機械工程材料練習(xí)題參考答案

1、機械工程材料練習(xí)題參考答案第一章 工程材料的力學(xué)性能2.有一鋼試樣，其直徑為10mm，標(biāo)距長度為50mm，當(dāng)拉伸力達到18840n時試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象；拉伸力加至36110n時，試樣產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，然后被拉斷；拉斷后標(biāo)距長度為73mm，斷裂處直徑為6.7mm，求試樣的屈服強度、抗拉強度、伸長率和斷面收縮率。解:由題中條件及計算公式得s =fs/so=18840/（3.14*102/4）=240(n/mm2)b=fb/so=36110/（3.14*102/4）=460(n/mm2)=(l1-l0)/l0×100%=(73-50)/50=46%=(s0-s1)/s0×100%=(3

2、.14*102/4)- (3.14*6.72/4)/（3.14*102/4）=(100-44.89)/100=55.11%答:試樣的re=240(n/mm2)、rm=460(n/mm2)、=46%、=55.11%。4有一碳鋼制支架剛性不足，有人要用熱處理強化方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來解決。哪種方法合理？為什么？（參見教材第6頁）第二章 工程材料的基本知識第一部分 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與純金屬的結(jié)晶1.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？-fe 、- fe 、al 、cu 、ni 、 pb 、 cr 、 v 、mg、zn 各屬何種晶體結(jié)構(gòu)，分別指出其配位數(shù)、致密度、晶胞原子數(shù)、晶胞原子

3、半徑。（參見第二章第一節(jié)）2.配位數(shù)和致密度可以用來說明哪些問題？答：用來說明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子排列越緊密。3.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來表示，形式為；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指數(shù)來表示，形式為。4.為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？答：因為單晶體內(nèi)各個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單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。5.過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？

4、對鑄件晶粒大小有何影響？答：冷卻速度越大，則過冷度也越大。隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長大速度都加快，加速結(jié)晶過程的進行，但當(dāng)冷速達到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢，因為這時原子的擴散能力減弱。過冷度增大，f大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且n的增加比g增加得快，提高了n與g的比值，晶粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。6.金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？答：金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質(zhì)以及振動和攪拌的方法也會增大形

5、核率。7.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？答：采用的方法：提高冷卻速度，金屬型鑄造以及在砂型中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。機械振動、攪拌。第二部分 合金的相結(jié)構(gòu)與合金的結(jié)晶1指出下列名詞的主要區(qū)別：1）置換固溶體與間隙固溶體；答：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。2）相組成物與組織組成物；

6、相組成物：合金的基本組成相。組織組成物：合金顯微組織中的獨立組成部分。2試述固溶強化、加工硬化和彌散強化的強化原理,并說明三者的區(qū)別.答：固溶強化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。彌散強化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細小彌散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合金的方式為彌散強化。加工硬化：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯密度，從而增大位錯運動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強度和硬度。區(qū)別：固溶強化和彌散強化都是利用合金的組成相來強化合金，固溶強化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使

7、位錯運動阻力增大來強化合金；彌散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金；而加工硬化是通過力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工硬化得到的強度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強化介于兩者之間。3固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強化合金，但固溶體的強度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的

8、綜合機械性能。4. 何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點.答：概念略共同點：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。不同點：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。 5二元合金相圖表達了合金的哪些關(guān)系？答：二元合金相圖表達了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。6. 已知a（熔點 600）與b(500) 在液態(tài)無限互溶；在固態(tài) 300時a溶于 b 的最大溶解度為 30% ，室溫時為10%，但b不溶于a；在 300時，含 40% b

9、 的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。現(xiàn)要求：1）作出a-b 合金相圖；2）分析 20% a,45%a,80%a 等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。答：（1） （2）20%a合金如圖： 合金在1點以上全部為液相，當(dāng)冷至1點時，開始從液相中析出固溶體，至2點結(jié)束，23點之間合金全部由固溶體所組成，但當(dāng)合金冷到3點以下，由于固溶體的濃度超過了它的溶解度限度，于是從固溶體中析出二次相a，因此最終顯微組織：+a 相組成物: +a a=（90-80/90）*100%=11% =1-a%=89% 45%a合金如圖：合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出固溶體，此時液相線成分沿

10、線be變化，固相線成分沿bd線變化，當(dāng)冷至2點時，液相線成分到達e點，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成（a+）共晶體，合金自2點冷至室溫過程中，自中析出二次相a，因而合金室溫組織：a+(a+) 相組成物:a+組織：（a+）=（70-55）/(70-40）*100%=50%a+=1-50%=50%， a=（90-70）/90*100%*50%=11%，=39%相：a=（90-55）/90*100%=50% =1-a%=50%80%a合金如圖：合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出a，此時液相線成分沿ae線變化，冷至2點時，液相線成分到達點，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(a+)共晶體，因而合金的室溫組織：a

11、+ (a+) 相組成物：a+組織：a=（40-20）/40*100%=50% a+=1-a%=50%相： a=（90-20）/90*100%=78% =1-a%=22%7某合金相圖如圖所示。1）試標(biāo)注空白區(qū)域中存在相的名稱；2）指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；3）說明合金的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。答：(1)：l+ : + : +(+) : + (2)勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變 (3)略 8有形狀、尺寸相同的兩個 cu-ni 合金鑄件，一個含 90% ni ，另一個含 50% ni,鑄后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？答：含 50% ni的cu-ni 合金鑄件偏析較嚴重。在實際冷卻過程中，由于冷

12、速較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點組元多，后結(jié)晶部分含低熔點組元多，因為含 50% ni的cu-ni 合金鑄件固相線與液相線范圍比含 90% ni鑄件寬，因此它所造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比含 90% ni的cu-ni 合金鑄件嚴重。第三部分 鐵碳合金1試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。2為什么-fe 和- fe 的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（-fe -fe ）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？答：因為-fe和- fe原子排列的緊密程度不同，-fe的致密度為74%,- fe的致密度為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（-fe -fe ）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。3.何謂鐵素體（f）,奧氏體（a），滲碳

13、體（fe3c），珠光體（p）,萊氏體（ld）？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點？（參見教材，40-42）4.fe-fe3c合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導(dǎo)意義？又有何局限性？（參見教材，48-49）5.畫出 fe-fe3c 相圖，指出圖中 s 、c 、e 、p、n 、g 及 gs 、se 、pq 、psk 各點、線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。（參見教材，40，42）6.簡述 fe-fe3c 相圖中三個基本反應(yīng)：包晶反應(yīng),共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。（參見教材，40，42）7.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。答：亞共析鋼的組織由

14、鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點：鋼的組織中都含有珠光體。不同點：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。8.分析含碳量分別為 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織. （參見教材，第二章第五節(jié)）9指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱

15、為一次滲碳體。二次滲碳體：從a中析出的稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從中析出的稱為三次滲碳體。共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體。共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。10根據(jù) fe-fe3c 相圖，計算：1）室溫下，含碳 0.6% 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少；2）室溫下，含碳 1.2% 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少；3）鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。答：1）珠光體含量：wp=(0.6-0.0218)/(0.77-0.0218)*100%2）珠光體含量：wp=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)*10

16、0%3）wfe3c=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100% w fe3c=0.0218/6.69*100%11某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占 80% ，問此鋼材的含碳量大約是多少？答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。 w=80%=(0.77-wc)/(0.77-0.0218)*100% 12對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占 18% ，問此碳鋼的含碳量大約是多少？答： wfe3c=18% =( wc -0

17、.0218)/(6.69-0.0218)*100% 13對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體（網(wǎng)狀），其中珠光體占 93% ，問此碳鋼的含碳量大約為多少？答：wp=93% =(6.69- wc)/(6.69-0.77)*100% 14根據(jù) fe-fe3c 相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：1）含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高；答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體是硬脆相，因此含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高。2）在室溫下，含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高；答：因為在鋼中當(dāng)含碳量超過1.0%時，所析出的二次

18、滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀，使鋼的脆性增加，導(dǎo)致強度下降。因此含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高。3）在 1100，含碳 0.4% 的鋼能進行鍛造，含碳 4.0% 的生鐵不能鍛造；答：在 1100時，含碳 0.4% 的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此適合于鍛造；含碳 4.0% 的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機吊重物卻用鋼絲繩（用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成）；答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅低碳鋼絲；而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定

19、的強度，還要有很高的彈性極限，而60 、 65 、 70 、 75鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。5）鉗工鋸 t8 ， t10,t12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍；答：t8 ， t10,t12屬于碳素工具鋼，含碳量為0.8%，1.0%，1.2%，因而鋼中滲碳體含量高，鋼的硬度較高；而10,20鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳鋼，含碳量為0.1%，0.2%，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸 t8 ， t10,t12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍。6）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。答：因為鋼的含碳量范圍在0.0218%2.11%之

20、間，滲碳體含量較少，鐵素體含量較多，而鐵素體有較好的塑韌性，因而鋼適宜于壓力加工；而鑄鐵組織中含有大量以滲碳體為基體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶1產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，即強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬化”現(xiàn)象。金屬的加工硬化現(xiàn)

21、象會給金屬的進一步加工帶來困難，如鋼板在冷軋過程中會越軋越硬，以致最后軋不動。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來提高金屬強度和硬度，如冷拔高強度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來提高鋼絲的強度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷拉鋼絲拉過模孔的部分，由于發(fā)生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過?？椎牟糠?，這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過?？锥尚?。2劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？答：主要是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工為冷加工，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象；反之為熱加工，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。3為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？答：晶界是阻礙位錯

22、運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。4金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？答：晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等；晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，

23、即隨著變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，而且各晶粒的晶格位向也會沿著變形的方向同時發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動結(jié)果金屬中每個晶粒的晶格位向趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；冷壓力加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬內(nèi)部會形成殘余的內(nèi)應(yīng)力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩(wěn)定。 6已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380、1538、327、232，試計算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鎢和鐵在1100下的加工、鉛和錫在室溫（20）下的加工各為何種加工？答：t再=0.4t熔；鎢t再=0.4*（3380+273）-273=1188.2; 鐵t再=0.4*（1

24、538+273）-273=451.4; 鉛t再=0.4*（327+273）-273=-33; 錫t再=0.4*（232+273）-273=-71.由于鎢t再為1188.21100，因此屬于冷加工；鐵t再為451.41100，因此屬于熱加工；鉛t再為-3320，屬于熱加工；錫t再為-7120，屬于熱加工。7在制造齒輪時，有時采用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強化。試分析強化原因。答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強度、硬度升高。第四章 鋼 的 熱 處 理1.指出 a1、a3、acm； ac1、ac3、 accm ； ar1

25、、ar3、arcm 各臨界點的意義。答：a1：共析轉(zhuǎn)變線，含碳量在0.026.69%的鐵碳合金冷卻到727時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生，形成p。 a3：奧氏體析出鐵素體的開始線。 acm：碳在奧氏體中的溶解度曲線。 ac1：實際加熱時的共析轉(zhuǎn)變線。 ac3：實際加熱時奧氏體析出鐵素體的開始線。 acm：實際加熱時碳在奧氏體中的溶解度曲線。 ar1：實際冷卻時的共析轉(zhuǎn)變線。 ar3：實際冷卻時奧氏體析出鐵素體的開始線。 arcm：實際冷卻時碳在奧氏體中的溶解度曲線。2.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。 （2）珠光體是過冷奧氏

26、體在650以上等溫停留時發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650600溫度范圍內(nèi)形成層片較細的珠光體。屈氏體是在600550溫度范圍內(nèi)形成片層極細的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強化作用愈大，因而強度和硬度升高，同時，由于此時滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細片珠光體又具有較好的韌性和塑性。3.馬氏體組織有哪幾種基本類型？它們在組織形態(tài)、性能有何特點？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系如何？答：（1）兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。（2）奧氏體轉(zhuǎn)變后，所產(chǎn)生的m的形態(tài)取決于奧氏體中的含碳量，含碳量0.25%的為板條馬氏體；含碳量在0.251.0%之間為板

27、條和針狀混合的馬氏體；含碳量大于1.0%的為針狀馬氏體。低碳馬氏體強而韌，而高碳馬氏體硬而脆。這是因為低碳馬氏體中含碳量較低，過飽和度較小，晶格畸變也較小，故具有良好的綜合機械性能。隨含碳量增加，馬氏體的過飽和度增加，使塑性變形阻力增加，因而引起硬化和強化。當(dāng)含碳量很高時，盡管馬氏體的硬度和強度很高，但由于過飽和度太大，引起嚴重的晶格畸變和較大的內(nèi)應(yīng)力，致使高碳馬氏體針葉內(nèi)產(chǎn)生許多微裂紋，因而塑性和韌性顯著降低。（3）隨著含碳量的增加，鋼的硬度增加。4.何謂等溫冷卻及連續(xù)冷卻？試繪出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。答：等溫冷卻：把奧氏體迅速冷卻到ar1以下某一溫度保溫，待其分解轉(zhuǎn)變完成后，再冷至

28、室溫的一種冷卻轉(zhuǎn)變方式。連續(xù)冷卻：在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。 熱加保溫時間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻5.試比較共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線與連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的異同點。答：首先連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫轉(zhuǎn)變曲線臨界冷卻速度不同。其次連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下側(cè)，且沒有c曲線的下部分，即共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時，得不到貝氏體組織。這是因為共析鋼貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期很長，當(dāng)過冷奧氏體連續(xù)冷卻通過貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變時就已過冷到ms點而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所以不出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。6.淬火臨界冷卻速度 vk 的大小受哪些因素影響？它與鋼的淬透性有何關(guān)系？答：（1）化學(xué)

29、成分的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加，c曲線右移，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，則vk減小，過共析鋼中隨著含碳量的增加，c曲線左移，過冷奧氏體穩(wěn)定性減小，則vk增大；合金元素中，除co和al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使c曲線右移，則vk減小。 (2)一定尺寸的工件在某介質(zhì)中淬火，其淬透層的深度與工件截面各點的冷卻速度有關(guān)。如果工件截面中心的冷速高于vk，工件就會淬透。然而工件淬火時表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐漸降低。只有冷速大于vk的工件外層部分才能得到馬氏體。因此，vk越小，鋼的淬透層越深，淬透性越好。7.將¢5mm的t8鋼加熱至7

30、60并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體；在c曲線上描出工藝曲線示意圖。答：(1)珠光體：冷卻至a1線650范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到珠光體組織。索氏體：冷卻至650600溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到索光體組織。屈氏體：冷卻至600550溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到屈氏體組織。上貝氏體：冷卻至550350溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到上貝氏體組織。下貝氏體：冷卻至350ms溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到下貝氏體組織。屈氏體+馬氏體：

31、以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度并小于獲得珠光體組織的最大冷卻速度連續(xù)冷卻，獲得屈氏體+馬氏體。馬氏體+少量殘余奧氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度冷卻獲得馬氏體+少量殘余奧氏體。(2)略8.為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？答：過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。9.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；答：再結(jié)晶退火。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈?/p>

32、軸晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。2）zg35的鑄造齒輪答：完全退火。經(jīng)鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現(xiàn)象，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的少量鐵素體和大量珠光體。4）具有片狀滲碳體的t12鋼坯；答：球化退火。由于t12鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬

33、度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。11.指出下列零件的鍛造毛坯進行正火的主要目的及正火后的顯微組織：（1）20鋼齒輪 （2）45鋼小軸 （3）t12鋼銼刀答：（1）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的大量鐵素體和少量索氏體。 （2）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：晶粒均勻細小的鐵素體和索氏體。 （3）目的：細化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀fe3c，為球化退火做組織準(zhǔn)備，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：索氏

34、體和球狀滲碳體。12.一批45鋼試樣（尺寸15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細小晶粒，選何種工藝最合適？答：（1）因其未達到退火溫度，加熱時沒有經(jīng)過完全奧氏體化，故冷卻后依然得到組織、晶粒大小不均勻的鐵素體和珠光體。（2）因其在退火溫度范圍內(nèi)，加熱時全部轉(zhuǎn)化為晶粒細小的奧氏體，故冷卻后得到組織、晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。（3）因其

35、加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒劇烈長大，故冷卻后得到晶粒粗大的鐵素體和珠光體。要得到大小均勻的細小晶粒，選第二種工藝最合適。13.亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。亞共析碳鋼淬火加熱溫度ac3+（3050），淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體。因為如果亞共析碳鋼加熱溫度在ac1ac3之間，淬火組織中除馬氏體外，還保留一部分鐵素體，使鋼的強度、硬度降低。但溫度不能超過ac3點過高，以防奧氏體晶粒粗化，淬火后獲得粗大馬氏體。 過共析碳鋼淬火加熱溫度ac1+（3050），淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混合組織。如果加熱溫度超

36、過accm，滲碳體溶解過多，奧氏體晶粒粗大，會使淬火組織中馬氏體針變粗，滲碳體量減少，殘余奧氏體量增多，從而降低鋼的硬度和耐磨性。淬火溫度過高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增加。14.常用的淬火方法有哪幾種？說明它們的主要特點及其應(yīng)用范圍。答：常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級淬火法。單液淬火法：這種方法操作簡單，容易實現(xiàn)機械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。但其缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。雙液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了

37、水在高溫區(qū)冷速快和油在低溫區(qū)冷速慢的優(yōu)點，既可以保證工件得到馬氏體組織，又可以降低工件在馬氏體區(qū)的冷速，減少組織應(yīng)力，從而防止工件變形或開裂。適合于尺寸較大、形狀復(fù)雜的工件。等溫淬火法：它是將加熱的工件放入溫度稍高于ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成b轉(zhuǎn)變。等溫淬火后獲得b下組織。下貝氏體與回火馬氏體相比，在碳量相近，硬度相當(dāng)?shù)那闆r下，前者比后者具有較高的塑性與韌性，適用于尺寸較小，形狀復(fù)雜，要求變形小，具有高硬度和強韌性的工具，模具等。分級淬火法：它是將加熱的工件先放入溫度稍高于ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫25min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。這種方法可以減少工

38、件內(nèi)外的溫差和減慢馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，從而有效地減少內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形和開裂。但由于硝鹽浴或堿浴的冷卻能力低，只能適用于零件尺寸較小，要求變形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。15.說明45鋼試樣（10mm）經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700，760，840，1100。答：700：因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760：它的加熱溫度在ac1ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。840：它的加熱溫度在ac3以上，加熱時全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。1100：因它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒

39、粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。16.有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780和860并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)，然后以大于vk的冷卻速度至室溫。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？答;因為860加熱溫度高，加熱時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）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？答；因為加熱溫度860已經(jīng)超過了accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，而奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變，所以冷卻后馬氏體含碳量較多。（3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？答：因為加熱溫度860已經(jīng)超過了accm，此時碳化物全

40、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，淬火后殘余奧氏體增多。（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？答：因為加熱溫度860已經(jīng)超過了accm，此時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（5）你認為哪個溫度加熱淬火后合適？為什么？答：780加熱淬火后合適。因為含碳量為1.2%的碳鋼屬于過共析鋼，過共析碳鋼淬火加熱溫度ac1+（3050），而780在這個溫度范圍內(nèi)，這時淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混合組織，使鋼具有高的強度、硬度和耐磨性，而且也具有較好的韌性。17.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明其回火后獲得的組織和大致的硬度

41、：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）t12鋼銼刀。答：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能），工件的淬火溫度為850左右，回火溫度為500650左右，其回火后獲得的組織為回火索氏體 ，大致的硬度2535hrc。（2）60鋼彈簧，工件的淬火溫度為850左右，回火溫度為350500左右，其回火后獲得的組織為回火屈氏體 ，大致的硬度4048hrc。（3）t12鋼銼刀，工件的淬火溫度為780左右，回火溫度為150250，其回火后獲得的組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60hrc。18.淬透性與淬硬層深度兩者有何聯(lián)系和區(qū)別？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪

42、些？答：淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層的能力。不同的鋼在同樣的條件下淬硬層深不同，說明不同的鋼淬透性不同，淬硬層較深的鋼淬透性較好。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達到的最高硬度。鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即取決于淬火前奧氏體的含碳量。影響淬透性的因素： 化學(xué)成分c曲線距縱坐標(biāo)愈遠，淬火的臨界冷卻速度愈小，則鋼的淬透性愈好。對于碳鋼，鋼中含碳量愈接近共析成分，其c曲線愈靠右，臨界冷卻速度愈小，則淬透性愈好，即亞共析鋼的淬透性隨含碳量增加而增大，過共析鋼的淬透性隨含碳量增加而減小。除co和al（2.5%）以外的大多數(shù)合金元素都使c曲線右移，使鋼的淬透性增加，

43、因此合金鋼的淬透性比碳鋼好。 奧氏體化溫度溫度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。19.怎樣表示鋼的淬透性值。（參見教材，90）20.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能。常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內(nèi)應(yīng)力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種回火主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為hrc 58-64。中溫回火后的組織為回火屈氏體，硬度hrc3

44、5-45，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。這種回火主要應(yīng)用于含碳0.5-0.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度hrc 25-35，具有適當(dāng)?shù)膹姸群妥銐虻乃苄院晚g性。這種回火主要應(yīng)用于含碳0.3-0.5% 的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓等。21.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍。并說明表面淬火前應(yīng)采用何種預(yù)先熱處理。答：表面淬火的目的是使工件表層得到強化，使它具有較高的強度，硬度，耐磨性及疲勞極限，而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應(yīng)保持足夠的塑性與韌性。常用的表面淬火方法有：

45、1.感應(yīng)加熱表面淬火；2.火焰加熱表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火是把工件放入有空心銅管繞成的感應(yīng)器（線圈）內(nèi)，當(dāng)線圈通入交變電流后，立即產(chǎn)生交變磁場，在工件內(nèi)形成“渦流”，表層迅速被加熱到淬火溫度時而心部仍接近室溫，在立即噴水冷卻后，就達到表面淬火的目的。火焰加熱表面淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火法。將工件快速加熱到淬火溫度，在隨后噴水冷卻后，獲得所需的表層硬度和淬硬層硬度。感應(yīng)加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點:1)感應(yīng)加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時間就可以把工件加熱至淬火溫度,:而且淬火加熱溫度高(ac3以上80150)。2)因加熱時間短,奧氏體晶粒細小而均勻,淬火后可在表面

46、層獲得極細馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高23hrc,且脆性較低。3）感應(yīng)加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應(yīng)力,有效地提高了工件的疲勞強,且變形小,不易氧化與脫碳。4)生產(chǎn)率高,便于機械化、自動化,適宜于大批量生產(chǎn)。但感應(yīng)加熱設(shè)備比火焰加熱淬火費用較貴,維修調(diào)整比較困難,形狀復(fù)雜的線圈不易制造表面淬火前應(yīng)采用退火或正火預(yù)先熱處理。22.化學(xué)熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？答：化學(xué)熱處理是把鋼制工件放置于某種介質(zhì)中，通過加熱和保溫，使化學(xué)介質(zhì)中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分，使心部與表層具有不同的組織與機械性能?；瘜W(xué)熱處理的過程：（1） 分解：化

47、學(xué)介質(zhì)要首先分解出具有活性的原子；（2） 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶體或化合物；（3） 擴散：被工件吸收的活性原子，從表面想內(nèi)擴散形成一定厚度的擴散層。常用的化學(xué)熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。23.試述一般滲碳件的工藝路線。下料鍛造正火切削加工渡銅（不滲碳部位）滲碳淬火低溫回火噴丸精磨成品24.擬用t10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造熱處理機加工熱處理磨加工（1） 試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2） 指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（3） 制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）答：（1）工藝路線為：鍛造（正火）球化退火機加工淬火后低

48、溫回火磨加工。退火處理可細化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi)應(yīng)力。（正火：火抑制或消除網(wǎng)狀滲碳體）（2）最終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60hrc。（3）t10車刀的淬火溫度為780左右，冷卻介質(zhì)為水；回火溫度為150250。25.選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：（1）某機床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；（2）某機床主軸，要求有良好的綜合機械性能，軸徑部分要求耐磨（hrc 50-55），材料選用45鋼；（3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機械性能，材料選用38crmoala。答：（1）下料鍛造正火粗加工半精加工局部表面淬火+低溫回火精磨成品（2）下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工局部表面淬火+低溫回火