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，/ J回脆傾向；V有效細(xì)晶，（f淬透

2、性），/ J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 a b , 11501500MPa ;屈服強(qiáng)度 a s , 9501250 MPa40% ;伸長(zhǎng)率 S,> 1

3、0% ;沖擊韌度A<>6J。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<2000;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45M nNiV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%處理工藝是（920± 20）0油淬，（470 ± 10）0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， 9000

4、油淬或水淬， 2000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（

5、含碳量太高 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)閺椈晒ぷ鲿r(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

6、加工和彈簧冷卷成形的內(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，防止工件變形或幵裂。（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25mnm勺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

7、定是全部，只要部分馬氏體就會(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

8、高疲勞強(qiáng)度。 小齒輪：得到沿著輪廓分布硬化 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2 碳化物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；的尺寸和分布對(duì)

9、軸承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化物具有高 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A 熱處理工藝：球化退

10、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；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 A 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

11、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)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 38CrMoAlA 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

12、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，女口 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

13、熱處理方面： 水韌處理加熱T應(yīng)Acm 一般為10501100C，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) 30C，水冷后水溫應(yīng)小 于60C 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ZGMn13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

14、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）元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

15、？硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續(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元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

16、長(zhǎng)大的傾向，所以是本質(zhì)粗晶粒鋼，不 能直接淬火。3-24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 200220 °C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，

17、某重型齒輪銑床主軸選擇了 20CrMnTi 制造，某普通車床材料為 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：38CrMoAIA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)：38CrMoAIA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

18、組織，心部 是低碳馬氏體、低碳馬氏體 +上貝氏體、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+爾散析出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； 滿足工藝性能要求 要經(jīng)濟(jì)適