习题解答 最后Word文件下载.docx
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已知：
A、B组元在液态时无限溶解，在固态时能形成共晶，共晶成份为含B量35%，A组元在B组元中有限固溶，溶解度在共晶温度时为15%，在室温是为10%，B组元在A组元中不能溶解。
B元组比A元组硬度高。
3、现在有A、B两种铁碳合金。
A的显微组织为珠光体的量占75%，铁素体的量占25%；
B的显微组织为珠光体的量点92%，二次渗碳体的量占8%，请计算并回答。
（1）这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢？
（2）这两种铁碳合金的含碳量各为多少？
（3）画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织级成物的名称。
（略）
解：
（1）A：
亚共析钢；
B:
：
过共析钢。
（2）①设A钢的含碳量为
或
答：
A钢的含碳量为0.58%
②设B钢的含碳量为
B钢的含碳量为1.24%
4、在拉拨铜材的过程中，需要进行中间退火时，其退火温度约为多少（即确定其再结晶退火的温度，铜的熔点为1083℃）？
再结晶温度
铜的再结晶退火的温度
四、回答题：
1、某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：
下料→锻造→正火
→切削加工→渗碳
淬火
低温回火
→喷丸→磨削加工→。
请分别说明上述
和
四项热处理工艺的目的及工艺。
①正火目的：
使组织均匀化、细化、改善加工性能。
正火工艺：
加热至Ac3+（30～50）℃,空气中冷却。
②渗碳目的：
提高齿面含碳量。
为淬火作准备。
渗碳工艺：
在900～950℃进行。
③淬火目的：
使渗碳层获得最好的性能，即获复高的齿面硬度、耐磨性及疲劳强度，并保持心部的强度及韧性。
淬火工艺：
渗碳后，油冷。
④低温回火目的：
减少或消除淬火后应力，并提高韧性。
低温回火工艺：
加热至（150～200）℃进行。
2、简答零件选材的原则。
机械零件选材的三个原则是：
使用性能原则、工艺性能原则及经济性原则
3、已知下列四种钢的成分，请按序号填出表格
成分
序号
W（c）%
W（Cr）%
W（Mn）%
1
0.42
1.00
—
2
1.05
1.50
3
0.20
4
0.16
钢号
热处理方法
主要用途举例
40Cr
调质（淬火+高温回火）
轴类零件
GCr15
淬火+低温回火
轴承
20Cr
渗碳+淬火+低温回火
机床齿轮类零件
16Mn
热轧（或正火）
容器、桥梁
一、是非题（请在正确的题后标出（√），在错误的题后标出（×
1、金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
2、实际金属在不同的方向上性能是不一样的。
3、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。
4、金属结晶时，冷却速度越大，则晶粒越细。
5、金属的加工硬化是指金属冷却变形后强度和塑性提高的现象。
6、在室温下，金属的晶粒越细，则强度越高和塑性越低。
7、金属中的固溶体一般说塑性比较好，而金属化合物的硬度比较高。
8、白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。
9、不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高和脆性者都很大。
10、合金元素能提高α固溶体的再结晶温度，使钢的回火稳定性增大.（）√
二、画图和计算题
1、在图自题2.1中，用影线和箭头表示出（110）（111）和[100]、[110]、[111]。
注[110]与x轴向同；
2、工业纯铝在生活用具上应用很广，试根据纯铝的溶点（600℃）与再结晶温度的蛇头验关系，确定工业纯铝的再结晶退火温度（一般再结晶退火温度在最低再结晶温度以上100～200℃）.
铝的再结晶退火的温度
3、根据显示分析，某铁碳合金的组织中，珠光体的量约占56%，铁素体的量约占44%。
请估算此合金的含碳量和大致的硬度（已知珠光体的硬度为200HBS，铁素体的硬度为80HBS）。
三、问答题
1、在铁碳相图中存在着三种重要固相，请说明它们的本质和晶体结构（如δ相是碳在δ-Fe中的固溶体，具有体心立方晶格）。
相是：
碳在
中的固溶体，具有体心立方晶格。
中的固溶体，具有面心立方晶格、
Fe3C相是:
碳与铁的（金属）化合物，具有复杂的晶体结构。
2、在铁碳相图中有四条重要线，请说明这些线上发生的转变并指出生成物（如HJB水平线，冷却时发生包晶转变，
形成J点成分的γ相）。
ECF水平线：
冷却时发生共晶转变，
，生成莱氏体（Ld）。
PSK水平线：
冷却时发生共析转变，
，生成珠光体（P）。
ES线：
冷却时发生
转变，析出二次渗碳体（或
）。
GS线：
转变，析出铁至素体（或Fe或）。
3、在图自2.2中画出三种钢的显微组织示意图，并标出其中的组织组成物：
4、车床主轴要求轴颈部位的硬度为56～58HRC，共余地方为20～24HRC。
其加工路线如下：
锻造→正火→机加工→轴颈表面淬火→低温回火→磨加工。
请说明：
（1）主轴采用何种材料；
（2）正火的目的和大致处理工艺；
（3）表面淬火的目的和大致处理工艺；
（4）低温回火的目的和大致处理工艺；
（5）轴颈表面的组织和其余地方的组织。
（1）45钢（或其他中碳钢）
（2）目的是获得主轴整体所要求的性能和便于机加工；
工艺是加热至850C左右，空气冷却。
（3）目的是使轴颈表面的硬度满足要求，工艺是轴颈表面高频电流加热，水中冷去；
（4）目的是降低淬火残余应力，工艺是整体在170～200回火，或高频电流加热后自回火。
（5）轴颈表面为回火马氏体，其余地方为珠光体（或索氏体）。
四、选择题（请在正确的答案上画“√”）
1、钢的本质晶粒度：
（）C
A.是指钢加热过程中刚完成奥氏体转变时的奥氏体的晶粒度；
B.是指钢在各种具体热加工后的奥氏体的晶粒度；
C.是指钢在规定的加热条件下奥氏体的晶粒度；
它反映奥氏体晶粒长大的倾向性。
2、共析碳钢加热奥氏体后，冷却时所形成的组织主要决定于：
A.奥氏体加热时的温度；
B.奥氏体在加热时的均匀化程度；
C.奥氏体冷却时的转变温度。
3、马氏体是：
（）B
A.碳在
中的固溶体B.碳在
中的过饱和固溶体
C.碳在
中的固溶体D.碳在
4、马氏体的硬度决定于：
A．冷却速度B.转变温度C.碳的质量分数
5、回火马氏体与马氏体相比，其综合机械性能：
（）A
A.好些B.差不多C.差些
6、回火索氏体与索氏体相比，其综合机械性能：
7、为使低碳钢便于机械加工，常预先进行：
A.淬火B.正火C.球火退火D.回火
8、为使高碳钢便于机械加工，常预先进行：
9、为使45钢得到回火索氏体，应时行：
A.淬火+中温回火B.淬火+高温回火C.等温回火
10、为使65钢得到回火托氏体，应时行：
A.淬火+中温回火B.淬火+高温回火C.淬火+低温回火D.直截油冷
11、直径为10㎜的40钢其常规整体淬火温度大约为：
A.750℃B.850℃C.920℃
12、上述正确淬火后的组织为：
A.马氏体B.马氏体+残余奥氏体C.马氏体+渗碳体D.铁氏体+马氏体
13、直径为10㎜的T10钢其常规整体淬火温度大约为：
A.750℃B.850℃C.920℃
14、上述正确淬火后的组织为：
（）D
A.马氏体B.马氏体+残余奥氏体C.马氏体+渗碳体D.马氏体+渗碳体+残余奥氏体
15、钢的淬透性主要取决于;
（）B
A.含碳量B.合金元素含量C.冷却速度
16、钢的淬硬性主要取决于;
（）A
17、T12钢与18CrNiW钢相比：
A.淬透性低而淬硬性高些B.淬透性高而淬硬性低些
A.淬透性高，淬硬性也高B.淬透性低，淬硬性也低些
18、用低碳钢制造在工作中受较大冲击截荷和表面磨损较大的零件，应该：
A.采用表面淬火处理B.采用渗碳处理C.采用氮化处理
五、填空题
1、W18Cr4V钢的碳的质量分数是（0.7～0.8%）；
W的主要作用是（提高钢的红硬性或热硬性）；
Cr的主要作用是（提高钢的淬透性）；
V的主要作用是（提高钢的耐磨性）。
2、指出下列牌号的钢是哪类型钢（填空）并举出应用实例（从下述供选实例中选填一种）
（1）16Mn是（普通低合金钢）钢，可制造（桥梁（或压力容器）。
（2）20CrMnTi是（合金渗碳）钢，可制造（齿轮（或活塞销）。
（3）40CR是（合金调质）钢，可制造（轴（或连杆螺栓）。
（4）60Si2Mn是（合金弹簧）钢，可制造（板簧（或弹簧钢丝）。
（5）GCR15是（滚动轴承）钢，可制造（滚球（或轴承套圈）。
3、铸铁的应用（填写存在形式后，再用选择题后给出的合适实例填空，只填一种）
（1）白口铸铁中碳主要以（Fe3C或渗碳体）的形式存在，这种铸铁可以制造（犁铧）。
（曲轴、底座、犁铧）
（2）灰口铸铁中碳主要以（片状石墨）的形式存在，这种铸铁可以制造（机床床身）。
（机床床身、曲轴、管接头）
（3）可锻铸铁可以制造（管接头）。
（机床床身、管接头、暖气片）
（4）球墨铸铁可以制造（曲轴）。
（曲轴、机床床身、暖气片）
合金
相的相对重量百分比
组织组成物的相对
重量百分比
45钢
T10钢
含碳3.0%亚共晶白口铁
第一章
1.1有一低碳钢试样，原直径为φ10ｍｍ， 试验力为2100N时屈服，试断裂前的最大试验力为30000N，拉断后长度为133ｍｍ，断裂处最小直径为φ6ｍｍ，试计算σs、σb、δ、φ、（P4－5）
选用（L0＝10d0）试样
1.2图所示为三种不同材料的拉伸曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗拉强度、屈服强度、和塑性大小，并指出屈服强度的确定方法（P4-5）。
根据图所示：
1）
抗拉强度σb――按大小顺序排列：
2＞1＞3
2）屈服强度σs――按大小顺序排列：
1＞3＞2
3）塑性――按大小顺序排列：
3＞2＞1
国标规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的0.2%时，材料承受的应力称为“条件屈服强度”，并以符号σ0.2表示。
σ0.2的确定方法如图1.1.2所示：
在拉伸曲线横座标上截取C点，使OC＝0.2%ι0，过C点作Op斜线的平行线，交曲线于S点，则可找出相应的载荷F0.2，从而计算出σ0.2。
1.3为什么材料进行拉伸试验时
。
（P5）
根据标距长度和直径之间的比例关系，材料的伸长率随长度增加而减少。
所以，同一材料短试样的伸长率δ5大于长试样的伸长率δ10.
1.6液态金属发生结晶的必要条件是什么？
可用哪些方法获得细晶粒组织？
其依据是什么？
（P12－13）
实际金属总是在过冷的情况下进行结晶的，所以过冷是金属结晶的必要条件。
生产中细化晶粒的方法如下：
1）增加过冷度，结晶时增加过冷度△T会使结晶后晶粒变细；
2）变质处理，变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔物质（变质剂），在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒显著细化；
3）附加振动，金属结晶时，利用机械振动，超声波振动，电磁振动等方法，既可使正在生长的枝晶熔断成碎晶而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。
1.11比较下列名词：
（1）铁素体
（2）奥氏体 （3）共晶转变、共析转变。
（P15）
铁素体――碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。
奥氏体――碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥素体，用符号A表示。
WC＝（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至1148º
C（ECF共晶线）都发生共晶转变；
转变的产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体（Ld）
WC>
0.0218%的铁碳合金，缓冷至727º
C（PSK共析线）都发生共析转变：
转变的产物是铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体（P）共析温度以A1表示
1.17根据碳在铸铁中存在的形态的不同，铸铁可分为几种？
（P28）
铸铁是WC≥2.11%的铁碳合金，合金中含有较多的硅、锰等元素，使碳在铸铁中大多数以石墨形式存在。
根据铸铁中石墨的形态铸铁可分为；
灰口铸铁（石墨以片状形式存在）；
球墨铸铁（石墨以球状形式存在）；
蠕墨铸铁（石墨以蠕虫状形式存在）；
可锻铸铁（石墨以团絮状形式存在）；
1.18什么是的热处理？
热处理的目的是什么？
热处理有哪些基本类型？
（P32）
钢的热处理是指钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。
热处理的目的是显著提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和寿命。
还可以作为消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。
钢的热处理根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：
*T12钢经720℃加热后，采用图所示的冷却方法进行冷却，它们各获得什么组织？
并比较它们的硬度。
（P37）
T12钢经720℃加热后
1）相当于水冷：
获得马氏体＋残余奥氏体，硬度为55～65HRC
2）相当于油冷：
得到马氏体＋托氏体＋残余奥氏体，硬度为45～55HRC
3）相当于空冷：
转变产物为索氏体，硬度为230～320HBS（25～35HRC）
4）相当于炉冷：
从C曲线相交的位置可判断获得的是珠光体组织，硬度为170～230HBS（硬度＜22HRC）
硬度1＞2＞3＞4
1.22正火与退火的主要区别是什么？
生产中如何选择正火与退火？
（P38－39）
正火与退火的主要区别是：
正火的冷却速度快，过冷度较大，因此正火后所获得的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。
（1）退火:
降低钢件的硬度,提高塑性；
消除钢中内应力，改善切削加工性能和压力加工性能；
使钢的成分均匀化；
细化钢的组织，并为下一步工序作准备。
根据加热温度和处理目的不同可分：
1）完全退火：
主要用于亚共析碳钢和合金钢的铸件、锻件、焊件接等。
其目的是细化晶粒，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能等
2）球化退火：
主要用于过共析成分的碳钢和合金工具钢。
其目的是使二次渗碳体及珠光体中片状参碳体球化，从而降低硬度，改善切削加工性，并为淬火作好组织准备。
3）等温退火：
用于奥氏体比较稳定的钢。
其目的与完全退火、等温球化退火相同，主要是为缩短整个退火周期。
4）均匀退火：
主要用于合金铸定。
其目的是消除铸造过程中产生的枝晶偏析，使成分均匀化，改善性能。
5）应力退火：
用于锻件、焊件、铸件及机加工工件等。
其目的是去除其内存的残余应力。
（2）正火：
调整钢件的硬度、细化晶粒，消除内应力及消除网状碳化物，并为淬火做好组织准备。
也可改善切削加工性能。
正火是成本较低和生产率较高的热处理工艺。
在生产中的应用如下：
1）对于要求不高的结构件，可作最终热处理；
2）改善低碳钢的切削加工性；
3）作为中碳结构钢的较重要工件的预先热处理；
4）消除过共析钢中二次渗碳体网。
1.29为什么调质钢的碳含量均为中碳？
合金调质钢中常含有哪些元素？
它们在调质钢中起什么作用？
（P52）
合金调质钢碳的质量分数一般在WC＝0.25～0.50%之间.碳的质量分数过低不易淬硬,回火后达不到所需要的强度;
如果碳的质量分数过高,则零件韧性较差.
合金调质钢的主加元素有：
铬、镍、锰、硅、硼等，以增加淬透性、强化铁素体；
钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性，并增加回火稳定性；
钒、钛的作用是细化晶粒。
1.341Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17、Cr12、Cr12MoV、钢中铬的质量分数均在12%以上，是否都是不锈钢？
为什么？
（P64）
1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17、是不锈钢。
其碳的质量分数WC≤0.4%，铬的质量分数Cr＞12%.
Cr12、CrCr12MoV是合金工具钢中的（冷作模具钢）。
其不但含碳、铬的质量分数较高，且在铬钢的基体上加入钼、钒等合金元素。
如CrCr12MoV钢，其平均碳的质量分数为WC＝1.45%～1.70%，Cr的平均质量分数为12%，
MO和V的质量分数都是小于1.5%。
1.36硬质合金的主要组成是什么？
常用的硬质合金分为哪几类？
它们各有何主要作用？
（P78、P267 ）
硬质合金是采用高硬度、高熔点的碳化物粉末和粘结剂、加压成形、烧结而成的一种粉末冶金材料。
硬质合金主要由碳化钨、碳化钛、钴、碳化钽、碳化铌、组成。
钴含量越高，合金强度、韧性越好；
钴含量越低，合金的硬度越高、耐热性越好。
硬质合金按成分与性能的特点可分为：
1）钨钴类硬质合金YG（K类）――由硬质相碳化钨WC和粘结剂钴CO组成，其韧性、磨削性能和导热性较好。
主要适用于加工短切屑的脆性材料如铸铁、有色金属及非金属材料。
2）钨钴钛类硬质合金YT（P类）――由硬质相碳化钨WC和粘结剂钴CO组成的，由于在合金中加入了碳化钛TiC,从而提高了合金的硬度和耐磨性，但是抗弯强度、耐磨削性能和热导性有所下降，且低温脆性较大，不耐冲击。
主要适用于加工长切屑的塑性材料，如高速切削一般钢材。
3）钨钛钽钴类合金YW（M类）――在碳化钴类硬质合金中加入适量的碳化钽TiC或碳化铌NbC等稀有难熔金属碳化物，可提高合金的高温硬度、强度、耐磨性、抗粘结温度和抗氧化性，同时，韧性也有所增加，所以具有较好的综合切削性能，人们常称它为“万能合金”。
主要用于加工难切削材料。
（这类合金的价格比较贵），
适宜于制造各种形状复杂的刃具、模具和耐磨零件。
4）碳化钛基类硬质合金YN（POl类）――是由碳化钛作为硬质相，镍、钼作为粘结剂而组成的，硬度高达90～95HRA。
有高的耐磨性，在1000º
C以上的高温下，它仍能进行切削加工。
适合对较高硬度的合金钢、工具钢、淬硬钢等进行切削加工。
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