工程材料課后答案及復(fù)習(xí)資料

1、第2章合金元素在金屬中的存在形式有哪幾種？它們各自有什么特點？答：固溶體。固溶體保持著溶劑的晶格類型，但由于溶質(zhì)原子的溶入，將會使固溶體的晶格常數(shù)發(fā)生變化而形成晶格畸變，增加了變形抗力，因而導(dǎo)致材料強(qiáng)度、硬度提高。金屬化合物。金屬化合物的晶格類型和性能不同于組成它的任一組元，一般熔點高，硬而脆，生產(chǎn)中很少直接使用單相金屬化合物的合金。但當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小顆粒狀均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性明顯提高。.什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？答：固溶強(qiáng)化是通過溶入溶質(zhì)元素，使固溶體強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象。原因：溶入固溶體中的原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運(yùn)動的阻力，

2、使塑性變形更加困難，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。.如果其他條件相同，試比較在下列鑄造條件下，鑄件晶粒的大?。?分）金屬模澆注（V）砂模澆注鑄成薄件（V）鑄成厚件澆注時采用震動（V）不采用震動例1：鐵素體；碳在a-Fe中的固溶體再結(jié)晶；冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程枝晶偏析；在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。例2.何謂碳鋼中的鐵素體、滲碳體、珠光體？他們的力學(xué)性能各有何特點？鐵素體一一碳在a-Fe中的間隙固溶體，軟而韌。滲碳體碳與鐵形成的間隙化合物，硬而脆。珠光體鐵鐵鐵素體與滲碳體形成的層片狀交替排列的機(jī)械混合物，良好的綜合力學(xué)性能。例3.在金屬結(jié)晶過程中，細(xì)化晶粒的

3、方法及其原理？提高冷卻速度增大過冷度可使晶粒細(xì)化。冷卻速度越大，過冷度越大。所以，控制金屬結(jié)晶時的冷卻速度就可以控制過冷度，從而控制晶粒的大小。變質(zhì)處理（孕育處理）就是在澆注前，向液體中加入某種物質(zhì)（稱變質(zhì)劑），促進(jìn)非自發(fā)形核或抑制晶核的長大速度，從而細(xì)化晶粒的方法。附加振動在金屬液結(jié)晶過程中，也可以采用機(jī)械振動、超聲波振動、電磁振動等措施，使正在長大的晶粒破碎，從而細(xì)化晶粒。第3章1.鋼熱處理的基本原理是什么？其目的和作用是什么？答：熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。目的：改變鋼的組織結(jié)構(gòu)。作用：強(qiáng)化金屬材料，改善加工性，獲得所需要的材料性

4、能。6.確定下列工件的退火工藝,并說明其原因：（1）冷軋15鋼鋼板要求降低硬度.（2）正火態(tài)的T12鋼鋼坯要求改善其切削加工性.（3）鍛造過熱的60鋼鍛坯要求細(xì)化晶粒.答：（1）完全退火；（2）球化退火；（3）等溫退火。10.淬透性、淬透層深度、淬硬度分別指的是什么？影響淬透性因素有哪些？淬透性：表明鋼淬火時獲得馬氏體的能力。淬硬層深度:規(guī)定從工件表面向里至半馬氏體區(qū)（馬氏體與非馬氏體組織各占一半處）的垂直距離作為有效淬硬層深度。淬硬性：表示鋼淬火后所能獲得的最高硬度。影響淬透性因素：過冷奧氏體越穩(wěn)定，C曲線越向右移，馬氏體臨界冷卻速度Vk越小，鋼的淬透性越好（越高）。它主要取決于奧氏體合金含

5、量。.什么是調(diào)質(zhì)處理？調(diào)質(zhì)處理的主要目的是什么？鋼在調(diào)制后得到什么組織？答：調(diào)質(zhì)處理：把淬火和高溫回火相結(jié)合的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。主要目的：使材料獲得良好的綜合力學(xué)性能。組織：S回火.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(dá)到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760C：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，加熱時奧氏體晶粒粗化

6、，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。.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(dá)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860c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(kuò)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860c已經(jīng)超過了accm,此時碳化物全部溶

7、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860c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(rèn)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780c在這個溫度范圍內(nèi)，這時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。.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明其退火爐回火后獲得的組織和大致的硬

8、度：（1）45鋼小軸（要求綜合機(jī)械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）t12鋼銼刀。答：（1）45鋼小軸（要求綜合機(jī)械性能），工件的淬火溫度為850左右，回火溫度為500c650c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850c左右，回火溫度為350c500c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鋼鋰刀，工件的淬火溫度為780c左右，回火溫度為150c250C,其回火后獲得的組織為回火馬氏體，大致的硬度60hrc。17、化學(xué)熱處理的基本過程是什么？常用的化學(xué)處理方法有哪些？其目的是什么？答:過程：獎工件

9、放在一定的活性介質(zhì)中加熱，保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件的表層，從而改變表層的化學(xué)成分、組織和性能。常用的化學(xué)熱處理方法有滲碳、滲氮和碳氮共滲。目的是使工件心部有足夠的強(qiáng)度和韌性，而表面具有高的硬度和耐磨性；提高工件的疲勞強(qiáng)度和表面耐蝕性、耐熱性等。18、擬用T10鋼制造形狀簡單的車刀，工藝路線為鍛造-熱處理-機(jī)加工-熱處理-磨加工。答:工藝路線為鍛造熱處理機(jī)加工熱處理磨加工。1寫出其中熱處理工序的名稱及作用。2制定最終熱處理磨加工前的熱處理的工藝規(guī)范并指出車刀在使用狀態(tài)下的顯微組織和大致硬度。答:1球化退火作用利于切削加工。得到球狀珠光體均勻組織細(xì)化晶粒為后面淬火處理作組織準(zhǔn)備。淬火低溫回

10、火作用使零件獲得較高的硬度、耐磨性和韌性消除淬火內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定組織和尺寸。2工藝規(guī)范760C水淬200C回火顯微組織M回Cm大致硬度60HRC.20、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，切鋼材具有足夠的）（1）某汽車變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強(qiáng)韌，材料選用20鋼。答:鍛造-正火-機(jī)加工-滲碳，淬火，低溫回火-精加工（2）某機(jī)床變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強(qiáng)韌要求不高，選用45鋼答:鍛造-完全退火-機(jī)加工-整體調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）-齒面高頻表面淬火，低溫回火-精加工（磨齒）（3）某車床主軸，要求良好的綜合機(jī)械性能，軸頸部分要求耐磨其硬度HRC5055，其余部分硬

11、度為HRC2025，請選材，并選擇熱處理方法，簡明的工藝路線。選擇45鋼，答:鍛造-完全退火-機(jī)加工f軸整體調(diào)質(zhì)-軸頸局部高頻表面淬火，低溫回火-精加工（磨削）例1：某一用45鋼制造的零件，其加工路線如下：備料-鍛造-正火-粗機(jī)械加工-調(diào)質(zhì)-精機(jī)械加工-高頻感應(yīng)加熱淬火+低溫回火-磨削，請說明各熱處理工序的目的及熱處理后的組織。答：正火目的:消除鍛造應(yīng)力，改善切削加工性,同時均勻組織,細(xì)化晶粒,為后續(xù)熱處理作組織準(zhǔn)備。組織：晶粒均勻細(xì)小的F和3調(diào)質(zhì)目的:提高塑性、韌性，使零件獲得較好的綜合力學(xué)性能。組織:S回。高頻感應(yīng)加熱淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韌性。低溫

12、回火目的:降低內(nèi)應(yīng)力和脆性。表層組織:M回，心部組織：S回。例2.畫出FeFe3c相圖，注明各相區(qū)的相名稱，指出奧氏體和鐵素體的溶解度曲線第四章P1181、分析說明優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中,為什么碳含量的差異會造成較大的性能差異答：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。典型的例子是低碳鋼、高碳鋼、高碳鋼力學(xué)性能變化。4、三塊形狀和顏色完全相同的鐵碳合金，分別是15鋼、60鋼和白口鑄鐵，用

13、什么簡單方法可迅速區(qū)分它們？答：用劃痕法比較它們的硬度,硬度從低到高分別為15鋼、60鋼和白口鑄鐵。5、如何通過“球化處理”使鑄鐵中石墨以球狀形態(tài)存在？球墨鑄鐵常用的熱處理工藝有哪些？答:在澆注前向鐵液中加入適量的球化劑和孕育劑，使碳呈球狀析出。球墨鑄鐵常用的熱處理工藝回火。6、試述灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的主要用途？并說明為什么石墨形態(tài)的差異帶來性能上的差異？答：鑄鐵可分為：灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7%4.0%）,碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，即是自然界本身所擁有的。斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低（11451250C）,凝固時收縮量小，抗壓強(qiáng)度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用于制造機(jī)床床身、汽

14、缸、箱體等結(jié)構(gòu)件?？慑戣T鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強(qiáng)動載荷的零件。球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強(qiáng)度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機(jī)、汽車零部件及農(nóng)機(jī)具等.例1.常見的合金結(jié)構(gòu)鋼有哪些?寫出其牌號,說明其一般使用時的熱處理狀態(tài)（即最終熱處理）和用途。答：常見的合金結(jié)構(gòu)鋼有：（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：其中Q345是最常用的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，一般不進(jìn)行熱處理，廣泛用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)件。（2）合金滲碳

15、鋼：20CrMnTi是最常用的合金滲碳鋼，一般是滲碳后淬火、低溫回火，用來工作中承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和磨損條件下的滲碳零件。（3）合金調(diào)質(zhì)鋼：40Cr是最常用的合金調(diào)質(zhì)鋼，其熱處理工藝是調(diào)質(zhì)，用來制造一些受力復(fù)雜的重要零件，如機(jī)床的主軸等。（4）合金彈簧鋼：常用的合金彈簧鋼的牌號有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA熱成形彈簧鋼進(jìn)行淬火、中溫回火，冷成形彈簧鋼只需進(jìn)行依次去應(yīng)力退火，合金彈簧鋼主要用語制造各種彈性元件，如制作汽車的減震板彈簧等。（5）滾動軸承鋼：目前應(yīng)用最多的有：GCr15主要用于中小型滾動軸承；GC5SiMn主要用于較大的滾動軸承，滾動軸承鋼的熱處理包括預(yù)備熱處理（球化退火）和最終熱處理（淬火+低溫回火）。例2.說明下列牌號所屬