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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 《金屬材料與熱處理》復(fù)習(xí)思考題參考答案 將共析鋼加熱至780℃，經(jīng)保溫后，請回答： 1、若以圖示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度進(jìn)行冷卻，各得到什么組織？ 2、如將V1冷卻后的鋼重新加熱至530℃，經(jīng)保溫后冷卻又將得到什么組織？力學(xué)性能有何變化？ 1、V1：M+A殘余、V2：T+M、V3：S+T+M+A殘余、V4：S+T、V5：S，V6：S。 第一章 金屬的力學(xué)性能 1．解釋下列名詞金屬的力學(xué)性能 ，彈性極限，載荷 ，應(yīng)力 ，強(qiáng)度，硬度 ，塑性。 答：金屬的力學(xué)性能：是指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。 彈性極限：是

2、指金屬材料在外力作用下，只發(fā)生彈性變形而不發(fā)生塑性變時所能承受的最大應(yīng)力。 載荷：是指金屬材料在加工及使用過程中所受到的各種外力。其符號用F表示。 應(yīng)力：指單位面積上的內(nèi)應(yīng)力。 強(qiáng)度：是指金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力，是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)。 硬度：材料抵抗局部變形特別是塑性變性壓痕或劃痕的能力。 塑性：是金屬材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 2、什么是金屬的疲勞？簡述疲勞斷裂的特點(diǎn)。 答：金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突 然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。 疲勞斷裂的特點(diǎn)：由于疲勞的應(yīng)力比屈服強(qiáng)度低，所以不論是韌性材料還

3、是脆性材料，在疲勞斷裂前，均沒有明顯的塑性變形，它是在長期累積損傷過程中，經(jīng)裂紋萌生和緩慢擴(kuò)展到臨界尺寸時突然發(fā)生的。由于斷裂前沒有明顯的預(yù)兆，故疲勞斷裂危險性極大。宏觀斷口一般可明顯地分為三個區(qū)域，即疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬間斷裂區(qū)。疲勞源多在機(jī)件的表面處。 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？ 答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V屬于體心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立

4、方晶格； Mg、Zn屬于密排六方晶格； 2.實(shí)際金屬晶體中存在哪幾種缺陷？這些缺陷對金屬性能有何影響？ 答：金屬實(shí)際晶體中存在點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三種晶體缺陷。這些缺陷對金屬性能的影響如下：1）點(diǎn)缺陷造成局部晶格畸變，使金屬的電阻率，屈服強(qiáng)度增加，密度發(fā)生變化。2）線缺陷形成位錯對金屬的機(jī)械性能影響很大，位錯極少時，金屬強(qiáng)度很高。3）面缺陷晶界和亞晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬強(qiáng)度越高金屬塑變的能力越大，塑性越好。 總之，材料的強(qiáng)度硬度增加，隨著點(diǎn)、線缺陷量的增加，材料的塑性韌性下降，而隨著面缺陷量的增加，塑性和韌性反而提高。 3.固溶體有哪幾種類型？固溶體與化合物有何區(qū)別？ 答：間隙

5、固溶體固溶體根據(jù)溶質(zhì)在溶劑中所占據(jù)的位置不同分為和置換固溶體。固溶體與化合物的區(qū)別是：固溶體與化合物的區(qū)別是： 1） 固溶體的晶格結(jié)構(gòu)保持了溶劑的晶格結(jié)構(gòu)，化合物的晶格結(jié)構(gòu)不同于任何一種組元。 2）化合物的硬度高而脆，熔點(diǎn)高，通常不做為主相，而作為強(qiáng)化相。 第三章 純金屬的結(jié)晶 1．解釋下列名詞： 機(jī)械混合物；枝晶偏析。 答： 機(jī)械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機(jī)械的混合在一起，稱機(jī)械混合物。 枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較 多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。

6、晶粒的形態(tài)通常為樹枝晶。 5．指出下列名詞的主要區(qū)別： 1）置換固溶體與間隙固溶體； 答：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。 2）相組成物與組織組成物； 相組成物：合金的基本組成相。 組織組成物：合金顯微組織中的獨(dú)立組成部分。 6．固溶體和金屬化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？ 答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上：形成固溶體和金屬化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的

7、強(qiáng)度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能. 14.金屬結(jié)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？ 答：①金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。②受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質(zhì)以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。 15.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？ 答：①采用的方法：變質(zhì)處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。②變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成

8、為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。③機(jī)械振動、攪拌。 第四章 鐵碳合金 1.選擇題： （1）下列組織中塑性最好的是（ A ）。 A.鐵素體 B.珠光體 C.滲碳體 萊氏體 （2）Fe—Fe3C相圖上所形成的共析線是（ C ），共晶線是（ A ）。 A.ECF線 B.ACD線 C.PSK線 2.判斷題： （1）滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是6.69%。（ √ ） （2）碳溶于α—Fe中所形成的間隙固溶體為奧氏體。（ ） （3）共析轉(zhuǎn)變是在恒溫下進(jìn)行的。（ √ ） 4.何謂鐵素

9、體（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)？ 答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在中的溶解度`很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。 奧氏體（A）：奧氏體是碳在中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在中的溶解度較大。有很好的塑性。 滲碳體（Fe3C）：鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基體，有時呈魚骨狀。

10、 珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。 萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。 8.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。 答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點(diǎn)：鋼的組織中都含有珠光體。不同點(diǎn)：亞共析

11、鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。 9.鋼中常存雜質(zhì)有哪些？對鋼的性能有何影響？ 答：鋼中常存雜質(zhì)有Si、Mn、S、P等。 Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強(qiáng)化：另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強(qiáng)度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的有害作用。當(dāng)Mn含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響并不明顯。 Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。當(dāng)Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。 S：

12、硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成共晶，并分布于奧氏體的晶界上，當(dāng)鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，由于FeS-Fe共晶（熔點(diǎn)只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。 P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆。 16.試述碳鋼的分類及牌號的表示方法。 答：分類：1）按含碳量分類 低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼，0.01~0.25%C ≤0.25%C 中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼 0.25~0.6%C 高碳鋼：含碳量大于0

13、.6%的鋼 0.6~1.3%C ＞0.6%C （2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素S、P的多少分類： 普通碳素鋼：S≤0.055% P≤0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P≤0.035~0.040% 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S≤0.02~0.03%；P≤ 0.03~0.035% （3）按用途分類 碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及機(jī)器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。 碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)量上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。 牌號的表示方法：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼： 用Q+數(shù)字表示，“Q”為屈服點(diǎn)，“屈”漢

14、語拼音，數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值。若牌號后面標(biāo)注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同， A、B、C、D質(zhì)量依次提高，“F”表示沸騰鋼，“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)“F”和“b”的為鎮(zhèn)靜鋼。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 牌號是采用兩位數(shù)字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。若鋼中含錳量較高，須將錳元素標(biāo)出， （3）碳素工具鋼： 這類鋼的牌號是用“碳”或“T”字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號最后附以“A”字。 17.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？ 答：低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼；08、10、鋼

15、，塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面要求耐磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。 中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼 ；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件； 高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼 ；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具有高的彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造要求較高韌性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如小型沖頭、

16、鑿子、錘子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。T12、T13、鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀等。 車床主軸：它要求有較高的綜合機(jī)械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如30、35、40、45、50。 19.指出下列各種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、主要特點(diǎn)及用途： Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A 答：Q235-AF：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa的A級沸騰鋼。 Q235

17、-C:屈服強(qiáng)度為235MPa的C級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼， Q195-B: 屈服強(qiáng)度為195MPa的B級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼， Q255-D: 屈服強(qiáng)度為255MPa的D級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼， Q195、Q235含碳量低，有一定強(qiáng)度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等，Q255鋼強(qiáng)度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接。通常扎制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造連桿、鍵、銷、簡單機(jī)械上的齒輪、軸節(jié)等。 40:含碳量為0.4%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 45含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 40、45鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火

18、）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。 08：含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室等。 20：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面要求耐磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。 20R：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，容器專用鋼。 20G：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鍋爐專用鋼。 T8：含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用于制造要求較高韌性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如小型沖頭

19、、鑿子、錘子等。 T10A：含碳量為1.0%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。 T12A：含碳量為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀。 第六章 鋼 的 熱 處 理 1.何謂鋼的熱處理？鋼的熱處理操作有哪些基本類型？試說明熱處理同其它工藝過程的關(guān)系及其在機(jī)械制造中的地位和作用。 答：（1）為了改變鋼材內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，以滿足對零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一種綜合的熱加工工藝過程。 （2）熱處理包括普通熱處理和表面熱處理；

20、普通熱處理里面包括 退火、正火、淬火和回火，表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理，表面淬火包括火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火，化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等。 （3）熱處理是機(jī)器零件加工工藝過程中的重要工序。一個毛坯件經(jīng)過預(yù)備熱處理，然后進(jìn)行切削加工，再經(jīng)過最終熱處理，經(jīng)過精加工，最后裝配成為零件。熱處理在機(jī)械制造中具有重要的地位和作用，適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強(qiáng)化金屬材料、充分挖掘材料潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省材料和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長機(jī)器零件的使用壽命，做到一個

21、頂幾個、頂十幾個。此外，通過熱處理還可使工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學(xué)性能。 2.解釋下列名詞： 1）奧氏體的起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度； 答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。 （2）實(shí)際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。 （3）本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，在93010℃保溫足夠時間（3-8小時）后測定的鋼中晶粒的大小。 2）珠光體

22、、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體； 答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。 索氏體：在650～600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。 屈氏體：在600～550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。 貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。 馬氏體：碳在α-Fe中的過飽和固溶體。 3）奧氏體、過冷奧氏體、殘余奧氏體； 答：奧氏體: 碳在中形成的間隙固溶體. 過冷奧氏體: 處于臨界點(diǎn)以下的不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。 殘余奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體。 4）退火、正火、淬火、回火、冷處理、時效處理（尺寸穩(wěn)定處理）； 答：退火：將工件加熱到臨界點(diǎn)以上或在

23、臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進(jìn)行冷卻的一種操作。 正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～80℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。 淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。 回火：將淬火鋼重新加熱到A1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。 冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。 時效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110~150℃經(jīng)過6~36小時的人工時效處理，以使組織穩(wěn)定。 5）淬火臨界

24、冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性； 答：淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。 淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。 淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。 6）再結(jié)晶、重結(jié)晶； 答：再結(jié)晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。 重結(jié)晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的改變，稱為重結(jié)晶。 7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。 答：調(diào)質(zhì)處理：淬火后的高溫回火。 變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬

25、結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。 4.何謂本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)？ 答：（1）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：加熱到臨界點(diǎn)以上直到930℃，隨溫度升高，晶粒長大速度很緩慢，稱本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 （2）不一定。本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小。本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細(xì)晶粒，而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼若在較高溫度下加熱也會得到粗晶粒。 5.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點(diǎn)？ 答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈

26、氏體。 （2）珠光體是過冷奧氏體在550℃以上等溫停留時發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650～600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。屈氏體是在600～550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強(qiáng)化作用愈大，因而強(qiáng)度和硬度升高，同時，由于此時滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細(xì)片珠光體又具有較好的韌性和塑性。 6.貝氏體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點(diǎn)？ 答：（1）兩種。上貝氏體和下貝氏體。 （2）上貝氏體的形成溫度在600～350℃。在顯微鏡下呈羽毛狀，它是由許多互相平行的過飽和鐵

27、素體片和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成的混合物。其硬度較高，可達(dá)HRC40～45，但由于其鐵素體片較粗，因此塑性和韌性較差。下貝氏體的形成溫度在350℃～Ms，下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀，在電鏡下觀察是由針葉狀的鐵素體和分布在其上的極為細(xì)小的滲碳體粒子組成的。下貝氏體具有高強(qiáng)度、高硬度、高塑性、高韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能。 7.馬氏體組織有哪幾種基本類型？它們在形成條件、晶體結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能有何特點(diǎn)？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系如何？ 答：（1）兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。 （2）奧氏體轉(zhuǎn)變后，所產(chǎn)生的M的形態(tài)取決于奧氏體中的含碳量，含碳量＜0.6%的為板條馬氏體；含碳

28、量在0.6—1.0%之間為板條和針狀混合的馬氏體；含碳量大于1.0%的為針狀馬氏體。低碳馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方。隨含碳量增加，逐漸從體心立方向體心正方轉(zhuǎn)變。含碳量較高的鋼的晶體結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)體心正方。低碳馬氏體強(qiáng)而韌，而高碳馬氏體硬而脆。這是因?yàn)榈吞捡R氏體中含碳量較低，過飽和度較小，晶格畸變也較小，故具有良好的綜合機(jī)械性能。隨含碳量增加，馬氏體的過飽和度增加，使塑性變形阻力增加，因而引起硬化和強(qiáng)化。當(dāng)含碳量很高時，盡管馬氏體的硬度和強(qiáng)度很高，但由于過飽和度太大，引起嚴(yán)重的晶格畸變和較大的內(nèi)應(yīng)力，致使高碳馬氏體針葉內(nèi)產(chǎn)生許多微裂紋，因而塑性和韌性顯著降低。 （3）隨著含碳量的增加，鋼的硬度增

29、加。 8.何謂等溫冷卻及連續(xù)冷卻？試?yán)L出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。 答：等溫冷卻：把奧氏體迅速冷卻到Ar1以下某一溫度保溫，待其分解轉(zhuǎn)變完成后，再冷至室溫的一種冷卻轉(zhuǎn)變方式。 連續(xù)冷卻：在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。 10.試比較共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線與連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的異同點(diǎn)。 答：首先連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫轉(zhuǎn)變曲線臨界冷卻速度不同。其次連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下側(cè)，且沒有C曲線的下部分，即共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時，得不到貝氏體組織。這是因?yàn)楣参鲣撠愂象w轉(zhuǎn)變的孕育期很長，當(dāng)過冷奧氏體連續(xù)冷卻通過貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變時就已過冷到

30、Ms點(diǎn)而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所以不出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。 11.淬火臨界冷卻速度 Vk 的大小受哪些因素影響？它與鋼的淬透性有何關(guān)系？ 答：（1）化學(xué)成分的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線右移，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，則Vk減小，過共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線左移，過冷奧氏體穩(wěn)定性減小，則Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移，則Vk減小。 (2)一定尺寸的工件在某介質(zhì)中淬火，其淬透層的深度與工件截面各點(diǎn)的冷卻速度有關(guān)。如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就會淬透。然而工件淬火時表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心

31、部冷速逐漸降低。只有冷速大于Vk的工件外層部分才能得到馬氏體。因此，Vk越小，鋼的淬透層越深，淬透性越好。 12.將5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。 答：(1)珠光體：冷卻至線~550℃范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到珠光體組織。 索氏體：冷卻至650～600℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到索光體組織。 屈氏體：冷卻至600～550℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到屈氏體組織。 上貝氏體：冷卻至

32、600～350℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到上貝氏體組織。 下貝氏體：冷卻至350℃～Ms溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到下貝氏體組織。 屈氏體+馬氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度并小于獲得珠光體組織的最大冷卻速度連續(xù)冷卻，獲得屈氏體+馬氏體。 馬氏體+少量殘余奧氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度冷卻獲得馬氏體+少量殘余奧氏體。 (2) 13．退火的主要目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應(yīng)用范圍。 答：（1）均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，并消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善鋼的切削加工性能并為隨后的淬火作好組織

33、準(zhǔn)備。 （2）生產(chǎn)上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。 （3）完全退火和等溫退火用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材。有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。去應(yīng)力退火主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。 14.何謂球化退火？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？ 答：（1）將鋼件加熱到Ac1以上30～50℃，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600℃后出爐空冷。 （2）過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生

34、淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。 17.指出下列零件的鍛造毛坯進(jìn)行正火的主要目的及正火后的顯微組織： （1）20鋼齒輪 （2）45鋼小軸 （3）T12鋼銼刀 答：（1）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的大量鐵素體和少量索氏體。 （2）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵 素體和索氏體。 （3）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，為球化退火做組織準(zhǔn)備，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：索氏體和球狀滲碳體。 18.一批45鋼試樣（尺寸

35、Φ15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝； （1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； （2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； （3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細(xì)小晶粒，選何種工藝最合適？ 答：（1）因其未達(dá)到退火溫度，加熱時沒有經(jīng)過完全奧氏體化，故冷卻后依然得到組織、晶粒大小不均勻的鐵素體和珠光體。 （2）因其在退火溫度范圍內(nèi)，加熱時全部轉(zhuǎn)化為晶粒細(xì)小的奧氏體，故冷卻后得到組織、晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。 （3）因其加熱溫

36、度過高，加熱時奧氏體晶粒劇烈長大，故冷卻后得到晶粒粗大的鐵素體和珠光體。 要得到大小均勻的細(xì)小晶粒，選第二種工藝最合適。 19. 淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。 答：淬火的目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。 亞共析碳鋼淬火加熱溫度Ac3+（30～50℃），淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體。因?yàn)槿绻麃喒参鎏间摷訜釡囟仍贏c1～Ac3之間，淬火組織中除馬氏體外，還保留一部分鐵素體，使鋼的強(qiáng)度、硬度降低。但溫度不能超過Ac3點(diǎn)過高，以防奧氏體晶粒粗化，淬火后獲得粗大馬氏體。

37、 過共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+（30～50℃），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。如果加熱溫度超過Accm，滲碳體溶解過多，奧氏體晶粒粗大，會使淬火組織中馬氏體針變粗，滲碳體量減少，殘余奧氏體量增多，從而降低鋼的硬度和耐磨性。淬火溫度過高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增加。 20.常用的五種淬火方法是哪幾種？說明它們的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。 答：常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級淬火法。 單液淬火法：這種方法操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。但其缺點(diǎn)是不符合理想淬火冷

38、卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。 雙液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高溫區(qū)冷速快和油在低溫區(qū)冷速慢的優(yōu)點(diǎn)，既可以保證工件得到馬氏體組織，又可以降低工件在馬氏體區(qū)的冷速，減少組織應(yīng)力，從而防止工件變形或開裂。適合于尺寸較大、形狀復(fù)雜的工件。 等溫淬火法：它是將加熱的工件放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成B轉(zhuǎn)變。等溫淬火后獲得B下組織。下貝氏體與回火馬氏體相比，在碳量相近，硬度相當(dāng)?shù)那闆r下，前者比后者具有較高的塑性與韌性，適用于尺寸較小，形狀復(fù)雜，要求變形小，具有高硬度和強(qiáng)韌性

39、的工具，模具等。 分級淬火法：它是將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。這種方法可以減少工件內(nèi)外的溫差和減慢馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，從而有效地減少內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形和開裂。但由于硝鹽浴或堿浴的冷卻能力低，只能適用于零件尺寸較小，要求變形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。 局部淬火法：即按其工作條件只是局部要求高硬度，僅對工件需要硬化的局部進(jìn)行淬火。局部淬火可避免工件其他部分產(chǎn)生變形與裂紋。 22.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

40、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?yàn)?60℃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?yàn)榧訜釡囟?60℃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?yàn)榧訜釡囟?60℃已經(jīng)超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點(diǎn)，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？

41、答：因?yàn)榧訜釡囟?60℃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?yàn)楹剂繛?.2%的碳鋼屬于過共析鋼，過共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+（30～50℃），而780℃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。 25.淬透性與淬硬層深度兩者有何聯(lián)系和區(qū)別？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪些？ 答：淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層的能力。不同的鋼在同樣的條件

42、下淬硬層深不同，說明不同的鋼淬透性不同，淬硬層較深的鋼淬透性較好。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度。鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即取決于淬火前奧氏體的含碳量。 影響淬透性的因素： ① 化學(xué)成分 C曲線距縱坐標(biāo)愈遠(yuǎn)，淬火的臨界冷卻速度愈小，則鋼的淬透性愈好。對于碳鋼，鋼中含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右，臨界冷卻速度愈小，則淬透性愈好，即亞共析鋼的淬透性隨含碳量增加而增大，過共析鋼的淬透性隨含碳量增加而減小。除Co和Al（＞2.5%）以外的大多數(shù)合金元素都使C曲線右移，使鋼的淬透性增加，因此合金鋼的淬透性比碳鋼好。 ② 奧氏體化溫度

43、 溫度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。 27.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。 答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能。 常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。 低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內(nèi)應(yīng)力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種回火主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為HRC 58-64。 中溫回火后的組織為回火屈氏體，硬度HRC35-45，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。這種回火主要應(yīng)用

44、于含碳0.5-0.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。 高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度HRC 25-35，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的塑性和韌性。這種回火主要應(yīng)用于含碳0.3-0.5% 的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓等。 28.指出下列組織的主要區(qū)別： （1）索氏體與回火索氏體； （2）屈氏體與回火屈氏體； （3）馬氏體與回火馬氏體。 答：由奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變而成的屈氏體(淬火屈氏體)和索氏體(淬火索氏體)組織,與由馬氏體分解所得到的回火屈氏體和回火索氏體組織有很大的區(qū)別,主要是碳化物的形態(tài)不同。由奧氏體直接分解的屈氏體及索氏體中的碳化物是片狀的,而由馬氏

45、體分解的回火屈氏體與回火索氏體中碳化物是顆粒狀的?；鼗鹚魇象w和回火屈氏體相對于索氏體與屈氏體其塑性和韌性較好。馬氏體（M）是由A 直接轉(zhuǎn)變成碳在α—Fe中過飽和固溶體。回火馬氏體是過飽和的α固溶體（鐵素體）和與其晶格相聯(lián)系的ε碳化物所組成，其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性得到降低。 29、生產(chǎn)中所使用的淬火方法有哪幾種？ 答：有五種。即：單液淬火；雙液淬火；分級淬火；等溫淬火；局部淬火。 30.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。并說明表面淬火前應(yīng)采用何種預(yù)先熱處理。 答：表面淬火的目的是使工件表層得到強(qiáng)化，使它具有較高的強(qiáng)度，硬度，耐磨性及疲勞極限，而心部

46、為了能承受沖擊載荷的作用，仍應(yīng)保持足夠的塑性與韌性。常用的表面淬火方法有：1.感應(yīng)加熱表面淬火；2.火焰加熱表面淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火是把工件放入有空心銅管繞成的感應(yīng)器（線圈）內(nèi)，當(dāng)線圈通入交變電流后，立即產(chǎn)生交變磁場，在工件內(nèi)形成“渦流”，表層迅速被加熱到淬火溫度時而心部仍接近室溫，在立即噴水冷卻后，就達(dá)到表面淬火的目的。 火焰加熱表面淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火法。將工件快速加熱到淬火溫度，在隨后噴水冷卻后，獲得所需的表層硬度和淬硬層硬度。 感應(yīng)加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點(diǎn): 1)感應(yīng)加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時間就可以把工件加熱至淬火溫度,:而且淬火

47、加熱溫度高(AC3以上80~150℃)。 2)因加熱時間短,奧氏體晶粒細(xì)小而均勻,淬火后可在表面層獲得極細(xì)馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性較低。 3）感應(yīng)加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應(yīng)力,有效地提高了工件的疲勞強(qiáng),且變形小,不易氧化與脫碳。 4)生產(chǎn)率高,便于機(jī)械化、自動化,適宜于大批量生產(chǎn)。 但感應(yīng)加熱設(shè)備比火焰加熱淬火費(fèi)用較貴,維修調(diào)整比較困難,形狀復(fù)雜的線圈不易制造 表面淬火前應(yīng)采用退火或正火預(yù)先熱處理。 31.化學(xué)熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？ 答：化學(xué)熱處理是把鋼制工件放置于某種介質(zhì)中，通過加熱和保溫，使化學(xué)介

48、質(zhì)中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分，使心部與表層具有不同的組織與機(jī)械性能。 化學(xué)熱處理的過程： 1 分解：化學(xué)介質(zhì)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體或化合物； 3 擴(kuò)散：被工件吸收的活性原子，從表面想內(nèi)擴(kuò)散形成一定厚度的擴(kuò)散層。 常用的化學(xué)熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。 32.試述一般滲碳件的工藝路線，并說明其技術(shù)條件的標(biāo)注方法。 答：一般滲碳件的工藝路線為： 下料→鍛造→正火→切削加工→渡銅（不滲碳部位）→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→精磨→成品 33.氮化的主要目的是什么？說明氮化的主要特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。

49、 答：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度。氮化的主要特點(diǎn)為：1)工件經(jīng)滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),滲氮層的硬度一般可達(dá)950~1200HV(相當(dāng)于68-72HRC),且滲氮層具有高的紅硬性(即在600~650℃仍有較高硬度)。2)工件經(jīng)滲氮后滲氮層體積增大,造成表面壓應(yīng)力,使疲勞強(qiáng)度顯著提高。3)滲氮層的致密性和化學(xué)穩(wěn)定性均很高,因此滲氮工件具有高的耐蝕性。4)滲溫度低,滲氮后又不再進(jìn)行熱處理,所以工件變形小,一般只需精磨或研磨、拋光即可。 滲氮主要用于要求耐

50、磨性和精密度很高的各種高速傳動的精密齒輪、高精度機(jī)床主軸(如鍾軸、磨床主軸)、分配式液壓泵轉(zhuǎn)子,交變載荷作用下要求疲勞強(qiáng)度高的零件(高速柴油機(jī)曲軸),以及要求變形小和具有一定耐熱、抗蝕能力的耐磨零件(閥門)等。 34.試說明表面淬火、滲碳、氮化熱處理工藝在用鋼、性能、應(yīng)用范圍等方面的差別。 答：表面淬火一般適用于中碳鋼（0.4~0.5%C）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調(diào)質(zhì)

51、狀態(tài)的組織。應(yīng)用范圍：（1）高頻感應(yīng)加熱表面淬火應(yīng)用于中小模數(shù)齒輪、小型軸的表面淬火。（2）中頻感應(yīng)加熱表面淬火主要用于承受較大載荷和磨損的零件,例如大模數(shù)齒輪、尺寸較大的曲軸和凸輪軸等。(3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火工頻感應(yīng)加熱主要用于大直徑鋼材穿透加熱和要求淬硬深度深的大直徑零件,例如火車車輪、軋轆等的表面淬火。 滲碳鋼都是含0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。滲碳層深度一般都在0.5~2.5mm。 鋼滲碳后表面層的碳量可達(dá)到0.8～1.1%C范圍。滲碳件滲碳后緩冷到室溫的組織接近于鐵碳相圖所反映的平衡組織，從表層到心部依次是過

52、共析組織，共析組織，亞共析過渡層，心部原始組織。 滲碳主要用于表面受嚴(yán)重磨損，并在較大的沖載荷下工作的零件（受較大接觸應(yīng)力）如齒輪、軸類、套角等。 氮化用鋼通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的鋼，如38CrMoAlA是一種比較典型的氮化鋼，此外還有35CrMo、18CrNiW等也經(jīng)常作為氮化鋼。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點(diǎn)： 1）氮化前需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以便使心部組織具有較高的強(qiáng)度和韌性。 2）表面硬度可達(dá)HRC65～72，具有較高的耐磨性。 3）氮化表面形成致密氮化物組成的連續(xù)薄膜，具有一定的耐腐蝕性。 4）氮化處理溫度低，滲氮后不需再進(jìn)行其它熱處理。 氮化處理適用于耐磨性和精

53、度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。如：發(fā)動機(jī)的汽缸、排氣閥、高精度傳動齒輪等。 35.擬用T10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 （1） 試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用； （2） 指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度； （3） 制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)） 答：（1）工藝路線為：鍛造—退火—機(jī)加工—淬火后低溫回火—磨加工。退火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi)應(yīng)力。 （2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。 （3）T10車刀的

54、淬火溫度為780℃左右，冷卻介質(zhì)為水；回火溫度為150℃～250℃。 36.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，并且鋼材具有足夠的淬透性）： （1）某機(jī)床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強(qiáng)度和韌性要求不高，材料選用45鋼； （2）某機(jī)床主軸，要求有良好的綜合機(jī)械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC 50-55），材料選用45鋼； （3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機(jī)械性能，材料選用38CrMoALA。 答：（1）下料→鍛造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精

55、磨→成品 （2）下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品 （3）下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→氮化→研磨→成品 37.某型號柴油機(jī)的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明： （1）原45鋼各熱處理工序的作用； （2）改用15鋼后，應(yīng)按原熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求？為什么？ （3）改用15鋼后，為達(dá)到所要求的性能，在心部強(qiáng)度足夠的前提下采用何種熱處理工藝？ 答：（1）

56、正火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；調(diào)質(zhì)處理可獲得高的綜合機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度；局部表面淬火及低溫回火可獲得局部高硬度和耐磨性。 （2）不能。改用15鋼后按原熱處理工序會造成心部較軟，表面硬，會造成表面脫落。 （3）滲碳。 38.有甲、乙兩種鋼，同時加熱至 1150 ℃，保溫兩小時，經(jīng)金相顯微組織檢查，甲鋼奧氏體晶粒度為 3 級，乙鋼為 6 級。由此能否得出結(jié)論：甲鋼是本質(zhì)粗晶粒鋼，而乙鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？ 答：不能。本質(zhì)晶粒度是在93019℃,保溫3~8小時后測定的奧氏體晶粒大小。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼在加熱到臨界點(diǎn)Acl以上直到930℃晶粒并未顯著長大。超過此溫度后,由于阻止晶粒長大的

57、難溶質(zhì)點(diǎn)消失,晶粒隨即迅速長大。1150 ℃超過930℃，有可能晶粒隨即迅速長大，所以不能的出結(jié)論甲鋼是本質(zhì)粗晶粒鋼，而乙鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 39.為什么用鋁脫氧的鋼及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素的鋼都是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？奧氏體晶粒大小對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機(jī)械性能有何影響？ 答：鋁脫氧及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素會形成高溫難溶的合金化合物，在93019℃左右抑制了晶粒的長大。所以加入以上合金元素的鋼都是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 40.鋼獲得馬氏體組織的條件是什么？與鋼的珠光體相變及貝氏體相變比較，馬氏體相變有何特點(diǎn)？ 答：鋼獲得馬氏體組織的條

58、件是：鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻,來不及發(fā)生擴(kuò)散分解而發(fā)生無擴(kuò)散型的相變。 馬氏體相變的特點(diǎn)為： (1)無擴(kuò)散性。鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變前后,組織中固溶的碳濃度沒有變化,馬氏體和奧氏體中固溶的碳量一致,僅發(fā)生晶格改變,因而馬氏體的轉(zhuǎn)變速度極快。 (2)有共格位向關(guān)系。馬氏體形成時,馬氏體和奧氏體相界面上的原子是共有的,既屬于馬氏體,又屬于奧氏體,稱這種關(guān)系為共格關(guān)系。 (3)在通常情況下,過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變開始后,必須在不斷降溫條件下轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進(jìn)行,冷卻過程中斷,轉(zhuǎn)變立即停止。 第七章 工 業(yè) 用 鋼 1.為什么比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運(yùn)輸機(jī)械和礦山機(jī)器的軸類，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

59、子等都必須用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 答： 碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現(xiàn)內(nèi)外性能不均，對于一些大型的機(jī)械零件，（要求內(nèi)外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運(yùn)輸機(jī)械和礦山機(jī)器的軸類，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等都必須用合金鋼制造。 (1) 如上所述合金鋼的淬透性高 (2)合金鋼回火抗力高 碳鋼淬火后，只有經(jīng)低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過200℃，其硬度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對于要求耐磨，切削速度較高，刃部受熱超過200℃的刀具就不能采用碳鋼制作而采用合金鋼來制作。 (3)合金鋼能滿足一些

60、特殊性能的要求 如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）。 2.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni對鋼的C曲線和MS點(diǎn)有何影響？將引起鋼在熱處理、組織和性能方面的什么變化？ 答：除Co以外，大多數(shù)合金元素都增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改變C曲線的形狀，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲線右移外，還將C曲線分裂為珠光體轉(zhuǎn)變的貝氏體轉(zhuǎn)變兩個C曲線，并在此二曲線之間出現(xiàn)一個過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms點(diǎn)降低，殘余奧氏體量增多。 由于合金元素的加入降低了共析點(diǎn)的碳含量、使C曲線

61、右移, 從而使退火狀態(tài)組織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距離減小, 這也使鋼的強(qiáng)度增加, 塑性下降。 由于過冷奧氏體穩(wěn)定性增大, 合金鋼在正火狀態(tài)下可得到層片距離更小的珠光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織, 從而強(qiáng)度大為增加。Mn、Cr、Cu的強(qiáng)化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結(jié)構(gòu)鋼的實(shí)際含量)下影響很小。合金元素都提高鋼的淬透性, 促進(jìn)馬氏體的形成, 使強(qiáng)度大為增加但焊接性能變壞。 3.合金元素對回火轉(zhuǎn)變有何影響？ 答；合金元素對回火轉(zhuǎn)變及性能的影響如下： 1.產(chǎn)生二次硬化 由于合金元素的擴(kuò)散慢并阻礙碳的擴(kuò)散,還阻礙碳化物的聚集和長大,因而合金鋼中的碳化物

62、在較高的回火溫度時,仍能保持均勻彌散分布的細(xì)小碳化物的顆粒。強(qiáng)碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量較高及在一定回火溫度下,還將沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度彌散分布在馬氏體基體上,并與馬氏體保持共格關(guān)系,阻礙位錯運(yùn)動,使鋼的硬度反而有所提高,這就形成了二次硬化。鋼的硬度不僅不降低,反而再次提高。 在合金鋼中,當(dāng)含有W、Mo、Ti、V、Si等,它們一般都推遲a相的回復(fù)與再結(jié)晶和碳化物的聚集,從而可抑制鋼的硬度、強(qiáng)度的降低。 2.提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性（耐回火性） 由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程,使回火的硬度降低過程變緩,從而提

63、高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當(dāng)回火溫度相同時,合金鋼的強(qiáng)度、硬度都比碳鋼高。 3.回火時產(chǎn)生第二類回火脆性 在合金鋼中,除了有低溫回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的鋼中,在550~650℃回火后,又出現(xiàn)了沖擊值的降低(如圖8),稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。此高溫回火脆性為可逆回火脆性，或第二類回火脆性。產(chǎn)生這類回火脆性的原因,一般認(rèn)為是由于錫、磷、銻、砷等有害元素沿奧氏體晶界偏聚,減弱了晶界上原子間的結(jié)合力所致。 4.解釋下列現(xiàn)象： （1）在相同含碳量情況下，除了含

64、Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高； 答：在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，其主要原因是合金元素的加入而改變了碳在鋼中的擴(kuò)散速度所致。非碳化物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能,增加奧氏體形成速度。相反,強(qiáng)碳化物形成元素如v、Ti、w、Mo等,與碳有較大的親合力,增加碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能,強(qiáng)烈地減緩碳在鋼中的擴(kuò)散,大大減慢了奧氏體化的過程。 奧氏體形成后,尚未固溶的各種類型的碳化物,其穩(wěn)定性各不相同。穩(wěn)定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奧氏體中,需要進(jìn)一步提高加熱溫度,這類合金元素將使

65、奧氏體化的時間增長。 合金鋼中奧氏體化過程還包括均勻化的過程。它不但需要碳的擴(kuò)散,而且合金元素也必需要擴(kuò)散。但合金元素的擴(kuò)散速度很慢,即使在1000℃的高溫下,也僅是碳擴(kuò)散速度的萬分之幾或干分之幾。因此,合金鋼的奧氏體成分均勻化比碳鋼更緩慢。以保證合金元素溶入奧氏體并使之均勻化,從而充分發(fā)揮合金元素的作用。 （2） 在相同含碳量情況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性； 答：當(dāng)溫度超過150℃以后,強(qiáng)碳化物形成元素可阻礙碳的擴(kuò)散,因而提高了馬氏體分解溫度。與碳鋼相比,合金鋼中的殘余奧氏體要在更高的回火溫度才能轉(zhuǎn)變。在高合金鋼中殘余奧氏體十分穩(wěn)定,甚至加熱到500~600

66、℃并保溫一段時間仍不分解。合金元素的擴(kuò)散慢并阻礙碳的擴(kuò)散,阻礙了碳化物的聚集和長大，使回火的硬度降低過程變緩,從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當(dāng)回火溫度相同時,合金鋼的強(qiáng)度、硬度都比碳鋼高。 （3） 含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼； 答：由于合金元素加入后顯著改變了S點(diǎn)的位置，使它向碳含量減少的方向移動。所以含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼 （4） 高速鋼在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。 答：由于鋼中含有大量的合金元素，高速鋼的過冷奧氏體非常穩(wěn)定，因而鋼的淬透性很高。對于中、小型刃具在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷可獲得馬氏體組織。 5.何謂調(diào)質(zhì)鋼？為什么調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳？合金調(diào)質(zhì)鋼中常含哪些合金元素？它們在調(diào)質(zhì)鋼中起什么作用？ 答：通常把經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后才使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。從碳含量上看，低碳鋼在淬火及低溫回火狀態(tài)雖具有良好的綜合機(jī)械