金属热处理原理和工艺设计总结版.docx

5 实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加,金属的强度迅速下降，当缺陷增加 到一定值后,金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变,从而使 晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。6 ,为何单晶体具有各向异性，而多晶体在普通情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子罗列密度不同，造成原子间结合力不同，于是表现出各向异性；而多晶体是由不少个单 晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡,于是表现各向同性。7 .过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：冷却速度越大，则过冷度也越大。随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快,加速结晶过程的进行，但 当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。过冷度增大,AF大，结晶驱动力大,形核 率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快,提高了 N与G的比值，晶粒变细,但过冷度过大，对晶粒细化不利， 结晶发生艰难。8 .金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：金属结晶的基本规律是形核和核长大。受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。9 .在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。变质处理：在 液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大 增加，从而提高了形核率，细化晶粒。机械振动、搅拌。第二章 金属的塑性变形与再结晶2 .产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大,晶粒破碎的程度愈大，这 样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎 和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓加工硬化 现象。金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来艰难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。 另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工 硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部份， 由于发生了加工硬化，再也不继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部份，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。3 .划分冷加工和热加工的主要条件是什么？答：主要是再结晶温度。在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工,产生加工硬化现象；反之为热加工，产生的加工硬 化现象被再结晶所消除。4 .与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？答：(1通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合,从而使其致密度得以提高。(2通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。(3通过热加工,可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压 力加工纤维组织流线，使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零 件工作时承受的最大拉应力方向一致,而与外加切应力或者冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。5 .为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？答：晶界是妨碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束,也妨碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈细,其晶界总面积愈大,每 一个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多,对塑性变形的抗力也愈大。因此,金属的晶粒愈细强度愈高。同时晶粒愈细， 金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造 成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性，韧性也越好。6 .金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？答：晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；晶粒破碎，位错密度增加,产生加 工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高,而塑性和韧性下降；织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金 属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动,转动结果金属中每一个晶粒 的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；冷压力加工过程中由于材料各部份的变形不均匀或者晶粒内各部份和 各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残存的内应力,这在普通情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。7 .分析加工硬化对金属材料的强化作用？答：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧，使位错运动的阻力增大，引 起变形抗力的增加。这样，金属的塑性变形就变得艰难,要继续变形就必须增大外力，因此提高了金属的强度。8.已知金属鸨、铁、铅、锡的熔点分别为3380、1538C、327、232,试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析铝和 铁在1100C下的加工、铅和锡在室温(20下的加工各为何种加工？24.为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？减小变形及防止开裂有哪些途径？答：淬火中变形与开裂的主要原因是由于淬火时形成内应为。淬火内应力形成的原因不同可分热应力与组织应力两种。 工件在加热和（或者 冷却时由于不同部位存在着温度差别而导致热胀和v或者,冷缩不一致所引起的应力称为热 应力。热应力引起工件变形特点时：使平面边为凸面，直角边钝角，长的方向变短,短的方向增长，一句话,使工件趋于球 形。钢中奥氏体比体积最小，奥氏体转变为其它各种组织时比体积都会增大，使钢的体积膨胀;工件淬火时各部位马 氏体转变先后不一致，于是体积膨胀不均匀。这种由于热处理过程中各部位冷速的差异使工件各部位相转变的不同 时性所引起的应力，称为相变应力组织应力组织应力引起工件变形的特点却与此相反：使平面变为凹面,直角变 为钝角，长的方向变长；短的方向缩短，一句话,使尖角趋向于突出。工件的变形与开裂是热应力与组织应力综合的结果,但热应力与组织应力方向恰好相反，如果热处理适当，它们可部 分相互抵消，可使残存应力减小，但是当残存应力超过钢的屈服强度时，工件就发生变形,残存应力超过钢的抗拉强度 时，工件就产生开裂。为减小变形或者开裂，出了正确选择钢材和合理设计工件的结构外,在工艺上可采取下列措施： 1.采用合理的锻造与预先热处理锻造可使网状、带状及不均匀的碳化物呈弥散均匀分布。淬火前应进行豫备热处理如球化退火与正火,，非但可为 淬火作好组织准备，而且还可消除工件在前面加工过程中产生的内应力。2 ,采用合理的淬火工艺；正确确定加热温度与加热时间，可避免奥氏体晶粒粗化。对形状复杂或者导热性差的高合金钢，应缓慢加热或者多次预热，以减少加热中产生的热应力。工件在加热炉中安放时,要尽量保证受热均匀，防止加热时变形;选择合适的淬火冷却介质和洋火方法v如马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火,，以减少冷却中热应力和相变应力等。3 .淬火后及时回火淬火内应力如不及时通过回火来消除,对某些形状复杂的或者碳的质量分数较高的工件，在等待回火期间就会发 生变形与开裂。4 .对于淬人易开裂的部份，如键槽,孔眼等用石棉阻塞。25 .淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪 些？答：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不,同说明不同的钢淬透性不同，淬 硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。 钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量,即取决于淬火前奥氏体的含碳量。影响淬透性的因素：化学成份C曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。对于碳钢,钢中含碳量愈接近共析成份，其C 曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好,即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含 碳量增加而减小。除Co和A1 （ 2.5%以外的大多数合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透 性比碳钢好。奥氏体化温度温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少,淬透性愈好。26 .钢的淬硬层深度通常是怎规定的？用什么方法测定结构钢的淬透性？怎样表示钢的淬透性值。答：为了便于比较各种钢的淬透性，常利用临界直径De来表示钢获得淬硬层深度的能力。所谓临界直径就是指圆柱形钢 棒加热后在一定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。对同一种钢D x VD永,因为油的冷却能力比水低。目前国内外都普遍采用顶端淬火法测定钢的淬透性曲线,比较不 C油 C水同钢的淬透性。顶端淬火法一国家规定试样尺寸为（p25 x 100mm；水柱自由高度65mm；此外应注意加热过程中防止氧化,脱碳。将 钢加热奥氏体化后，迅速喷水冷却。显然，在喷水端冷却速度最大,沿试样轴向的冷却速度逐渐减小。据此，末端组织 应为马氏体，硬度最高，随距水冷端距离的加大，组织和硬度也相应变化，将硬度随水冷端距离的变化绘成曲线称为淬 透性曲线。不同钢种有不同的淬透性曲线，工业上用钢的淬透性曲线几乎都已测定，并已汇集成册可查阅参考。由淬透性曲线 就可比较出不同钢的淬透性大小。此外对于同一种钢，因冶炼炉冷不同，其化学成份会在一个限定的范围内波动，对淬透性有一定的影响，因此钢的淬 透性曲线并非一条线，而是一条带，即表现出淬透性带。钢的成份波动愈小，淬透性带愈窄,其性能愈稳定，因此淬透 性带愈窄愈好。27 .回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。答：回火的目的是降低淬火钢的脆性,减少或者消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低,保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或 者高碳合金钢创造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件,回火后的硬度普通为HRC 58-64。中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC35-45,具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用 于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢创造的各类弹簧。高温回火后的组织为回火索氏体,其硬度HRC 25-35,具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于 含碳0.3-0.5%的碳钢和合金钢创造的各类连接和传动的结构零件,如轴、连杆、螺栓等。28 .指出下列组织的主要区别：（1索氏体与回火索氏体；（2屈氏体与回火屈氏体；3马氏体与回火马氏体。答：由奥氏体冷却转变而成的屈氏体v淬火屈氏体和索氏体淬火索氏体,组织，与由马氏体分解所得到的回火屈氏体和 回火索氏体组织有很大的区别,主要是碳化物的形态不同。由奥氏体直接分解的屈氏体及索氏体中的碳化物是片状 的，而由马氏体分解的回火屈氏体与回火索氏体中碳化物是颗粒状的。回火索氏体和回火屈氏体相对于索氏体与屈 氏体其塑性和韧性较好。马氏体（M是由A直接转变成碳在aFe中过饱和固溶体。回火马氏体是过饱和的a固 溶体铁素体和与其晶格相联系的e碳化物所组成，其淬火内应力和脆性得到降低。29.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。 答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化,使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷 的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。常用的表面淬火方法有：1 .感应加热表面淬火；2.火焰加热表面淬火。感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器1线圈内，当线圈通入交变电流后，即将产生交变磁场，在 工件内形成涡流表层迅速被加热到淬火温度时而心部仍接近室温，在即将喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。火 焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所 需的表层硬度和淬硬层硬度。感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点：感应加热速度极快，只要儿秒到几十秒的时间就可以把工件加热至淬火温度,:而且淬火加热温度高AC3以上 80-150o2因加热时间短，奥氏体晶粒细小而均匀,淬火后可在表面层获得极细马氏体，使工件表面层较普通淬火硬度高 23HRC,且脆性较低。3感应加热表面淬火后，淬硬层中存在很大残存压应力,有效地提高了工件的疲劳强，且变形小，不易氧化与脱碳。4 生产率高,便于机械化、自动化，适宜于大批量生产。但感应加热设备比火焰加热淬火费用较贵，维修调整比较艰难，形状复杂的线圈不易创造 表面淬火前应采用退火或者正火预先热处理。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 层的化学成份，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.；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者化合物；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.试述普通渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。答：普通渗碳件的工艺路线为：下料一锻造一正火一切削加工一渡铜不渗碳部位一渗碳淬火低温回火一喷丸一精磨一成品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：在一定温度普通在A G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口CrN、 MoN、AIN等,，渗氮层的硬度普通可达9501200HV相当于68-72HRO,且渗氮层具有高的红硬性即在600650c 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,渗氮后又再也不进行热处理，所以工件变形小，普通只需 精磨或者研磨、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、高精度机床主轴如锤轴、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v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：表面淬火普通合用于中碳钢（0.40.5%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 9MnV、GCr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 、215冷却，表层被淬硬为马氏体,而中心仍保持原来的退火、正火或者调质状态的组织。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， 11/15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0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi> 20SiMnVB等。渗碳层深度普通都在 0.52.5mm。钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8L1%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，从表层到心部挨次是过共析组织，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等也时常作为氮化钢。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HRC6572,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。氮化处理合用于耐磨性和精度都要求较高的零件或者要求抗热、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创造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工(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：锻造一退火一机加工一淬火后低温回火一磨加工。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。(2终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。(3T10车刀的淬火温度为780C摆布，冷却介质为水；回火温度为150c250。35.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线(各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性：(1某机床变速箱齿轮(模数m=4,要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；2某机床主轴,要求有良好的综合机械性能，轴径部份要求耐磨(HRC 50-55,材料选用45钢；(3链床锤杆，在重载荷下工作,精度要求极高，并在滑动轴承中运转,要求锤杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALAo答：(1下料一锻造一正火一粗加工一精加工一局部表面淬火M氐温回火一精磨一成品(2下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一局部表面淬火+低温回火一精磨一成品(3下料 T造一退火一粗加工一调质一精加工一氮化Tff磨一成品36 .某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度HRO50,而心部具有良好的韧性AQ40J,原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火， 最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：(1原45钢各热处理工序的作用；(2改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？(3改用15钢后，为达到所要求的性能,在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答：(1正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬 火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。(2不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软,表面硬，会造成表面脱落。(3渗碳。37.有甲、乙两种钢，同时加热至1150 c保温两小时，经金相显微组织检查,甲钢奥氏体晶粒度为3级,乙钢为6级。由此 能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？答：不能。本质晶粒度是在930±19,保温38小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点A9以上直到 930C晶粒并未显著长大。超过此温度后，由于阻挠晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 超过930,有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。38 .为什么用铝脱氧的钢及加入少量Ti, Zr , V , Nb,W等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性 能有何影响？答：铝脱氧及加入少量Ti, Zr , V , Nb,W等合金元素会形成高温难溶的合金化合物，在930±19摆布抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。39.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。马氏体相变的特点为：无扩散性。钢在马氏体转变先后，组织中固溶的碳浓度没有变化,马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致，仅发生晶格 改变,于是马氏体的转变速度极快。2有共格位向关系。马氏体形成时，马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的，既属于马氏体,又属于奥氏体，称这 种关系为共格关系。3在通常情况下，过冷奥氏体向马氏体转变开始后，必须在不断降温条件下转变才干继续进行,冷却过程中断，转变 即将住手。40.说明共析钢C曲线各个区，各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。答： 过冷奥氏体等温转变曲线说明：1由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线油转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。A 线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;A1线以下，转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;在转 变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。2过冷奥氏体在各个温度等温转变时，都要经过一段孕育期(它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示。对 共析碳钢来说，转变开始线在550浮现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖,它所对应的温度称为鼻温。3共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:在C曲线鼻尖以上部份，即A广55()之间过 冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体，故又称珠光体转变;在C曲线鼻尖以下部份，即550Ms之间，过冷奥 氏体发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变;在Ms点:以下,过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是 马氏体，故又称马氏体转变。亚共析和过共析钢的等温转变C曲线，与共析钢的不同是，亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共 析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。影响C曲线形状和位置的主要因素有：凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢,于是使C曲线右移。-反之，使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的 含碳量有关,在亚共析钢中，随着含碳量的增加，钢的C曲线位置右移。在过共析钢中，随着含碳量的增加,c曲线又向左移。除 此之外，钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则C曲线的位置愈右移。41 .将20钢及60钢同时加热至860 ,并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？ 答：60钢奥氏体晶粒粗大些。第六章合金钢1 .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，大型发机电转子等都必须用合金钢创造？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，浮现内外性能不均，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,大型发机电转子等都必须用合金钢 创造。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，惟独经低温回火才干保持高硬度，若其回火温度超过200C,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200的刀具就不能采用碳钢制作而采 用合金钢来制作。3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。2 .合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和丫点有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的 什么变化？S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，并在此二曲线之间浮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，残存 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，或者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、Mo 等在普通含量例如普通结构钢的实际含量,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。3 ,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妨碍碳的扩散,还妨碍碳化物的会萃和长大，于是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Mo°C、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,妨碍位错运动，使钢的硬座反而有所提高，这就形成为了二次硬化。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，它们普通都推迟a相的回复与再结晶和碳化物的会萃，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妨碍马氏体分解和碳化物会萃长大过程，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550650c回火后，又浮现了冲击值的降低<如图8>,称为高温回火脆性或者第二类回火脆性。此高温回火脆性为可逆回火脆性，或者第二类回火脆性。产生这种 回火脆性的原因,普通认为是由于锡、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。4. 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、M。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,要使之彻底分解和固溶于奥 氏体中，需要进一步提高加热温度，这种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。它非但需要碳的扩散，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者干分之几。因此,合金钢的奥氏体成份均匀化 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HI火稳定性；答：当温度超过15()以后，强碳化物形成元素可妨碍碳的扩散,于是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干转变。在高合金钢中残存奥氏体十分稳定，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妨碍碳的扩散，妨碍了碳化物的会萃和长大,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N0.40%、含铭12%的铭钢属于过共析钢，而含碳1.5%、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挪移。所以含碳量KX40%、含铭12%的铭钢 属于过共析钢，而含碳L5%、含格12%的钢属于莱氏体钢 (4)高速钢在热锻或者热轧后，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，于是钢的淬透性很高。对于中、小型刃具在热锻或者 热轧后，经空冷可获得马氏体组织。5 .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、镒、锲、硅、铝、鸨、钮、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、机、铝、 钛等。钥、鸨的主要作用是防止或者减轻第二类回火脆性,并增加回火稳定性;钢、钛的作用是细化晶粒;加铝能加速 渗氮过程。6 .W18Cr4V钢的A约为820c若斗普通工具钢A +30-50C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 速切削刃具所要隶脑性能？为什么力W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560C三次回火,又是为什么？答：若以普通工具钢A +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。因为誉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A型温度，既1280摆布。18CMV 钢刀具在正常淬火后都要进行560三次回火，这是为消除残存奥氏体。"第七章铸铁1 .白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成份、组织和性痛有何主要区别？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+二次渗碳体；钢的组织为珠光体十二次渗碳体+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 14/15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，铸造性能优良。灰铸铁组织中碳全部或者大部份以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色。其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性 台匕良好，缺口敏感性较低。2 .化学成份和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？答：1化学成份”碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素，铸铁中碳和硅的含量越高，就越容易充分进行石墨化。由于共晶成份的 铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%摆布。2镒。镒是阻挠石墨化的元素，但镒与硫化合成硫化镐,减弱了硫的有害作用，结果又间接促进石墨化的作用。故铸 铁中有适量的镒是必要的。3硫。硫是强烈妨碍石墨化的元素，它不仅强烈地促使白口化，而且还会降低铸铁的流动性和力学性能，所以硫是有 害元素，必须严格控制其含量。2冷却速度生产实践证明，在同一成份的铸铁件中,其表面和薄壁部份易浮现白口组织，而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由 此可见，冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速度越慢，原子扩散时间充分，也就越有利于石墨化的进行。冷却速度 主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。4磷。磷是弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性，使铸铁在冷却过程 中易开裂,、所以也应严格控制其含量。3 .试述石墨形态对铸铁性能的影响。答：灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹，它不仅破坏了 基体的连续性，减少了基体受力有效面积，而且在石墨片尖端处形成应为集中，使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越 多，尺寸越粗大，分布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体, 石墨存在对其影响不大。故灰铸铁的抗压强度普通是抗拉强度的3-4倍。球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小，使得基体比较连续，在拉伸时引起应力集中的现象明显下 降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%50%提高到70%90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳 强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小，可锻铸铁具有较高的力学性能,特别是塑性与 韧性有明显的提高。答：t =0.4T ；鸨 T =0.4* ( 3380+273-273=1188.2;铁 T =0.4* (1538+273-273=45L4C;铅 T =0.4* 再 烧再再再(327+273-273=-33;锡 T =0.4* (232+273273=-71 .由于鸨 T 为 1188.2> 1100,因此属于热加工；铁再再T为451.4CV 1100,因此属于冷加工；铅T为33 V20C,属于热加工；锡T为-71 <20,属于热加工。 再再再9.在创造齿轮时，有时采用喷丸法1即将金属丸喷射到零件表面上使齿面得以强化。试分析强化原因。答：高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形,形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。 第三章合金的结构与二元状态图2.指出下列名词的主要区别：1置换固溶体与间隙固溶体；答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部份原子而组成的固溶体称置换固溶体。间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体。2相组成物与组织组成物；相组成物：合金的基本组成相。组织组成物：合金显微组织中的独立组成部份。4 .试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.答：固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时,会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化。加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加，提高合金的强度 和硬度。区别：固溶强化和弥散强化都是利用合