工程材料及其應(yīng)用課后答案

1、精品文檔 第一章材料的性能 1- 1什么是金屬材料的力學(xué)性能？金屬材料的力學(xué)性能包含哪些方面？ 所謂力學(xué)性能，是指材料抵抗外力作用所顯示的性能。力學(xué)性能包括強(qiáng)度剛 度硬度塑性韌性和疲勞強(qiáng)度等 1- 2什么是強(qiáng)度？在拉伸試驗(yàn)中衡量金屬?gòu)?qiáng)度的主要指標(biāo)有哪些？他們?cè)诠こ虘?yīng) 用上有什么意義？ 強(qiáng)度是指材料在外力作用下，抵抗變形或斷裂的能力。在拉伸試驗(yàn)中衡量金 屬?gòu)?qiáng)度的主要指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。 屈服強(qiáng)度的意義在于：在一般機(jī)械零件在發(fā)生少量塑性變形后， 零件精度降 低或其它零件的相對(duì)配合受到影響而造成失效，所以屈服強(qiáng)度就成為零件設(shè)計(jì) 時(shí)的主要依據(jù)之一。 抗拉強(qiáng)度的意義在于：抗拉強(qiáng)度是表示材料抵抗大量

2、均勻塑性變形的能力。 脆性材料在拉伸過(guò)程中，一般不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，因此，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂 強(qiáng)度，它表示材料抵抗斷裂的能力?？估瓘?qiáng)度是零件設(shè)計(jì)時(shí)的重要依據(jù)之一。 1- 3什么是塑性？在拉伸試驗(yàn)中衡量塑性的指標(biāo)有哪些？ 塑性是指材料在載荷作用下發(fā)生永久變形而又不破壞其完整性的能力。拉伸 試驗(yàn)中衡量塑性的指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率。 1- 4什么是硬度？指出測(cè)定金屬硬度的常用方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。生產(chǎn)中測(cè)定硬度最常用的 方法有是壓入法，應(yīng)用較多的布氏硬度洛氏硬度和維氏硬度等試驗(yàn)方法。 布氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)：因壓痕面積較大，能反映出較大范圍內(nèi)被測(cè)試材料 的平

3、均硬度，故實(shí)驗(yàn)結(jié)果較精確，特別適用于測(cè)定灰鑄鐵軸承合金等具有粗大經(jīng) 理或組成相得金屬材料的硬度；壓痕較大的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定， 重復(fù)性 強(qiáng)。其缺點(diǎn)是對(duì)不同材料需要換不同直徑的壓頭和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量 也比較麻煩；因壓痕大，不以測(cè)試成品和薄片金屬的硬度。 洛氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是：操作循序簡(jiǎn)便，硬度值可直接讀出；壓痕和較小， 可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測(cè)定各種軟硬不同的金屬厚薄不一的式樣 的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是：因壓痕較小，對(duì)組織比較粗 大且不均勻的材料，測(cè)得的結(jié)果不夠準(zhǔn)確；此外，用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此 沒(méi)有聯(lián)系，不能直接進(jìn)行比較。 維氏硬度試驗(yàn)法的

4、優(yōu)點(diǎn)是：不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力與壓頭直徑之 間滿足所規(guī)定條件的約束，也不洛氏硬度試驗(yàn)是不同標(biāo)尺的硬度無(wú)法統(tǒng)一的弊 端，硬度值較為精確。唯一缺點(diǎn)是硬度值需要通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn) 行計(jì)算或查表，因此工作效率比洛氏硬度低得多。 1- 5在下面幾種情況下，該用什么方法來(lái)測(cè)試硬度？寫(xiě)出硬度符號(hào)。 （1）檢查銼刀、鉆頭成品硬度；（2）檢查材料庫(kù)中鋼材硬度；（3）檢查薄壁工 件的硬度或工件表面很薄的硬化層；（4）黃銅軸套；（5）硬質(zhì)合金刀片； （1）檢查銼刀、鉆頭成品硬度采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定， 硬度值符號(hào)HRC o （2） 檢查材料庫(kù)中鋼材硬度采用布氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HBWo

5、（3）檢查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化層硬度采用洛氏硬度試驗(yàn) 來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào) HRC。 （4） 黃銅軸套硬度采用布氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HBW o （5） 硬質(zhì)合金刀片采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HRC。 1-6什么是沖擊韌性？ aK指標(biāo)有什么應(yīng)用意義？ 沖擊韌性是指金屬材料在沖擊力作用下，抵抗破壞的能力。 沖擊韌性aK代表了在指定溫度下，材料在缺口和沖擊載荷共同作用下脆化 的趨勢(shì)及其程度，是一個(gè)對(duì)成分、組織、結(jié)構(gòu)極敏感的參數(shù)。一般把沖擊韌性值 aK低的材料稱為脆性材料，把沖擊韌性值 aK高的稱為韌性材料。 1-7為什么疲勞斷裂對(duì)機(jī)械零件有很大的潛在危險(xiǎn)？交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)

6、力有什么 區(qū)別？試舉出一些零件在工作中分別存在著兩種應(yīng)力的例子。 疲勞斷裂與靜載荷作用下得斷裂不同，無(wú)論是脆性材料還是塑性材料，疲勞 斷裂都是突然發(fā)生的脆性斷裂，而且往往工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度，固有很大的 危險(xiǎn)性。 隨時(shí)間做周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力，應(yīng)力每重復(fù)變化一次的過(guò)程成為 一個(gè)應(yīng)力循環(huán)。常見(jiàn)的循環(huán)應(yīng)力有以下幾種： （1）對(duì)稱交變應(yīng)力，如火車軸的彎 曲對(duì)稱交變應(yīng)力，曲軸的扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力。 （2）脈動(dòng)應(yīng)力，如齒輪齒根的循環(huán)彎曲 應(yīng)力；軸承應(yīng)力則為循環(huán)脈動(dòng)壓應(yīng)力。 （3）波動(dòng)應(yīng)力，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓的循環(huán) 應(yīng)力。(4)不對(duì)稱交變應(yīng)力，如汽車，拖拉機(jī)和飛機(jī)零件在運(yùn)行工作時(shí)因道路或 云層的變化，其

7、變動(dòng)應(yīng)力呈隨機(jī)變化。 第二章材料的結(jié)構(gòu) 2- 1: 1g鐵在室溫和1000r時(shí)各含有多少個(gè)晶胞？( Fe的相對(duì)原子質(zhì)量56) 在室溫：鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為2個(gè)，所以1g鐵含有的 晶胞數(shù)為N= 丄叭二丄山 562112 1000 r時(shí)：鐵為面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為4個(gè)，所以1g鐵含有的 晶胞數(shù)為N=1 1 N a= Na 564224 2- 2在立方晶格中，畫(huà)出下列晶向和晶面指數(shù)：(111),(110),(211) (-111), 111, 110, 112，-111。 2- 3求面心立方晶體中112晶向上的原子間距。 d=V (a2+(V 2/2a)2= V (3/

8、2) a 2- 4單晶體和多晶體有何差別？為什么單晶體具有各向異性，多晶體具有各項(xiàng)同 性？ 單晶體是由原子排列位向或方式完全一致的晶格組成的；多晶體是由很多個(gè) 小的單晶體所組成的，每個(gè)晶粒的原子位向是不同的。V 因?yàn)閱尉w內(nèi)各個(gè)方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而 表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方向上的力相互 抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。 2- 5簡(jiǎn)述實(shí)際金屬晶體和理想晶體在結(jié)構(gòu)與性能上的主要差異。 理想晶體中原子完全為規(guī)則排列，實(shí)際金屬晶體由于許多因素的影響， 使這些原子排列受到干擾和破壞，內(nèi)部總是存在大量缺陷。 如果金屬中無(wú)晶體缺陷時(shí)，通過(guò)理論計(jì)算具

9、有極高的強(qiáng)度，隨著晶體中 缺陷的增加，金屬的強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)缺陷增加到一定值后，金屬的強(qiáng)度又 隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無(wú)論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會(huì)造成晶 格崎變，從而使晶體強(qiáng)度增加。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增加金屬的電阻， 降低金屬的抗腐蝕性能。 2-6簡(jiǎn)述間隙固溶體和間隙化合物的異同點(diǎn)。 間隙固溶體和間隙化合物都是溶質(zhì)原子嵌入晶格間隙形成的。 間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同， 而間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于 組成它的任一組元，它是以分子式來(lái)表示其組成。 2-7有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種在是溫室時(shí)是橡膠狀 的，溫度一直降低值約-70時(shí)才變硬；而另一種是溫室時(shí)卻是

10、硬而韌又不透明的 材料。試解釋他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的區(qū)別。 咼聚物在不同溫度下有二種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、咼彈態(tài)、粘流態(tài)。 前者在室溫下是橡膠態(tài)，-70C時(shí)變硬，說(shuō)明其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度 Tg約為-70C 2-8陶瓷的典型組織由哪幾部分組成？他們對(duì)陶瓷性能各起什么作用？ 陶瓷材料是多相多晶材料，其結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在：晶體相（晶相） 、玻璃相、 氣相，各組成相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布決定了陶瓷的性能。 晶相是陶瓷材料的主要組成相，對(duì)陶瓷的性能起決定性作用，晶相的結(jié)合鍵 為：離子鍵、共價(jià)鍵、混合鍵；且晶體缺陷還可加速陶瓷的燒結(jié)擴(kuò)散過(guò)程，影響 陶瓷性能；陶瓷晶粒愈細(xì)，陶瓷的強(qiáng)度愈高。 玻璃相在陶瓷中的作用是：將分

11、散的晶體粘結(jié)起來(lái)，填充晶體之間的空隙， 提高晶體的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié)過(guò)程；阻止晶體轉(zhuǎn)變，抑制晶體長(zhǎng) 大并填充氣孔間隙；獲得一定程度的玻璃特性。但玻璃相對(duì)陶瓷的強(qiáng)度、介電性 能、耐熱耐火性能是不利的。 氣相指陶瓷孔隙中的氣體即氣孔。它能使陶瓷強(qiáng)度降低、介電損耗增大，電 擊穿強(qiáng)度下降，絕緣性降低。 第三章材料的凝固與結(jié)晶 3- 1為什么金屬結(jié)晶時(shí)必須過(guò)冷？ 由熱力學(xué)第二定律可知：在等溫等壓條件下，過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行的方向總是向著 系統(tǒng)自由能降低的方向。即 G=GS-GL Vk時(shí)，冷卻曲線不再與珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相交，即不 發(fā)生 P，而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)， 只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 此后再增大冷速，

12、轉(zhuǎn)變情況不再變化。由上面分析可見(jiàn)，VK是保證奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中 叫做 淬火臨界冷速”。vK則是保證奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中全部分解而不 不發(fā)生分解而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)的最小冷速, 稱為上臨界冷速”，通常也 發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最大冷速，稱為下臨界冷速”。 共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變，不發(fā)生 貝氏體轉(zhuǎn)變，也就是說(shuō)，共析碳鋼在連續(xù)冷卻時(shí)得不到貝氏體組織。但有 些鋼在連續(xù)冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，得到貝氏體組織。 5- 3過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，可得到哪些轉(zhuǎn)變產(chǎn)物？試列表比較他們 的組織和性能。 根據(jù)等溫溫度不同，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有珠光體型和貝氏體型兩種。 高溫轉(zhuǎn)變 Ac165

13、0 C珠光體 P粗片狀鐵素體與滲碳體混合物HRC2.5%）以外的所有合金元素，都增大過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線 右移，則Vk減小。 5-5什么是馬氏體？其組織形態(tài)和性能取決于什么因素？馬氏體轉(zhuǎn)變有何特點(diǎn)？ 馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼）中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形 成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火 組織。 其組織形態(tài)和性能取決于材料和淬火速率。 馬氏體相變屬于一種廣義的位移型無(wú)擴(kuò)散相變，以切變位移為其特征，新舊 相成分不變。相變特征是： 新相與母相之間有一定的位向關(guān)系。例如Fe-C合金的體心四方馬氏體 （M）與面心立方奧氏體（丫）T碳在 羊Fe中的固溶體一有

14、, 相界面是確定的晶面，稱為慣習(xí)面。例如含碳量為0.51.4C的Fe-C 合金的慣習(xí)面是。慣習(xí)面在相變過(guò)程中不畸變不轉(zhuǎn)動(dòng)（即所謂不變平面）。 轉(zhuǎn)變區(qū)由于形成馬氏體發(fā)生切變，所以在平的樣品表面上會(huì)出現(xiàn)浮凸。 馬氏體形態(tài)呈片狀或條狀，內(nèi)有亞結(jié)構(gòu)，往往是孿晶。 是一級(jí)相變，具有成核成長(zhǎng)過(guò)程。 晶體長(zhǎng)大速率接近聲速|(zhì)o 相變動(dòng)力學(xué)有兩類：a.變溫轉(zhuǎn)變，成核率很大，馬氏體形成數(shù)量只是溫度 的函數(shù)，不依賴于時(shí)間。b.等溫轉(zhuǎn)變，成核率（或孕育期）依賴于溫度，具有“C” 字形動(dòng)力學(xué)曲線。變溫轉(zhuǎn)變可視為很快的階梯式的等溫轉(zhuǎn)變； 而等溫轉(zhuǎn)變?nèi)鐑H考 慮轉(zhuǎn)變后期馬氏體的極限量則同樣滿足變溫轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)方程。 轉(zhuǎn)變的不

15、完全性。由于多數(shù)鋼的 Mf （馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度點(diǎn)）在室溫 以下，因此鋼冷卻到室溫時(shí)仍有部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體存在，稱之為殘余奧氏體 （Ar），隨碳含量的增加，Ar也隨之增加。一般鋼經(jīng)過(guò)淬火后要經(jīng)過(guò)深冷處理來(lái) 減少Ar的量。 5- 6下列說(shuō)法是否正確？為什么？ （1） 馬氏體是硬而脆的相；（錯(cuò)，馬氏體是硬的相，滲碳體才是脆的相） （2）過(guò)冷奧氏體的冷卻速度大于 Vk時(shí)，則冷速越大，所得馬氏體的硬度越高； （馬氏體硬度取決于含碳量，與冷卻速度無(wú)關(guān)） （3） 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶?？偸潜缺举|(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)；（錯(cuò),晶粒的大小與加 熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān).本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只是加熱時(shí)長(zhǎng)大的趨向比本質(zhì)粗晶 粒鋼小，

16、但不代表本身比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)） （4）同種鋼材在同樣的加熱條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大 件的淬透性好；（錯(cuò)，鋼的淬透性取決于其臨界冷卻速度，與工件尺寸和冷 卻介質(zhì)無(wú)關(guān)） (5) 馬氏體中的碳含量等于鋼中的碳含量； (6) 低碳鋼和高碳鋼零件為了切削方便，可預(yù)先進(jìn)行球化退火處理。(低碳鋼 多采用正火) 5- 7生產(chǎn)中常把加熱到淬火溫度的鉗工扁鏟的刃部款入水中急冷片刻后，出水停 留一段時(shí)間，在整體投入水中冷卻。說(shuō)明兩次水冷的作用及水冷后的組織。 分級(jí)淬火的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致，減少在后續(xù)冷卻過(guò)程中 的內(nèi)應(yīng)力及變形和開(kāi)裂傾向。淬火后產(chǎn)生馬氏體組織。 5-8對(duì)一批45鋼零

17、件進(jìn)行熱處理時(shí)，不慎將淬火件和調(diào)質(zhì)件弄混，如何通過(guò)最 簡(jiǎn)單的方法將他們區(qū)分開(kāi)？為什么？ 淬火加高溫回火的熱處理過(guò)程稱為調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理后的鋼件具有優(yōu)良的 綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度和韌性均好于直接淬火零件， 微觀組織也更細(xì)化；所以可以 測(cè)硬度、進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、觀察微觀組織來(lái)進(jìn)行區(qū)分，調(diào)質(zhì)工件的硬度更大，韌性 更好，微觀晶粒更細(xì)化。 5-9將兩個(gè)12鋼小試樣分別加熱到780和860,保溫后以大于的速度冷卻至室 溫，試問(wèn)： (1) 哪個(gè)溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？ 因?yàn)?60r加熱溫度高，加熱時(shí)形成的奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的馬 氏體晶粒較粗大。 (2) 哪個(gè)溫度淬火后參與奧氏體多？ 因?yàn)榧訜釡囟?60C

18、已經(jīng)超過(guò)了 Accm，此時(shí)碳化物全部溶于奧氏體中，使 奧氏體中含碳量增加，降低鋼的 Ms和Mf點(diǎn)，淬火后殘余奧氏體增多。 (3) 哪個(gè)溫度淬火后未溶碳化物量多？ 因?yàn)榧訜釡囟?60C已經(jīng)超過(guò)了 Accm，此時(shí)碳化物全部溶于奧氏體中，因 此加熱淬火后未溶碳化物較少。 (4) 哪個(gè)溫度淬火合適？為什么？ 780C加熱淬火后合適。因?yàn)楹剂繛?.2%的碳鋼屬于過(guò)共析鋼，過(guò)共析 碳鋼淬火加熱溫度Aci+ (3050C)，而780T在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，這時(shí) 淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混 合組織，使鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而且也具有較好的韌性。 5-10什么是鋼的淬透

19、性和淬硬性？它們對(duì)于鋼材的使用各有何意義？ 淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層的能力。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻 速度冷卻時(shí)，獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度。 5-11回火的目的是什么？為什么淬火工件務(wù)必要及時(shí)回火？ 回火是工件淬硬后加熱到 AC1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后 冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康挠幸幌聨追矫妫?1.降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力， 鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性， 如不及時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開(kāi)裂。 2 獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了 滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過(guò)適當(dāng)回火的配合來(lái)調(diào)整硬度， 減小脆性，得到所需要的

20、韌性，塑性。 3.穩(wěn)定工件尺寸，保證精度； 4對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫 回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。 淬火工件務(wù)必要及時(shí)回火是為了降低脆性，防止開(kāi)裂。 5-12為什么生產(chǎn)中對(duì)刃具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承等熱處理常采用淬火+ 低溫回火，對(duì)彈性零件則采用淬火+中溫回火，而對(duì)軸 連桿等零件卻采用淬火+ 高溫回火？ 答：刃具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承的材質(zhì)要求要較高的硬度，而淬火+ 低溫回火熱處理可以得到高硬度的回火馬氏體室溫組織。彈性零件的材質(zhì)要求要 有高的彈性模量，而用淬火+中溫回火熱處理可以得到高彈性模量的回火屈氏體 室溫組織組織。軸

21、連桿等零件的材質(zhì)要求材質(zhì)要有高的力學(xué)綜合性能，而淬火+ 高溫回火的熱處理可以得到綜合力學(xué)性能良好的回火索氏體。 5-13在硬度相同條件下，為什么經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的工件比正火后的工件具有較好的 力學(xué)性能？ 答：因?yàn)檎鸬玫降乃魇象w中的滲碳體是片狀的， 而調(diào)質(zhì)處理得到的索氏體 索氏體中的滲碳體是粒狀的，粒狀滲碳體阻止斷裂過(guò)程的發(fā)展比片狀滲碳體有 利。 5-14用T12 （碳素工具鋼）鋼制造的絲錐，其成品硬度要求為60HRC，加工 工藝過(guò)程為：軋制-熱處理1-機(jī)加工-熱處理2-機(jī)加工。 （1）寫(xiě)出個(gè)熱處理工序的名稱及作用； 熱處理1：第一次熱處理是去應(yīng)力退火，因?yàn)檐堉频倪^(guò)程產(chǎn)生加工硬化，同 時(shí)有應(yīng)力存在，

22、為了免去后面加工過(guò)程中因?yàn)閼?yīng)力釋放導(dǎo)致產(chǎn)品變形或者應(yīng)力集 中斷裂。 熱處理2第二次熱處理是刃部的低溫淬火和低溫回火。淬火的作用是提高其 硬度?；鼗鹗墙档痛嘈赃€有釋放淬火產(chǎn)生的應(yīng)力 （2） 制訂最終熱處理的工藝規(guī)范（加熱溫度冷卻介質(zhì)）。 第一次熱處理是去應(yīng)力退火：升溫到 500 r -650 C,保溫后隨爐冷卻。 第二次熱處理是刃部的低溫淬火和低溫回火：溫度升高到300-500r，用油 或熔融的堿或鹽做為淬火介質(zhì)。然后在 150250C保溫1-3小時(shí)。 5-15用20鋼進(jìn)行表面淬火和45鋼進(jìn)行滲碳處理是否合適？為什么？ 20鋼不適合行行表面淬火。表面淬火的具體方法是將工件表面快速加熱到 奧氏體區(qū)

23、，在熱量尚未達(dá)到心部時(shí)立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層， 而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法；其目的為提高表面硬度，保持心部 良好的塑韌性。使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；而心部在保持一定的 強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、 扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。 含碳量為0.4-0.5%C的中碳鋼適合進(jìn)行表面淬火，若含碳量過(guò)低，則表面硬 度、耐磨性下降，若含碳量過(guò)高，心部韌性下降。 45鋼不適合進(jìn)行滲碳處理。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼 （含碳量小于0.25 %）。滲碳后，鋼件表面的化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲 碳后還要經(jīng)過(guò)淬火，以得到高的

24、表面硬度、高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，并保 持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性，使工件能承受沖擊載荷。 5-16現(xiàn)有20鋼和45鋼制造的齒輪各一個(gè)，為了提高齒輪齒面的硬度和耐磨性， 宜采用何種熱處理工藝？熱處理后的組織和性能有何不同？ 答：20鋼（低碳鋼）：滲碳后淬火+低溫回火，表面得到高碳回火馬氏體, 硬度、耐磨性提高。45鋼（中碳鋼）制造的齒輪：表面感應(yīng)加熱淬火，控制冷 卻時(shí)間可實(shí)現(xiàn)自回火，可以不用專門(mén)進(jìn)行低溫回火，表面的硬度提高，內(nèi)部的性 能和組織不發(fā)生變化。 第六章鋼鐵材料 6- 1合金鋼和碳鋼相比，為什么它的力學(xué)性能好，熱處理變形?。繛槭裁春辖鸸?具鋼的耐磨性、熱硬性比碳鋼高？ （1）合金元素加

25、入后并經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可使鋼的力學(xué)性能提高或得意改善。 （2）合金元素（除Co夕卜）加入后使鋼的淬透性增加，因此獲得同樣組織時(shí)合 金鋼可選擇較緩的冷卻介質(zhì)，故熱處理變形小。（3）合金工具鋼由于含有一些合 金元素，與鋼中的碳形成合金碳化物，而這些合金碳化物的硬度高。熔點(diǎn)高，所 以合金工具鋼的耐磨性、熱硬性比碳鋼高。 6- 2低合金高強(qiáng)度鋼中合金元素主要通過(guò)哪些途徑起強(qiáng)化作用？這類鋼經(jīng)常用于 哪些場(chǎng)合？ 答：低合金高強(qiáng)度鋼主加合金元素為錳，錳具有固溶強(qiáng)化作用；輔加元素為V、 Ti、Nb、Al等強(qiáng)碳（氮）化合物形成元素，所產(chǎn)生的細(xì)小化合物質(zhì)點(diǎn)即可通過(guò) 彌散強(qiáng)化進(jìn)一步提高強(qiáng)度，又可細(xì)化鋼基體晶粒而起到

26、細(xì)晶強(qiáng)韌化（尤其是韌化） 作用。這類鋼經(jīng)常用于制作大型構(gòu)件。 6-3現(xiàn)有40Cr鋼制造的機(jī)床主軸，心部要求良好的強(qiáng)韌性（200300HBW），軸 頸處要求硬而耐磨（5458HRC），試問(wèn)： （1）應(yīng)進(jìn)行那種預(yù)備熱處理和最終熱處理？ 預(yù)備熱處理：淬火+高溫回火；最終熱處理：軸頸表面淬火 （2）熱處理后各獲得什么組織？ 預(yù)備熱處理后獲得回火索氏體；最終熱處理后獲得表面回火馬氏體、心 部回火索氏體。 （3）各熱處理工序在加工工藝路線中位置安排？ 6-4現(xiàn)有20CrMnTi鋼制造的汽車齒輪，要求齒面硬化層，齒面 硬度為 5862HRC，心部硬度為3540 HRC，請(qǐng)確定其最終熱處理方法及最終獲得的表

27、層與心部組織。 齒輪生產(chǎn)工藝路線： 下料一鍛造一正火一加工齒形一滲碳一預(yù)冷淬火一低溫回火一噴丸一精磨 正火：消除鍛造應(yīng)力；細(xì)化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。 預(yù)冷淬火+低溫回火：獲得表層的高硬度；心部的高強(qiáng)度和高韌性。 噴丸：消除表面氧化皮，提高表面質(zhì)量；使表面留存殘余壓應(yīng)力，提高 疲勞強(qiáng)度。 表層：高碳回火馬氏體+滲碳體或碳化物； 心部：低碳回火馬氏體+屈氏體。 6-5彈簧為什么要進(jìn)行淬火，中溫回火？彈簧的表面質(zhì)量對(duì)其使用壽命有何影 響？可采用哪些措施提高彈簧使用壽命？ 為了提高彈簧的疲勞壽命，對(duì)淬火加回火處理后的彈簧采用噴丸處理，經(jīng)噴丸處 理后彈簧表層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，形成一層極薄變形層

28、，可使疲勞壽命成倍提高。 6-6滾動(dòng)軸承鋼除專用于制造滾動(dòng)軸承外，是否可用來(lái)制造其他結(jié)構(gòu)零件和工 具？舉例說(shuō)明。 可以，高碳鉻軸承鋼也可用于制造精密量具，冷沖模，機(jī)床絲杠等耐磨件。 6-7在20Cr、40Cr、GC9、50CrV等鋼中，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于 1.5%，問(wèn)鉻 在鋼中的存在形式、鋼的性能、熱處理及用途上是否相同？為什么？ 碳化物形成元素Cr少量溶于鐵素體，主要溶于滲碳體形成（FeCr）3C、Cr?C3等 合金滲碳體。 20Cr是滲碳鋼，具有較高的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，滲碳后表面硬度大于HRC60 ； 熱處理：（930 10）C滲碳，預(yù)冷至略高至 Ar3（850-880 C ）后直接淬火

29、，然后 進(jìn)行150-230 C、1-2h低溫回火。主要用作小齒輪、小軸、活塞銷等。 40Cr是調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合力學(xué)性能， 熱處理為：850 C左右 淬火，在進(jìn)行500-650 C高溫回火。常用做軸類零件、齒輪、連桿； GCr9是高碳的軸承鋼，有較高的淬透性、屈服強(qiáng)度、彈性極限、高的接觸疲勞 強(qiáng)度、足夠的韌性和良好的尺寸穩(wěn)定性。 熱處理：830-850 C淬火和150-160 C、 2-3h的回火。常用作直徑小于 20mm的滾珠； 50CrV為彈簧鋼，高的疲勞強(qiáng)度、屈服極限、彈性極限、以及足夠的塑性和韌性。 熱處理：950r以上直接淬火，然后再420-500 C進(jìn)行中溫回火。用

30、作彈簧。 6-9試分析高速工具鋼中，碳與合金元素的作用及高速工具鋼熱處理工藝特點(diǎn)。 為什么高速工具鋼中，含碳量有普遍提高的趨勢(shì)？ 鋼中加入較多的碳，起作用是既保證它的淬硬性，又保證淬火后有足夠多的碳化 物相；鎢元素是提高鋼紅硬性的主要元素；Cr元素的加入可提高鋼的淬透性， 并能形成碳化物強(qiáng)化相，鉻在高溫下可形成三氧化二鉻，能起到氧化膜的保護(hù)作 用；V和C的親和力很強(qiáng)，在高速鋼中形成碳化物(VC)，它有很高的穩(wěn)定性。 VC的最高硬度可達(dá)到8385HRC，在高溫多次回火過(guò)程中 VC呈彌散狀析出， 進(jìn)一步提高了高速鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；Co在高速鋼中的主要作用是加強(qiáng) 二次硬化的效果，提高紅硬性。

31、高速工具鋼的熱處理工藝特點(diǎn)：高速鋼鍛后進(jìn)行球化退火，以降低硬度，消 除鍛造應(yīng)力，便于切削加工，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。退火后的組織為索氏體及 粒狀碳化物，為了縮短退火時(shí)間，生產(chǎn)中常采用等溫退火工藝。高速鋼的優(yōu)越性 能只有經(jīng)過(guò)正確的淬火、回火才能獲得。第一，高速工具鋼中有大量的 W、Mo、 Cr、V的難溶碳化物，他們只有在 1200C以上的高溫才能充分溶于奧氏體中， 淬火后馬氏體的強(qiáng)度高硬度高，且較穩(wěn)定，回火后得到高熱硬性。因此高速鋼 淬火加熱溫度非常高；第二，高速鋼中合金元素多，導(dǎo)熱性較差。淬火加熱時(shí)采 用分級(jí)預(yù)熱，一次預(yù)熱溫度 600650C,二次預(yù)熱在800850C，這樣的加熱工 藝可避免由

32、熱應(yīng)力而造成的變形或開(kāi)裂。 淬火冷卻采用油中分級(jí)淬火法。高速鋼 的回火一般進(jìn)行三次，回火溫度 560,每次11.5h。三次回火后高速鋼殘余奧氏 體量從30%減少到3%4%，與此同時(shí)，碳化物析出量增多，產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象， 提高了刃具使用性能。 6-10高速工具鋼經(jīng)鍛造后為什么要鍛造？鍛造后在切削加工前為什么必須退 火？為什么高速工具鋼退火溫度較低略高于Ac1 (830C)而淬火溫度卻高達(dá) 1280r ?淬火后為什么要經(jīng)三次 560r回火？能否改用一次較長(zhǎng)時(shí)間的回火？ 高速工具鋼在560r回火是否調(diào)質(zhì)處理？為什么？ 高速工具鋼經(jīng)鍛造后的組織，不能用熱處理辦法矯正，必須借助于反復(fù)的壓 力熱加工，一般選擇多次軋制和鍛壓，將粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎， 并使它們均勻分布在基體中。 鍛造后必須進(jìn)行回火，目的在于既調(diào)整硬度便于切削加工， 又調(diào)整組織為淬 火作準(zhǔn)備。 高速工具鋼中有大量的 W、Mo、Cr、V的難溶碳化物，他們只有在 1200 以上的高溫才能充分溶于奧氏體中， 三次560C的回火的目的是為了降低或消除殘余奧氏體； 不能改用一次較長(zhǎng) 時(shí)間的回火，因?yàn)槿位鼗鹗抢妹看位鼗鸷罄鋮s時(shí)發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變 來(lái)降低殘奧的量，與回火時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。 6-13解釋下列現(xiàn)象： (1) 在含碳量相同的情況下，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，保 溫