《金屬學及熱處理》-郭海華 習題及解答

習題1(第一章力學性能）1.塑性指標在工程上有哪些實際意義？塑性是指材料在破壞前所能產(chǎn)生的最大塑性變形能力。塑性好的材料可以順利地進行鍛壓、軋制等加工；在超載情況下不至突然斷裂而提高了工作安全性。2.提高金屬材料的強度有什么實際工程意義？材料抵抗變形和破壞的能力稱為強度，強度指標的具體含義是材料單位面積上所能承受力的能力。強度的提高，意味著在同樣外力的情況下，材料的橫截面積可以減小，最終可以節(jié)約材料，降低成本；同理，強度的提高，在相同橫截面積的情況下，材料承受外力的能力提高了，可以用于要求更高、更重要的加工制造。3.金屬疲勞斷裂有哪些特點？防止金屬疲勞斷裂的方法有哪些？在交變力作用下，金屬會發(fā)生疲勞斷裂現(xiàn)象，材料抗疲勞斷裂的能力稱為疲勞強度。疲勞強度是指在交變力作用下，材料經(jīng)無限次應力循環(huán)而不斷裂的最大應力值。這個最大應力值往往低于材料的屈服強度（如很多材料是其屈服強度的0.3～0.6倍），這說明交變力比靜力具有更大的破壞性；其次，疲勞斷裂沒有明顯塑性變形的過程，突然斷裂具有更大的危險性。防止措施有：合理選材，減少氧化、脫碳、裂紋、夾雜等缺陷；改善零件結構形狀：減少開孔、挖槽、缺口等，盡量避免尖角和截面突變，避免引起應力集中；降低零件表面粗糙度，應盡量減少刀痕、磨痕、擦傷、腐蝕等表面加工損傷；采用各種表面強化處理如滲碳、滲氮、表面淬火、噴丸和滾壓等在材料表面形成一定深度的殘余壓應力。4.某廠購入一批40鋼，按相關標準規(guī)定其力學性能指標應為：ReL≥340MPa，Rm≥540MPa，Z≥45%。驗收時，取樣將其制成d0=10mm的試樣做拉伸試驗，測得FeL=31.4KN，F(xiàn)m=47.1KN，斷后直徑dU=7.3mm。請計算相關力學性能，判斷該批鋼材是否合格。答：計算得該材料ReL=400MPa計算得該材料Rm=600MPa計算得該材料Z=46.7%可見：該批材料的ReL、Rm、Z實際值均大于材料的應達指標值，故：該批鋼材合格。5.一批鋼制拉桿，工作時不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形，最大工作應力Rmax＝350MPa。今欲選用某鋼制作該拉桿?，F(xiàn)將該鋼制成d0＝10mm的標準拉抻試樣進行拉抻試驗，測得FeL＝21500N，F(xiàn)m＝35100N，試判斷該鋼是否滿足使用要求？為什么？計算得ReL≈274MPa可見：ReL＜Rmax或：Fmax≈27475N可見：Fmax＞FeL故：該鋼不滿足使用要求。下列材料或工件的硬度適宜哪種硬度測試法測量？（1）鑄鐵發(fā)動機殼體HBW.（2）金屬表面鍍層HV.（3）退火鋼HRBW/HBW.（4）鉗工手錘HRC.（5）大型銅錠HBW（6）鋼中的金屬化合物相HV.（7）硬質(zhì)合金HRA.（8）高硬度鑄鐵HRC.7.金屬常用的力學性能有：強度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞強度，現(xiàn)有一沖裁彈簧墊圈鋼板的小型冷作模具，請按該模具的使用情況，將其所要求的力學性能從高到低進行排序。硬度、強度、沖擊韌性、疲勞抗力習題2（第2章金屬的結構與結晶）常見的金屬晶體結構有哪幾種？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體結構？常見的金屬晶體結構有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。體心立方晶格：α-Fe、V、Cr面心立方晶格：γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb密排六方晶格：Cr、Mg、Zn常見的晶體缺陷有哪幾種？各自有何特征？點缺陷：晶體空間三維方向上的尺寸都很小的缺陷，不超過幾個原子間距。如空位、間隙原子、置換原子及其復合體；線缺陷：晶體空間三維方向上有兩維方向上的尺寸很小（與點缺陷相似），在另一維方向的尺寸相對很大而呈線狀分布的缺陷。如：刃型位錯、螺型位錯；面缺陷：晶體空間三維方向上有一維方向上的尺寸很?。ㄅc點缺陷相似），另外兩維方向上的尺寸相對很大的缺陷，如晶界、亞晶界、相界等；金屬結晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？（1）金屬結晶是一個形核和長大的過程；這個過程需要過冷度，在T0條件下結晶處于平衡狀態(tài)無法順利進行，過冷度是結晶的推動力；純金屬結晶過程是一個恒溫過程，結晶時溫度保持不變，結晶結束后，溫度又繼續(xù)下降。（2）隨著過冷度的增加，形核速率N和長大速度G都增加，并在一定過冷度下達到最大值，但隨著過冷度的進一步增加，兩者都減小。其次，液態(tài)金屬中一些雜質(zhì)、難熔微粒的存在，以及采用振動和攪拌的方法，都可促進形核，利于晶粒細化。計算密排六方晶格的致密度。答案可參見教材21頁。設：晶胞原子排列為理想狀態(tài)，底邊長為a，原子半徑為r,高為c。如左圖所示，底面正六邊形的對角線長度為2a，則有：，。如右圖示，得出：，。密排六方晶胞內(nèi)有六個原子，致密度k為：什么是過冷度？過冷度與冷卻速度有何關系？過冷度的大小對金屬結晶后晶粒尺寸有何影響？理論結晶溫度T0與實際結晶溫度Tn之差稱為過冷度，用ΔT表示，ΔT=T0-T1。當冷卻速度越大時，實際結晶溫度越低，過冷度越大，結晶的推動力越大，生成的自發(fā)晶核越多，晶粒越細??；過冷度越小，晶粒越粗大。在鑄造生產(chǎn)中，一般采用哪些措施控制晶粒大??？在生產(chǎn)中如何應用變質(zhì)處理？鑄造生產(chǎn)中常用加快冷卻速度以增大結晶過冷度的方法，主要有：降低澆注溫度、采用散熱快的金屬鑄型、降低金屬鑄型的預熱溫度、減小鑄型涂料層的厚度以及采用水冷鑄型等。其次還有機械振動和攪拌、變質(zhì)處理（孕育處理）措施細化晶粒。對于大型零件宜采用變質(zhì)處理，即向在出爐或澆包中的液態(tài)金屬加入孕育劑或變質(zhì)劑（不熔微粒），以增加非自發(fā)形核的數(shù)目。簡述鑄件缺陷及其產(chǎn)生的原因。鑄件組織容易出現(xiàn)晶粒粗大、成分不均勻、縮孔、縮松、氣孔等缺陷。（1）縮孔：液體金屬中最后一部分液體凝固后沒有得到及時補充而留下的孔洞；縮松：細小分散的縮孔。結晶時剩余液體被樹枝狀晶體分隔成眾多小區(qū)域，當其最后凝固得不到及時補充就形成縮松；形成原因：材料成分選擇不合理，澆注溫度過高或過低、砂型的剛度不夠等，在液態(tài)收縮和凝固收縮過程中造成。（2）氣孔：液體金屬中的氣體在金屬液結殼之前未及時逸出形成；形成原因：原材料銹蝕、潮濕；砂型透氣性低、出氣冒口等工藝措施不合理等。（3）偏析：鑄件化學成分和組織的不均勻現(xiàn)象，分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析等。晶內(nèi)偏析：指晶粒內(nèi)各部分化學成分不均勻的現(xiàn)象。形成原因：由不同溫度下，合金具有不同的溶解度引起，凝固溫度范圍越寬，晶內(nèi)偏析越嚴重，且冷卻速度越大，偏析元素在固溶體中的擴散能力越小，偏析越嚴重。區(qū)域偏析：指鑄件由里到外或由上至下化學成分和組織不均勻現(xiàn)象。形成原因：由鑄件各部分凝固存在先后順序、冷卻速度過快引起。習題3（第3章合金的結構與相圖)1.簡要說明二元合金勻晶相圖的獲得過程。以Cu-Ni合金為例：（1）配制一系列不同成分的Cu-Ni合金；（2）用熱分析法分別測出它們的冷卻曲線；（3）找出圖中各冷卻曲線上合金結晶的上、下臨界點；（4）將合金的臨界點標注在“溫度—成分”坐標圖中相應的成分軸上。其中橫坐標數(shù)值為右下角元素質(zhì)量百分比。”（5）再將意義相同的臨界點連接起來。上臨界點連接線為液相線，下臨界點連線為固相線。2.試以Pb-Sn合金相圖（圖3-7）說明：共晶點和共晶轉變線有什么關系？C點是共晶點，是共晶轉變ECF線上的一個點，它所對應的成分是含錫量61.9%，具有該點成分的液相冷卻到共晶轉變線溫度時，會發(fā)生共晶轉變，生成（α+β）共晶體。此時，α相、β相的固溶度最大，分別是共晶轉變ECF線上的兩個端點E點和F點所對應的成分。而共晶轉變ECF線所對應的合金成分是從含錫量19%～97.5%的合金范圍。該范圍的合金，當溫度冷卻到共晶轉變線溫度時，液體的成分都將沿液相線逐漸變化達到共晶點C，從而發(fā)生共晶轉變。3.Pb-Sn合金相圖中（圖3-7），合金Ⅱ（Sn=38%）在共晶溫度發(fā)生共晶轉變結束時，試用杠桿定律計算共晶體所占百分比以及合金中所有α固溶體所占百分比。在共晶轉變線上建立杠桿為E2C，2點為杠桿支點。Q(α+β)=E2/2C=（38-19）/（61.9-38）=79.5%Qα=1-Q(α+β)=20.5%4.如圖3-12所示為A、B兩組元形成的二元合金相圖。請?zhí)畛龈飨鄥^(qū)的組織，并寫出圖示四種成分的合金緩冷至室溫組織變化過程。L→L+α→αL→L+α→α→α+βⅡL→L+α→α+(α+β)→α+βⅡ+(α+β)L→(α+β)5.某合金相圖如圖3-13示，試標出1-4空白區(qū)域相的名稱，指出此相圖包括幾種轉變類型？并說明合金1的平衡結晶過程及室溫下顯微組織。①L+γ②γ+β③(α+β)+β+αⅡ④β+αⅡ包括：勻晶轉變、共析轉變。L→L+γ→γ→γ+α→α→α+βⅡ6.分析共析相圖和共晶相圖的區(qū)別和聯(lián)系，共析體和共晶體有什么區(qū)別和聯(lián)系？在共析線附近反復加熱和冷卻，能否獲得特別細密的顯微組織？共析相圖與共晶相圖很相似，不同之處在于共析轉變是出自同一種固相的轉變，而非同一液相。共析相圖的上方是固相區(qū)，共晶相圖的上方是液相區(qū)。共析體和共晶體都是由一種相同時轉變出的兩個不同相構成的，在形態(tài)上有相似之處：交錯排列、緊密混合的機械混合物。由于共析轉變的溫度低，易獲得較大過冷度，因而形核率高；同時因在固態(tài)下進行，原子擴散比較困難，因此，共析體較共晶體更加細小。在共析線附近反復加熱和冷卻，可以通過反復形核獲得特別細密的顯微組織。習題4(第4章鐵碳合金）簡述鐵素體、奧氏體和滲碳體的概念及性能特點。（1）鐵素體（F）是碳溶解在α-Fe中的間隙固溶體。鐵素體溶碳能力很低，室溫下溶碳能力僅為C=0.0008%，固溶強化效果不明顯，其性能近似于純鐵，即強度、硬度低而塑性、韌性好（Rm=180～230MPa，80HB，A≈40%，αK≈250J/cm2），適用于形變加工。鐵素體在770℃以下呈鐵磁性。（2）奧氏體（A）是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體。在大于727℃高溫條件下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體溶碳能力較大，強度和硬度比鐵素體高，但塑性、韌性很好（Rm≈400MPa，160～200HB，A=40～50%），鋼材為高溫奧氏體相時更易發(fā)生塑性變形。奧氏體呈非鐵磁性。（3）滲碳體（Fe3C）是鐵與碳形成的金屬化合物，滲碳體熔點高（約1227℃）、硬度很高（860HV），能輕易刻劃玻璃，但塑性、韌性極差（A≈0，αK≈0）。2.分析含碳量為0.45%的鋼在平衡條件下從液態(tài)冷卻至室溫的結晶過程；并計算其室溫組織中組織組成物和相組成物的含量。（1）結晶過程如下：由圖4-7：含碳量0.45%的鋼為亞共析鋼，合金在冷卻至GS線之前，已結晶出全部的奧氏體（C=0.45%）。當冷到GS線上時，開始在A晶界上析出F，并隨溫度的下降，F(xiàn)量不斷增多，A量不斷減少。F含碳量沿GP線變化，而剩余奧氏體碳含量則沿GS線變化。當溫度至727℃時，F(xiàn)的成分達到P點，剩余A含量到達S點發(fā)生共析轉變，形成珠光體。此時，鋼的組織就由先共析鐵素體和珠光體組成。共析線溫度以下，鐵素體將析出三次滲碳體，但其數(shù)量很少，可以忽略。故該合金的室溫組織可以認為是鐵素體與珠光體。（2）相和組織組成物的占比1）組織組成物的相對含量：

組織：鐵素體+珠光體，鐵素體含量用QF表示，珠光體含量用QP表示，室溫鐵素體含碳量為0.0008%：

QF=（0.77-0.45）/(0.77-0.0008)≈41.6%QP=1-41.6%=58.4%2）相組成物的相對量鐵碳合金均由鐵素體+滲碳體兩相組成，鐵素體用QF表示，滲碳體用QFe3C表示，室溫鐵素體含碳量為0.0008%：

QF=（6.69-0.45）/(6.69-0.0008)≈93.3%

QFe3C=1-93.3%=6.7%

3、某鋼材倉庫積壓了許多鋼材（退火態(tài)），由于鋼材混雜，鋼的化學成分未知，取其中一根經(jīng)金相組織分析后，其組織為P+Fe3C，P占93%，試根據(jù)鐵碳相圖計算此鋼材含碳量大約是多少？由組織P+Fe3C，可知該鋼屬于過共析鋼。設其含碳量為x%，根據(jù)鐵碳相圖及杠杠定律：QP=（6.69-x）/(6.69-0.77)=93%解得x≈1.2此鋼材含碳量約為1.2%。4.簡述鋼的成分、室溫平衡組織及力學性能之間的關系。亞共析鋼平衡組織為F+P。共析鋼為全部P；過共析鋼為P+Fe3C。組織不同，但均由F和Fe3C兩相構成。隨碳含量增加,Fe3C量增加，合金硬度提高,塑性和韌性下降；當碳含量小于1%時,隨碳含量增加，強度增高；當碳含量達1%后,由于Fe3C數(shù)量多并沿晶界呈網(wǎng)狀分布，使強度將隨碳含量的增加而下降。5．采用何種簡便方法可將形狀、大小相同的低碳鋼與白口鑄鐵材料迅速區(qū)別開？最簡單的辦法就是用鋼銼刀，挫磨材料表面，白口鑄鐵由于Fe3C高，硬度高，挫磨費力、打滑；低碳鋼碳化物少，更軟，有明顯劃痕和損傷。也可以用榔頭分別敲擊，聲音比較清脆、悠長的是鋼材，聲音沉悶、短促的是鑄鐵。6.試應用鐵碳合金狀態(tài)圖知識下列問題：（1）為改變鋼的力學性能而進行熱處理時，為何一定要加熱到A1溫度以上？（2）為何綁扎物體時一般用鐵絲（用低碳鋼制成）？而起重機起吊重物卻用鋼絲繩（用高碳鋼制成）？（3）鉗工鋸高碳鋼料時為何比鋸低碳鋼料時費力，且鋸條更容易磨損？（4）為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金，而塑性成形合金常選用單相固溶體成分合金？（1）鋼力學性能要發(fā)生大的變化，必須有相的改變。鋼加熱到A1溫度以上才會引起相變。（2）根據(jù)碳鋼性能變化總體趨勢c↑：F↓Fe3C↑→Rm、HRC↑A、αK↓，高碳鋼含碳量高，抗拉強度好，適合吊重；低碳鋼含碳量低，塑性好，易于彎曲變形適合捆扎。（3）高碳鋼含碳量高，碳化物數(shù)量多，硬度高、耐磨性好；低碳鋼含碳量低，高碳化物少，比較軟。所以鋸高碳鋼料時更費力，鋸條更容易磨損。（4）因為共晶成分結晶溫度范圍窄，鑄造流動性好，易于鑄造成型。而單相固溶體成分的合金，塑性好，變形抗力小，易于加工成型。習題5（金屬的塑性變形、再結晶與強化）1.簡述金屬在受到一定外力時，為何會發(fā)生滑移，其實質(zhì)是什么？晶體滑移第一種途徑是晶體的一部分相對于另一部分作整體滑動，稱為剛性滑移。許多研究表明：剛性滑移所需外力很大，在實際金屬存在很多晶體缺陷的條件下，其滑移并非剛性滑移，而是通過位錯運動實現(xiàn)的，阻礙位錯運動即可阻礙金屬的塑性變形，從而使強度提高。2.何為加工硬化？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?隨著金屬變形量的增加，金屬的強度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷變形強化）。因塑性變形時位錯密度增加，位錯間交互作用增強，相互纏結，對位錯運動阻力增大；同時亞晶界的增多，均使強度提高。實際生產(chǎn)中常通過冷軋、冷拔，利用加工硬化現(xiàn)象以提高鋼材強度。但當我們需要材料持續(xù)變形時，加工硬化現(xiàn)象又會使阻力持續(xù)增大，如果再繼續(xù)加大外力促使材料繼續(xù)變形，將會使材料徹底喪失塑性，最終導致脆斷而報廢。3.金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能會發(fā)生什么變化？（1）產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象；（2）產(chǎn)生各向異性：纖維組織和織構的形成，都會使金屬性能出現(xiàn)各向異性；（3）影響金屬物理性能和化學性能；塑性變形使金屬晶格發(fā)生畸變，變形儲存的能量增大了原子的活動能力，分別使電阻、耐腐蝕性等發(fā)生改變。（4）產(chǎn)生殘余內(nèi)應力：由于各部分之間受力不均導致各部分變形不均勻，從而使各部分之間產(chǎn)生或殘存相互作用的內(nèi)應力。4.在室溫下對鉛板進行彎折，越彎越硬，而稍隔一段時間后再進行彎折，鉛板又像最初一樣柔軟，這是為什么？開始對鉛板進行彎折時，會首先發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，材料強、硬度提高，感覺越彎越硬。由于鉛的再結晶溫度約-32.6℃，低于室溫，因此，在室溫下經(jīng)塑性變形后，材料又會開始一個回復與再結晶過程。室溫下對鉛進行折彎屬于熱加工，這種熱塑性變形引起的加工硬化過程和回復再結晶引起的軟化過程幾乎同時存在，這時的回復和再結晶是動態(tài)的。硬化效果可隨著塑性變形立即產(chǎn)生，而軟化過程需要一定的時間，所以在稍隔一段時間后，軟化過程來才能將加工硬化現(xiàn)象完全消除，使鉛板恢復最初的塑韌性。5.分析金屬細化晶粒以后，不但強度高，而且塑性、韌性也好的原因。晶界原子排列紊亂，晶界有阻礙位錯運動和晶體滑移的作用。晶粒愈細小，多晶體的晶界總面積愈大，其阻礙作用就愈大，則金屬和合金的強度愈高；同時，晶粒愈細小，位向分布增多，滑移的機會增多，可以分批滑移，使金屬塑性提高；晶粒愈細小，在突然受載時，變形可迅速分散到更多的晶粒中，使受力更均勻，吸收更多的沖擊功，韌性提高。因此，細化晶粒能同時提高金屬和合金的強度和塑性、韌性。6.在制造齒輪時有時采用噴丸法(將金屬丸噴射到零件表面)使齒面強化，試分析強化原因。噴丸法就是將高速的金屬彈丸噴射到工件表面，撞擊金屬，使之產(chǎn)生一定量的塑性變形而發(fā)生加工硬化以提高金屬強度。同時表面殘余壓應力，還可有效提高零件的疲勞抗力。經(jīng)噴丸處理后的零件其使用壽命可提高5倍以上。7.用一冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到1000℃，加熱完畢再次吊裝該工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析其原因。吊裝用的冷拔鋼絲繩是將其索氏體化后經(jīng)冷拔制成，利用加工硬化效應提高其強度的（C=0.8%，強度可達3000MPa）。當放在1000℃爐中加熱時，鋼絲繩將奧氏體化，在隨爐冷卻或出爐空冷過程中，鋼絲繩組織將變?yōu)橹楣怏w類組織，其強度降為1000Mpa左右，鋼絲繩抗拉強度顯著降低，導致吊重時斷裂。習題6(鋼的熱處理）1．本質(zhì)細晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細，為什么？不一定。本質(zhì)晶粒度表示A晶粒長大的傾向。本質(zhì)細晶粒鋼是指鋼在特定的加熱條件下，A晶粒不容易長大；而本質(zhì)粗晶粒鋼則相反。但當超過規(guī)定的溫度，阻止A晶粒長大的碳化物也溶解后，本質(zhì)細晶粒鋼的A晶粒并不一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細。2．低碳鋼板硬度低，可否用淬火方法提高其硬度？用什么辦法能顯著提高其硬度？低碳鋼不宜用淬火方法獲得高硬度，因為碳含量低，淬火后的低碳馬氏體硬度不是很高；可通過冷塑性變形產(chǎn)生的加工硬化效應來提高硬度；還可采用滲碳+淬火+低溫回火的方法，提高表面硬度。3．20鋼采用表面淬火是否合適？為什么？45鋼進行滲碳處理是否合適？為什么？20鋼采用表面淬火不合適，20鋼碳含量太低，表面淬火后硬度提高不大；45鋼進行滲碳處理不合適，因為45鋼的碳含量為中碳，會減慢滲碳速度，且經(jīng)淬火+低溫回火后，零件心部的強度有余，而韌性不足，滿足不了零件表硬心韌的性能需求。4．為什么亞共析鋼熱處理時快速加熱并適當保溫可提高其屈服強度和沖擊韌度？可使加熱時所形成的A晶粒細小且均勻，在隨后冷卻轉變得到的組織也細小均勻，獲得細晶強化，使屈服強度和沖擊韌度同時提高。5．熱軋空冷的45鋼，組織為什么能細化？熱軋是在奧氏體區(qū)間內(nèi)進行的熱塑性變形，其溫度高于鋼的再結晶溫度，熱軋后隨即發(fā)生再結晶，控制好終軋溫度、冷速等因素即可獲得晶粒細小的奧氏體；之后再經(jīng)空冷（正火），使奧氏體轉變?yōu)榻M織較為細小的索氏體(S)。6.分析圖6-36的實驗曲線中硬度隨碳含量變化的原因。圖中曲線1為亞共析鋼加熱到Ac3以上，過共析鋼加熱到Acm以上淬火后，隨鋼中碳含量的增加鋼的硬度變化曲線；曲線2為亞共析鋼加熱到Ac3以上，過共析鋼加熱到Ac1以上淬火后，隨鋼中碳含量的增加鋼的硬度變化曲線；曲線3表示隨碳含量增加，馬氏體硬度的變化曲線。3條曲線呈現(xiàn)的整體趨勢是：馬氏體硬度隨碳含量增加而顯著升高，但當碳含量超過0.6%時，硬度增長趨勢下降。這是因為含碳量超過0.6%后，殘余奧氏體量也隨之增加的原因。3條曲線中亞共析鋼部分加熱溫度都是高于Ac3以上，因此硬度曲線一致。過共析鋼部分因淬火條件不同出現(xiàn)差異：曲線1是過共析鋼高于Accm加熱淬火時的情況，因碳化物大量溶入奧氏體中使Ms點下降，殘余奧氏體量增多，導致淬火鋼的硬度下降。曲線2是過共析鋼加熱溫度介于Accm和Ac1之間時，因碳化物溶入奧氏體更少，Ms點溫度相對更高，殘余奧氏體量也更少，因此淬火鋼最終硬度隨碳含量的變化不大。曲線3采用完全淬火并進行冷處理，使奧氏體幾乎全部轉化為馬氏體時所獲得的最高硬度。這個硬度值在一般情況下是難以達到的。圖6-36硬度隨碳含量變化曲線圖6-37冷卻轉變曲線7.分析將共析鋼加熱到奧氏體區(qū)后，按如圖6-37所示的冷卻曲線冷卻，各應得到什么組織？各屬于何種熱處理方法？(a)——M+Ar，單液淬火；(b)——M+Ar，分級淬火；(c)——T+M+Ar，油中淬火；(d)——B下，等溫淬火；(e)——S，正火；(f)——P，退火；(g)——P，等溫退火。8.將T12鋼加熱到Ac1以上，按如圖6-38所示各種方法冷卻，分析其所得到的組織。(a)——M+粒狀Fe3C+A殘；(b)——B下+M+粒狀Fe3C+A殘；(c)——B下+粒狀Fe3C。9.某鋼的連續(xù)冷卻轉變曲線如圖6-39所示，試指出該鋼按圖中(a)、(b)、(c)、(d)速度冷卻后得到的室溫組織。(a)——M+Ar；(b)——B+M+Ar；(c)——F+B+M+Ar；(d)——F+P。

圖6-38冷卻轉變曲線圖6-39連續(xù)冷卻轉變曲線10.正火與退火的主要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應如何選擇正火與退火？正火與退火的主要區(qū)別如下：

(1)加熱溫度不同

正火的加熱溫度范圍是將鋼完全奧氏體化，退火加熱范圍是不完全奧氏體化；(2)冷卻方式不同正火在空氣中冷卻，退火一般是緩慢冷卻(隨爐冷卻、灰堆冷卻)，時間長；（3）獲得組織和性能不同退火獲得珠光體，正火獲得索氏體，組織更細密，強、韌性更好；（4）適合的鋼不同。正火適合所有的鋼，不同的鋼有不同的作用；退火適合含碳量大約為0.6%及以上的鋼。生產(chǎn)中選擇正火與退火的一般原則是：C＝0.2～0.6％：低、中碳——優(yōu)先采用正火C≥0.6％：高碳——球化退火C≥1％：正火+球化退火或：C＜0.5％：低、中碳——正火C＝0.5％～0.75％——完全退火C≥0.75％——球化退火C≥1％——正火＋球化退火11.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的主要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；（2）ZG350鋼的鑄造齒輪；（3）鍛造中出現(xiàn)過熱的60鋼鍛坯；（4）改善T12鋼的切削加工性能。(1)再結晶退火；消除加工硬化效應，降低硬度,恢復塑性；組織：F+P。

(2)去應力退火；消除鑄造應力；組織：F+P。

(3)完全退火；均勻、細化組織，改善力學性能；組織：F+P。

(4)正火+球化退火；正火：消除網(wǎng)狀滲碳體；球化退火：細化晶粒、均勻成分，并使鋼中滲碳體球化，獲得球（粒）狀P組織，降低硬度。組織：F+Fe3C球。12.下列情況該用退火、正火或不需要？并簡述原因。（1）45鋼小軸軋材毛坯；（2）45鋼齒輪鍛件；（3）T12鋼銼刀鍛件。（1）不需熱處理，扎材出廠時已經(jīng)適當熱處理，可直接進行切削加工；（2）正火：空冷獲得索氏體，性能更好，效率高；也可完全退火，硬度比正火略低；（3）正火+球化退火。正火：御制Fe3CⅡ呈網(wǎng)狀；球化退火：球化Fe3C，使材料機加工硬度至合適范圍，且可提高最終韌性。13.試說明直徑為10mm的45鋼試樣經(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℃。700℃:加熱溫度低，未超過A1線溫度，未奧氏體化，組織未發(fā)生變化，保持原始組織；760℃：加熱溫度未超過A3線，部分奧氏體化，最終組織：F+M+A殘；840℃：加熱溫度超過A3線，正常淬火加熱溫度范圍，完全奧氏體化，組織：M+A殘；

1100℃:加熱溫度太高，產(chǎn)生過熱，A晶粒粗大，組織：粗大M+A殘。

14.兩個碳含量為1.2%的碳鋼薄板試樣，分別加熱到780℃和900℃并保溫相同時間奧氏體化后，以大于淬火臨界冷卻速度冷至室溫。試分析:(1)哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？(2)哪個溫度加熱淬火后馬氏體碳含量較多？(3)哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？(4)哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？(5)哪個溫度加熱淬火合適？為什么？(1)加熱到900℃淬火后，M晶粒粗大，因為加熱溫度高，A晶粒粗大；

(2)加熱到900℃的淬火后M碳含量較多，因為碳在A中的溶解度隨溫度升高而增大；

(3)加熱到900℃的淬火后殘余A較多,因為加熱溫度高，A中溶解了大量的碳，使得Ms、Mf位置下移，室溫下殘余Ar增多；

(4)加熱到900℃的淬火后未溶碳化物較少，因為加熱溫度越高，有利于原子的擴散，碳化物更能充分溶解。

(5)碳含量為1.2%的鋼為過共析鋼，780℃加熱淬火較合適，屬正常的淬火加熱溫度范圍(Ac1以上30～50℃)，少量未溶的Fe3C可阻止A晶粒長大，淬火后的組織為細M、粒狀Fe3C和少量殘余Ar。這樣的組織不僅可以獲得高硬度，同時還有利于強度、韌性、耐磨性的提高。15.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說出回火后獲得的組織：(1)45鋼小軸(要求綜合力學性能好)；(2)65鋼彈簧；(3)T12鋼銼刀。(1)淬火(830～860℃)+高溫回火(500～600℃或約600℃)，回火索氏體；淬火(800～830℃)+中溫回火(360～540℃或約400℃)，回火托氏體；

(3)淬火(760～780℃)+低溫回火(180～200℃或約200℃)，回火馬氏體。16.用T10鋼制造直徑較大的鉆頭。其工藝路線為：鍛造→熱處理→機加工→熱處理→磨削加工。(1)寫出其中熱處理工序的具體名稱及作用。(2)制訂機械加工中鉆孔所用鉆頭的最終熱處理（即磨削加工前的熱處理）的工藝規(guī)范，并指出鉆頭在使用狀態(tài)下的組織和大致硬度。(1)鍛造后的熱處理工序為：正火+球化退火，正火主要作用是消除組織中網(wǎng)狀滲碳體，隨后的球化退火作用是均勻、細化組織，降低硬度，便于機加工。磨削前的熱處理工序為：淬火+低溫回火，淬火是為了獲得M組織，提高硬度和耐磨性，低溫回火是為了獲得回火馬氏體組織，穩(wěn)定組織和尺寸，消除內(nèi)應力。

(2)最終熱處理:淬火(760～780℃)+低溫回火(180～200℃)。

鉆頭在使用狀態(tài)下的組織為:回火馬氏體+球形碳化物+Ar，硬度大約為62HRC。17.甲、乙兩廠生產(chǎn)同一種零件，均選用45鋼，硬度要求為220～250HBW，甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)處理，均能達到硬度要求，試分析甲、乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能差別。45鋼通過正火處理得到正火索氏體組織，通過調(diào)質(zhì)處理獲得回火索氏體組織。性能差別：盡管它們都是由F和Fe3C組成的混合物，但正火索氏體中的Fe3C呈片狀，而回火索氏體中的Fe3C呈粒狀；在強度、硬度相當?shù)那闆r下，回火索氏體的塑性、韌度更好，但調(diào)質(zhì)的費用要比正火處理的高。18.試說明表面淬火、滲碳、滲氮三種表面熱處理工藝在選用鋼種、性能、應用范圍等方面差別。三種表面熱處理最終性能目標都是“表硬心韌”，但因材料、熱處理不同，在應用上也有一定差異。名稱鋼種熱處理特點性能特點應用表面淬火中碳鋼種心部正火（調(diào)質(zhì)）心部強硬度相對不高受力不大的一般件表面滲碳低碳鋼種心部淬火、低溫回火心部強硬度相對更高表面滲碳后提高了疲勞抗力受力大的重要件表面滲氮中碳合金鋼心部正火（調(diào)質(zhì)）心部強硬度相對不高表面不經(jīng)淬火降低了變形度滲氮層的化學穩(wěn)定性高，耐腐蝕、耐高溫能力提高受力不大的精密件19.兩個45鋼工件，一個用電爐加熱（加熱速度約為0.3℃/s），另一個用高頻感應加熱（加熱速度約為400℃/s），問兩者淬火溫度有何不同？淬火后組織和力學性能有何差別?淬火溫度主要是根據(jù)含碳量來確定的，兩者都為AC3+30～50℃，使之完全奧氏體化。差別主要在于：（1）電爐加熱為整體處理，淬火后整體獲得M+Ar，工件整體具有高硬度特點；高頻感應加熱為表面處理（心部一般先進行正火或調(diào)質(zhì)），淬火后表層獲得M+Ar，心部組織不變，最終獲得“表硬心韌”的力學性能。（2）電爐加熱速度慢，奧氏體晶粒較粗大，最終馬氏體組織晶粒更粗大，淬火后硬度相當，但強度、韌性更低。（3）電爐加熱速度慢，零件整體溫差和組織變化差異小，淬火應力更??；表面淬火內(nèi)外溫差和組織變化差異大，淬火后應力大。20.20鋼小件經(jīng)930℃、5小時滲碳后，表面碳含量增至1.0%，試分析以下處理后表層和心部的組織：（1）滲碳后慢冷；（2）滲碳后直接水淬并低溫回火；（3）由滲碳溫度預冷到820℃保溫后水淬，再低溫回火；（4）滲碳后慢冷至室溫，再加熱到780℃，保溫后水淬，再低溫回火。(1)表層組織為P+Fe3C，心部組織為F+P；

(2)表層組織為粗大回火馬氏體+Ar，心部組織為粗大低碳回火馬氏體+Ar；(3)表層組織為高碳回火馬氏體+Ar，心部組織為低碳回火馬氏體+F+Ar；(4)表層組織為高碳回火馬氏體+Fe3C+Ar，心部組織為低碳回火馬氏體+F+Ar。相對而言(4)工件表層耐磨性、心部的韌性更好且淬火內(nèi)應力小，工件不易變形開裂。

21.調(diào)質(zhì)處理后的40鋼齒輪，經(jīng)高頻加熱后的溫度分布如圖6-40所示，試分析高頻水淬后，輪齒由表面到中心各區(qū)（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）的組織變化。圖圖6-4040鋼齒輪經(jīng)調(diào)質(zhì)再高頻淬火加熱后的溫度分布示意圖Ⅰ——M+Ar；Ⅱ——M+Ar+F；Ⅲ——回火索氏體。22.將一退火狀態(tài)的共析鋼零件（?10×100）整體加熱至800℃后，將其A段浸入水中冷卻，B段空冷，冷卻后零件的硬度如圖示（圖6-41）。試判斷各點的顯微組織，并用C曲線分析其形成原因。圖圖6-41各點硬度值23.若僅將題21中零件A段加熱至800℃，B段不加熱（溫度低于A1），然后整體置于水中冷卻。試問冷卻后零件各部位的組織和性能如何？寫出其大致硬度值并簡要分析原因。A段：M+Ar66HRC高硬度、高耐磨性；B段：原有組織P15～20HRC強硬度不高，塑韌性較好（良好綜合性能）24.分析下列說法在什么情況下正確？在什么情況下不正確？（1）鋼奧氏體化后，冷得愈快鋼的硬度愈高；（2）淬火鋼硬而脆；（3）鋼中含碳或含合金元素愈多，其淬火硬度愈高。（1）1）含碳量相同時：V≤Vk：正確V＞Vk：均獲M,此時硬度相等。不正確2）含碳量不同時：鋼的硬度還與C相關如：淬透性好的鋼可慢速獲得M，此時硬度取決于Wc再如：C=0.2%鋼的正火硬度＜C=1.2%鋼的退火硬度故：不正確（2）高碳M：正確低碳M:不正確（3）對合金鋼：不正確對碳素鋼：C＜0.6%正確C≥0.6%M硬度穩(wěn)定在66HRC，不正確25.下列零件的材料、熱處理或性能要求是否合理？為什么？（1）某零件要求56～60HRC，用15或20鋼制造經(jīng)淬火來達到；（2）采用工具鋼（如T8A、T10A）制作的刀具，要求淬硬至67～70HRC；（1）不合理：材料選擇不合理，含碳量太低，達不到硬度要求；（2）不合理：淬硬要求不合理，鋼淬火后最高硬度可達66HRC26.將調(diào)質(zhì)后的45鋼（250HBS）再進行200℃回火，其硬度有何變化？將淬火低溫回火后的45鋼（58HRC）再進行600℃回火，其硬度有何變化？簡述理由。調(diào)質(zhì)后再200℃低溫回火，組織不會改變；低溫回火再高溫回火，組織會從M′轉為S′，硬度降低到20HRC左右。因調(diào)質(zhì)得到S′,其穩(wěn)定性高于M′。在A1溫度下，穩(wěn)定組織不會向不穩(wěn)定組織轉變，但不穩(wěn)定組織會向更加穩(wěn)定的組織轉變。27.根據(jù)下列性能要求，零件所用材料和熱處理是否正確？應作何修正？（1）某零件要求表面60～64HRC，心部強韌性高（35～40HRC），用45鋼制造經(jīng)表面淬火低溫回火來達到；（2）某零件要求表面54～58HRC，心部綜合性能好（23～27HRC），用T8鋼制造經(jīng)滲碳淬火低溫回火來達到；（3）某零件要求表面950～1000HV，心部具有較好的強韌性（28～32HRC），用20鋼制造經(jīng)滲碳淬火低溫回火來達到。（1）不合理，20鋼，滲碳+淬火+低溫回火；（2）不合理，45鋼，調(diào)質(zhì)或正火+表面淬火+低溫回火；（3）不合理，38CrMoA，調(diào)質(zhì)或正火+表面滲氮習題7（鋼）1.試比較20CrMnTi與T10鋼的淬透性和淬硬性.20CrMnTi比T10的含碳量更低，合金元素含量更高，因此淬透性更好，但淬硬性更低。2.試述滲碳鋼的合金化作用及熱處理特點.（1）合金化作用：以典型的20CrMnTi為例，合金元素含量越高，鋼的淬透性越好，淬火變形愈??；其中Cr、Mn元素還可以強化鐵素體，提高鋼的強度；Cr、Ti能形成穩(wěn)定、細小、彌散的合金碳化物，可提高零件表面滲碳層的耐磨性。（2）熱處理特點：熱處理是滲碳、淬火及低溫回火。為了保證心部有足夠韌性，采用低碳鋼；淬火有直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法，可以根據(jù)實際需求合理選擇。如果要保證心部獲得足夠的低碳回火馬氏體以獲得較高的強度，要注意鋼的淬透性；由于滲碳淬火表層的馬氏體比容大于心部比容，使表層為壓應力狀態(tài)，滲碳鋼還具有較高的疲勞抗力。3.為什么調(diào)質(zhì)鋼多為中碳鋼？調(diào)質(zhì)鋼中主要含有哪些合金元素？它們在鋼中的作用是什么？（1）調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學性能。基于這樣的性能需求調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般為0.25%～0.5%。含碳量過低，碳化物數(shù)量不足，第二相強化作用小，強度不足；含碳量過高則韌性不足。（2）調(diào)質(zhì)鋼中常加入Cr、Mn、Ni等元素，以提高鋼的淬透性、減小零件的淬火變形、固溶強化鐵素體；加入少量Mo、V等元素能形成穩(wěn)定的合金碳化物，以細化奧氏體晶粒、提高鋼回火穩(wěn)定性，進一步提高鋼的強度、硬度和韌性。4.簡述刀具對鋼的性能要求；并比較碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼的性能特點，分析三類鋼各適合于制作什么樣的刀具.（1）刃具鋼切削時承受著壓力、彎曲力和強烈的摩擦力，因切削發(fā)熱，刃部溫度可達500～600℃，此外，還承受一定的沖擊和震動。因此，刃具鋼應具有高硬度，一般在60HRC以上；高熱硬性，即在高溫下保持高硬度的能力；足夠的韌性，防止刀具斷裂和崩刃。（2）碳素工具鋼：高硬度高耐磨，熱硬性低，工作溫度約200℃，適合手工低速切削軟材料的刀具，如銼刀、木工刀具等；低合金刃具鋼：高硬度高耐磨，熱硬性有所提高，工作溫度約300℃，適合低速機用切削較硬材料的刀具，如低速切削鋁、銅、軟鋼等材料的車刀、銑刀、刨刀等；高速鋼：高硬度高耐磨，熱硬性進一步提高，工作溫度約600℃，適合高速機用切削硬材料的刀具，如各類高速銑刀、鉆頭等。5.(1)請說明W18Cr4V鋼中各合金元素的作用是什么？(2)有人說“由于高速鋼含有大量合金元素，故淬火后其硬度比其他工具鋼高，正是由于硬度高才適合高速切削”這種說法是否正確，為什么?（1）W、Cr、V在淬火過程中完全溶解在馬氏體中，在其后的560℃回火時，從馬氏體中彌散析出大量高硬度碳化物，從而產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，使鋼獲得高硬度（65HRC）和高熱硬性（600℃）。其次，合金碳化物在淬火加熱時極難溶解，具有細化晶粒改善韌性，同時提高耐磨性的作用；合金元素還有提高鋼淬透性，減少淬火變形的作用。（2）說法錯誤，錯誤有2處：首先鋼淬火后的硬度主要取決于鋼的含碳量，基本與合金元素無關；其二：只是硬度高還不能用于高速切削，還需要鋼具有好的熱硬性。6.按要求填表材料類別劃線部分含義最終熱處理工藝典型應用08F冷沖壓鋼沸騰鋼退火、正火儀表板、汽車駕駛室蓋板

Q235-A碳素結構鋼屈服強度最小值一般不需熱處理建筑、橋梁、汽車構件20Cr合金滲碳鋼C≈0.2%滲碳+淬火+低回拖拉機齒輪、活塞銷40Cr合金調(diào)質(zhì)鋼C≈0.4%調(diào)質(zhì)+表淬+低回機床齒輪、軸；連桿、螺栓65Mn碳素彈簧鋼本身含錳量較高淬火+中溫回火沙發(fā)彈簧、發(fā)條T10A碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)淬火+低溫回火鋸條、小型冷作模具GCr15Cr≈1.5%滾動軸承鋼淬火+低溫回火軸承、量具9SiCrC≈0.9%低合金刃具鋼淬火+低溫回火絲錐、板牙、鉆頭、冷沖模Cr12MoVCr≈12%冷作模具鋼淬火+多次高回或：淬火+低回鋼板沖裁模、銅板引深模、鋁材冷擠模5CrNiMoC≈0.5%熱作模具鋼淬火+高溫回火或：淬火+中回熱鍛模W18Cr4Vw≈18%高速鋼淬火+多次高回高速銑刀、鉆頭、絲錐等12Cr18Ni9C≈0.12%奧氏體不銹鋼淬火+高溫回火化工設備、管道、醫(yī)療器械7.工藝分析與應用.（1）直徑為25mm的40CrNiMo棒料毛坯，經(jīng)正火后硬度高很難切削加工，這是什么原因？設計一個最簡單的熱處理方法以提高其可加工性.該鋼因為含有較多的合金元素，淬透性好，經(jīng)正火空冷時，可以獲得硬度很高的馬氏體組織導致難以切削。可采用退火緩冷。（2）鉗工用廢的鋸條（T8、T10A）燒紅（600或800℃）后空冷即可變軟，而機用鋸條（W18Cr4V）燒紅900℃后空冷卻仍然相當硬，為什么？T8、T10A：經(jīng)淬火+低回使用，M′熱硬性約200℃投入使用；600℃：M′→S′硬度下降；800℃：M′→A→S，硬度下降。W18Cr4V：經(jīng)淬火+多次高回后，M′熱硬性約600℃投入使用；900℃：M′→A，碳化物未完全溶解；因淬透性好，空冷可淬火A→M；最終組織：M上分布著未溶高硬度的合金碳化物→硬度高。（3）某廠在用Cr12型鋼制造冷作摸具時，采用了用原材料直接進行機械加工，熱處理后送交使用的工藝，經(jīng)使用后用戶反映壽命一般都比較短。改進后的措施是將毛坯充分鍛造，使得模具壽命明顯提高，這是什么原因？Cr12型鋼由于合金元素多，使Fe-Fe3C相圖中的E點左移成為萊氏體鋼，鑄態(tài)組織中含有大量粗大的魚骨狀共晶萊氏體（以共晶碳化物為主的組織），硬度高，脆性大，如在材料中存在大顆粒、帶狀或網(wǎng)狀等萊氏體，就會顯著降低鋼的強度、韌性，很易引起刀具崩刃和脆斷。這些共晶碳化物來自于液體結晶，不能用熱處理方法消除，需采用鍛造，反復鐓粗、拔長，以破碎碳化物，使其呈小顆粒均勻分布。（4）下列零件或構件要求材料具有哪些主要性能？應選用何種材料（寫出典型材料牌號），應采用何種熱處理？①大橋鋼結構 Q345出廠時已正火處理②汽車齒輪20CrMnTi滲碳+淬火+低溫回火③鏜床鏜桿38CrMoAlA調(diào)質(zhì)+滲氮④汽車發(fā)動機氣閥彈簧50CrVA淬火+中溫回火⑤凸輪軸40Cr調(diào)質(zhì)⑥收割機刀片T10A或9SiCr淬火+低溫回火⑦汽輪機葉片20Cr13淬火+高溫回火⑧硫酸、硝酸容器06Cr18Ni11Ti固溶處理習題8（鑄鐵）1．鑄鐵和碳鋼相比，在成分、組織和性能上有什么主要區(qū)別？成分：碳鋼0.02%≤C≤2.11%，鑄鐵含碳量更高：C＞2.11%；組織：碳鋼F+Fe3C（少）鑄鐵：F+Fe3C（多）或：F+G、P+G、F+P+G性能：鑄鐵因為組織中存在更多的Fe3C，具有硬度高、耐磨性更好的特點，但其強度、塑性、韌性、疲勞抗力均比鋼更低。2．C、Si、Mn、P、S元素對鑄鐵石墨化有什么影響？為什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的鑄鐵易出現(xiàn)白口？（1）C和Si對鑄鐵石墨化起決定性作用，是強烈促進石墨化的元素，C、Si含量越高，石墨化越容易進行。Si對石墨化影響大約為C的三分之一。P是微弱促進石墨化的元素。但由于鑄鐵中含P量低，對石墨化的影響并不顯著。S是強烈阻礙石墨化的元素，它促使鑄鐵出現(xiàn)白口組織。Mn是阻礙石墨化的元素，但由于Mn能部分抵消S的有害影響，可以間接起到促進石墨化的作用。（2）因此，促進石墨化的元素C、Si以及Mn含量越低，強烈阻礙石墨化的S高，石墨化越不容易進行，也就是易出現(xiàn)白口了。3．石墨形態(tài)是影響鑄鐵性能特點的主要因素，試分別比較說明不同的石墨形態(tài)對灰鑄鐵和球墨鑄鐵力學性能及熱處理工藝的影響。鑄鐵中最常用的是灰口鑄鐵，其中石墨形態(tài)主要有片狀（灰鐵）、團絮狀（可鍛鑄鐵）、球狀（球墨鑄鐵）等，在石墨總數(shù)量相當?shù)那闆r下，鑄鐵的性能主要受石墨形態(tài)的影響。灰鑄鐵的石墨呈片狀，它引起的應力集中程度最大，球墨鑄鐵中石墨呈球狀，應力集中程度最小，對基體的割裂作用也最?。ㄏ嗤w積的條件下，球形的表面積最小）。因此，球鐵比灰鑄鐵具有更高的強度和韌性?？慑戣T鐵介于二者之間。熱處理僅能改變鑄鐵基體組織，不能改變石墨形態(tài)，因此它對灰鑄鐵力學性能的改善是有限的，灰鑄鐵常用的熱處理有退火、自然時效、表面熱處理。由于球墨鑄鐵石墨對基體影響大為減少，通過熱處理可使基體組織充分發(fā)揮作用，球鐵擁有與鋼相似的多種熱處理，有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等，可以獲得不同性能滿足不同的應用需求。4．在灰鑄鐵石墨化過程中，若第一、第二階段完全石墨化，第三階段石墨化完全進行、部分進行、沒有進行時，分別獲得什么組織的鑄鐵？當?shù)谌A段石墨化完全進行時：鐵素體十石墨；部分進行時：鐵素體+珠光體+石墨沒有進行時：珠光體+石墨。5．球墨鑄鐵的性能特點及用途是什么？球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，球狀石墨對基體的割裂作用和應力集中作用更小，與片狀石墨和團絮狀石墨相比，球墨鑄鐵的力學性能最好，基體強度的利用率高達70%～90%，球墨鑄鐵可與相應基體組織的鑄鋼相媲美，對于承受靜載荷的零件，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，特別利于形狀復雜零件的成型。與可鍛鑄鐵相比，還具有生產(chǎn)周期短、不受鑄件尺寸限制等特點。球墨鑄鐵中的石墨球愈小、愈分散，球墨鑄鐵的強度、塑性、與韌性愈好。球墨鑄鐵還具有其他的優(yōu)良性能，如鑄造性能、減摩性、切削加工性等。球墨鑄鐵能通過各種熱處理改變其性能。主要用于各種曲軸、凸輪軸、連接軸、連桿、齒輪、離合器片、液壓缸體等零部件。6．和鋼相比，球墨鑄鐵的熱處理有什么異同？鋼的組織本質(zhì)上是以鐵素體為基體，混合滲碳體或其他碳化物構成，這些碳化物都是從奧氏體中首先析出之后形成的，組織中沒有從液體直接結晶形成的碳化物，所以熱處理即可改變基體，也可改變其中碳化物的形態(tài)和分布。球墨鑄鐵是灰口鑄鐵中的一種，它的組織本質(zhì)上是鋼的基體+球狀石墨，而灰口鑄鐵是第一階段、第二階段均石墨化的鑄鐵，其中第二階段從奧氏體中析出的石墨相對較少，因此，直接從液體中形成的石墨（一階段）更多，這些石墨的形態(tài)、分布是不能通過熱處理改變的。因此，球鐵的熱處理主要是改變基體的熱處理。7．HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么鑄鐵？各具有什么樣的基體和石墨形態(tài)？說明它們的力學性能特點及用途。HT200是灰鑄鐵，基體為珠光體，粗大的片狀石墨。其抗拉強度不低于200MPa，用于承受大載荷和較重要的零件，如氣缸體、齒輪、齒輪箱、機座、飛輪、缸套、活塞、聯(lián)軸器、軸承座等。HT350為孕育灰鑄鐵，基體為珠光體，細小的片狀石墨。其抗拉強度不低于350MPa，用于承受高載荷的重要零件，如重要設備床身、機座、受力較大的齒輪、凸輪、高壓油缸、滑閥殼體等。KTH300-06為黑心可鍛鑄鐵，基體為鐵素體，團絮狀石墨。其抗拉強度不低于300MPa，伸長率不低于6%，用于彎頭、三通管件，中低壓閥門等。QT400為球墨鑄鐵，基體為鐵素體，球狀石墨。其抗拉強度不低于400MPa，用于承受沖擊、振動的零件，如汽車、拖拉機的輪轂、驅動橋殼、撥叉，壓縮機高低壓氣缸，電機外殼，齒輪箱、機器底座、電動機架等。QT600為球墨鑄鐵，基體為珠光體+鐵素體，球狀石墨。其抗拉強度不低于600MPa，用于承受大載荷、受力復雜的零件，如汽車、拖拉機的曲軸、連桿、凸輪軸，部分磨床、銑床的主軸，小型水輪機主軸等。習題9（有色金屬及硬質(zhì)合金）填空題（1）根據(jù)鋁合金的成分、組織和工藝特點，可以將其分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩大類。（2）將鋁合金進行固溶處理以獲得過飽和固溶體，通過時效過程獲得細小彌散分布的第二相，使母相產(chǎn)生晶格畸變，阻礙位錯運動，引起強度和硬度顯著增高。（3）超硬鋁合金具有良好的熱塑性，但疲勞性能較差，耐熱性和耐蝕性也不高。（4）鑄造鋁硅合金ZAlSi12的組織為粗大針狀的硅晶體，通過變質(zhì)處理細化組織，可顯著提高合金強度和塑性。（5）鈹青銅能通過固溶處理和人工時效進行強化，以獲得高的彈性極限、疲勞抗力和耐蝕性、耐磨性及耐低溫特性。（6）在鎂合金中加入合金元素提高合金的強度、耐蝕性（或耐熱性）等性能；通過固溶處理+時效處理的熱處理強化提高強度。（7）鈦在882℃時會進行α-Ti向