2021年三级学科代码表

作业 第六章  钢的热处理 一、 名词解释 1、 钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。 2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。 3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。 4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。  5、退火— 将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。  8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。  9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。  10、真空热处理— 在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。 11、渗碳— 为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。 12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。 二、填空题 1、整体热处理分为  退火  、  正火  、  淬火  和  回火  等。 2、表面淬火的方法有  感应加热  表面淬火、  火焰加热  表面淬火、  接触电阻加热  表面淬火、  电解液  表面淬火等。 3、化学热处理包括  渗碳  、  渗氮  、  碳氮共渗  和  渗硼  等。 4、热处理工艺过程由 加热  、 保温  和 冷却  三个阶段组成。 5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体)  、  S(索氏体) 和  T(托氏体)  。 6、贝氏体分  上贝氏体  和  下贝氏体  两种。 7、淬火方法有： 单液  淬火、  双液  淬火、 马氏体分级  淬火和  贝氏体等温    淬火等。 8、常用的退火方法有：  完全退火   、  球化退火  和 去应力退火    等。 9、常用的冷却介质有   油  、    水    、  空气    等。 10、常见的淬火缺陷有  过热  与  过烧  、  氧化  与 脱碳    、  硬度不足  与  软点  、  变形  与  开裂  等 11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为  高频感应加热  、  中频感应加热  和  工频感应加热 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 小    。 12、按回火温度范围可将回火分为  低温  回火、  中温  回火和   高温  回火三种。 13、化学热处理是由 分解  、  吸收  和  扩散 三个基本过程所组成。 14、根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为  气体  渗碳、  固体  渗碳和  液体  渗碳三种。 15、机械制造过程中常用的时效方法主要有：  自然  时效、  热  时效、  变形  时效 和  振动  时效等。 三、选择题 1、过冷奥氏体是  C  温度下存在，尚未转变的奥氏体。 A. Ms  B.Mf    C.A1 2、过共析钢的淬火加热温度应选择在  A  ，亚共析钢则应选择在   C  。 A. Ac1+30-50℃  B.Accm以上    C.Ac3+30-50℃ 3、调质处理就是  C  。 A.淬火+低温回火  B.淬火+中温回火    C.淬火+高温回火 4、化学热处理与其他热处理方法的基本区别是  C  。 A. 加热温度  B.组织变化    C.改变表面化学成分 5、零件渗碳后，一般需经  C  处理，才能达到表面高硬度和耐磨的目的。 A. 淬火+低温回火  B.正火    C.调质 四、判断题 1、淬火后的钢，随回火温度的增高，其强度和硬度也增高。（ × ） 2、钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。（√） 3、钢中碳的质量分数越高，其淬火加热温度越高。（ × ） 4、高碳钢可用正火代替退火，以改善其可加工性。（ × ） 5、钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。（√） 6、热应力是指钢件加热和（或）冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和（或）冷缩不均所产生的内应力。（√） 五、简答题 1、指出Ac1、Ac3、Accm; Ar1、Ar3、Arcm及A1、A3、Acm之间的关系。 答：金属或合金在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为相变点或临界点。 在铁碳合金状态图中，A1、A3、Acm是平衡条件下的临界点。 实际加热时的临界点标注为Ac1、Ac3、Accm。 实际冷却时的临界点标注为Ar1、Ar3、Arcm。 2、简述共析钢过冷奥氏体在A1-Mf温度之间不同温度等温时的转变产物及性能。 答：马氏体形成速度很快，但只有当满足冷却速度大于Vc ；同时冷到Ms（共析钢≈220℃） 点时才开始由奥氏体转变成马氏体，马氏体的转变是有一个温度范围的，也就是到Mf （共析钢≈-50℃）时，马氏体转变结束。 马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高用符号M表示。 3、奥氏体、过冷奥氏体与残留奥氏体三者之间有何区别？ 答：奥氏体晶粒细小，则其转变产物的晶粒也较细小，其性能也较好；反之，转变产物的晶粒则粗大，其性能则较差。将钢加热到临界点以上时，刚形成的奥氏体晶粒都很细小。如果继续升温或延长保温时间，便会引起奥氏体晶粒长大。生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的长大。 在共析温度以下存在的奥氏体称为过冷奥氏体，也称亚稳奥氏体，它有较强的相变趋势。采用等温转变可以获得单一的珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体组织。采用连续冷却转变时，由于连续冷却转变是在一个温度范围内进行，其转变产物往往不是单一的，根据冷却速度的变化，有可能是P＋S、S＋T或T＋M等。 淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，残余奥氏体分解为低碳马氏体和ε碳化物，此组织为回火马氏体。 4、完全退火、球化退火与去应力退火在加热规范、组织转变和应用上有何不同？ 答：1）完全退火是将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。完全退火后所得到的室温组织为铁素体和珠光体。完全退火主要用于亚共析钢制作的铸件、锻件、焊件等。 2）球化退火是使工件中碳化物球状化而进行的退火，所得到的室温组织为铁素体基体上均匀分布着球状(粒状)渗碳体，即球状珠光体组织。球化退火的目的是降低钢材硬度，改善钢材切削加工性，并为淬火作组织准备。球化退火主要用于过共析钢和共析钢制造的刃具、量具、模具等零件。 3）去应力退火是为去除工件塑性形变加工、切削加工或焊接加工过程中造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。钢材在去应力退火的加热及冷却过程中无相变发生。去应力退火主要用于消除钢制工件在切削加工、铸造、锻造、热处理、焊接等过程中产生的残余应力并稳定其尺寸，钢材在去应力退火的加热及冷却过程中无相变发生。 5、正火和退火有何异同？试说明二者的应用有何不同？ 答：正火主要适用于低碳钢，冷却方式为空气冷却；退火主要适用于中碳钢和高碳钢，冷却方式为炉内冷却。。 6、今有经退火后的45钢，组织为F+P，在700℃、760℃、840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是什么？ 答：在700℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是F+P； 在760℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是F+M； 在840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是M。 7、淬火的目的是什么？亚共析刚和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？ 答：淬火的目的主要是使钢件得到马氏体（和贝氏体）组织。提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。 亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30℃～50℃因为在此温度范围内，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗大，使钢淬火后的性能变坏；若加热温度过低，则淬火组织中尚有未溶铁素体，使钢淬火后的硬度不足。 共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30℃～50℃，此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒，淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体，能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm，将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到。 8、回火的目的是什么？工件淬火后为什么要及时回火？ 答：回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得较好的强度和韧性配合。淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成（有时还有未溶碳化物），其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。 9、叙述常见的三种回火方法所获得的组织、性能及应用。 答：低温回火温度范围是在250℃以下。经低温回火后组织为回火马氏体（M1），低温回火后硬度一般为58～62HRC。主要用于高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。 中温回火温度范围是在250℃～450℃。淬火钢经中温回火后组织为回火托氏体（T1），中温回火后硬度一般为35～50HRC。主要用于处理弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。 高温回火温度范围是在500℃以上。淬火钢经高温回火后组织为回火索氏体（S1），回火后硬度一般为200～330HBW。另外，钢件淬火加高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理，它主要用于处理轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。 10、渗碳的目的是什么？为什么渗碳后要进行淬火和低温回火？ 答：渗碳的目的是提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度。渗碳后的工件都要进行淬火和低温回火，目的是为了使工件表面获得高的硬度（56～64HRC）、耐磨性和疲劳强度，面心仍保持一定的强度和良好的韧性。 11、用低碳钢和中碳钢制造齿轮，为了获得表面具有高地硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和韧性，各需采取怎样的热处理工艺？热处理后，组织和性能有何差别？ 答：对于低碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取渗碳→淬火→低温回火热处理工艺。处理后的组织：表层是回火马氏体（高碳），心部是回火马氏体（低碳）。 对于中碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需要采取表面淬火→低温回火热处理工艺。处理后的组织：表层是回火马氏体，心部是铁素体+珠光体。 第六章  非合金钢 一、名词解释 1.热脆 金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。 2.冷脆 磷在室温下使钢的塑性和韧性急剧下降，产生低温脆性，这种现象称为冷脆。 3.普通质量非合金钢 普通质量非合金钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非合金钢。 4.优质非合金钢 优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。 5.特殊质量非合金钢 特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金钢。 二、填空题 1.钢中所含有害杂质元素主要是  S   、  P   。 2.非合金钢按钢中碳的质量分数可分为  低碳钢  、    中碳钢   、  高碳钢  三类。 3.普通质量非合金钢的质量等级可分为  A  、  B   、  C  、    D    四级。 4.在非合金钢中按钢的用途可分为  碳素结构钢  、  碳素工具钢  两类。 5.T12A钢按用途分类属于  碳素工具钢  钢，按碳的质量分数分类属于  高碳钢  ，按质量分类属于  高级优质碳素工具钢  。 6.45钢按用途分类属于  碳素结构钢  钢，按主要质量等级分类属于  优质非合金 钢。 三、选择题 1.08F牌号中，08表示其平均碳的质量分数为  0.08%  。 A. 0.08%；  B. 0.8%；  C. 8%。 2.普通、优质和特殊质量非合金钢是按  D  进行区分的。 A. 主要质量等级；  B. 主要性能；  C. 使用特性  D. 前三者综合考虑 3.在下列三种钢中，  65   钢的弹性最好；  T12  钢的硬度最高；  20  钢的塑性最好。 A. T10；  B. 20；  C. 65。 4.选择制造下列零件的材料：冷冲压件    08F  ；齿轮  45  ；小弹簧  70  。 A. 08F； B. 70； C. 45。 5.选择制造下列工具所用的材料：木工工具  T8A  ；锉刀  T12  ；手锯锯条  T10  。 A. T8A； B. T10； C. T12。 四、判断题 1.T10钢的碳的质量分数是10%。(错) 2.高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。(错) 3.碳素工具钢都是优质或高级优质钢。(对) 4.碳素工具钢的碳的质量分数一般都大于0.7%。(对) 5.用铸造碳钢可用于铸造生产形状复杂而力学性能要求较高的零件。(对) 6．氢对钢材的危害很大，它使钢材变脆（称氢脆），也可使钢材产生微裂纹（称白点）。(对) 五、简答题 1.为什么在非合金钢中要严格控制硫、磷元素的质量分数?而在易切削结构钢中又要适当地提高硫、磷元素的质量分数? 答：在非合金钢中严格控制硫、磷元素的质量分数是为了防止钢产生“热脆”和“冷脆”现象。而在易切削结构钢中适当地提高硫、磷元素的质量分数是为了提高切削效率，减少刀具磨损，提高零件表面质量。 2.碳素工具钢中碳的质量分数不同，对其力学性能及应用有何影响? 答：碳素工具钢随着碳的质量分数的增加，其硬度和耐磨性提高，而韧性下降，其应用场合也分别不同。T7、T8一般用于要求韧性稍高的工具，如冲头、錾子、简单模具、木工工具等；T10用于要求中等韧性、高硬度的工具，如手用锯条、丝锥、板牙等，也可用作要求不高的模具；T12具有高的硬度和耐磨性，但韧性低，用于制造量具、锉刀、钻头、刮刀等。 第七章  低合金钢和合金钢 一、名词解释 1.合金元素 为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。 2.合金钢 含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。 3.耐回火性 淬火钢件在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性(或回火稳定性)。 4.二次硬化 铁碳合金在一次或多次回火后提高其硬度的现象称为二次硬化。 5.不锈钢 不锈钢是指用来抵抗大气腐蚀或能抵抗酸、碱、盐等化学介质腐蚀的钢。 6.耐热钢 耐热钢是指在高温下不发生氧化，并且有较高热强性的钢。 二、填空题 1.低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢。 2.合金钢按主要质量等级可分为  优质合金  钢和  特殊质量合金  钢。 3.特殊物理性能钢包括 永磁 钢、 软磁钢 钢、 无磁 钢和 高电阻 钢等。 4.机械结构用钢按用途和热处理特点,分为 合金渗碳钢 钢、 合金调质 钢、 合金弹簧 钢            和 超高强度  钢等。 5.不锈钢按其使用时的组织特征分为  铁素体型不锈  钢、  奥氏体型不锈  钢、  马氏体型不锈  钢、  奥氏体-铁素体型不锈  钢和  沉淀硬化型不锈  钢五类。 6.钢的耐热性包括  抗氧化  性和  高温热强  性两个方面。 7．60Si2Mn是  合金弹簧  钢，它的最终热处理方法是  淬火+中温回火  。 8．高速钢刀具在切削温度达600℃时，仍能保持  高硬度  和  耐磨性  。 9．铬不锈钢为了达到耐腐蚀的目的，其铬的质量分数至少为  13%  。 10. 超高强度钢按化学成分和强韧化机制分类，可分为低合金超高强度钢、二次硬化型超高强度钢、马氏体时效钢和超高强度不锈钢四类。 11. 常用的低温钢主要有低碳锰钢、镍钢及奥氏体不锈钢。 三、选择题 1．合金渗碳钢渗碳后必须进行  A     处理后才能使用。 A.淬火加低温回火；  B.淬火加中温回火；  C.淬火加高温回火。 2.将下列合金钢牌号归类。 耐磨钢    B    ；合金弹簧钢    A    ；合金模具钢  C   ；不锈钢  D    。  A.60Si2MnA；  B.ZGMn13-1；  C.Cr12MoV；  D.2Cr13。 3.为下列零件正确选材： 机床主轴    C  ；汽车、拖拉机变速齿轮  D    ；板弹簧  E   ；滚动轴承    B   ；贮酸槽    A    ；坦克履带    F    。 A.1Cr18Ni9；  B.GCr15；  C.40Cr；  D.20CrMnTi；  E.60Si2MnA；  F.ZGMn13-3。 4.为下列工具正确选材： 高精度丝锥    B    ；热锻模    E    ；冷冲模    A    ；医用手术刀片    C    ；麻花钻头    D    。 A.Cr12MoVA； B.CrWMn；  C.7Cr17；  D.W18Cr4V；  E.5CrNiMo。 四、判断题 1.大部分低合金钢和合金钢的淬透性比非合金钢好。(对) 2.3Cr2W8V钢一般用来制造冷作模具。(错) 3.GCr15钢是滚动轴承钢，其铬的质量分数是15%。(错) 4.Cr12MoVA钢是不锈钢。(错) 5.40Cr钢是最常用的合金调质钢。(对) 6.无磁钢是指在电磁场作用下，不引起磁感或不被磁化的钢。(对) 7. 低温钢是指用于制作工作温度在0℃以下的零件和结构件的钢种。(对) 五、简答题 1.与非合金钢相比，合金钢有哪些优点? 答：合金钢的力学性能比非合金钢好，主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性，以及细化了奥氏体晶粒，使铁素体固溶强化效果增强。此外，某些合金钢具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、热硬性、耐磨性等特殊性能。但合金钢的优点大多要通过热处理才能发挥出来。 2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响? 答：合金元素在钢中以合金铁素体和合金碳化物形式存在。它们提高了合金钢的强度、硬度和耐磨性。 3.一般来讲，相同碳的质量分数的合金钢比非合金钢淬火加热温度高、保温时间长，这是什么原因? 答：合金钢的奥氏体形成过程，基本上与非合金钢相同，也包括奥氏体的形核、长大、碳化物的溶解和奥氏体的均匀化。在奥氏体形成过程中，除Fe、C原子扩散外，还有合金元素原子的扩散。由于合金元素的扩散速度较慢，且大多数合金元素(除Ni、Co外)均减慢碳的扩散速度；加之合金碳化物比较稳定，不易溶入奥氏体中，因此，在不同程度上减缓了奥氏体的形成过程。所以，为了获得均匀的奥氏体，大多数合金钢需加热到更高的温度，并保温更长的时间。 4.说明下列牌号属何类钢?其数字和符号各表示什么? 20Cr  9CrSi  60Si2Mn  GCr15  1Cr13  Cr12 答：20Cr是合金渗碳钢，WC=0.2%，WCr=1%； 9CrSi是合金工具钢，WC=0.9%，WCr=1%，WSi=1%； 60Si2Mn是合金弹簧钢，WC=0.6%，WSi=2%，WMn=1%； GCr15是滚动轴承钢，WC=0.95~1.15%，WCr=1.5%； 1Cr13是不锈钢，WC=0.1%，WCr=13%； Cr12是合金工具钢，WC≥1.0%，WCr=12%. 5.试列表比较合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢碳的质量分数、典型牌号、常用最终热处理、主要性能及用途。 答：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢碳的质量分数、典型牌号、常用最终热处理、主要性能及用途见下表 分类 碳的质量 分数 典型牌号 常用最终 热处理 主要性能 用途 合金渗碳钢 WC=0.2%左右 20CrMnTi 淬火+低温回火 表面硬、耐磨 齿轮、小轴、阀嘴、销 合金调质钢 WC=0.4%左右 40Cr 淬火+高温回火 综合性能好 齿轮、连杆、轴 合金弹簧钢 WC=0.7%左右 60Si2Mn 淬火+中温回火 弹性高 弹性零件 滚动轴承钢 WC=1.0%左右 GCr15 淬火+低温回火 硬、耐磨、疲劳强度高 滚动轴承、量具、模具             6.高速钢有何性能特点?回火后为什么硬度会增加?