金屬材料學(xué)戴起勛第二版第三章課后題答案

1、金屬材料學(xué)戴起勛第二版第二 章課后題答案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，每個鋼號的力學(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？（ 這個實在不會也查 不到，大家集思廣益吧?。?-2為什么說淬透性是評定鋼結(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淬透性，但f過熱傾向，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，細晶，回脆傾

2、 向；V:有效細晶，（f淬透性）過熱敏感 性。3-4機械制造結(jié)構(gòu)鋼和工程結(jié)構(gòu)鋼對使用性能和 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 機械制造結(jié)構(gòu)鋼：1具有良好的力學(xué)性能不 同零件，對鋼強、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？在應(yīng)用上應(yīng)注意些什么問題？力學(xué)性能：抗拉強度（T b , 11501500MPa; 屈服強度 （T s , 9501250 MPa屮40% ;伸長率5,&g

3、t; 10% ;沖擊韌度Ak>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<200 C ;強化后難以進行冷 加工焊接等工序；只能用于中小件；淬火時 變形大，要求嚴(yán)格的零件慎用3-6某工廠原來使用45MnNiV生產(chǎn)直徑為8mm高 強度調(diào)質(zhì)鋼筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%fe 處理工藝是（920 ± 20）C 油淬，（470 土 10）C 回火。因該鋼缺貨，庫存有 25MnSi鋼。請 考慮是否可以代用。熱處理工藝如何調(diào)整？ 能代替，900 C油

4、淬或水淬，200 C回火3-7試述彈簧的服役條件和對彈簧鋼的主要性能 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：儲能減振、一般在動負荷下工作 即在沖擊、振動和長期均勻的周期改變應(yīng)力 下工作、也會在動靜載荷作用下服役； 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)量總的來說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

5、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；因為彈 簧工作時表面承受的應(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 的疲勞強度不一定高。強度極限是在外力作用下進一步 發(fā)生形變是保持構(gòu)件機械強度下能承受的 最大應(yīng)力，包括拉伸、壓縮和剪切強度，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

6、屬絲冷拔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)力退火來控制彈 簧尺寸；c）提高金屬絲的抗拉強度和彈性極限；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化，小型彈 簧先強化后成形？為了方便成型，大彈簧強化后就很難改變 形狀了，所以要先成型再強化。反之小彈 簧就可以先強化再成型3-11直徑為25mm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

7、就能得到馬氏體，不一定是全部，只要部分 馬氏體就會使硬度提高很多，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？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 件的淬火變形小；加熱速度快，可消除表面 脫碳和氧化現(xiàn)象；

8、在表面形成殘余壓應(yīng)力， 提高疲勞強度。小齒輪：得到沿著輪廓分布 硬化層-“仿形硬化”（關(guān)鍵）3-14滾動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)過大（大于 1.65%）會使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度、 尺寸穩(wěn)定性降低，同時增加碳化物的不均勻 性，降低鋼的韌性3-15滾動軸承鋼對冶金質(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 達很高數(shù)值

9、；2碳化物的尺寸和分布對軸 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：采用高溫擴散退火， 一般在1200C進行擴散退火帶狀碳化物：需要長時間退火網(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：細小均勻的奧氏體晶粒度 58 級；M中含0.50.6%C;隱晶M基體上分布 細小均勻的粒狀K,體積分?jǐn)?shù)約78% 般可有少

10、量A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)對疲勞壽命有很 大影響；一般采用保護氣氛加熱或真空加 熱；160C保溫3h或更長回火，硬度 6266HRC如要求消除 A宀淬火后立即冷處理，而 后立即低溫回火。3-18分析機床主軸的服役條件、性能要求。按 最終熱處理工藝分類機床主軸有哪幾種？ 每種主軸可選用那些鋼號？其冷熱加工工 藝路線是怎樣的？ 服役條件：傳遞扭矩，交變性，有時會 承受彎曲、拉壓負荷； 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載 性能要求：足夠的強度；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

11、，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火； 中載主軸：一般用40Cr等制造，進行調(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-預(yù)先熱處理- 機械粗加工最終熱處理（淬火回火或滲 碳淬火等）-精加工。3-19分析齒輪的服役條件、性能要求。在機床、 汽車拖拉機及重型機械上，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：機床齒輪：載荷不大，工作平穩(wěn)， 一般無大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高汽車、拖拉機上的變速箱齒輪屬于重載荷齒

12、輪。航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪承受高速和重載性能要求：較高的彎曲疲勞強度、高的接觸疲 勞抗力、足夠的塑性和韌度、耐磨性好機床齒輪：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、拖拉機上的變速箱齒輪：一般都米用 滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，進行滲碳 熱處理。航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪： 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，如何獲得這些特點，在什么情況下適合使用這類鋼？特點：高碳、高錳。鑄件使用。特點獲得手段：1材質(zhì)方面：控制碳含量、錳含量、

13、加入適量合金元素2熱處理方面： 水韌處理加熱T應(yīng)Acm, 般為105C 1100C，在一定保溫時間下，K全部溶入/ 中 緩慢加熱、避免產(chǎn)生裂紋 鑄件出爐至入水時間應(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30 C，水冷后水溫應(yīng)小 于60 C 水韌處理后不宜再進行 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、強烈磨損的 工況下工作的零件，如各式碎石機的襯板、顎板、 磨球，挖掘機斗齒、坦克的履帶板等3-21為什么ZGMn1型高錳耐磨鋼咋淬火時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

14、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 化物的細小或粗大而定）并保溫一段時間（每 25mn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，在冷卻過程中Mn 元素會析出以使Ms點升高。淬火時冷卻速度較 快Mn來不及析出，所以Ms點較低，得到的是奧 氏體組織；緩慢冷卻時Mn可以析出，Ms點上升, 得到的就是大量馬氏體組織。3-22 一般說硫（S）元素在鋼中的有害作用是引 起熱脆性，

15、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 能中斷基體金屬的連續(xù)性，在切削時促使斷屑形 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（在一定范圍內(nèi)，對本質(zhì)晶粒鋼是在 930以下） 隨溫度升咼晶粒變大，細晶粒鋼是變小，或者不 易長大，Mn雖然可以細化珠光體，但是卻可以 增大奧

16、氏體長大的傾向，對20Mn2含錳較高， 這樣大大增加奧氏體長大的傾向，所以是本質(zhì)粗 晶粒鋼，不能直接淬火。3-24在飛機制造廠中，常用18Cr2Ni4WA鋼制造 發(fā)動機變速箱齒輪。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 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10mi n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。問此時鋼表、里的組織是什 么？（已知該鋼的 Ms是310C，表面滲碳 后的Ms約是80 C）表層：回火馬氏體加少量殘余奧氏體心部：回

17、火索氏體3-25某精密鏜床主軸用38CrMoAI鋼制造，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（不必寫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：38CrMoAIA氮化鋼含氮層，回火索氏體；有高 的表面硬度、耐磨性及疲勞強度，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高20CrMnTi

18、表面一般是殘余奧氏體+馬氏體+碳化 物（有時無）的混合組織，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 特點成分：微合金非調(diào)質(zhì)鋼是通過微合金化、控 制軋制（鍛制）和控制冷卻等強韌化方法，取 消了調(diào)質(zhì)處理達到或接近調(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：微合金非調(diào)質(zhì)鋼獲得了晶內(nèi)析出 鐵素體（IGF）組織，細化了晶粒,熱鍛后的晶粒 度可達8級以上。具有高強度、高韌性；鍛 后空冷，抗拉強度、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