工程材料及热处理教案

20 11 至20 12 学年第一学期教师学期授课计划

课程名称工程材料及热处理

任教专业班级数控机加

教研组机加教研室

教师名称xxxxxx

瓦房店市职业教育中心2011-2012 学年第一学期

授课计划

数控机加专业10 年级机械材料与热处理学科教师xxxxx

本学期课时64 每周具体上课时间教材名称工程材料及热

处理

教学目标掌握工程材料的性能、应用及常用的热处

理方法

教材版本高等教育出版社

周次月日—月日课时教学内容

1 9 —9 4 工程材料与机械制造过程简介

2 9 —9 4 金属的力学性能

3 9 —9

4 金属的工艺性能

4 9 —9 4 金属的结构

5 9 —10. 4 铁碳合金状态图

6 10—10. 4 非合金钢

7 10. —10. 4

钢在加热时的组织转变钢在加冷却时的组织转变

8 10. —10. 4 退火

9 10. —10. 4 正火

10 11. —11. 4 淬火

11 11. —11. 4 回火

12 11—11. 4 表面热处理和化学热处理

13 11.—11. 4 低合金金刚

14 12. —12. 4 合金钢

15 12. —12. 4 铸铁

16 12. —12. 4 硬质合金

17 12. —12. 4

18 12. —1. 2

课时计划

授课班级数控授课时间9月课型新授课第1.2课课题材料绪论教学方法讲授法

教学目标认知了解本书的学习方向技能明确机械制造过程情感提高学生专业素质

教材分析重点专业兴趣

难点专业特点枯燥复杂关键培养专业兴趣

教具资料

教学环节教师讲授指导内容学生活动时间

课程导入新授内容导语：由材料发展历史导入正文

正文：本学期课程基本要求：

①了解常用工程材料的分类、牌号和用途

②了解常用热处理工艺的原理、特点及应用。

③了解新材料、新技术、新工艺的发展状况。

金属材料的分类

一、金属的定义：具有良好的导电性

和导热性、具有一定强度和塑性

并具有光泽的物质。（根据特征描

述定义）

二、合金定义：两种或两种以上的金

属元素或与非金属元素组成的金

属材料。

三、分类

认真听讲

理解记忆

作业

非合金钢

低合金钢

钢铁材料：合金钢

铸铁

金属材料：

铜及铜合金

铝及铝合金

非铁金属: 轴承合金

钛及钛合金

其他非铁合金或者分为黑色金属和有色金属。 P9 一、1、2、3、4

二、1、2

板书设计

课题一

1

2

3

教学总结

课时计划

授课班级数控机加授课时间课型新授课第3、4课

课题钢铁材料生产过程简介教学方

法

讲授法

教学目标认知了解钢铁的生产过程，技能明确钢和铁的区别

情感提高学生专业素质

教材分析重点钢铁材料生产过程

难点掌握钢铁材料生产过程关键掌握钢铁材料生产过程

教具资料

教学环节教师讲授指导内容学生活动时间

课程导入新授内容导语：钢铁是铁和碳的合金，钢铁材料按碳的

质量分数分为：

工业纯铁（W

C

＜0.0218%）

钢（W

C

=0.0218%～2.11%）

生铁（W

C

＞2.11%）

正文：钢铁材料生产过程简介

一、炼铁

现代钢铁工业生产铁的主要方法是高

炉炼铁。高炉炼铁的炉料主要是铁矿石、燃料

（焦炭）和熔剂（石灰石）。

1、原料（铁矿石、熔剂、焦炭）→上料机→

燃料吹气

↓→炉渣

→高炉→产品→生铁及煤气

认真听讲

产品主要是铸造生铁和炼钢生铁

二、炼钢

1、炼钢的本质是铁的还原过程。

2、炼钢的方法：转炉炼钢法

电弧炉炼钢法

2、钢的脱氧⑴、特殊镇静钢

⑵镇静钢

⑶半镇静钢

⑷沸腾钢

3、钢的浇注

4、炼钢的最终产品：①板材

②管材

③型材

④线材

板书设计

课题一

1

2

3

教学总结

课时计划

授课班级数控机

加

授课时间课型新授课第5、6课

课题机械制造过程简介教学方

法

讲授

教学目标认知了解机械制造过程技能

情感提高学生专业素质

教材分析重点了解机械制造过程以及热处理的环节难点热处理所处的环节

关键热处理所处的环节

教具资料

教学环节教师讲授、指导内容学生活动时间分配

复习新授

小结复习

1、钢和铁的区别？

2、炼钢的产品？

机械产品的制造过程一般分为设计、

制造与使用三个阶段。

一、设计

市场分析→

产品计划→→设计图

产品设计→

试制试验→

二、制造

工艺准备→下料→锻件→热处理→装

配→实验→产品

三、使用

产品→运转→修理、保养

↓

磨损

腐蚀

故障

断裂

↓

设计图←质量评价

机械制造三个阶段既各自分开又相互联

系，了解其过程有助于了解机加的特点及应

用。

讲解作业课后题

P9 二6

P9 一、1、2、3、4

二、1、2

回答问题

4’

20’

10’

11’

板书设计

课题一、

二、

三、

课后小结

课时计划

授课班级数控机加授课时间 9月课型新授课第7、8课

课题第二章金属的性能第一节金属的力学性能教学方

法

讲授法

教学目标认知研究金属力学性能的意义技能培养学生专业技能

情感提高学生的专业素质

教材分析重点力学性能的指标

难点理解力学性能的指标的意义关键理解力学性能的指标的意义

教具资料

教学环节教师讲授指导内容学生活动时间

课程导入新授内容导语：只有充分了解金属的力学性能，才能正

确、经济、合理地选用金属材料。可以说，金

属使用性能的优劣与我们的日常生活密切相

关。

正文：

金属金属力学性能是评定金属质量的主

要判据，也是金属构件设计是进行选材和强度

计算的主要依据。金属的力学性能指标有强度、

刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

（提问，学生思考用铝合金做车床的卡盘合适

吗？)

A)强度与塑性

1、强度是指金属抵抗永久变形和断裂的

认真听讲

(完整word版)工程材料及热处理(完整版)

工程材料及热处理 一、名词解释（20分）8个名词解释 1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。 2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。 3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。 4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。 5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相 6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。 7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。 奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或 F表示。 8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。这种现象称为钢的热脆。 冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零

件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。 氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。 9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。 10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。 含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。 11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。 12.正火：将钢加热到3c A或ccm A以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。 13.淬火：将钢加热到3c A或1c A以上的一定温度，保温后快速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺。 14.回火：将淬火钢加热到临界点1c A以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。（低温回火-回火马氏体；中温回火-回火托氏体；高温回火-回火索氏体） 15.回火脆性：淬火钢回火时，其冲击韧性并非随着回火温度的升高而单调地提高，在250-400℃和450-650℃两个温度区间内出现明显下降，这种脆化现象称为钢的回火脆性。

工程材料及热处理教学大纲

《工程材料及热处理》教学大纲 课程名称：工程材料及热处理/Mechanical Engineering Materail and Heat Treatment 课程编码：163203 学时： 32 学分：2 讲课学时：32 考核方式：考查 先修课程：机械制图、工程力学 适用专业：机械类各专业 开课院系：高职学院制造工程系 教材：许德珠．机械工程材料（第二版）．高等教育出版社 自编．《机械工程材料实验指导书》 主要参考书：郑建中．工程材料基础．清华大学出版社 一、课程的性质和任务 本课程是高职院校机械类、机电结合类及仪器仪表类各专业必修的技术基础课。 本课程重点阐述工程材料的性能与其组织结构之间的联系；说明如何通过工艺手段改变 材料的组织结构，以达到提高材料性能的目的；介绍常用工程材料及其应用等基本知识；为 工程结构和机械零件的设计和制造提供合理选用材料的方法。 本课程的任务是：使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识；掌握常用工程材料 成分－加工工艺－组织－性能－应用间关系的一般规律；熟悉常用工程材料；具有根据机械 零件的服役条件和失效形式、合理选用工程材料的初步能力。 二、教学内容和基本要求 1．教学内容： 绪论 材料的发展简史及工程材料的概念 学习本课程的目的、要求和方法 工程材料的分类 第1章金属材料的力学性能 2.1 强度与塑性 2.2 硬度 2.3 韧性与疲劳强度 第2章工程材料的组织结构与性能 1.1 金属材料的结构 1.2 纯金属的晶体结构 1.3 合金的相结构 1.4 金属材料的组织 第3章纯金属与合金的结晶 3.1 纯金属的结晶 3.2 纯金属的实际晶体结构 3.3 合金的晶体结构 第5章铁碳合金相图与非合金钢 5.1 铁碳合金的基本组织 5.2 铁碳合金相图

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

工程材料及热处理复习

《工程材料及热处理》复习资料 一、名词解释 晶格晶胞晶面点缺陷面缺陷固溶体金属化合物固溶强化 相图相组元结晶过冷度过冷现象枝晶偏析晶内偏析匀晶相图同素异构（晶）转变铁素体奥氏体合金渗碳体 临界变形量再结晶滑移细晶强化加工硬化热加工 热处理正火回火退火球化退火淬透性淬硬性热硬性石墨化变质（孕育）铸铁轴承合金巴氏合金 二、填空 １、三种典型的金属晶体结构形式有。 ２、常见的金属铸锭组织呈现三层不同外形的晶粒，分别为。 ３、金属冷塑性变形时的残余内应力按作用范围可分为三类。 ４、钢中常存的杂质元素有。 ５、按含碳量的不同，碳钢分为三类。按碳钢的质量等级，碳钢分为三类。 ６、钢的淬火方法有等几种。钢的退火方法有等几种。 ７、金属材料表面的腐蚀可分为两类。 ８、按碳存在的形式，铸铁可分为等几类。按石墨存在的形态，铸铁可分为等几类。 ９、经冷轧后的15钢板要求降低硬度，应采用退火，退火后的组织是。 10、共析碳钢的奥氏体形成过程包括四个连续的阶段。 11、除钴外，所有合金元素都不同程度钢的淬透性，使C曲线移。 12、珠光体类型的组织，根据片间距大小不同，可分为、、。 13、合金中相结构（晶体结构）的基本类型有二种。 14、室温时，铁碳合金中的相结构有二种。 15、金属的晶体缺陷按几何形态特征分为以下三类。

16、金属晶体的结晶过程是 不断形成和长大。 17、冷塑性变形金属在加热时，其组织变化可分为 三个阶段。 18、铁碳合金相图中的共析反应式是 。 19、共析钢奥氏体化后,进行等温转变时,可得到 三种等温转变产物。 20、共析碳钢的奥氏体形成过程包括 四个连续的阶段。 21、共析碳钢奥氏体化后,在不同过冷度下,将发生 三种类 型的组织转变。 22、淬火缺陷有 等几种。 23、感应加热表面淬火根据选用的频率不同分为 等几种。 24、、铜合金分为 三类。、铝合金可分为 二大类 25、符号d HRC J 表示 。 26、回火种类有 等三种。 27、金属材料表面的腐蚀可分为 两类。 28、铝合金的强化手段主要是 。 29、金属铸造时,细化晶粒的主要途径有 、 、 。 30、从金属学观点看，热加工与冷加工的区别是以 为界。 31、根据Fe —Fe 3C 相图，铁碳二元合金可分为 三大类材料。 32、纯金属常见的晶体结构有面心 结构，体心 结构和密 排 结构。金属中常见的点缺陷为 ，线缺陷为 ，面缺陷 为 ；工程实践中，通常采用 晶体缺陷数量的方法强化金属 33、石墨为片状的灰口铸铁称为 铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁 称为 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为 铸铁。其中， 铸 铁的韧性最 ，因而可以锻造。 34、铁素体的强度高于纯铁，是由于发生了 强化；孕育铸铁的强 度高于普通灰口铸铁，是由于发生了 强化；冷变形钢丝的强度高于退 火态钢丝，是由于发生了 强化。 35、滑动轴承材料的显微组织特征是： 粒子分布在软 中， 或 粒子分布在硬 中，前者的承载能力 于后者。 36、变形铝合金按照其主要性能特点分为 等几 类。

工程材料及热处理复习资料

一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。 置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳）改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√） 6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（╳） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（√） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√） 11、铁素体是置换固溶体。（╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（√） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（╳） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。 18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（╳） 改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（√） 20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（╳） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（√） 22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（√） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（╳） 改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（√） 25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳） 改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（√） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（╳）改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。

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

工程材料及热处理期末A

班级（学生填写） ： 姓名： 学号： 命题： 审题： 审批： ----------------------------------------------- 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------------- （答题不能超出密封线）

班级（学生填写）： 姓名： 学号： ------------------------------------------------ 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------ （答题不能超出密封线） 9. 碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。 ( ) 10. 感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。( ) 三、选择题：(每题1分，共10分) 1. 钢中加入除Co 之外的其它合金元素一般均能使其C 曲线右移，从而（ ） A 、增大VK B 、增加淬透性 C 、减小其淬透性 D 、增大其淬硬性 2. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（ ） A 、强度硬度下降，塑性韧性提高 B 、强度硬度提高，塑性韧性下降 C 、强度韧性提高，塑性韧性下降 D 、强度韧性下降，塑性硬度提高 3. 常见的齿轮材料20CrMnTi 的最终热处理工艺应该是（ ） A 、调质 B 、淬火+低温回火 C 、渗碳 D 、渗碳后淬火+低温回火 4. 某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ ） A 、时效强化 B 、固溶强化 C 、形变强化 D 、热处理强化 5. 下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（ ） A 、Q235 B 、45 C 、60Si2Mn D 、T12 6. 下列合金中，哪种合金被称为巴氏合金（ ） A 、铝基轴承合金 B 、铅基轴承合金 C 、铜基轴承合金 D 、锌基轴承合金 7. 下列钢经淬火后硬度最低的是（ ） A 、Q235 B 、40Cr C 、GCr15 D 、45钢 8. 高速钢淬火后进行多次回火的主要目的是（ ） A 、消除残余奥氏体，使碳化物入基体 B 、消除残余奥氏体，使碳化物先分析出 C 、使马氏体分解，提高其韧性 D 、消除应力，减少工件变形 9. 过共析钢因过热而析出网状渗碳体组织时，可用下列哪种工艺消除（ ） A 、完全退火 B 、等温退火 C 、球化退火 D 、正火 10. 钢的淬透性主要决定于其（ ）

工程材料及热处理

工程材料及热处理 选择： 1．铁素体为（B）晶格，奥氏体为（A）晶格。 A、面心立方根 B、体心立方 C、密排立方 2．在下列牌号中属于弹簧钢的有（B）。 A、20 B、65Mn C、T10A 3.选择制造下列工具所采用的材料:木工錾子（T7）锉刀（T13）手工锯条（C）. A、T8 B、T10 C、T12 4.渗氮零件与渗碳零件相比（C） A、渗层硬度更高 B、渗层更厚 C、有更好的综合力学性能 5.化学热处理与其他热处理的方法的主要区别是( C ) A、加热温度 B、组织变化 C、改变表面化学成分 6.钢的红硬是指钢在高温下保持( B)的能力 A、高强度 B、高硬度与高耐磨性 C、高抗氧化性 7.球化退火一般适用于（D ） A、高碳钢 B、低碳钢 C、中碳钢 8．GCr15钢的平均含碳量为（B ） A、0．15% B、1。5% C、15% 9．选择下列零件的材料：机床床身（A ）汽车后桥外壳（B ）柴油机曲轴（C ） A、HT200 B、KTH350-10 C、QT600-3 10．将相应的牌号填在括号里：普通黄铜（A ）铸造黄铜（D ）锡青铜（B ）铍青铜（C ） A、H68 B、QSn4-3 C、QBe2 D、ZCuZn38 填空： 1．金属的力学性能包括（强度）、（硬度）、（塑性）、（冲击韧性）及（疲劳强度）等。2．合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分为（固溶体）、（金属化合物）和（混合物）三类。 3．常规热处理方法可分为（退火）（正火）（淬火）和回火。表面热处理的方法有（）（）。4．合金按用途分类，分为（结构钢）（工具钢）及（特殊性能钢）三种。 5．根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可分为（灰口铸铁）（球墨铸铁）（可锻铸铁）和（蠕墨铸铁）四种 6．常用的铜合金可分为（黄铜）（青铜）（白铜）三类。 7．常用的变形铝合金有（防绣铝合金）（硬铝合金）（超硬铝合金）（锻铝合金）四类。8．按成分与性能特点不同，硬质合金有（钨钴类）（钨钴钛类）和（钨钛钽（铌））三类。简答： 1．齿轮的轮齿失效形式？汽车齿轮材料如何选择？一般的加工工艺路线是什么？ （1）齿轮在啮合传动时，发生轮齿折断、齿面损坏，从而失去工作能力的现象。 （2）汽车齿轮受力较大，超载和受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度及冲击韧度等性能要求均比一般机床齿轮要高，公选用一一般调质钢感应加热表面淬火 难以保证要求，通常要选用渗碳钢作为重要齿轮。同时要根据汽车齿轮生产指大 的特点，选用先进、合理的工艺方法，追求成本的降低。 （3）下料→锻造→正火→切销→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨削

工程材料与热处理 第7章作业题参考答案

1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？ 答：按照碳的存在形态不同铸铁分三类：白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，该类铸铁硬、脆，很少直接用；灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，该类铸铁因石墨形状不同而性能不同，用途不同；麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，该类铸铁也硬、脆，很少直接用。 2.影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？ 答：（1）铸铁的化学成分对石墨化的影响: 碳和硅是强烈促进石墨化的元素；锰是阻碍石墨化的元素。它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化；硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆；磷是一个促进石墨化不显著的元素。（2）冷却速度对石墨化过程的影响： 冷却速度越慢，越有利于石墨化。 3.在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？ 答：由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行，形成的组织中存在大量的莱氏体，性能硬而脆，切削加工比较困难。 4.在铸铁中，为什么含碳量与含硅量越高时，铸铁的抗拉强度和硬度越低？ 答：因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅含量越高，越容易石墨化。而石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应

力集中，形成脆性断裂。 5.在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段（包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨）、第二阶段（共析石墨）完全石墨化、部分石墨化、未石墨化，问它们各获得哪种组织的铸铁？ 答： 6.什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？ 答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。 7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？答：球墨铸铁析出的石墨呈球状，对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美，特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍，一般钢的屈强比为0.3-0.5，而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，

工程材料与热处理第3章作业题参考答案

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＞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：

工程材料及热处理课程教学改革【论文】

工程材料及热处理课程教学改革 摘要：《工程材料及热处理》作为机械类专业的必修课，存在内容多、课时数少、学生兴趣不大等问题，解决这些问题的唯一办法就是教学改革。本文从教学目的、教学内容与教学方法等方面探讨了该课程教学改革方案，在教改基础上选择Authorware作为开发平台，开发了便于操作和学生听课的CAI课件，并且根据教学实践，指出了在CAI课程教学中的应注意事项。 关键词：工程材料及热处理；教学改革；CAI课件 《工程材料及热处理》是机械工程类各专业的一门学科基础课，课程教学内容涉及面广、工艺性强、基础理论抽象、概念多。传统的课程教学中，在理论和基本知识方面教学时数较多，课堂教学以教师讲解为主，辅以少量照片以及黑板上画图等方式，既难以描述清楚微观状态，对于非材料类专业的学生其实用性和实际效果也不好，学生普遍反映学习枯燥、难以理解，影响学习效果和教学质量。随着教学改革的深入，新的知识不断增加，学时却在减少，我校《工程材料及热处理》课程教学学时为32学时，这对该课程的教学提出了新的要求。虽然现在MOOC、SPOC等教学方式正在兴起，

但对教师和学生都有较高的要求。一个好的CAI课件可以实现传统教学所不能实现的灵活、形象、生动的效果，能显著加大课堂教学的信息量，增强教学内容的趣味性和吸引力，调动学生的学习热情，提高教学效果[1-4]。根据笔者多年的教学经验和CAI软件开发，本文对《工程材料及热处理》课程的教学改革进行了探讨。 一、课程教学改革的探讨 （一）教学内容的改革 《工程材料及热处理》课程的教学内容基本上是材料工程类专业所学几门主要课程的浓缩，教师往往以对材料专业学生的教学思路来进行讲授，对材料的内部结构与村料性能之间的关系讲解的较深。但对机械类专业的学生来说，他们毕业后的工作主要不是去挖掘材料性能的潜力，不需要深入研究获取材料性能的工艺问题，他们从事的主要是产品设计及解决产品制造过程中的工艺问题。因此，机械工程类各专业学生与材料工程类各专业学生对材料知识的要求，不仅深度上有差异，而且侧重点也应该完全不同。他们对各类材料的性能特点与适用范围只需要一般性的了解，侧重点是能够正确地选择材料，合理地选择加工方法和制定加工工艺路线，

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。 i 4 I 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 <3 原子半径=—a （设晶格常数为a） 4 致密度0.68

面心立方： 单位晶胞原子数为4 配位数为12 原子半径=_2a（设晶格常数为 4 a）致密度0.74

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 易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。 (3) 中心粗等轴晶粒区 由于铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不 存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然 其强度和硬度 低，但塑性和韧性良好。 7?为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性 ？ 因为单晶体中的不同晶面和晶向上的原子密度不同， 导致了晶体在不同方向上的性能不 同的现象，因此其性能呈现各向异性的。 而多晶体是由许多位向不同的晶粒组成， 虽然每个晶粒具有各向异性， 但不同位向的各晶粒 的综合作用结果，使多晶体的各方向上性能一样，故显示出各向同性。 &试计算面心立方晶格的致密度。 4 3 4 一 r 3 3 a 9?什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响 ？ 所谓位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 随着位错密度的增加金属的强度会明显提高。 0.74 74% nv V

工程材料以与热处理复习资料全

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一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。 临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√） 6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（╳） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（√） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√） 11、铁素体是置换固溶体。（╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（√） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（╳） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。 18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（╳）改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（√） 20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（╳） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（√） 22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（√） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（╳）改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（√） 25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳）改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（√） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（╳）改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。

合工大工程材料及热处理知识点资料

工程材料及热处理 第一部分名词解释 第一章材料的结构与性能 1、金属键：通过共有化的自由电子和正离子依靠静电引力结合的方式。 金属的宏观特性：①导电性②导热性③不透明④有光泽⑤具有正电阻温度系数⑥塑性、延展性 书P12 表1-1 2、晶体：内部质点（原子、离子或分子）在三维空间按一定规律进行周期性重复排列的固体。 晶体与非晶体的区别： 根本区别：内部质点排列的规律不同，即结构不同。 （1）晶体有一定的熔点，而非晶体则没有。 （2）晶体具有各向异性，而非晶体是各向异性。 （3） 3、空间点阵或晶格：将晶体的内部质点抽象为几何点得到的由几何点构成的空间构架。 4、晶胞：能完全反应点阵特征的最小的几何单元。 5、晶面：通过将晶体中由原子构成的平面。 6、晶向：任意两个原子的连线方向。 7、晶体缺陷：实际金属中，因一些原子在外在因素的作用下偏离平衡位置破坏晶体中原子排列的规律性，形成的微小不完整区域。 根据几何形状特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。 点缺陷：空位、间隙原子和置换原子 线缺陷：也称为位错（位错密度用X射线或透射电镜测定） 面缺陷：晶界、亚晶界 8、合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）组成的具有金属特性的物质。 9、相：合金中具有同一聚集状态、同一结构、同一性质，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 10、固溶体：溶质原子溶入固态金属溶剂晶格中所形成的均一的、保持溶剂晶体结构的合金相称为固溶体。 间隙固溶体：溶质原子不是占据溶剂晶格结点位置，而是填入溶剂晶格的某些间隙位置所形成的固溶体。 置换固溶体：溶质原子占据了溶剂晶格的某些结点位置所形成的的固溶体。

工程材料与热处理 第6章作业题参考答案

1.从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和 碳钢的差异，并简单说明原因。 为提高钢的机械性能、工艺性能或物化性能，在冶炼时有意往钢中加入一些合金元素而形成新的合金，这种合金称为合金钢。 合金钢与碳钢比较，合金钢的力学性能好，热处理变形小，耐磨性好，热硬性好。 因为合金钢在化学成分上添加了合金元素，可形成合金铁素体、合金渗碳体和合金碳化物，产生固溶强化和弥散强化，提高材料性能；加入合金元素可提高钢的淬透性，降低临界冷却速度，可减少热处理变形；碳钢虽然价格低廉，容易加工，但是淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低。 2.解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi,40Cr, 16Mn,T10A,Cr12MoV,W6Mo5Cr4V2,38CrMoAlA,5CrMnMo,GCr15,55S i2Mn。 20CrMnTi的含碳量为0.17%-0.24%，Cr，Mn，Ti<1.5%，是渗碳钢，热处理方法是在渗碳之后进行淬火和低温回火。 40Cr的含碳量为0.37～0.45％，Cr <1.5%，是调质钢，热处理方法是淬火加高温回火。 16Mn中碳的含量在0.16%左右，锰的含量大约在1.20%-1.60%左右，属于低合金钢，热处理方法是：热轧退火（正火）。 T10A为含碳量在0.95～1.04的高级优质碳素工具钢，热处理方法

是淬火和低温回火。 Cr12MoV碳 C ：1.45～1.70，铬 Cr：11.00～12.50，Mo，V<1.5%，是冷作模具钢，热处理方法是淬火和低温回火。 W6Mo5Cr4V2碳 C ：0.80～0.90，钼 Mo：4.50～5.50，铬 Cr： 3.80～ 4.40，钒 V ：1.75～2.20，是高速钢，热处理方法是淬火 +高温回火。 38CrMoAlA碳 C ：0.35～0.42，Cr，Mo，Al<1.5%，是高级优质合金渗氮钢，热处理方法是：调质处理+渗氮。 5CrMnMo碳 C ：0.50～0.60，Cr，Mn，Mo<1.5%，是热作模具钢，热处理方法是搓火加中高温回火。 GCr15：C：0.95-1.05，Cr:1.30-1.65，是滚动轴承钢，热处理方法是：淬火+低温回火。 55Si2Mn碳 C ：0.52～0.60，硅 Si：1.50～2.00，Mn<1.5%，是弹簧钢，热处理方法是淬火加中温回火。 3.比较9SiCr,Cr12MoV,5CrMnMo,W18Cr4V等四种合金工具钢的成分、 性能和用途差异。 9SiCr的成分：相当于在T9钢的基础上加入1.2%-1.6%的Si和 0.95%-1.25%的Cr。 性能：硬度和耐磨性良好，无热硬性。 用途：适用于截面较厚要求淬透的或截面较薄要求变形小的、形状较复杂的工模具。

工程材料及热处理

《工程材料及热处理》实验教学大纲 课程代码： 课程名称：工程材料及热处理 英文名称：Engineering Materials and Heat Treatment 课程总学时：40 学分：2.0 理论学时：34 实验学时：6 课程类型：必修课 课程性质：专业课 设置类别：非独立设实验课 先修课程：高等数学12201-12202、大学物理、画法几何与机械制图12214-12215、工程力学、金工实习 适用专业：车辆工程、机械设计与制造 开课单位：材料工程学院 一、实验教学的性质地位和任务 工程材料及热处理是机械类、及其他近机类各专业学生必修的一门综合性的专业基础课，是研究工程材料及加工方法的一门学科。主要内容包括：机械工程材料与热处理、铸造、塑性成型和焊接四大部分的基础知识，涉及工程材料及其材料加工工艺的各个方面。通过课程的学习，可以为后续课程的学习及毕业后从事相关工作打下坚实的基础。 实验课程是本课程的重要教学环节。通过实验课可以使学生了解有关硬度测定的基本知识、测定方法、常用测定设备的使用和数据处理方法。了解金相试样的制备过程及金相显微镜的正确使用，初步掌握钢的热处理工艺特点及操作方法，初步掌握热处理工艺中，加热时间、保温时间、冷却方法的确定原则及对性能的影响，掌握成分、组织、性能之间的关系。同时巩固学生在课堂所学内容，培养学生的实验技能和综合研究能力。 二、实验内容与要求 项目一、金属材料硬度测定

（1）实验目标 了解不同种类硬度测定的基本原理及常用硬度试验法的应用范围。学会使用布氏、洛氏、维氏硬度计并掌握相应硬度的测试方法。 （2）具体内容 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑性变形抗力、塑性变形强化能力以及大量变形抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其他力学性能（如强度、塑性）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于材料的使用寿命具有决定性的作用。 常用的硬度试验方法有： 布氏硬度试验——主要用于测量铸铁、非铁金属及经过退火、正火和调质处理的钢材。 洛氏硬度试验——主要用于测量成品零件。 维氏硬度试验——主要用于测定较薄材料和硬材料。 显微硬度试验——主要用于测定显微组织组分或相组分的硬度。 （3）主要仪器设备与工具 1.硬度计； 2.读书显微镜：最小分度值为0.01mm。 3.标准硬度块：不同硬度试验方法的标准硬度块。 4.材料：20、45、T8、T12钢退火态、正火态、淬火态及回火态试样，尺寸为Φ10×10mm。