工程材料作業(yè)習(xí)題及答案全

1/23工程材料作業(yè)(1)3、已知金屬A(熔點(diǎn)600℃)與金屬B(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)300℃時(shí)A溶于B的最大溶解度為30％，室溫時(shí)為10％，但B不溶于A；在300℃時(shí)，含40％B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。求：①作出A－B合金相圖(請(qǐng)用尺子等工具，標(biāo)出橫縱座標(biāo)系，相圖各區(qū)域名稱，規(guī)范②寫出共晶反應(yīng)式。③分析20％A，45％A，80％A等合金的結(jié)晶過程，用結(jié)晶表達(dá)式表達(dá)。L(75％)←→α(15％B)＋β(95％B)(1)計(jì)算含50％B的合金完全凝固時(shí)①初晶α與共晶(α＋β)的重量百分?jǐn)?shù)。②α相和β相的重量百分?jǐn)?shù)。③共晶體中的α相和β相的重量百分?jǐn)?shù)。(2)若顯微組織中，測(cè)出初晶β相與(α＋β)共晶各占一半，求該合金的成分。5．有形狀，尺寸相同的兩個(gè)Cu－Ni合金鑄件，一個(gè)含Ni90％，另一個(gè)含Ni50％，鑄件自然冷卻，問哪個(gè)鑄件的偏析嚴(yán)重，為什么？2/23工程材料作業(yè)(2)1.何謂鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體和萊氏體，它們的結(jié)構(gòu)，組織形態(tài)，性能等各有3.指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體，共晶滲碳體和共析4.寫出鐵碳合金的共晶反應(yīng)式和共析反應(yīng)式。C③計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大含量。6．對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，其中珠光體占93%，問③變態(tài)萊氏體的塑性比珠光體的塑性差。④在1100℃，含碳0.4%的鋼可以進(jìn)行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造。⑤鋼鉚釘一般用低碳鋼制成⑥綁扎物件一般采用鐵絲(鍍鋅低碳鋼絲)，而起重機(jī)起吊重物時(shí)都用鋼絲繩(60或65⑧鋼適合壓力加工，而鑄鐵適合鑄造成型。3/23工程材料作業(yè)(3)(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。(2)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。(3)鋼的實(shí)際晶粒度主要取決于鋼在加熱后的冷卻速度。(4)過冷奧氏體冷卻速度快，鋼冷卻后的硬度越高(5)鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越高(6)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。(7)鋼經(jīng)過淬火后是處于硬脆狀態(tài)。(8)冷卻速度越快，馬氏體的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms和Mf越低。(9)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度。(10)鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量態(tài)后以大于臨界冷速的速度快速冷卻至室溫。問：(1)哪個(gè)溫度的試件淬火后晶粒粗大。(2)哪個(gè)溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。(3)哪個(gè)溫度的試件淬火后馬氏體的含碳量較多。(4)哪個(gè)溫度的試件淬火后殘余奧氏體量多。(5)哪個(gè)試件的淬火溫度較為合理，為什么？700℃760℃860℃6、指出下列工件淬火及回火溫度,并說明回火組織和硬度: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)別。4/23 (1)各點(diǎn)的組織是什么？(2)從各點(diǎn)的圖示溫度緩冷到室溫后的組織是什么？(3)從各點(diǎn)的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么？12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡(jiǎn)明的工藝路線(各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材具有足夠淬透性)(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。 (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 (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HRC50—55，其余部分硬度為HRC20—25，請(qǐng)選材，并選擇熱處理方法，簡(jiǎn)明的工藝路線。(1)說明預(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5/23工程材料作業(yè)(4).解釋下列現(xiàn)象:(2)在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定的含碳量都較低？合金滲碳鋼常用的合金元素合金調(diào)質(zhì)鋼常用的合金元素有切削加工前又為什么進(jìn)行低溫奧氏體rTrT(4)為什么9SiCr鋼比較適合制造要求變形小的、硬度較高的(HRC60-63)、6/237/23工程材料作業(yè)(5)(2)灰口鑄鐵鑄件薄壁處出現(xiàn)白口組織，造成切削困難。(1)HT150，HT400，KTHKTZ700-2，7．何謂硅鋁明？屬于哪類鋁合金？為何具有良好的鑄造性能？變質(zhì)處理前后的8/23工程材料作業(yè)(1)答案？3、已知金屬A(熔點(diǎn)600℃)與金屬B(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)300℃時(shí)A溶于B的最大溶解度為30％，室溫時(shí)為10％，但B不溶于A；在300℃時(shí)，含40％B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。求：④作出A－B合金相圖：請(qǐng)用尺子等工具，標(biāo)出橫縱座標(biāo)系，相圖各區(qū)域名稱，規(guī)范作圖⑤寫出共晶反應(yīng)式。300℃40％B＝ (α＋A)30％A⑥分析20％A，45％A，80％A等合金的結(jié)晶過程，用結(jié)晶表達(dá)式表達(dá)。30％A45％A：L→L+α→α+(α30％A＋A)→α+(α＋A)30％A80％A：L→L+A→A+(α＋A)30％AL(75％B)←→α(15％B)＋β(95％B)(3)計(jì)算含50％B的合金完全凝固時(shí)④初晶α與共晶(α＋β)的重量百分?jǐn)?shù)。屬于亞共晶組織W%=(75-50)/(75-15)=5/12=0.42×100%=42%α初晶⑤α相和β相的重量百分?jǐn)?shù)。WWβ%=100%-56%=44%9/23⑥共晶體中的α相和β相的重量百分?jǐn)?shù)。W共晶α%=58%×((95-75)/(95-15))%=58%×25%=14.5%W43.5%(4)若顯微組織中，測(cè)出初晶β相與(α＋β)共晶各占一半，求該合金的成分。屬于過共晶組織β/(α＋β)=1=(X-75)/(95-X)95-X=X-75，95+75=2X，X=85。5．有形狀，尺寸相同的兩個(gè)Cu－Ni合金鑄件，一個(gè)含Ni90％，另一個(gè)含Ni50％，三大因素影響成份偏析:(1)液相線與固相線的水平距離即成份間隔，即液相線與固相線之間的垂直距離和水平距離愈大則先后結(jié)晶的各層固體之間的成份差異愈大，因而枝晶偏析程度愈大。(2)溶質(zhì)原子的擴(kuò)散能力有關(guān)，如結(jié)晶溫度高，原子擴(kuò)散系數(shù)高，擴(kuò)散能力強(qiáng)，偏析小。(3)冷卻速度，冷卻速度快，原子來不及擴(kuò)散，偏析嚴(yán)重。但是若冷速極快，對(duì)小體積鑄而小了。由銅鎳相圖可知，50%Ni合金的結(jié)晶溫度區(qū)間(范圍)大于90%Ni合金，90%Ni合金結(jié)晶溫度高。因此，在鑄件自然冷卻過程中，結(jié)晶溫度范圍大的合金，成份變化大(成份間隔大)，結(jié)晶溫度低的，偏析嚴(yán)重。10/23工程材料作業(yè)(2)答案6.何謂鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體和萊氏體，它們的結(jié)構(gòu)，組織形態(tài)，性能等各有何特點(diǎn)？(最好列表總結(jié))序號(hào)序號(hào)組織形態(tài)性能不規(guī)則多邊形晶粒強(qiáng)度低，硬度低，塑性良好多邊形晶粒(高溫組織)強(qiáng)度低，硬度低塑性良好復(fù)雜晶格基體，長(zhǎng)條狀硬、脆硬度高脆性大含碳量含碳量結(jié)晶過程表達(dá)式室溫組織0.3%A→A+F→(A剩余→P)＋FF＋P1.3%A→A+CmII→(A剩余→P)+CmIIP+CmII3.0%L→L+A→Ld+A→A+CmII+Ld→P+CmII+Ld’P+CmII+Ld’指出下列名詞的主要區(qū)別：序序號(hào)名稱特點(diǎn)及區(qū)別01一次滲碳體從液體中析出，呈長(zhǎng)條狀。02二次滲碳體從奧氏體中析出，呈網(wǎng)狀03三次滲碳體從鐵素體中析出，呈小片狀04共晶滲碳體液體的共晶產(chǎn)物，呈基體。05共析滲碳體奧氏體共析產(chǎn)物，與鐵素體片狀相間分布11/239.寫出鐵碳合金的共晶反應(yīng)式和共析反應(yīng)式。名名稱結(jié)晶過程表達(dá)式室溫組織FC?計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大含量。6．對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，其中珠光體占93%，問組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，所以為過共析鋼12/23③變態(tài)萊氏體的塑性比珠光體的塑性差。變態(tài)萊氏體的組織是珠光體+滲碳體，其中滲碳體脆性大且是基體形式分布，而珠光體的組織是鐵素體和滲碳體，且滲碳體是分布在鐵素體的條間，因此低溫萊氏體的塑性差。.4%的鋼可以進(jìn)行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造。0℃時(shí)，含碳0.4%的鋼處在單相奧氏體區(qū)，奧氏體面心立方晶格，塑性好適合于4.0%的生鐵漢滲碳體多脆性大不能鍛造。?鋼鉚釘一般用低碳鋼制成低碳鋼的鐵素體含量多，塑性好，適合制成鉚釘。?綁扎物件一般采用鐵絲(鍍鋅低碳鋼絲)，而起重機(jī)起吊重物時(shí)都用鋼絲繩(60或65。⑧鋼適合壓力加工，而鑄鐵適合鑄造成型。碳相圖中鋼(﹤2.11%C)存在著單相固溶體區(qū)(奧氏體)，一般固溶體塑性較好，適合于壓力加工。而相圖中鑄鐵(﹥2.11%)存在共晶反應(yīng)，一般共晶合金在恒溫下結(jié)晶，金屬的流動(dòng)性好，適合于鑄造工藝。13/23工程材料作業(yè)(3)答案(11)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。(12)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。 (13)鋼的實(shí)際晶粒度主要取決于鋼在加熱后的冷卻速度。錯(cuò)誤，鋼的實(shí)際晶粒度主要取決于鋼的加熱溫度。(14)過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。(15)鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越高錯(cuò)誤，鋼的硬度主要取決于含碳量。(16)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。(17)鋼經(jīng)過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。(19)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。(20)鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量(1)哪個(gè)溫度的試件淬火后晶粒粗大。900℃粗大，處于完全奧氏體化區(qū)，對(duì)于過共析鋼易14/23(2)哪個(gè)溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。900℃，處于完全奧氏體化區(qū)。含碳量即為馬氏體含碳量。 低，殘余奧氏體量就越多。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、700℃760℃860℃700℃加熱，在A1以下，沒有相變，水冷仍為F+P20鋼齒輪：20鋼，含碳量低，硬度低，通過正火(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。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。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。15/23淬火A1以上(780℃)，回火200℃(低溫回火)?；鼗鸾M織：M回+未溶碳化物+少量殘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)別?；鼗鸾M織,淬火后高溫回火,碳化物從過飽和回火組織,淬火后高溫回火,碳化物從過飽和F中析出,化物開始從M中析出，淬火組織:馬氏體:過飽和F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℃回火，不能提高硬度。因?yàn)?，回火溫度越高，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鼗饻囟菴冷速2：相當(dāng)于油冷，組織：索氏體+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：HRC20-30P16/23(1)各點(diǎn)的組織是什么？160℃，組織不變，回火馬氏體550℃點(diǎn)：高于160℃，低于A1線，相當(dāng)于高溫回火，組織：回火索氏體。750℃點(diǎn)：高于A1線，相當(dāng)于重新加熱，部分奧氏體化，組織：奧氏體+鐵素體。840℃點(diǎn)：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。950℃點(diǎn)：高于A3線，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？150℃點(diǎn)：低于160℃，緩冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體550℃點(diǎn)：高于160℃，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℃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+鐵840℃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950℃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+(3)從各點(diǎn)的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么？冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體。550℃點(diǎn)：高于160℃，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℃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+鐵840℃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℃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：粗大馬氏體鋼的淬透性取決于C曲線的位置(過冷奧氏體區(qū)的大小，C越靠右側(cè)越好)，20CrMnTi12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡(jiǎn)明的工藝路線(各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材具有足夠淬透性)17/23(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→正火→機(jī)加工→滲碳，淬火，低溫回火→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→完全退火→機(jī)加工→整體調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)→齒面高頻表面淬火，低溫回火→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HRC50—55，其余部分硬度為HRC20—25，請(qǐng)選材，并選擇熱處理方法，簡(jiǎn)明的工藝路線。削)鍛造——熱處理——機(jī)加工——熱處理——精加工。對(duì)兩工件：(1)說明預(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鍛造——球化退火——機(jī)加工——淬火+低溫回火——精加工。。淬火(760C)+低溫回火(200C)，水冷，回火馬氏體，HRC60。鍛造——完全退火——機(jī)加工——淬火+高溫回火——精加工。淬火(860C)+低溫回火(600C)，水冷，回火索氏體，HRC20-25。18/23工程材料作業(yè)(4)答案2.解釋下列現(xiàn)象:Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的擴(kuò)散速度，使奧氏體的形成n(2)在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定合金元素在回火過程中，推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才出現(xiàn)分解和轉(zhuǎn)變)，提高鐵素體的再結(jié)晶溫度，使碳化物難以聚集長(zhǎng)大而19/23的含碳量都較低？合金滲碳鋼常用的合金元素。滲碳僅是改變了低碳鋼表面的成分即表面為高碳鋼，若退火仍然是平衡組經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理(淬火+高溫回火)后使用的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。選擇中碳是為了保證零件心部(整體)的綜合機(jī)械性能良好。20/23名稱：合金滲碳鋼(2)合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性Ti：細(xì)化晶粒(滲碳→→滲碳+淬火+低溫回火表面用途舉例：汽車變速齒輪、凸輪軸，活塞銷等名稱：合金調(diào)質(zhì)鋼(2)合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性完全退火→整體調(diào)質(zhì)(淬火(油)+高溫回火)→(局部或表面)高頻加熱表面