中南大学热处理-均匀化退火习题

二章均匀化退火1.简述铸态合金的组织特点。

非平衡凝固过程，使铸态合金的组织处于亚稳定状态。

✓基体固溶体成分不均匀，晶内偏析，组织呈树枝状；✓产生非平衡共晶组织；✓可溶相在基体中的最大溶解度发生偏移，在某些情况下，平衡状态为单相成分的合金可能出现非平衡的第二相，而多相合金过剩相的数量会增多；✓高温形成的不均匀固溶体，其浓度高的部分在冷却时来不及充分扩散有的处于过饱和状态。

2. 简述铸态合金性能特点和及产生的原因。

.（1）塑性下降成分不均匀，出现非平衡脆性相，塑性下降。

尤其是，在枝晶网胞或晶界上生成粗大网状脆性相，塑性严重下降（2）抗电化学腐蚀能力下降成分不均匀，枝晶胞中心与胞界电位差大，形成浓差微电池，抗电化学腐蚀能力下降。

尤其是，在枝晶网胞或晶界上生成粗大网状脆性相，抗蚀力严重下降。

（3）材料各向异性增强成分不均匀，具有不同成分的微区在变形过程中延长而形成带状结构，造成材料各向异性。

尤其是，在枝晶网胞或晶界上粗大网状脆性相破碎，而沿晶（带）间分布，增大层断和晶（带）间断裂的倾向，增大各向异性。

（4）材料工艺参数难以控制成分不均匀，固相线温度下移，后续加热加工和热处理工艺参数难以控制。

尤其是，在枝晶网胞或晶界上低熔点化合物或共晶混合物，易过热、过烧。

（5）变形抗力增大产生淬火效应，非平衡组织存在，大量过剩相存在，会引起变形抗力增大。

另外，成分不均匀，性能不均，形变不均，也会导致开裂，易产生内应力，不利于加工。

（6）组织处于亚稳定状态组织处于亚稳定状态，具有铸态组织的制品在高温工作或长时间服役过程中，会向稳定化方向蠕变，。

可能发生固溶体成分的均匀化和非平衡相的溶解，促进蠕变过程。

而造成组织、性能、形状和尺寸不稳（有时性能的变化可能超过容许的范围）。

3．均匀化退火过程中的组织性能变化（理想状态）➢枝晶偏析消除，成分均匀化;➢非平衡相消失，过剩相减少;➢非平衡组织平衡化（相转变），亚稳相消失，平衡第二相球化和聚集，块状、网状第二相消失;➢过饱和固溶体分解；➢晶粒长大➢4.简述均匀化处理的目的在高温下通过扩散消除或减小实际结晶条件下晶内成分不均匀性和偏离于平衡的组织状态，改善合金材料的工艺性能和使用性能。

一、填空题1、试写出下列材料的类别.（按用途分)与应用（举一例）。

20CrMnTi 属合金结构钢(类别）；可制作变速箱齿轮；T10属碳工具钢;可制作锉刀；45属碳素结构钢；可制作齿轮、螺栓；W18Cr4V属合金工具钢;可制作车刀；2、化学热处理的基本过程是加热、保温、冷却。

3、钢的淬透性主要取决于过冷奥氏体的稳定性，马氏体的硬度主要取决于含碳量与组织形态 ,钢的表层淬火,只能改变表层的组织结构，而化学热处理既能改变表层的组织结构，又能改变表层的成分。

4、低碳钢为了便于切削，常预先进行正火（提高硬度）处理;高碳钢为了便于切削，常预先进行退火（降低硬度)处理；5、索氏体中的渗碳体是层片状形貌。

回火索氏体中的渗碳体是珠粒状形貌。

6、纯Al的主要强化方法是晶粒细化（加工硬化），Al-Cu合金的主要强化方法是时效强化(固溶强化).7、再结晶形核的主要机理有应变诱发的晶界迁移机制,亚晶长大的形核机制。

8、欲消除过共析钢中大量的网状渗碳体应采用球化退火（正火），消除铸件中枝晶偏析应采用均匀化退火。

1。

共析钢淬火后，低温、中温、高温回火组织分别为回火马氏体,回火屈氏体，回火索氏体。

2. 马氏体形态主要有板条状和片状两种,其中片状马氏体硬度高、塑性差。

4．为了保持冷变形金属的强度和硬度，应采用回复退火工艺。

5．铝合金的时效方法可分为自然和人工两种。

1。

共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是P珠光体 ;B贝氏体； M屈氏体。

2、为了降低冷变形金属的强度和硬度，应采用回复与再结晶退火工艺。

3、根据渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同，渗碳方法可以分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳3. 45钢正火后渗碳体呈层状,调质处理后渗碳体呈球粒状。

4．中温回火主要用于各种弹簧和锻模等典型零件处理,回火后得到回火屈氏体组织.5 ．铝合金按其成分及生产工艺特点,可分为铸态和变形；变形铝合金按热处理性质可分为热处理非强化型铝合金和可热处理强化型铝合金两类；铝合金的时效方法可分为人工时效和自然时效两种。

一、填空题（本题25分，每空1分）1．热处理基本工艺参数：（）;（）;（）;（）.2. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线高温转变区的转变产物是（），（），（）。

3. 45钢正火后渗碳体呈（）状，调质处理后渗碳体呈（）状。

4．为了保持冷变形金属的强度和硬度，应采用（）退火5．中温回火主要用于处理（）类型的零件，回火后得到（）组织。

6. .时效强化是（）与（）的相互作用。

主要有（）强化机制与（）强化机制。

7. 再结晶的驱动力是变形时与( )有关的储能。

再结晶形核的主要机制有应变诱发的( )迁移机制及( )长大的形核机制。

8 .新相形核的阻力是新相与母相之间的（）能；新相与母相比容积差导致的（）能。

9．铝合金的等温时效方法可分为（）时效和（）时效。

10.回归时间过长，则会出现对应于该温度下的（），使硬度重新升高，或发生（）时效，达不到回归处理的效果。

二、简答题（本题30分，每小题6分）1.简述均匀化处理的目的.2.冷变形金属退火时的加热速度过慢或过快均有升高再结晶温度的趋势，为什么？3. 简述无沉淀析出带产生的原因及这一观点对合金性能的影响。

4.请说明在时效过程中为什么一般均是先出现亚稳过渡相而不直接形成稳定相？5. 人工时效时，对应于局部脱溶的某一阶段晶间腐蚀速率会出现最大，腐蚀抗力最小。

为什么？三、问答题（本题45分）1.由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。

生产中混入了45钢料，如果按T12钢进行淬火＋低温回火处理，问其中45钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？（15分）2.为下列材料的热处理工艺选择合适的加热范围，并说明理由。

（1）20钢完全退火；（2）40钢高温回火；（3）T10钢淬火；（4）T10钢正火；（5）T10钢低温回火(温度选择用Ac1,Acm等代号表示)（15分）3. 在生产中有时采用两段时效工艺，即第一次用较低的温度进行时效，第二次用较高的温度进行时效，目的何在？（15分）。

工程材料实习报告一、填空1 ．热处理工艺过程通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。

热处理的目的是改变金属内部的组织结构，改善力学性能。

2. 退火处理有如下作用：消除中碳钢铸件缺陷；改善高碳钢切削加工性能；去除大型铸件、锻件应力。

3. 常用的表面热处理方法有表面淬火与化学热处理等几种，表面热处理的目的是改善零件的表面性能，表面处理后零件的心部性能一般影响不大。

4. 工具（刀具、量具和模具）需要高硬度和高耐磨性，淬火之后，应在150-250℃温度范围内进行低温回火；弹簧和弹性零件需要高强度、高弹性和一定的韧性，淬火之后应在300-500℃温度范围进行中温回火；齿轮和轴类等零件需要获得良好的综合力学性能，淬火之后，应在500-650℃温度范围内进行高温回火。

5 ．钢与铸铁的基本区别之一是含碳量不同，钢的含碳量在2.11%以下，铸铁的含碳量在2.11% 以上。

而钢的含碳量在0.25%以下时称为低碳钢，含碳量为0.25-0.60%为中碳钢，含碳量在大于0.6%时为高碳钢。

6 ．调质是淬火与高温回火相结合的热处理工艺。

二、名词解释退火：金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的过程；正火：将工件加热至Ac3或Acm 以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺；淬火：钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms 以下（或Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺；强度：表征金属材料抵抗断裂和变形的能力；塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力；冲击韧度：反应材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂破坏的能力。

三、将下列各种牌号的材料，填入合适的类别，并举例说明可以制造何种零件Q235 45 QT600-2 HT200 KTB350-06 60Si2MnW18Cr4V 35CrMo T10 T12A 1Cr18Ni9 9SiCrQ２３５碳素结构钢，可以制造螺栓键轴W18Cr4V 高速钢，可以制造切削刀具模具４５碳素结构钢，可以制造轴齿轮1Cr18Ni9不锈钢，可以制造医疗工具量具T10碳素工具钢，可以制造锯条冲头HT200灰口铸铁，可以制造底座泵体阀体T12A 高级优质碳素工具钢，可以制造量规KTB350-06可锻铸铁, 可以制造扳手犁刀35CrMo 合金调质钢，可以制造齿轮主轴QT600-2 球墨铸铁，可以制造连杆曲轴60Si2Mn 合金弹簧钢，可以制造减震弹簧9SiCr 合金工具钢，可以制造丝锥四、问答：1 ．碳钢的力学性能与含碳量有何关系？低碳钢、中碳钢、高碳钢的力学性能有何特点？答：碳含量对碳钢力学性能的影响：随着碳含量的增加，钢的硬度始终上升，塑性、韧性始终下降；当碳含量小于0.9%时，随着碳含量的增加强度增加，反之，强度下降。

第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。

2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。

3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。

在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。

第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。

2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。

3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。

4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。

5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 ，导电性 。

6）间隙固溶体是 ，间隙化合物是 。

二、 问答1、 分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。

已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。

1.（1）K。

=C2/C1即固液两平衡相中浓度之比值，当K。

<0，由于宏观偏析，先凝固的外层中溶质元素的含量低于后凝固的内层，因为根据溶质原子的分配规律，在不平衡结晶过程中，溶质原子在固相内基本不扩散，则先结晶的固相在溶质原子浓度低于平均成分，而子是边缘先凝固，心部后凝固，故后凝固的心部溶质原子浓度高。

（2）大。

合金的两相区域越大，即液相线与固相线之间的水平距离越大，此时K。

越小，偏析的最大程度为C。

（1-K。

），故两相区域越大，K。

越小，宏观偏析越严重。

（3）减弱。

因为宏观偏析产生的原因是溶质原子在固相和液相中扩散不充分，造成大范围内化学成分不均匀，强对流和搅拌可以加快原子扩散，使扩散更均匀，从而减弱宏观偏析。

（4）可以①振动，搅动。

对即将凝固的金属进行振动或搅动，一方面是依靠以外面输入能量使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，细化晶粒，同时加快扩散，使结晶的固相成分更均匀。

②控制过冷度。

形核率N和正大速度G都与过冷度△T有关，△T上升，N和G上升，但N的增长率大于G的增长率，故在一般金属结晶时的过冷度范围内，△T越大，比值N/G越大，晶粒越细小。

③变质处理。

在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。

2、（1）α相（Cu）晶体结构类型为：面心立方晶格η相（Zn）——为：密排六方晶格（2）902 包晶：（5）严重。

①枝晶偏析的大小与分配系数K。

有关，也即与液相线和固相线间的水平距离或成分间隔有关。

偏析的最大程度为C。

（1-K。

），由于K。

<1, K。

越小偏析越大。

K。

=②溶质的扩散能力对偏析程度有影响，如果结晶温度较高，溶质原子扩散能力又大，则偏析程度较小，反之，偏析程度较大。

③冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。

3、对再结晶形核机制的影响：（1）随着变形程度的不同，再结晶核心一般通过两种方式形成：一是某些亚晶界的迅速成长而变为核心，即亚晶形核，多发生在较大冷塑性变形的金属中；二是原晶界的某些部位突然迅速成长变为核心，即凸出形核，多发生在较小塑性变形的金属中。

金属材料及热处理1、从南极到北极，1、拉伸试验时试样拉断前能承是的最大标称应力称为材料的()。

——[单选题]A 屈服强度B 抗拉强度C 弹性极限正确答案：B2、测定淬火钢的硬度，般常选用()来测试。

——[单选题]A 布氏硬度计B 洛氏硬度计C 维氏硬度计正确答案：B3、做疲劳试验时，试样承受的载荷为(）——[单选题]A 静载荷B 冲击载荷C 循环载荷正确答案：C4、金属材料抵抗永久变形和断裂的能力，称为( )、——[单选题]A 硬度B 塑性C 强度正确答案：C5、金属材料的()越好，则其压力加工性能越好。

——[单选题]A 强度B 塑性C 硬度正确答案：B6、有一金属紧固螺钉在使用过程中发现有较大的塑性变形，这是因为紧固螺钉制作材料的力学性能指标()值较低。

——[单选题]A 屈服强度B 韧性C 塑性正确答案：A7、力学性能( )是大多数机械零件选材和设计的依据。

——[单选题]A 屈服强度B 韧性C 塑性正确答案：A8、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为() )。

——[单选题]A 硬度B 强度C 疲劳强度正确答案：B9、 08F牌号中,08表示其平均碳的质量分数为( )。

——[单选题]A 0.08%B 0.8%C 8%正确答案：A10、普通、优质和特殊质量非合金钢是按( )进行区分的。

——[单选题]A 主要质量等级B 主要性能C 使用性能D 前三者综合考虑正确答案：A11、合金渗碳钢经过渗碳处理、( )后，可满足使用要求。

——[单选题]A 淬火加低温回火B 淬火加中温回火微C 淬火加高温回火正确答案：A12、冷成形弹簧冷卷成形后，需要在250~ 300C范围内进行去应力退火，以消除应力（）。

——[单选题]A 稳定尺寸B 提高塑性C 提高硬度正确答案：A13、调质处理就是( C )的热处理。

——[单选题]A 淬火十低温回火B 淬火十中温回火语C 淬火十高温回火正确答案：C14、化学热处理与其他热处理方法的基本区别是( )。

第十章 原子扩散1、 简要说明影响溶质原子在晶体中扩散的因素。

答： 影响扩散的因素主要有温度，温度越高，扩散越快；晶体缺陷如界面、晶界位错容易扩散；不同致密度的晶体结构溶质原子扩散速度不一样，低致密度的晶体中溶质原子扩散快，各向异性也影响溶质原子扩散；在间隙固溶体中溶质原子扩散容易；扩散原子性质与基体金属性质差别越大，扩散越容易；一般溶质原子浓度越高，扩散越快；加入其它组元与溶质原子形成化合物阻碍其扩散。

2、Ni 板与Ta 板中有0.05mm 厚MgO 板作为阻挡层，1400℃时Ni ＋通过MgO 向Ta 中扩散，此时Ni ＋在MgO 中的扩散系数为D=9×10－12cm 2/s ，Ni 的点阵常数为3.6×10－8cm 。

问每秒钟通过MgO 阻挡层在2×2cm 2的面积上扩散的Ni ＋数目，并求出要扩散走1mm 厚的Ni 层需要的时间。

答：Ni 为fcc 结构，一个晶胞中的原子个数为4，依题意有：在Ni/MgO 界面镍板一侧的Ni 的浓度C Ni 为100%，每cm 3中Ni 原子个数为：N Ni/MgO =(4原子/晶胞)/(3.6×10－8cm 3)=8.57×1022原子/cm 3，在Ta/MgO 界面Ta 板一侧的Ni 的浓度0%，这种扩散属于稳态扩散，可以利用菲克第一定律求解。

故浓度梯度为dc/dx ＝（0－8.57×1022原子/cm 3）/（0.05cm ）＝－1.71×1024原子/（cm 3.cm ）， 则Ni 原子通过MgO 层的扩散通量：J ＝－D （dc/dx ）=－9×10－12cm 2/s ×(－1.71×1024原子/（cm 3.cm ）) =1.54×1013Ni 原子/（cm 2.s)每秒钟在2×2cm 2的面积上通过MgO 层扩散的Ni 原子总数N 为 N ＝J ×面积＝[1.54×1013Ni 原子/（cm 2.s)]×4cm 2=6.16×1013Ni 原子/s 。