第一篇：機械工程材料與熱處理整理word版

機械工程材料與熱處理

航空制造工程系

12107439

侯佳第一篇機械工程材料基礎

項目一材料性能的認識

1.1材料的力學性能

2.2材料的其他性能

項目二金屬材料結構的認識

2.1金屬材料晶體結構

2.2純金屬的結晶

2.3合金的形成1.1材料的力學性能

1.1.1強度與塑性

1.強度及其指標

⑴強度：指金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

⑵強度指標：

①彈性極限:指試樣產生完全彈性變形

時所能承受的最大應力。

②屈服極限：指試樣在拉伸試驗過程

中，力保持恒定仍能繼續變形的應力。

③抗拉強度：指試樣拉斷前所能承受的最大拉應力。

2.塑性及其指標

⑴塑性：指金屬在靜載荷作用下不可逆變形的能力。

⑵塑性指標：

①斷后伸長率：指試樣拉斷后的標距增長量

與原始標距之比。

②斷面收縮率：指試樣拉斷后縮頸處橫截面

面積的縮減量與原始截面面積之比。

1.1.2硬度

⑴硬度：材料局部抵抗硬物壓入其表面（抵抗塑性變形和破裂）的能力。它是衡量金屬軟硬程

度的一種性能指標。

⑵根據其測試方法不同，硬度試驗可分為：

ⅰ布氏硬度

①靜壓法ⅱ洛氏硬度（目前常用，下面介紹）

ⅲ維氏硬度

②劃痕法（莫氏硬度）③回跳法（肖氏硬度）

④顯微硬度⑤高溫硬度等等

ⅰ布氏硬度（HB）

a 壓痕大

特點： b 能客觀反映被測金屬的平均硬度

c 試驗結果較準確，數據重復性強

缺點：壓痕大，不宜測量成品或薄片金屬

硬度。

ⅱ 洛氏硬度（HR）

a 壓痕小

特點：b操作迅速簡單

c 對試樣損傷小（常用來檢驗成品及半成品）

壓痕小，對內部組織

缺點：和硬度不均勻的材料，所測結果不夠準確。

ⅲ 維氏硬度（HV）

a 適用范圍寬（從極軟到極硬都可以）

特點：b 結果精確可靠

缺點： 測量效率低，沒有洛氏硬度方便。

1.1.3 沖擊韌性

1.沖擊吸收功

①沖擊載荷：在很短時間內（或突然）施加

在構件上的載荷。

②沖擊韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗破壞的能力。

③沖擊功：試樣在沖擊力一次作用下折斷時所吸收的功（Ak）。

④沖擊功Ak越大，材料的韌性越好。

⑤影響沖擊功的因素：形狀、尺寸、表面粗糙度、內部組織和缺陷。

1.1.4 疲勞

1.疲勞現象

指承受交變應力或重復應力的零件，在工作過程中，往往在工作應力低于其屈服強度的情況下發生斷裂的現象。

2.疲勞強度

a 改善設計結構

3.提高零件疲b 避免零件應力集中

勞強度的方法；c 改善零件表面粗糙度

d表面熱處理（高頻淬火）

e 表面形變強化

f 化學熱處理

1.2材料的其他性能

1.2.1材料的物理化學性能

1.材料的物理性能

⑴密度⑵熔點

⑶導熱性⑷導電性

⑸熱膨脹性 ⑹磁性

2.金屬的化學性能

⑴耐腐蝕性⑵抗氧化性

金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性統稱化學穩定性。

1.2.2金屬的工藝性能

⑴鑄造性能⑵壓力加工性能⑶焊接性能

⑷切削加工性能⑸熱處理工藝性能

板、棒、型材、管材焊接

鑄錠-熱鍛-熱軋機加工

冶煉-鑄造鍛件冷軋、冷拔、冷沖零件

鑄件機加工

2.1金屬材料晶體結構

2.1.1 晶體與非晶體

1.晶體：內部質點按一定的幾何規律呈周期性規則排列的物質。

晶體通常具有固定的熔點和各項異性等特性。

2.非晶體：內部質點無規則地堆積在一起的物質。

非晶體材料往往沒有固定的熔點，在各個方向的性能相同，即所謂各項同性。

3.晶體與非晶體在一定條件下可以互相轉化。

2.1.2純金屬的晶體結構

1.晶體結構的基本知識

⑴晶格⑵晶胞⑶晶格常數

a 體心立方晶格

(阿爾法-Fe、Cr、W、V、Mo等)

2.常見的晶格類型：b 面心立方晶格

（伽馬-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等）

c 密排立方晶格

（Mg、Zn、Be、Cd等）

2.1.3 實際晶格中的缺陷

1.實際金屬通常都是有很多外形不規則的小晶粒組成的，成為多晶體。

2.晶體內部原子按照一定規律排列的很整齊，這種晶體成為理想晶體。

ⅰ點缺陷

3.晶體的缺陷：ⅱ線缺陷

（按幾何形狀分）ⅲ面缺陷

ⅰ 點缺陷

①當一個原子具有足夠大的能量時，能克服周圍

原子對它的牽制作用，脫離平衡位置而逃走，使結構中出現了空結點，稱為空位。

②當金屬中含有雜質，而這些雜質原子又相當小

時，這些雜質原子往往存在于金屬晶格的間隙

中，稱為間隙原子。

③當異類原子占據晶格位置時，稱為轉換原子。

點缺陷使金屬屈服點增高，影響了一部分物理

性能和化學性能。

ⅱ 線缺陷

⑴位錯：晶體中某處有一列或若干列原子發生有規律的錯排現象叫做位錯。

①刃型位錯：在晶體的某一水平面上，多出一個半原子面，這個半原子面如

同刀刃一樣插入晶體，稱為刃型位錯。

位錯：②螺型位錯：晶體上下兩部分的原子排

列面在某些區域互相吻合的次序發生

錯動，使不吻合的過渡區域原子排列

成螺旋形，稱為螺型位錯。

⑵位錯密度增大，硬度（強度）提高。

⑶金屬材料的塑性與位錯的移動有關。

ⅲ面缺陷（主要指晶界與亞晶界）

⑴ 晶界：晶粒之間的界面。

⑵亞晶粒：每個晶粒都是由一些小晶塊組成，稱這些小晶塊為亞晶粒。

⑶亞晶界：兩個亞晶粒的邊界是由一系列刃型位錯構成的角度特別小的晶界，稱為亞境界。⑷面缺陷使金屬的強度和塑性提高。

2.2純金屬的結晶

2.2.1 純金屬結晶過程

1.過冷現象

⑴實際金屬總是在過冷情況下進行結晶的，所以過冷是結晶的一個必要條件。

⑵結晶溫度通常采用熱分析法測量。

2.純金屬的結晶過程

⑴ 結晶過程總是從形成一些極小的晶體開始，這些細小晶體稱為晶核。

⑵ 結晶基本過程：形核與其長大過程。

⑴自發型（均質形核）：僅

依靠自身的原子有規律排

⑶ 形核方式： 列而形成晶核。

⑵非自發型（非均質形核）：

依附在固態雜質微粒表面很

容易形成的晶核。

2.3合金的形成2.3.1 合金、相和組織的基本概念

⑴組元：組成合金的最基本的、獨立的物質。

⑵合金系：由給定的組元可以配制成一系列不同合金，組成一個系統。

⑶相：指金屬或合金中化學成分、晶體結構及原子聚集狀態相同的，并于其它部分有明顯界面分開的均勻組成部分。

⑷組織：指用金相觀察方法看到的由形態、尺寸不同和分布方式不同的一種或多種相構成的組合形貌。

2.3.2 合金形成相結構的方式

1.固溶體：合金組元通過溶解一種成分和性能均

勻的且晶格類型與組元之一相同的固相。

⑴溶劑：能夠保持其原有的晶格類型的組元稱為

溶劑。

⑵溶質：失去原有晶格類型的組元稱為溶質。

a 間隙固溶體

⑶固溶體：b 置換固溶體

2.金屬化合物

第二篇：材料與熱處理

討論題

1、什么是鋼、鐵？

2、鐵鍋是鐵制成的？

4、鐵皮、鐵釘、鐵絲是鐵制成的？

5、為什么要“趁熱打鐵”？

6、鐵匠師傅打的是鐵嗎？

7、“團結就是力量”歌中有：比鐵還硬比鋼還強兩句詞，是鐵硬鋼強嗎？

8、高碳鋼棒是一種普通工程材料，但高碳鋼管很少見到，試解釋原因。

9、.指出下列工件的淬火、回火溫度。①45鋼小軸（要求綜合機械性能）②60鋼彈簧 ③T12鋼銼刀

10、分析調質處理（從工藝、組織、性能、應用）為什么調質安排在粗、精切削加工之間？ 11、20.擬用T10鋼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

試說出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用。

12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡名的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，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，軸頸部分要求耐磨（HEC50—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。

13、白口鑄鐵、灰口鑄鐵和45鋼這三者的成分、組織和性能有何主要區別？

14、根據下列部分鐵碳平衡相圖回答問題（5分）

1）各點（G,S,E,P，Q）、各條線（GS,ES,PQ）的名稱；（2.5分）

2）說出各個區域內的組織（2.5分）

一、判斷題

1、鋼和鐵是含有鐵和碳兩種元素的黑色金屬。

2、除含碳和鐵以外，還含有其它元素的鋼就是合金鋼。

3、生產中常用中碳鋼來制造軸類、齒輪類機械零件。

4、純銅具有好的導電性和導熱性及優良的塑性，但強度不高。

5、碳素鋼的硬度越高，強度就越好。

6、熱處理是一種不改變零件形狀和尺寸，卻能改變其組織和性能的工藝方法。

7、冷卻速度應根據鋼的種類和熱處理目的而確定。

8、要求表面硬、心部韌的零件，應采用正火處理。

9、要求降低硬度、細化晶粒、均勻組織和消除應力時，應采用退火處理。

10、淬火是強化金屬材料的重要手段之一。

三、選擇題

(單選)

1、純金屬結晶時，冷卻速度越快，則實際結晶溫度將（）。A、越高B、越低 C、接近理論結晶溫度 D、沒有變化

2、室溫下金屬的晶粒越細，則（）。

A、強度越高，塑性越差 B、強度越高，塑性越好 C、強度越低，塑性越差D、強度越低，塑性越好

3、固溶體的晶體結構特點是（）。

A、與溶劑相同 B、與溶質相同 C、形成新的晶體類型 D、各自保持各自的晶體類型

4、液態金屬結晶的基本過程是（）。

A、邊形核邊長大 B、先形核后長大 C、自發形核和非自發形核 D、枝晶生長

5、珠光體是一種（）。

A、單相固溶體 B、兩相固溶體 C、鐵與碳的化合物 D、都不對

6、完全退火主要用于（）。

A、亞共析鋼 B、亞共析鋼和共析鋼 C、過共析鋼 D、所有鋼種

7、碳鋼的正火工藝是將其加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后采用的冷卻形式是（）。A、隨爐冷卻B、在油中冷卻C、在空氣中冷卻D、在水中冷卻

8、材料硬度值的正確表示方法為：（）

a.HRC55kg／mm

2b.55HRC

c.RC55

9、材料HT200中數字200表示：（）

a.抗壓強度值

b.抗彎強度值

c.抗拉強度值 10、45鋼的含碳量為：（）

a.4.5％

b.0.45%

c.0.00045%

11、為提高實習中你所做的小鋃頭的硬度和耐磨性的熱處理工藝是（）。

a.正火

b.淬火+高溫回火

c.淬火+低溫回火

12、調質的目的是為了獲得（）。

a.高硬度

b.細化晶粒

c.好的綜合機械性能

13、碳素鋼淬火后得到高硬度的原因是因其獲得了（）。

a.馬氏體

b.奧氏體A

c.珠光體P

14、各種彈簧和鍛模應具有高的屈服點、彈性極限和韌性，其熱處理工藝為（）

a.淬火+高溫回火

b.淬火+中溫回火

c.退火

15、用于消除鑄件、焊件中的內應力，穩定零件尺寸，減少變形的熱處理工藝為（）

a.球化退火

b.完全退火

c.去應力退火

第三篇：機械工程材料習題 金屬材料及熱處理 工程材料 試題答案

機械工程材料習題 金屬材料及熱處理 工程材料 試題答案

復習思考題1 1．寫出下列力學性能符號所代表的力學性能指標的名稱和含義。Akv、?、?5、?b、?0.2、?s、?e、? 500、HRC、HV、?-

1、?、HBS、HBW、E。2．鋼的剛度為20.7×104MPa，鋁的剛度為6.9×104MPa。問直徑為2.5mm，長12cm的鋼絲在承受450N的拉力作用時產生的彈性變形量(Δl)是多少?若是將鋼絲改成同樣長度的鋁絲，在承受作用力不變、產生的彈性變形量(Δl)也不變的情況下，鋁絲的直徑應是多少? 3．某鋼棒需承受14000N的軸向拉力，加上安全系數允許承受的最大應力為140MPa。問鋼棒最小直徑應是多少?若鋼棒長度為60mm、E=210000MPa，則鋼棒的彈性變形量(Δl)是多少? 4．試比較布氏、洛氏、維氏硬度的特點，指出各自最適用的范圍。下列幾種工件的硬度適宜哪種硬度法測量：淬硬的鋼件、灰鑄鐵毛坯件、硬質合金刀片、滲氮處理后的鋼件表面滲氮層的硬度。5．若工件剛度太低易出現什么問題?若是剛度可以而彈性極限太低易出現什么問題? 6．指出下列硬度值表示方法上的錯誤。12HRC～15HRC、800HBS、58HRC～62HRC、550N／mm2HBW、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。7．判斷下列說法是否正確，并說出理由。(1)材料塑性、韌性愈差則材料脆性愈大。(2)屈強比大的材料作零件安全可靠性高。(3)材料愈易產生彈性變形其剛度愈小。(4)伸長率的測值與試樣長短有關，?5>?10(5)沖擊韌度與試驗溫度無關。

(6)材料綜合性能好，是指各力學性能指標都是最大的。(7)材料的強度與塑性只要化學成分一定，就不變了。復習思考題2 1．解釋下列名詞：晶格、晶胞、晶粒、晶界、晶面、晶向、合金、相、固溶體、金屬化合物、固溶強化、第二相彌散強化、組元。2．金屬的常見晶格有哪三種?說出名稱并畫圖示之。

4．為什么單晶體有各向異性，而多晶體的金屬通常沒有各向異性? 5．什么叫晶體缺陷?晶體中可能有哪些晶體缺陷?它們的存在有何實際意義? 6．固態合金中固溶體相有哪兩種? 7．固溶體的溶解度取決于哪些因素?復習思考題3 復習思考題3 1．概念：

過冷、過冷度、平衡狀態、合金、相圖、勻晶轉變、共晶轉變細晶強化、枝晶偏析、變質處理。

2．金屬結晶的動力學條件和熱力學條件是什么? 3．鑄錠是否一定要有三種晶區?柱狀晶的長大如何抑制? 4．合金結晶中可能出現的偏析應如何控制使之盡量減小? 5．本書圖3-lOPb-Sn合金相圖。

7．固溶體合金和共晶合金其力學性能和工藝性能各有什么特點? 8．純金屬結晶與合金結晶有什么異同? 9．為什么共晶線下所對應的各種非共晶成分的合金也能在共晶溫度發生部分共晶轉變呢? 復習思考題4 1．晶體塑性變形的基本方式是什么?實際金屬塑性變形與單晶體塑性變形有什么異同? 2．什么是加工硬化?加工硬化在工業生產中有何利弊? 3．什么是冷變形金屬的纖維組織?與流線有何區別? ’

4．什么是殘余內應力?各類殘余內應力是怎么產生的?對金屬材料有什么影響？ 5．什么是回復?回復對變形金屬有什么作用?在工業生產中有什么用處? 6．什么是再結晶?再結晶對變形金屬有什么作用?在工業生產中有什么用處? 7．熱變形加工與冷變形加工是依據什么來區分?兩種變形加工各有什么優缺點? 8．有四個外形完全相同的齒輪，所用材質也都是含碳量0.45％的優質碳素鋼。但是制作方法不同，它們分別是：(1)直接鑄出毛坯，然后切削加工成形。(2)從熱軋厚鋼板上取料，然后切削加工成型。(3)從熱軋圓鋼上取料，然后切削加工成型。(4)從熱軋圓鋼上取料后鍛造成毛坯，然后切削加工成型。請你分析一下，哪個齒輪使用效果應該最好?哪個應該最差? 復習思考題5 1．什么是同素異構轉變、共析轉變? 2．解釋下列名詞，并指出它們在組織形態上的特征和力學性能上的特點： 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、高溫萊氏體、低溫萊氏體、馬氏體。

3．默畫Fe—Fe3C相圖，并按組織組成物填寫各個相區。指出C、D、G、S、E、五個點及Al、A3、Acm、ECF、PSK五條線的含義。

4．試分析45鋼、T8鋼、T12鋼在極緩慢的冷卻過程中相變的過程。5．鋼中常存雜質指的是什么?它們對鋼有什么影響? 6．指出鋼號為20、45、65Mn、Q235-AF、T12、T10A、ZG270—500的碳素鋼各屬哪類鋼?鋼號中的數字和符號的含義是什么?各適于做什么用(各舉一例)? 7．熱軋空冷狀態的碳素鋼隨WC（含碳量）增加，其力學性能有什么變化?為什么? 8．根據已學到的知識解釋下列現象。(1)螺釘、螺母等標準件常用低碳鋼制造。

(2)室溫時平衡狀態下T10比T12抗拉強度高，但硬度卻低。

(3)捆綁用的鍍鋅鋼絲常用低碳鋼絲，而起重用的鋼絲繩和繞制彈簧所用鋼絲卻是65Mn或65。

(4)銼刀常用T12制造，而鉗工鋼鋸條常用T10制造。(5)鋼錠在正常熱軋溫度下軋制有時開裂。(6)鋼適于各種變形加工成形，不易鑄造成形。

(7)鋼在鍛造時始鍛溫度選1000°C～1250°C，停鍛選800°C左右。9．Fe—Fe3C相圖在選材、熱處理、鍛造、鑄造等方面有什么用途? 復習思考題6 1．常用的熱處理工藝有哪些?簡述熱處理在機械制造中的作用。2．影響奧氏體晶粒大小的因素有哪些? 3．共析鋼的等溫轉變曲線與連續轉變曲線有什么差別? 4．珠光體、索氏體、托（屈）氏體組織有什么區別?． 5．上貝氏體和下貝氏體比較，哪一種力學性能好? 6．板條馬氏體和片狀馬氏體在組織與力學性能方面有什么不同? 7．共析鋼加熱到奧氏體狀態后，以不同的速度連續冷卻，都得不到下貝氏體，試用c曲線說明，怎樣才可得到下貝氏體。

8．20、45、65、T8、T10、T12鋼的淬火加熱溫度怎樣確定? 9．分析以下幾種說法是否正確：(1)馬氏體硬而脆。

(2)過冷奧氏體的冷卻速度越快，冷卻后鋼的硬度越高。(3)鋼中合金元素的含量越高，淬火后的硬度也越高。

(4)本質細晶粒鋼加熱后的實際晶粒一定比本質粗晶粒鋼細。

(5)同一鋼材在相同加熱條件下，總是水淬比油淬的淬透性好；小件比大件淬透性好。

10.現有20鋼齒輪和45鋼齒輪兩種，齒輪表面硬度要求52HRC～55HRC，問采用何種熱處理可滿足上述要求。比較它們在熱處理后的組織與力學性能的差別。11.用熱處理基本工藝曲線形式表示均勻化退火、完全退火、球化退火、淬火、回火等工藝。

12．說明下列零件的淬火及回火溫度，并說明回火后獲得的組織和硬度：(1)45鋼小軸(要求有較好的綜合力學性能)。(2)60鋼彈簧。(3)T12鋼銼刀。

13.用20鋼制造的?20mm的小軸，經930oC，5小時滲碳后，表面碳的質量分數增加至1.2％分析經下列熱處理后表面及心部的組織：(1)滲碳后緩冷到室溫。

(2)滲碳后直接淬火，然后低溫回火。

(3)滲碳后預冷到820 oC，保溫后淬火，低溫回火。

(4)滲碳后緩冷到室溫，再加熱到880 oC后淬火，低溫回火。(5)滲碳后緩冷到室溫，再加熱到780 oC后淬火，低溫回火。14．簡述目前常用的鋼鐵表面處理技術，并說明其應用范圍。復習思考題7 1．合金鋼和碳素鋼相比，具有哪些特點? 2．在合金鋼中，常加入的合金元素有哪些?非碳化物形成合金元素有哪些?碳化物形成合金元素有哪些? 3．合金元素對淬火鋼的回火轉變有何影響? 4．為什么合金鋼的淬透性比碳素鋼高?試比較20CrMnTi與T10鋼的淬透性和淬硬性。

5．為什么同樣碳含量的合金鋼比碳素鋼奧氏體化加熱溫度高? 6．有一根φ30mm的軸，受中等的交變載荷作用，要求零件表面耐磨，心部具有較高的強度和韌性，供選擇的材料有16Mn、20Cr、45鋼、T8鋼和Crl2鋼。要求：1)選擇合適的材料；2)編制簡明的熱處理工藝路線；3)指出最終組織。7.W18Cr4V鋼淬火溫度為什么要選1275oC±5oC?淬火后為什么要經過三次560oC回火?回火后的組織是什么，回火后的組織與淬火組織有什么區別?能否用一次長時間回火代替三次回火? 8．為什么軸承鋼要具有較高的碳含量?在淬火后為什么需要冷處理? 9．如何提高鋼的耐蝕性，不銹鋼的成分有何特點? 10．ZGMl3—4鋼為什么具有優良的耐磨性和良好的韌性? 11．在工廠中經常切削鑄鐵件和碳素鋼件，請問何種材料硬質合金刀片適合切削鑄鐵。

12．說明下列鋼號屬于何種鋼?數字的含意是什么?主要用途? T8、16Mn、20CrMnTi、ZGMnl3—

2、40Cr、GCrl5、60Si2Mn、W18Cr4V、1Crl8Ni9Ti、1Crl3、Crl2MoV、12CrMoV、5CrMnMo、38CrMoAl、9CrSi、Crl2、3Cr2W8、4Cr5W2VSi、15CrMo、60鋼、CrWMn、W6M05Cr4V2。復習思考題8 1．試總結鑄鐵石墨化的條件和過程。

2．試述各類鑄鐵性能及用途。與鋼比較優缺點各是什么? 3．為什么球墨鑄鐵可以代替鋼制造某些零件呢? 4．識別下列鑄鐵牌號：HTl50、HT300、KTH300—06、KTZ450—06、KTB380—

12、QT400—

18、QT600—03、RuT260。5．鑄鐵的力學性能取決于什么? 6．灰鑄鐵為什么不進行整體淬火處理? 復習思考題9 1．根據二元鋁合金一般相圖，說明鋁合金是如何分類的? 2．形變鋁合金分哪幾類?主要性能特點是什么?并簡述鋁合金強化的熱處理方法。3．銅合金分哪幾類?舉例說明黃銅的代號、化學成分、力學性能及用途。4．鈦合金分哪幾類?簡述鈦合金的熱處理。

5．滑動軸承合金必須具備哪些特性?常用滑動軸承合金有哪些? 復習思考題10 1．什么是零件的失效?常見的失效方式有哪些? 2．選擇零件材料應遵循什么原則? 3．在選擇材料力學性能數據時應注意哪些? 4．為什么在蝸桿傳動中，蝸桿需采用低碳鋼或中碳鋼制造，而蝸輪則采用較軟的青銅(如QSn—0.2)制造? 5．分析汽車上所用零件材料。說明哪些是用碳素鋼、合金鋼、鑄鐵和有色金屬制成，各舉出兩種零件名稱，它們都采用何種熱處理方法?

習題1

一、名詞解釋

加工硬化、形變織構、回復、再結晶、熱加工

二、填空題

1．常溫下，金屬單晶體的塑性變形方式為（）和（）兩種。

2．與單晶體比較，影響多晶體塑性變形的兩個主要因素是（）和（）。3．在金屬學中，冷加工和熱加工的界限是以（）來劃分的． 4．再結晶溫度是指（），其數值與熔點間的大致關系為（）。5．再結晶后晶粒度的大小取決于（）、（）、和（）。6．強化金屬材料的基本方法有（）、（）、（）和（）。

三、簡答題

1.為什么細晶粒的金屬材料其強度、塑性均比粗晶粒金屬好？ 2．什么是加工硬化？試舉例說明加工硬化現象在生產中的利弊。

3．用冷拔紫銅管進行冷彎，加工成輸油管，為避免冷彎時開裂，應采用什么措施？為什么？ 4．已知W、Fe、Cu的熔點（見教材），說明鎢在 1000℃、鐵在800℃、銅在600℃時的加工變形是處于什么加工狀態。

5．用下述三種方法制成齒輪，哪種方法較為理想？為什么？（1）用厚鋼板切出圓餅再加工成齒輪。（2）用粗鋼棒切下圓餅再加工成齒輪。（3）由圓棒鍛成圓餅再加工成齒輪。

6．簡述加熱溫度對低碳鋼的冷塑性變形的組織和性能的影響。

四、判斷題

1．由于再結晶的過程是一個形核長大的過程，因而再結晶前后金屬的晶格結構發生變化。（）

2．因為體心立方晶格與面心立方晶格具有相同數量的滑移系，所以兩種晶體的塑性變形能力完全相同。（）

3．金屬的預變形度越大，其開始再結晶的溫度越高。（）4．滑移變形不會引起金屬晶體結構的變化。（）5．熱加工是指在室溫以上的塑性變形加工。（）

6．為了保持冷變形金屬的強度和硬度，應采用再結晶退火。（）7．熱加工過程，實際上是加工硬化和再結晶這兩個重疊的過程。（）

五、選擇填空

1．隨冷塑性變形量增加，金屬的（）。

（a）強度下降，塑性提高(b)強度和塑性都下降（c）強度和塑性都提高（d）強度提高，塑性下降 2．冷變形金屬再結晶后，則（）。，（a）形成等軸晶，強度增大(b)形成柱狀晶，塑性下降（c）形成柱狀晶，強度升高(d)形成等軸晶，塑性升高

3．變形金屬加熱時發生的再結晶過程是一個新晶粒代替舊晶粒的過程，這種新晶粒的晶型是（）。

（a）與變形前的金屬相同（b）與變形后的金屬相同（c）形成新的晶型

4．再結晶和重結晶都有形核與長大兩個過程，主要區別在于有沒有（）改變。（a）溫度（b）晶體結構（c）應力狀態。

5．冷、熱加工的區別在于加工后是否留下（）。（a）加工硬化（b）晶格改變性（c）纖維組織

6．鋼只有通過冷加工并經隨后加熱才能使晶粒細化，而鐵則不需冷加工，只需加熱到一定溫度即使晶粒細化，其原因是（）

（a）鐵總是存在加工硬化，而鋼沒有（b）鋼有加工硬化現象，而鐵沒有（c）鐵在固態下有同索異構轉變，而鋼沒有（d）鐵和鋼的再結晶溫度不同

習題2

一、名詞解釋

淬火、馬氏體、調質處理、珠光體、Ｃ曲線

二、填空

1．把鋼加熱到臨界點Ac1；或Ac3以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，用以得到介穩狀態的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為（）。2．中溫回火主要用于處理（）。回火后得到（）。3．根據滲碳劑在滲碳過程中聚集狀態的不同，滲碳方法可以分為（）、（）和（）三種。

4．在鋼的表面同時滲入碳和氮的化學熱處理工藝稱為（），其中低溫（）的硬度提高不多，故又稱為（）。

三、簡答

1．什么是熱處理？常見的熱處理方法有幾種，其目的是什么？從相圖上看，怎樣的合金才能進行熱處理？ 提示：只有從高溫到低溫發生相變或由固溶體溶度變化的合金才有可能進行熱處理。

2．什么是回火？回火的分類、因火的目的是什么？回火的四個階段具有怎樣的特點？

如何避免回火脆性，相應回答回火冷卻時應注意什么？

提示：回火后工件一般在空氣中冷卻，對于具有第二類回火脆性的鋼件，回火后進行油冷。對于性能要求較高的工件在防止開裂條件下，可進行油冷或水冷，然后進行一次低溫補充回火，以消除快冷產生的內應力

3．何謂冷處理？為何冷處理之后還要進行回火或時效？冷處理與二次淬火及二次硬化是不是一樣的？以高速鋼刃具生產工藝為例說明上述問題。

提示：冷處理之后仍存在淬火應力；二次硬化是高速鋼重要的強化手段。4．試說明下述組織結構及力學性能特點，并回答它們之間有何區別與聯系？珠光體和球化組織；馬氏體和回火馬氏體；索氏體和回火索氏體；屈氏體和回火屈氏體。

5．T12鋼加熱到770℃后用圖2-11所示各種方法冷卻，分析其所得組織。6．用20CrMnTi為材料制造汽車變速箱齒輪，試制定其熱處理生產工藝。請采用調質和滲碳兩種方法，并比較兩者區別。提示：主要比較經兩種工藝處理之后材料由表層到心部的組織，進而比較其性能差異。

四、判斷正誤并改正

1．鐵素體相為面心立方點陣，滲碳體為復雜斜方點陣，奧氏體為體心立方點陣，三者點陣結構相差很大。

2．珠光體的片層間距主要取決于其形成溫度。在連續冷卻條件下，冷卻速度越大，珠光體形成溫度越低，即過冷度越大，則片層間距越小。

3．珠光體的形成過程，包含著兩個同時進行的過程：一個是通過碳的擴散生成低碳的滲碳體和高碳的鐵素體；另一個是晶體點陣重構，由面心立方貝氏體的轉變為體心立方的馬氏體和復雜單斜點陣的回火組織。

4．低碳鋼中的馬氏體組織，因其顯微組織是由許多成群的板條組成，故又稱為板條馬氏體。對某些鋼因板條不易侵蝕顯現出來，而往往呈現為塊狀，所以有時也稱之為塊狀馬氏體，又因為這種馬氏體的亞結構主要為位錯，通常也稱它為位錯型馬氏體。

5．馬氏體的等溫轉變一般不能進行到底，完成一定的轉變量后就停止了。6．大量的實驗結果都證明，在屈服強度相同的條件下，位錯型馬氏體具有較高的硬度且比孿晶馬氏體的韌性差的多。

7．為了減小工件與淬火介質之間的溫差，減小內應力，可以把欲淬火的工件，在淬入淬火介質之前，先水冷一段時間。這種方法叫“預冷淬火法”

8．使鋼中的碳化物球狀化。或獲得“球狀珠光體”的退火工藝稱為球化退火。因其也能夠消除或減少化學成分偏析及顯微組織的不均勻性，所以也稱擴散退火。

五、選擇填空 1．根據Fe一C相圖，溫度在A1以下時,碳鋼的平衡組織為（）或（）加（）或（）加（）。

(a)珠光體(b)滲碳體（c）鐵素體（d）馬氏體

2．如果珠光體的形成溫度較低，在光學顯微鏡下，很難辨別其鐵素體片與滲碳體片的形態，由電子顯微鏡測定其片層間距，大約在800-1500?之間，這種細片狀珠光體。工業上叫做（）。

（a）超細珠光體(b)索氏體（c）屈氏體（d）馬氏體

3．實際生產中退火的種類很多，按其物理本質的不同可分為（）、（）和（）三大類。

（a）重結晶、再結晶、去應力退火（b）擴散、球化法應力退火（c）再結晶、完全、去應力退火（d）去氫、擴散、重結晶退火

4．對于亞共折鋼，適宜的淬火加熱溫度一般為（），淬火后的組織為均勻的馬氏體。

(a)Ac1+30~50℃(b)Acm+30~50℃(c)Ac3+30~50℃(d)A0+30~50℃ 5．當殘余奧氏體比較穩定．在較高溫度回火加熱保溫時來發生分解：而在隨后冷卻時轉變為馬氏體。這種在回火冷卻時殘余奧氏體轉變為馬氏體的現象稱為（）。

(a)二次硬化（b）回火抗性（c）二次淬火（d）孿晶馬氏體反穩定化

6．真空熱處理、可控氣氛熱處理、輝光離子熱處理和（）等熱處理技術是當代發展起來的具有廣泛應用前景的新技術。

（a）表面淬火（b）復合熱處理（c）化學熱處理（d）表面熱處理習題3

一、名詞解釋：

1、調質處理：

2、淬透性：

3、馬氏體：

4、共析反應：

5、過冷Ａ體：

6、加工強化：

7、熱處理：

8、表面淬火：

二、作圖題：

1、畫出共析鋼的“Ｃ”線，并標明淬火臨界冷卻速度

2、Fe-Fe3C相圖左下角部分畫出并標明淬火加熱溫度和A1,A2,Acm線、符號

三、下面材料所屬類別和應用實例

材料樣號 類別 典型熱處理工藝 使用狀態下組織 應用舉例 Q235A Gcr15 45 T12 20CrMnTi 60Si2Mn 16Mn 9SiCr 5CrMnMo 1Cr18Ni9

四、車床主軸要求軸頸部位硬度為54—58HRC，其余地方為20—25HRC，其加工路線為：下料→鍛造→正火→機加工→調質→機加工（精）→軸頸表面淬火→低溫回火→磨加工

指出：

1、本軸應用的材料：

2、正火和調質的目的和大致熱處理工藝

3、表面淬火目的

4、低溫回火目的及工藝

5、軸頸表面組織和其余地方組織習題4 簡答題

1． 鋼中常存的雜質有哪些？硫、磷對鋼的性能有哪些有益和有害的影響？ 2． 為什么比較重要的大截面的結構零件都必需用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優點？

3． 合金鋼中經常加入的合金元素有哪些？怎樣分類？ 4． 為什么碳鋼在室溫下不存在單一奧氏體或單一鐵素體組織，而合金鋼中有可能存在這類組織？

5． 合金元素對回火轉變有何影響？

6． 試述固溶強化、加工硬化和彌散強化的強化原理，并說明三者的區別。7． 為什么說得到馬氏體隨后回火處理是鋼中最經濟而又最有效的強韌化方法？ 8． 什么是鋼的回火脆性？下列幾種鋼中，哪類鋼的回火脆性嚴重，如何避免？ 45 40Cr 35SiMn 40CrNiMo 9． 從資源情況分析我國合金結構鋼的合金化方案的特點。10． 為什么低合金高強鋼用錳作為主要的合金元素？ 11． 試述滲碳鋼和調質鋼的合金化及熱處理特點。

12． 為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素？彈簧淬火后為什么要進行中溫回火？為了提高彈簧的使用壽命，在熱處理后應采用什么有效措施？

13． 軸承鋼為什么要用鉻鋼？為什么對鋼中的非金屬夾雜物限制特別嚴格？ 14． 解釋下列現象（1）含碳量相同時，含炭化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩定性；（2）含碳量≥0.4%，含鉻量12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.0%,含鉻12%的在相同含碳量下，除了鎳、錳的合金鋼外，大多數合金鋼的熱處理溫度都鋼屬于萊氏體鋼；

（3）在相同含碳量下，合金鋼的淬火變形和開裂現象不易產生；（6）調質鋼在回火后需快冷至室溫；（7）高速鋼需高溫淬火和多次回火。

15．W18Cr4V鋼的Ac1為820℃,若以一般工具鋼Ac1＋30-50 oC的常規方法來確定其淬火溫度，最終熱處理后能否達到高速切削刀具所要求的性能，為什么？其實際淬火溫度是多少？W18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560 oC三次回火，這又是為什么？

16．直徑為25mm的40CrNiMo棒料毛坯，經正火處理后硬度高很難切削加工，這是什么原因？設計一個最簡單的熱處理方法以提高其機械加工性能。

17．某廠的冷沖模原用W18Cr4V鋼制造，在使用時經常發生崩刃、掉渣等現象，沖模壽命很短；后改用W6Mo5Cr4V2鋼制造，熱處理時采用低溫淬火（1150 oC），沖模壽命大大提高。試分析其原因。18.一些中、小工廠在用Cr12型鋼制造冷作模具時，往往是用原鋼料直接進行機械加工或稍加改鍛后進行機械加工，熱處理后送交使用，經這種加工的模具壽命一般都比較短。改進的措施是將毛坯進行充分地鍛造，這樣的模具使用壽命有明顯提高。這是什么原因？

19．不銹鋼的固溶處理與穩定化處理的目的各是什么？ 20．試分析20CrMnTi鋼和1Cr18Ni9Ti鋼中Ti的作用

21．試分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti等鋼中的作用

22．試就下列四個鋼號：20CrMnTi、65、T8、40Cr討論下列問題：

（1）在加熱溫度相同的情況下，比較其淬透性和淬硬性，并說明理由；（2）各種鋼的用途、熱處理工藝、最終的組織。

23．硬質合金有何特點？指出硬質合金YG8、YT15的類別、成分和用途。

24．要制造機床主軸、拖拉機后橋齒輪、鉸刀、汽車板簧等。擬選擇合適的鋼種，并提出熱處理工藝。其最后組織是什么？性能如何？

25．某工廠生產一種柴油機的凸輪，其表面要求具有高硬度（>HRC50）,而零件心部要求具有良好的韌性，本來是采用45鋼經調質處理后再在凸輪表面上進行高頻淬火，最后進行低溫回火。現因工廠庫存的45鋼已用完，只剩下15號鋼，試說明以下幾個問題。

（1）原用45鋼各熱處理工序的目的。

（2）該用15鋼后，仍按45鋼的上述工藝路線進行處理，能否滿足性能要求？為什么？（3）改用15鋼后，應采用怎樣的熱處理工藝才能滿足上述性能要求？為什么？

習題5

一、名詞解釋

石墨化、孕育（變質）處理、球化退火、可鍛化退火、石墨化退火

二、填空題

1.白口鑄鐵中碳的主要以（）的形式存在，灰口鑄鐵中碳主要以（）的形式存在。2.普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中石墨的形態分別為（）、（）、（）和（）

3.鑄鐵的基體有（）、（）和（）三種。4.QT500—05牌號中，QT表示（），數字500表示（），數字05表示（）。5.HT250是（）鑄鐵，250表示（）

6.促進石墨化的元素有（），阻礙石墨化的元素有（）

7.鑄鐵的石墨化過程分為三個階段，分別為（）、（）和（）。8.可鍛鑄鐵鑄件的生產方法是先（），然后再進行（）。9.球墨鑄鐵采用（）作球化劑。

三、判斷題

1.石墨化是指鑄鐵中碳原子析出形成石墨的過程。（）2.可鍛鑄鐵可在高溫下進行鍛造加工。（）3.熱處理可以改變鑄鐵中的石墨形態。（）

4.球墨鑄鐵可通過熱處理來提高其機械性能。（）

5.采用整體淬火的熱處理方法，可以顯著提高灰鑄鐵的機械性能。（）6.采用熱處理方法，可以使灰鑄鐵中的片狀石墨細化，從而提高其機械性能。（）

7.鑄鐵可以通過再結晶退火使晶粒細化，從而提高其機械性能。（）8.灰鑄鐵的減震性能比鋼好。（）

四、選擇填空

1.鑄鐵石墨化的幾個階段完全進行，其顯微組織為（）（a）F+G（b）F+P+G（c）P+G 2.鑄鐵石墨化的第一、二階段完全進行，第三階段部分進行，其顯微組織為（）（a）F+G（b）P+G（c）F+P+G 3.鑄鐵石墨化的第一、二階段完全進行，第三階段未進行，其顯微組織為（）（a）F+P+G（b）P+G（c）F+G 4.提高灰口鑄鐵的耐磨性應采用（）

（a）整體淬火（b）滲碳處理（c）表面淬火 5.機架和機床床身應用（）

（a）白口鑄鐵（b）灰口鑄鐵（c）麻口鑄鐵

五、綜合分析題

1．試總結鑄鐵石墨化發生的條件和過程 2．試述石墨形態對鑄鐵性能的影響。

3．白口鑄鐵、灰口鑄鐵和碳鋼，這三者在成分、組織和性能有何主要區別？ 4．為什么一般機器的支架、機床的床身用灰口鑄鐵鑄造？

5．出現下列不正常現象時，應采取什么有效措施予以防止和改善？（1）灰口鑄鐵磨床床身鑄造以后就進行切削，在切削加工后發生不允許的變形。（2）灰口鑄鐵薄壁處出現白口組織，造成切削加工困難。6．指出下列鑄鐵的類別、用途及性能的主要指標：（1）HT150,HT400;（2）KT350-10,KTZ700-2;（3）QT420-10,MQT1200-1。習題6

一、名詞解釋

固溶處理、時效硬化、黃銅、錫青銅

二、填空題

1．鋁合金按其成分及生產工藝特點，可分為（）和（）。

2．變形鋁合金按熱處理性質可分為（）鋁合金和（）鋁合金兩類。3． 鋁合金的時效方法可分為（）和（）兩種。

4．銅合金按其合金化系列可分為（）、（）和（）三類。5．變形鋁合金的熱處理方法有（）、（）、（）。

6．鑄造鋁合金，按成分可分為（）系、（）系、（）系和（）系四類。7．H62是（）的一個牌號，其中62是指含（）量為（）。8．QSn10是（）的一個牌號，其中10是指（）。

9．含錫青銅常稱為錫青銅，不含錫的青銅，又分（）、（）、（）、（）。10．LY11是（）的一個牌號，其成分為（）合金系，可制造（）。11．LC6是（）的一個牌號，其成分為（）合金系，可制造（）。． 12．黃銅低溫退火的目的是（）。

13．鈦有兩種同索異構體，在882.5℃以下為（），在882.5℃以上為（）。14．鈦合金根據其退火狀態下組織可分（）、（）和（）三類。

三、問答題

1．有色金屬及其合金的強化方法與鋼的強化方法有何不同？

2．試述鋁合金的合金化原則。為什么Si、Cu、Mg、Mn等元素作為鋁合金的主加元素?而Ti、B、RE等作為輔加元素？

3．鋁合金性能上有何特點？為什么在工業上能得到廣泛的應用？ 4．鑄造鋁合金（如AL-Si合金）為何要進行變質處理？ 5．如果鋁合金的晶粒粗大，能否用重新加熱的方法細化？ 6．銅合金的性能有何特點？在工業上的主要用途。

第四篇：冷沖模材料與熱處理

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冷沖模材料與熱處理

冷沖模,冷作模工作零件常用材料及熱處理

模具類型

常用材料

熱處理

硬度（HRC）

凹模

凸模

沖裁模

形狀簡單、沖裁板料厚度＜3mm

T8A、T10A、9Mn2V、Cr6WV、GCr15、45#喜

淬火、回火

58~62

58~62

形狀復雜、沖裁板料厚度＞3mm，要求耐磨性高

CrWMn、9SiCr、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV

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D2

淬火、回火

58~62

58~62 彎曲模

一般彎曲模

T8A、T10A

淬火、回火

54~58

56~60

要求耐磨性高、形狀復雜、生產批量大的彎曲模

CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1

淬火、回火

58~62

58~62

熱彎曲模

5CrNiMo、5CrMnMo H13、3Cr2W8V

淬火、回火

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48~52

48~52 拉伸模

一般拉伸模

T8A、T10A、GCr15

淬火、回火

55~58

55~58

要求耐磨性高、生產批量大的拉伸模

Cr12、Cr12MoV、YG8、YG15、D2

冷作模

緊固件行業冷作模具主要完成金屬或非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序，制作成各種螺栓、螺釘、螺母、墊片、銷、鉚釘等。由于加載形式和被加工材料力學性能不同，各種模具的工作條件差別很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作條件最為惡劣的是鐓鍛模、擠壓模，其次是厚板小孔沖裁模。

2.冷作模具的失效

鐓鍛模、擠壓模主要用于螺栓、螺母、異型件的制造。它用于金屬體積成形。成形模具所受的載荷輕重根據工作形狀、尺寸、變形量

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以及變形材料的力學性能的不同而不同。

在生產中由于變形金屬在模具型腔中劇烈流動產生嚴重摩擦，致使模具表面溫度瞬時達到 400 ℃，要求這類模具型腔能承受較大壓力、張力和摩擦力，不開裂，不變形，不磨損。

對于沖裁模，它要求刃口在板料沖裁（錐墊、帶齒墊片等）過程中保持鋒利與完整，不崩刃、不變形、耐磨損，沖頭尤其具有高的強韌性和耐磨性。

在生產中常見模具失效形式有以下幾類：

(1)斷裂失效 模具在使用中突然出現大裂紋或發生破損而失效。如沖裁模崩刃，冷擠壓模和冷鐓模的沖頭斷裂，凹模破裂。在冷鐓模、冷擠壓模工作時，由于成形力大，在金屬變形過程中模具表面的瞬時溫度很高，造成溫度循環，也加速疲勞裂紋產生。

(2)變形失效 如凸模鐓粗、彎曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔脹大等。

(3)磨損失效 如厚板沖裁模刃口、冷鐓冷擠模型腔尺寸超差。

3.材料選擇及熱處理

選擇模具材料首先要了解模具鋼的材質成分、性能，模具的使用條件以及模具失效形式，針對性地選材。

3.1 沖裁模

沖裁模刃口承受的剪切力大，摩擦發熱嚴重，易磨損。凸模易產生崩刃、折斷等。對于批量較大的厚板沖裁模可選用 W18Cr4V 鋼 W6Mo5Cr4V2 鋼制作凸模，用 Cr12MoV 鋼制作凹模，這類鋼耐磨性

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抗壓強度較好，基本能滿足使用要求，但韌性較低、碳化物分布不均勻，使模具易斷裂及崩刃，模具壽命也不理想。目前，緊固件企業多數使用了基體鋼（LD、65Nb 等），低合金高強度鋼（GD），降碳高速鋼（6W6Mo5Cr4V），火焰淬火鋼（7CrSiMnMoN）等。

基體鋼由于有較高的強韌性，克服了 Cr12MoV 鋼脆斷傾向，使沖裁模壽命顯著提高。

表 1 新舊模具材料壽命對照表

鋼號

被加工材料

模具硬度／ HRC

平均壽命／件

壽命提高（倍）

Cr12MoV

Q235

t ＝ 2.1 ～ 2.4mm

～ 62

14000 ～ 16000

――

65Nb

～ 59

35000 ～ 70000

2.5 ～ 4.3 CD

65Mn

t ＝ 1.8 ～ 2.1mm

～ 60

47000 ～ 88000

3.3 ～ 5.5 LD ＃鋼

t ＝ 2.6 ～ 3.5mm

～ 62

22000 ～ 46000

1.5 ～ 2.8

3.2 冷鐓模

冷鐓模工作時，凸模必須承受強烈的沖擊力，其最大壓應力可達

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到 2500N/mm2, 一般低合金工具鋼是不能承受的，必須采用高強韌性合金工具鋼和硬質合金制造。

對于冷鐓六角螺栓，六角螺母冷作模具，應采用高強韌、高耐磨性模具鋼 65Nb，LD，GM，LM，6W6Mo5Cr4V 鋼。這類鋼強韌很高，耐磨性稍次。如在冷鐓模表面實施強化處理，如 PVD 物理氣相氮化鈦涂層，氣體氮碳共滲、液體氮碳共滲、硼――碳復合滲等，就可明顯提高冷作模具耐磨性。

硬質合金是用粉末冶金方法制造的復合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷鐓模具，其使用壽命可提高數倍和數百倍。如六角螺栓冷鐓模芯、縮徑模套壽命可達 20 萬～ 50 萬件，但其較脆，韌性較差，且不能進行車、銑，只宜磨削加工。

常用牌號 YG20、YG15。

表 2 硬質合金的化學成分

牌號

組成（％）

性能

WC

CO

硬度 HRC

抗彎強度／ Mpa

抗壓強度／ Mpa

YG15

86~88

1800 ～ 2200

3900 YG20

83~86

2000 ～ 2600

3400 YG25

～ 84

1800 ～ 2700

3200

鋼結構硬質合金是以碳化物為硬質相、鋼作粘結相形成的復合材料，鋼結硬質合金有良好的耐磨性，其強度和韌性高于硬質合金，并

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可進行機械加工和熱處理，在冷作模具中得到廣泛應用，主要以碳化鎢鋼結硬質合金為主（簡稱 DT 合金），其性能見表 3。

表 3 鋼結硬質合金性能比較

合金牌號

硬質相種類

硬度 HRC

抗彎強度 /MPa

沖擊韌度 KJ/m 2

加工態

使用態

DT

WC

～ 36

～ 64

2450 ～ 3530

～ 196

TLMW50

WC

～ 42

～ 68

1960 ～ 2050

～ 98

GT35

TiC

～ 46

～ 69

1370 ～ 1765

～ 59

鋼結硬質合金制作各種冷作模具，主要以鑲套為主。采用 DT 合金制造 M6、M8 半圓頭螺釘冷鐓模，模具壽命比 9CrSi 鋼 8 萬件產量提高 30 倍，壽命可達 250 萬件。而制造 M20 六角螺母冷鐓模比 Cr12MoV 鋼 0.4 萬件產量提高 55 倍，壽命達 22 萬件，經濟效益顯著。

3.3 冷擠壓模

各類緊固件的擠壓成型是在強烈的三向壓應力狀態下完成的。凸模既受強大的壓應力，又受各種不均衡側向力，在回程時瞬間易引起

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斷裂。受力復雜的凸模，特別是在凸模尺寸變化應力集中處，易產生脆性斷裂。而凹模有脹裂的可能以及由于金屬材料劇烈流動而引起模腔嚴重磨損。

首先 , 應重視選材和熱處理工藝，如 6W6Mo5Cr4V2、LD、65Nb、LM2、GD、7CrSiMnMoV 等鋼可大大提高強韌性，其次 , 耐磨性可通過表面處理來達到。

例如，冷擠壓發動機異型件，如鎖芯、接頭凹凸模常用高速鋼制作，抗壓強度和耐磨性都很好，缺點是韌性差，易脆斷，降低淬火溫度可提高該鋼的斷裂抗力。6W6Mo5Cr4V 鋼比原用 W18Cr4V、Cr12MoV 鋼制作凹模原壽命 1 萬多件提高到 40000 件達 4 倍，淬火溫度 1080 ～ 1120 ℃，560 ℃回火三次，就是一個例子。

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制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質合金、鋼結硬質合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質合金、鋼結硬質合金等等。

1.碳素工具鋼

在模具中應用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優點為加工性能好，精心收集

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價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。

2.低合金工具鋼

低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)等。

3.高碳高鉻工具鋼

常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2），它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴重，必須進行反復鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。

4.高碳中鉻工具鋼

用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩定性。與碳化物偏析相對較嚴重的高碳高

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鉻鋼相比，性能有所改善。

5.高速鋼

高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代號8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2）以及為提高韌性開發的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善其碳化物分布。

6.基體鋼

在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優于高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。

7.硬質合金和鋼結硬質合金

硬質合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和

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韌性差。用作模具的硬質合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質合金。對沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質合金。

鋼結硬質合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、鉬、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質相，用粉末冶金方法燒結而成。鋼結硬質合金的基體是鋼，克服了硬質合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結硬質合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質合金，但仍高于其它鋼種，經淬火、回火后硬度可達 68 ~ 73HRC。

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第五篇：金屬材料與熱處理 第六章

第六單元鋼材熱處理

一、名詞解釋

1.鋼的熱處理

鋼的熱處理是采用適當的方式對金屬材料或工件進行加熱、保溫和冷卻以獲得預期的組織結構與性能的工藝。

2.等溫冷卻轉變

等溫冷卻轉變是指工件奧氏體化后，冷卻到臨界點以下的某一溫度區間內等溫保持時，過冷奧氏體發生的相變。

3.連續冷卻轉變

連續冷卻轉變是指工件奧氏體化后以不同冷速連續冷卻時過冷奧氏體發生的相變。

4.馬氏體

馬氏體是碳或合金元素在α-Fe中的過飽和固溶體。

5.退火

鋼的退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

6.正火

正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

7.淬火

鋼的淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。

8.回火

回火是指工件淬硬后，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

9.表面熱處理

表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。

10．真空熱處理

在低于一個大氣壓（10-1~10-3Pa）的環境中加熱的熱處理工藝，稱為真空熱處理。

11.滲碳

為提高工件表層碳的質量分數并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學熱處理工藝稱為滲碳。

12.滲氮

在一定溫度下于一定介質中，使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝稱為滲氮，又稱氮化。

二、填空題

1.整體熱處理分為和

2.根據加熱方法的不同，表面淬火方法主要有：表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱 表面淬火等。

3.化學熱處理方法很多，通常以滲入元素命名，如、硼 等。

4.熱處理工藝過程由三個階段組成。

5.共析鋼在等溫轉變過程中，其高溫轉變產物有：、和。

6.貝氏體分和兩種。

7.淬火方法有：單介質淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火等。

8.常用的退火方法有：、和等。

9.常用的冷卻介質有、、等。

10.常見的淬火缺陷有與、與開裂 等。

11.感應加熱表面淬火法，按電流頻率的不同，可分為 高頻感應加熱表面淬火、中頻感應加熱表面淬火 和 工頻感應加熱表面淬火 三種。而且感應加熱電流頻率越高，淬硬層越 淺。12．按回火溫度范圍可將回火分為 低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。

13．化學熱處理是由、和三個基本過程所組成。

14．根據滲碳時介質的物理狀態不同，滲碳方法可分為碳三種。

三、選擇題

1．過冷奧氏體是溫度下存在，尚未轉變的奧氏體。

A．Ms；B.Mf；C.A1。

2.過共析鋼的淬火加熱溫度應選擇在，亞共析鋼則應選擇在A.Ac1+30℃～50℃；B.Accm以上；C.Ac3+3 0℃～50℃。

3.調質處理就是 的熱處理。

A.淬火+低溫回火；B.淬火+中溫回火；C.淬火+高溫回頭。

4.化學熱處理與其它熱處理方法的基本區別是。

A.加熱溫度；B.組織變化；C.改變表面化學成分。

5.零件滲碳后，需經

A.淬火+低溫回火；B.正火；C.調質。

四、判斷題

1.淬火后的鋼，隨回火溫度的增高，其強度和硬度也增高。(錯)

2.鋼的最高淬火硬度，主要取決于鋼中奧氏體的碳的質量分數。(對)

3.鋼中碳的質量分數越高，其淬火加熱溫度越高。(錯)

4.高碳鋼可用正火代替退火，以改善其切削加工性。(錯)

5.鋼的晶粒因過熱而粗化時，就有變脆的傾向。(對)

6．熱應力是指鋼件加熱和(或)冷卻時，由于不同部位出現溫差而導致熱脹和(或)冷縮不均所產生的內應力。(對)

五、簡答題

4.完全退火、球化退火、與去應力退火在加熱規范、組織轉變和應用上有何不同？ 答：

5.正火和退火有何異同？試說明二者的應用有何不同？

答：正火主要適用于低碳鋼，冷卻方式為空氣冷卻；退火主要適用中碳鋼和高碳鋼，冷卻方式為爐內冷卻。

6.今有經退火后的45鋼，組織為F＋P，在700℃、760℃、840℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的室溫組織各是什么？

答：在700℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是F＋P；在760℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是F＋M；在840℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是M。

7.淬火的目的是什么？亞共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度應如何選擇？

淬火的目的主要是使鋼件得到馬氏體(和貝氏體)組織，提高鋼的硬度和強度，與適當的回火工藝相配合，更好地發揮鋼材的性能潛力。

亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3以上30℃～50℃，因為在此溫度范圍內，可獲得全部細小的奧氏體晶粒，淬火后得到均勻細小的馬氏體。若加熱溫度過高，則引起奧氏體晶粒粗大，使鋼淬火后的性能變壞；若加熱溫度過低，則淬火組織中尚有未溶鐵素體，使鋼淬火后的硬度不足。

共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1以上30℃～50℃，此時的組織為奧氏體加滲碳體顆粒，淬火后獲得細小馬氏體和球狀滲碳體，能保證鋼淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm，將導致滲碳體消失，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大針狀馬氏體，殘余奧氏體量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火溫度過低，可能得到非馬氏體組織，則鋼的硬度達不到要求。

8.回火的目的是什么？工件淬火后為什么要及時回火？

回火的目的是消除和減小內應力，穩定組織，調整性能，以獲得較好的強度和韌性配合。淬火鋼的組織主要由馬氏體和少量殘余奧氏體組成(有時還有未溶碳化物)，其內部存在很大的內應力，脆性大，韌性低，一般不能直接使用，如不及時消除，將會引起工件的變形，甚至開裂。

10.滲碳的目的是什么？為什么滲碳后要進行淬火和低溫回火？

答：滲碳的目的是提高工件表層碳的質量分數并在其中形成一定的碳含量梯度。滲碳后的工件，都要進行淬火和低溫回火，目的是為了使工件表面獲得高的硬度(56～64HRC)、耐磨性和疲勞強度，而心部仍保持一定的強度和良好的韌性。

11.用低碳鋼和中碳鋼制造齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強度和韌性，各需采取怎樣的熱處理工藝？熱處理后組織有何差別？

答：對于低碳鋼制造的齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強度和韌性，需采取滲碳→淬火→低溫回火熱處理工藝。處理后的組織：表層是回火馬氏體（高碳），心部是回火馬氏體（低碳）。

對于中碳鋼制造的齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強度和韌性，需采取表面淬火→低溫回火熱處理工藝。處理后的組織：表層是回火馬氏體，心部是鐵素體+珠光體。