第一部分 金属材料与热处理

（非机类专业用）

1．（1）理化性能：根据材料使用中工作条件不同，对材料的理化性能要求不同。如飞机上

的一些零部件，需要密度小的材料，如铝合金制造，在腐蚀介质中工作的零件要选用耐腐蚀性好的材料制造。

（2）机械性能：根据材料在使用过程中受力情况不同，选用不同机械性能指标的材料。 （3）工艺性能：根据材料使用中加工方法不同，选用不同的工艺性能的材料。如机床床

身应选用铸造性能好的灰铸铁等。 2．?b—强度极限 ?s—屈服极限 8％—延伸率 4％—断面收缩率 ak—冲击韧性

Ak—冲击功

HB—布氏硬度 HRC—洛氏硬度

HV—维氏硬度

3．有一定的关系。硬度可以表示金属材料在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。而抗拉强度亦是指材料在拉力作用下抵抗变形和破坏的能力。 4．

牌号 20 35 43 65Mn ?b δ（％） 24 18 15 9 ?（％） 392 511 588 736 53 43 38 30 5．用钢制造：电吹风、电熨斗、不锈钢餐具等。 用铁制造：铁锅。

用有色金属制造：铝锅、铝盆、铜制自来水龙头等。

6．车床中钢制零件：主轴、各传动轴、高速齿轮等。 铁制零件：床身、齿轮箱、尾架等。

7．塑性变形是一种永久性变形，外力去除后变形并不消失，而弹性变形在外力去除后变形消失，物体恢复原状。

8．同素异晶转变——固态金属在不同的温度下具有不同的晶格类型的现象。

例如纯铁在912℃以下具有体心立方晶格，在912℃～1300℃之间具有面心立方晶格。 9．金属在结晶过程当中，晶粒的粗细与晶核数目的多少及晶核长大的速度有关。 10．固溶体：溶质原子融入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体称之为固溶体。

化合物：指两个或两个以上的组元按一定的原子比相互化合而成的新物质。

机械混合物：组成合金的组元在互配的情况下既不溶解也不化合，而是按一定的重量比例，

以混合的方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物。

具有固溶体结构的金属材料其强度和硬度比纯金属高，而具有化合物结构的金属材料通常

硬度很高，而且脆性大，具有机械混合物机构的金属材料不仅决定各组成的

性能，还与各数量大小，形状及分布情况有关，通常它比单一固溶体强度、硬度高，塑性、韧性差。

11．合金状态图即是表明合金系结晶过程的简明图体。其用途是利用合金状态图可以分析合

金随成分及温度的变化，其组织及性能的变化情况。 12．铁素体：碳原子溶入α—Fe的固溶体。含碳量为小于0.02％。特点：强度、硬度低，

塑性、韧性好。

渗碳体：铁和碳化合形成的化合物，含碳量为6.69％。特点：硬度高，脆性大。 珠光体：一定含量的铁素体和渗碳体组成的共析的机械混合物，含碳量为0.77％。特点：性能介于铁素体与渗碳体之间。

奥氏体：指碳原子溶入α—Fe的固溶体。含碳量小于2.11％。特点：塑性很好，不具碳性。

13．成分上的区别：碳钢含碳量小于2.11％，铸铁含碳量大于2.11％。

组织上的区别：常温下，含碳量小于0.77％的碳钢其组织为铁素体+珠光体；含碳量等

于0.77％的碳钢其组织为珠光体；含碳量大于0.77％的碳钢其组织为珠光体＋渗碳体。

铸铁在常温下的内部组织为珠光体+渗碳体。 14．

A1——共析反应线，亦是一条恒温线（727℃）。 ——奥氏体冷却到

AAcmA3cm时开始析出铁素体

3——奥氏体冷却到

A时，开始析出铁素体

15. 45钢由液态至AC线时，一部分液体转变为固体，其组织为奥氏体。另一部分液体状态

不变，继续冷却，冷至AE线时，所有液体全部转变为固体，其组织为奥氏体；温度继续下降至

A3线时，从奥氏体中开始析出铁元素组织；冷至A1线时，剩余奥氏体按共

析反应转变为珠光体组织，45钢最终的显微组织为铁素体+珠光体。

16．钢的含碳量与钢的强度、硬度、韧性之间的关系，见韩克钧、许卫民编写的《金属工艺

学》P6图2—5。

原因：钢随着含碳量的增加，内部组织在发生变化由F+P→P→P+Fe3CⅡ,由于P增加，Fe3CⅡ增加，所以强硬度增加，塑性、韧性下降，降至含碳量1％左右，由于网状Fe3CⅡ增加，故钢的强度反而下降，变成脆硬的材料。

17．铁碳合金状态图——用以表示铁碳合金随成分及温度变化其组织及性能发生变化的简明图解。

主要点：G点——结晶点，此点处发生共晶反应。 S点——共析点，此点处发生共析反应。 特性线：EF——共晶反应线

A1—— ——

A3 18． Am—— （略）

名称 亚共析钢 定义 含碳量小于0.77％的碳钢 含碳量等于0.77％的碳钢 含碳量大于0.77％的碳钢 含碳量小于4.3%的铁 含碳量等于4.3%的铁 含碳量大于4.3%的铁 常温下组织 F+P 特性 塑性及韧性较好，强度、硬度随碳的含量增加而增加。 组织为珠光体，强度及硬度较高，有一定的韧性及塑性。 塑性、韧性低，强度、硬度高。 硬、脆 硬、脆 硬、脆 共析钢 P 过共析钢 亚共晶生铁 共晶生铁 过共晶生铁 19． P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+ Lˊe Lˊe Fe3CⅡ+ Lˊe 20．30钢加热到700℃，750℃，1000℃时各自的组织为铁素体+珠光体，铁素体+奥氏体，奥氏体。

T7钢加热到700℃，750℃，1000℃时各自的组织为铁素体+珠光体，铁素体+奥氏体，

奥氏体。

T10钢加热到700℃，750℃，1000℃时各自的组织为珠光体+渗碳体，渗碳体+奥氏体，奥氏体。

21．A3—甲类普通碳素结构钢。用于制造螺栓、螺母等。

B3—乙类普通碳素结构钢。用于制造铁丝、铁钉等。

08—优质碳素结构钢，亦称08号钢，用于制造冷冲压件。 15—15号钢，用于冲压件，渗碳件。如螺栓、螺钉等。 30—30号钢，用于制造齿轮，轴类零件。 45—45号钢，用于制造齿轮，轴类零件。

65—65号钢，用于制造弹簧等。

T10—碳素工具钢，用于制造冷件模、丝锥等。

16Mn—普通低合金钢，用于制造高压容器、桥梁建筑结构。 40Cr—调质钢，用于制造重要的齿轮、轴等。

CrWMn—低合金工具钢，用于制造丝锥、板牙、铰刀等。 GCr15—滚动轴承钢，用于制造滚动轴承。

1Cr18Ni9Ti—不锈钢，用于制造医疗器件、化学、化纤工业的重要耐蚀器件。 38CrMoAlA—氮化钢，用于制造镗杆、主轴等。 W18Cr4V—高速钢，用于制造钻头、铣刀等。

HPb59—1—黄铜，含Pb1%，Cu59%，Zn40%。用于制造船用螺旋桨等。

ZQSn6—6—3—铸造专铜，含Sn6%,Zn6%，Pb3%,Cu85%,用于制造轴承、轴瓦、涡轮等在

受中等冲击载荷的零件。

L2—纯铝。

ZL105—铸造铝硅合金，用于制造形状复杂的受冲作用的大型零件，如扇风机叶，水冷

汽缸头。 HT200—最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，用于制造齿轮箱，低速轴瓦等。

QT600—02—?KTZ500-04—?bmin=600MPa,?=500MPa,?min=2%的球铁，用于制造连杆曲轴等。

=4%的珠光体可锻铸铁，用于制造曲轮轴、曲轴等。

bminmin22．钳坐—HT200，铸造性能好，减震性好。

钳口—45，经低温回火，具有较高硬度且有一定的韧性及塑性。 丝杆—45，综合机械性能好。 丝母—铜，耐磨。

手柄—A3，保证强度，有一定韧性。 23．主轴—45或40Cr,综合机械性能好。 传动齿轮—45或40，综合机械性能好。 皮带盘—HT300，耐磨，减震性好，传动平稳。 主轴箱箱体—HT250，减震性好。 导轨—HT200，耐磨，润滑性能好。 刀架—45，综合机械性能好。 丝杆—45，综合机械性能好。

尾架套筒—HT200，耐磨。

手柄—HT150，耐磨，铸造性能好。

24．一般热处理由加热、保温、冷却三个阶段组成，热处理时保温的目的是使工件烧透。表面热处理可以不保温。

25．热处理后的钢的内部组织发生了变化，故其性能随之改变。

26．退火：将工件加热到一定温度，保温一段时间以后，缓冷的处理过程。 完全退火

分类 球化退火

低温退火

在结晶退火

27．完全退火适用于亚共析钢，目的是细化晶粒，消除应力，软化工件，改善切削性能。 球化退火适用于过共析钢，目的是球化Fe3C，改善钢的切削性能。 28．用低温退火，消除粗加工应力。

29．用球化退火改善T10钢的切削性能。

热处理工艺过程：将T10钢加热至Ac1+10～30℃，保温一段时间，缓冷的处理过程。 30．正火：指将钢加热到一定温度，保温一段时间，空冷的过程。

正火应用于：

1． 用于含碳量低于0.25%的低碳钢工件，通过正火适当提高温度，改善切削性能。 2． 用于消除Fe3C网状组织为球化退火作准备。

3． 对于机械性能要求不高的零件，正火可作为最终热处理。 4． 亚共析钢在淬火前正火，可细化组织，减少变形开裂倾向。

31．正火。正火可适当提高硬度，有利于切削，再则正火生产周期短。

32．淬火—指将钢加热到一定温度，保温一段时间以后，在淬火剂中快速冷却的过程。 淬火的目的：提高钢的硬度及耐磨性。

33．虎钳钳口要求综合机械性能好，用45钢，经调质热处理。

热处理工艺过程：①淬火：把45钢加热到Ac3+30～50℃，保温后，水冷；②高温回火：将淬过火的45钢再加热到500～700℃，保温后空冷。 34．淬火+低温回火。