金屬材料學(xué)戴起勛第二版課后題答案

1、顏色不同的是課件和課后題都有的題目 ， 水平有限，大家參考哦3-1 在結(jié)構(gòu)鋼的部頒標(biāo)準(zhǔn)中， 每個(gè)鋼號(hào)的力學(xué)性能都注明熱處理狀態(tài)和試樣直徑或鋼材厚度， 為什么？有什么意義？（ 這個(gè)實(shí)在不會(huì)也查不到，大家集思廣益吧！ ！）3-2 為什么說(shuō)淬透性是評(píng)定鋼結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)？ 結(jié)構(gòu)鋼一般要經(jīng)過(guò)淬火后才能使用。淬透性好壞直接影響淬火后產(chǎn)品質(zhì)量3-3 調(diào)質(zhì)鋼中常用哪些合金元素？這些合金元素各起什么作用？Mn : ff淬透性，但f過(guò)熱傾向，f回脆傾向；Cr：ff淬透性，f回穩(wěn)性，但f回脆傾向；Ni: f基體韌度，Ni-Cr復(fù)合ff淬透性，f回脆 ;Mo : f淬透性，f回穩(wěn)性，細(xì)晶，回脆傾向；V:有效細(xì)晶，

2、（f淬透性）過(guò)熱敏感性。3-4 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼和工程結(jié)構(gòu)鋼對(duì)使用性能和工藝性能上的要求有什么不同？工程結(jié)構(gòu)鋼: 1、足夠的強(qiáng)度與韌度 （特別是低溫韌度） ； 2、良好的焊接性和成型工藝性； 3、良好的耐腐蝕性； 4、低的成本機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼:1 具有良好的力學(xué)性能不同零件，對(duì)鋼強(qiáng)、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求 2 具有良好冷熱加工工藝性 如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等3-5 低碳馬氏體鋼在力學(xué)性能和工藝性上有哪些優(yōu)點(diǎn)？在應(yīng)用上應(yīng)注意些什么問(wèn)題？力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度幣,11501500MPa ;屈服強(qiáng)度 os , 9501250 MPa40%伸長(zhǎng)率3, > 10% ;沖擊韌度Aka

3、 6d這些性能指標(biāo)和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當(dāng)，常規(guī)的 力學(xué)性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。工藝性能：鍛造溫度淬火加自回火局限性：工作溫度<200 C;強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工焊接等工序；只能用于中小件；淬火時(shí)變形大 ，要求嚴(yán)格的零件慎用 .3-6 某 工 廠 原 來(lái) 使 用 45MnNiV 生 產(chǎn) 直 徑 為 8mm 高 強(qiáng) 度 調(diào) 質(zhì) 鋼 筋 , 要 求 Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,熱處理工藝是（920 ± 20）C油淬，（470土 10）C 回 火。因該鋼缺貨,庫(kù)存有 25MnSi 鋼。請(qǐng)考慮是否可以代用。熱處理工藝如何調(diào)整？ 能代替，900

4、 C油淬或水淬，200 C回火3-7 試述彈簧的服役條件和對(duì)彈簧鋼的主要性能要求。 為什么低合金彈簧鋼中碳含量一般在 0.5%0.75%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間？服役條件：儲(chǔ)能減振、一般在動(dòng)負(fù)荷下工作即在沖擊、振動(dòng)和長(zhǎng)期均勻的周期改變應(yīng)力 下工作、也會(huì)在動(dòng)靜載荷作用下服役；性能要求：高的彈性極限及彈性減退抗力好,較高的屈服比；高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑 性和韌度； 工藝性能要求有足夠的淬透性；在某些環(huán)境下,還要求彈簧具有導(dǎo)電、無(wú)磁、耐高溫和耐蝕等性能,良好的表面質(zhì)量和冶金質(zhì)量總的來(lái)說(shuō)是為了保證彈簧不但具有高的彈性極限、高的屈服極限和疲勞極限（彈簧鋼含 碳量要比調(diào)質(zhì)鋼高） ,還要有一定的塑性和韌性（含碳量太

5、高必然影響塑性和韌性了）。3-8 彈簧為什么要求較高的冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量？彈簧的強(qiáng)度極限高是否也意味著彈簧的疲 勞極限高,為什么？要嚴(yán)格控制彈簧鋼材料的內(nèi)部缺陷,要保證具有良好的冶金質(zhì)量和組織均勻性；因?yàn)閺?簧工作時(shí)表面承受的應(yīng)力為最大,所以不允許表面缺陷,表面缺陷往往會(huì)成為應(yīng)力高度 集中的地方和疲勞裂紋源,顯著地降低彈簧的疲勞強(qiáng)度不一定高。 強(qiáng)度極限是在外力作用下進(jìn)一步發(fā)生形變.是保持構(gòu)件機(jī)械強(qiáng)度下能承受的最大應(yīng)力,包括拉伸、壓縮和剪切強(qiáng)度,不一定指彈性極限3-9有些普通彈簧冷卷成型后為什么進(jìn)行去應(yīng)力退火？車輛用板簧淬火后，為什么要用中溫回火？去應(yīng)力退火的目的是：a）消除金屬絲冷拔加工和彈簧

6、冷卷成形的內(nèi)應(yīng)力；b）穩(wěn)定彈簧尺寸，利用去應(yīng)力退火來(lái)控制彈簧尺寸；c）提高金屬絲的抗拉強(qiáng)度和彈性極限；回火目的：（1 ）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開(kāi)裂。（2）獲得工藝要求的力學(xué)性能。（3）穩(wěn)定工件尺寸回火工藝選擇的依據(jù)是彈性參數(shù)和韌性參數(shù)的平衡和配合3-10 大型彈簧為什么要先成形后強(qiáng)化，小型彈簧先強(qiáng)化后成形？為了方便成型，大彈簧強(qiáng)化后就很難改變形狀了，所以要先成型再?gòu)?qiáng)化。反之小彈簧就可以先強(qiáng)化再成型3-11直徑為25mm的40CrNiMo鋼棒料，經(jīng)正火后難切削為什么？40CrNiMo屬于調(diào)質(zhì)鋼，正火得到的應(yīng)該是珠光體組織。由于該鋼的淬透性較好，空冷就能得到馬氏體，不一定是全部，只要

7、部分馬氏體就會(huì)使硬度提高很多，而變得難以切削。3-12鋼的切削加工型與材料的組織和硬度之間有什么關(guān)系？為獲得良好的切削性，中碳鋼和高碳鋼各自經(jīng)過(guò)怎樣的熱處理，得到什么樣的金相組織？硬度由高到低的組織：馬氏體、珠光體和鐵素體，硬度高切削性能差。中碳鋼：淬火加高溫回火，回火后得回火索氏體高碳鋼：淬火加低溫回火，回火后得回火馬氏體少量碳化物和殘余奧氏體3-13用低淬鋼做中、小模數(shù)的中、高頻感應(yīng)加熱淬火齒輪有什么特點(diǎn)？不改變表面化學(xué)成分， 表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；表面局部加熱，零件的淬火變形??；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。小齒輪：得到沿著輪

8、廓分布硬化層t “仿形硬化”（關(guān)鍵）3-14滾動(dòng)軸承鋼常含哪些元素、為什么含Cr量限制在一定范圍？ 高碳、鉻、硅、錳等合金元素 它可以提高淬透性、回火穩(wěn)定性、硬度、耐磨性、耐蝕性。但如果質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大（大 于1.65%）會(huì)使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度、尺寸穩(wěn)定性降低，同時(shí)增加碳化物的不 均勻性，降低鋼的韌性3-15滾動(dòng)軸承鋼對(duì)冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量和原始組織有那些要求，為什么？要求：純凈和組織均勻，不允許缺陷存在原因：1軸承鋼的接觸疲勞壽命隨鋼中的氧化物級(jí)別增加而降低；非金屬夾雜物可破壞基體的連續(xù)性，容易引起應(yīng)力集中，可達(dá)很高數(shù)值；2碳化物的尺寸和分布對(duì)軸承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化物具

9、有高的硬度和脆性、密集的碳化物影響 鋼的冷熱加工性，降低鋼的沖擊韌度3-16滾動(dòng)軸承鋼原始組織中碳化物的不均勻性有哪幾種情況？應(yīng)如何改善或消除？液析碳化物、帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物消除措施：液析碳化物：采用高溫?cái)U(kuò)散退火，一般在1200 C進(jìn)行擴(kuò)散退火帶狀碳化物：需要長(zhǎng)時(shí)間退火網(wǎng)狀碳化物：控制中扎或終鍛溫度、控制軋制后冷速或正火3-17在使用狀態(tài)下，的最佳組織是什么？在工藝上應(yīng)如何保證？組織特點(diǎn)：細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度58級(jí)；M中含0.50.6%C ；隱晶M基體上分布細(xì)小均勻的粒狀K,體積分?jǐn)?shù)約78% 般可有少量Ar熱處理工藝：球化退火t為最終淬火作組織準(zhǔn)備；淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大 影響；

10、一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱；160C保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度6266HRC如要求消除 AR t 淬火后立即冷處理 ,而后立即低溫回火 。3-18 分析機(jī)床主軸的服役條件、性能要求。按最終熱處理工藝分類機(jī)床主軸有哪幾種？每 種主軸可選用那些鋼號(hào)？其冷熱加工工藝路線是怎樣的？服役條件： 傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受彎曲、拉壓負(fù)荷；都有軸承支承，軸頸處受磨損，需要較高的硬度，耐磨性好；大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載性能要求：足夠的強(qiáng)度；一定的韌度和耐磨性分類：輕載主軸：采用 45 鋼，整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火； 中載主軸： 一般用 40Cr 等制造， 進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)

11、加熱淬火。 如沖擊力 較大，也可用 20Cr 等鋼進(jìn)行滲碳淬火重載主軸：可用 20CrMnTi 鋼制造，滲碳淬火高精度主軸：一般可用38CrMoAIA氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求冷熱加工工藝路線：毛坯t預(yù)先熱處理t機(jī)械粗加工t最終熱處理（淬火回火或滲碳淬火等）t精加工。3-19 分析齒輪的服役條件、性能要求。在機(jī)床、汽車拖拉機(jī)及重型機(jī)械上，常分別采用哪 些材料做齒輪？應(yīng)用那些熱處理工藝？服役條件：機(jī)床齒輪：載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高 汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪屬于重載荷齒輪。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承受高速和重載 性能要求：較高的彎曲疲勞強(qiáng)度、高的

12、接觸疲勞抗力、足夠的塑性和韌度、耐磨性好 機(jī)床齒輪：常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如45、 40Cr、 42SiMn 等鋼，熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪：一般都采用滲碳鋼，如 20Cr、 20CrMnTi 等，進(jìn)行滲碳 熱處理。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪：一般多采用高淬透性滲碳鋼，如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA 等鋼。3-20 高錳耐磨鋼有什么特點(diǎn)，如何獲得這些特點(diǎn)，在什么情況下適合使用這類鋼？ 特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄件使用。特點(diǎn)獲得手段：1 材質(zhì)方面：控制碳含量、錳含量、加入適量合金元素2 熱處理方面： 水韌處理加熱T應(yīng)Acm 一般為1050 11

13、00C，在一定保溫時(shí)間下，K全部溶入A中 緩慢加熱、避免產(chǎn)生裂紋 鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水溫不宜超過(guò)30 C，水冷后水溫應(yīng)小于60 C 水韌處理后不宜再進(jìn)行 250350C的回火處理，也不宜在250350C以上溫度環(huán)境中使用。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機(jī)的襯板、 顎板、磨球，挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等3-21為什么ZGMn 13型高錳耐磨鋼咋淬火時(shí)能得到全部奧氏體組織，而緩冷卻得到了大量的馬氏體？ 由于高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體，碳化物及少量的相變產(chǎn)物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌

14、性，為消除碳化物，將鋼加熱至奧氏體區(qū)溫度（1050-1100 C,視鋼中碳化物的細(xì)小或粗大而定）并保溫一段時(shí)間（每25mm壁厚保溫1h），使鑄態(tài)組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中進(jìn)行淬火，從而得到單一的奧氏體組織Mn元素的存在降低了 Ms點(diǎn)，在冷卻過(guò)程中 Mn元素會(huì)析出以使 Ms點(diǎn)升高。淬火時(shí)冷 卻速度較快 Mn來(lái)不及析出，所以 Ms點(diǎn)較低，得到的是奧氏體組織；緩慢冷卻時(shí)Mn可以析出，Ms點(diǎn)上升，得到的就是大量馬氏體組織。3-22 般說(shuō)硫（S）兀素在鋼中的有害作用是引起熱脆性，而在易切削鋼中為什么有有意的 加入一定量的 S 元素？硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜， 這類夾雜物能中斷

15、基體金屬的連續(xù)性， 在切削時(shí)促使斷 屑形成小而短的卷曲半徑，而易于排除， 減少刀具磨損， 降低加工表面粗糙度，提高刀具壽 命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。3-23 20Mn2 鋼滲碳后是否適合直接淬火，為什么？不能，原因：20Mn2不是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，Mn兀素在低碳鋼中減小的是珠光體晶粒尺寸，高碳 鋼中增大的也是珠光體晶粒，而粗晶粒鋼是加熱時(shí)（在一定范圍內(nèi)，對(duì)本質(zhì)晶粒鋼是在930以下）隨溫度升高晶粒變大，細(xì)晶粒鋼是變小，或者不易長(zhǎng)大，Mn雖然可以細(xì)化珠光體，但是卻可以增大奧氏體長(zhǎng)大的傾向，對(duì)20Mn2,含錳較高，這樣大大增加奧氏體長(zhǎng)大的傾向，所以是本質(zhì)粗晶粒鋼，不能直接淬火。3-2

16、4在飛機(jī)制造廠中，常用 18Cr2Ni4WA鋼制造發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱齒輪。為減少淬火后殘余應(yīng)力 和齒輪的尺寸變化， 控制心部硬度不致過(guò)高， 以保證獲得必需的沖擊吸收能量， 采用如 下工藝：將滲碳后的齒輪加熱到850 C左右，保溫后淬入 200220C的第一熱浴中，保溫10min左右，取出后立即置于 500570C的第二熱浴中，保持12h,去出空冷到室溫。 問(wèn)此時(shí)鋼表、里的組織是什么？（已知該鋼的 Ms是310C，表面滲碳后的 Ms約是80C） 表層：回火馬氏體加少量殘余奧氏體 心部：回火索氏體3-25 某精密鏜床主軸用 38CrMoAl 鋼制造，某重型齒輪銑床主軸選擇了 20CrMnTi 制造，某

17、普通車床材料為 40Cr 鋼。試分析說(shuō)明它們各自采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織 和性能特點(diǎn)（不必寫(xiě)出熱處理工藝具體參數(shù)） 。熱處理工藝：38CrMoAlA氮化鋼制造某精密鏜床主軸，經(jīng)調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求。20CrMnTi 鋼制造某重型齒輪銑床主軸，滲碳淬火。40Cr 鋼制造某普通車床材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火 最終組織和性能特點(diǎn)：38CrMoAlA氮化鋼 含氮層，回火索氏體 ；有高的表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，并具有良 好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高20CrMnTi 表面一般是殘余奧氏體 +馬氏體 +碳化物（有時(shí)無(wú)）的混合組織，心部是低碳馬氏 體、低碳馬氏體 +上貝氏

18、體、或低碳馬氏體 +上貝氏體 +鐵素體的混合組織；具有較高的強(qiáng)度 和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng) 好40Cr 鋼 表面馬氏體，心部回火索氏體； 40Cr 鋼一定的韌性、塑性和耐磨 性3-26 試述微合金非調(diào)質(zhì)鋼的成分、組織及性能特點(diǎn)成分： 微合金非調(diào)質(zhì)鋼是通過(guò)微合金化、控制軋制（鍛制）和控制冷卻等強(qiáng)韌化方 法，取消了調(diào)質(zhì)處理達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼力學(xué)性能的一類優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素： Ti、 Nb、 V 、 N 等元素， V 是主要的。多元適量，復(fù)合加入原則 組織：主要是 F+P+彌散析出K性能特點(diǎn)：微合金非調(diào)質(zhì)鋼獲得了晶內(nèi)析出鐵素體（IGF）組織，細(xì)化了晶粒，熱鍛后的晶粒度可達(dá)8級(jí)以上。具有高強(qiáng)度、高韌性；鍛后空冷，抗拉強(qiáng)度、沖擊韌度都很高3-27 材料選用的基本原則有哪些？ 滿足使用性能要求； 滿足工藝性