《钢的热处理》习题与思考题参考答案.doc

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《钢的热处理》习题与思考题参考答案

（一）填空题

1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。

2．淬火钢低温回火后的组织是M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是T回，一般用于高σe的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。

3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。

4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。

5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。

6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。

7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。

8．T8钢低温回火温度一般不超过250℃，回火组织为M回+碳化物+Ar，其硬度大致不低于58HRC。

（二）判断题

1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。

（×）

2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。

当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。

（×）

3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。

（×）

4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。

（√）

5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。

（×）

6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。

（√）

（三）选择题

1．钢经调质处理后所获得的组织的是B。

A．淬火马氏体B．回火索氏体C．回火屈氏体D．索氏体

2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性A。

A．提高B．降低C．不改变D．对小试样提高，对大试样则降代

3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是A。

A．Accm+（30~50）℃B．Accm-（30~50）℃C．Ac1+（30~50）℃D．Ac1-（30~50）℃

4．钢丝在冷拉过程中必须经B退火。

A．扩散退火B．去应力退火C．再结晶退火D．重结晶退火

5．工件焊接后应进行B。

A．重结晶退火B．去应力退火C．再结晶退火D．扩散退火

6．某钢的淬透性为J，其含义是C。

A．15钢的硬度为40HRCB．40钢的硬度为15HRC

C．该钢离试样末端15mm处硬度为40HRCD．该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC

（四）指出下列钢件的热处理工艺，说明获得的组织和大致的硬度：

①45钢的小轴（要求综合机械性能好）；

答：

调质处理（淬火+高温回火）；回火索氏体；25~35HRC。

②60钢簧；

答：

淬火+中温回火；回火托氏体；35~45HRC。

③T12钢锉刀。

答：

淬火+低温回火；回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体；58~62HRC。

（五）车床主轴要求轴颈部位的硬度为50~52HRC，其余地方为25~30HRC，其加工路线为：

锻造→正火→机械加工→调质→轴颈表面淬火→低温回火→磨加工。

请指出：

①从20、45、60、T10钢中，选择制造主轴的钢材：

②正火、调质、表面淬火、低温回火的目的；③轴颈表面处的组织和其余地方的组织。

答：

45钢；

②正火改善切削性能；调质获得较好的综合机械性能；表面淬火使表面获得马氏体，提高表面的耐磨性能；低温回火消除残余应力，稳定尺寸，改善塑性与韧性。

③轴颈表面处的组织为回火马氏体；其余地方的组织为回火索氏体。

（六）现需制造一汽车传动齿轮，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接触疲劳强度，心部具有良好韧性，应采用如下哪种材料及工艺，为什么？

①T10钢经淬火+低温回火；45钢经调质地处理；③用低碳合金结构钢20CrMnTi经渗碳+淬火+低温回火。

答：

T10钢经淬火+低温回火的组织为回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体，硬度为58~62HRC，表面具有高的硬度、耐磨性，但心部韧性差，因此，①不合适。

45钢经调质处理后的组织为回火索氏体，硬度为25~35HRC，综合机械性能较好，但表面不耐磨，因此，②不合适。

用低碳合金结构钢20CrMnTi经渗碳+淬火+低温回火后，表面组织为回火马氏体+合金碳化+少量残余奥氏体，硬度为60~67HRC，表面具有高的硬度、耐磨性，且心部组织为回火马氏体+少量铁素体，硬度为50~55HRC，具有较高的强度和一定的韧性，因此，③合适。

第一次测练试题参考答案

《材料的性能》

一、填空题

1．机械设计时常用和两种强度指标。

2．设计刚度好的零件，应根据弹性模量指标来选择材料。

3．屈强比是与之比。

4．材料主要的工艺性能有铸造性能、可锻性、焊接性和热处理性能（或切削性能）。

二、判断题

1．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。

（×）

2．材料的E值越大，其塑性越差。

（×）

3．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。

（√）

4．各种硬值之间可以互换。

（×）

三、选择题

1．低碳钢拉伸应力一应变图中，曲线上对应的最大应用值称为C。

A、弹性极限B、屈服强度C、抗拉强度D、断裂强度

2．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的B。

A、弹性极限B、屈服强度C、抗拉强度D、条件屈服强度

3．测量淬火钢及某些表面硬化件的硬度时，一般应用C。

A、HRAB、HRBC、HRCD、HB

4．有利于切削加工性能的材料硬度范围为C。

A、<160HBB、>230HBC、（150~250）HBD、（60~70）HRC

四、问答题

2．常用的测量硬度方法有几种？

其应用范围如何？

答：

1）布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度；2）布氏硬度主要用于软材料的测量，如退火钢、调质钢和有色金属等；洛氏硬度主要用于中、硬材料的测量，如淬火钢、调质钢和表面硬层等；维氏硬度主要用于显微组织中第二相的测量。

《材料的结构》

一、填空题

1．晶体与非晶体的最根本区别是原子在三维空间的排列规律性不同，前者有序，后者无序。

2．金属晶体中常见的点缺陷是空位、间隙原子和置换原子，线缺陷是位错，面缺陷是晶界。

3．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是〈111〉，而面心立方晶格是〈110〉。

4．晶体在不同晶向上的性能是不同，这就是单晶体的各向异性现象。

一般结构用金属为多晶体，在各个方向上性能近似相同，这就是实际金属的伪各相同性现象。

5．同素异构转变是指当外部的温度和压强改变时，金属由一种晶体结构向另一种晶体结构转变的现象。

二、判断题

1．因单晶体具有各向异性，所以实际金属的晶体在各个方向上的性能是不相同的。

（×）

2．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

（√）

3．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。

（√）

4．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。

（×）

5．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。

（×）

三、选择题

1．晶体中的位错属于D。

A、体缺陷B、点缺陷C、面缺陷D、线缺陷

1．多晶体具有AC。

A、各向同性B、各向异性C、伪各向同性D、伪各向异性

3．金属原子的结合方式是C。

A、离子键B、共价键C、金属键D、分子键

4．固态金属的结构特征是B。

A、短程有序排列B、长程有序排列C、完全无序排列D、部分有序排列

5．室温下，金属的晶粒越细小，则D。

A、强度高、塑性低B、强度低、塑性低C、强度低、塑性高D、强度高、塑性高

四、问答题

实际金属晶体中存在哪几种晶体缺陷？

它们对金属的机械性能的影响有什么？

答：

1）点缺陷、线缺陷（位错）、面缺陷（晶界）；

2）随着点缺陷密度的增加，材料的强度和硬度提高（固溶强化），而塑性与韧性下降；随着位错密度的增加，材料的强度和硬度提高（位错强化或加工强化），而塑性与韧性下降；晶粒越细小，晶界面积越多，材料的强度和硬度越高（细晶强化），同时塑性与韧性越好。

《纯金属的凝固》一、填空题

1．在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为结晶，而把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为同素异构转变（或多晶型转变）。

2．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是增加非自发形核（或非均匀形核）。

3．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是增加过冷度和变质处理（或孕育处理）。

4．过冷度是理论结晶温度与实际结晶温度之差。

一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细。

二、判断题

1．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（×）

2．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。

（√）3．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细。

（√）4．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。

（√）5．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小（<30℃），其主要原因是由于非均匀形核的结果。

（√）

三、选择题

1．液态金属结晶时，C越大，结晶后金属的晶粒越细小。

A、形核率NB、长大率GC、比值N/GD、比值G/N

2．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将B。

A、越高B、越低C、越接近理论结晶温度D、没有变化

四、问答题

晶粒大小对金属性能有何影响？

金属在结晶过程中如何细化晶粒？

答：

1）晶粒越细小，材料的强度和硬度越高（细晶强化），同时塑性与韧性越好。

2）增加过冷度，提高均匀形核率；变质处理增加非自发形核率；增加振动与搅拌，破碎晶粒。

《合金的相结构》

一、填空题

1．Cr、V在γ-Fe中将形成置换固溶体，C、N在γ-Fe中则形成间隙固溶体。

2．合金的相结构有固溶体和金属间化合物两种，前者有较高的塑性和韧性性能，适合于做

合金基体相；后者有较高的硬度性能，适合做强化相。

3．组织的定义是在显微镜下，合金中各相的形状、大小和分布所构成的综合体。

二、判断题

1．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。

（√）2．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。

（√）

3．合金中凡成分相同、晶体结构相同，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分叫做相。

（×）三、选择题

1．渗碳体属于B。

A、间隙固溶体B、间隙化合物C、间隙相D、正常化合物

2．固溶体的晶体结构是A。

A、溶剂的晶型B、溶质的晶型C、复杂晶型D、其他晶型

3．金属化合物的特点是C。

A、高塑性B、高韧性C、高硬度D、高强度

四、问答题

1．试述固溶强化、位错强化、细晶强化和弥散强化的强化原理，并说明它们的主要区别。

答：

1）固溶强化是随着溶质浓度的增加，晶格畸变增大，阻碍位错运动的能力增加，因此，材料的强度和硬度提高；位错强化是随着位错密度的增加，由于位错之间的交互作用增强，导致位错缠结和钉轧，对滑移的阻力增加，使塑性变形抗力显著升高，因此，材料的强度和硬度提高；细晶强化是晶粒越细小，晶界面积越多，阻碍位错运动的能力超强，因此，材料的强度和硬度越高；弥散强化属于第二相强化，原理是位错经过（绕过或切过）第二相时，受到较大的阻力作用，因此，材料的强度和硬度提高。

2）主要区别是固溶强化和位错强化时，材料的强度和硬度提高，但塑性与韧性下降；而细晶强化和弥散强化时，材料的强度和硬度提高同时，塑性与韧性也提高。

工程材料第2次测练试题参考答案《相图和碳钢》

一、填空题

1．共晶反应的特征是具有一定成分的液体（Le）在一定温度（共晶温度）下同时结晶两种成分的固溶体（ɑm+βn），其反应式为Le→（ɑm+βn）。

2．共析反应的特征是具有一定成分的固溶体（γe）在一定温度（共析温度）下同时析出两种成分的固溶体（ɑm+βn），其反应式为γe→（ɑm+βn）。

3．接近共晶成分的合金，其铸造性能较好；但要进行压力加工的合金常选用固溶体的合金。

4．在生产中，若要将钢进行轨制或锻压时，必须加热至奥氏体相区。

5．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12钢的硬度低，强度高。

6．奥氏体是碳在γ-Fe的间隙固溶体，它的晶体结构是面心立方晶格。

7．铁素体是碳在α-Fe的间隙固溶体，它的晶体结构是体心立方晶格。

8．珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。

9．碳钢按相图分为共析钢、亚共析钢、过共析钢。

10．铁碳合金的室温显微组织由固溶体和金属间化合物两种基本相组成。

二、判断题

1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。

（×）

2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。

（√）

3．合金中凡成分相同、晶体结构相同，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分叫做相。

（×）

4．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应。

（×）

5．退火碳钢的硬度与强度随ω（C）的增高而不断增高。

（×）

6．钢材的切削加工性随ω（C）增加而变差。

（×）

7．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。

（√）

8．钢铆钉一般用低碳钢制成。

（√）

9．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。

（√）

10．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。

（√）

三、选择题

1．二元合金中，共晶成分的合金（A）。

A、铸造性能好B、锻造性能好C、焊接性能好D、热处理性能好

2．铁素体的机械性能特点是具有良好的（C）。

A、硬度与强度B、综合机械性能C、塑性和韧性D、切削性和铸造性

4．装配工使用的锉刀宜选用（C）。

A、低碳钢B、中碳钢C、高碳钢D、过共晶白口铁

5．在下述钢铁中，切削性能较好的是（B）。

A、工业纯铁B、45C、白口铸铁D、T12A

四、问答题

1．根据铁碳相图，说明产生下列现象的原因：

（1）在1100℃，ω（C）=0.4%，的钢能进行锻造，而ω（ω）=4.0%的生铁则不能锻造；

答：

在1100℃，ω（C）=0.4%钢的组织为单相奥氏体，塑性较好，适合锻造，而ω（ω）=4.0%生铁的组织为奥氏体加莱氏体，塑性较差，不适宜锻造。

2）绑扎物件一般采低碳钢丝，而起重机吊重物时则采用ω（C）=0.60~0.75%的钢丝绳；

答：

绑扎物件铁丝要求塑性好，因此应选择含铁素体多的低碳钢制造；而起重机吊重物用的钢丝绳要求承受较大的载荷的同时，又应具有一定的韧性，防止冲击断裂，因此采用ω（C）=0.60~0.75%的钢；

（3）用做汽车挡板的材料与用做锉刀的材料为什么不同。

答：

用做汽车挡板的材料要求塑性好，便于压力加工成型，因此，应选择含铁素体多的低碳钢制造；而用做锉刀的材料要求硬度高，保证耐磨性能，因此，采用ω（C）=1.2%的高碳钢制造；

2．根据Fe-Fe3C相图，从相和组织上解释以下现象：

1）T8钢比40钢的强度、硬度高，塑性、韧性差。

答：

由于T8的含碳量（0.8%C）比40钢（（0.4%C）含碳量高，其铁素体含量低，渗碳体含量高，因此，T8钢比40钢的硬度高，而塑性、韧性差；又由于T8钢中含珠光体量高，因此，其强度比40钢的强度高。

（2）T12钢比T8钢的硬度高，但强度反而低。

答：

这是由于T12钢中的Fe3CⅡ连成网状，导致晶界强度下降，而T8钢中的Fe3CⅡ呈短杆状，起第二相强化作用。

30.化学热处理包括哪几个基本过程？

常用的化学热处理方法有哪几种？

答：

化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。

化学热处理的过程：

1分解：

化学介质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体或化合物；3扩散：

被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。

常用的化学热处理方法有：

渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。

31.试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。

答：

一般渗碳件的工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品

32.氮化的主要目的是什么？

说明氮化的主要特点及应用范围。

答：

在一定温度（一般在AC1以下）使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。

其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。

氮化的主要特点为：

1）工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物（如CrN、MoN、AIN等）,渗氮层的硬度一般可达950~1200HV（相当于68-72HRC）,且渗氮层具有高的红硬性（即在600~650℃仍有较高硬度）。

2）工件经渗氮后渗氮层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度显著提高。

3）渗氮层的致密性和化学稳定性均很高,因此渗氮工件具有高的耐蚀性。

4）渗温度低,渗氮后又不再进行热处理,所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。

渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴（如锺轴、磨床主轴）、分配式液压泵转子,交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件（高速柴油机曲轴）,以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件（阀门）等。

33.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

答：

表面淬火一般适用于中碳钢（0.4~0.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。

以及球墨铸铁等。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

应用范围：

（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。

（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件,例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。

（3）工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件,例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。

渗碳钢都是含0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。

渗碳层深度一般都在0.5~2.5mm。

钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%C范围。

渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。

渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。

氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。

与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：

1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。

2）表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。

3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。

4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。

氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。

如：

发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。

34.拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：

锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工

（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；

（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；

（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

答：

（1）工艺路线为：

锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。

退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。