金屬材料與熱處理（答案）

目錄目錄答案項目一任務(wù)一一、填空題1．越大2．液態(tài)3．（1）導(dǎo)熱性（2）延展性（3）導(dǎo)電性（4）密度較小二、問答題1．所有金屬材料都具有導(dǎo)電性，其中以銀最好，銅、鋁次之，在工業(yè)中用銅做材料主要考慮到造價問題，用銀造價太高。2．利用鐵的導(dǎo)電性原理項目一任務(wù)二一、填空題1．耐腐蝕性；抗氧化性2．活潑；電化學(xué)二、問答題1．鋼鐵比較堅固，不容易斷裂，鋁不堅固而且比較柔軟，容易摧毀，銅相對于鋼鐵來說也比較軟，而且相對來說價格更貴，所以鋼鐵應(yīng)用最廣泛2．因為水壺和把手的材質(zhì)是不銹鋼，所以不會生銹。項目一任務(wù)三一、填空題1．塑性變形；斷裂2．不可逆永久；斷后伸長率；斷面收縮率3．750；布氏硬度值4．抗拉強度二、判斷題1.×；2.×；3.√；4.×三、問答題1．許多零件（如軸、齒輪、連桿及彈簧等）都是在交變應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力）作用下工作的。在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的最大應(yīng)力通常都低于材料的屈服強度，但經(jīng)過一定時間的工作后，零件會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。材料在循環(huán)應(yīng)力作用下經(jīng)受無數(shù)次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限或疲勞強度。2．?dāng)嗪罄炻剩篈=（79-50）/50*100%=58%；斷面收縮率：QUOTESo=πd24=3.14×1024=78.5?mm2QUOTESu=πdu24=項目一任務(wù)四一、填空題1．澆注溫度；熔點2．塑性；變形抗力二、判斷題1．×；2．√；3．×項目二任務(wù)一一、填空題1．體心立方晶格；面心立方晶格；密排立方晶格2．點缺陷；線缺陷；面缺陷二、選擇題1．B；2．D；3．C項目二任務(wù)二一、名詞解釋1．物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。如果凝固后的固態(tài)物質(zhì)是晶體，則這種凝固過程稱為結(jié)晶。2．形核率是指單位時間內(nèi)在單位體積中產(chǎn)生的晶核數(shù)；3．長大率是指單位時間內(nèi)晶核長大的線速度。二、判斷題1．×；2．×；3．√三、問答題1.當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度時，結(jié)晶并未開始，而是繼續(xù)冷卻到理論溫度以下的某一溫度才開始結(jié)晶。這種實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為過冷。理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度T1之差稱為過冷度，用ΔT表示過冷度的大小與冷卻速度、金屬的性質(zhì)和純度等因素有關(guān)。冷卻速度越大，金屬越純，過冷度越大。實驗證明，金屬都是在過冷情況下結(jié)晶的，所以，過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。項目二任務(wù)三一、填空題1．單相組織；多相組織2．結(jié)晶；體心立方；同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；面心立方二、選擇題1．A；2．B；3．A三、問答題1．組元是指組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)。組元通常是組成合金的元素，可以是金屬元素或非金屬元素（如鐵碳合金中的Fe和C、黃銅中的Cu和Zn等），也可以是金屬化合物（如碳鋼中的Fe3C等）。由兩個組元組成的合金稱為二元合金，由三個組元組成的合金稱為三元合金，由三個以上組元組成的合金稱為多元合金。相是指在合金中具有相同的成分、晶體結(jié)構(gòu)及性能，并與其他部分以界面分開的均勻組成部分。2．當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，鐵碳合金的脆性極大，在工業(yè)生產(chǎn)中沒有使用價值，因此只需要研究碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的合金部分。相圖中，左上角的包晶部分轉(zhuǎn)變溫度很高，實際應(yīng)用很少，而且轉(zhuǎn)變過程對隨后的低溫轉(zhuǎn)變影響不大，所以，在一般的研究中，常將此部分省略簡化。3．1）選材時的主要依據(jù)鐵碳合金相圖所表明的成分、組織與性能之間的關(guān)系，為合理選用鋼鐵材料提供了依據(jù)。例如，建筑用鋼和各種型材需要塑性、韌性好的材料，應(yīng)選用低碳鋼；各種機械零件需要強度、塑性及韌性都較好的材料，應(yīng)選用中碳鋼；各種工具需要硬度高、耐磨性好的材料，應(yīng)選用高碳鋼。2）制訂各種熱加工工藝的主要依據(jù)①在鑄造方面的應(yīng)用。②在鍛造方面的應(yīng)用。③在焊接方面的應(yīng)用。④在熱處理方面的應(yīng)用。項目二任務(wù)四一、名詞解釋1．金屬經(jīng)塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬強度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為冷變形強化或加工硬化。2．加熱溫度較低時，原子擴散能力不大，只有晶粒內(nèi)部位錯、空位、間隙原子等缺陷通過移動、復(fù)合消失而減少，晶粒仍保持變形后的形態(tài)，變形金屬的顯微組織不發(fā)生明顯變化。此時，材料的強度和硬度只略有下降，塑性略有提高，而殘余應(yīng)力則大大降低，這種現(xiàn)象稱為回復(fù)。3．加熱溫度較高時，由于原子活動能力增大，金屬的顯微組織發(fā)生明顯的變化，破碎的、被拉長或壓扁的晶粒變?yōu)榫鶆颉⒓?xì)小的等軸晶粒，這一變化過程也是通過形核和晶核長大方式進行的，故稱為再結(jié)晶。二、判斷題1．×√；2．×；3．√項目三任務(wù)一一、填空題1．退火；完全退火；等溫退火；球化退火；擴散退火；去應(yīng)力退火；再結(jié)晶退火2．單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火；馬氏體分級淬火；貝氏體等溫淬火。3．半馬氏體組織；好4．低溫回火；中溫回火；高溫回火二、問答題1．因轉(zhuǎn)變溫度很低，鐵、碳原子都不能進行擴散，因此，馬氏體轉(zhuǎn)變是一種非擴散型相變。馬氏體的轉(zhuǎn)變速度極快。馬氏體轉(zhuǎn)變是不徹底的，總會殘留少量奧氏體。馬氏體形成時體積膨脹，在鋼中會造成很大的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時將使被處理零件開裂。2．淬火是指將鋼加熱到或以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s獲得馬氏體和（或）貝氏體組織的熱處理工藝。常用的淬火方法有單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火。（1）單介質(zhì)淬火單介質(zhì)淬火是指奧氏體化后的工件在一種介質(zhì)（水或油）中連續(xù)冷卻至室溫的淬火）方法。此法操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化，但淬火應(yīng)力大，工件容易變形和開裂。對碳素鋼而言，單介質(zhì)淬火只適用于形狀較簡單的工件。（2）雙介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火是指將工件奧氏體化后，先在冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻的淬火方法，如先水后油、先水后空氣等。此方法可有效減少工件變形和開裂，但操作不好掌握，主要用于形狀復(fù)雜的高碳鋼件和尺寸較大的合金鋼件。（3）馬氏體分級淬火馬氏體分級淬火是指將奧氏體化后的工件浸入溫度稍高于或稍低于點的堿浴或鹽浴中保持適當(dāng)時間，在工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火方法。此方法顯著降低了淬火應(yīng)力，因而能更有效地減小或防止淬火工件的變形和開裂，主要用于尺寸較小的工件。（4）貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火是指將工件奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火方法。此法淬火后應(yīng)力和變形很小，工件強度高、韌性好，多用于形狀復(fù)雜、尺寸較小的零件。項目三任務(wù)二一、填空題1．滲碳；滲氮；碳氮共滲；分解；吸收；擴散2．感應(yīng)加熱表面淬火；火焰加熱表面淬火3．氣體滲碳；固體滲碳；液體滲碳二、問答題1．目的是為了提高鋼件表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度，以及經(jīng)淬火和回火后提高工件表面硬度和耐磨性，并使心部保持良好的韌性。2．（1）感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是指利用感應(yīng)電流通過工件時所產(chǎn)生的熱量，使工件表層、局部或整體加熱并快速冷卻的淬火工藝。感應(yīng)加熱表面淬火最適宜的鋼種是中碳鋼（如40鋼、45鋼）和中碳合金鋼（如40Cr鋼、40MnB鋼），也可用于高碳工具鋼、含合金元素較少的合金工具鋼及鑄鐵等。（2）火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是指采用氧-乙炔（或其他可燃?xì)怏w）火焰，對零件表面進行加熱，隨之淬火冷卻的工藝?；鹧婕訜岜砻娲慊鸩僮骱啽悖O(shè)備簡單，成本低，靈活性大；但加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，主要用于單件、小批量生產(chǎn)以及大型零件。項目四任務(wù)一一、填空題1．；；高碳鋼2．球化退火；淬火加低溫回火3．碳素鋼4．尺寸精確性；穩(wěn)定性二、問答題1．按用途不同，合金鋼可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。這種分類方法最方便，也最常用。合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種工程結(jié)構(gòu)和機械零件，是合金鋼中用途最廣、用量最大的一根據(jù)用途不同，合金工具鋼可分為合金量具鋼、合金刃具鋼、合金模具鋼。1）合金量具鋼用來制造各種量具如游標(biāo)卡尺、塊規(guī)、卡規(guī)、千分尺、樣板等的合金鋼稱為合金量具鋼。2）合金刃具鋼用于制造各種車刀、銑刀等切削加工工具的合金鋼稱為合金刃具鋼。3）合金模具鋼按工作條件的不同，合金模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。冷作模具的作用是使金屬在室溫條件下產(chǎn)生塑性變形從而獲得具有一定幾何尺寸及形狀的毛坯或零件，如沖模、彎曲模、冷鍛模等。熱作模具是用來使熱狀態(tài)下的金屬產(chǎn)生變形的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。不銹鋼是指能夠抵抗大氣或其他介質(zhì)腐蝕的鋼。有時僅把能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而把能夠抵抗強腐蝕介質(zhì)的鋼稱為耐酸鋼。一般不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼則一般都具有良好的耐蝕性能。耐熱鋼是指高溫下具有高的熱穩(wěn)定性和熱強性的特殊性能鋼。熱穩(wěn)定性是指抗氧化性，即鋼在高溫氧化作用下的穩(wěn)定性。熱強性是指鋼在高溫下對外力的抵抗能力。耐磨鋼是指具有高耐磨性的鋼種，主要用于工作過程中承受高壓力、嚴(yán)重磨損和強烈沖擊的零件，如坦克和車輛履帶板、挖掘機鏟斗、破碎機顎板、鐵軌分道岔、防彈板等。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼。2．彈簧主要用于實現(xiàn)消除振動、儲備能量、驅(qū)動機械、開閉閥門等功能，彈簧工作時受到交變載荷作用，因此，要求彈簧鋼具有高的強度、彈性極限、韌性及疲勞極限。合金彈簧鋼的含碳量一般為0.45%～0.75%，加入的合金元素有釩、鉻、錳、硅等。生產(chǎn)中常對彈簧采用噴丸或表面強化處理，使其表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)以提高彈簧的疲勞強度及表面質(zhì)量。項目四任務(wù)二一、填空題1．灰鑄鐵；球墨鑄鐵；可鍛鑄鐵；蠕墨鑄鐵2．鐵素體灰鑄鐵；鐵素體-珠光體灰鑄鐵；珠光體灰鑄鐵3．蠕蟲；鎂鈦合金；稀土鎂鈦合金；稀土鎂鈣合金4．珠光體灰鑄鐵；高磷鑄鐵；冷硬鑄鐵；抗磨白口鑄鐵；中錳球墨鑄鐵二、問答題1．根據(jù)Fe-G相圖，過共晶鑄鐵的石墨化過程可分為三個階段。第一階段石墨化：包括從鑄鐵液中結(jié)晶出一次石墨和在1154℃通過共晶反應(yīng)形成共晶石墨。第二階段石墨化：在1154～738℃范圍內(nèi)，奧氏體沿線析出二次石墨。第三階段石墨化：在738℃，通過共析反應(yīng)析出共析石墨。2．球墨鑄鐵具有接近灰鑄鐵的鑄造性能，但強度、塑性、韌性大大高于灰鑄鐵，接近鑄鋼，具有良好的減振性、耐磨性和低缺口敏感性。球墨鑄鐵主要用于強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。可鍛鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰口鑄鐵，并接近于同類基體的球墨鑄鐵，但比球墨鑄鐵的鐵水處理簡單、質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低。在生產(chǎn)中常用可鍛鑄鐵加工一些截面較薄而形狀復(fù)雜、工作時受振動，且強度、韌性要求較高的零件，如汽車減速器殼、后橋殼、萬向接頭等。項目四任務(wù)三一、填空題1．變形鋁合金；鑄造鋁合金2．防銹鋁合金；硬鋁合金；超硬鋁合金；鍛造鋁合金3．加工銅合金；鑄造銅合金4．錫基；鉛基；鋁基二、問答題1．根據(jù)合金元素含量和性能特點，硬鋁合金可分為低強度硬鋁、標(biāo)準(zhǔn)硬鋁和高強度硬鋁三類。低強度硬鋁：Cu和Mg含量較低，強度低，塑性高，采用固溶處理和自然時效可以強化，但時效速度較慢，主要用于制造鉚釘，故又稱為鉚釘硬鋁。常用的低強度硬鋁有2A02和2A10等。標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：Cu和Mg含量中等，強度和塑性在硬鋁合金中屬于中等水平，故又稱為中強度硬鋁。這類合金淬火和退火后有較高的塑性，可進行冷彎、卷邊、沖壓等，主要用于制造軋材、鍛材、沖壓件和鉚釘?shù)?。常用的?biāo)準(zhǔn)硬鋁有2A11等。高強度硬鋁：Cu和Mg含量高，強度和硬度較高，有較好的耐熱性，但塑性和變形加工能力差，適用于制造航空模鍛件和重要的銷軸等。常用的高強度硬鋁有2A12等。2．為了保證機器正常、平穩(wěn)、無聲地運行，軸承合金應(yīng)滿足一系列性能要求：在工作溫度下具有足夠的強度、硬度和疲勞強度，以承受交變載荷；具有足夠的塑性和韌性，保證與軸的良好配合，以抵抗沖擊和振動；有高的耐磨性、良好的磨合性和較小的摩擦系數(shù)；具有良好的耐蝕性和導(dǎo)熱性、較小的膨脹系數(shù)；有良好的工藝性和鑄造性能。3．普通黃銅的組織和性能主要受含鋅量的影響。如圖4-11所示，當(dāng)鋅含量小于32%時，合金的強度和塑性都隨鋅含量的增加而提高；當(dāng)鋅含量為30%～32%時，塑性最高；當(dāng)鋅含量大于32%時，塑性下降；當(dāng)鋅含量為40%～45%時，強度最高；當(dāng)鋅含量大于45%時，銅合金的塑性和強度均急劇下降。項目五任務(wù)一一、填空題1．?dāng)嗔咽?；過量變形失效；表面損傷失效2．方案設(shè)計；材料選擇；加工工藝；安裝使用3．塑性斷裂；脆性斷裂；疲勞斷裂；蠕變斷裂4．過量彈性變形失效；過量塑性變形失效二、問答題1．（1）設(shè)計不合理零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸設(shè)計不合理最容易引起失效。例如，鍵槽、孔的尖角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)裂紋。另外，對零件工作條件（如受力性質(zhì)和大小、溫度、環(huán)境）估計不足或判斷有誤、設(shè)計的安全系數(shù)過小等，均會使零件的性能滿足不了工作性能要求，造成失效。（2）選材不合理選用的材料性能不能滿足工作條件要求，或所選材料的組織不合理、質(zhì)量差，如含有過量的夾雜物、雜質(zhì)元素或成分不合格等，都會造成零件的失效。（3）加工工藝不當(dāng)零件在加工和成形過程中，因采用的工藝方法、工藝參數(shù)不合理，操作不正確等，常會引起某些缺陷，從而造成失效。（4）安裝使用不正確機器在安裝過程中不符合技術(shù)要求，如零件之間配合過緊、過松、對中不準(zhǔn)等；使用中不按工藝規(guī)程操作和維修，保養(yǎng)不及時或不善，過載使用等，均會造成失效。2．大致有如下程序。①盡量仔細(xì)地收集失效零件的殘骸，并拍照、記錄實況，確定重點分析的對象。樣品應(yīng)取自失效的發(fā)源部位，或能反映失效的性質(zhì)或特點的位置。②詳細(xì)記錄并整理失效零件的有關(guān)資料，如設(shè)計情況（圖樣）、實際加工情況及尺寸、使用情況等。根據(jù)這些資料全面地從設(shè)計、加工、使用各方面進行具體的分析。③對所選試樣進行宏觀（用肉眼或立體顯微鏡）及微觀（用高倍的光學(xué)或電子顯微鏡）斷口分析，以及必要的金相剖面分析，確定失效的發(fā)源點及失效的方式。④對失效樣品進行性能測試、組織分析、化學(xué)分析和無損檢測，檢驗材料的性能指標(biāo)是否合格，組織是否正常，成分是否符合要求，有無內(nèi)部或表面缺陷等，全面收集各種必要的數(shù)據(jù)。⑤斷裂力學(xué)分析。在某些情況下需要進行斷裂力學(xué)計算，以便確定失效的原因及提出改進措施。⑥綜合各方面資料進行分析并做出判斷，確定失效的具體原因，提出改進措施，寫出報告。3.零件的失效原因很多，主要應(yīng)從方案設(shè)計、材料選擇、加工工藝、安裝使用等四方面考慮。1．設(shè)計不合理零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸設(shè)計不合理最容易引起失效。例如，