《工程材料》習(xí)題答案

1、第一份試題1.判斷下列說(shuō)法是否正確:(1)鋼在奧氏體化后，冷卻時(shí)形成的組織主要取決于鋼的加熱溫度。錯(cuò)誤，鋼在奧氏體化后，冷卻時(shí)形成的組織主要取決于鋼的冷卻速度。低碳鋼與高碳鋼工件為了便于切削加工，可預(yù)先進(jìn)行球化退火。錯(cuò)誤，低碳鋼工件為了便于切削加工，預(yù)先進(jìn)行熱處理應(yīng)進(jìn)行正火（提高硬度）或完 全退火。而高碳鋼工件則應(yīng)進(jìn)行球化退火（若網(wǎng)狀滲碳體嚴(yán)重則在球化退火前增加一次正火）,其目的都是為了將硬度調(diào)整到HB200左右并細(xì)化晶粒、均勻組織、消除網(wǎng)狀滲碳體。鋼的實(shí)際晶粒度主要取決于鋼的加熱溫度。過(guò)冷奧氏體冷卻速度快，鋼冷卻后的硬度越高錯(cuò)誤，鋼的硬度主要取決于含碳量 。鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越

2、高錯(cuò)誤，鋼的硬度主要取決于含碳量 。同一鋼種在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。正確。同一鋼種，其 C曲線是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成馬氏體鋼經(jīng)過(guò)淬火后是處于硬脆狀態(tài)?；菊_，低碳馬氏體韌性要好些，而高碳馬氏體硬而脆冷卻速度越快，馬氏體的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms和Mf越低。正確。(8)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度。錯(cuò)誤，淬火鋼回火后的性能主要取決于回火溫度。鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量鋼的錯(cuò)誤，鋼中的含碳量是否等于馬氏體的含碳量，要看加熱溫度。完全奧氏體化時(shí),含碳量等于奧氏體含碳量，淬火后即為馬氏體含碳量。 如果是部分奧氏體化， 鋼的含碳量一部分溶入

3、奧氏體，一部分是未溶碳化物，從而可以減輕馬氏體因含碳量過(guò)高的脆性，也能細(xì) 化晶粒，此時(shí)馬氏體含碳量要低于鋼的含糖碳量。2、將含碳量為1.2%的兩個(gè)試件，分別加熱到760 C和900C，保溫時(shí)間相同，達(dá)到平衡狀態(tài)后以大于臨界冷速的速度快速冷卻至室溫。問(wèn):（1）哪個(gè)溫度的試件淬火后晶粒粗大。900C粗大，處于完全奧氏體化區(qū)，對(duì)于過(guò)共析鋼易造成晶粒粗大。（2）哪個(gè)溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。900 C,處于完全奧氏體化區(qū)。（3）哪個(gè)溫度的試件淬火后馬氏體的含碳量較多。900C,處于完全奧氏體化區(qū)，奧氏體的含碳量即為馬氏體含碳量。（4）哪個(gè)溫度的試件淬火后殘余奧氏體量多。900C,奧氏體的含碳量越

4、高，Ms和Mf就越低，殘余奧氏體量就越多。（5）哪個(gè)試件的淬火溫度較為合理，為什么?760 C，處于部分奧氏體化區(qū)，加熱組織為奧氏體+未溶碳化物（阻礙晶粒長(zhǎng)大），晶粒細(xì)小。同時(shí)控制了奧氏體含碳量，也就控制了馬氏體含碳量，降低了馬氏體脆性。淬火組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，保證了強(qiáng)度、硬度。3、將20鋼和60鋼同時(shí)加熱到860C ,并保溫相同的時(shí)間，問(wèn)那種鋼奧氏體晶粒粗大些20鋼和60鋼都屬于亞共析鋼， 一般加熱時(shí)要求完全奧氏體化，加熱溫度應(yīng)在 A3以上。依據(jù)鐵碳相圖，20鋼含碳量低，A3點(diǎn)高，60鋼，含碳量高，A3點(diǎn)低，因此，同樣加熱到860C，并保溫相同的時(shí)間，60鋼過(guò)熱度大，晶粒容

5、易粗大。4、指出10mm勺45鋼經(jīng)下列溫度加熱并水冷后獲得的組織700 C 760 C 860 C700 C加熱，在 A1以下，沒(méi)有相變，水冷仍為F+P760C加熱，在 A1 A3之間，加熱組織：F+A，水冷，F(xiàn)+M 860 C加熱，在 A3以上，加熱組織 A，水冷，M5、指出下列鋼件正火的主要目的：20鋼齒輪，45鋼小軸，T12鋼銼刀 20鋼齒輪：20鋼，含碳量低，硬度低，通過(guò)正火（空冷）使得珠光體片間距減小即形成索氏體或屈氏體，以提高硬度（HB200左右），滿足切削加工的要求。45鋼小軸：45鋼，含碳量適中，綜合機(jī)械性能好，因此利用正火，即可作為最終熱處理,滿足小軸的使用要求。T12鋼銼刀

6、：含碳量 1.2%，若采用退火會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體，一般采用正火，利用快冷（空冷）,使得滲碳體網(wǎng)析出不完整，再配合球化退火，以徹底消除網(wǎng)狀滲碳體。6、指出下列工件淬火及回火溫度，并說(shuō)明回火組織和硬度：45鋼小軸（要求綜合機(jī)械性能）淬火A3以上（860C）,回火600C （高溫回火）?；鼗鸾M織：s回，HRC25（2）65鋼彈簧淬火A3以上（840C）,回火400C （中溫回火）?；鼗鸾M織：T回，HRC40（3）T8鋼銼刀淬火A1以上（780C）,回火200C（低溫回火）?；鼗鸾M織：M回+未溶碳化物+少量殘余奧氏體,HRC60。7、解釋索氏體和回火索氏體 ，馬氏體和回火馬氏體的主要區(qū)另嘰正火組織：索氏

7、體 S:屬于細(xì)珠光體， 其中滲碳體呈片狀。回火組織，淬火后高溫回火，碳化物從過(guò)飽和 F中析出， 稱為回火索氏體 S回，呈粒狀滲碳體，塑、韌性更好淬火組織：馬氏體：過(guò)飽和F回火組織：淬火后低溫回火，碳化物開(kāi)始從M中析出，成為M回。保持高硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善脆性。8、45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為 240HBS若再進(jìn)行200C回火，硬度能否提高 ？為什么？該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC若再進(jìn)行高溫回火，其硬度可否降低，為什么45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為 240HBS，若再進(jìn)行200 C回火，不能提高硬度。因?yàn)椋鼗饻囟仍礁?，硬度下降越多，而調(diào)質(zhì)工藝就是淬火+高溫回火，碳化物已經(jīng)析出，鐵素體回復(fù)，硬度已經(jīng)下降

8、了，不能再升高。該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC，若再進(jìn)行高溫回火，硬度可以。因?yàn)椋鼗饻囟仍礁?，硬度下降越多。該鋼?jīng)低溫回火，組織是回火馬氏體，碳化物還未析出，存在過(guò)飽 和，因此，可繼續(xù)提高回火溫度，使得硬度降低。這也是為何經(jīng)低溫回火處理的碳素工具鋼,不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生熱，切削溫度高于低于回火溫度后，就 相當(dāng)于繼續(xù)回火。9、T12鋼經(jīng)760 C加熱后，按照?qǐng)D3-26所示的冷卻方式進(jìn)行冷卻。問(wèn)它們各獲得何種組織?并比較它們的硬度。（圖3-26 :龐國(guó)星教材P70）冷速1相當(dāng)于水冷,組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，硬度:HRC60冷速2:相當(dāng)于油冷,組織：索

9、氏體+未溶碳化物+馬氏體+殘余奧氏體，硬度：不均勻。冷速3:相當(dāng)于爐冷,組織：索氏體+未溶碳化物（二次滲碳體）硬度:HRC20-30冷速4:同冷速3。已經(jīng)通過(guò)轉(zhuǎn)變完成線，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，不影響組織，但可能晶粒粗大。10、一根直徑為 6mm的45鋼棒，先經(jīng)860C淬火，160 C低溫回火后的硬度 55HRC，然后從一端加熱，使鋼棒各點(diǎn)達(dá)到如圖3-27，所示溫度，問(wèn)：（圖3-27 :龐國(guó)星教材P70）45鋼棒，先經(jīng)860 C淬火，160C低溫回火后的硬度 55HRC，組織：回火馬氏體150C點(diǎn)：低于160C,550 C點(diǎn)：高于160C,750 C點(diǎn)：高于A1線,840 C點(diǎn)：高于A3線,950 C

10、點(diǎn)：高于A3線,(1)各點(diǎn)的組織是什么?組織不變，回火馬氏體完全奧氏體化，組織：奧氏體。低于A1線，相當(dāng)于高溫回火，組織：回火索氏體。相當(dāng)于重新加熱，部分奧氏體化，組織：奧氏體+鐵素體。完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。(2)從各點(diǎn)的圖示溫度緩冷到室溫后的組織是什么?150C點(diǎn)：低于160C，緩冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體550 C點(diǎn)：高于160C，低于A1線，相當(dāng)于高溫回火，緩冷到室溫后，組織：回火索氏體。750 C點(diǎn)：高于A1線，相當(dāng)于重新加熱，部分奧氏體化，緩冷到室溫后，組織：珠光體素體。840 C點(diǎn)：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵素體。950

11、C點(diǎn)：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體鐵素體。(3)從各點(diǎn)的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么?150C點(diǎn)：低于160C,水冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體。550 C點(diǎn)：高于160C,低于A1線，相當(dāng)于高溫回火，水冷到室溫后，組織：回火索氏體。750 C點(diǎn)：高于A1線,相當(dāng)于重新加熱，部分奧氏體化，水冷到室溫后，組織：馬氏體素體。840 C點(diǎn)：高于A3線,完全奧氏體化，組織：奧氏體。水冷到室溫后，組織：馬氏體950 C點(diǎn)：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。水冷到室溫后，組織：粗大馬氏體11、解釋T12和20CrMnTi鋼的淬硬性和淬透性之區(qū)別。鋼

12、的淬硬性取決于鋼的含碳量(馬氏體含碳量)，T12 :含碳量1.2%,20CrMnTi鋼含碳量0.2%，所以，T12鋼的淬硬性高，即淬火后獲得馬氏體的最高硬度高。鋼的淬透性取決于 C曲線的位置(過(guò)冷奧氏體區(qū)的大小，C越靠右側(cè)越好)，20CrMnTi是合金鋼，合金元素使得 C曲線顯著右移，因此易于淬成馬氏體，淬透性好。(各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡(jiǎn)明的工藝路線具有足夠淬透性)（1 ）某汽車變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強(qiáng)韌，材料選用20鋼。鍛造7正火7機(jī)加工7滲碳，淬火，低溫回火 7精加工（2 ）某機(jī)床變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強(qiáng)韌要求不高，選用45鋼鍛造7

13、完全退火7機(jī)加工7整體調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）7齒面高頻表面淬火，低溫回火7精加工（磨齒）（3）某車床主軸，要求良好的綜合機(jī)械性能，軸頸部分要求耐磨其硬度HRC5 55,其余部分硬度為HRC225,請(qǐng)選材，并選擇熱處理方法，簡(jiǎn)明的工藝路線。選擇45鋼,鍛造7完全退火7機(jī)加工7軸整體調(diào)質(zhì)7軸頸局部高頻表面淬火,低溫回火7精加工（磨削）13、用T12鋼制造銼刀和用45鋼制造較重要的螺栓，工藝路線均為:鍛造一一熱處理一一機(jī)加工一一熱處理一一精加工。對(duì)兩工件:（1）說(shuō)明預(yù)備的工藝方法和作用（2） 制訂最終熱處理的工藝規(guī)范（加熱溫度、冷卻介質(zhì)），并指出最終熱處理的顯微組織和大致硬度。T12鋼制造銼刀:鍛造

14、一一球化退火一一機(jī)加工一一淬火+低溫回火精加工。球化退火：消除網(wǎng)狀滲碳體，細(xì)化晶粒，便于切削加工。淬火（760C） +低溫回火（200C）,水冷，回火馬氏體，HRC6045鋼制造較重要的螺栓:鍛造一一完全退火一一機(jī)加工一一淬火+高溫回火一一精加工。完全退火：細(xì)化晶粒、均勻組織，便于切削加工。淬火（860C） +低溫回火（600C）,水冷，回火索氏體，HRC20-25O第二份試題、名詞解釋: 1調(diào)質(zhì)：對(duì)鋼材作淬火+高溫回火處理，稱為調(diào)質(zhì)處理。2. 碳素鋼：含碳量W 2.11%的鐵碳合金。08AI3. SPCD:表示沖壓用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國(guó) （13237 ）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。二、填空題

15、：1按腐蝕過(guò)程特點(diǎn)，金屬腐蝕可分為2. 常用力學(xué)性能判據(jù)有強(qiáng)度量。3. 鋼中的硫_元素引起熱脆，化學(xué)腐蝕 和電化學(xué)腐蝕 。 韌性、 延展性 和彈性模磷元素引起冷脆，氫元素引起白點(diǎn)，氮元素引起蘭脆。4. 鋁合金的強(qiáng)化除了熱處理強(qiáng)化外，還可以進(jìn)行5. 鋼在加熱過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)熱缺陷可以通過(guò)_ 理來(lái)消除。6. 常用的高分子材料有_塑料、7 .鑄造鋁合金分為_(kāi)鋁銅合金、 合金。&合金工具鋼是指用于制造各種 用鋼的總合。9.材料滲碳的目的是為了得到_固溶時(shí)效強(qiáng)化?；鼗馃崽?橡膠_和合成纖維_。鋁鎂合金、鋁硅合金和鋁鋅刃具模具和量具較高的零件表層硬度與耐磨性10 . 45鋼按用途分類屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼三

16、、判斷題：1. ( X )鋼的淬透性主要取決于冷卻速度。2. ( V )實(shí)際的金屬晶體都呈各向異性。3. ( X )加工硬化、固溶強(qiáng)化均使材料強(qiáng)度、硬度顯著提高，塑性、 韌性明顯降低，故可認(rèn)為它們有相同的強(qiáng)化機(jī)理。4. ( V )金屬材料、陶瓷材料和高分子材料的本質(zhì)區(qū)別在于它們的化 學(xué)鍵不同。5. ( V )材料的強(qiáng)度、硬度越高，其塑性、韌性越差。6. ( V )調(diào)質(zhì)和正火兩種熱處理工藝所獲得的組織分別為回火索氏 體和索氏體，它們的區(qū)別在于碳化物的形態(tài)差異。7. (X)鋁合金人工時(shí)效比自然時(shí)效所獲得的硬度高，且效率也高，因此多數(shù)情況下采用人工時(shí)效。8. ( X )硬質(zhì)合金可用做刀具材料，模具材

17、料和量具材料。9. ( X )在熱處理中變形和開(kāi)裂都是不可避免的。10 .（“ ）球墨鑄鐵是鑄鐵中力學(xué)性能最好的。四、問(wèn)答題1、什么是金屬的力學(xué)性能？金屬的力學(xué)性能主要包括哪些方面？ 材料在一定溫度條件和外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力稱為 材料的力學(xué)性能。材料的常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)主要包括強(qiáng)度、硬度、塑 性和韌性等。2、什么是鋼的熱處理？常用熱處理方法有哪幾種？通過(guò)對(duì)鋼件作一定條件的加熱、保溫和冷卻，從而改變整體或表 層的組織，獲得所需的性能。常用熱處理方法有：退火、正火、淬火 和回火。3、鋼按化學(xué)成分可分為哪幾類？鋼按化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。 其中，碳素鋼按含碳 量的多少分低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼；合金鋼按合金元素種類分錳鋼、 鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、硅錳鋼，按合金元素含量的多少分低合金鋼、 中合金鋼、高合金鋼。4、灰鑄鐵、