金属材料与热处理第2章教案[12、13]22[推荐]

第一篇：金属材料与热处理第2章教案[12、13]22[推荐]

教学时数：2课时

课

题：§2.2纯金属的结晶 教学目标：

1．了解纯金属的结晶过程。

2．掌握晶粒大小对金属材料性能的影响。3．掌握金属同素异构转变。教学重点：

1．晶粒大小对金属材料性能的影响。2．金属的同素异构转变。教学难点：

金属的同素异构转变。教学步骤：（复习提问）

1．什么是晶体、非晶体？

2．什么是晶格、晶胞、有哪三种晶格类型？ 3．晶体在结构上有哪些缺陷？（引入新课）

同学们都知道，一杯水在它的凝固点（零度）以下会结成冰，那么加热融化成液体的金属在不断冷却后到某一个温度时会变成什么呢？

——固态或固体的金属。

举例：Fe在1538°C以上会变成液体，以下就是固体。（讲授新课）

金属结晶形成的组织直接影响金属的性能，所以，研究金属的结晶过程，对改善其组织和性能具有重要意义。一． 金属的结晶过程 1．结晶

纯金属或合金由液态转变为固态的过程称为结晶。2．结晶潜热

在结晶过程种会放出一定的热量。3．纯金属的结晶过程

纯金属的结晶过程可用热分析法进行研究，将纯金属加热熔化成液体，然后以缓慢的速度冷却，在冷却过程中，每隔一定时间测量一次温度，最后记录下来的数据绘制在温度－时间坐标图上，并画出一条温度与时间的关系曲线。这条曲线称为冷却曲线。（1）过冷度△T 理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。△T＝T0－T1（2）金属结晶时，过冷度的大小与冷却速度有关，冷却越快，其实际结晶的温度就越低，过冷度△T也就越大。

（3）问题：

纯金属结晶时，其冷却曲线为何有一段水平线？

——由于结晶过程中释放出的结晶潜热补偿了向外界散失的热量。

（4）金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成，并且这两个过程是同时进行的。① 产生——新晶核不断产生

则结晶后得到金属晶粒数目多，晶粒细。② 长大——旧晶核不断长大

则结晶后得到金属晶粒数目少，晶粒粗。（5）注意

纯金属的结晶过程是在冷却曲线的水平段内发生的，实际上是新晶核不断产生，同时旧晶核不断长大的过程。

图2－7 纯金属的冷却曲线

二． 金属结晶后的晶粒大小 1．晶粒大小对力学性能的影响

晶粒越细小，金属的强度、硬度就越高，塑性、韧性就越好。原因：

晶粒越小，晶界就越曲折，晶粒与晶粒间相互咬合的机会就越多，越不利于裂纹的扩展，强度和韧性就越好。

晶粒越细，塑性变形就可分散在更多的晶粒内进行，使塑性变形越均匀，内应力集中越小，塑性变形就越好。2．晶粒大小的控制（1）增加冷过度 随冷过度增加，生核速度（形核率）和晶核长大速度（长大率）都会增加。但是形核率增加要快，产生的晶核数显著增加。（2）变质处理

在浇注前向金属液体中加入少量其他物质，主要是大量难熔的固体微粒充当人工合金。（3）附加振动

在结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法。使正在生长的晶粒破碎而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，增大形核率，从而细化晶粒。三． 金属的同素异构体

1．大多数金属的晶格类型是固定不变的，但是铁、锰、锡、钛等金属的晶格类型都会随温度的升高或降低而发生变化。2．概念

金属在固态下，随温度的变化而发生晶格类型改变的现象称为同素异构转变。3．纯铁的冷却曲线

图2－8 纯铁的冷却曲线

1538°C —— 纯铁的理论结晶温度 770°C ——纯铁磁性转变的临界温度

（巩固练习）

问：金属结晶的必要条件是什么？过冷度与冷却速度有何关系？ 答：过冷是金属结晶的必要条件。过冷度越大，冷却速度越快。

（课堂小结）

1．什么是结晶，由哪两个基本过程组成？ 2．纯金属的结晶过程。

3．同素异构转变的概念和曲线。4．主要温度点

（1）1358°C——纯铁的理论结晶温度，此线以下即为体心立方的Fe

（2）1394°C—。—6同素异构转变温度，此线以下转变为面心立方的r-Fe。

（3）912°C——同素异构转变温度，此线以下转变为体心立方的Fe。

（4）770°C——纯铁磁性转变的临界温度，此线以下纯铁才具有磁性，此点称为“居里点”。

（作业布置）

课堂作业：

判断题

（1）纯金属的结晶过程是一个恒温过程。（2）所有金属都具有同素异构转变现象。课后作业：

1．名词解释

结晶、冷过度、变质处理、同素异构转变。2．简答题

（1）晶粒大小对金属力学性能有何影响？细化晶粒的方法有哪些？（2）什么是金属的同素异构转变？试以纯铁为例分析同素异构转变过程。

（教后感）

第二篇：(金属学与热处理)工程材料学总结

《工程材料学》总结

第一部分：晶体结构与塑性变形 一、三种典型的金属晶体结构

1．bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。Bcc：体心立方，内包含2个原子，致密度为0.68，配位数为8 Fcc：面心立方，4个原子，致密度0.74，配位数12 Hcp：密排六方，6个原子，致密度0.74，配位数12 2．立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。

3．晶向族〈„〉/晶面族{„}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。4．bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。

密排面 密排方向

fcc {111} <110> bcc {110} <111>

二、晶体缺陷

1．点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。

点缺陷：特征“三个方向尺寸都很小”空位，间隙原子，置换原子 线缺陷：特征“两个方向上的尺寸很小”位错：刃型位错，螺型位错

面缺陷：特征“在一个方向上尺寸很小”外表面，内界面：晶界，亚晶界，孪晶界，堆垛层错和相界 2．刃型位错的晶体模型。

三、塑性变形与再结晶

1．滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。2．滑移系 =滑移面 + 其上的一个滑移方向。滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。

3．强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。

主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。

4．冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。5．冷、热加工的概念

冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。

热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。6．热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。第二部分：金属与合金的结晶与相图

一、纯金属的结晶

1．为什么结晶必须要过冷度？

由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即 G =GS-GL<0；只有当温度低于理论结晶温度 Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态 金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。

2．结晶是晶核形成和晶核长大的过程。

3．细化铸态金属的晶粒有哪些主要方法？（三种方法）控制过冷度，变质处理，振动搅动 二、二元合金的相结构与相图

1．固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、Fe3C、A、F、P、Ld、S、T、B上、B下、M片、M条？）

’2．匀晶相图

①在两相区内结晶时两相的成分、相对量怎样变化？ ②熟练掌握用杠杆定律计算的步骤：

⑴将所求材料一分为二，⑵注意杠杆的位置和长度，⑶正确列出关系式。3．共晶（析）相图

①熟悉共晶（析）相图的基本形式（水平线、一变二）。②会区分共晶（析）体、先共晶（析）相、次生相（二次相）。

③会在相图中填写组织组成物（或相组成物），掌握不同合金在室温时的平衡组织, 会熟练应用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。

三、Fe-Fe3C 相图（重点）

1.默绘相图并牢记共晶转变和共析转变的温度与各相成分。包晶转变：1495摄氏度 共晶转变：温度1148摄氏度 共析转变：727摄氏度

2.掌握各类合金平衡结晶过程与室温时的平衡组织，会画符合要求的平衡组织示意图： ①各组织组成物的形态，②在相图上标注各组织组成物。3.会用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。第三部分：各类材料与钢铁热处理（重点）

一、各类材料的牌号、热处理和用途

1． 会根据牌号确定钢的化学成分（碳及合金元素的含量范围）。①结构钢钢号特征： 前二位数字(万分比)普通碳素结构钢（如Q235等）、普通低合金钢（如Q295等）包括：⑴工程构件用钢： 含碳量小于0.20%。

热处理：热轧空冷后(相当于正火)直接使用 ⑵机器零件用钢： 按含碳量区分，由低到高是 渗碳钢(0.100.50%)(碳素钢：40, 45;合金钢：40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo)、热处理：调质处理，即淬火＋高温回火 用途：轴，弹簧钢(0.500.60%的工具钢, 如：3Cr2W8V，5CrNiMo 热处理：淬火＋高温回火

⑶量具用钢：C:0.9-1.5%, 碳素工具钢:T10A, T12A 热处理：水（油淬）＋低温回火 低合金工具钢：9SiCr, GCr15, 热处理：淬火（油）＋冷处理＋低温回火

③不锈钢钢： Cr含量≥13%, 如：1Cr18Ni9Ti，3Cr13 2．钢的热处理工序及应用

①预先热处理： 完全退火（用于亚共析钢，用于组织均匀化，Ac3+30 C）

球化退火（用于共析钢、过共析钢, Ac1+30 C）

正火（过共析钢中消除网状二次碳化物，低碳亚共析钢中代替完全退火但强度硬度高一些, Ac3(ACcm)+30 C）

②最终热处理

⑴一般： 低温回火（用于刃具、冷模具等）

淬火 + 中温回火（用于弹簧等）

高温回火（即调质，用于轴类等）

⑵特殊： 构件用钢：不淬火，在热轧或正火（空冷）状态使用；

渗碳钢：先渗碳，再淬火 + 低温回火。

3． 铸铁、有色金属材料的分类

①要求掌握铸铁的分类并认识牌号（HT、QT、KT等）。②了解铸铁中石墨形态（几种形态？）对铸铁性能的影响。③ 要求认识铝合金、铜合金、钛合金的类型和强化途径。4.材料力学性能各指标的符号、名称。

二、热处理原理 1． 2． 3． 4． 钢加热到临界点（AC1/AC3/ACm）以上形成奥氏体，应控制加热温度和保温时间以避免晶粒长大。共析钢的TTT曲线示意图。

P、S、T、B上、B下、M片、M条的形态。

M的性能：硬度决定于马氏体内含碳量，韧性决定于马氏体的粗细及形态。

5．TTT曲线的应用： 冷却方式 画冷却曲线 所得组织 6．回火形成粒状组织M回、T回、S回（T回、S回与片状组织T、S无关）。

三、热处理工艺 1.会确定加热温度 ①退火、正火、淬火：

碳钢：临界点（AC1/AC3/ACm）+ 30℃；合金钢原则相同，但温度较高。②回火： 低温回火，中温回火，高温回火（用于淬火后的热处理）2.冷却方式与目的

① 退火—炉冷；②正火—空冷；③淬火—单液淬火，水淬油冷，分级淬火（减小内应力），等温淬火（获得B下）3．淬透性与淬硬性的区别

淬透性：钢淬火获得M多少的能力，决定于C曲线左右的位置。

淬硬性：钢淬火获得M的硬度高低，决定于M内的含碳量。故高碳钢的淬硬性好而淬透性不好，低碳合金钢的淬透性好而淬硬性不够（如20CrMnTi）。

四、要求会定性分析合金元素在钢中主要作用的原因。①提高淬透性，②固溶强化，③弥散强化，④细化晶粒 ⑥所有合金元素都提高回火稳定性。

五、高速钢

1．莱氏体钢的锻造： 莱氏体钢内存在不均匀分布的粗大共晶碳化物，严重降低钢的性能，不能用热处理方法消除，必须进行反复多向的锻造击碎之，使之分布均匀，改善组织性能。高速钢及Cr12型钢都是莱氏体钢。2．为获得高速钢的红硬性，其热处理工艺应当： ① 高温淬火形成高碳高合金度的马氏体

高温加热（W18Cr4V 1280℃；W6Mo5Cr4V2 1220℃）使大量碳化物溶入奥氏体，形成高碳高合金度的奥氏体，经淬火形成高碳高合金度的马氏体 + 大量残余奥氏体 + 未溶碳化物，为二次硬化作准备。② 560℃多次回火时发生二次硬化，原因是：

⑴弥散强化，回火温度达500℃以上时，从马氏体内析出大量稳定的特殊合金碳化物，弥散分布，使硬度上升, 至560℃硬度达到峰值。

⑵二次硬化，在回火冷却时发生A向 M回 转变，也使硬度上升。多次回火可继续降低残余奥氏体量，进一步提高硬度。最终组织：回火马氏体 + 少量残余奥氏体 + 碳化物

，六、典型零件的选材、热处理及工艺路线（综合应用）

1、选材原则：力学性能；工艺性能；经济性；（轻型、高寿命）2． 轴类零件: 调质钢，如：40，40Cr等

热处理：调质（即淬火 + 高温回火）。（S回）

弹簧零件：弹簧钢。如：60Si2Mn 热处理：淬火 + 中温回火。(T回)机床齿轮：调质钢，如： 40，40Cr 热处理：调质表面淬火（高频）+ 低温回火。

汽车、拖拉机变速箱齿轮：渗碳钢，如：20Cr或20CrMnTi

热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火。

2．一般工艺路线： 锻（铸）造成形 → 预先（备）热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 精加工

第三篇：金属学与热处理课程教学大纲

机械设计制造及其自动化专业

参考教材

1.机械制图，参考书：胡建生.机械制图.北京：机械工业出版社 2.机械设计，参考书：陈良玉.机械设计基础.沈阳：东北大学出版社 3.机械制造基础，参考书：熊良山.机械制造技术基础.武汉：华中科技大学

第一部分 专业综合课考试大纲理论考试部分（200分）

《机械制图》（60分）

一、课程性质和任务

本课程是研究用正投影法绘制工程图样和解决空间几何问题的理论和方法的一门学科，培养学生具有初步绘制、阅读机械工程图样的能力和空间想像力，同时又为学生学习后续课程和完成课程设计和毕业设计打下不可缺少的基础。

二、课程的基本要求

1．掌握机械制图的基本原理和方法。2．培养学生阅读、绘制工程图样的能力。

三、教学内容

绪论：了解本课程的性质任务和学习方法

1、正投影法基础

了解投影法的基本概念、正投影的基本特性；熟练掌握点的投影、点的相对位置和重影点、直线的投影、直线上的点、两直线的相对位置、平面的投影。

2、立体的投影

掌握平面立体、曲面立体的投影图。

3、立体表面交线

掌握平面立体的截交线、曲面立体的截交线、两曲面立体相贯线的画法。

4、制图基本知识

了解工程制图的基本知识。

5、组合体的视图

熟练掌握组合体的形体分析、画组合体视图、读组合体视图、组合体的尺寸标注。

6、机件常用的表达方法

熟练掌握视图、剖视图、断面图、局部放大图、简化画法、规定画法。

7、标准件和常用件

掌握螺纹和螺纹紧固件、齿轮的画法；了解键联接、销联接、滚动轴承及弹簧的基本知识和画法。

8、零件图

了解零件图的内容；掌握零件图技术要求的标注方法（表面粗糙度、公差与配合的标注）。

9、装配图

了解装配图的作用和内容；了解装配图的表达方法及尺寸标注；了解装配图中的零、部件序号和明细栏的标注；了解看装配图的方法。

《机械设计》（70分）

一、课程的性质、目的与任务

机械设计基础是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课。在教学上应着重基本知识、基本理论和基本设计方法等内容。培养学生综合运用本课程的知识来解决具体工程技术问题的能力。

二、课程基本要求

1．掌握机械中常用机构的结构原理、运动特性及有关机构动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。

2．掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并初步具有设计简单的机械及普通机械传动装置的能力。

3．具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

三、教学考试内容与要求 1．机械设计概述

了解机械的组成及课程的研究内容、性质和任务。2．平面机构运动简图和自由度

了解运动副和运动简图的概念。掌握一般机构简图及其测绘方法；机构具有确定运动的条件。熟练掌握平面机构自由度数的计算（能识别和正确处理机构中含有的复合铰链、局部自由度和虚约束）。

3．平面连杆机构

了解连杆机构的概念和特点。掌握四杆机构的基本知识。熟练掌握判断机构中存在两个周转副的条件，并能确定取不同构件为机架时该机构的类型。了解四杆机构的演化。掌握曲柄滑块机构的特性。掌握用图解法设计四杆机构的方法（包括按给定连杆的预定的位置，按给定行程速比系数Ｋ设计）。

4．凸轮机构和间歇运动机构

了解凸轮机构的特点、常用类型及应用。掌握从动件常用运动规律。掌握滚子对心和偏心直动从动件盘形凸轮轮廓线的图解法设计。掌握压力角、基圆半径的概念。一般了解棘轮机构、槽轮机构的工作原理、特点和应用。

5．联接

了解联接的分类；键和花键联接的类型、特点和应用。掌握平键联接的失效形式和设计计算。了解螺纹的形成、螺纹的参数及螺纹的类型、特点和应用。了解螺旋副的受力分析、效率和自锁。掌握螺纹联接的四种基本类型及应用场合；螺栓联接的强度计算；受横向外载荷、轴向外载荷的螺栓组联接进行受力分析和强度计算；螺纹联接的预紧和防松。

6．带传动

了解带传动的工作原理、特点、类型和应用。掌握有关尺寸参数；掌握弹性滑动、打滑的概念。熟练掌握带传动受力分析和带的应力分析；V带传动的失效形式和设计计算。一般了解齿形带传动的特点和应用。

7．链传动

了解链传动的特点和应用；滚子链与链轮的结构。掌握链传动的运动特性和减轻运动不均匀性的措施；链传动的失效形式和设计计算。

8．齿轮传动

掌握齿轮传动的特点；渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合的基本知识。熟练掌握其尺寸参数的含义及其计算。了解齿轮加工方法及标准齿轮不发生根切的最少齿数。一般了解变位齿轮传动。了解斜齿轮传动的特点，掌握其尺寸参数计算和斜齿轮的当量齿轮的概念。了解圆锥齿轮传动的特点及其有关参数。掌握直齿圆锥齿轮的主要几何尺寸计算。

了解齿轮的失效形式和设计准则；齿轮常用材料及热处理方法。掌握三种齿轮（直齿、斜齿、锥齿）的受力分析并掌握设计计算。

9．蜗杆传动

掌握蜗杆传动的工作原理和特点；主要参数和几何尺寸计算。掌握其受力分析。了解蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料及热平衡的概念。其它知识一般了解。

10．轮系

了解轮系的类型和功用。掌握轮系的传动比计算（包括大小和方向）。11．轴

了解轴的分类、特点。掌握轴的结构设计及两种强度计算方法。12．滚动轴承

掌握滚动轴承的主要类型、特点、代号及选用。熟练掌握滚动轴承的寿命计算。掌握滚动轴承的组合设计。了解滚动轴承静强度计算。

《机械制造基础》（70分）

一、金属切削基本知识

1.掌握切削运动、切削形式和刀具材料；

2.掌握切削用量三要素、切削层参数、进给运动对刀具工作角度的影响； 3.掌握刀具标注角度。

二、金属切削过程及其控制

1.了解刀具磨损的形态和磨损过程； 2.能够合理选择刀具的几何参数；

3.掌握切削过程中产生的物理现象：切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等及其内在联系。4.掌握：切削变形、切削力、切削温度、刀具寿命的影响因素和影响规律；磨钝标准和刀具寿命的概念；合理选择切削用量的原则和方法。

三、金属切削机床

1.了解金属切削机床的分类与型号编制方法、机床运动与传动原理； 2.掌握工件表面形状与成形方法；

3.根据零件加工表面的形状和技术要求，确定其加工方法，合理选择机床。

四、金属切削刀具

1.了解刀具的作用、分类及正确使用；理解各类刀具的工艺范围、加工精度、结构及参数、应用特点等。

2.根据零件加工表面的形状和技术要求，确定其加工方法，合理选择切削刀具。

五、机械加工工艺规程设计

1.了解工艺规程设计的指导思想和设计原则，设计工艺规程必需的原始资料；了解制订机械加工工艺规程的内容和步骤。

2.理解划分加工阶段的目的意义；按工序集中原则和工序分散原则组织工艺过程的工艺特点及其应用范围；安排工序顺序的一般原则；机床设备和工艺装备选择的一般原则。

3.掌握选择粗、精基准的基本原则；用极值法和统计法解算尺寸链的计算公式；工序尺寸公差的计算方法；时间定额的组成和提高生产率的工艺途径；机械产品设计工艺性评价。

六、机床夹具设计

1.了解机床夹具的作用、分类及其组成；常见夹紧装置；钻床夹具、铣床夹具、车床夹具的结构特点。2.掌握六点定位原理、夹具的常用定位方式和常用定位元件； 3．掌握常见定位方式的定位误差分析计算方法。

七、机械加工质量

1.了解机械加工精度、机械加工表面质量的基本概念；

2.理解影响机械加工精度的因素、影响机械加工表面质量的因素； 3.掌握提高机械加工精度的工艺方法、控制表面加工质量的工艺途径。4.根据机械加工精度理论，能够对各种加工误差进行分析和计算。

八、机器装配工艺基础

1．了解装配的基本内容；理解装配精度与装配尺寸链、装配工艺规程的制订； 2.掌握保证装配精度的方法； 3.机器装配工艺规程设计。

参考教材

《机械制造技术基础》，于骏一主编，机械工业出版社

《机械制造技术基础》，熊良山主编，华中科技大学出版社

第二部分 专业技能测试（100分）

基本技能考核内容：根据所提供的零件、测绘工具及相关资料，完成零件测绘，用计算机绘图软件完成零件图，根据绘制的零件图拟定机械加工工艺路线。最后提交：1）徒手绘制的零件草图A3图纸一张2）计算机绘图的图形文件（文件名：考号姓名，例如：01张晓明）3）你定的工艺路线文件一份。考试时间为 100 分钟。考试要求

测绘零件类型范围：齿轮、齿轮轴、传动轴等轴类、轮盘盖类、叉架类零件一个。具体要求：

（一）测绘及徒手绘图部分：50分

1．给定零件名称、材料，分析零件的结构形状和零件的制造方法；

2．正确使用测量工具测绘零件，并能对标准结构（如标准齿轮的轮齿、键槽、退刀槽、中心孔、螺纹等）进行测量，并查表确定尺寸。

3．能够合理选择零件的表达方案，包括选择主视图、其它视图的数量和其它表达方法，掌握标准结构的规定表示法。

4．能够合理给出表面粗糙度、极限尺寸、形位公差等技术要求。5．具备徒手绘制零件草图的能力，将测绘结果通过零件草图记录下来。

（二）计算机绘图部分：30分

1．具有计算机绘图能力，掌握绘图软件的文件管理操作；掌握图层及对象特性工具的控制和使用；掌握定点、定向辅助工具的控制和使用；掌握一般绘图和编辑命令；掌握图库、块功能；能够控制文本和尺寸风格。

2．选择 AutoCAD2006（或CAXA2006）及以上版本的绘图软件，整理测绘得到的零件草图，用计算机绘图完成零件图。绘制的零件图应做到：表达方案合理、图形正确完整、线型规范清晰；尺寸标注正

确、完整、清晰，表面粗糙度、尺寸公差、形位公差及技术要求等标注齐备；图面布局合理，图纸幅面、比例选择恰当，图幅格式（A3横放或竖放、左边装订、制图作业可以采用的简化标题栏）正确。

（三）工艺路线拟定部分：20分 １．基准选择正确； ２．加工方法选择可行；

３．加工顺序安排符合原则； ４．加工阶段划分合理。

（二）参考书目

1．《现代工程图学》，杨裕根主编，北京邮电大学出版社

2．《AutoCAD 机械制图实用教程》，李银玉等主编，人民邮电出版社 3．《机械制造技术基础》，于骏一主编，机械工业出版社

（或）《机械制造技术基础》，熊良山主编，华中科技大学出版社

第四篇：金属学与热处理总结

名词解释：

退火：将钢加热到临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

正火：将钢加热到Ac3（或Acm）以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。

淬火：将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。

回火：将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。表面淬火：将工件快速加热到淬火温度，然后快速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。

渗碳：将低碳钢件放入渗碳介质中，在900-950加热保温，使活性原子渗入钢件表面并获得高渗碳体的工艺方法。

渗氮：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理。

淬透性：钢材淬火时获得马氏体能力的特征。

淬硬性：钢材淬火时淬成马氏体可能得到的最高硬度。

回火稳定性：淬火钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。

回火脆性：钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性热应力：工件在加热（或冷却）时，由于不同部位的温度差异，导致热胀（或冷缩）的不一致所引起的应力称为热应力。

组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。

过冷奥氏体：在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。

退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，为淬火做好组织准备。

正火的目的：改善钢的切削加工性能；消除热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的力学性能。

淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性； 回火目的：减少或消除淬火应力，保持相变的组织转变，提高钢的塑形和韧性，获得硬度强度塑形和韧性的适当结合1.试述奥氏体钢的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法

制定合适的加热规范，包括控制加热温度和保温时间；碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入一定阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素；考虑原始组织的影响

2.珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？

珠光体：片状珠光体，片间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状珠光体，Fe3C颗粒

越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；贝氏体：上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；马氏体：低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。

3.何谓回火脆性，说明回火脆性的类型、特点及其抑制办法

有些钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性.回火脆性类型分为两种，即第一回火脆性和第二回火脆性。第一回火脆性又称低温回火脆性，几乎在所有的工业用钢中都会出现，它与回火后的冷却速度无关。高温回火脆性亦称第二回火脆性，主要在合金结构钢中出现，碳钢一般不会出现这种特性，通常在回火保温后缓冷的情况下出现，若快速冷却，脆化现象将消失或受到抑制。

方法：对于第一类回火特性，由于其不可逆性，只能避免在淬火温度内回火，如果必须在该温度回火，可采用等温淬火，加Si使低温回火脆性温度移向高温。抑制高温脆性的方法;1回火后快速冷却2.降低钢中杂质元素的含量3.加入适量的Mo、W

4.比较回火索氏体与索氏体的主要异同点。

相同点：都是铁素体与渗碳体的机械的机械混合物。

不同点：①渗碳体的形态不同，回火索氏体的渗碳体的形态为颗粒状，索氏体的渗碳体的形态为片状；②来源不同，回火索氏体是淬火马氏体分解的到的，索氏体是奥氏体直接分解得到的；③性能特点不同，回火索氏体具有良好的综合机械性能，索氏体的抗拉强度高；韧性比回火索氏体低。

5.正火、退火工艺选用的原则是什么？

含0．25％C以下的钢，用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能；在没有 其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。

对含碳0．25～0．50％的钢，一般采用正火。

对含碳0．50～0．75％的钢，一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。含碳0．75%以上的高碳钢，或工具钢一般均采用球化退火作预备热处理。

6.分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点

化学成分：高碳的目的是为了和合金元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保证得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度和耐磨性。W、Mo、V主要是提高钢的红硬性、硬度和耐磨性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应；Cr主要提高钢的淬透性。

工艺特点：淬火加热温度非常高，回火温度高，次数多，淬火加热时采用预热。

7.用9SiCr刚制成圆板牙，其工艺路线为：锻造 球化退火、机械加工、淬火、低温回火、磨平面、开凿开口。试分析：1球化退火、淬火及回火的目的2大致工艺

球化退火是为了消除锻造能力、获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工，并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形和开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度，高耐磨性。

球化退火工艺：加热温度790-810，等温温度700-720

淬火工艺：加热温度850-870（油淬）

回火工艺：160-180

8.下料→锻造→正火→机械加工→淬火（淬透）→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么？花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么？表面和心部的组织是什么？

正火处理是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时改善锻造组织，消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织，高温回火是为了得到回火索氏体，淬火＋高温回火称为调质，目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体，增加耐磨性。表面为回火马氏体，心部为回火索氏体组织。

9.20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是什么？性能如何？

20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬透）强韧性好。Mn与Cr 提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

40CrNiMo为调质钢，含碳量为0.4%，最终热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索氏体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo细化晶粒，抑制第二类回火脆性。

60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%，最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回火稳定性。T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体＋粒状Fe3C＋残余奥氏体（γ'），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差

10.合金元素Cr、Mn、Ni、强碳化物形成元素在钢中的主要作用是什么？

Cr在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时提高耐腐蚀性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促进第二类回火脆性的发生。

Mn在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时形成奥氏体钢，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促进第二类回火脆性的发生，促进奥氏体晶粒的长大。

Ni在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；扩大奥氏体区，提高钢的韧性，降低冷脆转变温度。

强碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、强度、耐磨性，提高回火稳定性，细化晶粒，防止晶间腐蚀。

11.石墨化的两个阶段

在p’s’k’线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化，包括结晶时共晶石墨、一次石墨、二次石墨的析出和加热时共晶渗碳体、一次渗碳体、及二次渗碳体的分解；在p’s’k’线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化，包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。

第五篇：金属学与热处理期末复习总结

一、名词解释：

1热强性：在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。

2形变热处理：是将塑性变形同热处理有机结合在一起，获得形变强化和相变强化综合效果的工艺方法。

3热硬性：热硬性是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能。

4固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

5回火脆性：是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。

6二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。7回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。8淬硬性：指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。9水韧处理：将钢加热至奥氏体区温度（1050-1100℃，视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每25mm壁厚保温1h），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中进行淬火，从而得到单一的奥氏体组织。

10分级淬火：将奥氏体状态的工件首先淬入温度略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变。

11临界淬火冷却速度：是过冷奥氏体不发生分解直接得到全部马氏体（含残留奥氏体）的最低冷却速度。

12季裂：它指的是经冷变形后的金属内有拉伸应力存在又处于特定环境中所发生的断裂。

13奥氏体化：将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程。14本质晶粒度：本质晶粒度用于表征钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向。

二、简答： 何为奥氏体化？简述共析钢的奥氏体化过程。

答：

1、将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程。

2、它是一种扩散性相变，转变过程分为四个阶段。

（1）形核。将珠光体加热到Ac1以上，在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先形核。珠光体群边界也可形核。在快速加热时，由于过热度大，铁素体亚边界也能形核。

（2）长大。奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体向奥氏体转变。为了相平衡，奥氏体的两个相界面自然地向铁素体和渗碳体两个方向推移，奥氏体便不断长大。

（3）残余渗碳体的溶解。铁素体消失后，随着保温时间的延长，通过碳原子扩散，残余渗碳体逐渐溶入奥氏体。

（4）奥氏体的均匀化。残余渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳浓度仍是不均匀的。只有经长时间的保温或继续加热，让碳原子进行充分地扩散才能得到成分均匀的奥氏体。奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有何影响？简述影响奥氏体晶粒大小的因素。

答：

1、奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。但奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长会显著降低钢的冲击韧度、减少裂纹扩展功和提高脆性转变温度。

2、奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。

（1）加热温度和保温时间的影响加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度的影响加热速度越快，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度越大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。（3）钢的化学成分的影响在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。

（4）钢的原始组织的影响钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。简述影响过冷奥氏体等温转变的因素。

答：奥氏体成分（含碳量、合金元素）、奥氏体状态（钢的原始组织、奥氏体化的温度和保温时间）及应力和塑性变形。

1、含碳量的影响

亚共析钢随奥氏体含碳量增加，使C曲线右移，Ms和Mf点降低。过共析钢随含碳量的增加，使C曲线向左移，Ms和Mf点降低。

2、合金元素的影响

除Co、Al（WAl>2.5%）外，所有合金元素的溶解到奥氏体中后，都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，Ms和Mf点降低。

3、奥氏体状态的影响

奥氏体化温度越低，保温时间越短，奥氏体晶粒越细小，C曲线左移。

4、应力和塑性变形的影响

在奥氏体状态下承受拉应力会加速奥氏体的等温转变，承受压应力则会阻碍这种转变。

对奥氏体进行塑性变形有加速奥氏体转变的作用，C曲线左移。

4简述片状珠光体和粒状珠光体的组织和性能。

答：

1、片状珠光体 组织：WC=0.77%的奥氏体在近于平衡的缓慢冷却条件下形

成的珠光体是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。

性能：主要决定于片间距。

片间距越小，钢的断裂强度和硬度均随片间距的缩小而增大。随片间距减小，钢的塑性显著增加。片间距减小，塑性变形抗力增大，故强度。硬度提高。

2、粒状珠光体 组织：渗碳体呈颗粒状分布在连续的铁素体基体中的组织

性能：主要取决于渗碳体颗粒的大小，形态与分布。

钢的成分一定时，渗碳体颗粒越细，相界面越多，则刚的硬度和强度越高。碳化物越接近等轴状、分布越均匀，则钢的韧性越好。

粒状珠光体的硬度和强度较低，塑性和韧性较好，冷变形性能，可加工性

能以及淬火工艺性能都比珠光体好。

5何为马氏体？简述马氏体的晶体结构、组织形态、性能及转变特点。

答：是碳在α-Fe中过饱和的间隙固溶体。

2、马氏体的晶体结构在钢中有两种:体心正方结构WC<0.25%，c/a=1。

体心正方结构WC>0.25%,c/a>1。

组织形态：板条马氏体、片状马氏体

200℃以上，WC<0.2%，完全形成板条马氏体，因其体内含有大量位错又称

位错马氏体。特点强而韧

0.2%

200℃以下，WC>1.0%，完全形成片状马氏体，因其亚结构主要为孪晶又称

孪晶马氏体。特点硬而脆

4、（1）马氏体的显著特点是高硬度和高强度，原因包括固溶强化、相变强

化、时效强化、原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小。

马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。合金元素对马氏体的硬度影

响不大，但可以提高其强度。

（2）马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。

5、（1）无扩散性。奥氏体成分保留在马氏体中

（2）马氏体转变的切变共格性

（3）马氏体转变具有特定的惯习面和位向关系（4）马氏体转变是在一定温度范围内进行的 简述淬火钢的回火转变、组织及淬火钢在回火时的性能变化。答：

1、钢的回火转变包括五个方面

（1）80℃-100℃以下温度回火，马氏体中碳的偏聚，组织是马氏体

马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体

（2）80℃-100℃回火，马氏体开始分解，组织是回火马氏体

回火马氏体：低碳马氏体和ε碳化物组成的混合物,称为回火马氏体。（3）200℃-300℃回火，残余奥氏体开始转变，组织是回火马氏体（4）200℃-400℃回火，碳化物的转变为Fe3C,组织是回火托氏体 回火托氏体：由针状α相和无共格联系的细粒状渗碳体组成的机械混合物。

（5）500℃-650℃渗碳体的聚集长大和α相回复或再结晶，组织是回火索氏体

回火索氏体：回复或再结晶的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物。

2、回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的抗拉强度、屈服强度和硬度下降，塑性、韧性提高。简述回火脆性的分类、特点及如何消除。

答：1分类：第一类回火脆性（低温回火脆性250℃-400℃）和第二类回火脆性（高温回火脆性450℃-650℃）2特点 第一类回火脆性：（1）具有不可逆性

第二类回火脆性：（1）具有可逆性；

（2）与回火后的冷却速度有关

（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向 3如何消除

第一类回火脆性：无法消除,合金元素会提高脆化温度。第二类回火脆性：（1）选择含杂质元素极少的优质钢材以及采用形变热处理；

（2）加入适量的Mo、W等合金元素阻碍杂质元素在晶界上便聚；（3）对亚共析钢在A1~A3临界区可采用亚温淬火

（4）采用高温回火后快冷的方法可抑制回火脆性，但不适用于对回火脆性敏感的较大工件。叙述淬透性和淬硬性及淬透性和实际条件下淬透层深度的区别。答：

1、淬透性：是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，它反映过冷奥氏体的稳定性，与钢的临界冷却速度有关。临界冷却速度越慢，淬透性越大。其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布来表示。

2、淬硬性：是指奥氏体化后的钢在淬火时硬化的能力，主要取决于马氏体中的含碳量，含碳量越高，淬硬性越大。用淬火马氏体可能达到的最高硬度来表示。

3、实际条件下的淬透层深度：是指具体条件下测定的半马氏体区至表面的深度。

4、区别：（1）同一材料的淬透层深度与工件尺寸、冷却介质有关.工件

尺寸小、介质冷却能力强，淬透层深。

（2）淬透性与工件尺寸、冷却介质无关，它是钢的一种属性。相同奥氏体化温度下的同一钢种，其淬透性是确定不不变的。何谓淬火热应力、组织应力？影响因素都是什么？简述热应力和组织应力造成的变形规律。

答：

1、淬火热应力：工件在加热或冷却时由于内外的温度差异导致热涨（或冷缩）的不一致所引起的内应力。

2、组织应力：工件在冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起内外比体积的不同变化而引起的内应力。

3、影响因素：

（1）含碳量的影响：随着含碳量的增加热应力作用逐渐减弱组织应力逐渐增强。

（2）合金元素的影响：加入合金元素热应力和组织应力增加。

（3）工件尺寸的影响：a.在完全淬透的情况下随着工件直径的增大淬火后残余应力将 由组织应力性逐渐变成热应力性。

b.在未完全淬透的情况下所产生的应力特性是与热应力相似的，工件直径越大淬硬层越薄，热应力特性越明显。

（4）淬火介质和冷却方法的影响:如果在高于Ms点以上的温度区域冷却速度快而在温度低于Ms点区域冷却速度慢则为热应力性，反之则为组织应力型。

4、变形规律：

（1）热应力引起的变形①沿最大尺寸方向收缩，沿最小尺寸方向伸长；②平面凸起，直角变钝，趋于球形；③外径胀大，内径缩小。

（2）组织应力引起变形与热应力相反。何谓回火？叙述回火工艺的分类，得到的组织，性能特点及应用。

答：

1、回火：回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

2、分类: 低温回火：（1）得到回火马氏体。

（2）在保留高硬度、高强度及良好的耐磨性的同时又适当提高了韧性，降低内应力。（3）适用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及

高频表面淬火件。

中温回火：（1）得到回火托氏体。

（2）基本消除了淬火应力，具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑性和韧性。

（3）适用于弹簧热处理及热锻模具。

高温回火：（1）得到回火索氏体。

（2）获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。

（3）广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。

也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。简述化学热处理的一般过程；渗碳的工艺、渗层深度、渗碳后表层含碳量、用钢、热处理、组织和应用。

答：

1、过程：（1）介质(渗剂)的分解

（2）工件表面的吸收

（3）原子向内部扩散。

2、渗碳工艺：气体渗碳法，固体渗碳，离子渗碳

3、渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：一般为0.5-2mm。

4、渗碳层表面含碳量：以0.85%-1.05%为最好。

5、用刚：为含0.1-0.25%C的低碳钢和低碳合金钢。碳高则心部韧性降低。

6、热处理：常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火（分三类：遇冷直接淬火、一次淬火、二次淬火）+低温回火。

7、组织：表层：高碳M回+颗粒状碳化物+A(少量)心部：低碳M回+铁素体（淬透时）、铁素体+索氏体

8、应用：拖拉机履带板，坦克履带板