金属材料及热处理第八章 有色金属

第一章金属材料基础知识1、什么是强度？材料强度设计的两个重要指标分别是什么？2、什么是塑性？塑性对材料的使用有何实际意义？3、绘出简化后的Fe-Fe3C相图。

4、根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因。

（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。

（2）一般要把钢材加热到1000~1250℃高温下进行锻轧加工。

（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。

5、随着含碳量的增加，钢的组织性能如何变化？6、铁碳相图中的几个单相分别是什么？其本质及性能如何？第二章钢的热处理原理1、何谓奥氏体？简述奥氏体转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。

奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？2、什么是过冷奥氏体与残余奥氏体。

3、为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？4、画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。

并标出：（1）各区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；，S，T＋M组织的冷却曲线。

（3）分别获得M、P、B下5、什么是第一类回火脆性和第二类回火脆性？如何消除？6、说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，780℃，860℃，1100℃。

7、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？8、简述随回火温度升高，淬火钢在回火过程中的组织转变过程与性能的变化趋势。

第三章钢的热处理工艺1、简述退火的种类、目的、用途。

2、什么是正火？正火有哪些应用？3、什么是淬火，淬火的主要目的是什么？4、什么是临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？5、什么是表面淬火？表面淬火的方法有哪几种？表面淬火适应于什么钢？简述钢的表面淬火的目的及应用。

6、有一具有网状渗碳体的T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性能的目的？试说明热处理后的组织状态。

7、简述化学热处理的几个基本过程。

渗碳缓冷后和再经淬火回火后由表面到心部是由什么组织组成？8、什么是钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？9、过共析钢一般在什么温度下淬火？为什么？10、将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：（1）若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？（2）如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？11、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用 45 钢，硬度要求 220 ～ 250HBS 。

金属材料及热处理一、（一）材料：是人们用来制作各种产品的物质。

现代材料各类目前已多达40多万种，且每年以5%的速度增加。

(二)机械工程材料：指机械工程中使用的材料。

分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。

1、金属材料：分为黑色金属和有色金属。

黑色金属包括铸铁、碳钢、合金钢。

铸铁和碳钢又称为铁碳合金。

有色金属分为轻有色金属（铝、镁）、重有色金属（铜、铅）、稀有色金属和稀土。

2、高分子材料：有塑料、合成橡胶、合成纤维。

3、陶瓷材料：分为硅酸盐材料和工程陶瓷。

硅酸盐材料包括玻璃、传动陶瓷、耐火材料。

工程陶瓷包括除Sio2之外的其他氧化物、碳化物、氮化物。

4、复合材料包括纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、复合材料。

（三）金属材料：1、概念：一般指工业应用中的纯金属或合金。

自然界中的纯金属大约有种，常见的有：金、银、铜、铁、锡、铝、铅、锌、镍等。

而合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成的，具有金属特性的材料。

常见的合金有：铁碳合金（钢），铜锌合金（黄铜）。

金属：是指具有光泽（强可见光、强烈反射），富有延展性（可塑性），具有良好的导电性和导热性的物质。

除汞以液态存在外，其余的都以固态形式存在，其最大特点是其晶体内含有自由电子（通常为正）且有易失去自由电子的倾向。

他们的熔点、沸点、密度等都较高，绝大多数以化合物形式存在，少数的以游离态存在（金、银），大部分金属为银白色或争灰色，少数不是，如金为黄赤色，铜为暗红色。

2、金属的分类：分为黑色金属和有色金属。

（1）黑色金属：包括碳钢、铸铁、合金钢。

碳钢是含碳量≤2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。

铸铁是含碳量为2.5%—4.0%的铁碳合金。

合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入合金元素，如加入铬、镍、硅、钨、钼等。

（2）有色金属：除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金或除钢铁以外的其它金属及其合金。

3、钢的分类（1）按化学成份：碳素钢、合金钢（2）按品质普通钢、优质钢、高级优质钢（3）按含碳量：低碳钢〔＜0.25%〕、中碳钢〔0.25—0.6%〕、高碳钢〔﹥0.6%〕（4）按用途：建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢。

《金属材料与热处理》教学大纲一、课程名称金属材料与热处理二、先修课程高等数学大学物理工程力学三、课程性质、目的及任务《金属材料与热处理》是机械类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。

为了使学生较好地消化所学知识，在学习本课程前，学生应安排金工实习，使他们对金属冶炼、加工及热处理有一个概括认识。

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。

四、本课程的基本要求通过本课程学习，要求学生1、统掌握金属材料基本理论及基本知识，初步具备应用所学理论知识分析解决实际问题的能力，为选材和热处理工艺制定打下一定的基础。

2、使学生在金属材料基础理论及基本知识方面具备应用阅读一般专业文献及进一步提高自修能力。

3、初步具备应用光学金相分析金属及合金组织的能力。

五、课程内容与学时分配六、课程的内容第一章金属的结构和结晶（一）教学目的了解金属的特征；金属的晶体结构；实际金属晶体中的晶体缺陷；金属结晶的基本概念（二）教学的重点、难点重点：体心立方，面心立方，密排六方的三种常见晶体结构；结晶的形核和长大，晶粒大小控制难点：冷却曲线、过冷度（三）教学内容金属与非金属特性；金属的晶格、点阵、晶胞、体心立方，面心立方，密排六方晶格；点缺陷、面缺陷；线缺陷；液金属与固态金属的相同与不同之处，结晶过各的形核与长大，形核与过冷度关系，晶粒大小与性能关系、晶粒大小的控制（四）本章小结实际金属是多晶体，由许多晶粒构成。

晶粒内部原子是规则排列的，其晶粒的晶体结构大都为体心立方，面心立方，密排六方。

液态金属变为固态金属的过程称为结晶，结晶是在一定的过冷度下过行的。

晶煜细小，金属的综合性能就好。

（五）本章思考题和实中内容概念题：巩固所学基本概念实训内容：观察金相试样或标准金相图片。

第1章钢的热处理一、填空题1．热处理根据目的和工序位置不同可分为预备热处理和最终热处理.2．热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。

3．珠光体根据层片的厚薄可细分为珠光体、索氏体和屈氏体。

4．珠光体转变是典型的扩散型相变,其转变温度越低,组织越细，强度、硬度越高。

5．贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种.6．感应加热表面淬火,按电流频率的不同，可分为高频感应加热淬火、中频感应加热淬火和工频感应加热淬火三种.而且感应加热电流频率越高，淬硬层越薄。

7．钢的回火脆性分为第一类回火脆性和第二类回火脆性,采用回火后快冷不易发生的是第二类回火脆性 . 8．化学热处理是有分解、吸收和扩散三个基本过程组成.9．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种.10．除Co外，其它的合金元素溶入奥氏体中均使C曲线向右移动，即使钢的临界冷却速度变小，淬透性提高。

11．淬火钢在回火时的组织转变大致包括马氏体的分解,残余奥氏体的分解,碳化物的转变，碳化物的集聚长大和a相的再结晶等四个阶段。

12．碳钢马氏体形态主要有板条和片状两种，其中以板条强韧性较好。

13、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越低，转变后的残余奥氏体量就越多二、选择题1．过冷奥氏体是C温度下存在，尚未转变的奥氏体。

A．Ms B．M f C．A12．过共析钢的淬火加热温度应该选择在A,亚共析钢则应该选择在C。

A．Ac1+30~50C B．Ac cm以上 C．Ac3+30~50C3．调质处理就是C。

A．淬火＋低温回火 B．淬火＋中温回火 C．淬火＋高温回火4．化学热处理与其他热处理方法的基本区别是C.A．加热温度 B．组织变化 C．改变表面化学成分5．渗氮零件在渗氮后应采取（ A ）工艺。

A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火 C。

淬火+高温回火 D.不需热处理6．马氏体的硬度主要取决于马氏体的（C ）A.组织形态B.合金成分 C。

第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？4.晶面指数和晶向指数有什么不同？5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。

2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。

试分析强化原因。

第三章合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B 的最大溶解度为30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40% B 的液态合金发生共晶反应。

金属材料与热处理课程标准一、课程名称：《金属材料与热处理》二、课程管理系、部及教研室：机械工程系，金材、刀具、数控加工基础、冲压、液压模具教研组三、教材版本：中国劳动社会保障出版社第一版四、大纲说明：１、适用专业：机械制造（机加、模具、数控）专业；使用范围：高技类第一学年学生；修业年限：1学年２、总学时：54学时；课程性质：专业基础课考试方式：闭卷考试成绩评定：百分制执笔：审核：审批：《金属材料与热处理》教学大纲（高技）一、课程说明1、课程的性质和内容本课程是我校二产业“宽基础、活模块”专业基础课。

主要内容包括：金属的结构与结晶、金属材料的性能、铁碳合金、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等。

2、本课程的任务本课程的任务是对学生进行金属材料的基础性教育，为模块课程学习及实际工作提供必要的金属材料知识，让学生能够正确的认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥材料的潜力，熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。

3、本课程的基本要求使学生熟悉并掌握有关金属材料的基本知识，了解常用金属材料及其力学性能；熟悉常用金属材料的牌号、成分、组织、热处理和性能，了解它们之间的相互关系和变化规律。

4、注意事项本课程涉及面广，实践性强，课时有限，教学过程中尽可能运用直观教学手段和观察实践，切实坚持理论联系实际的原则，注重认识和使用，尽量使复杂的知识简单化，介绍原理，强调并突出使用，使学生在基础知识的积累和观察实践的体验上能建立知识体系，能熟练的认识和使用所学的知识，锻炼分析问题和解决问题的能力。

由于课程涉及知识面广，要根据教学对象专业的不同，适当增补（删减）内容，充分利用教具、实物、图片和多媒体课件等教学手段，避免抽象地作理论推导和把简单的问题复杂化。

有条件的情况下还可以组织参观或者播放教学录像（光碟）等。

只要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和实验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。

金属材料及热处理金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容之一。

金属材料是广泛应用于工业生产中的一类材料，其具有优良的导电、导热和机械性能。

而热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。

金属材料的分类主要有两种，一是通过成分分类，即根据其成分的不同来区分，如铜、铝、铁、钢等；二是通过性质分类，即根据其物理性质和化学性质来区分，如有色金属和黑色金属。

根据材料的成分和性质，我们可以选择合适的金属材料来满足具体的工程要求。

金属材料的性能可以通过热处理来改善。

热处理是指将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后再进行冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。

热处理的主要目的有三个方面：一是改善金属材料的力学性能，如提高强度、硬度和韧性等；二是改善金属材料的物理性能，如提高导电性和导热性等；三是改善金属材料的化学性能，如提高耐蚀性和耐磨性等。

常用的热处理方法有淬火、回火、正火、退火等。

淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，使其产生马氏体组织，从而提高材料的硬度和强度。

回火是将已经淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火的脆性，提高韧性和塑性。

正火是将金属材料加热到一定温度，然后保持一段时间，然后缓慢冷却，以使材料的组织均匀化，提高材料的强度和韧性。

退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改变材料的组织结构，提高材料的延展性和塑性。

热处理工艺的选择要根据具体的材料和工程要求进行。

在选择热处理方法时，需要考虑到材料的成分和性质、所需的性能和组织结构等因素。

此外，热处理的参数也需要控制得当，包括温度、时间和冷却速度等。

只有合理选择热处理工艺和控制好热处理参数，才能最大程度地改善金属材料的性能。

综上所述，金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容。

金属材料具有优良的导电、导热和机械性能，在工业生产中广泛应用。

热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。

有色金属及其热处理有色金属是指除了铁和钢之外的所有金属材料，包括铜、铝、镁、锌、铅、锡等。

这些金属在工业生产中具有广泛的应用，例如电力、建筑、交通运输、电子设备等领域。

然而，有色金属的性能往往需要通过热处理来进行改善和优化。

热处理是通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其晶体结构和性能的一种工艺。

有色金属的热处理可以分为固溶处理、时效硬化和变形处理三个主要类型。

固溶处理是在特定温度下，将固溶体中溶解度较高的元素溶解进固溶体中，然后通过快速冷却使之保持在超饱和状态。

这在有色金属中被广泛应用于改善合金的强度和硬度，同时保持良好的塑性。

以铝合金为例，通过固溶处理可以提高其抗拉强度和抗疲劳性能，同时保持良好的可塑性和韧性。

时效硬化是在固溶处理后，将合金在适当温度下进行长时间的自然或人工时效。

在这个过程中，固溶体内的溶质元素会重新排列，并形成细小而均匀的析出相。

这些析出相对于晶体的位错和界面起到了钉扎和阻碍的作用，提高了合金的抗拉强度和硬度。

铜合金是常见的应用时效硬化的有色金属，其时效硬化后的材料在航空航天、汽车和船舶等领域中得到广泛应用。

变形处理是通过机械或热变形，将有色金属的晶粒进行细化和调整，从而改善其性能。

这种处理方式可以提高材料的强度和韧性，并且常用于铜、铝等金属的加工过程中。

例如，在铜管制作中，通过多次冷轧和退火，可以使其晶粒逐渐变细，提高其导热性能和机械强度。

总之，有色金属及其热处理是现代工业生产中不可或缺的重要部分。

通过合理的热处理工艺，可以改善有色金属的性能，使其更好地满足各个领域的需求。

在实际应用中，需要根据具体的金属材料和产品要求，选择适当的热处理工艺和参数，以获得理想的材料性能。