金属学热处理课后答案

1、原子中的电子按照什么规则排列？什么是泡利不相容原则?

答：原子核外电子的排列是随原子序数的增加呈周期性变化。把所有元素按相对原子质量及

电子分布方式排列称为元素周期表。一个原子中不可能存在四个量子数完全相同的两个电子

为泡利不相同原理。

2、典型的金属晶体具体有那三种晶体结构？晶体结构中原子半径受那些因素而变化？

答：典型金属具有面心立方、体心立方和密排六方三种晶体结构。原子半径并非固定不变，

除与温度、压力等外界条件有关外、还受结合键、配位数以及外层电子结构等因素的影响。

3、根据缺陷在空间的几何图形，将晶体缺陷分为那三类？晶体的面缺陷具体包括那些内

容？表面吸附在工业中有什么意义？

答：晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面)

和内界面（晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界）两类。表面吸附是净化和分离技术的

重要机理之一，广泛应用与三废治理、轻工、食品及石油、化工工业等。

4、晶体中位错有那两种基本类型？位错在晶体中主要运动方式有那两种？

答：晶体中位错的基本类型是刃型位错和螺型位错，实际位错往往是两种类型的混合，称为

混合位错。位错在晶体中运动方式有两种：滑移和攀移。其中滑移最重要。

5、控制铸件晶粒尺寸的有那些途径？铸锭的主要缺陷是什么？

答：控制铸件晶粒尺寸的主要途径：增加环境冷却能力，化学变质法和增加液体流动。铸锭

的主要缺陷：宏观偏析（正常偏析、反偏析、比重偏析、夹杂和气孔、缩孔与疏松）和微观

偏析（枝晶偏析和胞状偏析）。

6、根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具备那些特征？

答;根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具备如下性能：a高的疲劳强度，防止轴的疲

劳断裂b优良的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度，较高的韧性，防止塑形变形

及过载火冲击载荷下的折断和扭断c局部承受摩擦的部位具有较高的硬度和耐磨性，防止磨

损失效d在特殊条件下工作的轴的材料应具备特殊性能，如蠕变抗力，耐蚀性等

7、零件选材的基本原则是什么？

答：零件选材的基本原则：根据材料的使用性能选材；根据材料的工艺性能选材；根据材料

的经济性选材；在满足使用性能条件的前提下，充分考虑材料的工艺性能，同时要使生产零

件的成本降低。

8、什么是本质晶粒度？它在热处理中生产中有什么重要的意义？

答：本质晶粒度是指按标准试验方法在930加减10度保温足够时间（3~8h）后测定的晶粒

大小。它表示在一定条件下，晶粒长大的倾向。从热处理生产角度看，为了获得细小的奥氏

体晶粒，宜选用本质细晶粒钢。这样其晶粒长大倾向小淬火温度范围宽、生产上容易掌握。

例如，渗碳钢须在930度高温下长时间渗碳，就宜用本质细晶粒钢。利于渗碳后直接淬火。

9、钢的C曲线有什么使用价值？

答;C曲线具有重大的实用价值；用于制定钢的合理热处理工艺；分析钢的热处理后组织和

性能；估计钢的淬偷性和选择适当的淬火介质；比较合金元素对钢的淬硬层深度和马氏体点

的影响；

10、马氏体性能的主要特征是什么？为什么？

答：马氏体性能的显著特点是具有高硬度和高强度。马氏体的硬度主要取决于含碳量。合金

元素对马氏体的硬度影响不大，但可以提高硬度。马氏体高硬度、高强度的主要原因是由于

碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化；

11、什么是碳氮共渗的黑色组织？如何防止此类缺陷的产生？

答;黑色组织是指黑点、黑带和黑网。为了防止黑色组织的出现，渗碳中含氮量不宜过高，

一般含氮量大于百分之5就易出现点状黑色组织；渗层中氮含量也不宜过低，否则易出现托氏体网。因此氨气的加入量要适中，氨量过高，炉气露点降低，均会促进黑色组织的出现。

为了抑制托氏体网的出现，也可以适当提高淬火的加热温度火采用冷却能力强的冷却介质。

黑色组织深度小于0.02mm时可采用喷丸强化不救。

12、简述感应加热淬火的基本原理？

答：利用通入交流电流的加热感应器在工作中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效

应是工件表层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却（或浸入冷却）工件表层获得一定深

度淬硬层。电流频率越高，淬硬层越深。

13、写出常用钢的淬火加热时间计算公式并说明各符号的意义？

答：常用钢的淬火加热时间公式：T=KaD式中T为加热时间（min）；K为装炉时的修正系

数，通常1.0~1.3;a为加热系数通常0.7~1.2min/mm，合金钢取上限；D为工件有效厚度；

14、常用的冷却介质有那些（至少说出6种）？

答;常用冷却介质：水、碱水、盐水、机械油、硝盐、聚乙烯醇、三硝水溶液、水溶性淬火

剂。

15、简述钢的回火四个阶段（指出各阶段的温度、组织)?

答;a80~200马氏体分解阶段；b200~300残余奥氏体分解为饱和a和碳化物；c250~400马氏

体分解完成。a中碳含量降低到正常饱和状态，ε碳化物转变成极细的颗粒状碳化物；d400

度以上为渗碳体颗粒聚集长大并形成球状，铁素体回复、再结晶。在300度以下为回火马氏

体；300~5000度为回火托氏体；500~650为回火索氏体组织。

16、铝合金按加工特点可分为那两类？那些变形铝合金不能进行热处理强化？

答：铝合金按加工特点可分为铸造铝合金、变形铝合金。除锈铝合金不能进行热处理强化；

17、镁合金淬火与时效具有那些特点？

18、镁合金淬火与时效具有一下特点：a淬火温度较低b淬火加热速度较缓慢c淬火保温时

间较长d可以缓慢冷却e必须在保温气氛中加热f自然时效几乎没有强化效果。

19、写出变形黄铜防止季节性破裂的退货工艺？

答：变形黄铜防止季度性破裂的退火工艺为250~300度x2~4h，空冷。

20、高速钢刀具加热时间的计算原则？

答：t=aD式中t为总的加热时间（s）；a为加热系数（s/mm）；D工件有效厚度。对于有效

厚度大的刀具取中下限，有效厚度小的刀具取上限，下限淬火温度采用上限加热系数。装炉

量大时，适当增加时间。短的、局部加热刀具取上限。

21、对于高精度量具，如塞规、量规等，要求尺寸稳定性，高耐磨性，以及一定韧性，故此

应当选用什么材料（至少说出3种以上）

答：应当采用CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、GCr15等过共析合金钢。

22、模具失效的主要形式有那些，模具可分为那三类？

答：模具失效的主要形式表现为断裂、过量变形、表面磨损。模具可分为冷作模具、热作模

具和成型模具三大类。

23、60SiMn钢四序冲摸采用常规热处理存在什么问题？改进工艺是什么？

答:常规热处理淬火温度偏低，保温时间不足，在淬火组织中存在这残留碳化物，心部存在

未溶铁素体，导致强度和硬度降低，使用过程中产生弯曲、镦粗、成性部位过早软塌等缺陷。

改进工艺采用快速球化工艺，最终热处理采用高温淬火（920~950）可获得相当多的板条马

氏体，是断裂韧度升高，有足够的冲击韧度，最好的屈服强度，较高的抗弯强度和抗压强度

以及优良的耐磨性能，使寿命可提高2~3倍。

24、要获得优良的喷涂层必须控制那四种基本因素？

答：所有热喷涂过程都取决于四个基本因素：设备、材料、工艺和人员，称之为4M因素，

严格控制4M因素，就可以获得优良的热喷涂层。 25、简述滚动轴承的工作情况和技术特性？

答;滚动轴承在工作时，承受高达300~500Mpa的交变接触压应力及很大的摩擦力，还会受

到大气、润滑油的浸蚀，还常用接触疲劳引起麻点剥落和多度磨损失效，有时反会因腐蚀而

使精度下降。因此，通常要求滚动轴承应具有高硬度、高耐磨性、高的接触疲劳强度以及高

韧度、高强度和良好的尺寸稳定性。对于特殊条件下工作的轴承还需要耐腐蚀、耐高温、防

磁性等特性。

26、减少齿轮热处理畸变的主要措施？

答：a进行必要的预先预热处理b合理的装炉方法c渗碳淬火后不经清洗直接回火d采用快

速加热e加心轴淬火f采用碳氮共渗代替渗碳g选用微变形钢种h采用压床淬火i采用硝盐

分级和热油淬火（油温140度）。

27、65Mn钢弹簧采用那种热处理工艺才能避免簧片断裂？

答：65Mn钢弹簧采用常规盐浴炉子加热淬火，装备经常出现断裂。改进工艺;350~400度

X4min预热，升至820度x（3~5）min加热，160度x（3~5）min碱浴等温250度x2h回火；

360度x2h定型处理、油冷。满足里技术要求、避免了断裂。

28、有一种大量生产的销子，重量约200克，材料应为40Cr钢，淬火后发现有部分20号钢

混入其中，这批半成品零件还留有精加工余量，请按优劣顺序提出2~3套解决方案，并说明

每种方案所需的条件。

答：第一方案：用材质电磁法无损检验仪进行分选，条件是有仪器设备，且具有专业知识的

技术人员进行调试指导。

第二方案;用看谱镜法分选混料，条件是有看谱镜及技术熟练的操作人员。

第三方案：有火花鉴别法分选，条件是要有经验的操作者进行分选。

29、疲劳断口的宏观形貌和微观形貌特征是什么？以疲劳断口为例说明断口分析是断裂失

效分析的关键。

答：疲劳断口的宏观形貌特征;宏观上观察疲劳断裂不发生肉眼可见的宏观变形，具有脆性

断裂的特征，疲劳断口一般由三个去组成，即疲劳源区，裂纹扩展区和瞬断区。

疲劳源区面积较小而平坦，一般于表面或近表面，有时有多个疲劳源区，但是先后发生

的。当表面存在类裂纹缺陷时，疲劳裂纹由缺陷处扩展而不存在源区。

裂纹扩展区呈海滩或贝壳花样，由一些间距不等的以疲劳源为圆心的平行弧线。疲劳贝

壳花样是疲劳裂纹重要特征

瞬断区是最后裂纹失稳扩展所形成的断裂区，具有静载荷裂纹断口的特征。

由疲劳断口的情况可知，在断口中包含看从裂纹产生（裂纹源区)、裂纹扩展直至最终

断裂的全过程的相关信息，是分析断裂失效模式找出失效原因的重要依据，因此断口分析是

断裂失效分析的关键。

30、什么是低温脆性现象？试用材料的解理断裂强度和屈服强度随着温度的变化来说明这

一现象。

答：低温脆性现象：某些合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢，在冲击韧度试验时

当试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断口

特征由纤维状变为结晶状，这是低温脆性现象；

低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加的后果，因为在文帝降低时材料的解理断裂强

度却变化很小，或略有降低，于是两条曲线相交于一点，其对应的温度就是韧脆转变温度tk，

因为高于tk时，解理断裂强度大于屈服强度，材料受载后先屈服在断裂，为韧性断裂；低

于tk时，外加应力先达到解理断裂强度，材料就表现为脆性断裂。

由于材料化学成分的统计性，韧脆转变温度实际上不是一个温度点而是个温度区间。