§1-3 金属材料及钢的热处理
金属材料及热处理的主要的内容是：研究金属及合金的内部结构、性能及其用途；研究金属及合金的成分、温度、结构之间的关系，以及改变结构其性能变化情况。
§1-3-1 金属及合金的主要性能
在已发现的化学元素中大多数为金属元素，如铁、铝、铜、镍、铬、钨等。由两种或两种以上的金属元素，或者金属与非金属元素所组成的具有金属性质的物质叫合金。如钢是由铁和碳组成的合金；黄铜是由铜和锌组成的合金。金属与合金统称金属材料。由于合金比纯金属具有更好的的机械性能和工艺性能，而且成本一般较纯金属低，因此在机器制造中所用的金属材料以合金为主，很少使用纯金属。从CA6140普通车床所使用的金属材料来看，铁碳合金应用得最多。见表1-1
。
从表1-1和生产实际可知：
（1）不同的材料有不同的用途。
（2）同一种材料，通过不同的热处理方法，可作不同的用途。
（3）要以零件的具体工作条件出发，选择能够满足零件技术要求的材料和热处理工艺。
因此，在设计和机械零件时，首先熟悉材料的使用性能和工艺性能是十分必要的。所谓使用性能是指机械零件在正常工作情况下，材料应具备的性能。它包括机械性能（或称力学性能）和物理化学性能等。而工艺性能是指机械零件在冷、热加工制造过程中，材料应具备的性能。
一、金属材料的机械性能
金属在进行压力加工时，以及被制成机械零件或工具来使用时，都要受到外力的作用，通常把这种外力叫做载荷。载荷有大有小，方向也不尽相同；作用的情形有静止的、冲击的、变化的、不变化的。由于外力的不同，金属的变形情况也不同，常见的有：压缩、拉伸、扭转、剪切和弯曲等变形。
金属材料在外力作用下，所引起的变形分为弹性变形（指外力除去后，变形完全消失而恢复原状的）机塑性变形（指外力除去后，残余有永久变形的）。
金属材料和机械性能是指金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。材料的机械性能是设计零件时选择材料的重要依据。常用的机械性能指标有：强度、硬度、塑性、冲击韧性等。
1、强度强度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗变
形和锻炼的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷（应力）表示，符号为σ，单位为MPa。工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指材料刚开始产生塑性变形时的最低应力值，用σs表示；抗拉强度是指材料在破坏前所能承受的最大应力值，用бb表示。它们是零件设计时的主要依据，也是评定金属材料强度的重要指标。
2、硬度硬度是材料抵抗外物压入的能力，也可以说是材料抵抗局部塑性变形的能力。它是材料的主要性能之一。一般情况下硬度高时耐磨性能也较好，并且硬度雨强度之间有一定的关系。根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系；即高碳钢要与低碳钢бb相同必须增加硬度。
低碳钢бb=0.36HB
高碳钢бb=0.34HB
调质合金钢бb=0.325HB
测定硬度的方法常采用压入法。就是把硬质材料制成的圆球或锥体，用压力压入金属材料的表层，然后根据压痕的深度或面积来确定被测金属的硬度值。常用的硬度指标有布氏硬度和洛氏硬度。
1）布氏硬度
布氏硬度测定原理：它是用载荷为P的压力，把直径为D的钢球压入金属表面（图1-32）并保持一定时间，而而后去除载荷，测量圆球在金属表面上所压出的圆形凹陷压痕的
直径d，据此计算压痕球面积F。求出每单位面积所受的力P／F凹，用以作为金属的硬度值，称为布氏硬度值，以符号HB来表示。
HB=
试验所得的压痕直径应在下列范围之内：0.25〈d〈0.6D。d〈0.25D，则灵敏度和准确性随之降低；若d〉0.6D测钢球的压下量太大亦引起不准确。对于钢来讲，一般确定采用钢球的直径D为10毫米，载荷P为300公斤，压入时间为10秒。假如用一般规定试验条件所得压痕直径不在上列范围内时，即应考虑选用其他载荷量作试验，并在布氏硬度值符号HB的右下角加以注明；如HB10／100／10，即表示用10毫米直径的钢球，在1000公斤力的载荷下保持10秒钟后所得的结果。它的使用上限一般不起过HB450，所以适用于测定退火、正火、调板钢，铸铁及有色金属的硬度、进行布氏硬度试验时，应根据金属的种类和试件的厚度，正常选择。实验条件：钢球直径、载荷大小和加载时间，可见表1-2。
表1-2布氏硬度试验规程
布氏硬度试验方法的优缺点：
优点：测量值较准确。与其他机械性能，特别与бb之间存在一定的关系。
缺点：由于钢球本身存在变形问题，不能测量硬度＞HB450的材料。压痕较大，对成品检测不适宜。
2）洛氏硬度
洛氏硬度测定原理：和布氏硬度试验一样，也是压痕试验法之一。所不同的是，它不是测定压痕大小，而是用测量压痕凹陷深度来表示硬度值（图1-33）。在同一级硬度下，金属越硬，压痕深度越小；反之，金属越软，压痕深度越大。
洛氏硬度试验的压头分硬质和软质两种。硬质压头的顶角为120°的金刚石圆锥体，适用于淬火钢材等较硬材料的硬度测定；软质压头由直径为1.588毫米（16分之一）或3.175毫米（8分之一）钢球制成，洛氏硬度所加负荷根据试验金属本身硬度不同而作不同规定（表1-3）。其常用的三种符号以HRA、HRB、HRC表示。
洛氏硬度试验方法的优缺点：
优点：操作迅速，简便。可以直接得出硬度值。压痕小，不损伤工件表面，可以测量较软到极硬的或厚度较薄的材料硬度。
表1-3常用的三种洛氏硬度试验范围
缺点：用不同硬度级测得硬度值无法比较；误差稍大。
由于金刚石圆锥压头顶角和圆弧半径的误差（顶角为120°±30′，顶角圆弧半径为0.2±0.01毫米）造成了各国洛氏硬度标准的差别，给比较和使用不同国家试验数据造成困难。
3、塑性塑性是指金属在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
塑性与硬度、强度的关系，并不是在所有情况下，硬度大，强度高的材料，其塑性就一定差。由表1-4可见，Fe、Ni金属不但硬度高并且塑性也很好。常用的塑性指标有延伸率σ和断面收缩率ψ。
1）延伸率它是用试样拉断后的总伸长同原始长度之比值的百分率来度良性的大小。由于总伸
长是均匀伸长与产生局部缩颈后的伸长只和，
故σ值的大小与试样尺寸有关。为了便于比较，
试样必须标准化。σ5或σ10表示试样的计算长
度为其直径的5倍或10倍。
2）断面收缩率它是用试样在拉断后，断口面积的缩减同截面面积之比值的百分率来度量塑性
的大小。
一般来说塑性材料的σ或ψ较大，而脆性材料的σ或ψ较小。由于σ的大小随试样尺寸而变化，因此，它不能充分地代表材料的塑性。而断面收缩率与试样尺寸无关，它能较
可靠地代表金属材料的塑性。
塑性指标在工程技术中具有重要的实际意义。首先，良好的塑性可顺利完成某些成型工艺，如冷冲，冷拔等。其次，良好的塑性使零件在使用时，万一超载，也能由于塑性变形使材料强度提高而避免突然断裂，故在静载荷下使用的机械零件都需要具有一定的塑性。根据不同的工艺而有不用的要求。但是一般并不需要很大的塑性，σ达5%或ψ达10%能满足绝大多数零件的要求，过高的塑性是没有必要的。
4、冲击韧性前面讨论的是在静载荷作用下的机械作用下的机械性能指标，但是机器上的零件还经常受到各种冲击动载荷作用。比如，机床的爪形离合器，柴油机上的连杆、曲轴、连杆螺钉等零件在工作时都要受到冲击载荷的作用；冲床的冲头，锻锤的锤杆等也在冲击载荷下工作。对承受冲击载荷的工件，不仅要求有高的强度和一定的硬度，还必须具有抵抗冲击载荷而不破坏的能力。所谓冲击韧性就是衡量材料抵抗冲击破坏能力的指标。
为了测量材料的冲击韧性，在冲击机上利用升高的摆锤降试样打断，算出打断试样所需要的冲击功Ak，再用试样断口处的截面积F去除，所得商值，即为冲击韧性dk（焦／米2）。
Xk值愈大，表示材料的韧性愈好，在受到冲击时愈不容易断裂。对于重要零件要求Xk大于500千焦／米2。
二、金属的结构
金属及合金的性能是由其成分及内部的结构所决定。一切固体物质按其构造可分为非晶体与晶体两种。非晶体的特点是原子的排列不规则，如玻璃，沥青和松香等都是非晶体；晶体的特点是它们的原子都按一定的次序作有规则的排列，如金刚石、石墨和一切固态金属都属于晶体。
1、纯金属的晶体结构
1）体心立方晶体图（图1-34a），在立方晶胞的中心和八个顶角上各有一个原子。属于这种晶体结构
的纯金属有铬、钼、钨、铁（α-Fe）等。
2）面心立方晶体（图1-34b），在立方晶胞的八个角和六个面的中心各有一个原子。属于这种晶体结
构的纯金属有铜、铅、铝、铁（γ-Fe）等。
3）密排六方晶体（图1-34c），它是由七个原子组成的上下两个六方底面，在两个底面之间还有三个
原子。属于这种晶体结构的纯金属有镁、锌等。
金属的晶体结构不同，性能也不同。如同是纯铁，
面心立方结构的γ-Fe比体心立方结构的α-Fe有较好的塑性。
2、合金的结构
所谓合金，指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。如钢是铁与碳
的合金，黄铜是铜与锌的合金。
合金的内部结构与纯金属不同，根据合金元素的性能及含量的不同，可将合金结构分为固溶体、金属化合物和混合物三种类型。
1）固溶体组成合金的各元素，在液态时能相互溶解，在固态时也能相互溶解，组成均匀固态金属的为固溶体。固溶体各元素中保留原有晶体结构的元素为溶剂，溶于溶剂中的元素为溶质。根据溶质原子在晶格里的存在位置，，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。如图1-35所示。
溶质原子占据了部份溶剂晶格结点的位置而形成的固溶体叫置换固溶体（图1-35a）。溶质原浸入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体叫间隙固溶体（图1-35b）。固溶体随着溶质含量的增加，其强度，硬度也增加，而塑性和韧性逐渐下降。适当控制固溶体的溶质含量，可以得到较高的强度和硬度，同时还可以得到相当还的塑性和韧性。
具有固溶体结构的合金如铁碳合金中的铁元素和奥氏体组织的合金。
2）金属化合物组成合金的各元素相互作用生成一种具有金属特性的化合物为金属化合物。金属化合物的晶体结构不同于组成元素的晶体结构，其结构一般都很复杂，其特性是：熔点高、硬度高、韧性差而耐磨性好。
具有金属化合物结构的合金组织如铁碳合金中的渗碳
体（Fe3C）。
3）混合物组成合金的元素或化合物，在固态下不能互相溶解，又不能形成化合物，而是机械地混合在一起故为混合物。混合物既可以是纯金属、固溶体或化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。
三、铁碳合金
1，金属的是微组织如果取一小块纯铁从中锯开，将其载面经过磨平、抛光，再在酸液（95%酒精+5%硝酸）中浸蚀后，用水洗净，吹干，就可以放大100～2000倍的光学显微镜下观察显微组织。图1-36所示为纯铁的显微组织。
所谓金属的显微组织，是指金属内部一种或多钟晶体相互结合的形式在显微镜下所表现出来的特征，它比较本质地反映了金属的内部结构及其与化学成分、性能之间的关系。
从图1-36中可以看出，一块纯铁是由无数外形不规则的小晶粒所组成的，这种由许多小晶粒组成的晶体为多晶体。普通金属材料都是多晶体。现在用人工方法也可以制造出各种金属的单晶体，它是由一个晶粒组成的。生产半导体管的锗和硅都是单晶体。图1-37是单晶体与多晶体的结构示意图。
在多晶体的晶界处，由于晶格排列方向极不一致，犬牙交错，相互咬合，从而加强了金属的结合，故金属的晶粒愈细，强度和硬度愈高。又由于在多晶体中的每一个晶粒内部
的晶格排列方向是大体一致的，所以晶面与晶面之间在外力作用下容易彼此相对滑移。故晶粒愈细，塑性也愈大。因为塑性变形时，总和变形量是各晶体滑移量的总和。这就是晶粒愈细，机械性能愈好的主要原因。
3、铁碳合金的基本组织钢和铸铁都是由铁与碳两
种元素组成的合金。在钢中的碳的含量一般不超过
2%，铸铁中的碳的含量也很少超过5%，所以在钢
和铸铁中占主要地位的仍然是铁。因此在研究铁碳
合金的组织结构时，还是以铁为基础老讨论。
1）纯铁的同素异构转变同一种成分的金属在固态下，晶体结构随温度的变化而发生改变的现
象，称为同素异构转变。
固态纯铁的同素异构转变过程如下：
δ—Fe←1394℃→γ—Fe←912℃→α—Fe
（体心立方）（面心立方）（体心立方）纯铁在912℃以下及在1394℃～1534℃之间，呈体心立方晶体，分别用α—Fe→δ—Fe 表示；早912℃～1394℃之间，呈面心立方晶格，用γ—Fe表示。铁的同素异构转变，是铁原子重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。
2）铁碳合金的基本组织
（1）铁素体（符号F）铁素体是碳溶解于α—Fe
中的固溶体，晶体结构呈体心立方晶格。碳
在α—Fe中的溶解度极小，在723℃最大溶
解量为0.02%；在常温下只能溶解0.008%，
故其组织和性能与纯铁相似，即强度
бb=230MPa，硬度HBS=80，伸长率δ
=50%，冲击韧性αk=160～200J／cm2。（2）奥氏体（符号A）它是碳溶解于γ—Fe中的固溶体，晶体结构呈面心立方晶体。奥氏体
一般只在高温条件下存在，且溶碳能力强，
在1148℃时可达2.11%。奥氏体具有良好的
塑性和低的变形抗力，锻造时一般在这一组
织下进行。
（3）渗碳体（符号FeC或C）它是由93.31%的铁和6.69%的碳化合物而成的碳化铁。晶体
结构复杂，与铁的晶格截然不同，故其性能
与铁素体相差悬殊。
渗碳体具有很高的硬度（HBW＞8000），脆性很大，塑性几乎等于零，在钢中起强化作用。钢中含碳呈愈高，渗碳体所占的比重愈大，则其强度、硬度愈高，而塑性，韧性愈低。
（4）珠光体（符号P）珠光体是铁素体和渗碳体薄层交替重叠的层状混合物。是含碳量呈
0.77%的奥氏体在727℃时发生共析反应的
产物。它具有较好的综合体机械性能，强度
бb≈750MPa，硬度HBS≈180，伸长率δ
≈20%～25%，冲击韧性αk≈30～40J／cm
2。
所以的碳钢在室温下，就是由铁素体加珠光体、珠光
体加渗碳体或全部由珠光体所组成。
四、铁碳合金状态图
铁碳合金的组织结构比较复杂，为了熟悉和掌握这些组织结构，就要了解这些组织结构的形成过程，而铁碳合金状态图则能较全面地说明这以过程，同时铁碳合金状态又是制定铸、锻、热处理等热加工工艺的重要依据之一。
铁碳合金状态图表示不同成分的铁碳合金在不同温度时具有的组织状态。状态图的横坐标表示铁碳合金的成分，纵坐标表示温度。合金的组织是在缓慢加热和冷却的条件下获得的，接近平衡状态。状态图又常称为平衡状态图，所获得的组织又称为平衡组织。由于含碳量大于6.69%的含碳合金脆性极大，没有使用价值，因此铁碳合金状态图只研究含碳量小于6.69%的合金部份。为简化分析过程，可将状态图简化成如图1-38所示。
1、对铁碳合金状态图的分析
状态图中的各条线都是铁碳合金内部组织发生转变的接线，所以这些线就是组织转变线。对于某一固定成分的铁磁合金来说，与组织转变线相交的温度点，是合金组织发生突变的点，这些点叫做临界点。
ACD线——液态线。合金在此线以上全部呈液态，冷却至此线时开始结晶。AC线以下结晶出奥氏体。CD线以下结晶出Fe3C，称为一次渗碳体。
AECF线——固态线，合金冷却至此线以下时全部呈固态。
ES线——奥氏体溶碳量变化曲线。又称Acm线。随着温度的下降，碳在奥氏体中溶解度下降，冷却至此线开始由奥氏体中析出FeCⅡ，称为二次渗碳体。
GS线——奥氏体和铁素体相互转变线，又称A3线。奥氏体冷却至此线开始向铁素体转变。铁素体加热至此线开始向奥氏体转变。
ECF线——共晶线。液态合金冷却至此线时，在恒温（1148℃）下同时结晶出奥氏体和渗碳体。此反应称共晶反应。C点称共晶点。
PSK线——共析线。又称A1线。奥氏体冷却至此线时，在恒温（723℃）下同时析出铁素体和渗碳体。此反应称共
析反应。S点称共析点。
2、铁碳合金状态图各区的组织
根据对铁碳状态图的分析，便可填出铁碳合金在各区的组织，如图1-38所示。
五、铁碳合金的分类
根据铁碳状态图，铁碳合金分为工业纯铁和钢和白口铸铁三大类。
1、工业纯铁——含碳量小于0.0006%的铁碳合
金。工业纯铁在工业中应用较少。
2、钢——含碳量以0.006%～2.11%之间的铁碳合
金。钢的用途极广。根据刚在常温条件下组织
结构的不同，又可分为以下三类：
1）亚共析钢——含碳量小于0.77%而大于
0.0218%的铁碳合金。常温下的组织由铁素体
和珠光体组成。如图1-39a所示。随着含碳量
的增加，亚共析钢组织中的铁素体量减少，珠
光体量增加。
2）共析钢——含碳量为0.77%的铁碳合金。常温下的组织由单一的珠光体组成。如图1-39b所
示。
3）过共析钢——含碳量大于0.77%而小于2.11%的铁碳合金。常温下的组织由二次渗碳体和珠
光体组成。如图1-39c所示。
4）随着含碳量的增加，过共析钢中的渗碳量不断增加，珠光体量逐渐减少。
3、白口铸铁——含碳量大于2.11%小于6.69%的
铁碳合金。常温下的组织均匀由渗碳体和珠光
体组成。随着含碳量的增加，白口铸铁组织中
的渗碳体量不断增加，由于渗碳体是金属化合
物，硬度高，脆性大，实际生产中很少用白口
铸铁直接制造机械零件。工业用铸铁是使白口
铸铁经石墨化后才应用的，这时铸铁中的碳以
石墨形态存在。
六、铁谈状态图的应用
铁谈状态图除了作为选择材料的重要依据外，还可以作为制定铸、锻、热处理等加工工艺的依据，现将铁谈状态图的这方面应用简述如下：
1、在铸造生产方面的应用
首先，依据状态图可以确定合适的浇铸温度图1-40所示。
其次，状态图还可以告诉我们工业纯铁和共晶成分的铁碳合金，凝固温度区间最小（为零），故它们的流动性较好，分散缩孔较少，可使缩孔集中在冒口内，有可能得到致密的铸件。另外共晶成分合金结晶温度较低，操作也比较方便。因此在铸造生产中接近于共晶成份的铸铁，得到广泛的应用。
铸钢也是常用的铸造合金，含碳量一般在0.15～0.6之间。从状态图中可看出，铸钢的铸造性能并不是太理想的。首先，铸钢的凝固温度区间较大，因此缩孔就较大，且容易形成分散缩孔，流动性也差，化学成份不均匀性严重。其次，铸钢的溶化温度比铸铁高得多；铸钢晶粒粗大，使钢材的塑性和韧性大大降低。另外，铸件冷却迅速，内应力较大。
铸钢在机器制造中，用于制造一些形状复杂，难于进行锻造或切削加工，而又要求较高的强度和塑性的零件。由于铸钢的铸造性较差，又需价昂的炼钢设备，故近年来在铸造生产中，有以球墨铸铁部份代替铸钢的趋势。
2、在锻造生产方面的应用
钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此，钢材的轧制或锻造必须选择在状态图A（奥氏
体）单相区中的适当温度范围内进行。其选择原则是开始轧制或锻造温度不得过高，以免钢材氧化严重甚至发生晶界溶化；而终止轧制或锻造温度也不能过低，以免钢材塑性差，导致产生裂纹。在图1-40所示的状态图锻轧区阴影范围内是较合适的锻轧加热温度。
3、在热处理方面的应用
进行热处理时，更是与铁谈状态图分不开。退火、正火、淬火等各种处理的加热温度选择都必须依据状态图进行。
七、碳钢的分类、编号和用途
（一）碳钢的分类碳钢分类可按钢的含碳量、质量和用途来分。现分述如下：
1、按钢的含碳量分类：
低碳钢——含碳量小于0.25%；
中碳钢——含碳量小于0.25～0.6%；
高碳钢——含碳量大于0.6%。
3、按钢的质量分类：根据碳钢质量的高低，即主要依据钢中所含有害杂质S、P的多少来分。
普通碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.055%和0.045%；
优质碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.045%和0.040%；
高级优质碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.03%
和0.035%。
4、按用途分类：
碳素结构：这类钢主要用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑用钢）和机器零件（如齿轮、轴、螺钉、连杆等）。这类钢一般属于低碳和中碳钢。
碳素工具钢：这类钢主要用于制造各种刃具、量具、模具、这类钢一般属于高碳钢。
（二）碳钢的编号和用途
1、普通碳素钢
（1）甲类钢：这类钢按保证机械性能供应。其钢号以甲字和“A”字加上顺序数字表示之。
甲类钢的适用范围：AO只用于建筑工业上作为钢筋。A1、A2、A3塑性较高，有一定强度，通常用作普通的铆钉、螺钉、螺母、轴套、端盖、垫片等。也可以制成板材、型材。小轴、螺杆、锅杆等，一般均经正火或调质处理。
（2）乙类钢：这类钢按化学成份供应。其钢号以“乙”字或“B”字加上顺序数字表示之。
这类钢轧制成槽钢、角钢、扁钢、带钢、棒料、钢丝等。往往要经过热加工后使用。为了制订正确的热加工工艺，以保证零件的性能，就必须知道钢的化学成份。
应该知道，甲类钢和乙类钢实际上是比较接近的，在生产中有时可以互换使用。
2、优质碳素结构钢
优质碳素钢与普通钢不同，必须同时保证钢的化学成份和机械性能。
（1）正常含锰量的优质碳素结构钢：所谓正常含锰量，对含碳量小于0.25%的碳素结构钢，是含锰量在0.35%～0.65%之间；而对含碳量大于0.25%的碳素结构钢，含锰量在0.50～0.80%之间。
这类钢的平均含碳量用两位数字来表示，以0.01%为单位。例如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢。
（2）较高含锰量的优质碳素结构钢：所谓较高含锰量，对含碳量为0.15～0.60%的碳素结构钢，含锰量在0.7～1.0%之间；而对含碳量大于0.60%的碳素结构钢，含锰量在0.9～1.2%之间。
这类钢的表示方法是在含碳量两位数字后面附以汉字锰或化学符号“Mn”。如钢号20锰或20Mn，表示单位含碳量为0.20%，含锰量为0.7～1.0%含锰量为0.9～1.2%的钢。
优质结构钢主要用作机械零件和弹簧等。
3、碳素工具钢
这类钢的编号原则是在碳和化学符号“T”字的后面附以数字来表示的，数字表示钢中的平均含碳量，以0.1为单位。例如钢号碳8或T8，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号的末端在附以
本次作业是本门课程本学期的第3次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题) 1. 将钢加热到临界温度以上或其它一定温度，保温一定时问，然后缓慢地冷却到室温，这一热处理工艺称为（）。 ??(D)?退火 2. 对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（）。 ??(A)?高淬透性钢 3. 贝氏体是钢经（）处理后获得的组织。 ??(A)?等温淬火 4. 钢的回火处理是在（）。 ??(C)?淬火后进行 5. 零件渗碳后，一般需经过（）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 ??(A)?低温回火 6. 钢经表面淬火后，将获得（）。 ??(D)?一定深度的马氏体 7. 淬硬性好的钢必须具备（）。 ??(B)?高的含碳量 8. 完全退火主要适用于（）。 ??(A)?亚共析钢 9. （）主要用于各种弹簧淬火后的处理。 ??(B)?中温回火
10. T10在锻后缓冷，随即又采用正火处理的目的是（）。 ??(B)?碎化网状的二次渗碳体，为球化退火作组织准备 11. 扩散退火的主要目的是（）。 ??(A)?消除和改善晶内偏析 12. 若合金元素能使过冷奥氏体冷却C曲线右移，钢的淬透性将（）。 ??(B)?提高 13. 机械制造中，T10钢常用来制造（）。 ??(B)?刀具 14. 合金渗碳钢中的（）合金元素可起到细化晶粒的作用。 ??(B)?Ti 15. （）热轧空冷即可使用。 ??(D)?低合金高强度钢 二、判断题(判断正误，共10道小题) 16.?珠光体是由铁素体和渗碳体组成的。（） 正确答案：说法正确 17.?亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体。（） 正确答案：说法正确 18.?亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体。（） 正确答案：说法正确 19.?过共析钢室温下的平衡组织是奥氏体和一次渗碳体。（） 正确答案：说法错误 20.?白口铸铁很硬但几乎无塑性。（） 正确答案：说法正确 21.?室温平衡状态的铁碳二元合金都是由F、Fe3C 两个基本相组成，含碳量不同，只是这两个相的数量、形态和分布不同而已。（）
《金属材料与热处理》课程教学大纲 一、课程性质、目的和任务 属材料与热处理是一门技术基础课。其要紧内容包括：金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理、常用金属材料及非金属材料的牌号等。 二、教学差不多要求 本课程的任务是使学生掌握金属材料与热处理的差不多知识，为学习专业理论，掌握专业技能打好基础。通过本课程的学习，学生应达到下列差不多要求： (1)了解金属学的差不多知识。 (2)掌握常用金属材料的牌号、性能及用途。 (3)了解金属材料的组织结构与性能之间的关系。 (4)了解热处理的一般原理及其工艺。 (5)了解热处理工艺在实际生产中的应用。 三、教学内容及要求 绪论 教学要求： 1、明确学习本课程的目的。 2、了解本课程的差不多内容。 教学内容： 1、学习金属材料与热处理的目的 2、金属材料与热处理的差不多内容 3、金属材料与热处理的进展史
4、金属材料在工农业生产中的应用 教学建议： 1、结合实际生产授课，以激发学生学习本课程的兴趣。 2、展望金属材料与热处理的进展前景。 第一章金属的性能 教学要求： 1、掌握金属的力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳等概念及各力学性能的衡量指标。 2、了解金属的工艺性能。 教学内容： §1—1 金属的力学性能 一、强度 二、塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳强度 §1-2金属的工艺性能 一、铸造性能 二、锻造性能 三、焊接性能 四、切削加工性能
第二章金属的结构与结晶 教学要求： 1、了解金属的晶体结构。 2、掌握纯金属的结晶过程。 3、掌握纯铁的同素异构转变。 教学内容： §2-1 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 二、晶体结构的概念 三、金属晶格的类型 §2—2纯金属的结晶 一、纯金属的冷却曲线及过冷度 二、纯金属的结晶过程 三、晶粒大小对金属力学性能的阻碍 ＊四、金属晶体结构的缺陷 §2—3 金属的同素异构转变 教学建议： 1、晶体结构较抽象，可使用模型配合讲课。 2、讲透同素异构转变与结晶过程之间的异同点。 ＊第三章金属的塑性变形与再结晶 教学要求： 1、了解金属塑性变形的差不多原理。
《金属材料与热处理》期末考试试卷(含答案) 班级数控班姓名学号分数 一、填空题：每空1分，满分30分。 1.金属材料与热处理是一门研究金属材料的、、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、金属的、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。 4.金属的性能主要介绍金属的和。 5.金属学基础知识讲述了铁碳合金的和。 6.热处理的基本知识包括热处理的和。 7.物质是由原子和分子构成的，其存在状态可分为气态、、。 8.固态物质根据其结构特点不同可分为和。 9.常见的三种金属晶格类型有、、密排六方晶格。 10.常见的晶体缺陷有点缺陷、、。 11.常见的点缺陷有间隙原子、、。 12.常见的面缺陷有金属晶体中的、。 13.晶粒的大小与和有关。 14.机械零件在使用中常见的损坏形式有变形、及。 15.因摩擦而使零件尺寸、和发生变化的现象称为磨损。 二、判断题：每题1分，满分10分。 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。（） 三、选择题：每题2分，满分20分。 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 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 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 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 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 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（）
金属热处理工培训计划 1.培训目标 1.1总体目标 培养中级技术工人所必须的一门技术基础课。其容包括金属的机械性能、金属学的基础知识及金属材料等部分。并达到一定熟练程度。 1.2理论知识培训目标 (1)本课程的任务是使学生掌握金属材料和热处理的基础知 识，为学习各门专业工艺学课及今后从事生产技术工作打下必要的基础。 (2) 通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求： ①基本掌握常用金属材料的牌号，成分，性能及应用围。 ②了解金属材料的部结构，以及成分，组织和性能三者之间的一般关系。 ③懂得金属材料热处理的一般原理。 ④明确热处理的目的，了解热处理的方法及实际应用。 1.3操作技能培训目标 ①会评价工程材料力学性能指标。 ②运用Fe-Fe3C平衡相图解决工程问题； ③能为工程零件及结构正确选材； ④能为工件制定的热处理工艺参数。 2.教学要求 2.1理论知识要求
2.1.1职业道德 2.1.2会评价工程材料力学性能指标。 2.1.3运用Fe-Fe3C平衡相图解决工程问题； 2.1.4能为工程零件及结构正确选材； 2.1.5能为工件制定的热处理工艺参数。 2.1.6热处理工艺管理知识。 2.1.7热处理各种淬火介质的冷却性能知识。 2.1.8热处理辅助设备、控温仪表知识。 2.1.9.热处理质量检验及校正知识。 2.2操作技能要求 工装制作基础知识 (1)识图及绘图。 (2)钳工操作一般知识。 电工知识 (1)通用设备常用电器的种类及用途。 (2)电气传动及控制原理基础知识。 (3)安全用电知识。 安全文明生产与环境保护知识 (1)现场文明生产要求。 (2)安全操作与劳动保护知识。 (3)环境保护知识。 质量管理知识
第六章金属材料及热 处理
第六章答案 1．用 45 钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工一调 质一精加工—高频感应加热表面淬火一低温回火—磨加工。说明各热处理 工序的目的及使用状态下的组织。 答：锻造后的 45 钢硬度较高，不利于切削加工，正火后将其硬度控制 在 160-230HBS 范围内，提高切削加工性能。组织状态是索氏体。粗加工后， 调质处理整个提高了 45 钢强度、硬度、塑性和韧性，组织状态是回火索氏 体。高频感应加热表面淬火是要提高 45 钢表面硬度的同时，保持心部良好 的塑性和韧性。低温回火的组织状态是回火马氏体，回火马氏体既保持了 45 钢的高硬度、高强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。2．常用的合金元素有哪些？其中非碳化物形成元素有一一一：碳化物 形成元素有一一一；扩大 A 区元素有——；缩小 A 区元素在一一。
答：常用的合金元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛、镍、硅、 铝、钴、镍、氮等。其中非碳化物形成元素有：镍、硅、铝、钴等；化物 形成元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等；扩大 A 区元素有：镍、 锰、碳、氮等；小 A 区元素有：铬、铝、硅、钨等。 3．用 W18Cr4V 钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热 加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达 1280℃？淬火后为什么要经过三次 560℃回火？能否用一次长时间回火代 替？ 答：工艺路线: 锻造十球化退火→切削加工→淬火+多次 560℃回火→喷砂→磨削加工→成品 热处理工艺： 球化退火:高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力， 便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为球状珠光体。
《金属材料与热处理》课程标准 一、课程性质、定位与设计思路 （一）课程性质 本课程是机械制造及自动化专业高职学生的一门必修专业基础课，讲授金属材料与热处理相关理论知识的专业课。主要内容包括：金属材料的分类，金属材料的结构，金属材料的性能测试，铁碳合金组织，金属材料的常规热处理，金属材料的表面热处理，金属材料的工程选用等。使学生初步认识材料的性能、了解晶体结构、掌握铁碳合金相图、掌握常用材料的牌号及其用途，并能够合理选择热处理方法。 （二）课程定位 通过本课程的学习，学生具有处理简单的金属材料与热处理力学性能测试和硬度性能测试的能力，具有分析金属的晶体结构、二元合金相图和铁碳合金相图的基本能力，具有初步的钢热处理知识，并应用钢热处理知识完成钢的热处理能力，具有鉴别金属材料与的能力，具有选择热处理方式的能力，具有选择机械工程常用材料的能力。同时通过对典型机械材料的分析，培养学生分析问题、解决问题的能力。 （三）课程设计思路
本课程是根据高职教育机械设计及制造专业人才培养目标，通过素质教育、金属材料与热处理知识提升、技能操作以及策略的制定与应用，充分体现素质、知识、能力“三位一体”的要求。本课程应用项目任务驱动和项目问题引入来激发学生的学习动机和兴趣，遵循以“校企合作，工学结合”的教学理念设计课程。 1.主要结构 课程教学内容根据高职学生对金属材料理论知识和应用能力的要求，精简学科理论知识，突出理论与实际的“前因后果”关系，按照“感性认识→理性认识→综合利用”对教学内容进行序化，使学生由浅入深，从具备金属材料的基本概念和初步鉴别能力，到掌握金属材料的本质和具备显微鉴别能力，再到具备金属材料及热处理的工程应用能力。 2.课程设计理念 （1）贴近生产岗位。本标准以企业需求为基本依据，加强实践性教学，以满足企业岗位对高技能人才的需求作为课程教学的出发点，使本书内容与相关岗位对从业人员的要求 相衔接。 （2）借鉴国内外先进职业教育教学模式，突出项目教学。 （3）工学结合。培养理论联系实际，学以致用，在“做中学”的优良学风。突出实践，立足于实际运用。 （4）充分应用多媒体教学的优势，很多的知识以图、表、视频、动画等方式进行展现。 （5）实施项目教学，项目制作课题的考评标准具体明确，直观实用，可操作性强。 （6）突出高职教育特点，重视实践教学环节，培养学生的创新能力和实践能力。 （四）本课程对应的职业岗位标准 本课程的学习内容，与机械加工类的职业岗位的要求是相符的，如：中高级
一、填空（每空0.5 分，共 23 分） 1 、200HBW10/3000表示以毫米压头，加载牛顿的试验力，保持秒测得的 硬度值，其值为。 1、洛氏硬度 C 标尺所用压头为，所加总试验力为牛顿，主要用于测的硬度。 2 、金属常见的晶格类型有、、。α -Fe 是晶格，γ -Fe 是 晶格。 2 、与之差称为过冷度，过冷度与有关，越大，过冷度也越大，实际结晶温 度越。 3 、钢中常存元素有、、、，其中、是有益元素，、是有害 元素。 3、表示材料在冲击载荷作用下的力学性能指标有和，它除了可以检验材料的冶炼和热加工质 量外，还可以测材料的温度。 3 、拉伸试验可以测材料的和指标，标准试样分为种，它们的长度分别是和。 4 、疲劳强度是表示材料在载荷作用下的力学性能指标，用表示，对钢铁材料，它是试验循环数达时的应力值。 4 、填出下列力学性能指标的符号： 上屈服强度，下屈服强度，非比例延伸强度，抗拉强度，洛氏硬度 C 标尺，伸长率，断面收缩率，冲击韧度，疲劳强度，断裂韧度。 5 、在金属结晶时，形核方式有和两种，长大方式有和两种。 5 、单晶体的塑性变形方式有和两种，塑性较好的金属在应力的作用下，主要以方式进行变形。 5 、铁碳合金的基本组织有五种，它们分别是，，，，。 ６、调质是和的热处理。 6 、强化金属的基本方法有、、三种。 6 、形变热处理是将与相结合的方法。 ７、根据工艺不同，钢的热处理方法有、、、、。 ９、镇静钢的主要缺陷有、、、、等。 10、大多数合金元素（除Co 外），在钢中均能过冷奥氏体的稳定性，使 C 曲线的位置，提 高了钢的。 11、按化学成分，碳素钢分为、、，它们的含碳量围分别为、、 。 12、合金钢按用途主要分为、、三大类。 13、金属材料抵抗冲击载荷而的能力称为冲击韧性。 14、变质处理是在浇注前向金属液体中加入促进或抑制的物质。 15、冷塑性变形后的金属在加热过程中，结构和将发生变化，其变化过程分为、、三个 阶段。 10、在机械零件中，要求表面具有和性，而心部要求足够和时，应进行表面热处理。 16、经冷变形后的金属再结晶后可获得晶粒，使消除。 17、生产中以划分塑性变形的冷加工和。 18、亚共析钢随含碳量升高，其力学性能变化规律是：、升高，而、降低。 19、常用退火方法有、、、、等。 20、08 钢含碳量， Si 和 Mn 含量，良好，常轧成薄钢板或带钢供应。
重庆经贸职业学院 《金属材料与热处理》课程教学大纲 所属院系：机电系 所属专业：机电一体化 学时和学分：72学时 2013年 9月 一、课程的性质及教学目标 课程性质：《金属材料与热处理》，是机械类专业必修的专业技术基础课，是综合性、实践性、实用性极强的课程。既强调基本理 论和概念，也注重结合生产实际讲解相关概念、原理和过程。 教学目标：通过系统学习和讲解，使学生了解金属材料典型组织、结构的基本概念，金属材料的成分、组织结构变化对性能的影响，掌握正确选用和处理金属材料的理论和方法，了解工业用钢的分类、牌号、特点及用途，为学生今后学习专业的其它课程和从事生产技术工作打下必要的基础。同时培养学生严谨的科学思维和探索精神。 二、课程教学内容和基本要求 项目一金属的性能 1、掌握金属的力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳等概念及各力学性能的衡量指标。 2、了解金属的工艺性能。 项目二金属的结构与结晶 1、了解金属的晶体结构。 2、掌握纯金属的结晶过程。 3、掌握纯铁的同素异构转变。 项目三铁碳合金 1、掌握合金的概念及合金组织的基本类型。 2、掌握铁碳合金的基本组织，包括概念、牌号、性能等。
3、掌握简化的Fe—Fe3C相图中的主要特性点、特性线的含义及典型铁碳合金的结晶 过程。 4、掌握含碳量对钢组织及性能的影响。 项目四碳素钢 1、了解碳素钢中常存元素对钢的性能影响。 2、掌握常用碳素钢的牌号、成分、性能及主要用途。 3、了解钢的火花鉴别方法。 项目五钢的热处理 1、了解钢在加热和冷却时的组织转变。 2、掌握钢的退火、正火、淬火、回火及表面热处理的方法和目的。 3、掌握常用工件热处理的方法。 项目六合金钢 1、了解合金元素在钢中的作用。 2、掌握常用合金钢的牌号、性能及热处理方法。 项目七铸铁 1、了解铸铁的分类。 2、掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的牌号。 3、了解灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的组织、性能及主要用途。 项目八非铁金属及硬质合金 1、了解常用有色金属及其合金的牌号、性能及用途。 2、掌握常用硬质合金的牌号、性能及用途 三、实践性教学环节要求 随课堂结合实际讲解；对某些必要知识播放生产实践视频。 四、对能力培养的要求 使学生了解金属材料和热处理基础知识，为今后进一步学习和应用金属材料打下初步的基础。
《金属材料及热处理》教学大纲 Metallic Materials and Heat Treatment 总学时：48理论课学时：42实验课学时：6 一、课程的性质 本课程是材料成型及控制工程专业（金属）的一门主干课，也是该专业方向一门重要的专业领域课。本课程的内容包括：金属材料合金化的基本理论，合金元素对材料性能的影响，工业生产中典型零件热处理工艺分析，碳钢和合金钢、铸铁以及有色金属材料的成分、组织结构、性能及应用，金属材料的设计与选材方法等。目的是使学生掌握提高材料性能的基础理论、方法和工艺，能够根据零件的服役条件和性能要求正确地选择材料，合理制定工艺，为以后从事材料的研究和使用奠定理论基础，并了解当前金属材料及其热处理领域的新技术、新工艺、新进展。 二、课程的目的与教学基本要求 本课程的目的是使学生掌握金属材料的合金化基础理论；熟悉碳钢、合金钢、铸铁及有色金属等金属材料的成分、性能和应用；了解金属材料设计理论和合理选材的思路。教学基本要求使学生掌握金属材料的基本理论知识，了解该方面发展的最新动态，熟悉常用金属材料成分－热处理工艺－组织－性能－应用之间关系的一般规律，对常用金属材料及其应用有全面认识，具有合理选用工程材料的基本能力。 三、课程适用专业 材料成型及控制工程（金属） 四、先修课程 材料科学基础 五、课程的教学内容、要求与学时分配 1．理论教学部分： 教学的重点是金属材料合金化的基本理论，热处理工艺对材料性能的影响，碳钢和合金钢、铸铁以及有色金属材料的成分、组织结构、性能及其应用，金属材料的设计与选材方法等。教学的难点是如何使学生将熟悉和掌握金属材料的成分－热处理工艺－组织－性能－应用之间关系的一般规律，对常用金属材料及其应用有全面认识。要求学生掌握提高材料性能的基础理论、方法和工艺，能够根据零件的服役条件和性能要求正确地选择材料，合理制定工艺，为以后从事材料的研究和使用奠定理论基础。 具体课程教学内容如下：
金属材料与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度__和硬度下降，而_塑性___和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂，通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，_青铜_是以锌为主加合金元素，_白铜_是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_，属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜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（ C ） A 铁总是存在加工硬化，而铜没有 B 铜有加工硬化现象，而铁没有 C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有 D 铁和铜的再结晶温度不同 α-是具有（ A ）晶格的铁。 2、Fe A 体心立方 B 面心立方
第1章金属的结构与结晶 一、填空： 1、原子呈无序堆积状态的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为。一般固态金属都属于。 2、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的的直线，称为。 3、常见的金属晶格类型有、和三种。铬属于晶格，铜属于晶格，锌属于晶格。 4、金属晶体结构的缺陷主要有、、、、、和 等。晶体缺陷的存在都会造成，使增大，从而使金属的提高。 5、金属的结晶是指由原子排列的转变为原子排列的过程。 6、纯金属的冷却曲线是用法测定的。冷却曲线的纵坐标表示，横坐标表示。 7、与之差称为过冷度。过冷度的大小与有关， 越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。 8、金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。 9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的及。 10、金属在下，随温度的改变，由转变为的现象称为
同素异构转变。 二、判断： 1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。（） 2、非晶体具有各向同性的特点。（） 3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。（） 4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。（） 5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。（） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（） 8、单晶体具有各向异性的特点。（） 9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。（） 10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。（） 11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。（） 三、选择 1、α—Fe是具有（）晶格的铁。 A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 2、纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为 （）晶格。A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 3、纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。
《金属材料与热处理》课程标准 （一）课程的性质 本课程是中职教学课程中一门与生产实践联系比较密切的课程，是机械专业学生学习各专业工艺学与生产实习课的基础。通过这门课程的学习不仅可以帮助学生掌握常用钢材料的成分、组织、性能及热处理工艺间的相互关系，同时可以培养学生正确选择和合理使用材料、制定和掌握热处理工艺规范等多方面的能力。（小四号楷体，下同） （二）课程教学目标和基本要求 知识目标： （1）具有本专业必需的文化基础知识、工程技术必需的基础理论知识； （2）掌握使用计算机从事本专业工作的知识； （3）具有从事本专业所必备的英语知识； （4）掌握金属材料的冷热加工、材料分析和检测以及金属材料普通热处理、表面处理等生产工艺的基本知识； （5）掌握热处理设备的使用与保养的专门知识。 能力目标： （1）具备较强的自学能力； （2）具备使用计算机从事本专业工作的能力； （3）具备对金属材料进行合理冷热加工、正确选择、合理使用金属材料以及质量控制与实验分析的初步能力，具有熟练进行相关零件的热处理 及表面处理操作的能力； （4）具备使用和保养热处理设备的能力； （5）初步具备热处理、表面处理类产品生产管理、质量管理、市场营销的能力。 综合素质： （1）思想道德素质：具有正确的人生观、价值观和良好的职业操守； （2）文化素质：文化基础知识扎实，具有良好的文化素养和人文素质； （3）身心素质：具有健康的体魄和心理状态； （4）业务素质：具有本专业基础理论和应用实践的能力，具有继续学习和再提高的能力，具有开拓意识和创新精神。 （三）课程的重点和难点 本课程的讲授为一个学期，分为《金属的性能》、《金属学的基础知识》、《钢的热处理》和《常用金属材料》四部分。本课程重点是金属学的基础知识；掌握好这部分的基础知识可以起到承前启后、画龙点睛的作用；难点是铁碳合金相图的识读与应用。
《金属材料与热处理》课程教学标准 课程名称：金属材料与热处理 适用专业： 1.前言 1.1课程性质 《金属材料与热处理》课程是数控专业必修的技术基础课。该课程理论性较强，新概念较多，同时又与生产实际有着密切联系。该课程主要讲授金属材料典型组织、结构的基本概念，金属材料的成分、组织结构变化对性能的影响，热处理的基本类型及简单热处理工艺的制定，合金钢种类、牌号、热处理特点及应用，为学生从事机械设计、制造及相关的工作打下基础。 1.2设计思路 以“项目为主线，任务为主题”，采用“项目导向、任务驱动”相结合的教学模式，实现教、学、做、练一体化。为加强学生创造思维和工程技术素质的培养，根据学生个性特点与发展的需要，本门课程建议采用讲课、自学、习题课、辅导课、报告会等多种形式组织教学。本门课程可灵活采用全班学习、分组学习等学习形式，也可以组建课外兴趣小组进行知识拓展学习。 教师要认真研究学生特点，针对学生实际情况，结合教学内容，多种教学方法手段综合运用。在教学方法上，将项目任务引入课程，将理论讲授包含在项目训练中，使学生在实践中掌握理论、学习知识，将生产中的新工艺、新方法、新技术引入课堂。采用项目式、启发式、互动式、案例式等教学方法，提高学生的学习兴趣。在教学手段上，充分利用现代多媒体电子教学，视频教学、实物教学、现场教学、网络教学等将现代科学技术充分应用于教学改革之中。 2.课程目标 本课程的任务是使学生掌握金属材料与热处理的基本知识，为学习专业理论，掌握专业技能打好基础。通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求： ●了解金属学的基本知识 ●掌握常用金属材料的牌号、性能及用途
金属材料与热处理习题及答案 第一章金属的结构与结晶 一、判断题 1、非晶体具有各同性的特点。( √) 2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。(×) 3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。( ×) 4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。( ×) 5、单晶体具有各向异性的特点。( √) 6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。( √) 7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。 ( √) 8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。( √) 10、非晶体具有各异性的特点。( ×) 11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。( √) 12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。( √) 13、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。( √) 14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。( √)
15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。( √) 16、金属材料是金属及其合金的总称。( √) 17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。( √) 18、金是属于面心立方晶格。( √) 19、银是属于面心立方晶格。( √) 20、铜是属于面心立方晶格。( √) 21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。( √) 22、晶粒间交接的地方称为晶界。( √) 23、晶界越多，金属材料的性能越好。( √) 24、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。 ( √) 25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。( √) 26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。 ( √) 27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。( √) 28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。( √) 29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。( √) 30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。( √) 31、晶体有规则的几何图形。( √) 32、非晶体没有规则的几何图形。( √) 36、物质是由原子和分子构成的。( √)
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识 第一部分：学习内容 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？ 答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13，退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢
常用金属材料及热处理 以下是为大家整理的常用金属材料及热处理的相关范文，本文关键词为常用,金属,材料及,热处理,模块,常用,金属,材料及,热处理，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在教师教学中查看更多范文。 模块一常用金属材料及热处理项目二钢的热处理任务一：钢的普通热处理一、实验目的1、了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。2、研究冷却条件对碳钢性能的影响。3、分析淬火及回火温度对碳钢性能的影响。二、实验原理1、钢的淬火所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（V冷应大于V临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和冷却速度。（1）淬火温度的选择选定正确的加热温度是保证淬火质量的重要环节。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据相图确定（如图4所示）。对亚共析钢，其加热温度为＋30～50℃，若加热温度不足（低于），则淬火组织中将出现
铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。（2）保温时间的确定淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。表1碳钢在箱式电炉中加热时间的确定加热圆柱形工件形状方形板形温度(℃)分钟/每毫米直径70080090010001.51.00.80.4保温时间分钟/每毫米厚度2.21.51.20.6分钟/每毫米厚度321.60.8（3）冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。为此，可根据c曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650～550℃）进行快冷（即与c曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300～100℃）时冷却速度则尽可能小些。为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等).不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别。各种冷却介质的特性见表2.表2几种常用淬火介质的冷却能力在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）冷却介质650～550℃18℃的水50℃的水10％nacl 水溶液（18℃）10％naoh水溶液（18℃）10％naoh水溶液（18℃）蒸馏水（50℃）硝酸盐（200℃）菜籽油（50℃）矿务机油（50℃）6001001100120XX0025035020XX50300～
《金属材料与热处理》教学大纲 一、说明 1、课程的性质和内容 金属材料与热处理是一门技术基础课。其主要内容包括：金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理、常用金属材料及非金属材料的牌号等。 2、课程的任务和要求 本课程的任务是使学生掌握金属材料与热处理的基本知识，为学习专业理 论，掌握专业技能打好基础。通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求: （1）了解金属学的基本知识。 （2）掌握常用金属材料的牌号、性能及用途。 （3）了解金属材料的组织结构与性能之间的关系。 （4）了解热处理的一般原理及其工艺。 （5）了解热处理工艺在实际生产中的应用。 3、教学中应注意的问题 （1）认真贯彻理论联系实际的原则，注重学生素质的全面提高。 （2）在组织教学时，应根据所学工种，结合实际生产，选择不同的学习内容，有“*”的为选学内容。 （3）加强实验和参观，增强感性认识和动手能力。 （4）有条件的可辅以电化教学，是教学直观而生动。 二、教学要求、内容、建议及学时分配。（总学时80课时，开课时间为：高 一上期） 绪论总学时1 教学要求 1、明确学习本课程的目的。 2、了解本课程的基本内容。 教学内容
1、学习金属材料与热处理的目的。 2、金属材料与热处理的基木内容。 3、金属材料与热处理的发展史。 4、金属材料在工农业生产中的应用。 教学建议 1、结合实际生产授课，以激发学生学习本课程的兴趣。 2、展望金属材料与热处理的发展前景。 第一章金属的结构与结晶总学时2 教学要求 1、了解金属的晶体结构。 2、掌握纯金属的结晶过程。 3、掌握纯铁的同素异构转变。 教学内容 §1-1金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 二、晶体结构的概念 三、金属晶格的类型 § 1-2纯金属的结晶 一、纯金属的冷却曲线及过冷度 二、纯金属的结晶过程 三、晶粒大小对金属力学性能的影响 四、金属晶体缺陷 § 1-3金属的同素异构转变 教学建议 1、晶体结构较抽象，可使用模型配合讲课。 2、讲透同素异构转变与结晶过程之间的异同点。
金属材料及热处理课程标 准 The latest revision on November 22, 2020
金属材料及热处理课程标准课程名称：金属材料及热处理 课程性质：职业能力必修课 学分：4 计划学时：64(理论56，实践8） 适用专业：机械设计与制造17.1 （一）前言 1.课程定位：本课程是机械类各专业一门重要的技术基础课。其主要内容包括：金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理、常用金属材料及非金属材料的牌号等。是机械类各技术专业必须掌握的一门综合性应用技术基础课程。 本课程的任务是使学生掌握金属材料与热处理的基本知识，为学习专业理论，掌握专业技能打好基础。通过本课程的学习，应使学生达到下列基本要求： 2.设计思路 3.与前后课程的联系 前续课程为《机械制图》，《高等数学》，后续课程包括《机械设计基础》、《互换性与技术测量》、《机械制造基础》； （二）课程目标 1.总体目标 2.具体目标 (1)知识目标 1）了解金属学的基本知识； 2）掌握常用金属材料的牌号、性能及用途； 3）了解金属材料的组织结构与性能之间的关系； 4）了解热处理的一般原理及其工艺； 5）了解热处理工艺在实际生产中的应用； (2)能力目标
1）初步具有选用工程材料的能力； 2）初步具有在实际生产中应用热处理工艺的能力； (3)素质目标 1）培养学生具有创新精神和实践能力； 2）培养严谨的科学态度和良好的职业道德； 3.学时分配 （三）课程内容与要求 绪论
第一章.金属材料的性能: 第二章常见金属的结构与结晶 第三章金属的塑性变形与再结晶
第四章二元合金 第五章铁碳合金
金属材料的性能（材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两大类，使用性能主要包括力学性能、物理性能、化学性能）（选择题） 1.力学性能：强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性、弹性与刚度、硬度（布氏 硬度，洛氏硬度，维氏硬度）、冲击韧性、疲劳强度 2.物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、 3.化学性能：耐蚀性、抗氧化性 常见金属的晶格类型—— 1.体心立方晶体具有这种晶格的金属有钨（W），钼（M），铬（Cr），钒（V）， α-铁（α-Fe）等 2.面心立方晶格具有这种晶格的金属有金(Au),银(Ag),铝（Al）,铜（Cu）,镍 （Ni）,γ-铁（γ-Fe）等 3.密排六方晶格具有这种晶格的金属有镁（Mg），锌（Zn），铍（Be），α- 钛（α-Ti） 根据晶体缺陷的几何特点，可分为 1.点缺陷点缺陷是指在晶体中长，宽，高尺寸都很小的一种缺陷，常见的有 晶格空位和间隙原子 2.线缺陷线缺陷是指在晶体中呈线状分布（在一维方向上的尺寸很大，而别 的方向则很小）原子排列不均衡的晶体缺陷，主要指各种类型的位错 3.面缺陷面缺陷是指在二维方向上吃醋很大，在第三个方向上的尺寸很小， 呈面状分布的缺陷 位错：位错是指晶格中一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。 铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号F（或α）表示 简化后的Fe-Fe3C相图，画图啊亲，三个学期的铁碳相图啊有木有，都是泪啊有木有！！！书P9 共析钢由珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核，奥氏体晶核长大，剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化 影响奥氏体晶粒长大的因素： 1.加热温度和保温时间加热温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大
第四章金属材料的基础知识和热处理的 基本知识 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量 3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13、什么是金属的热处理？ 答：金属热处理是在一定的条件下，给金属加热与冷却，使金属获得一定的机械性能和化学性能的工艺方法。14、什么是正火？ 答：将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快，这一过程叫正火。 15、什么是金属？ 答：所谓金属，就是指具有光泽、不透明、高的塑性、良好的导电性和导热性以及固定熔点特征的结晶物质。 16、什么是钢的淬火？ 答：将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间后，然后在水、油或盐水中快速冷却的过程称为淬火。 17、试述型号HT100的含义。 答：HT表示灰口铸铁，100表示抗拉强度为100Mpa. 18、按钢的化学成分、用途和质量分类，钢可分为哪几类？ 答：按钢的化学成分可分为碳素钢、合金钢两类。 按钢的用途可分为工具钢、结构钢和特殊性能钢三类。按钢的质量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢三类。 19、热处理的目的是为了什么？ 答：目的是为了：（1）改善钢的性能。 （2）热处理作为冷加工工艺的预备工序，可以改善金属材料的切削加工性和冲压等工艺性能。 （3）热处理对充分发挥材料的潜在能力，节约材料，降低成本有着重要意义。 20、合金焊口热处理的目的是什么？ 答：目的是：（1）除去焊口中的应力，防止焊口热影响区产生裂纹。 （2）改善焊口热影响区金属的机械性能，使金属增加韧性。 （3）改善焊口热影响区金属的组织。