金属材料和热处理复习

博主： tutu
发布时间：2022 年 11 月 20 日
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分类：学习

# 热处理复习

## 分值

选择15 30''

填空15 15''

判断10 10''

简答4 30''

综合1 15''

杠杆定律有计算题

## 第一章：材料的力学性能

**塑性（考一道计算题）**

- 定义材料在外力走用下产生永久变形而不被破坏的能力。
- 指标：断后伸长率、断面收缩率。
- 断后伸长率：指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用*δ表示*。无单位。

- $$
    \delta =\frac{L_1-L_0}{L_0} \times 100\%

$$
- 断面收缩率：指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。用*ψ* 表示 ，无单位。

- $$
    \psi =\frac{S_0-S_u}{S_0} \times 100\%

$$
- 塑性指标的应用：防止*偶然过载*时的突然破坏，是构件的*安全储备*。材料的*δ*和*ψ*数值越大，表示材料塑性越好，可用锻压等*压力加工*方法成形。

## 第三章：金属的结晶与二元相图

- 结晶的过程
  - 形核和长大
- 结晶的晶粒度大小受哪些因素的影响
  - 形核率和生长率
  - 过冷度增加时晶粒变细
  - 过冷度过大时，随着过冷度增加，晶粒变粗。
- 金属铸件的宏观组织
  - ![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/20/637992d5f2804.png)
  - 表层细晶粒区（过冷度最大）
  - 柱状晶区
  - 中心等轴晶区（过冷度最小）
- 金属铸件的缺陷
  - 缩孔：后结晶的部分得不到补充就会形成缩孔。
  - 疏松：金属液未能及时补充到枝晶间，形成细小分散缩孔。
  - 气孔：气体等在结晶时来不及逸出。
  - 偏析：先后结晶部位化学成分不同，宏观成分不均匀。
- 含碳量对铁碳合金组织力学性能的影响(important)
  - 铁素体强度、硬度低，塑性好，
  - 渗碳体则硬而脆。
  - 亚共析钢随含碳量增加钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降
  - 过共析钢随含碳量增加钢的强度下降，塑性、韧性下降。
  - 随着碳含量的升高，渗碳体增加，硬度上升，塑性越来越低。超过过共析钢一点点之后，渗碳体过多，形成网状，强度降低。
- 含碳量对铁碳合金组织工艺性能的影响
  - 切削性能：含碳量过低，不易断屑，过高，硬度太大，刀具磨损
  - 可锻性能：随含碳量增加，可锻性变差。奥氏体塑性好，热压力加工都加热到奥氏体相区进行。
  - 铸造性能：液、固相线的间距越大，流动性越差，共晶点最好。
  - 焊接性能：含碳量越低，塑性越好，焊接性能越好。
  - 热处理性能：含碳量不同，加热温度、冷却速度都有很大的不同。

## 第四章：金属的塑形变形及再结晶

- 单晶体的塑形变形
  - 滑移：晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分发生的滑动。
  - 孪生：切变、晶面![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/20/6379a23776c08.png)
  - 滑移和孪生的相同之处：（考一道选择题）
    - 都是剪切变形。
    - 都是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程。
    - 都不改变晶体结构。
    - 都是位错运动的结果。
    - 都有临界分切应力，孪生的临界分切应力远大于滑移。
  - 滑移和孪生的不同之处：
    - 滑移改变位相，孪生不改变。
    - 原子运动不同。
    - 滑移是不均匀切变，孪生是均匀切变过程。
    - 两者发生的条件不同。
- **多晶体的塑性变形**
  - 不等时性
  - 互相协调性
  - **不均匀性：不均匀性会产生内应力**
- 塑性形变对**性能**的影响（各向异性）
  - 加工硬化：强度、硬度提高，塑性变形韧性下降。
  - 晶格畸变：导电、导热降低，扩散加快。
- 塑性形变对**组织**的影响
  - 晶粒纤维状
  - 位错密度增大
- 消除金属塑性带来的影响
  - 回复：新晶粒产生前的亚结构（温度低）
    - 畸变减小、内应力下降
    - 晶粒形态不变
    - 性能：物化性能恢复，强硬度略降，塑性稍有升高
  - 再结晶：新晶粒产生（较高温度）
    - 形核于畸变处，长大成等轴晶。
    - 纤维→等轴，晶粒变细，晶体结构不变。
    - 性能：消除加工硬化，恢复力学性能
  - 晶粒长大：新晶粒长大。
    - 晶粒变粗
    - 性能：力学性能下降
    - 控制温度和保温时间
  - 晶粒长大主要受以下因素影响
    - 再结晶温度（t大T大→粗大）
    - 预变形度
    - 原始晶粒尺寸
    - 杂质（位错多，阻迁移→细小）
- 过冷奥氏体的组织转变
  - P（珠光体）转变
    - **扩散型：高温转变区，Fe、C扩散**
    - 片层间距：受温度影响
    - 球状珠光体：由经球化退火或马氏体在650℃~A1温度范围内回火形成。
    - 力学性能：碳化物大小、数量、形态和分布片层间距越小，强度、硬度、塑性高
  - B（贝氏体）转变
    - **半扩散型：中温转变区，C扩散， Fe切变**
    - 组织：过饱和F上分布碳化物
    - 组织形态：过饱和F上
      - 过饱和F之间+短杆碳化物：上贝氏体
      - 过饱和F内+细微碳化物：下贝氏体
    - 力学性能
      - 上贝氏体：强、塑性不好
      - 下贝氏体：强、塑性高
  - M（马氏体）转变
    - **非扩散型：低温转变区，Fe、C切变。**
    - 组织：过饱和F
    - 组织形态：取决于碳含量
      - 板条马氏体（位错）
      - 针片马氏体（孪晶）
    - 力学性能：
      - 强度、硬度极高、固溶强化、相变强化、时效强化
      - 塑韧性较低：亚结构、高速切变微裂纹
    - 马氏体转变特点：
      - 无扩散固溶强化
      - 马氏体转变在一个温度范围内完成
      - 马氏体转变的不完全
      - 瞬间形核，高速长大

## 第五章：钢的热处理

- 奥氏体的形成

1. 奥氏体的形核
  2. 奥氏体的长大
  3. 渗碳体的溶解
  4. 奥氏体的均匀化
- 影响奥化体晶粒大小的因素

- 加热温度和保温时间

- $T\uparrow t\uparrow \to粗$
  - 加热速度

- $a_T\uparrow 过冷度 \uparrow V_{形核}V_{长大}\uparrow\to起始晶粒细小$
  - 碳含量

- $C \uparrow V_{扩散} \uparrow \to 粗：共析钢粗大、亚过折钢细小$
  - 合金元素含量（Mn除外）

- 细
  - 原始晶粒度分散度

- $原始组织\uparrow S_{晶界}\uparrow 形核\uparrow 晶粒 \downarrow$
- 四把火：

- 退火：记种类选型
  - 正火：获得索氏体（S），消除加工后的组织缺陷，改善加工性能和化学性能

- 亚：Ac3以上30-50℃
    - 共：AC1以上30-50℃
    - 过：A1以上30-50℃
  - 淬火：获得马氏体，提高钢的力学性能

- 淬透性：主要受合金元素影响
    - 淬硬性：主要受碳含量影响
  - 回火：

- 低温回火：回火马氏体。高强度、硬度。用于刀具、量具
    - 中温回火：回火屈氏体。韧性较高、弹性极限高。 用于弹簧
    - 高温回火：回火索氏体。高韧性较高强度。用于轴、连杆、齿轮
- **表面化学热处理**

- 渗碳
  - 渗氮：此处理硬度最高，因为行程了化合物
  - 碳氮共渗
- **化学热处理的过程**

- 分解：在一定温度下，化学介质中的化合物分解出渗入元素的活性原子。
  - 吸收：活性原子在工件表面被吸收并溶解形成固溶体，超出溶解度时形成化合物。
  - 扩散：渗入的原子不断向工件内部迁移的过程，这是化学热处理得以不断进行和获得一定深度的渗层的保证。

## 第六章：工业用钢

### 钢的牌号

**考三个填空题的分**

- 混合编号（数字+元素符号）、数字编排
- 碳标定：工具钢，碳含量高，数字用千分之几，其余用万分之几；
- 合金元素标定：数字用百分之几

1. 碳素结构钢

$$
   Q（代表屈服点）+数值（屈服强度）+A/B/C/D（质量等级）

$$
2. 优质碳素钢

$$
   数值（碳含量万分之几）+[Mn]（锰含量在0.7\%-1.2\%时写上）

$$
3. 碳素工具钢

$$
   T（牌号头）+数值（碳含量千分之几）+[Mn]（锰含量在0.7\%-1.2\%时写上）

$$
4. 合金结构钢

$$
   数值（碳含量万分之几）+合金元素符号+数值（合金含量百分之几）+[特殊合金元素]

- Mo/V/Ti/Nb/B/N/RE**特殊合金元素**微量时，对钢的性能影响大，需标明。
5. 滚动轴承钢

$$
   G（牌号头）+Cr+数值（Cr含量千分之几）

$$
6. 合金元素钢和特殊性能钢

$$
   数值（碳含量千分之几，大于1\%时，不标出）+合金元素符号+数值（合金含量百分之几）

## 第七章：铸铁

简答：铸铁；塑性形变；热处理（回火）；P223齿轮与轴的选用

一：铸铁的相关知识

- 汽车、拖拉机中铸铁的用量为50%-70%
- 机床、重型机械（如矿山机械）占60%—90%

铸铁：WCC)>2.11的铁碳合金

组织特点

1. 铸铁中碳含量很高
2. 以化合物FeC3存在,也可能以游离态石墨形式存在

性能特点

1. 抗拉强度低,塑性韧性差,抗压强度高
2. 耐磨性好，减振性好，缺口敏感性低
3. 铸造性能优良
4. 工艺简单、成本低廉

灰铸铁：碳全部或大部分以游离态石墨存在

白口铸铁：碳全部或大部分以游离态石墨存在

麻口铸铁：碳一部分以石墨形式存在，另一部分以渗碳体形式存在

## 第十二章：工程材料的选用

- 齿轮|轴的选材
  - 工作载荷?→力学性能要求?→选材?→热处理?
  - 齿轮（轴）：工作条件较好，受力不大,可以直接选用中碳钢或中碳合金钢制造。
    - 采用：正火调质加表面淬火、低温回火
  - 齿轮（减速器）：工作条件严格，载荷较大的齿轮，选用低碳钢
    - 采用：正火、渗碳、淬火、低温回火

最后修改：2022 年 11 月 21 日

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tutu • 2022 年 11 月 20 日

# 热处理复习

## 分值

选择15 30''

填空15 15''

判断10 10''

简答4 30''

综合1 15''

杠杆定律有计算题

## 第一章：材料的力学性能

**塑性（考一道计算题）**

- $$
    \delta =\frac{L_1-L_0}{L_0} \times 100\%

$$
- 断面收缩率：指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。用*ψ* 表示 ，无单位。

- $$
    \psi =\frac{S_0-S_u}{S_0} \times 100\%

## 第三章：金属的结晶与二元相图

## 第四章：金属的塑形变形及再结晶

## 第五章：钢的热处理

- 奥氏体的形成

1. 奥氏体的形核
  2. 奥氏体的长大
  3. 渗碳体的溶解
  4. 奥氏体的均匀化
- 影响奥化体晶粒大小的因素

- 加热温度和保温时间

- $T\uparrow t\uparrow \to粗$
  - 加热速度

- $a_T\uparrow 过冷度 \uparrow V_{形核}V_{长大}\uparrow\to起始晶粒细小$
  - 碳含量

- $C \uparrow V_{扩散} \uparrow \to 粗：共析钢粗大、亚过折钢细小$
  - 合金元素含量（Mn除外）

- 细
  - 原始晶粒度分散度

- $原始组织\uparrow S_{晶界}\uparrow 形核\uparrow 晶粒 \downarrow$
- 四把火：

- 退火：记种类选型
  - 正火：获得索氏体（S），消除加工后的组织缺陷，改善加工性能和化学性能

- 亚：Ac3以上30-50℃
    - 共：AC1以上30-50℃
    - 过：A1以上30-50℃
  - 淬火：获得马氏体，提高钢的力学性能

- 淬透性：主要受合金元素影响
    - 淬硬性：主要受碳含量影响
  - 回火：

- 渗碳
  - 渗氮：此处理硬度最高，因为行程了化合物
  - 碳氮共渗
- **化学热处理的过程**

## 第六章：工业用钢

### 钢的牌号

**考三个填空题的分**

- 混合编号（数字+元素符号）、数字编排
- 碳标定：工具钢，碳含量高，数字用千分之几，其余用万分之几；
- 合金元素标定：数字用百分之几

1. 碳素结构钢

$$
   Q（代表屈服点）+数值（屈服强度）+A/B/C/D（质量等级）

$$
2. 优质碳素钢

$$
   数值（碳含量万分之几）+[Mn]（锰含量在0.7\%-1.2\%时写上）

$$
3. 碳素工具钢

$$
   T（牌号头）+数值（碳含量千分之几）+[Mn]（锰含量在0.7\%-1.2\%时写上）

$$
4. 合金结构钢

$$
   数值（碳含量万分之几）+合金元素符号+数值（合金含量百分之几）+[特殊合金元素]

- Mo/V/Ti/Nb/B/N/RE**特殊合金元素**微量时，对钢的性能影响大，需标明。
5. 滚动轴承钢

$$
   G（牌号头）+Cr+数值（Cr含量千分之几）

$$
6. 合金元素钢和特殊性能钢

$$
   数值（碳含量千分之几，大于1\%时，不标出）+合金元素符号+数值（合金含量百分之几）

## 第七章：铸铁

简答：铸铁；塑性形变；热处理（回火）；P223齿轮与轴的选用

一：铸铁的相关知识

- 汽车、拖拉机中铸铁的用量为50%-70%
- 机床、重型机械（如矿山机械）占60%—90%

铸铁：WCC)>2.11的铁碳合金

组织特点

1. 铸铁中碳含量很高
2. 以化合物FeC3存在,也可能以游离态石墨形式存在

性能特点

1. 抗拉强度低,塑性韧性差,抗压强度高
2. 耐磨性好，减振性好，缺口敏感性低
3. 铸造性能优良
4. 工艺简单、成本低廉

灰铸铁：碳全部或大部分以游离态石墨存在

白口铸铁：碳全部或大部分以游离态石墨存在

麻口铸铁：碳一部分以石墨形式存在，另一部分以渗碳体形式存在

## 第十二章：工程材料的选用

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