机械工程材料与热处理整理word版

第一篇：机械工程材料与热处理整理word版

机械工程材料与热处理

航空制造工程系

12107439

侯佳第一篇机械工程材料基础

项目一材料性能的认识

1.1材料的力学性能

2.2材料的其他性能

项目二金属材料结构的认识

2.1金属材料晶体结构

2.2纯金属的结晶

2.3合金的形成1.1材料的力学性能

1.1.1强度与塑性

1.强度及其指标

⑴强度：指金属在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

⑵强度指标：

①弹性极限:指试样产生完全弹性变形

时所能承受的最大应力。

②屈服极限：指试样在拉伸试验过程

中，力保持恒定仍能继续变形的应力。

③抗拉强度：指试样拉断前所能承受的最大拉应力。

2.塑性及其指标

⑴塑性：指金属在静载荷作用下不可逆变形的能力。

⑵塑性指标：

①断后伸长率：指试样拉断后的标距增长量

与原始标距之比。

②断面收缩率：指试样拉断后缩颈处横截面

面积的缩减量与原始截面面积之比。

1.1.2硬度

⑴硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面（抵抗塑性变形和破裂）的能力。它是衡量金属软硬程

度的一种性能指标。

⑵根据其测试方法不同，硬度试验可分为：

ⅰ布氏硬度

①静压法ⅱ洛氏硬度（目前常用，下面介绍）

ⅲ维氏硬度

②划痕法（莫氏硬度）③回跳法（肖氏硬度）

④显微硬度⑤高温硬度等等

ⅰ布氏硬度（HB）

a 压痕大

特点： b 能客观反映被测金属的平均硬度

c 试验结果较准确，数据重复性强

缺点：压痕大，不宜测量成品或薄片金属

硬度。

ⅱ 洛氏硬度（HR）

a 压痕小

特点：b操作迅速简单

c 对试样损伤小（常用来检验成品及半成品）

压痕小，对内部组织

缺点：和硬度不均匀的材料，所测结果不够准确。

ⅲ 维氏硬度（HV）

a 适用范围宽（从极软到极硬都可以）

特点：b 结果精确可靠

缺点： 测量效率低，没有洛氏硬度方便。

1.1.3 冲击韧性

1.冲击吸收功

①冲击载荷：在很短时间内（或突然）施加

在构件上的载荷。

②冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。

③冲击功：试样在冲击力一次作用下折断时所吸收的功（Ak）。

④冲击功Ak越大，材料的韧性越好。

⑤影响冲击功的因素：形状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷。

1.1.4 疲劳

1.疲劳现象

指承受交变应力或重复应力的零件，在工作过程中，往往在工作应力低于其屈服强度的情况下发生断裂的现象。

2.疲劳强度

a 改善设计结构

3.提高零件疲b 避免零件应力集中

劳强度的方法；c 改善零件表面粗糙度

d表面热处理（高频淬火）

e 表面形变强化

f 化学热处理

1.2材料的其他性能

1.2.1材料的物理化学性能

1.材料的物理性能

⑴密度⑵熔点

⑶导热性⑷导电性

⑸热膨胀性 ⑹磁性

2.金属的化学性能

⑴耐腐蚀性⑵抗氧化性

金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性统称化学稳定性。

1.2.2金属的工艺性能

⑴铸造性能⑵压力加工性能⑶焊接性能

⑷切削加工性能⑸热处理工艺性能

板、棒、型材、管材焊接

铸锭-热锻-热轧机加工

冶炼-铸造锻件冷轧、冷拔、冷冲零件

铸件机加工

2.1金属材料晶体结构

2.1.1 晶体与非晶体

1.晶体：内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物质。

晶体通常具有固定的熔点和各项异性等特性。

2.非晶体：内部质点无规则地堆积在一起的物质。

非晶体材料往往没有固定的熔点，在各个方向的性能相同，即所谓各项同性。

3.晶体与非晶体在一定条件下可以互相转化。

2.1.2纯金属的晶体结构

1.晶体结构的基本知识

⑴晶格⑵晶胞⑶晶格常数

a 体心立方晶格

(阿尔法-Fe、Cr、W、V、Mo等)

2.常见的晶格类型：b 面心立方晶格

（伽马-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等）

c 密排立方晶格

（Mg、Zn、Be、Cd等）

2.1.3 实际晶格中的缺陷

1.实际金属通常都是有很多外形不规则的小晶粒组成的，成为多晶体。

2.晶体内部原子按照一定规律排列的很整齐，这种晶体成为理想晶体。

ⅰ点缺陷

3.晶体的缺陷：ⅱ线缺陷

（按几何形状分）ⅲ面缺陷

ⅰ 点缺陷

①当一个原子具有足够大的能量时，能克服周围

原子对它的牵制作用，脱离平衡位置而逃走，使结构中出现了空结点，称为空位。

②当金属中含有杂质，而这些杂质原子又相当小

时，这些杂质原子往往存在于金属晶格的间隙

中，称为间隙原子。

③当异类原子占据晶格位置时，称为转换原子。

点缺陷使金属屈服点增高，影响了一部分物理

性能和化学性能。

ⅱ 线缺陷

⑴位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象叫做位错。

①刃型位错：在晶体的某一水平面上，多出一个半原子面，这个半原子面如

同刀刃一样插入晶体，称为刃型位错。

位错：②螺型位错：晶体上下两部分的原子排

列面在某些区域互相吻合的次序发生

错动，使不吻合的过渡区域原子排列

成螺旋形，称为螺型位错。

⑵位错密度增大，硬度（强度）提高。

⑶金属材料的塑性与位错的移动有关。

ⅲ面缺陷（主要指晶界与亚晶界）

⑴ 晶界：晶粒之间的界面。

⑵亚晶粒：每个晶粒都是由一些小晶块组成，称这些小晶块为亚晶粒。

⑶亚晶界：两个亚晶粒的边界是由一系列刃型位错构成的角度特别小的晶界，称为亚境界。⑷面缺陷使金属的强度和塑性提高。

2.2纯金属的结晶

2.2.1 纯金属结晶过程

1.过冷现象

⑴实际金属总是在过冷情况下进行结晶的，所以过冷是结晶的一个必要条件。

⑵结晶温度通常采用热分析法测量。

2.纯金属的结晶过程

⑴ 结晶过程总是从形成一些极小的晶体开始，这些细小晶体称为晶核。

⑵ 结晶基本过程：形核与其长大过程。

⑴自发型（均质形核）：仅

依靠自身的原子有规律排

⑶ 形核方式： 列而形成晶核。

⑵非自发型（非均质形核）：

依附在固态杂质微粒表面很

容易形成的晶核。

2.3合金的形成2.3.1 合金、相和组织的基本概念

⑴组元：组成合金的最基本的、独立的物质。

⑵合金系：由给定的组元可以配制成一系列不同合金，组成一个系统。

⑶相：指金属或合金中化学成分、晶体结构及原子聚集状态相同的，并于其它部分有明显界面分开的均匀组成部分。

⑷组织：指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的组合形貌。

2.3.2 合金形成相结构的方式

1.固溶体：合金组元通过溶解一种成分和性能均

匀的且晶格类型与组元之一相同的固相。

⑴溶剂：能够保持其原有的晶格类型的组元称为

溶剂。

⑵溶质：失去原有晶格类型的组元称为溶质。

a 间隙固溶体

⑶固溶体：b 置换固溶体

2.金属化合物

第二篇：材料与热处理

讨论题

1、什么是钢、铁？

2、铁锅是铁制成的？

4、铁皮、铁钉、铁丝是铁制成的？

5、为什么要“趁热打铁”？

6、铁匠师傅打的是铁吗？

7、“团结就是力量”歌中有：比铁还硬比钢还强两句词，是铁硬钢强吗？

8、高碳钢棒是一种普通工程材料，但高碳钢管很少见到，试解释原因。

9、.指出下列工件的淬火、回火温度。①45钢小轴（要求综合机械性能）②60钢弹簧 ③T12钢锉刀

10、分析调质处理（从工艺、组织、性能、应用）为什么调质安排在粗、精切削加工之间？ 11、20.拟用T10钢制造形状简单的车刀，工艺路线为： 锻造→热处理→机加工→热处理→磨加工

试说出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简名的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性）。

①某机床变速箱齿轮（模数m=4）要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢。

②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（HEC50—55）材料选用45钢。

③镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAlA。

13、白口铸铁、灰口铸铁和45钢这三者的成分、组织和性能有何主要区别？

14、根据下列部分铁碳平衡相图回答问题（5分）

1）各点（G,S,E,P，Q）、各条线（GS,ES,PQ）的名称；（2.5分）

2）说出各个区域内的组织（2.5分）

一、判断题

1、钢和铁是含有铁和碳两种元素的黑色金属。

2、除含碳和铁以外，还含有其它元素的钢就是合金钢。

3、生产中常用中碳钢来制造轴类、齿轮类机械零件。

4、纯铜具有好的导电性和导热性及优良的塑性，但强度不高。

5、碳素钢的硬度越高，强度就越好。

6、热处理是一种不改变零件形状和尺寸，却能改变其组织和性能的工艺方法。

7、冷却速度应根据钢的种类和热处理目的而确定。

8、要求表面硬、心部韧的零件，应采用正火处理。

9、要求降低硬度、细化晶粒、均匀组织和消除应力时，应采用退火处理。

10、淬火是强化金属材料的重要手段之一。

三、选择题

(单选)

1、纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将（）。A、越高B、越低 C、接近理论结晶温度 D、没有变化

2、室温下金属的晶粒越细，则（）。

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

3、固溶体的晶体结构特点是（）。

A、与溶剂相同 B、与溶质相同 C、形成新的晶体类型 D、各自保持各自的晶体类型

4、液态金属结晶的基本过程是（）。

A、边形核边长大 B、先形核后长大 C、自发形核和非自发形核 D、枝晶生长

5、珠光体是一种（）。

A、单相固溶体 B、两相固溶体 C、铁与碳的化合物 D、都不对

6、完全退火主要用于（）。

A、亚共析钢 B、亚共析钢和共析钢 C、过共析钢 D、所有钢种

7、碳钢的正火工艺是将其加热到一定温度，保温一定时间，然后采用的冷却形式是（）。A、随炉冷却B、在油中冷却C、在空气中冷却D、在水中冷却

8、材料硬度值的正确表示方法为：（）

a.HRC55kg／mm

2b.55HRC

c.RC55

9、材料HT200中数字200表示：（）

a.抗压强度值

b.抗弯强度值

c.抗拉强度值 10、45钢的含碳量为：（）

a.4.5％

b.0.45%

c.0.00045%

11、为提高实习中你所做的小锒头的硬度和耐磨性的热处理工艺是（）。

a.正火

b.淬火+高温回火

c.淬火+低温回火

12、调质的目的是为了获得（）。

a.高硬度

b.细化晶粒

c.好的综合机械性能

13、碳素钢淬火后得到高硬度的原因是因其获得了（）。

a.马氏体

b.奥氏体A

c.珠光体P

14、各种弹簧和锻模应具有高的屈服点、弹性极限和韧性，其热处理工艺为（）

a.淬火+高温回火

b.淬火+中温回火

c.退火

15、用于消除铸件、焊件中的内应力，稳定零件尺寸，减少变形的热处理工艺为（）

a.球化退火

b.完全退火

c.去应力退火

第三篇：机械工程材料习题 金属材料及热处理 工程材料 试题答案

机械工程材料习题 金属材料及热处理 工程材料 试题答案

复习思考题1 1．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。Akv、、5、b、0.2、s、e、 500、HRC、HV、-

1、、HBS、HBW、E。2．钢的刚度为20.7×104MPa，铝的刚度为6.9×104MPa。问直径为2.5mm，长12cm的钢丝在承受450N的拉力作用时产生的弹性变形量(Δl)是多少?若是将钢丝改成同样长度的铝丝，在承受作用力不变、产生的弹性变形量(Δl)也不变的情况下，铝丝的直径应是多少? 3．某钢棒需承受14000N的轴向拉力，加上安全系数允许承受的最大应力为140MPa。问钢棒最小直径应是多少?若钢棒长度为60mm、E=210000MPa，则钢棒的弹性变形量(Δl)是多少? 4．试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。下列几种工件的硬度适宜哪种硬度法测量：淬硬的钢件、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度。5．若工件刚度太低易出现什么问题?若是刚度可以而弹性极限太低易出现什么问题? 6．指出下列硬度值表示方法上的错误。12HRC～15HRC、800HBS、58HRC～62HRC、550N／mm2HBW、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。7．判断下列说法是否正确，并说出理由。(1)材料塑性、韧性愈差则材料脆性愈大。(2)屈强比大的材料作零件安全可靠性高。(3)材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。(4)伸长率的测值与试样长短有关，5>10(5)冲击韧度与试验温度无关。

(6)材料综合性能好，是指各力学性能指标都是最大的。(7)材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。复习思考题2 1．解释下列名词：晶格、晶胞、晶粒、晶界、晶面、晶向、合金、相、固溶体、金属化合物、固溶强化、第二相弥散强化、组元。2．金属的常见晶格有哪三种?说出名称并画图示之。

4．为什么单晶体有各向异性，而多晶体的金属通常没有各向异性? 5．什么叫晶体缺陷?晶体中可能有哪些晶体缺陷?它们的存在有何实际意义? 6．固态合金中固溶体相有哪两种? 7．固溶体的溶解度取决于哪些因素?复习思考题3 复习思考题3 1．概念：

过冷、过冷度、平衡状态、合金、相图、匀晶转变、共晶转变细晶强化、枝晶偏析、变质处理。

2．金属结晶的动力学条件和热力学条件是什么? 3．铸锭是否一定要有三种晶区?柱状晶的长大如何抑制? 4．合金结晶中可能出现的偏析应如何控制使之尽量减小? 5．本书图3-lOPb-Sn合金相图。

7．固溶体合金和共晶合金其力学性能和工艺性能各有什么特点? 8．纯金属结晶与合金结晶有什么异同? 9．为什么共晶线下所对应的各种非共晶成分的合金也能在共晶温度发生部分共晶转变呢? 复习思考题4 1．晶体塑性变形的基本方式是什么?实际金属塑性变形与单晶体塑性变形有什么异同? 2．什么是加工硬化?加工硬化在工业生产中有何利弊? 3．什么是冷变形金属的纤维组织?与流线有何区别? ’

4．什么是残余内应力?各类残余内应力是怎么产生的?对金属材料有什么影响？ 5．什么是回复?回复对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处? 6．什么是再结晶?再结晶对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处? 7．热变形加工与冷变形加工是依据什么来区分?两种变形加工各有什么优缺点? 8．有四个外形完全相同的齿轮，所用材质也都是含碳量0.45％的优质碳素钢。但是制作方法不同，它们分别是：(1)直接铸出毛坯，然后切削加工成形。(2)从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成型。(3)从热轧圆钢上取料，然后切削加工成型。(4)从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成型。请你分析一下，哪个齿轮使用效果应该最好?哪个应该最差? 复习思考题5 1．什么是同素异构转变、共析转变? 2．解释下列名词，并指出它们在组织形态上的特征和力学性能上的特点： 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、高温莱氏体、低温莱氏体、马氏体。

3．默画Fe—Fe3C相图，并按组织组成物填写各个相区。指出C、D、G、S、E、五个点及Al、A3、Acm、ECF、PSK五条线的含义。

4．试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程。5．钢中常存杂质指的是什么?它们对钢有什么影响? 6．指出钢号为20、45、65Mn、Q235-AF、T12、T10A、ZG270—500的碳素钢各属哪类钢?钢号中的数字和符号的含义是什么?各适于做什么用(各举一例)? 7．热轧空冷状态的碳素钢随WC（含碳量）增加，其力学性能有什么变化?为什么? 8．根据已学到的知识解释下列现象。(1)螺钉、螺母等标准件常用低碳钢制造。

(2)室温时平衡状态下T10比T12抗拉强度高，但硬度却低。

(3)捆绑用的镀锌钢丝常用低碳钢丝，而起重用的钢丝绳和绕制弹簧所用钢丝却是65Mn或65。

(4)锉刀常用T12制造，而钳工钢锯条常用T10制造。(5)钢锭在正常热轧温度下轧制有时开裂。(6)钢适于各种变形加工成形，不易铸造成形。

(7)钢在锻造时始锻温度选1000°C～1250°C，停锻选800°C左右。9．Fe—Fe3C相图在选材、热处理、锻造、铸造等方面有什么用途? 复习思考题6 1．常用的热处理工艺有哪些?简述热处理在机械制造中的作用。2．影响奥氏体晶粒大小的因素有哪些? 3．共析钢的等温转变曲线与连续转变曲线有什么差别? 4．珠光体、索氏体、托（屈）氏体组织有什么区别?． 5．上贝氏体和下贝氏体比较，哪一种力学性能好? 6．板条马氏体和片状马氏体在组织与力学性能方面有什么不同? 7．共析钢加热到奥氏体状态后，以不同的速度连续冷却，都得不到下贝氏体，试用c曲线说明，怎样才可得到下贝氏体。

8．20、45、65、T8、T10、T12钢的淬火加热温度怎样确定? 9．分析以下几种说法是否正确：(1)马氏体硬而脆。

(2)过冷奥氏体的冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高。(3)钢中合金元素的含量越高，淬火后的硬度也越高。

(4)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。

(5)同一钢材在相同加热条件下，总是水淬比油淬的淬透性好；小件比大件淬透性好。

10.现有20钢齿轮和45钢齿轮两种，齿轮表面硬度要求52HRC～55HRC，问采用何种热处理可满足上述要求。比较它们在热处理后的组织与力学性能的差别。11.用热处理基本工艺曲线形式表示均匀化退火、完全退火、球化退火、淬火、回火等工艺。

12．说明下列零件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织和硬度：(1)45钢小轴(要求有较好的综合力学性能)。(2)60钢弹簧。(3)T12钢锉刀。

13.用20钢制造的20mm的小轴，经930oC，5小时渗碳后，表面碳的质量分数增加至1.2％分析经下列热处理后表面及心部的组织：(1)渗碳后缓冷到室温。

(2)渗碳后直接淬火，然后低温回火。

(3)渗碳后预冷到820 oC，保温后淬火，低温回火。

(4)渗碳后缓冷到室温，再加热到880 oC后淬火，低温回火。(5)渗碳后缓冷到室温，再加热到780 oC后淬火，低温回火。14．简述目前常用的钢铁表面处理技术，并说明其应用范围。复习思考题7 1．合金钢和碳素钢相比，具有哪些特点? 2．在合金钢中，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．合金元素对淬火钢的回火转变有何影响? 4．为什么合金钢的淬透性比碳素钢高?试比较20CrMnTi与T10钢的淬透性和淬硬性。

5．为什么同样碳含量的合金钢比碳素钢奥氏体化加热温度高? 6．有一根φ30mm的轴，受中等的交变载荷作用，要求零件表面耐磨，心部具有较高的强度和韧性，供选择的材料有16Mn、20Cr、45钢、T8钢和Crl2钢。要求：1)选择合适的材料；2)编制简明的热处理工艺路线；3)指出最终组织。7.W18Cr4V钢淬火温度为什么要选1275oC±5oC?淬火后为什么要经过三次560oC回火?回火后的组织是什么，回火后的组织与淬火组织有什么区别?能否用一次长时间回火代替三次回火? 8．为什么轴承钢要具有较高的碳含量?在淬火后为什么需要冷处理? 9．如何提高钢的耐蚀性，不锈钢的成分有何特点? 10．ZGMl3—4钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性? 11．在工厂中经常切削铸铁件和碳素钢件，请问何种材料硬质合金刀片适合切削铸铁。

12．说明下列钢号属于何种钢?数字的含意是什么?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钢、CrWMn、W6M05Cr4V2。复习思考题8 1．试总结铸铁石墨化的条件和过程。

2．试述各类铸铁性能及用途。与钢比较优缺点各是什么? 3．为什么球墨铸铁可以代替钢制造某些零件呢? 4．识别下列铸铁牌号：HTl50、HT300、KTH300—06、KTZ450—06、KTB380—

12、QT400—

18、QT600—03、RuT260。5．铸铁的力学性能取决于什么? 6．灰铸铁为什么不进行整体淬火处理? 复习思考题9 1．根据二元铝合金一般相图，说明铝合金是如何分类的? 2．形变铝合金分哪几类?主要性能特点是什么?并简述铝合金强化的热处理方法。3．铜合金分哪几类?举例说明黄铜的代号、化学成分、力学性能及用途。4．钛合金分哪几类?简述钛合金的热处理。

5．滑动轴承合金必须具备哪些特性?常用滑动轴承合金有哪些? 复习思考题10 1．什么是零件的失效?常见的失效方式有哪些? 2．选择零件材料应遵循什么原则? 3．在选择材料力学性能数据时应注意哪些? 4．为什么在蜗杆传动中，蜗杆需采用低碳钢或中碳钢制造，而蜗轮则采用较软的青铜(如QSn—0.2)制造? 5．分析汽车上所用零件材料。说明哪些是用碳素钢、合金钢、铸铁和有色金属制成，各举出两种零件名称，它们都采用何种热处理方法?

习题1

一、名词解释

加工硬化、形变织构、回复、再结晶、热加工

二、填空题

1．常温下，金属单晶体的塑性变形方式为（）和（）两种。

2．与单晶体比较，影响多晶体塑性变形的两个主要因素是（）和（）。3．在金属学中，冷加工和热加工的界限是以（）来划分的． 4．再结晶温度是指（），其数值与熔点间的大致关系为（）。5．再结晶后晶粒度的大小取决于（）、（）、和（）。6．强化金属材料的基本方法有（）、（）、（）和（）。

三、简答题

1.为什么细晶粒的金属材料其强度、塑性均比粗晶粒金属好？ 2．什么是加工硬化？试举例说明加工硬化现象在生产中的利弊。

3．用冷拔紫铜管进行冷弯，加工成输油管，为避免冷弯时开裂，应采用什么措施？为什么？ 4．已知W、Fe、Cu的熔点（见教材），说明钨在 1000℃、铁在800℃、铜在600℃时的加工变形是处于什么加工状态。

5．用下述三种方法制成齿轮，哪种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮。（2）用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮。（3）由圆棒锻成圆饼再加工成齿轮。

6．简述加热温度对低碳钢的冷塑性变形的组织和性能的影响。

四、判断题

1．由于再结晶的过程是一个形核长大的过程，因而再结晶前后金属的晶格结构发生变化。（）

2．因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。（）

3．金属的预变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（）4．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（）5．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（）

6．为了保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火。（）7．热加工过程，实际上是加工硬化和再结晶这两个重叠的过程。（）

五、选择填空

1．随冷塑性变形量增加，金属的（）。

（a）强度下降，塑性提高(b)强度和塑性都下降（c）强度和塑性都提高（d）强度提高，塑性下降 2．冷变形金属再结晶后，则（）。，（a）形成等轴晶，强度增大(b)形成柱状晶，塑性下降（c）形成柱状晶，强度升高(d)形成等轴晶，塑性升高

3．变形金属加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是（）。

（a）与变形前的金属相同（b）与变形后的金属相同（c）形成新的晶型

4．再结晶和重结晶都有形核与长大两个过程，主要区别在于有没有（）改变。（a）温度（b）晶体结构（c）应力状态。

5．冷、热加工的区别在于加工后是否留下（）。（a）加工硬化（b）晶格改变性（c）纤维组织

6．钢只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（）

（a）铁总是存在加工硬化，而钢没有（b）钢有加工硬化现象，而铁没有（c）铁在固态下有同索异构转变，而钢没有（d）铁和钢的再结晶温度不同

习题2

一、名词解释

淬火、马氏体、调质处理、珠光体、Ｃ曲线

二、填空

1．把钢加热到临界点Ac1；或Ac3以上保温并随之以大于临界冷却速度冷却，用以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为（）。2．中温回火主要用于处理（）。回火后得到（）。3．根据渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同，渗碳方法可以分为（）、（）和（）三种。

4．在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为（），其中低温（）的硬度提高不多，故又称为（）。

三、简答

1．什么是热处理？常见的热处理方法有几种，其目的是什么？从相图上看，怎样的合金才能进行热处理？ 提示：只有从高温到低温发生相变或由固溶体溶度变化的合金才有可能进行热处理。

2．什么是回火？回火的分类、因火的目的是什么？回火的四个阶段具有怎样的特点？

如何避免回火脆性，相应回答回火冷却时应注意什么？

提示：回火后工件一般在空气中冷却，对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后进行油冷。对于性能要求较高的工件在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力

3．何谓冷处理？为何冷处理之后还要进行回火或时效？冷处理与二次淬火及二次硬化是不是一样的？以高速钢刃具生产工艺为例说明上述问题。

提示：冷处理之后仍存在淬火应力；二次硬化是高速钢重要的强化手段。4．试说明下述组织结构及力学性能特点，并回答它们之间有何区别与联系？珠光体和球化组织；马氏体和回火马氏体；索氏体和回火索氏体；屈氏体和回火屈氏体。

5．T12钢加热到770℃后用图2-11所示各种方法冷却，分析其所得组织。6．用20CrMnTi为材料制造汽车变速箱齿轮，试制定其热处理生产工艺。请采用调质和渗碳两种方法，并比较两者区别。提示：主要比较经两种工艺处理之后材料由表层到心部的组织，进而比较其性能差异。

四、判断正误并改正

1．铁素体相为面心立方点阵，渗碳体为复杂斜方点阵，奥氏体为体心立方点阵，三者点阵结构相差很大。

2．珠光体的片层间距主要取决于其形成温度。在连续冷却条件下，冷却速度越大，珠光体形成温度越低，即过冷度越大，则片层间距越小。

3．珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体；另一个是晶体点阵重构，由面心立方贝氏体的转变为体心立方的马氏体和复杂单斜点阵的回火组织。

4．低碳钢中的马氏体组织，因其显微组织是由许多成群的板条组成，故又称为板条马氏体。对某些钢因板条不易侵蚀显现出来，而往往呈现为块状，所以有时也称之为块状马氏体，又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。

5．马氏体的等温转变一般不能进行到底，完成一定的转变量后就停止了。6．大量的实验结果都证明，在屈服强度相同的条件下，位错型马氏体具有较高的硬度且比孪晶马氏体的韧性差的多。

7．为了减小工件与淬火介质之间的温差，减小内应力，可以把欲淬火的工件，在淬入淬火介质之前，先水冷一段时间。这种方法叫“预冷淬火法”

8．使钢中的碳化物球状化。或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火。因其也能够消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，所以也称扩散退火。

五、选择填空 1．根据Fe一C相图，温度在A1以下时,碳钢的平衡组织为（）或（）加（）或（）加（）。

(a)珠光体(b)渗碳体（c）铁素体（d）马氏体

2．如果珠光体的形成温度较低，在光学显微镜下，很难辨别其铁素体片与渗碳体片的形态，由电子显微镜测定其片层间距，大约在800-1500Ǻ之间，这种细片状珠光体。工业上叫做（）。

（a）超细珠光体(b)索氏体（c）屈氏体（d）马氏体

3．实际生产中退火的种类很多，按其物理本质的不同可分为（）、（）和（）三大类。

（a）重结晶、再结晶、去应力退火（b）扩散、球化法应力退火（c）再结晶、完全、去应力退火（d）去氢、扩散、重结晶退火

4．对于亚共折钢，适宜的淬火加热温度一般为（），淬火后的组织为均匀的马氏体。

(a)Ac1+30~50℃(b)Acm+30~50℃(c)Ac3+30~50℃(d)A0+30~50℃ 5．当残余奥氏体比较稳定．在较高温度回火加热保温时来发生分解：而在随后冷却时转变为马氏体。这种在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为（）。

(a)二次硬化（b）回火抗性（c）二次淬火（d）孪晶马氏体反稳定化

6．真空热处理、可控气氛热处理、辉光离子热处理和（）等热处理技术是当代发展起来的具有广泛应用前景的新技术。

（a）表面淬火（b）复合热处理（c）化学热处理（d）表面热处理习题3

一、名词解释：

1、调质处理：

2、淬透性：

3、马氏体：

4、共析反应：

5、过冷Ａ体：

6、加工强化：

7、热处理：

8、表面淬火：

二、作图题：

1、画出共析钢的“Ｃ”线，并标明淬火临界冷却速度

2、Fe-Fe3C相图左下角部分画出并标明淬火加热温度和A1,A2,Acm线、符号

三、下面材料所属类别和应用实例

材料样号 类别 典型热处理工艺 使用状态下组织 应用举例 Q235A Gcr15 45 T12 20CrMnTi 60Si2Mn 16Mn 9SiCr 5CrMnMo 1Cr18Ni9

四、车床主轴要求轴颈部位硬度为54—58HRC，其余地方为20—25HRC，其加工路线为：下料→锻造→正火→机加工→调质→机加工（精）→轴颈表面淬火→低温回火→磨加工

指出：

1、本轴应用的材料：

2、正火和调质的目的和大致热处理工艺

3、表面淬火目的

4、低温回火目的及工艺

5、轴颈表面组织和其余地方组织习题4 简答题

1． 钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些有益和有害的影响？ 2． 为什么比较重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？

3． 合金钢中经常加入的合金元素有哪些？怎样分类？ 4． 为什么碳钢在室温下不存在单一奥氏体或单一铁素体组织，而合金钢中有可能存在这类组织？

5． 合金元素对回火转变有何影响？

6． 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。7． 为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强韧化方法？ 8． 什么是钢的回火脆性？下列几种钢中，哪类钢的回火脆性严重，如何避免？ 45 40Cr 35SiMn 40CrNiMo 9． 从资源情况分析我国合金结构钢的合金化方案的特点。10． 为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素？ 11． 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。

12． 为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素？弹簧淬火后为什么要进行中温回火？为了提高弹簧的使用寿命，在热处理后应采用什么有效措施？

13． 轴承钢为什么要用铬钢？为什么对钢中的非金属夹杂物限制特别严格？ 14． 解释下列现象（1）含碳量相同时，含炭化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；（2）含碳量≥0.4%，含铬量12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.0%,含铬12%的在相同含碳量下，除了镍、锰的合金钢外，大多数合金钢的热处理温度都钢属于莱氏体钢；

（3）在相同含碳量下，合金钢的淬火变形和开裂现象不易产生；（6）调质钢在回火后需快冷至室温；（7）高速钢需高温淬火和多次回火。

15．W18Cr4V钢的Ac1为820℃,若以一般工具钢Ac1＋30-50 oC的常规方法来确定其淬火温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能，为什么？其实际淬火温度是多少？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560 oC三次回火，这又是为什么？

16．直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因？设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。

17．某厂的冷冲模原用W18Cr4V钢制造，在使用时经常发生崩刃、掉渣等现象，冲模寿命很短；后改用W6Mo5Cr4V2钢制造，热处理时采用低温淬火（1150 oC），冲模寿命大大提高。试分析其原因。18.一些中、小工厂在用Cr12型钢制造冷作模具时，往往是用原钢料直接进行机械加工或稍加改锻后进行机械加工，热处理后送交使用，经这种加工的模具寿命一般都比较短。改进的措施是将毛坯进行充分地锻造，这样的模具使用寿命有明显提高。这是什么原因？

19．不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？ 20．试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用

21．试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti等钢中的作用

22．试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论下列问题：

（1）在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；（2）各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。

23．硬质合金有何特点？指出硬质合金YG8、YT15的类别、成分和用途。

24．要制造机床主轴、拖拉机后桥齿轮、铰刀、汽车板簧等。拟选择合适的钢种，并提出热处理工艺。其最后组织是什么？性能如何？

25．某工厂生产一种柴油机的凸轮，其表面要求具有高硬度（>HRC50）,而零件心部要求具有良好的韧性，本来是采用45钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火，最后进行低温回火。现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15号钢，试说明以下几个问题。

（1）原用45钢各热处理工序的目的。

（2）该用15钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求？为什么？（3）改用15钢后，应采用怎样的热处理工艺才能满足上述性能要求？为什么？

习题5

一、名词解释

石墨化、孕育（变质）处理、球化退火、可锻化退火、石墨化退火

二、填空题

1.白口铸铁中碳的主要以（）的形式存在，灰口铸铁中碳主要以（）的形式存在。2.普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为（）、（）、（）和（）

3.铸铁的基体有（）、（）和（）三种。4.QT500—05牌号中，QT表示（），数字500表示（），数字05表示（）。5.HT250是（）铸铁，250表示（）

6.促进石墨化的元素有（），阻碍石墨化的元素有（）

7.铸铁的石墨化过程分为三个阶段，分别为（）、（）和（）。8.可锻铸铁铸件的生产方法是先（），然后再进行（）。9.球墨铸铁采用（）作球化剂。

三、判断题

1.石墨化是指铸铁中碳原子析出形成石墨的过程。（）2.可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。（）3.热处理可以改变铸铁中的石墨形态。（）

4.球墨铸铁可通过热处理来提高其机械性能。（）

5.采用整体淬火的热处理方法，可以显著提高灰铸铁的机械性能。（）6.采用热处理方法，可以使灰铸铁中的片状石墨细化，从而提高其机械性能。（）

7.铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其机械性能。（）8.灰铸铁的减震性能比钢好。（）

四、选择填空

1.铸铁石墨化的几个阶段完全进行，其显微组织为（）（a）F+G（b）F+P+G（c）P+G 2.铸铁石墨化的第一、二阶段完全进行，第三阶段部分进行，其显微组织为（）（a）F+G（b）P+G（c）F+P+G 3.铸铁石墨化的第一、二阶段完全进行，第三阶段未进行，其显微组织为（）（a）F+P+G（b）P+G（c）F+G 4.提高灰口铸铁的耐磨性应采用（）

（a）整体淬火（b）渗碳处理（c）表面淬火 5.机架和机床床身应用（）

（a）白口铸铁（b）灰口铸铁（c）麻口铸铁

五、综合分析题

1．试总结铸铁石墨化发生的条件和过程 2．试述石墨形态对铸铁性能的影响。

3．白口铸铁、灰口铸铁和碳钢，这三者在成分、组织和性能有何主要区别？ 4．为什么一般机器的支架、机床的床身用灰口铸铁铸造？

5．出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止和改善？（1）灰口铸铁磨床床身铸造以后就进行切削，在切削加工后发生不允许的变形。（2）灰口铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。6．指出下列铸铁的类别、用途及性能的主要指标：（1）HT150,HT400;（2）KT350-10,KTZ700-2;（3）QT420-10,MQT1200-1。习题6

一、名词解释

固溶处理、时效硬化、黄铜、锡青铜

二、填空题

1．铝合金按其成分及生产工艺特点，可分为（）和（）。

2．变形铝合金按热处理性质可分为（）铝合金和（）铝合金两类。3． 铝合金的时效方法可分为（）和（）两种。

4．铜合金按其合金化系列可分为（）、（）和（）三类。5．变形铝合金的热处理方法有（）、（）、（）。

6．铸造铝合金，按成分可分为（）系、（）系、（）系和（）系四类。7．H62是（）的一个牌号，其中62是指含（）量为（）。8．QSn10是（）的一个牌号，其中10是指（）。

9．含锡青铜常称为锡青铜，不含锡的青铜，又分（）、（）、（）、（）。10．LY11是（）的一个牌号，其成分为（）合金系，可制造（）。11．LC6是（）的一个牌号，其成分为（）合金系，可制造（）。． 12．黄铜低温退火的目的是（）。

13．钛有两种同索异构体，在882.5℃以下为（），在882.5℃以上为（）。14．钛合金根据其退火状态下组织可分（）、（）和（）三类。

三、问答题

1．有色金属及其合金的强化方法与钢的强化方法有何不同？

2．试述铝合金的合金化原则。为什么Si、Cu、Mg、Mn等元素作为铝合金的主加元素?而Ti、B、RE等作为辅加元素？

3．铝合金性能上有何特点？为什么在工业上能得到广泛的应用？ 4．铸造铝合金（如AL-Si合金）为何要进行变质处理？ 5．如果铝合金的晶粒粗大，能否用重新加热的方法细化？ 6．铜合金的性能有何特点？在工业上的主要用途。

第四篇：冷冲模材料与热处理

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冷冲模材料与热处理

冷冲模,冷作模工作零件常用材料及热处理

模具类型

常用材料

热处理

硬度（HRC）

凹模

凸模

冲裁模

形状简单、冲裁板料厚度＜3mm

T8A、T10A、9Mn2V、Cr6WV、GCr15、45#喜

淬火、回火

58~62

58~62

形状复杂、冲裁板料厚度＞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 弯曲模

一般弯曲模

T8A、T10A

淬火、回火

54~58

56~60

要求耐磨性高、形状复杂、生产批量大的弯曲模

CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1

淬火、回火

58~62

58~62

热弯曲模

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、生产批量大的拉伸模

Cr12、Cr12MoV、YG8、YG15、D2

冷作模

紧固件行业冷作模具主要完成金属或非金属材料的冲裁、弯曲、拉深、镦锻、挤压等工序，制作成各种螺栓、螺钉、螺母、垫片、销、铆钉等。由于加载形式和被加工材料力学性能不同，各种模具的工作条件差别很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作条件最为恶劣的是镦锻模、挤压模，其次是厚板小孔冲裁模。

2.冷作模具的失效

镦锻模、挤压模主要用于螺栓、螺母、异型件的制造。它用于金属体积成形。成形模具所受的载荷轻重根据工作形状、尺寸、变形量

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以及变形材料的力学性能的不同而不同。

在生产中由于变形金属在模具型腔中剧烈流动产生严重摩擦，致使模具表面温度瞬时达到 400 ℃，要求这类模具型腔能承受较大压力、张力和摩擦力，不开裂，不变形，不磨损。

对于冲裁模，它要求刃口在板料冲裁（锥垫、带齿垫片等）过程中保持锋利与完整，不崩刃、不变形、耐磨损，冲头尤其具有高的强韧性和耐磨性。

在生产中常见模具失效形式有以下几类：

(1)断裂失效 模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。如冲裁模崩刃，冷挤压模和冷镦模的冲头断裂，凹模破裂。在冷镦模、冷挤压模工作时，由于成形力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环，也加速疲劳裂纹产生。

(2)变形失效 如凸模镦粗、弯曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔胀大等。

(3)磨损失效 如厚板冲裁模刃口、冷镦冷挤模型腔尺寸超差。

3.材料选择及热处理

选择模具材料首先要了解模具钢的材质成分、性能，模具的使用条件以及模具失效形式，针对性地选材。

3.1 冲裁模

冲裁模刃口承受的剪切力大，摩擦发热严重，易磨损。凸模易产生崩刃、折断等。对于批量较大的厚板冲裁模可选用 W18Cr4V 钢 W6Mo5Cr4V2 钢制作凸模，用 Cr12MoV 钢制作凹模，这类钢耐磨性

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抗压强度较好，基本能满足使用要求，但韧性较低、碳化物分布不均匀，使模具易断裂及崩刃，模具寿命也不理想。目前，紧固件企业多数使用了基体钢（LD、65Nb 等），低合金高强度钢（GD），降碳高速钢（6W6Mo5Cr4V），火焰淬火钢（7CrSiMnMoN）等。

基体钢由于有较高的强韧性，克服了 Cr12MoV 钢脆断倾向，使冲裁模寿命显著提高。

表 1 新旧模具材料寿命对照表

钢号

被加工材料

模具硬度／ HRC

平均寿命／件

寿命提高（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 ＃钢

t ＝ 2.6 ～ 3.5mm

～ 62

22000 ～ 46000

1.5 ～ 2.8

3.2 冷镦模

冷镦模工作时，凸模必须承受强烈的冲击力，其最大压应力可达

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到 2500N/mm2, 一般低合金工具钢是不能承受的，必须采用高强韧性合金工具钢和硬质合金制造。

对于冷镦六角螺栓，六角螺母冷作模具，应采用高强韧、高耐磨性模具钢 65Nb，LD，GM，LM，6W6Mo5Cr4V 钢。这类钢强韧很高，耐磨性稍次。如在冷镦模表面实施强化处理，如 PVD 物理气相氮化钛涂层，气体氮碳共渗、液体氮碳共渗、硼――碳复合渗等，就可明显提高冷作模具耐磨性。

硬质合金是用粉末冶金方法制造的复合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷镦模具，其使用寿命可提高数倍和数百倍。如六角螺栓冷镦模芯、缩径模套寿命可达 20 万～ 50 万件，但其较脆，韧性较差，且不能进行车、铣，只宜磨削加工。

常用牌号 YG20、YG15。

表 2 硬质合金的化学成分

牌号

组成（％）

性能

WC

CO

硬度 HRC

抗弯强度／ Mpa

抗压强度／ Mpa

YG15

86~88

1800 ～ 2200

3900 YG20

83~86

2000 ～ 2600

3400 YG25

～ 84

1800 ～ 2700

3200

钢结构硬质合金是以碳化物为硬质相、钢作粘结相形成的复合材料，钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性高于硬质合金，并

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可进行机械加工和热处理，在冷作模具中得到广泛应用，主要以碳化钨钢结硬质合金为主（简称 DT 合金），其性能见表 3。

表 3 钢结硬质合金性能比较

合金牌号

硬质相种类

硬度 HRC

抗弯强度 /MPa

冲击韧度 KJ/m 2

加工态

使用态

DT

WC

～ 36

～ 64

2450 ～ 3530

～ 196

TLMW50

WC

～ 42

～ 68

1960 ～ 2050

～ 98

GT35

TiC

～ 46

～ 69

1370 ～ 1765

～ 59

钢结硬质合金制作各种冷作模具，主要以镶套为主。采用 DT 合金制造 M6、M8 半圆头螺钉冷镦模，模具寿命比 9CrSi 钢 8 万件产量提高 30 倍，寿命可达 250 万件。而制造 M20 六角螺母冷镦模比 Cr12MoV 钢 0.4 万件产量提高 55 倍，寿命达 22 万件，经济效益显著。

3.3 冷挤压模

各类紧固件的挤压成型是在强烈的三向压应力状态下完成的。凸模既受强大的压应力，又受各种不均衡侧向力，在回程时瞬间易引起

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断裂。受力复杂的凸模，特别是在凸模尺寸变化应力集中处，易产生脆性断裂。而凹模有胀裂的可能以及由于金属材料剧烈流动而引起模腔严重磨损。

首先 , 应重视选材和热处理工艺，如 6W6Mo5Cr4V2、LD、65Nb、LM2、GD、7CrSiMnMoV 等钢可大大提高强韧性，其次 , 耐磨性可通过表面处理来达到。

例如，冷挤压发动机异型件，如锁芯、接头凹凸模常用高速钢制作，抗压强度和耐磨性都很好，缺点是韧性差，易脆断，降低淬火温度可提高该钢的断裂抗力。6W6Mo5Cr4V 钢比原用 W18Cr4V、Cr12MoV 钢制作凹模原寿命 1 万多件提高到 40000 件达 4 倍，淬火温度 1080 ～ 1120 ℃，560 ℃回火三次，就是一个例子。

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制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

1.碳素工具钢

在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，精心收集

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价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

2.低合金工具钢

低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

3.高碳高铬工具钢

常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

4.高碳中铬工具钢

用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高

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铬钢相比，性能有所改善。

5.高速钢

高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

6.基体钢

在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。

7.硬质合金和钢结硬质合金

硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和

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韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。

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第五篇：金属材料与热处理 第六章

第六单元钢材热处理

一、名词解释

1.钢的热处理

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

等温冷却转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。

3.连续冷却转变

连续冷却转变是指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

马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体。

5.退火

钢的退火是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

正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

7.淬火

钢的淬火是指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

回火是指工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

9.表面热处理

表面热处理是为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，称为真空热处理。

11.渗碳

为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，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称为渗碳。

12.渗氮

在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮，又称氮化。

二、填空题

1.整体热处理分为和

2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有：表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热 表面淬火等。

3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如、硼 等。

4.热处理工艺过程由三个阶段组成。

5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、和。

6.贝氏体分和两种。

7.淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、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：、和等。

9.常用的冷却介质有、、等。

10.常见的淬火缺陷有与、与开裂 等。

11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为 高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火 和 工频感应加热表面淬火 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 浅。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、和三个基本过程所组成。

14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为碳三种。

三、选择题

1．过冷奥氏体是温度下存在，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，亚共析钢则应选择在A.Ac1+30℃～50℃；B.Accm以上；C.Ac3+3 0℃～50℃。

3.调质处理就是 的热处理。

A.淬火+低温回火；B.淬火+中温回火；C.淬火+高温回头。

4.化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。

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，需经

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。(错)

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。(对)

3.钢中碳的质量分数越高，其淬火加热温度越高。(错)

4.高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。(错)

5.钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。(对)

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。(对)

五、简答题

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：

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，所得到的室温组织各是什么？

答：在700℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是F＋P；在760℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是F＋M；在840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是M。

7.淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？

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，则钢的硬度达不到要求。

8.回火的目的是什么？工件淬火后为什么要及时回火？

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。

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，而心部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，各需采取怎样的热处理工艺？热处理后组织有何差别？

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。