環境項目“中國工業爐窯用能和排放情況調查及合理用能的診斷方法”和國家自然科學基金項目：脈動熱管內相變流動的機理研究；2008年8月至9月在北京鑒衡認證中心實習，主要給企業做節能量的審核工作。

本科主修課程

工程熱力學、傳熱學、流體力學、空氣調節、供熱工程、熱質交換原理與設備、供熱工程、工業通風、鍋爐與鍋爐房設備、空氣調節、空調用制冷技術等。

碩士主修課程

高等工程熱力學、高等傳熱學、高等流體力學、湍流與燃燒、數值分析、數理統計、換熱器理論與分析等等。

聯系方式

通訊地址：

聯系電話： 1588888888

電子郵件： diyifanwen@glzy8.com

個人主頁： http://www.tmdps.cn

第五篇：熱工程監理工作總結

嘉興協鑫環保熱電有限公司#2機、#3爐續建工程

熱工程監理工作總結

編

寫:周 衛 東 總

監:孔 凡 新

河南卓越工程管理有限公司

駐嘉興協鑫環保熱電有限公司續建工程項目監理部

2007年8月5日

熱工工程監理工作總結

在浙江嘉興協鑫環保熱電有限公司續建安裝工程中，根據卓 越工程管理有限公司和總監的安排，我負責了該工程的熱工監理工作。它主要包括一臺75T/h流化床#3鍋爐、一臺6000kw/6.3kv#2汽機、除氧給水部分、化學水處理部分的熱工控制。在建設方（浙江嘉興協鑫環保熱電有限公司）、監理方（河南卓越工程管理有限公司）、施工方（山東迪爾安裝集團有限公司第六分公司）等 的共同努力下，冒著高溫，經過三個多月的艱苦奮戰，于七月三十日熱工工程安裝完成并沖轉成功、并網發電。

在此次熱工安裝工程中，校驗并安裝了壓力變送器120臺、壓力表115只、電動執行機構37臺、熱電阻（偶）89只、雙金屬溫度計8只等儀器、儀表，完成了主要控制柜4臺、儀表柜1臺的接線和管道敷設橋架架設的任務。創造出了各分項工程質量合格率100%，優良率95%以上的佳績。

我主要從事了以下工作：

一． 認真編寫并執行熱工工程監理細則

為了提高熱控儀器、儀表的安裝質量,按預定工期完成安裝任務,我依照本工程熱控安裝的特點、熱工工程安裝的有關規范、建設方的安裝要求和本工程安裝的施工圖紙，主要從這些方面（取源部件及敏感元件安裝；儀表盤、柜安裝； 熱工線管敷設；儀表控制線、電纜敷設）入手，認真編寫熱工工程監理細則，并按照其內容一步一步的執行。最終把安裝過程中的質量、進度、安全控制到最佳狀態。

二．審核并改進施工單位編制的有關文件和開工報告

在施工規范和熱控安裝工藝的指導下，認真審閱施工單位編制的熱工作業指導書，并根據現場實際情況，多次和建設方商定，修整了指導書的某些內容，進一步優化了施工方案，加快了施工進度。然后通過對施工方各方面的實際考察，在條件完全具備的情況下才允許開工。

三．嚴格進行材料進場驗收和校驗

每次材料進場前都和施工方一起進行開箱檢查，從儀器、儀表、變送器等主要熱控元件的數量、型號、出廠日期、合格證、使用說明書等方面驗收、核對；同時，嚴格按照本熱工工程的實際安裝要求，校驗熱控元件，調試其使用范圍，并出校驗報告。四．對熱工工程的主要安裝工序進行旁站，并做好旁站記錄，發現問題，及時通知。其內容為：

（1）盤柜就位：要注意搬運方法，不要用鐵器硬搬，以免盤柜表面損壞和變形；盤柜底座型鋼應進行防腐處理。

（2）校驗儀器、儀表、變送器等：要按照校驗方法、步驟進行；當時就出校驗記錄，不要以后再出校驗記錄，影響安裝。（3）鍋爐、汽機的DCS柜：問題是接線速度緩慢、接線現場衛生差、人數少。

（4）機動操作機構調試（單體調試）：問題是有幾處接線錯誤和有一處機械部分卡死。

（5）鍋爐、汽機的隱蔽管線：要認真檢查鍍鋅鋼管接口、接地。

以上各項現場通知后都已改正。五．安全巡視

每天在安裝質量、進度的正常進行下，巡視安全是最重要的。發現的主要問題有：（1）高空作業沒系安全帶；（2）手動電工具沒有插頭和接地線；

（3）天氣炎熱也應腳穿絕緣鞋、頭戴安全帽；

（4）隨身帶好自己的工具，不要隨地亂扔，特別是高空作業，以避免利器落下傷人；

（5）不注意工作現場衛生，導致電焊火花點燃可燃物品；（6）不注意單梯的擺放角度，另外一個人在上面工作，一個人應該在下面扶牢；

（7）電焊機接線不牢固，出現打火現象；

（8）天氣炎熱，電焊機等電流大的用電設備電源線易老化，應注意更換；

以上問題發現后告訴施工方，立即得到了改正。六．寫好監理日記

每天按照慣例到工地巡視，認真記錄下施工方的進場材料、安裝質量、進度、安全等重要事情。回來后，寫好監理日記。

除此之外在日常的監理工作中做到以下幾點也是很重要的：

（1）處理好建設方、監理方、施工方三方的關系；本專業（熱控）和其它專業（土建、鍋爐、電氣等）的關系。

（2）在監理工作過程中發現的重要施工問題能夠及時向監理方提出，并簽發相應的監理工程師通知單。

（3）根據熱工工程的實際情況，注意加強各種主要熱工運行環節的連鎖控制。

（4）對難度大的工序進行人員調配，例如DCS柜的接線，須專人識圖、專人接線，這樣才能快、準、穩地完成接線、布線任務，為以后的調試，正常運轉做好準備。

（5）嚴把質量驗收單這一關。除了經常在工地巡檢施工單位的安裝質量外,在施工單位的單項、分項熱工工程安裝結束后,自己能同建設單位和施工單位一道進行已完工程的驗收工作,把質量驗評表上的安裝檢查項目、質量標準與實際安裝情況進行了嚴格的對照,對質量驗評表上填寫內容不規范或不正確的地方進行了指正并要求施工單位予以更正,確認無誤后及時予以簽證。對于聯合驗收中提出的消缺項目, 消缺不結束,自己在聯合驗收單上不簽字,在施工單位報告消缺施工結束后,自己再到現場驗看后才予以簽證.監理工程師：周衛東

嘉興協鑫續建工程項目監理部

2007年8 月5 日