金属材料与热处理 本文关键词：热处理，金属材料
金属材料与热处理 本文简介：金属材料与热处理一、金属材料及热处理（一）硬度：是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。HB钢球印痕面积法=2PπD(D-)（单位面积上的力）；HB>450时不能用布氏方法；不能测太薄的金属δ>10h(压坑深度)；HRC测量淬火回火后的工件（120o金钢锥）；HRB测量较软的退火件铜、铝（ф1.58
金属材料与热处理 本文内容：
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
（一）硬度：是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。
HB钢球印痕面积法=2PπD(D-)（单位面积上的力）；
HB>450时不能用布氏方法；不能测太薄的金属δ>10h
(压坑深度)；
HRC测量淬火回火后的工件
（120o金钢锥）；
HRB测量较软的退火件
铜、铝
（ф1.588mm钢球）；
HRA测量硬度很高或硬而薄的金属，如硬质合金表面处理工件等（120o金钢锥）；
B
60 —230HB
φ1.588mm
P:10+90Kg
25—100
HRB
C
230—700
HB
120o金钢锥
10+140Kg
20—67
HRC
A
>700
HB
10+50Kg
>70
HRA
HR=k-h/0.002；
H压痕深度（mm）；
K常数，用钢球时为130，用金钢石时为100；
0.002为压痕深，每0.002为洛氏硬度一度；
高硬度时
HRC1/10HB；
HV用顶角为136o金刚石四方角锥体，根据被测工件越薄，选用越小载荷;
5、10、20、30、50、100、和120Kg；
HV=1.8544P/d2(1公斤/mm2)；
HV可测量很薄的工件和渗碳层、氮化层、氰化层硬度。
（二）强度：指材料抵抗外力作用而不被破坏的一种能力。
l
b
=Pb/F0;
l
s=PS/F0;
l
δ0.2
产生0.2%永久变型量时的强度。
（三）塑性：指材料发生永久变形而不被破坏的一种能力
l
δ伸长率：断裂的长度增加量与原长度之比。
δ＝（L1-L0）/L0×100％
l
断面收缩率：拉断的横截面积减小量与试样原来横截面积之比，百分数。
l
硬度与强度的近似关系：
轧制或锻钢件b＝（0.34-0.36）HB
铸钢件
b＝（0.3－0.4）HB
灰口铸铁件
b＝（HB-40）/6
（四）韧性：指材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的一种能力。
冲击韧性ak=Ak/F(1公斤·米/厘米2);
脆性与韧性相反，脆性材料的破坏是突然发生，没有显著变形，断口处很明亮并有金属光泽。而韧性材料的破坏都有预兆，并且断口呈灰色纤维状。
如M24螺栓断裂表面呈灰色纤维状，说明有一定韧性。
材料晶粒越细，ak值越高。
二、热处理基础知识
l
原子顺续排列的状态叫晶体，晶体颗粒组合在一起组织金属材料。晶粒之间的结合面叫晶界。
l
晶粒有体心立方晶格和面心立方晶格，晶格是组成晶粒的最小单元。
l
体心立方体晶格的8个顶点各有一个原子，中心一个原子。
l
面心立方体晶格的8个顶点和6个平面各有一个原子。
l
体心立方晶格组织材料较硬，抗力较大，不易锻造。如Cr、W、Mo、Mn、V、αFe（常温铁）。
l
面心立方晶格较软，易变形如Al、Cu、Ni、Pb、γFe（奥氏体）
l
晶粒大小（或称粗细）会直接影响到钢材的质量，晶粒愈细小，钢材的性能越好，晶粒愈粗大，钢材的性能就愈差，特别是ak就愈低。正火、淬火温度控制就是为细化晶粒。此外，细晶粒的钢材在热处理淬火加热与冷却时，引起变形与开裂的倾向也小的多，所以细化晶粒的预先热处理是最终热处理的必备工序。
l
具有体心立方晶格的纯铁叫αFe;
l
面心立方晶格的纯铁叫γFe;
l
αFe和γFe在910oC时发生较变；℃
l
纯铁在770oC以下具有磁性，770oC以上没有磁性。
l
三、名词：
1、固溶体：固态下溶解有其它元素的组织叫做“固溶体”（αFe和γFe对C的溶解能力是大小不一样的）
2、铁素体：就是碳在αFe中的固溶体。室温下可溶解0.006％的碳，723oC时可溶解达到最大值0.025％。
3、奥氏体：就是碳在γFe中间隙式的固溶体。由于γFe的原子间的空隙较大，723oC时可溶解碳量为0.8％（共析钢），1130oC溶解量达到最大值2％。
4、渗碳体：即ΑFe3C（碳化铁），ΑFe:C=3:1(原子数比)，具有复杂的晶格结构的化合物称为渗碳体，渗碳体中含碳量为6.67％，其溶解度不随温度的变化（化合物）。熔点1600oC左右，硬度很高;HB>800，很耐磨，但很脆，渗碳体和铁素体混合在一起就是常用的钢材，随含碳量的增高，硬度强度增高，ak下降。加入合金元素形成合金碳化物，其硬度还会更高，如碳化钨（WC）碳化钛（TiC）等。
5、珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体两者所组成的机械混合物，他存在于723oC以下，是铁素体与渗碳体一层一层交替分布着，显微镜下白亮呈片状为渗碳体中间较宽的白色间隔层为铁素体。这种组织显出珍珠表面相似的纹路和光泽，所以称珠光体。纯珠光体含碳量为0.8%（共析钢）。粗片状铁素体加粗片状渗碳体叫珠光体，等温转变670－723度HB170－250（HRC
0-24）
通过热处理方法（加热到Ac1线略高保温时间长）可以获得一种渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上的组织，这种组织叫做粒状（或球状）珠光体，以改善加工性能和热处理变形开裂性能。
6、网状渗碳体：过共析钢在Acm线以下奥氏体中析出的渗碳体分布在奥氏体晶界上或降到A1线以下渗碳体固化在珠光体晶界上即呈网状分布。
7、索氏体：在等温转变C形线鼻尖所得到的较细片状铁素体+较细片状渗碳体叫之索氏体。等温转变温度600－670oC（珠光体的一种）HB250－320，HRC24－32。
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体，形成温度600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
珠光体、索氏体、屈氏体、都属珠光体只是粗细不同，性能上有差异。
9、上贝氏体：铁素体形成密集面相互平行的扁片渗碳体呈短片状断断续续地分布在铁素体片层之间，上贝氏体在显微镜下呈羽毛形态，HRC45左右，形成温度
500—400oC。
10、下贝氏体：铁素体形成针状，极为细小的渗碳体质点呈弥散状分布在针状铁素体内，呈黑色针状显微形态。HRC55左右，形成温度230—400oC。
11、马氏体：奥氏体快速冷却不触及C形线鼻尖直接降到230oC以下（共析钢），即低于Ms，γFe转变为αFe，碳原子全部被保留在αFe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达600－700（HRC60－65）。淬火即可获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于0.8％，硬度几乎不再增加了。马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量0.5％时Mz约0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量小于0.8％时Mz也随C而下降，0.9以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γFe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约只有0.122—0.125，而马氏体为αFe过饱和固溶体，比容较大，约有0.127－0.130，可见，在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms
Mz点越低剩余奥氏体量也就越多。
12、过冷奥氏体：低于A1线温度状态下存在的奥氏体，C形曲线鼻尖温度处的过冷奥氏体最不稳定，最容易发生分解。
13、晶粒度：晶粒度就是用来表示晶粒大小的尺度，共分为8级;冶金部规定标准测定方法将制成的试样在放大100倍的显微镜下观察与标准晶粒度作比较以确定实际晶粒的大小。凡在1－4级者为粗晶粒钢，5－8级者为细晶粒钢。粗晶粒钢温度、韧性等变坏，所以热处理时加热温度不能过高，时间不能过长，防止晶粒过大。
第二讲
14退火：就是将钢加热到Ac3线（过共析钢为A1线）以上，保温一定时间为工件厚度（）小时
，合金钢（）小时，随炉冷却，得到铁素体加珠光体（亚共析），珠光体（共析钢），渗碳体加珠光体（过共析钢）的方法，降低硬度，提高塑性，改善压力和切削性能。
15、正火：就是将钢加热到Ac3线和Acm以上30－50oC，保温后出炉空冷，分别得到铁素体加索氏体、索氏体，有细化晶粒、调整组织、削除前道铸造、锻造冷加工产生的缺陷，作为预先热处理作用。提高钢材加工性能（最好HB200－250时）提高加工面光洁度，不粘刀，加工表面光滑。比如管路密封胶圈结合面，O型圈沟槽，缸、泵接口平面。
16、等温退火：钢加热到Ac3以上30-50oC,保温后较快冷却到略低于Ar1的温度（或转入略低于Ar1的炉中）在此温度下奥氏体金部转变完成，主要用于合金钢退火。
17、球化退火：目的在于过共析钢得到球状珠光体，便于加工，也是热处理的前处理。
球化退火的工艺是加热到温度略高于Ac1以上10－20oC，保温后缓慢冷却到略低于Ar1的温度并停留一段时间，使组织转变全部完成，然后冷至500oC以下再空冷。
加热温度超过Ac1越高，则冷却以后得到的片状珠光体会愈多。若超过Acm时，则冷却下来所得到的全部为片状珠光体。
球化退火所以能形成球状珠光体，是因为钢在加热到略高于Ac1时呈现一不均匀的组织。即除了奥氏体的浓度不均匀外，还有大量未溶解的渗碳体存在。其中片状渗碳体在较长时间的保温过程中会自发地趋于球状（因后者最为稳定）。当钢随后冷却下来时，由奥氏体分解而形成的ΑFe3C也逐渐球状化因而最终便获得在铁素体基体上分布着许多颗粒状渗碳体，这就是球状珠光体。
18、低温退火：为消除铸、锻、焊接、切削冷冲压过程的内应力，缓慢速度加热到500－650oC，经适当保温，再缓冷下来的过程，又叫去应力退火。
钢的显微组织不发生改变。
19、淬火：将钢加热到Ac3线或Ac1线上30－50oC，保温一段时间（均匀化）
快速冷却下来，以得到高硬度马氏体组织的方法。
细晶粒奥氏体得到细晶粒马氏体组织。
过共析钢有网状ΑFe3C时，应先正火细化晶粒再淬火。
合金钢加热温度相对较高。
20、显微裂纹：工件淬火后得到马氏体组织，此时的组织中存在着极大的内应力，如果不及时回火，则会由于淬火应力的作用容易在工件内部产生显微裂纹，严重时会导致工件的脆性增大而开裂。
21、回火：工件淬火后一般都要进行回火，淬火后得到马氏体性能很脆，并存在很大应力，不及时予以回火，时间久了可能会引起工件发生开裂，回火就是将淬火后的工件重新加热到A1以下某温度保温一段时间，然后取出工件以一定的方式冷却下来。
22、回火马氏体（低温回火）：马氏体是一种过饱和ΑFe固溶体，从室温加热到300oC左右，随着升温原子活力增加，C原子开始以某种碳化物的形式从马氏体中析出，因温度不高，析出的碳化物未全部脱离原马氏体组织，仍处在一定的过饱和状态，这种组织称为回火马氏体。对硬度影响不大，但内应力清除了一部分。
23、第一类回火脆性：马氏体中C的过饱和度大时，淬火后内存较多的残余奥氏体，大约在250－350oC时，残余奥氏体也发生向较为稳定的回火马氏体转变，转变的结果可使硬度有增加（1－2HRC），这种现象在高碳钢中尤为明显，与此同时冲击韧性却略有下降，称为第一类回火脆性。
24、第二类回火脆性：主要发生在合金钢450－650oC含Cr、Ni、Mn、Si等;在此温度回火后进行缓冷时，有极其细小的片状硬脆物。如：碳化物、氮化物、或磷化物沿铁素体晶界析出所致。快速冷却会使溶于铁素体中的硬脆物来不及析出。随温度升高，k提高是因所析出的化合物球化的结果。我们常用的40Cr有二类回火脆性的倾向，一般谈到回火脆性主要指第二类回火脆性。
生产中防止回火脆性的方法主要有：
l
回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行一次温度低于发生回火脆性温度的补充回火。
l
加入少量防止回火脆性的合金元素Mo和W等。
25、中温回火屈氏体：将马氏体回热到300—400oC左右，过饱和的C原子析出与铁原子结合生成颗粒状碳化物，马氏体组织中碳浓度减少，晶格改组转变成铁素体组织，形成由极细小的颗粒状渗碳体分布在铁素体基体上这种机械混合物称之为回火屈氏体。
26、高温回火索氏体：马氏体加热到400－650oC左右细小ΑFe3C颗粒聚集成较大颗粒（自发合并长大）得到较大渗碳体与铁素体所组成的机械化合物。这种组织叫回火索氏体，强度、硬度降低，塑性、韧性增加。与正火索氏体相比，渗碳体呈球状而不是呈片状。
27、魏氏体组织：铁素体沿晶界分布并呈针状插入珠光体内，使钢材的塑性和韧性大大下降（ΑFe从P中析出时未形成清晰的晶界，冷却凝固成的组织）
28、莱氏体：Y→
A+ΑFe3CⅠ
→
L(P+ΑFe3CⅡ
+
ΑFe3CⅠ)
29、一次渗碳体ΑFe3CⅠ：过共析钢从液体转变为A+ΑFe3C
时的ΑFe3CⅠ
叫一次渗碳体。
30、二次渗碳体ΑFe3CⅡ：随温度降低，从A中析出的ΑFe3C叫二次渗碳体ΑFe3CⅡ。
31、三次渗碳体ΑFe3CⅢ：含碳量小于0.02％的铁素体，温度降到PQ线以下时，析出的渗碳体叫三次渗碳体ΑFe3CⅢ
32、淬透性：材料淬火能够得到淬透层深度的能力称为“淬透性”，与化学成分和尺寸有关。
33、淬透深度：是指由钢的表面测量到马氏体占50％，珠光体占50％的组织深度。
34、淬硬性：钢经过淬火后得到的最大硬度值，含C越高淬硬性越大，反之越小。
一、
钢的加热与冷却
基本组织
（一）加热温度与奥氏体的晶粒度
当共析钢加热到Ac1亚共析钢加热到Ac3，过共析钢加热到Acm线以上不多时，便产生了室温时的珠光体，全部转变成为奥氏体组织，此时钢形成的奥氏体的起始晶粒是很细小的，它与转变前原来珠光体组织晶粒的大小无关，如果此时的细晶粒的奥氏体再冷却下来，则所得到的转变产物珠光体，索氏体、屈氏体或马氏体的晶粒也必须是细小的，这就是说，高温奥氏体（高于转变线温度的A）晶粒的大小，决定了转变的产物的晶粒的大小，而与以后工件的水冷、油冷、空冷的等方式无关；对得到什么金相组织与冷却速度，冷却相变温度有关。
亚共析钢和过共析钢在加热到Ac1以上不多时，室温时的珠光体全部转化为细小晶粒的奥氏体A。与共析钢不同的是在Ac1以上继续加热时，亚共析钢铁素体和过共析钢中的渗碳体ΑFe3C逐步溶解到奥氏体组织去，不过溶解过程并不影响奥氏体A晶粒的大小，直到Ac3以上不多时，аΑFe和ΑFe3C全部溶入A中，A仍能保持细小的晶粒，所以热处理加热温度均为Ac1或Ac3以上30～50℃。
当加热温度继续升了，经过Ac3或Acm以上很多时，及保温时的不恰当延长，均会促使奥氏体A晶粒的长大，这种“长大”经过是靠大晶粒吞并（或聚集）小晶粒来实现的，粗大的A晶粒在以后冷却下来时会得到是粗大晶粒的转变产物，从而使钢的性能，特别是аk值显著下降，引起淬火过程中变型与开裂倾向也增大，这种由于加热温度过高，引起A晶粒粗大的现象称为“过热”，一旦产生这种情况，可采用重新退火或正火，控制最高加热温度加m消除；若加热温度更高（接近于固相线AE线）这时不只是晶粒的粗大，而且还会造成A体晶粒边界严重氧化和低熔点组成物的溶化。（如ΑFeS熔点985℃），破坏了晶粒间的相互联系，以致使工件报废，这种现象称作“过烧”或叫“烧毁”。
钢材的晶粒度分为1－8级YB27－64。规定，加热到930℃奥氏体的晶粒度分线，测定方法是将制成试样在放大100倍的显微镜下观察，并与标准晶粒度做比较，以确定A氏体实际晶粒大小，因A晶粒度决定了室温组织的晶粒度，所以以室温样块作对照；有两种分发一可认为1－3级为粗晶粒，4－6级为中等晶粒，7－8级为细晶粒，在评定钢材时一般加热到930℃时，具有1－4级晶粒的称为“本质粗晶粒钢”而5－8级晶粒度的称为本质细晶粒钢，增加合金元素可以调整同种加热温度的钢材晶粒度。
（二）碳及合金元素对加热转变的影响
在加热亚共析或过共析钢时，其奥氏体的形成过程是在珠光体P转变成A的还有铁素体аΑFe或二次渗碳体继续向A转变或溶解的过程。
合金元素对奥氏体形成的影响，大致归纳为如下两点：
（1）除个别合金元素如Mn、Ni造成临界点降低处，TiMo、W、SiCr由强至弱，均在不同程度上提高了钢的临界点Ac1、Ac3、Acm。
（2）除CO等外，大多数合金元素都会减慢碳在A中的扩散速度也较小，所以温度较高外必须进行较长的保温时间，或采取二次加热。
（3）碳及合金元素对A晶粒的影响
a、共析钢加热时A晶粒最易长大。
b、过共析钢加热到Ac1以上不太高时由于大量二次ΑFe3CII的存在，可以得到比较细的晶粒。
c、各种合金钢中，除了个别合金元素如：Mn、P等外，大多数合金元素使钢不同程度的细化，尤其是强烈形成碳化物的元素Ti、V、Al、Nb、W、Mo、Cr由强到弱，均能阻止奥氏体晶粒长大，从而细化晶粒，原因是合金元素在钢中形成难于溶解于A的碳化物及氮化物分布在A的晶界上，会阻止A晶粒长大，影响较弱的元素Si和Ni，只有Mn元素起到促进奥氏体晶粒长大，Ti、V、Al常作为细化晶粒元素加入钢中，减少加热时的过热倾向。
因此，合金钢淬火加热温度稍高，仍可获得细晶粒奥氏体，只有锰钢热敏感性较大，应选择较低的淬火加热温度。
（三）钢在高温A状态冷却转变
（1）铁碳图、C形线、自热冷却转变的几个图表。
铁碳合金平衡图
δΑFe体心立方晶格1390℃～1534℃
C
0.1％以下
γΑFe面心立方晶格910℃～1390℃
аΑFe体心立方晶格910℃以下
实际加热临界点
实际冷却临界点
A3亚共析钢A转变线
Ac3
Ar3
Acm过共析钢A转变线
Accm
Arcm
A1珠光体→A转变线
Ac1
Ar1
代号P珠光体、S索氏体、T屈氏体、B贝氏体、M马氏体、F铁素体、ΑFe3C渗碳体、A奥氏体、Y液体、L莱氏体、δΑFe高温铁素体、γΑFe中温铁素体。аΑFe低温铁素体。
M马氏体叫过饱和аΑFe固溶体
随碳量增加，饱和度增加，
m硬度增加
M体积大，A体积小（同质量），A→M，体积膨胀，因此过冷A可能出现残余A，是个不稳定，造成内应力开裂、变形、硬度低等。珠光体和残余A含量反应热处理水平。
消除残余A，采取冷处理-50～-80℃，再做一次回火处理消除残A。高碳钢，淬火
560℃，回火三次，每次保温1小时，应能消除残A。
（2）碳在钢中含量对C形成形状位置的影响
与共析钢比较，亚共析和过共析钢，都会造成A稳定性变差，即在含C量高于0.8％或低于0.8％范围的材料，C形线发生左移，在A向P转变前还分别有下贝氏体和渗碳体析出，析出量过冷量的增加而减少。
合金元素对A分解有推迟作用，使C曲线右移，故合金钢采用油淬，空气淬火，一些碳化物元素，如Cr、Mo、W、V还会使C曲线形状发生改变使A→P，A→B分开。
C曲线除受A成分影响外还同A的晶粒度、均匀度及不溶于A的质点有关，A晶粒越大，C形曲线右移，成分越均匀，越难分解，也会右移。
凡不溶于A的质点（如碳化物、氮化物）越多，A发生分解时成为天然核心，使C左移，即加热温度愈高，A成分愈均匀，晶粒越大，碳化物溶入奥氏体中量就愈多，使A稳定性增加，结果使C曲线右移，只有当合金碳化物溶入奥氏体时，才能减慢A分解速度，如果在A的晶界未被溶入，反而会加快奥氏体分解速度，使C曲线左移。
（3）合金元素对M点的影响
除Al、Co外，A中的合金元素都会使M点降低，依次Mn、Mo、Cr、Ni、Cu对M点降的越厉害，测淬火后残余A量也就越多。
合金元素对马氏体开始转变温度Ms点的影响
合金元素对残余奥氏体量的影响
（4）合金元素对回火的影响
合金钢的回火稳定性比相应的C钢来的好，其原因在于回火时，合金元素不仅自动扩散速度较慢，还起到了阻碍碳原子从马氏体中析出和阻碍碳化物聚集的缘故。
各种合金元素对材料强度、塑性、高温强度、过热倾向、淬透性、回火稳定性、回火脆性的影响。
（5）钢在回火中的组织与性能的变化
①马氏体分解：淬火M是过饱和а固溶体，20～150℃回火时，M内部不断析出细小碳化物，从而使碳化物周围局部区域的M的含碳量下降;在150～350℃时，M的含碳量继续下降，直到350℃时，M分解结束，а固溶体中含碳量接近于正常的饱和状态，内应力减少大为下降。
②残余A的转变，残余A在200～300℃回火分解为过饱和的а固溶体+碳化物，过饱和的а固溶体的含碳量与回火至同样温度的M一样。碳化物为薄片状，以后在继续加热时，渗碳体将逐渐球化。
③碳化物的形成和长大，实验证明，在350℃以下回火时，由马氏体中最初分解出的碳化物并非渗碳体（是什么？），而是一种呈薄片状的极不稳定的铁碳化合物，随温度的升高，将转变为颗粒状的比较稳定的渗碳体，温度继续上升，渗碳体颗粒不断聚集长大。
性能的温升变化：
200℃以上时↑
硬度↓
内应力↓
аk↑
δb↑
300℃左右时
，
δb随硬度↓而下降，
而Ψ↑
аk↑，
650℃左右时，
Ψ和аk达到最大值，
>650℃较多时，
Ψ和аk因晶粒的粗化而有所降低。
合金钢
碳钢中特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素铬Cr、锰Mn、硅Si、铝Al、硼B、钨W、钼Mo、钒V、钛Ti、铌Nb锆Zr和稀土元素Re等。
合金钢分三大类：1、合金结构钢；2、合金工具钢；3、特殊性能钢
（一）合金结构钢
合金结构钢是在碳钢的基础上适当地加入一种或树种合金元素，如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V、Ti等，使之具有好的强度，足够地韧性和好的淬透性，好地回火稳定性，奥氏体稳定性。
合金结构钢分类：
1、普通低合金结构钢（含碳量低）：含碳量在0.10～0.25％之间的并含有少量多元合金元素（Si、Mn、Cu、Ni、Nb、Re）的低碳结构钢，主要用于焊接铆合结构。如：16
Mn、09M2、16
Mn
Cu、15
MnTi、15Mn
V、10
Mn
Si
Cu等。
2、机械制造结构钢：
a、渗碳钢：含碳量0.15～0.25％之间，主要有15＃、20＃、20Cr、20
Cr
MnTi、20
Cr
Mn
Mo、20
Mo
B、25
MnTiB、12
CrNi3A、20Cr2Ni4A、18
Cr2
Ni4WA。经渗碳淬火及低温回火，用于表面耐磨的受力件，如齿轮花键轴等。
b、调质钢：含碳量在0.25～0.5％之间，主要用于淬火加高温回火（调质），高强度高韧性零件，也有为到达更高的强度采用淬火加中温或低温回火的。常用材料40＃、45＃、45Mn2、40Cr、35
Cr
Mo、40
CrMn
Mo、40MnB、40
MnVB、40
Cr
Ni
Mo
A、38
Cr
MoAlA。
注意：防止二类回火脆性的回火冷却方法和次数、
c、弹簧钢：含碳量在0.60～0.70％之间，经淬火和中温回火的弹性零件，常用材料65＃、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA、50CrVA、60Si2CrVA、65
Si2MnWA、55
SiMnMoVNb、55
SiMnMoV。
d、轴承钢：含碳量在0.95～1.10％之间，经淬火加低温回火使用的轴承件，主要有GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GMnMoVRe、GSiMnV、GSiMnMoV。
合金钢编号方法：
数字+化学元素+数字+化学元素+数字+……
钢的平均含碳量（万分之几）
合金元素符号
合金元素符号（百分之几）
合金元素含量小于1.5％时，只标元素，不标明含量（数值），如果平均含量等于或大于1.5％、2.5％、3.5％……则相应也以2、3、4……等表示。
若含硫、磷量较低（S≤0.02％
P≤0.03％）的高级优质钢，在钢号后加“A”或“高”。
工具钢的编号方法：
1、合金工具含碳量：平均含量C≥1％，不标出，C20％。且与普结钢有更低的冷淬临界温度。一般规定要求在-40。C时的ak不低于室温的50％。
可焊性好，0。C以上时一般不用预热，因加入Mn、Si等元素，主要是起到对铁素体的固溶强化及细化晶粒等作用，为了提高耐蚀性能，还加入了适量的铜（0.2～0.5％）和磷（0.05～0.10％）。
低碳结构钢大多在正火状态下使用，他们在正火状态下的组织应为铁素体+索氏体。
（三）渗碳钢
为得到高的表面硬度和耐磨性，而心部要求有较高的强度和适当的韧性ak值，在结构钢中加入一定量的合金元素，如Cr、Mn、Ni、Mo、W、Ti、B等，其中Cr、Mn、Ni所起的主要作用是增加合金渗碳钢淬透性，并使淬火和低温回火后表面和心部组织得到强化，其余如Mo、W、Ti、B等合金元素在合金渗碳钢中含量一般是少的，B的含量是极微量的，仅为0.001～0.004％。Mo、W、Ti所起的作用是形成稳定的合金碳化物，阻碍A晶粒长大，并使钢在淬火和低温回火后表层和心部组织强化，特别是增加表层的耐磨性，微量的B能强烈的增加合金渗碳钢的淬透性。心部为低碳淬火组织，保证了高的ak和足够的强度бb，表层含碳0.85～1.05％，经淬火后硬度高达HRC>60，有良好的耐磨性。
如齿轮常用材料：20
Cr
MnTi（原18
Cr
MnTi），锻造后950～970℃正火，硬度为HB170～210，加工性能良好，930～940℃渗碳6-8小时，预冷870～880℃时油淬后160～200℃低温回火，2-3小时，强度、韧性、塑性都有升高，表面硬度HRC58～60，心部硬度HRC35～45，表面得到回火马氏体，残A和碳化物，心部为铁素体+Pt低碳回火M，бb≈100公斤/㎜2，ψ≈50，ak≈80公斤·米/㎝2，200℃回火强度最高。
（四）调质钢
调质钢主要用于受力情况复杂的重要零部件，最为良好的机械性能，既强又韧，调质钢的含碳量一般在0.25～0.50％之间，碳素调质钢的含碳量应控制在0.50％以下，而合金调质钢的含碳量0.25％以上。
合金调质钢中主要的合金元素又Cr、Ni、Mn、Si，主要作用是增加淬透性，调质后内部组织为回火索式体（实际上这些元素大多溶入铁素体中，使铁素体得到强化，与渗碳钢心部组织相似），其余Mo、V、B等元素，他们在合金调质钢中很少，B的含量极微（与合金渗碳钢相同），Mo所起的主要作用是防止二类回火脆性现象（与合金渗碳钢有区别），
而V所起的主要做用是阻碍高温A晶粒长大，Al是加速钢的氮化，细化晶粒（为什么？）。微量的B能强烈的使C行曲线向右移动，从而显著增加钢的淬透性。即滞后开始转变时间，对对结束时间影响不大。
注意：
1、调质回火后，要使得回火索氏体不允许有块状铁素体出现，否则会降低强度和韧性；
2、回火保温后要注意二类回火脆性，可以用水冷或油冷，甚至再去应力回火，对于大截面件内部快速冷却越过500～650℃是困难的，普遍加入抑制二类回火脆性的合金元素，最有效的是Mo和W，Mo在钢中的含量0.3～0.4％；W0.8～1.2％。
3、调质钢也可在中低温回火下使用，金相为回火屈式体或回火马氏体，用于高强度的工具耐磨件。
（五）弹簧钢
含碳0.6～0.9％
高的бs/бb
Si、Mn作为主合金，强化铁素体，Si、Mn热处理易于石墨化加入少量W、V、Cr碳化物形成元素来防止。
D10或热成形弹簧，淬火加中温回火，获回火屈氏体T，中温回火温度350～520℃
淬火温度一般不超过900℃，防止过热（锰）和脱碳（Si有促进脱碳作用），表面喷丸强化，表层增加残余压应力，寿命提高5～6倍。
（六）轴承钢
锻造——球化退火HB1.0％，含锰13％
1000～1100℃，碳化物能全部溶到A中，淬水冷却，碳化物析不出，形成单-A，HB－180～220，冲击下HB450～550耐磨，必须全部获得全部A组织，才表现最良好的韧性和抗磨性，但必须是冲击使用状态，表面硬化现象。
合金元素在钢中的作用
一、
合金元素对钢的强度、硬度、冲击强度的影响。
合金元素在钢中，以原子固溶体状态（A、F、M）引起晶格变形强化，主要发生在弱碳化元素Mn、Cr、Mo、W外围电子数量多，靠近碳的弱碱金属。
和强碳化物形成元素如：V、Ti、Nb、Zr外层电子较少，强碱金属与碳合力较强在缺少碳的情况下才不能溶入固溶体。
碳化物在高温时能够溶入A,弱碳化物在较低温度下就开始溶入A，强碳化物溶入A的温度高，如:VC只有在950℃时才开始溶入A，
碳化物本身一般都具有硬而脆的特性，强碳化物尤其严重，钢中存在碳化物时能够提高硬度，可是并不一定增加脆性，只有当有粗大、网状或带状碳化物存在，在提高硬度的同时，k会降低。
合金钢中碳化物，在最终热处理后大多呈细晶粒均有分布，在铁素体基础上（回火S、回火T的基本都是铁素体）不会降低аk，还能强化铁素体（固溶晶格变形强化）提高钢的强度。
在合金工具钢中，碳化物呈颗粒状均有分布在M基体上，碳化物提高了硬度、耐磨性而脆性并没有增加。
所有合金P、Si、Mn、Ni、Mo、V、W、Cr含量增加HB↑，1％以下时Ni、Cr、Mn、аk↑，Mo、W、Si、аk↓。
二、合金元素对热处理的影响
（一）对本质晶粒度的影响
除Mn外，几乎所有合金元素都能细化A晶粒，最强烈的是碳化物形成元素，从弱到强的排列顺序是Cr、Mo、V、Ti、Nb、Zr等，越容易缺电子的元素，细化能力越强，碳化物形成元素Si、Ni、Co等影响较小，（ΑFe的右侧）但AI特殊，它能强烈细化晶粒，往往加入少量V、Ti、Nb强碳化物元素或加入AI脱氧，或用V-Ti-Ai混合脱氧、细化作用更强，（铸钢件）合金中有Mn往往容易过热，晶粒变大，加入强碳化物元素形成碳化物很稳定，高温稳定性，不易分解和溶入A晶粒，在A晶界阻碍A晶粒长大，如20CrMnTi中的Ti，渗碳体在930~950℃的高温进行长时间加热，而Mn又是促进A长大元素，Ti的碳化物分布在晶界上阻止A长大，使晶粒细化，渗碳后不需正火可直接淬火。
（二）对淬透性的影响
除Co外，所有溶入A的合金元素都能提高淬透性（50%M厚度）。如Si、Mn、Ni、Mo、W、V、B、Ti、Cr等。他们溶入A内，提高A的稳定性，减慢A分解速度，使C曲线右移，只有当他溶于A中才有作用。如未溶入只在A晶界（温度低、时间短）将加快分解，使C曲线左移。Co使C曲线左移的元素，他降低了钢的淬透性。
V、Ti、Nb和部分W，很难完全溶于A。造成C曲线左移，如果提高淬火温度，这些元素的碳化物深入A，则显著增加淬透性。
B的作用非常强烈，仅仅0。001~0。004%的B，就能使钢的淬透性显著增加。
（三）对残A的影响
马氏体Ms越低Mz也越低，与冷却速度无关，与A成分有关，与淬透性有对应关系的是Co，是降低淬透性元素，同时提高Ms和Mz能减少残余A。其它合金增大A稳定性，提高淬透性，另一方面又都降低Ms和Mz。
Al和Co与其它元素相反，能升高Ms和Mz，减少残A。
Al能增强细化晶粒度和降低残A，但对淬透性有何影响尚不知晓。铝不能单原子存在也不与碳化合，不能与淬透性元影响（不明显）。
（四）对回火稳定性的影响
回火时对马氏体分解和回火软化的推迟作用，影响显著合金有V、W、Ti、Cr、Mo、Co、Si影响不明显的有Al、Mn、Ni，要达到内一回火硬度时，合金钢的回火温度比碳钢高，时间比碳钢长，内应力小，αk比碳钢高。
（五）合金元素对回火脆性的影响
含Cr、Mn、Ni的钢对第二类回火脆性最敏感，Mo、W能减少这种敏感性，因此大截面工件选用含Mo、W的钢，避免二类回火脆性。
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篇2：金属材料与热处理试题精编版
金属材料与热处理试题精编版 本文关键词：热处理，金属材料，试题，精编版
金属材料与热处理试题精编版 本文简介：填空题1.金属材料与热处理是一门研究金属材料的（成分）、（组织）、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。2.本课程的主要内容包括金属材料的（基本知识）、金属的（性能）、金属学基础知识和热处理的基本知识。3.金属材料的基本知识主要介绍金属的（）及（）的相关知识。晶体结构、变形4.金属的性能主
金属材料与热处理试题精编版 本文内容：
填空题
1.金属材料与热处理是一门研究金属材料的（成分）、（组织）、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。
2.本课程的主要内容包括金属材料的（基本知识）、金属的（性能）、金属学基础知识和热处理的基本知识。
3.金属材料的基本知识主要介绍金属的（）及（）的相关知识。
晶体结构、变形
4.金属的性能主要介绍金属的（）和（）。
力学性能、工艺性能
5.金属学基础知识讲述了铁碳合金的（）和（）。
组织、铁碳合金相图
6.热处理的基本知识包括热处理的（）和（）。
原理、工艺
7.物质是由原子和分子构成的，其存在状态可分为气态、（）、（）。
液态、固态
8.固态物质根据其结构特点不同可分为（）和（）。
晶体、非晶体
10.常见的晶体缺陷有点缺陷、（线缺陷）、（面缺陷）。
11.常见的点缺陷有间隙原子、（空位原子）、（置代原子）。
12.常见的面缺陷有金属晶体中的（晶界）、（亚晶界）。
13.晶粒的大小与（）和（）有关。
晶核数目、长大速度
14.机械零件在使用中常见的损坏形式有变形、（）及（）。
断裂、磨损
15.因摩擦而使零件尺寸、（表面形状）和（表面质量）发生变化的现象称为磨损。
16.根据载荷作用性质的不同，载荷可分为静载荷、（冲击载荷）和（）三种。
、交变载荷
17.金属在外力作用下的变形可分为弹性变形、（）和（）三个连续的阶段。
弹-塑性变形、断裂
18.金属材料在外力作用下表现出的力学性能指标有强度、（）、（）、冲击韧性、疲劳强度。
塑性、硬度
19.金属在静载荷作用下抵抗（）或（）的能力称为强度。
塑性变形、断裂
20.机械零件中的大部分金属都应具备足够的硬度，以保证（）和（）。
使用性能、寿命
21.许多机械零件在工作中往往要受到冲击载荷的作用，如（）、（）。
活塞销、冲模
22.机械零件之所以产生疲劳破坏主要是由于制造这些机械零件的材料表面或内部有缺陷，如
（）、（）。
夹杂、划痕
23.常用的力学性能指标有（）、（）、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
强度、塑性
24.金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻压性能、（）、（）和热处理性能等。
焊接性能、切削加工性能
25.工艺性能直接影响零件制造的（）、（）及成本。
工艺、质量
26.铸造性能主要取决于金属的（）、（）和偏析倾向。
流动性、收缩性
27.一般用工件切削时的（切削速度）、（切削抗力的大小）、断屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度来衡量金属的切削加工性能。
28.一般认为材料具有适当（硬度）和一定（脆性）时其切削加工性能较好。
29.热处理是改善钢（切削加工性能）的重要途径，也是改善材料（力学性能）的重要途径。
30.一般情况下，含碳量越高，（）与（）的倾向越大。
变形、开裂
31.工业生产中广泛使用的是合金，这是因为生产中可以通过改变合金的化学成分来提高金属的力学性能，并可获得某些特殊的（）和（）。
物理性能、化学性能
32.通常把以（）及（）为主的合金称为黑色金属。
铁、铁碳
33.金属材料可分为（）、（）和硬质合金。
黑色金属、有色金属
34.合金钢分为（合金结构钢）、（合金工具钢）和特殊性能钢。
35.合金按组元的数目可分为二元合金、（）及（）。
三元合金、多元合金
36.合金的组织可分为固溶体、（）和（）三类。
金属化合物、混合物
37.形变强化、（）、（）都是强化金属的手段。
固溶强化、热处理
38.铁碳合金的基本组织有铁素体、（奥氏体）、（渗碳体）、珠光体和莱氏体。
39.铁素体具有较好的塑性和（韧性），较低的强度和（硬度）。
40.渗碳体的性能特点是（）、（）。
高熔点、高硬度
41.珠光体是（铁素体）和（渗碳体）的混合物。
42.莱氏体是（奥氏体）和（渗碳体）的混合物。
43.铁碳合金是研究铁碳合金的（）、（）和组织结构之间关系的图形。
成分、温度
44.按含碳量不同，铁碳合金的室温组织可分为（工业纯铁）、（钢）和白口铸铁。
45.钢中的常存元素有锰、（）、（）、磷、氢。
硅、硫
46.钢中氢会造成（）、（）等缺陷。
硅、硫
47.碳素工具钢用于制造刀具、（模具）和（量具）。
48.优质碳素结构钢的牌号是按（化学成分）和（力学性能）确定的。
49.热处理是强化金属材料、（化学成分）和（力学性能）的主要途径之一。
50.热处理不改变工件的（形状）和（尺寸），只改变工件的性能。
51.热处理可以提高材料的强度和（硬度），增加（耐磨性）。
52.热处理分为（常规热处理）和（表面热处理）。
53.常规热处理有退火、（正火）、（淬火）、回火。
54.表面热处理分为（表面淬火）、（化学热处理）。
55.要正确掌握热处理工艺，就必须了解钢在不同的（）和（）条件下组织变化的规律。
加热、冷却
56.化学热处理分为渗碳、（）和（）。
渗氮、碳氮共渗
57.钢在加热时的组织转变主要包括奥氏体的（形成）和（晶粒长大）两个过程。
58.奥氏体晶粒的长大是依靠较大晶粒（吞并）较小晶粒和（晶界迁移）的方式进行的。
59.贝氏体分为（）和（）。
上贝氏体、下贝氏体
60.马氏体分为（）和（）。
板条马氏体、针状马氏体
61.退火根据加热温度和目的不同分为完全退火、（球化退火）、（去应力退火）。
62.淬火的目的是为了获得马氏体组织，提高钢的强度、（硬度）和（耐磨性）。
63.传统的淬火冷却介质有（）、（）、盐水和碱水。
油、水
64.常用的淬火方法有（单液淬火）、（双介质淬火）、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。
65.淬硬性是指淬火后获得的最高（硬度），主要取决于马氏体的（含碳量）。
66.根据热处理的目的及工序位置的不同，热处理可分为（）、（）。
预备热处理、最终热处理
67.预备热处理包括退火、（）、（）等。
正火、调质
68.最终热处理包括淬火、（）、（）。
回火、表面热处理
69.合金钢按用途分为合金结构钢、（合金工具钢）、（特殊性能钢）。
70.合金钢按合金元素的总含量分为低合金钢、（中合金钢）、（高合金钢）。
71.常见的特殊性能钢有不锈钢、（）、（）。
耐热钢、耐磨钢
72.合金结构钢是用于制造（机械零件）和（工程结构）的钢。
73.合金结构钢按用途及热处理特点不同分为低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、
（合金弹簧钢）和（滚动轴承钢）等几类。
74.弹簧利用弹性变形吸收能力以达到缓冲、（减震）和（储能）。
75.滚动轴承钢的热处理包括（）和（）。
预备热处理、最终热处理
76.工具钢可分为（碳素工具钢）和（合金工具钢）。
77.合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、（合金模具钢）和（合金量具钢）。
78.合金刃具钢分为（低合金刃具钢）和（高速钢）。
80.高速钢是一种具有（高红硬性）、（高耐磨性）的合金工具钢。
81.模具钢可分为（高红硬性）、（高耐磨性）和塑料模具用钢。
82.机械制造行业主要使用的特殊性能钢有（）、（）和耐磨钢。
不锈钢、耐热钢
83.耐热钢是指在高温下具有良好的（）和较高（），能较好的适应高温条件的特殊性能钢。
化学稳定性、强度
84.钢的耐热性包括（）和（）两个指标。
高温抗氧化性、高温强度
判断
1.金属性能的差异是由其内部结构决定的。（√）
2.玻璃是晶体。（×）
3.石英是晶体。（√）
4.食盐是非晶体。（×）
5.晶体有一定的熔点，性能呈各向异性。（×）
6.非晶体没有固定熔点。（√）
7.一般取晶胞来研究金属的晶体结构。（√）
8.晶体缺陷在金属的塑性变形及热处理过程中起着重要作用。（√）
9.金属结晶时，过冷度的大小与冷却速度有关。（√）
10.冷却速度越快，过冷度就越小。（×）
11.形核率越高，长大速度越快。（×）
12.金属材料的晶粒越细，强度也就越高。（√）
13.生产中一般通过提高形核率并控制晶粒长大速度的方法来细化晶粒。（√）
14.通过同素异构转变可使金属在固态下重组晶粒获得所需性能。（√）
15.材料的性能是零件设计中选材的主要依据。（√）
16.塑性变形可以作为零件成形和强化的重要手段。（√）
17.日常生活中的许多金属结构件都是通过形变强化来提高其性能的。（√）
18.金属发生加工硬化给金属的切削加工或进一步变形加工带来方便。（×）
19.塑性变形会使金属的物理和化学性能发生变化。（×）
20.通常以抗拉强度代表材料的强度指标。（√）
21.抗拉强度是通过拉伸实验测定的。（√）
22.在金属材料中，一般用下屈服强度代表其屈服强度。（√）
23.大多数金属有明显的屈服现象。（×）
24.屈服强度是工程技术中最重要的机械性能指标之一。（√）
25.金属材料的断后伸长率和断面收缩率越高其塑性越好。（√）
26.塑性好的材料易变形加工。（√）
27.硬度是衡量材料软硬程度的指标。（√）
28.材料的硬度越高其耐磨性越差。（）
29.布氏硬度的单位为MPa。（√）
30.洛氏硬度无单位。（√）
31.疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。（√）
32.塑性越好变形抗力越小。（√）
33.碳钢比合金钢的变形开裂倾向严重。（√）
34.钢的含碳量越高，材料的淬硬性越好。（√）
35.铁素体是体心立方晶格。（√）
36.奥氏体是体心立方晶格。（×）
37.奥氏体的含碳量比铁素体高。（√）
38.奥氏体有室温组织。（×）
39.渗碳体的脆性极大。（√）
40.渗碳体的塑性和韧性几乎为零。（√）
41.莱氏体的性能接近于渗碳体。（√）
42.铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。（√）
43.珠光体的力学性能主要取决于片层间距的大小。（√）
44.片层间距越小则珠光体的变形抗力越小。（×）
45.上贝氏体基本上没有使用价值。（√）
46.下贝氏体具有较高的耐磨性和组织稳定性。（√）
47.马氏体的含碳量越高，其硬度也越高。（√）
48.过共析钢不宜采用完全退火。（√）
49.金属材料最适合切削加工的硬度约在170-230HBW。（√）
50.正火的目的是细化晶粒，均匀组织提高机械性能。（√）
51.对于力学性能要求不太高的零件，正火可作为其最终热处理。（√）
52.生产中常用正火代替退火。（√）
53.对于高碳钢不能用正火代替退火。（√）
54.淬火常常是决定产品最终质量的关键。（√）
55.淬火的目的是为了获得马氏体组织。（√）
56.回火一般是热处理的最后一道工序。（√）
57.淬透性好的钢其淬硬性肯定也很好。（×）
58.过烧后的工件只能报废，无法补救。（√）
59.淬火时的过热缺陷不能补救。（×）
60.低碳钢的淬硬性好。（×）
61.高碳钢的淬硬性差。（×）
62.调质处理广泛用于重要的受力构件。（√）
63.表面淬火是一种仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。（√）
64.表面淬火只适用于中碳钢和中碳合金钢。（√）
65.表面淬火的关键是必须要有较快的加热速度。（√）
66.火焰淬火的淬硬层深度一般为6-9mm。（×）
67.火焰加热表面淬火适用于单件或小批量生产。（√）
68.钢的渗碳目的是提高钢件表层的含碳量。（√）
69.在生产中渗氮主要用来处理重要和复杂的精密零件。（√）
70.调质工序一般安排在粗加工之后。（√）
71.最终热处理的工序位置一般安排在半精加工之后。（√）
72.合金钢的强度等性能比相同含碳量的碳素钢要高。（√）
73.大多数低合金高强度结构钢在热轧或正火状态下使用，一般不再进行热处理。（√）
74.奥运主场馆鸟巢用的钢是Q460.（√）
75.合金调质钢的热处理工艺是调质。（√）
76.合金弹簧钢中加入过量的硅元素易使钢在加热时脱碳。（√）
77.合金弹簧钢中加入过量的锰元素易使钢产生过烧。（×）
78.合金弹簧钢中加入硅、锰主要是提高钢的淬透性。（√）
79.滚动轴承钢不可用于制造各种工具和耐磨零件。（×）
80.目前应用最多的滚动轴承钢有GCr15和GCr15SiMn。（√）
81.滚动轴承钢的最终热处理为淬火加低温回火。（√）
82.滚动轴承钢的预备热处理采用球化退火。（√）
83.目前应用最多的滚动轴承钢有GCr15和GCr15SiMn。（√）
84.低合金刃具钢的工作温度一般不得超过300℃。（√）
85.9SiCr钢和CrWMn钢是最常用的低合金工具钢。（√）
86.CrWMn又称为微变形钢。（√）
87.低合金刃具钢的预备热处理是球化退火。（√）
88.高速钢的红硬性可达600℃。（√）
89.高速钢可用于制造冷挤压模及某些耐磨零件。（√）
90.冷作模具钢是指工作在常温状态下的钢。（√）
91.冷作模具钢的最终热处理是淬火加低温回火，以保证其具有足够的硬度和耐磨性。（√）
92.目前一般采用5CrMnMo钢和5CrNiMo钢制造热锻模。（√）
93.要求较高的量具一般均采用微变形合金工具钢制造。（√）
94.不锈钢一定耐酸。（×）
95.耐酸钢的耐蚀性能一般较差。（×）
96.金属的腐蚀大多数是由化学腐蚀引起的。（×）
97.随着不锈钢中含碳量的增加，其强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。（√）
98.奥氏体不锈钢的耐蚀性高于马氏体不锈钢。（√）
99.奥氏体不锈钢有很强的磁性。（）
100.耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。（√）
101.耐磨钢是指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化的高锰钢。（√）
102.火花鉴别的主要设备是砂轮机。（√）
103.碳钢火束中的流线呈断续流线。（×）
104.铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。（√）
105.铸铁的力学性能较好。（×）
106.铸铁具有良好的铸造和切削加工性能。（√）
107.铸铁具有优良的消音、减震性能。（√）
108.影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的成分和冷却速度。（√）
109.冷却速度快会阻碍石墨化促进白口化。（√）
110.铸件的冷却速度主要取决于壁厚和铸型材料。（√）
111.铸件中的白口会使铸件的切削性能变好。（×）
112.工业上所用的铸铁几乎全是灰铸铁。（√）
选择题
1.下列材料中不属于晶体的是（）
（A）石英
（B）食盐
（C）玻璃
（D）水晶
答案：C
2.机械零件常见的损坏形式有（）
（A）变形
（B）断裂
（C）磨损
（D）以上答案都对
答案：D
3.常见的载荷形式有（）
（A）静载荷
（B）冲击载荷
（C）交变载荷
（D）以上答案都对
答案：D
4.拉伸试样的形状有（）
（A）圆形
（B）矩形
（C）六方
（D）以上答案都对
答案：D
5.通常以（）代表材料的强度指标。
（A）抗拉强度
（B）抗剪强度
（C）抗扭强度
（D）抗弯强度
答案：A
6.拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（）
（A）屈服点
（B）抗拉强度
（C）弹性极限
（D）以上答案都对
答案：B
7.做疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。
（A）静载荷
（B）冲击载荷
（C）交变载荷
（D）以上答案都对
答案：B
8.洛氏硬度C标尺所用的压头是（）。
（A）淬硬钢球
（B）金刚石圆锥体
（C）硬质合金球
（D）以上答案都对
答案：B
9.金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。
（A）塑性
（B）硬度
（C）强度
（D）以上答案都对
答案：C
10.用拉伸试验可以测定材料的（）性能指标。
（A）强度
（B）硬度C、韧性D、以上答案都对
答案：A
11.组成合金的最基本独立物质称为（）。
（A）相
（B）组元
（C）组织
（D）以上答案都对
答案：B
12.金属发生结构改变的温度称为（）。
（A）临界点
（B）凝固点
（C）过冷度
（D）以上答案都对
答案：A
13.合金固溶强化的主要原因是（）。
（A）晶格类型发生了变化
（B）晶粒细化
（C）晶格发生了畸变
（D）以上答案都对
答案：C
14.铁素体为（）晶格。
（A）面心立方
（B）体心立方
（C）密排六方
（D）以上答案都对
答案：B
15.奥氏体为（）晶格。
答案：A
16.渗碳体的含碳量为（）%。
（A）0.77
（B）2.11
（C）6.69
（D）以上答案都对
答案：C
17.珠光体的平均含碳量为（）%。
（A）0.77
（B）2.11
（C）6.69
（D）以上答案都对
答案：A
18.铁碳合金共晶转变的温度是（）度。
（A）727
（B）1148
（C）1227
（D）以上答案都对
答案：B
19.莱氏体的含碳量为（）%。
（A）2.11
（B）6.69
（C）0.77
（D）4.30
答案：D
20.生产中实际使用的铁碳合金的含碳量一般不超过（）%。
（A）2
（B）3
（C）5
（D）6
答案：C
21.含碳量为1.2%的铁碳合金，在室温下的组织为（）。
（A）珠光体
（B）珠光体加铁素体
（C）珠光体加二次渗碳体
（D）以上答案都对
答案：C
22.铁碳合金相图上的ES线，其代号用ACm表示，PSK线用代号（）表示。
（A）A1
（B）A3
（C）ACm
（D）以上答案都对
答案：C
23.铁碳合金相图上的ES线，其代号用ACm表示，GS线用代号（）表示。
（A）A1
（B）A3
（C）ACm
（D）以上答案都对
答案：B
24.从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，从液体中结晶出的渗碳体称为（）。
（A）一次渗碳体
（B）二次渗碳体
（C）三次参碳体
（D）以上答案都不对
答案：A
25.铁碳合金共晶转变的温度是（）度。
（A）727
（B）1148
（C）1227
（D）以上答案都对
答案：B
26.铁碳合金共析转变的温度是（）度。
（A）727
（B）1148
（C）1227
（D）以上答案都对
答案：A
27.下列选项中（）不属于根据炼钢末期脱氧程度的不同得到的分类情况。
（A）沸腾钢
（B）镇静钢
（C）半镇静钢
（D）结构钢
答案：D
28.Q235中的235指的是（）。
（A）抗拉强度
（B）抗压强度
（C）屈服强度
（D）极限强度
答案：C
29.T12中的12指的是含碳量为（）。
（A）12%
（B）1.2%
（C）12
（D）0.12%
答案：B
30.ZG270-500中的500表示（）。
（A）抗拉强度为500Mpa
（B）抗压强度500Mpa
（C）屈服强度500Mpa
（D）极限强度500Mpa
答案：A
31.下列选项中哪个不属于常规热处理（）。
（A）退火
（B）表面淬火
（C）淬火
（D）回火
答案：B
32.下列选项中哪个不属于表面热处理（）。
（A）表面淬火
（B）渗碳
（C）正火
（D）渗氮
答案：C
33.上贝氏体与下贝氏体相比谁的性能好（）。
（A）上贝氏体
（B）下贝氏体
（C）都不好
（D）一样好
答案：B
34.常见的退火方法不包括（）。
（A）完全退火
（B）球化退火
（C）去应力退火
（D）低温退火
答案：D
35.金属材料最适合切削加工的硬度应在（）。
（A）170-230HBW
（B）150-180HBW
（C）180-210HBW
（D）230-230HBW
答案：A
36.常见的四种淬火冷却介质中冷却能力最强的是（）。
（A）水
（B）油
（C）碱水
（D）盐水
答案：C
37.常见的四种淬火冷却介质中应用最广的是（）。
（A）水
（B）水和油
（C）油
（D）盐水
答案：B
38.下列哪个不属于常见的回火分类情况（）。
（A）低温回火
（B）中温回火
（C）高温回火
（D）完全回火
答案：D
39.火焰淬火的淬硬层深度一般为（）mm。
（A）1-3
（B）2-4
（C）2-6
（D）4-8
答案：C
40.下列选项中哪个不属于化学热处理过程（）。
（A）分解
（B）热传递
（C）吸收
（D）扩散
答案：B
41.碳氮共渗以渗（）为主。
（A）碳
（B）氮
（C）碳和氮
（D）渗硼
答案：A
42.下列选项中不属于预备热处理的是（）。
（A）退火
（B）正火
（C）调质
（D）淬火加回火
答案：D
43.下列元素中（）不能是C形曲线右移。
（A）钒
（B）钴
（C）锰
（D）钛
答案：B
44.下列（）不属于合金结构钢。
（A）调质钢
（B）弹簧钢
（C）滚动轴承钢
（D）不锈钢
答案：D
45.下列（）不属于合金工具钢。
（A）刃具钢
（B）调质钢
（C）模具钢
（D）量具钢
答案：B
46.下列（）不属于特殊性能钢。
（A）不锈钢
（B）耐热钢
（C）模具钢
（D）耐磨钢
答案：C
47.40Cr是常用的（）。
（A）合金结构钢
（B）合金渗碳钢
（C）滚动轴承钢
（D）以上答案都不对
答案：A
48.40Cr表示该钢的平均含碳量为（）。
（A）40
（B）0.4%
（C）4%
（D）40%
答案：B
49.9SiCr中的9表示该钢的平均含碳量为（）。
（A）9
（B）9%
（C）0.9%
（D）以上答案都不对
答案：C
50.奥运主场馆鸟巢的主要施工材料是（）。
（A）Q345
（B）Q460
（C）Q420
（D）Q390
答案：B
51.目前应用最多的滚动轴承钢是（）。
（A）GCr15
（B）GCr15SiMn
（C）GCr15和GCr15SiMn
（D）以上答案都不对
答案：C
52.常用的热锻模具钢有（）。
（A）5CrNiMo
（B）5CrMnMo
（C）5CrNiMo和5CrMnMo
（D）以上答案都不对
答案：C
53.在机器的制造中铸铁约占整个机器重量的（）。
（A）15%-30%
（B）30%-45%
（C）35%-80%
（D）45%-90%
答案：D
54.下列（）是蠕墨铸铁的牌号。
（A）HT150
（B）QT600-2
（C）RuT260
（D）以上答案都不对
答案：C
55.下列（）是灰铸铁的牌号。
（A）HT150
（B）QT600-2
（C）RuT260
（D）以上答案都不对
答案：A
56.下列（）是球墨铸铁的牌号。
（A）HT150
（B）QT600-2
（C）RuT260
（D）以上答案都不对
答案：B
57.HT200中的200指的是（）。
（A）抗拉强度为200Mpa
（B）抗压强度200Mpa
（C）屈服强度200Mpa
（D）极限强度200Mpa
答案：A
58.影响铸铁冷却速度的因素主要有（）、铸件壁厚、铸型材料。
（A）化学成分
（B）浇注温度
（C）碳
（D）以上答案都不对
答案：B
59.在球墨铸铁的生产中，向铁液中加入的球化剂（）石墨化。
（A）促进
（B）阻碍
（C）不影响
（D）以上答案都不对
答案：B
60.选择机床床身的材料（）。
（A）HT200
（B）KTH350-10
（C）T10
（D）以上答案都不对
答案：A
61.铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为（）。
（A）石墨化
（B）球化处理
（C）变质处理
（D）以上答案都不对
答案：A
名词解释
1.金属的晶格类型
金属的晶格类型是指金属中原子排列的规律。
2.晶胞
能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
3.晶粒
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不同的小晶体组成的，小晶体称为晶粒。
4.晶界
晶粒间交界的地方称为晶界。
5.晶体缺陷
晶体中原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。
6.结晶
结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。
7.结晶潜热
结晶过程中放出的热量称为结晶潜热。
8.变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化称为变形。
9.断裂
零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。
10.屈服
拉伸力不增加变形却继续增加的现象称为屈服。
11.形变强化
随着变形增大变形抗力也逐渐增大这种现象称为形变强化。
12.抗拉强度
材料在断裂前所能承受的最大力的应力称为抗拉强度。
13.塑性
材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力称为塑性。
14.硬度
材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
15.冲击韧性
金属抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。
16.流动性
熔融金属的流动能力称为流动性。
17.切削加工性能
切削金属材料的难易程度称为材料的切削加工性能。
18.相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。
19.铁碳合金相图
铁碳合金相图是表示在缓慢冷却条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
20.共晶体
共晶转变的产物称为共晶体。
21.共析体
共析转变的产物称为共析体。
22.铸铁
含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。
23.碳素钢
碳素钢是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。
24.冷脆性
磷使钢在低温时变脆这种现象称为冷脆性。
25.热处理
热处理就是对固态的金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需的组织结构和性能的工艺。
26.退火
退火是指将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
27.淬透性
淬透性是指在规定的条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。
28.淬硬性
淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后所能达到的最高硬度。
29.回火脆性
回火后韧性降低的现象称为回火脆性。
30.调质
生产中把淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为调质。
31.合金钢
合金钢就是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
32.回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。
33.红硬性
金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬性。
34.模具钢
章节：5.4（第五章合金第四节合金工具钢）
用于制造模具的钢称为模具钢。
35.特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
36.腐蚀
金属受周围介质作用而引起损坏的过程称为金属的腐蚀。
简答题
1.铸造生产中为了得到细晶粒的铸件，常采取的方法有哪些？
答：
（1）增加过冷度
（2）变质处理
（3）振动处理
2.金属塑性变形的影响因素有哪些？
答：
（1）晶粒位向的影响
（2）晶界的作用
（3）晶粒大小的影响
3.铁碳合金相图应用在哪些场合？
答：
（1）作为选材的依据
（2）在铸造生产中的应用
（3）在锻造工艺上的应用
（4）在热处理工艺上的应用
4.热处理能使钢的性能发生变化的根本原因是什么？
答：
由于铁具有同素异构转变的特性，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和结构上的变化。
5.机械零件一般的加工工艺顺序是什么？
答：
（1）铸造或锻造
（2）退火或正火
（3）机械粗加工
（4）淬火+回火（或表面热处理）
（5）机械精加工
6.退火的目的是什么？
答：
（1）降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工
（2）细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做好准备
（3）消除残余内应力，防止工件变形与开裂
7.常见的钢的淬火缺陷有哪些？
答：
（1）氧化与脱碳
（2）过热与过烧
（3）变形与开裂
（4）硬度不足
（5）软点
8.回火的目的是什么？
答：
（1）降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形和开裂
（2）调整和稳定淬火钢的结晶组织，保证工件不再发生形状和尺寸的改变
（3）获得不同需要的机械性能。
9.回火的实质
答：
回火实质上是采用加热手段，使处于亚稳定状态的淬火组织较快地转变为相对稳定的回火组织的工艺过程。
10.常用的回火方法有哪些？
答：
（1）低温回火
（2）中温回火
（3）高温回火
11.化学热处理的过程是什么？
答：
（1）分解
（2）吸收
（3）扩散
12.扩散的两个基本条件是什么？
答：
（1）要有浓度差
（2）扩散的原子要有一定的能量
13.渗氮的特点有哪些？
答：
（1）渗氮层具有很高的硬度和耐磨性
（2）渗氮层还具有渗碳层所没有的耐磨性
（3）渗氮比渗碳温度低，工件变形小
14.碳钢不足之处的表现有哪些？
答：
（1）淬透性差
（2）回火稳定性差
（3）综合机械性能低
（4）不能满足某些特殊场合的要求
15.合金元素在钢中的主要作用是什么？
答：
（1）强化铁素体
（2）形成合金碳化物
（3）细化晶粒
（4）提高钢的淬透性
（5）提高钢的回火稳定性
16.40Cr钢中40和Cr的含义分别是什么？
答：
（1）40代表平均含碳量为0.40%
（2）Cr代表主要合金元素为Cr含量在1.5%一下
17.钢的火花鉴别的作用是什么？
答：
（1）鉴别钢号混杂的钢材
（2）鉴别碳素钢的含碳量
（3）鉴别钢材表层的脱碳情况
（4）鉴别材料中所含合金元素的种类
18.铸铁与钢相比有哪些优缺点。
答：
良好的铸造性、切削加工性、减振减磨性，生产方便，成本低，综合力学性能差
19.简述影响石墨化的主要因素。
答：
化学成分和冷却速度
20.可锻铸铁和球墨铸铁哪种适宜制造薄壁铸件？为什么？
答：
球墨铸铁中有球化剂，会促进白口组织。
作图题
绘出简化后的铁碳合金相图。
篇3：金属材料与热处理技术专业综合实验报告
金属材料与热处理技术专业综合实验报告 本文关键词：热处理，金属材料，实验，报告，综合
金属材料与热处理技术专业综合实验报告 本文简介：金属材料专业综合实验综合实验报告课程名称：金属材料与热处理技术专业综合实验专业：金属材料与热处理技术班级：金属111姓名：肖田方学号：11395910113指导教师：蹇海根冶金工程学院2013-2014学年第1学期目录实验一轧制力能参数综合测试实验二金属材料力学性能综合测试实验一轧制力能参数综合测试
金属材料与热处理技术专业综合实验报告 本文内容：
金属材料专业综合实验
综合实验报告
课程名称：
金属材料与热处理技术专业综合实验
专
业：
金属材料与热处理技术
班
级：
金属111
姓
名：
肖田方
学
号：
11395910113
指导教师：
蹇海根
冶金工程学院
2013-2014
学年第
1
学期
目
录
实验一
轧制力能参数综合测试
实验二
金属材料力学性能综合测试
实验一
轧制力能参数综合测试
一、
实现轧件咬入轧制参数的设定
1.
实验目的
(1)
掌握轧件咬入的条件
(2)
掌握最大咬入角的测定
(3)
学会分析最大咬入角与各轧制参数的关系
2、相关理论知识背景
轧辊与轧件的接触弧所对应的角称为接触角或咬入角。为使轧件能够咬入轧辊，作用于轧件的出轧辊方向摩擦力F的水平分量必须大于或等于作用于轧件的轧制力Pr的水平分量。
轧件能够被咬入的条件为：
由上式可见，只有摩擦系数大于咬入角的正切值时，轧件才能被咬入轧辊。对于给定的辊缝值，摩擦力越大，能够咬入的轧件的高度也越大。
tan
α的值与轧辊的半径
R,轧件的轧前高度
h0和轧件的轧后高度
hf
有关。
轧辊的中心线与轧件和轧辊的入口接触点的距离用
g表示。用简单的几何学知识，可得下式：
tan
α为对边与邻边的比值，可得：
3、实验内容
根据设置辊子直径、轧件轧前厚度、轧件轧后厚度、摩擦系数不同的轧制参数实现轧件的咬入。
4、
实验步骤
（1）设置轧制参数：辊子直径为400㎜，轧件轧前厚度为101㎜，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为79㎜。如下图所示：
（2）设置轧制参数：辊子直径为400㎜，轧件轧前厚度为102㎜，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87㎜。如下图所示：
（3）设置轧制参数：辊子直径为420㎜，轧件轧前厚度为101㎜，摩擦系数为0.2，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87㎜。如下图所示：
（4）设置轧制参数：辊子直径为420㎜，轧件轧前厚度为101㎜，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为79㎜。如下图所示：
（5）
设置轧制参数：辊子直径为420㎜，轧件轧前厚度为101㎜，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87㎜。如下图所示：
5、实验结果
在实现轧件的咬入的前提下选择不同的参数，通过调节压下量来达到最大咬入角。由前面的公式得到压下量。所以，对于确定的轧辊直径和摩擦系数及轧件轧后厚度后，通过改变轧前厚度来达到最大咬入角。结果如下表所示：
辊子直径㎜
轧前厚度㎜
轧后厚度㎜
摩擦系数
最大咬入角
1
400
101
79
0.25
13.5
2
400
102
87
0.25
11.1
3
420
101
87
0.20
10.5
4
420
101
79
0.25
13.1
5
420
101
87
0.25
10.5
6、分析讨论
（1）在摩擦系数相同的情况下，当压下量一定时，增加轧辊直径，咬入角减小；当轧辊直径一定时，压下量减小，咬入角减小。
（2）增大摩擦系数可以改善咬入。
二、轧制压力模拟实验
1、实验目的
（1）掌握轧制压力的计算方法
（2）分析轧制压力的影响因素
2、相关理论知识背景
轧制过程中主要的参数如下：
·
R,轧辊半径
·
金属的变形抗力
·
轧辊和轧件间的摩擦力
·
轧件的张力
轧制压力由平均单位压力和接触面积求得，见下式：
Pr=p×b×L
式中，Pr
为轧制总压力，p为单位轧制压力，b为接触区的平均宽度，Lp为接触弧的水平投影长度。
接触弧的水平投影长度用下式计算：
式中，R
为轧辊半径，h0
为轧件轧前高度，hf
为轧件轧后高度
轧制过程中，考虑到塑性条件，单位轧制压力应等于材料的屈服应力。假设轧制过程中轧件宽度不变，则单位轧制压力可用初始屈服应力（室温低速拉伸试验下测定的屈服极限）
σ
0
表示。如果轧件宽度发生变化，则不能使用初始屈服应力表示单位轧制压力。因此轧制总压力的计算公式为：
一般认为，轧制是平面变形压缩过程，此过程中摩擦力的分布是不均匀的。因此，平均单位压力见下式：
式中，
将等式代入轧制总压力计算公式，可得：
系数
的出现是因为如果轧制条件是平面变形条件，即无宽展轧制，则变形应力必须使用平面变形条件下的变形应力。
3、
实验内容
通过选择不同的参数观察轧制压力的变化，总结出轧制压力的影响因素。
4、实验步骤
（1）当辊子直径为400㎜，轧件轧前厚度为102㎜，轧件轧后厚度为82㎜，变形区的宽度为800㎜，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为12.15MN。如下图所示：
（2）当辊子直径为450㎜，轧件轧前厚度为102㎜，轧件轧后厚度为82㎜，变形区的宽度为800㎜，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为12.99MN。如下图所示：
（3）当辊子直径为550㎜，轧件轧前厚度为110㎜，轧件轧后厚度为80㎜，变形区的宽度为820㎜，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为18.80MN。如下图所示：
5、实验结果
从上图可知道，先设置好参数，得出最大咬入角，再设置变形区的宽度和平均的平面变形抗力而得到轧制压力。以上三种不同参数的条件下得到的轧制压力分别为下表所示：
辊子直径（㎜）
轧前厚度（㎜）
轧后厚度（㎜）
变形区宽度（㎜）
摩擦系数
平均平面变形抗力(Mp)
轧制压力(MN)
1
400
102
82
800
0.25
150
12.15
2
450
102
82
800
0.25
150
12.99
3
550
110
80
820
0.25
150
18.8
6、讨论分析
（1）轧辊半径增大，轧制压力增大
（2）压下量增大，轧制压力增大
（3）摩擦系数增大，轧制压力增大
三、能耗模拟实验
1、实验目的
（1）了解轧制能量的主要消耗形式
（2）掌握轧制能耗的计算方法
（3）分析能量消耗与各轧制参数的关系
2、相关理论知识背景
轧制时能量的消耗用于传动轧辊的扭矩和带钢的张力。轧制能量的消耗主要表现以下几种形式：
·
金属的变形功
·
轧辊轴承的摩擦力矩
·
能量传送过程中的损失
·
电动机、发电机等电器设备中的电损失
轧制能耗可用下式表示：
W
=
2π
×
Mt
式中
Mt为轧辊的扭矩，因此欲求轧制能耗必须先对轧辊的扭矩进行计算。轧制压力沿接触弧的分布是不均匀的压力的总和。我们可以假设这些力的集合集中作用在接触弧的某一点上（此点到轧辊中心线的距离称为力臂），这时的难点就是力臂a以及力臂a与接触弧水平投影长度
Lp的比值的估算。见下式：
λ
=
a
/
Lp
λ一般热轧时约为0.5，冷轧时约为0.45。
扭矩
Mt等于轧制总压力与力臂的乘积。因为轧制时有两个工作辊，因此扭矩表示为：
Mt
=
2
×
Pa
在一个工作辊旋转一周过程中，事先假设的集中作用在接触弧一点（力臂为a）的轧制压力P也做功一周，即2πPa。因为有两个旋转的工作辊，所以所做的功为：
Work
=
4πPa
功率的定义为做功的速率，用单位时间内做功的量表示，例如
1
W
=
1
J
s?1，
因此，一对工作辊转动频率为N赫兹（s?1）（即每秒旋转N周）时的功率为：
W
=
4πaPN
3、实验内容
通过设置各轧制参数然后轧制，观察轧制能耗的变化。
4、实验步骤
（1）设置轧制参数：辊子直径为400㎜，轧件轧前厚度为102㎜，轧件轧后厚度为80㎜，变形区的宽度为800㎜，摩擦系数为0.25，平均的平面变形抗力为150MPa，其图如下：
（2）设置轧制参数：辊子直径为450㎜，轧件轧前厚度为102㎜，轧件轧后厚度为72㎜，变形区的宽度为800㎜，摩擦系数为0.28，平均的平面变形抗力为150MPa，其图如下：
(3)
设置轧制参数：辊子直径为520㎜，轧件轧前厚度为102㎜，轧件轧后厚度为72㎜，变形区的宽度为800㎜，摩擦系数为0.25，平均的平面变形抗力为200MPa，其图如下：
5、实验结果
通过先设置正确的参数，再轧件，得到轧制能耗。如下表所示：
辊子直径（㎜）
轧前厚度（㎜）
轧后厚度（㎜）
变形区宽度（㎜）
摩擦系数
平均平面变形抗力(MN)
轧制能耗（MW）
1
400
102
80
800
0.25
150
0.75
2
450
102
72
800
0.28
150
1.09
3
520
102
72
800
0.25
200
1.44
6、讨论分析
在保证轧件能顺利咬入的前提下，选择不同的参数观察能耗的变化。我们知道能耗的主要表现形式为：金属的变形功、轧辊轴承的摩擦力矩及能量传送过程中的损失等。所以，从上面的实验结果中，可以知道：（1）、轧辊的直径相同的情况下，摩擦系数越大，轧制能耗越大。（2）、摩擦系数相同的情况下，轧辊的直径越大，轧制能耗越大。
通过模拟可以了解在不同的轧辊直径和摩擦系数的情况下的轧制能耗的变化，但仍有一些缺陷，那就是为了保证是最大咬入角，压下量的取值是一定的。在设置好其他参数的情况下，通过改变压下量来调节咬入角，从而轧制得到轧制能耗。
36
实验二
金属材料力学性能综合测试
一、试样的准备
1、实验目的
（1）准备“虚拟”的试样，以进行抗拉强度、冲击韧性和硬度测试
（2）了解钢板的性能沿长度方向、横向、厚度方向上的变化
（3）掌握识别每个试样的方法
2、相关理论知识背景
（1）为了确定钢材的性能和它的显微组织，从轧制后的钢材上取样时，重要的是必须认识到钢材的性能沿长度方向、横向、厚度方向上会发生变化，这是由于产品的不同部分经历了不同程度和不同方向的变形，而且不同的冷却速度可能也不同。
（2）不同类型的钢是为不同应用生产的，生产时必须满足特定的成份要求和工艺条件，这样才能获得所需的显微结构、机械性能和功能。钢是铁（Fe）和碳（C）组成的合金，在钢中加入其它各种元素也会影响钢的机械性能（和电磁性能）。在钢的加热和冷却过程中，碳和其它元素的相互作用会改变铁显示的结晶结构。这些结晶结构的变化发生在钢的加工和生产过程中，并使钢的显微结构发生变化，从而改变某种钢的机械性能。
（3）钢中的碳含量最高可1.5%，钢的显微结构和原子结构会随着碳含量和温度的变化而变化。通过改变钢中碳和合金元素的含量、改变机械加工方法和热处理方法，可获得各种强度级别的钢材，强度范围从120
MPa到3000
MPa以上。
3、实验内容
从轧制后一定长度的厚钢板上切取一块试样，然后将其切成所需的大小，并加工成所需的试样；也必须能够识别每个试样，以便在进行试验时，知道它在原钢板上所处的方向。
4、实验步骤
（1）先注册，以便后来登陆steeluniversity.org可以把联系和模拟的结果保存起来。
（2）确定需要有多少个拉伸、硬度和夏比测试试样和这些试样的方向，并检查所输入的数值，如下图所示：
（2）在厚板上选择准备切割的区域，满足定位与宽度方向上的4分之1的位置和宽度、高度要求后开始切割，如下图所示：
（3）将模板拖放在厚板上，然后检查夏比试样是否太靠近火焰边缘，如下图所示：
（4）锯切试样，如图所示：
（5）为每个试样和余料确定一个识别号。这应该包括试样号（1、2……，试样方向L/T），测试类型（T/C/H），另外还有样本识别号（B31234），按此要求编号后，如图所示：
（6）加工圆形的拉伸试样，现在车床上旋转，再加工螺纹，加工后的最终尺寸如下图所示：
（7）加工夏比试样，是铣成最终的尺寸，并切有切口，如下图所示：
（8）开口的锐度检查：夏比测试的标准要求开口的锐度在预定的限度内。如果开口太钝，那么测出的冲技能会大于开口在公差范围内时的数值，用开口太钝的试样测出来的结果没有任何价值。
（9）取样完成，保存好数据以便使用准备好的试样进行测试。
5、实验结果
成功的完成了试样的准备阶段。
6、讨论分析
（1）在厚板上确定切割的区域时，需要注意几个问题：
a、试样必须取自宽度方向1/4的位置
b、如果将试样切得太宽或太长，会浪费一些钢材和增加成本，所以必须保证试样的宽度和高度合格
c、如果取样时靠近厚板的底部，那么所取的试样可能不能代表这块厚板的情况
d、切记要保留厚板的剩下部分
（2）在将模板拖放到厚板上时，需要检查夏比试样是否太靠近火焰边缘，如果距离太近，得到的结果不能完全代表厚板的情况；只有距离足够远时，热影响区将不会对准备测试区域的性能有不利影响
（3）在给每个试样和余料确定一个识别号时，需要熟悉不同字母所代表的含义
二、硬度测试
1、实验目的
（1）了解维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度测量的基本原理
（2）掌握三种硬度的测量方法
（3）分析三种硬度测量法的区别
2、相关理论知识背景
（1）维氏硬度测试：测出的硬度为一个数
（2）布氏硬度测试：测试结果为布氏硬度指数（BH或BHN）
（3）洛氏硬度测试
罗克威尔使用金刚石压头进行洛氏C标度，使用球形压头进行B标度
使用
预加载
来确定仪器的测试区域，随后使用150kg的载荷。经过固定时间后移去载荷，测量压痕的大小和尺寸。它的标度是人为确定的。
3、实验内容
用准备好的船用钢板进行硬度测试
4、实验步骤
（1）选择钢板进行硬度测试
（2）放好试样的位置，使试样与金刚石压头接触
（3）设定负荷，等待停留时间的到达，按继续键以观察产生的压痕
（4）测出压痕的对角线长度：使测试装置对中，将右手侧的“刀边”移到压痕的边缘，并将测出的压痕尺寸转换为维氏硬度，结果如下图所示：
5、实验结果
成功的测量出维氏硬度为204，并完成了硬度测试阶段。
6、分析讨论
（1）使试样与金刚石压头接触，调节试样上升的高度，刚刚接触时则停止
（2）在设定载荷时，必须等待停留时间到达才可进行下一步
（3）在测压痕的对角线长度时，使刀片与压痕的边缘对准
三、抗拉强度测试
1、实验目的
（1）了解屈服强度、抗拉强度、伸长率的概念
（2）掌握钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率的计算方法
（3）分析钢抗拉强度的影响因素
2、相关理论知识背景
（1）为了测量钢的拉伸性能，要求在恒定的速率下拉伸试样，并且当施加的力或者载荷增加时，要连续地测量试样的延伸，就象胡克定律那样，直到载荷超过弹性极限为止。
从力——伸长数据中可以计算出应力和应变，方法如：
应力=力/试样的原始面积
应变=长度/试样原始长度
（2）塑性变形起始端测量方法的不同导致了钢的屈服点测定标准方法的定义：0.2%的弹性极限应力或者找出应变为0.002时的应力；上屈服应力定义为力值明显下降前达到的最大应力；下屈服应力定义为塑性变形持续时，应力在一个恒定应力值附近变化，直到产生加工硬化，这个恒定力值即为下屈服应力。
（3）试验机有不同的力值测量能力,通过改变测力传感器可以达到各种力值
（4）测力传感器是一种可以感觉到力的变化并且将其转换为电压,然后在力值显示器上显示出来的设备。
（5）延伸率为材料的伸长量与标距之比。
3、实验内容
将事先准备好的船用钢板试样插入拉伸试验机的夹头，然后开始一个力应变实验。然而，首先必须确定试验机能够准确地测量出拉伸力，再要求测量屈服和抗拉强度、延伸率和杨氏模量。接下来的会使观看高碳钢棒和由它拉拔成的两根金属线以及超高强度合金钢的测试结果。
4、实验步骤
（1）选择试样，如下图所示：
（2）计算试样的横截面积：，钢预计的抗拉强度设计为=500MPa，则预计的最大拉力KN，检查数据，并根据测试选择合适的应力范围，如下图所示：
（3）开始加载荷，并根据应力应变图计算出屈服强度、抗拉强度和伸长率的值，并检查所输入的数据，如下图所示：
（4）当纵向的计算全都通过时，继续进行横向试样的测试：
（5）检查钢是否合格：经检验，这种钢通过了机械性能测试。
（6）保存结果。
5、实验结果
这种船用钢通过了机械性能测试，成功的完成了抗拉强度测试。
6、讨论分析
（1）试验中，由于估算的最大断裂力为246KN，所以需选择300KN的量程，如果所选的量程过低会有损害设备的危险。
（2）因为实验所选用的钢为AB/EH36，而这种钢的抗拉强度规定取值范围为490-620MPa，所以在预计钢的抗拉强度时需要在此范围内，在本实验中，所预计的为500MPa，在此范围内。
（3）需要注意应力-应变图中的伸长率单位为㎜，表示钢在拉伸时的伸长值，需将此值除以标距50。
（4）在计算屈服强度时，需要找准屈服点，即发生塑性变形的起始点。
四、夏比冲击测试
1、实验目的
（1）了解钢的碳含量对夏比测试结果的影响
（2）确定测试钢种的韧性向脆性转变的温度
（3）可以对不同钢铁企业生产的钢材进行比较，并标明一定的工艺是否能生产同样冲击韧性的产品
（4）学会分析冲技能随温度变化的关系
2、相关理论知识背景
（1）夏比测试是一种用来测试材料在受到负荷的情况下断裂时所需能量大小的方法，只是用来比较用各种不同工艺生产钢材的性能。
（2）在测试中，落锤提供下降的动能，弧形的大小决定了落锤旋转时产生动能的大小，旋转到最低点时，提供的动能最大，经过冲击测试后，试样要么产生裂纹，要么受到严重变形，落锤将继续移动到另一侧的最大高度，这里一个指针会记录下试样产生裂纹所损失的能量。
（3）韧性断裂通常是塑性变形的结果，塑性裂纹是裂纹尖端受到强烈的局部塑性变形的结果，在抗拉测试中，最普通塑性变形的是呈“杯锥形”；相反，脆性断裂通常没有或只有很少的塑性变形，晶界裂纹通常是沿晶界分离造成的。
3、实验内容
对一块厚钢板取样，然后进行性能测试，得出冲击能随测试温度的变化曲线，并根据结果判断它是否符合美国船级社的标准。首先，你必须确定测试需要多少试样、取样的尺寸和位置。试样准备好后，进行相应数量的测试，确定厚板的机械性能。最后，将测试结果与标准进行比较，确定该厚板是否满足所有的规格要求，能否送给客户。
4、实验步骤
（1）试样的选取，以自己准备的船板轧件为试样。
（2）在开始夏比测试之前，先完成几个快速测试。需要检查切口对中装置。
（3）开始测试：要设定一个试样的温度。首先必须设置池内温度，设置后等待试样到达设定的温度，然后点击试样使其离开池子，并将试样对中位置，就可以按下落锤头来释放锁定销，进行冲击测试。
（4）反复的从夏比测试中收集足够的数据，从而能准确地确定脆性和韧性转变温度。如果试样不足，可以购买更多的试样，以通过返回测试来获取更多的数据，得到测试温度与能量关系的曲线。如下图所示。
（5）从得到的曲线中得到上部分界能为286J，下部分界能为7J，54J的转换温度为-65度，如下图所示：
（6）对于试样在
-40
度时进行横向和纵向测试，分别测试三次，得到其平均能量值，其结果如下图所示。
(7)点击保存数据保存实验结果。
5、实验结果
在有足够数据来确保钢已经达到满足标准要求时，得到了最终的夏比冲击实验的结果。横向和纵向的能量满足要求，达到合格，测试完成。其结果如下图所示。
至此，完成了所有的性能测试：
检查这种船板是否满足了AB/EH36的规格要求：
6、讨论分析
由夏比测试得到的测试温度与能量关系的曲线，可知测试材料在受到负荷的情况下断裂时所需要的能量大小。经过多次在不同温度下的返回测试，得到足够的数据绘制一张韧性（剪切）区的比例图。这种剪切区的比例曲线通常作为钢材的规格，从这张图中，可以获得这种材料的50％剪切外观转换温度（FATT）。但是在进行夏比测试期间，一定温度下记录的冲击能会出现分散状况。可以从这些分散的数据获得两条大致的曲线（上限线和下限线）和冲击能的误差范围。五、总结
经过上述的三种模拟测试后，完成了船板机械性能的测试。得到的结果如下图所示，并获得了合格证书。