金属材料及热处理 习题答案.docx

项目1金属材料的性能与检测复习思考题1 .说明以下符号a的名称、单位和意义：小、&、兄、S、E、力、Z、HBW、HRC、HV。答:符号名称单位含义0 e弹性极限N/mm2材料抵抗弹性变形的能力Re屈服强度N/mm2材料抵抗微量塑性变形的能力Rm抗拉强度N/mm2表征材料抵抗断裂的能力s疲劳强度N/mm2表征材料交变应力下脆性断裂的能力E弹性模量N/mm2材料在受力时抵抗弹性变形的能力，表征了材料弹性变形的难易程度A断后伸长率无量纲表征材料在载荷作用下断裂前发生不可恢复的永久 变形的能力，伸长率和断面收缩率数值越大，表示材 料的塑性越好。Z断面收缩率无量纲Ak冲击吸收能量J试样冲断所吸收的能量HBW布氏硬度N/mm2直径D的硬质合金球作压头；测定硬度450HBWHRC洛氏硬度无量纲顶角120°的金刚石圆锥压头，适用于淬火，调质钢等 硬度测量HV维氏硬度N/mm2顶角136°正四棱锥金刚石压头2 .在机械零件设计时，选取氐还是选取Rm,应以什么情况为依据？答：机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度&是大多数机械零 件设计时选材的主要依据，也是评定精神材料承载能力的重要力学性能指标；抗拉强度测量方便，如果从保证零件不产生断裂的安全角度考虑，可用Rm作设计依据, 但所取得安全系数应该大一些。3 .在测定屈服强度指标时，&和Ro.2有什么不同？答：对于有明显屈服现象的金属材料，测量试样屈服时的应力为材料的屈服强度对于低塑性材料或脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象，规定试样发生微量塑性变 形（残余延伸率为0.2%）时的应力作为材料的屈服强度，即规定残余延伸强度Rro.2 4.设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜？答：根据刚度指标-弹性模量E来选材，对要求刚度大的零件，应选用具有高弹性模量 的材料。5.常用的测量硬度方法有几种?其应用范围如何？答：工业上常用测量硬度方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。4、金属晶粒大小对力学性能有何影响？控制金属晶粒大小的方法有哪些?答：（1）一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。（2）控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、，进行变质处理、采用振动搅拌处理。5、为了得到发达的柱状晶应采取哪些措施？为了得到发达的等轴晶应采取哪些措施？其基 本原理是什么？答：（1）得到发达的柱状晶采取措施：采用导热性好与热容量大的铸型材料，增大铸型 的厚度，降低铸型的温度；提高浇注温度或浇注速度；提高熔化温度。基本原理：有利于柱状晶区发展的因素有-较快的冷却速度，高的熔化温度和浇注温度， 定向散热等；（2）为了得到发达的等轴晶应采取措施：采用导热性差与热容量小的铸型材料，增大 铸型的厚度，提高铸型的温度；降低浇注温度或浇注速度；变质处理、振动和搅拌；基本原理是有利于等轴晶区发展的因素有:较慢的冷却速度,低的熔化温度和浇注温度， 均匀散热等；6、金属铸锭组织通常由哪几个晶区组成，各晶区有何特点？答：（1）表层细等轴晶区：晶粒十分细小，显微组织较致密，室温下力学性能高；（2）柱状晶区：组织致密，柱间晶界是杂质、气孔、缩孔较富集地区，是铸锭的脆弱 结合面，在冷热压力加工时容易沿脆弱面开裂，降低力学性能，性能有方向性；（3）中心等轴晶区：不存在明显脆弱界面，性能无方向性，力学性能均匀。7、什么是合金相图？简述合金相图的建立方法。答：合金相图是表示在平衡条件下（极缓慢冷却或加热）合金组织状态与温度、成分之 间关系的图。建立方法：（1）配置一些列成分不同的合金；（2）测定这些合金的冷却曲线；（3）找出 各曲线上临界点；（4）在温度-成分坐标系中过各合金成分点做成分垂线，将临界点标在成 分垂线上（5）将成分垂线上相同意义的点连接起来，并标上相 应的数字和字母。8、A.B二元匀晶合金相图如图5-所示。应用杠杆定律计算， 当成分为40%B的合金冷却到1000°C时，结晶出了多少固相（相 对量）？剩余多少液相（相对量）？020 30 4060 HO lOCTi答：固相的 相对量 计 算：Q=（40-30）/（60-30） X b图5 .复习思考题100=33.33%液相的相对量计算：Ql = l-Q=66.67%9、试述含碳量对碳钢组织和性能有何影响？答：随着含碳量不断增加，合金组织中F软相的量逐渐减少，铁碳合金的塑性不断下 降。含碳量超过2.11%后，出现以Fe3c为基体的组织，塑性很差。冲击韧性基本与塑性的 变化一致。Fe3c本身硬而脆，随含碳量不断增加，合金组织中Fe3c量逐渐增加，因此铁碳 合金的硬度上升。铁碳合金的强度与Fe3c的数量及其形态有关，还与珠光体有关。在铁碳 合金组织中以珠光体强度最高。当含碳量小于0.90%时，随着含碳量的增加，珠光体的量不 断增加，因此强度上升。当含碳量大于0.9%以后，渗碳体以网状分布于晶界处或以粗大片 状存在于基体中，使钢的脆性大增，同时珠光体的量不断减少，故而强度也明显下降。10、工业用铁碳合金是怎样进行分类的？试根据FeFe3c状态图来说明。答：工业用铁碳合金含碳量分，可分为三类：工业纯铁，含碳量小于0.0218%的铁碳合金。钢，含碳量在0.02182.11%范围内的铁碳合金。其中含碳量在0.02180.77%为亚共 析钢；含碳量为0.77%为共析钢；含碳量在0.772.11%为过共析钢白口铁，含碳量在2.116.69%范围内的铁碳合金。其中含碳量在2.114.3%为亚共晶 白口铁；含碳量为4.3%为共晶白口铁；含碳量在4.36.69%为过共共晶白口铁。项目6金属的塑性变形认知 复习思考题一、名词解释1、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向） 相对另一部分发生相对位移的现象。2、挛生：在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（挛生面）和一定晶向（挛生方向） 相对另一部分发生相对切变的现象。3、固溶强化：溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力提高。4、加工硬化：金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提高，而塑性、韧性下降的现象。5、回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。6、再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。7、晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大。8、再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。二、简答题1、一黄铜在再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶前的冷加工量之前的关系。图中曲线表明，三 种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。这一现象与通常所说的“退火温度越高、退火后晶 粒越大”是否有矛盾？该如何解释？答：由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本无变形，退火后扔保持原 始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变形范围，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大, 退火后晶粒变细，最后达到稳定值。在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形结构，退 火后形成异常大晶粒。变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。因此，在较低温度退 火，在较宽处先发生再结晶。2、什么是滑移与挛生？ 一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现挛晶？而在 纯铜中易产生滑移带？答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。挛生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。密排六方晶格金属滑移系少，常以挛生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击 作用下才发生挛生变形。面心立方晶格金属，一般不发生挛生变形，但常发现有挛晶存在, 这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火李晶。铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现挛晶，而在纯铜中易产生滑 移带。3、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质 含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高, 塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。加 工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。4、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。 试解释过程演变的原因？答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变 形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐 感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。5、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响？答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些 变化。当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化, 由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程 称再结晶。影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长， 金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质 上是变形均匀程度的影响。6、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么？答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金 属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结 晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发 生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属 的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。7、能否通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织？为什么？答：不能。铸造是熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、 尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。在铸造过程中，熔融金属因冷却而成形，并没有发生 塑性变形。而再结晶退火是将冷变形的金属加热到一定温度使其组织发生复原的一种工艺。 对于没有塑性变形的铸造物件，是不能通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织的。8、金属热加工与冷加工的区别？对金属组织和性能有何影响？答：在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷 加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。冷加工时金属会发生加工硬化，它的强度、硬 度会提高，但塑性、韧性会下降，且伴随有织构现象。热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬 化效果。热加工可使铸态金属与合金中的气孔或疏松焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎并 结晶成等轴晶，使第二相、夹杂物等重新分布，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力 学性能提高。热加工也使铸态金属中的非金属夹杂物、第二相、偏析等沿变形方向拉长， 形成彼此平行的宏观条纹，称作流线（热加工纤维组织）。它使钢产生各向异性。在制定加 工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。项目7钢的热处理原理复习思考题一、简答题1、已知金属鸨、铁、铅、锡的熔点分别为3380, 1528, 327c和232,试分析鸨和铁在1100下的加工，锡和铅在室温（20）下的加工各为何种加工？答：根据T再（K） =0.350.4T熔（K）进行计算，鸨为冷加工，铁为热加工，铅和锡 的再结晶温度低于15,是热加工。2、热加工对金属的组织和性能有何影响？钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现 硬化现象？答：热加工以后组织的变化：（1）改善铸锭组织。气孔、缩孔等焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强 度、塑性、韧性。（2）在热加工变形中可使晶粒细化和夹杂物破碎（3）形成纤维组织（流线）。组织：晶粒沿变形方向呈纤维状分布。性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显（4）形成带状组织钢材在热变形加工（如锻造）时，塑性变形产生的加工硬化被随即发生的回复、再结晶 的软化作用所消除，使金属不产生硬化。3、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热至1000C,当出炉后再次吊 装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。答：主要是因为冷拉钢丝绳随工件一起加热至1000C后，冷拉钢丝绳经历了回复、再 结晶及晶粒长大过程，其强度大大降低，从而造成钢丝绳发生断裂。4、说明下列符号Acl、A、A3、Ac3、A“m、Arcm的物理意义及加热速度。答：Ao加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度Ari冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度An冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度Ac3加热时铁素体全部溶入奥氏体的终了温度Accm加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度Arcm冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度项目8钢的热处理工艺复习思考题一、简答题1、何谓钢的淬透性？影响淬透性的因素有哪些？答：钢的淬透性指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小通常用规定条件下淬火获得的 淬透层深度和硬度分布来表示。是钢的一种属性，不随工件形状、尺寸和介质冷却能力而变 化，只与钢的Vc有关，Vci，淬透层深度3钢的淬透性越好。2、试分析下列说法是否正确：钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。答：错，钢淬火后硬度的高低与碳含量有关，而与合金因素的多少无关。错，钢的淬透性是钢的属性，与淬火介质、零件的尺寸大小和形状无关。3、退火与正火的目的是什么？答：退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，改善钢的成形及切 削加工性能；消除内应力和加工硬化；为淬火做好组织准备。正火的目的：改善钢的切削加工性能；细化晶粒，消除热加工缺陷；消除过共析钢的网 状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的机械性能。4、过共析钢淬火加热温度为什么不超过Accm?答：过共析钢淬火加热温度为AC1+3050。加热温度超过Accm时，温度高，容易 发生氧化、脱碳；奥氏体晶粒容易粗大，淬火后马氏体粗大，产生显微裂纹，强度下降；渗 碳体全部溶解，失去耐磨相，奥氏体中的含碳量高，淬火后残余奥氏体量多，硬度降低、强 度降低。5、亚共析钢正火与退火相比哪个硬度高?为什么？答：正火后硬度高。正火与退火相比，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因而 对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多（伪共析），珠光体片间距较小。此外由于转变温度较低，珠光体成核率较大，因而珠光体团的尺寸较小。6、用T12钢(锻后缓冷)做一切削工具，工艺过程为：正火一球化退火一机加工成形一淬 火一低温回火。各热处理工艺的目的是什么？得到什么组织？各种组织具有什么性能。答：(1)正火：消除网状的二次渗碳体，同时改善锻造组织、消除锻造应力，得到片 状的珠光体，片状的珠光体硬度较高，塑性韧性较差。(2)球化退火：将片状的珠光体变成粒状珠光体，降低硬度，便于机械加工；组织为 粒状珠光体，这种组织塑性韧性较好，强度硬度较低。(3)淬火：提高硬度、强度和耐磨性；组织为马氏体十粒状碳化物+残余奥氏体；这 种组织具有高强度高硬度，塑性韧性差。(4)低温回火：减少或消除淬火应力，提高塑形和韧性；组织为回火马氏体十粒状碳 化物+残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性，强度、硬度高，耐磨性高。7、什么是淬火？目的是什么？具体工艺有哪些？简述淬火加热温度的确定原则。答：把钢加热到临界点(Acl或Ac3)以上保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷去L 以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性; 结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；止匕外，还有很少数的一部分工件是为 了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐 蚀性等。具体工艺有：单液淬火法；中断淬火法(双淬火介质淬火法)；喷射淬火法；分级淬火法; 等温淬火法。淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为 Ac3 + (3050),过共析钢则为Acl+(3050),合金钢一般比碳钢加热温度高。确定 淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式 等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。另外，加热速度快, 起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。8、正火、退火工艺选用的原则是什么？答：含0.25%C以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。对渗碳钢, 用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳0.250.50%的钢，一般采用正火。对含 碳0.500.75%的钢，一般采用完全退火。含碳0.751.0%的钢，用来制造弹簧时采用完全 退火作预备热处理，用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于1.0%的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。9、为什么马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关?答：高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在李晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性 极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内 应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。10、比较下贝氏体与高碳马氏体的主要不同点答：（1）显微组织特征不同，下贝氏体为黑针状或竹叶状，高碳马氏体为片状；（2）亚 结构不同，下贝氏体亚结构为位错，高碳马氏体的亚结构为李晶；（3）性能特点不同，下贝 氏体具有良好的综合机械性能，高碳马氏体强度硬度高，塑性和韧性差；（4）相变特点不同, 下贝氏体为半扩散型相变，高碳马氏体非扩散型相变。（5）下贝氏体为复相组织，高碳马氏 体为单相组织。11、珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？答：片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3c颗粒 越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒 状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏 体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏 体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为李晶, 强度硬度高，塑性和韧性差。二、论述题1、论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原因及解决方法。答：（1）过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时，使钢的脆性增加, 脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开，使其变形能力无从发挥。解决方法，重新 加热正火，增加冷却速度，抑制脆性相的析出。（2）淬火马氏体在低温回火时会出现第一类 回火脆性，高温回火时有第二类回火脆性，第一类回火脆性不可避免，第二类回火脆性，可 重新加热到原来的回火温度，然后快冷恢复韧性。（3）工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性 降低，重新奥氏体化后降低等温温度得到下贝氏体可以解解。（4）奥氏体化温度过高，晶粒 粗大韧性降低。如：过共析钢淬火温度偏高，晶粒粗大，获得粗大的片状马氏体时，韧性降 低；奥氏体晶粒粗大，出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。2、20CrMnTi、40CrNiMo> 60Si2Mn> T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的 主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是 什么？性能如何？答：20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%,最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回 火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬 透）强韧性好。Mn与Cr提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。40CrNiM。为调质钢，含碳量为0.4%,最终热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索 氏体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo 细化晶粒，抑制第二类回火脆性。60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%,最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托 氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回 火稳定性。T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%,最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回 火马氏体十粒状Fe3C +残余奥氏体（广），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差。项目9工业用钢复习思考题1、低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？分别举例说明他们的用途？答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢；08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的 冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件, 如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐 磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。中碳钢：含碳量为0.300.55%的钢；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回 火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零 件；高碳钢：含碳量大于0.6%的钢；60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性 极限，常用作弹簧。T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、 凿子、锤子等。T9、T10、T1K用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、 拉丝模、锯条。T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工 具如量规、塞规、样板、锂刀、刮刀、精车刀等。2、下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、Tlk THAo普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、 50o3、钢中常存杂质有哪些？对钢的性能有何影响？答：钢中常存杂质有Si、Mn、S、P等。Mn：大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：另一部分Mn溶于Fe3c 中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS,能减轻S的有害作用。 当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不明显。Si： Si与Mn 一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高, 而塑性、韧性降低。当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂存在时，它对钢的性能影响 并不显著。S：硫不溶于铁，而以FeS形成存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上, 当钢材在1000C1200压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989）已经熔化，并使 晶粒脱开，钢材将变得极脆。P：磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下 的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆。4、指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：Q235-AF、Q195-B、40、08、20、T8答：Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235Mpa的A级沸腾钢。Q195-B:屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、 建筑等钢结构，也可制造普通的钾钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。40钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较 高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接 性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉其应用范围：布氏硬度法：测定硬度450HBW,常用来测定铸铁、非铁合金、经退火、正火和 调质处理的钢材等，如半成品和原材料。洛氏硬度法：主要应用于测定钢铁（退火、正火、淬火、调质钢）、非铁合金、硬 质合金等的硬度；维氏硬度法：广泛用于科研单位和高校，薄件及淬硬表层硬度检验。6 .反映材料受冲击载荷的性能指标是什么?不同条件下测得的这种指标能否比较？答：反映材料受冲击载荷的性能指标是冲击韧性值（AK）。不同条件下测定的AK不能进行比较。这是因为冲击韧性是在指定温度下，材料在 缺口和冲击载荷共同作用下测试冲击吸收能量。7 .疲劳破坏是怎样形成的?提高零件疲劳寿命的方法有哪些？答：产生疲劳破坏的原因是材料的某些缺陷，如夹杂物、气孔等所致。在交变应力 下，缺陷处首先形成微小裂纹，裂纹逐步扩展，导致零件的受力截面减小，以致突然产生破 坏。零件表面的机械加工刀痕和构件截面突然变化部位，都会产生应力集中，交变应力下， 应力集中容易处于产生显微裂纹处，这也是产生疲劳破坏的主要原因。提高零件疲劳寿命的方法：应合理设计结构，防止应力集中；减少材料内部夹杂物、 气孔等缺陷，还要尽量减小零件表面粗糙度值，采取表面硬化处理等措施来提高材料的抗疲 劳能力。8 .绘制低碳钢应力-应变曲线，并描述低碳钢应力应变曲线上的几个变形阶段。答：oe：弹性变形阶段；es，段：屈服阶段，水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本 不变，试样连续伸长。弹性变形+塑性变形s，b曲线：强化阶段，弹性变形+均匀塑性变形bk曲线：缩颈阶段，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最 大值，而后降低，但变形量增大，K点时试样发生断裂。项目2非铁金属材料复习思考题1、不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？答：铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的。能热处理强化的变形铝合金可利机驾驶室等。20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、 心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢。用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如 小型冲头、凿子、锤子等。5、为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转 子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？答：碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的 机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重 型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。（1）如上所述合金钢的淬透性高（2）合金钢回火抗力高碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200,其硬度就显 著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较 高，刃部受热超过200C的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。合金钢能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）。6、合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和MS点有何影响？将引起 钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？答：除C。以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。非碳化物形 成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、 Mo、W等除使C曲线右移外，还将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线， 并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms点 降低，残余奥氏体量增多。由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移，从而使退火状态组织中的 珠光体的比例增大，使珠光体层片距离减小，这也使钢的强度增加，塑性下降。由于过冷奥 氏体稳定性增大，合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体，或贝氏体甚至马氏体 组织，从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大，而Si、Al、V、M。等在一般含量 （例如一般结构钢的实际含量）下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性，促进马氏体的形成, 使强度大为增加但焊接性能变坏。7、合金元素对回火转变有何影响?答；合金元素对回火转变及性能的影响如下：（1）产生二次硬化由于合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,还阻碍碳化物的聚集和长大，因而合金钢中的碳 化物在较高的回火温度时，仍能保持均匀弥散分布的细小碳化物的颗粒。强碳化物形成元素 如Cr、W、Mo、V等，在含量较高及在一定回火温度下，还将沉淀析出各自的特殊碳化物。 如Mo2C、W2C、VC等，析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体上,并与马氏体保持共格 关系,阻碍位错运动，使钢的硬度反而有所提高，这就形成了二次硬化。钢的硬度不仅不降低, 反而再次提高。在合金钢中,当含有W、Mo、Ti、V、Si等，它们一般都推迟a相的回复与再结晶和碳化 物的聚集，从而可抑制钢的硬度、强度的降低。（2）提高淬火钢的回火稳定性（耐回火性）由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程,使回火的硬度降低过程变缓，从而 提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高，若要得到相同的回火硬度时，则合 金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高，回火时间也长。而当回火温度相同时，合金钢的 强度、硬度都比碳钢高。（3）回火时产生第二类回火脆性在合金钢中，除了有低温回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的钢中，在550650回 火后，又出现了冲击值的降低，称为高温回火脆性或第二类回火脆性。此高温回火脆性为可逆 回火脆性，或第二类回火脆性。产生这类回火脆性的原因,一般认为是由于锡、磷、睇、碑 等有害元素沿奥氏体晶界偏聚，减弱了晶界上原子间的结合力所致。8、何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们 在调质钢中起什么作用？答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在淬火及低温 回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于中碳钢，淬透性也不如中碳钢。 高碳钢虽然强度高，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。合金调质钢中常含合金元素有铭、锦、银、硅、铝、鸨、铀、铝、钛等。合金调质钢的 主加元素有铭、镒、银、硅等，以增加淬透性。它们在钢中除增加淬透性外，还能强化铁素体, 起固溶强化作用。辅加元素有铝、鸨、钮、铝、钛等。铝、鸨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;专凡、钛的作用是细化晶粒;加铝能加速渗氮过程。9、W18Cr4V钢的Acl约为820。若以一般工具钢Acl+30-50常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？ W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560三次回火，又是为什么？答：若以一般工具钢Acl+30-50常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终 热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则 合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥 氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于Acl的温度，既1280C左右。18G4V钢刀具 在正常淬火后都要进行560C三次回火，这是为消除残余奥氏体。10、解释下列现象：(1)在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热 温度都比碳钢高。答：在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热 温度都比碳钢高，其主要原因是合金元素的加入而改变了碳在钢中的扩散速度所致。非碳化 物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奥氏体中的扩散激活能，增加奥氏体形成速度。相反，强碳 化物形成元素如v、Ti、w、Mo等，与碳有较大的亲合力,增加碳在奥氏体中的扩散激活能, 强烈地减缓碳在钢中的扩散，大大减慢了奥氏体化的过程。奥氏体形成后，尚未固溶的各种类型的碳化物,其稳定性各不相同。稳定性高的碳化物, 要使之完全分解和固溶于奥氏体中，需要进一步提高加热温度，这类合金元素将使奥氏体化的 时间增长。合金钢中奥氏体化过程还包括均匀化的过程。它不但需要碳的扩散，而且合金元素也必 需要扩散。但合金元素的扩散速度很慢,即使在1000C的高温下,也仅是碳扩散速度的万分之 几或千分之几。因此，合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。以保证合金元素溶入奥氏 体并使之均匀化，从而充分发挥合金元素的作用。(2)在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。答：当温度超过150C以后,强碳化物形成元素可阻碍碳的扩散，因而提高了马氏体分解 温度。与碳钢相比,合金钢中的残余奥氏体要在更高的回火温度才能转变。在高合金钢中残 余奥氏体十分稳定，甚至加热到500600C并保温一段时间仍不分解。合金元素的扩散慢并阻 碍碳的扩散，阻碍了碳化物的聚集和长大，使回火的硬度降低过程变缓，从而提高钢的回火稳 定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高，若要得到相同的回火硬度时，则合金钢的回火温度 就比同样含碳量的碳钢要高，回火时间也长。而当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度都比 碳钢高。（3）含碳量三0.40%、含铭12%的铭钢属于过共析钢，而含碳L5%、含铭12%的钢属 于莱氏体钢。答：由于合金元素加入后显著改变了 S点的位置，使它向碳含量减少的方向移动。所 以含碳量20.40%、含铭12%的铭钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含格12%的钢属于莱氏 体钢（4）高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。答：由于钢中含有大量的合金元素，高速钢的过冷奥氏体非常稳定，因而钢的淬透性很 高。对于中、小型刃具在热锻或热轧后，经空冷可获得马氏体组织。项目10铸铁复习思考题1、白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？答：碳钢是指含碳量0.02%2.14%的铁碳合金，铸铁是指大于2.14%的铁碳合金。与 钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体十二次渗碳体；钢的组织为珠光体+二次渗 碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳钢有 优良的综合机械性能；高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。以上钢均可 进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体，性能硬而脆，很难切削加工，但其耐磨性好，铸造性能