工程材料課后習題參考答案

1、工程材料 第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 1解釋下列名詞 點缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個方向尺寸都很小，主要指空位間隙原子、置換原子等。 線缺陷：原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間一個方向上的尺寸很大，而在其余兩個方向上的尺寸很小。 如位錯。 面缺陷： 原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個方向上的尺寸很大， 而另一方向上的尺寸很小。如晶界 和亞晶界。 亞晶粒：在多晶體的每一個晶粒內(nèi)，晶格位向也并非完全一致，而是存在著許多尺寸很小、位向差 很小的小晶塊，它們相互鑲嵌而成晶粒，稱亞晶粒。 亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。 刃型位錯：位錯可認為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成。滑

2、移部分與未 滑移部分的交界線即為位錯線。如果相對滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯” 。 單晶體：如果一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。 多晶體：由多種晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)稱為“多晶體” 。 過冷度：實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。 自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列的結(jié)晶核心。 非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。 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，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài) 質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核

3、率，細化晶粒，這種處理方法即 為變質(zhì)處理。 變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。 2常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？ a -Fe、丫 - Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何 種晶體結(jié)構(gòu)？ 第 5 頁 共 50 頁 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； a Fe、Cr、V屬于體心立方晶格； Y Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格； Mg、 Zn 屬于密排六方晶格； 3. 配位數(shù)和致密度可以用來說明哪些問題？ 答：用來說明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子排列越緊密。 4. 晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？

4、 答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來表示，形式為uvw ；晶面是指晶格中不同方位 上的原子面，用晶面指數(shù)來表示，形式為 hkl 。 5. 實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？ 答：如果金屬中無晶體缺陷時， 通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅 速下降，當缺陷增加到一定值后，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線 缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變， 從而使晶體強度增加。 同時晶體缺陷的存在還會增加金屬的電阻， 降低金屬的抗腐蝕性能。 6. 為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？ 答：因為單晶體內(nèi)各個方

5、向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而 多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。 7. 過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？ 答：冷卻速度越大，則過冷度也越大。隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長大速度都加快， 加速結(jié)晶過程的進行， 但當冷速達到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢， 因為這時原子的擴散能力減弱。 過冷度增大， F大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提 高了 N 與 G 的比值，晶粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。 8. 金屬結(jié)晶的基

6、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：金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。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 第 2 頁 共 50 頁 會增大形核率。 9. 在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大??？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？ 答：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。 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， 造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固 態(tài)質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。機械振

7、動、攪拌。 第二章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 1解釋下列名詞： 加工硬化、回復、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。 答：加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象。 回復：為了消除金屬的加工硬化現(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使其組織和性能發(fā)生變化。 在加熱溫度較低時，原子的活動能力不大，這時金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化， 只是在晶內(nèi)發(fā)生點缺陷的消失以及位錯的遷移等變化，因此，這時金屬的強度、硬度和塑 性等機械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復階段。 再結(jié)晶：被加熱到較高的溫度時，原子也具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從

8、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” 。 熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進行壓力加工。 冷加工：在再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工。 2產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？ 答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大, 晶粒破碎的程度愈大， 這樣使位錯密度顯著增加； 同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。 因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大， 即強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬化”現(xiàn)象。

9、金屬的加工硬化現(xiàn)象 會給金屬的進一步加工帶來困難，如鋼板在冷軋過程中會越軋越硬，以致最后軋不動。另一方面 人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來提高金屬強度和硬度，如冷拔高強度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn) 生的加工硬化來提高鋼絲的強度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷 拉鋼絲拉過?？椎牟糠?，由于發(fā)生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過?？椎牟?分，這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過?？锥尚巍?3劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？ 答：主要是再結(jié)晶溫度。 在再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工為冷加工， 產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象； 反之為熱加 工，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。 4與冷加工比較，熱

10、加工給金屬件帶來的益處有哪些？ 答：（1）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高。 （ 2）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細化，機械性能提高。 （ 3）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，使它們沿著變形的方向 細碎拉長，形成熱壓力加工“纖維組織” （流線），使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向。 如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時承受的最大拉應(yīng)力方向一致，而與外加切 應(yīng)力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。 5為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？ 答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙

11、晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈 細，其晶界總面積愈大， 每個晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多， 對塑性變形的抗力也愈大。 因此， 金屬的晶粒愈細強度愈高。 同時晶粒愈細， 金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多， 變形時同樣的變形量 便可分散在更多的晶粒中發(fā)生， 產(chǎn)生較均勻的變形， 而不致造成局部的應(yīng)力集中， 引起裂紋的過早 產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。 6金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？ 答：晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等；晶粒破碎，位 錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降； 織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生， 即隨著

12、變形的發(fā)生， 不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長， 而且各晶粒的晶格位向也 會沿著變形的方向同時發(fā)生轉(zhuǎn)動， 轉(zhuǎn)動結(jié)果金屬中每個晶粒的晶格位向趨于大體一致， 產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn) 第 4 頁 共 50 頁 象；冷壓力加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻， 金屬內(nèi)部會形成殘余的內(nèi)應(yīng)力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩(wěn)定。 7分析加工硬化對金屬材料的強化作用？ 答：隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割、位錯纏結(jié)加劇，使位錯 運動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增 大外力，因此提高了金屬的強度。

13、 鐵 T 再=0.4* (1538+273)卜273=451.4 C ;鉛 T 再=0.4* ( 327+273) -273=-33 C;錫 T 再=0.4* (232+273 )卜273=-71 C 由于鎢 T 再為 11882C 1100C，因此屬于熱加工；鐵 T再為451.4CV 1100C，因此屬于冷加工；鉛 T再為-33Cv 20C，屬 于冷加工；錫 T再為-71 V 20 C，屬于冷加工。 9在制造齒輪時，有時采用噴丸法(即將金屬丸噴射到零件表面上)使齒面得以強化。試分析強化原 因。 答：高速金屬丸噴射到零件表面上， 使工件表面層產(chǎn)生塑性變形， 形成一定厚度的加工硬化層， 使齒面

14、的強度、硬度升高。 第三章 合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖 1 解釋下列名詞： 合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強化， 彌散強化。 答：合金： 通過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具 有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。 組元：組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元。 相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為 相。 相圖：用來表示合金系中各個合金的結(jié)晶過程的簡明圖解稱為相圖。 固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元 的相同，這

15、種相稱為固溶體。 金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生相互作用形成的一種具有金屬性質(zhì)的新相，稱為金屬間化合物。 它的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，用分子式來表示其組成。 機械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機械的混合在一起，稱機械混合物。 枝晶偏析：實際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔 點組元較多，后結(jié)晶含低熔點組元較 多，這種在晶粒內(nèi)化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。 比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度 差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導致 結(jié)晶后鑄件上下部分的化學

16、成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。 固溶強化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強化。 彌散強化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強度、硬度及 耐磨性，這種強化方式為彌散強化。 2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立組成部分。 3.下列元素在a -Fe中形成哪幾種固溶體 ？ S

17、i、C、 N、Cr、Mn 答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；C、N形成間隙固溶體。 4試述固溶強化、加工強化和彌散強化的強化原理,并說明三者的區(qū)別 答：固溶強化： 溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。 彌散強化： 金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均 勻細小彌散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合 金的方式為彌散強化。 加工強化： 通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯密度， 從而增大位錯運動阻力， 引起塑性變形抗力的增加， 提高合金的強度和硬度。 區(qū)別：固溶強化和彌散強化都是利用合金的組成相來強

18、化合金，固溶強化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使 位錯運動阻力增大來強化合金；彌散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合 金；而加工強化是通過力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合 金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強化得到的 強度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強化介于兩者之間。 5固溶體和金屬間化合物在結(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， 而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任 組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上： 形成固溶體和金屬間化合物都能強化合金，但固溶體的強度、硬度比金屬間

19、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械性能。 6. 何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點 答：共晶反應(yīng)： 指一定成分的液體合金， 在一定溫度下， 同時結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的 反應(yīng)。 包晶反應(yīng)：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相的反應(yīng)過程。 共析反應(yīng)： 由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的 固相的反應(yīng)。 共同點：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。 第 9 頁 共 50 頁 不同點：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析

20、反應(yīng)是一種固相在恒溫下生成兩 種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。 7二元合金相圖表達了合金的哪些關(guān)系？ 答：二元合金相圖表達了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。 在300 C時，含40% B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。現(xiàn)要求： 1) 作出A-B合金相圖； 2) 分析20% A,45%A,80%A等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。 答: (1) (2) 20%A合金如圖： 合金在1點以上全部為液相，當冷至 1點時，開始從液相中析出a固溶體，至 2點結(jié)束，23 點之間合金全部由a固溶體所組成，但當合金冷到3點以下，由于固溶體a的濃度超

21、過了它的 溶解度限度，于是從固溶體a中析出二次相A，因此最終顯微組織：a +A n 相組成物：a +A A= (90-80/90) *100%=11%a =1-A%=89% 45%A 合金如圖： 合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出a固溶體，此時液相線成分沿線 BE 變化，固相線成分沿 BD 線變化，當冷至 2點時，液相線成分到達 E 點，發(fā)生共晶反應(yīng)， 形成(A+ a)共晶體，合金自 2點冷至室溫過程中，自中析出二次相A n,因而合金室溫組 織： An+a +(A+ a ) 相組成物 ：A+ a 組織： An=(70-55) /70*100%=21% a =1- An=79%

22、 A+a =(70-55) /(70-40) *100%=50% 相： A=( 90-55) /90*100%=50% a =1-A%=50% 80%A 合金如圖： 合金在1點以上全部為液相， 冷至1點時開始從液相中析出 A,此時液相線成分沿 AE線變化, 冷至2點時，液相線成分到達點，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+ a )共晶體，因而合金的室溫組織： A+ (A+ a ) 相組成物： A+ a 組織： A=( 40-20) /40*100%=50%A+a =1-A%=50% 相： A= (90-20) /90*100%=78%a =1-A%=22% 10某合金相圖如圖所示。 1) 試標注一空白區(qū)域

23、中存在相的名稱； 2) 指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型； 3) 說明合金I的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。 答：L+丫 ：丫 + B ：B +( a + B )：B + a n (2)勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變 合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出丫固溶體至2點結(jié) 束,23點之間合金全部由丫固溶體所組成,3點以下，開始從丫固溶體中析出a固溶 體冷至4點時合金全部由a固溶體所組成，45之間全部由a固溶體所組成,冷到5 點以下，由于a固溶體的濃度超過了它的溶解度限度，從a中析出第二相B固溶體， 最終得到室穩(wěn)下的顯微組織:a + Bn 11 有形狀、尺寸相同的兩個 Cu-Ni合金鑄件，一個含

24、90% Ni ,另一個含50% Ni,鑄后 自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？ 答：含50% Ni的Cu-Ni合金鑄件偏析較嚴重。在實際冷卻過程中，由于冷速較快，使得 先結(jié)晶部分含高熔點組元多，后結(jié)晶部分含低熔點組元多，因為含50% Ni的Cu-Ni合 金鑄件固相線與液相線范圍比含 90% Ni鑄件寬，因此它所造成的化學成分不均勻現(xiàn) 象要比含90% Ni的Cu-Ni合金鑄件嚴重。 第9 頁 共50 頁 第13頁共50頁 第四章 鐵碳合金 1 何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖 答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 1394 O O

25、 S 1 1 時間 0 9 8 7 OOOO COOO o D o o o o Q O 4 3 2 1 1- 1- 1 MooocMoog O 6 5 4 3 2 1 2.為什么丫 -Fe和a - Fe的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（丫 -Fe fa -Fe ）轉(zhuǎn)變時, 其體積如何變化？ 答：因為丫 -Fe和a - Fe原子排列的緊密程度不同，丫 -Fe的致密度為74%, a - Fe的致密度 為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（丫 -Fe fa -Fe ）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。 3何謂鐵素體（F）,奧氏體（A）,滲碳體（FesC）,珠光體（P）,萊氏體（Ld） ?它們的結(jié) 構(gòu)、組織形態(tài)、性

26、能等各有何特點？ 答：鐵素體（F）:鐵素體是碳在Fe中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在 Fe中的溶解度很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強度、 第11頁共50頁 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Fe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 Fe 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。 珠光體（P）:由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲

27、碳體呈層片狀。珠光體 有較高的強度和硬度，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。 4. Fe-Fe3C 合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？又有何局限性？ 答：碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合 金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝 的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。為選材提供成分依據(jù)： F Fe3C 相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合

28、金的性能決定于合金的組 織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)： 對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相 線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。 對于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。 對焊接： 根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性；對 熱處理： F Fe3C 相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖 力卩以選擇。由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和 冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。 5. 畫出 Fe-Fe3C 相圖，指出圖中 S 、C 、E

29、、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各點、 線的意義，并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物 C :共晶點1148C 4.30%C，在這一點上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：Lc Ae FeaC , 當冷到1148C時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有 E點成分的奧氏體和滲碳 體的兩相混合物萊氏體 Le Ae Fe3C E:碳在Fe中的最大溶解度點1148C 2.11%C G:FeFe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（Aa） 912C 0%C H :碳在Fe中的最大溶解度為1495E0.09%C J:包晶轉(zhuǎn)變點1495E 0.17%C在這一點上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：LbhAj 當冷卻到1495E時具有B點成分

30、的液相與具有 H點成分的固相S反應(yīng)生成具有 J 點成分的固相 A N :FeFe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A4）1394C0%C P:碳在Fe中的最大溶解度點 0.0218%C 727 C S:共析點727C0.77%C在這一點上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：AsFp FesC，當 冷卻到727C時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有 P點成分的鐵素體和滲碳 體的兩相混合物珠光體 P（ Fp Fe3C） ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱 Acm溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體 中的溶解度減少，多余的碳以Fe3C形式析出，所以具有0.77%2.11%C的鋼 冷卻到Acm線與PSK線之間時的組織A Fe3Cn

31、，從A中析出的Fe3C稱為二 次滲碳體。 GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱A3線，GP線則是鐵素體 析出的終了線，所以GSP區(qū)的顯微組織是F A。 PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少， 多余的碳以FesC形式析出，從F中析出的FesC稱為三次滲碳體FesC皿，由于 鐵素體含碳很少，析出的FesS很少，一般忽略，認為從727C冷卻到室溫的 顯微組織不變。 PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 AsFp FesC ,產(chǎn)物（P）珠光體， 含碳量在0.026.69%的鐵碳合金冷卻到727C時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 6. 簡述 Fe-Fe3C

32、 相圖中三個基本反應(yīng)：包晶反應(yīng) ,共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標出 含碳量及溫度。 答：共析反應(yīng)：冷卻到727C時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有 P點成分的鐵素體 和滲碳體的兩相混合物。丫 0.8727? F0.02+Fe3C6.69 包晶反應(yīng)：冷卻到1495r時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相S反應(yīng)生成具 有 J 點成分的固相 A。L0.5+ S 0.1 1495?丫 0.16 共晶反應(yīng)：1148C時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有 E點成分的奧氏體和滲碳 體的兩相混合物。L4.3 1147? 丫 2.14+ F63C6.69 7. 何謂碳素鋼？何謂白口鐵？兩者的成分組織和性

33、能有何差別？ 答：碳素鋼：含有0.02%2.14%C的鐵碳合金。 白口鐵：含大于2.14%C的鐵碳合金。 碳素鋼中亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成，其中珠光體中的滲碳體以細片狀 分布在鐵素體基體上，隨著含碳量的增加，珠光體的含量增加，則鋼的強度、硬度增 加，塑性、韌性降低。當含碳量達到 0.8%時就是珠光體的性能。過共析鋼組織由珠光 體和二次滲碳體所組成，含碳量接近 1.0%時，強度達到最大值，含碳量繼續(xù)增加，強 度下降。由于二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，導致鋼的脆性增加。 白口鐵中由于其組織中存在大量的滲碳體，具有很高的硬度和脆性，難以切削加工。 8. 亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織

34、有何特點和異同點。 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：鋼的組織中都含有珠光體。不同點：亞共析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. 分析含碳量分別為 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時 的結(jié)晶過程和室溫組織 . 答：0.80%C:在12點間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出 A，在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 冷到3點時

35、（727C）,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變結(jié)束時全部為珠光體P, 珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，當溫度繼續(xù)下降時，珠光體中鐵素體溶 碳量減少，其成分沿固溶度線 PQ變化，析出三次滲碳體FesC皿，它常與共析 滲碳體長在一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。 室溫時組織 P。 0.60% C:合金在12點間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 冷到3點時開始析出F,3-4點A成分沿GS線變化，鐵素體成分沿GP線變化, 當溫度到4點時，奧氏體的成分達到S點成分（含碳0.8%），便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變， 形成珠光體，此時，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分 為0.02%C，所

36、以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當 溫度繼續(xù)下降時，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣FesC皿 量很少，可忽略。 所以含碳 0.40%的亞共析鋼的室溫組織為: F+P 1.0% C:合金在12點間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體， 冷卻到3點，開始從奧氏體中析出二次滲碳體 Fe3，F(xiàn)e3Cn沿奧氏體的晶界析 出，呈網(wǎng)狀分布，3-4間Fe3Cn不斷析出，奧氏體成分沿 ES線變化，當溫度到 達4點（727C ）時，其含碳量降為0.77%，在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光 體，此時先析出的Fe3Cn保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時

37、 的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略 Fe3C皿。 室溫組織為二次滲碳體和珠光體。 10指出下列名詞的主要區(qū)別: 1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體； 答:一次滲碳體:由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。 二次滲碳體:從 A 中析出的 Fe3C 稱為二次滲碳體。 三次滲碳體：從F中析出的Fe3C稱為三次滲碳體Fe3C皿。 共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體。 共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。 2) 熱脆與冷脆。 答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成低熔點共晶，當鋼材在10

38、00C 1200C 壓力加工時，會沿著這些低熔點共晶體的邊界開裂，鋼材將變得極脆，這種脆 性現(xiàn)象稱為熱脆。 冷脆： P 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，這種現(xiàn)象稱為“冷脆” 。 11根據(jù) Fe-Fe3C 相圖，計算： 1) 室溫下，含碳 0.6% 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少； 2) 室溫下，含碳 1.2% 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少； 3) 鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。 答：1) Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74%W “ =1-74%=26% 2) Wp=(6.69-1.2)/(6.69-

39、0.8)*100%=WFe35 = 1-Wp= 3) WFe3c“ = (2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23% W Fe3s=0.02/6.69*100%=33% 12某工廠倉庫積壓了許多碳鋼(退火狀態(tài))，由于鋼材混雜，不知道鋼的化學成分，現(xiàn) 找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占 80% ，問此 鋼材的含碳量大約是多少？ 答：由于組織為珠光體 +鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。 W a =80%=(0.8-Wc)/(0.8-0.02)*100%Wc=0.18% 13對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體(粒狀) ，其中滲

40、碳體占 18% ，問此碳鋼的含碳量大約是多少？ 答： WFe3Cn = 18% =( Wc-0.02)/(6.69-0.02)*100%Wc=1.22% 14對某退火碳素鋼進行金相分析， 其組織為珠光體 +滲碳體(網(wǎng)狀)，其中珠光體占 93% ， 問此碳鋼的含碳量大約為多少？ 答： W p=93% =(2.14- WC)/(2.14-0.8)*100%=70%WC=0.89% 15.計算Fe-1.4%C合金在700C下各個相及其組分數(shù)量和成分。 答：含 1.4%C 合金屬于 過共析鋼，其組織為珠光體 + 二次滲碳體，相為鐵素體和滲碳體。 Wp=(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100

41、%=55%W Fe3Cn = 1-55%=45% Wa= (6.69-1.4) / (6.69-0.02) *100%=79% WFe3C=i-79%=21% 16根據(jù) Fe-Fe3C 相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因： 1) 含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高； 答：鋼中隨著含碳量的增加， 滲碳體的含量增加， 滲碳體是硬脆相， 因此含碳量為 1.0% 的 鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高。 2) 在室溫下，含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高； 答：因為在鋼中當含碳量超過 1 .0%時，所析出的二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀，使 鋼的脆性增加，導致強度下降

42、。因此含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高。 3) 在1100C，含碳0.4%的鋼能進行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造； 答：在1100C時，含碳0.4%的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此適合于鍛造； 含碳 4.0% 的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。 4) 綁軋物件一般用鐵絲(鍍鋅低碳鋼絲) ，而起重機吊重物卻用鋼絲繩(用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成)； 答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性， 因此選用低碳鋼有很好的塑韌性， 鍍鋅低碳鋼絲； 而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度， 還要有很高的彈性極限， 而 60 、6

43、5 、 70 、 75鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。 5) 鉗工鋸 T8 ，T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍； 答：T8， T10,T12屬于碳素工具鋼，含碳量為 0.8%, 1.0%, 1.2%，因而鋼中滲碳體含量 高，鋼的硬度較高；而 10,20鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳鋼，鋼的硬度較低，因 此鉗工鋸 T8 ， T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍。 6）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。 答：因為鋼的含碳量范圍在 0.02%2.14%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量較多，而鐵 素體有較好的塑

44、韌性，因而鋼適宜于壓力加工；而鑄鐵組織中含有大量以滲碳體為基 體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。 17. 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，并使鐵素體強化：另一部分Mn溶于FmC 中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的 有害作用。當 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，使鐵素體強化，從而使鋼的強度、硬度、彈性提 高，而塑性、韌性降低。當 Si 含量不多，在碳鋼

45、中僅作為少量夾雜存在時，它對 鋼的性能影響并不顯著。 S: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，當鋼材在1000C 1200C壓力加工時，由于FeS-Fe共晶（熔點只有989C ）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。 18. 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，0.010.25%C 0.6%C （ 2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素 S

46、、 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、pw 0.0350.040% 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S 0.020.03%; P2.5%)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05mm的T8鋼加熱至760C并保溫足夠時間，問采

47、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550C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650600E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600550C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600350C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350CMs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

48、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。 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）均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，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準備。 （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

49、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Aci以上3050C,保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至 600C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)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和 第31頁共50頁 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。 15. 確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及

50、退火后的組織： 1）經(jīng)冷軋后的 15 鋼鋼板，要求降低硬度； 答：再結(jié)晶退火。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了 硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以消除加工硬化現(xiàn) 象。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。 2）ZG35 的鑄造齒輪 答：完全退火。經(jīng)鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現(xiàn)象，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退 火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶 粒均勻細小的鐵素體和珠光體。 3）鍛造過熱后的 60 鋼鍛坯； 答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因 此退火目的：

51、細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織： 晶粒均勻細小的少量鐵素體和大量珠光體。 4）具有片狀滲碳體的 T12 鋼坯； 答：球化退火。由于 T12 鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且 增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。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。組織：粒狀珠光體和 球狀滲碳體。 16. 正火與退火的主要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火及退火？ 答：與退火的區(qū)別是加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在Aci以上3050C而 正火加熱溫度在Accm以上3050C。冷速快，組織細，強

52、度和硬度有所提高。 當鋼 件尺寸較小時，正火后組織：S,而退火后組織：P。 選擇：（1）從切削加工性上考慮 切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及對刀具的磨損等。 一般金屬的硬度在HB170230范圍內(nèi)，切削性能較好。高于它過硬，難以加工，且 刀具磨損快；過低則切屑不易斷，造成刀具發(fā)熱和磨損，加工后的零件表面粗糙度 很大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼 則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳 以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。 （2）從使用性能上考慮 如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來

53、提高其機 械性能，但若零件的形狀比較復雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。 （3）從經(jīng)濟上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考 慮以正火代替退火。 17. 指出下列零件的鍛造毛坯進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： 晶粒均勻細小的大量鐵素體和少量索氏體。 （2）目的：細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：晶粒均勻細小的鐵 素體和索氏體。 （3）目的：細化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀 FesCn,為球化退火做

54、組織準備，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15*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700r，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； （2）緩慢加熱至840r，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； （3）緩慢加熱至1100E，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小晶粒，選何種工藝最合 適？ 答：（1）因其未達到退火溫度，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)化為晶粒細小的奧氏體

55、，故冷卻后得到組 織、晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。 （3）因其加熱溫度過高，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+ （3050C）,淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體。因 為如果亞共析碳鋼加熱溫度在 AciAC3之間，淬火組織中除馬氏體外，還保留一部分 鐵素體,使鋼的強度、硬度降低。

56、但溫度不能超過 AC 3點過高,以防奧氏體晶粒粗化, 淬火后獲得粗大馬氏體。 過共析碳鋼淬火加熱溫度 Aci+ （3050C）,淬火后的組織為均勻而細小的馬氏體和顆 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. 常用的淬火方法有哪幾種？說明它們的主要特點及其應(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，容易實現(xiàn)機

57、械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合 金鋼在油中淬火。但其缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，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，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?shù)那闆r

58、下，前者比后者具有較高的塑 性與韌性，適用于尺寸較小，形狀復雜，要求變形小，具有高硬度和強 韌性的工具，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。 21. 說明45鋼試樣（10mm）經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700C, 760E, 840E, 1100C。 答：70

59、0E :因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。 760E :它的加熱溫度在 AciAC3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏 體。 840E :它的加熱溫度在AC3以上，加熱時全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體 和少量殘余奧氏體。 1100E :因它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和 少量殘余奧氏體。 22有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780C和860C并保溫相同時間，使之 達到平衡狀態(tài)，然后以大于 VK 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;因為860C加熱溫度高，加熱時

60、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；因為加熱溫度860r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：因為加熱溫度860r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，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？ 答：因為加熱溫度860C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