機(jī)械工程材料期末復(fù)習(xí)資料

機(jī)械工程材料

思考題參考答案

第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

1.解釋下列名詞

點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯(cuò)，單晶體，多晶體，

過(guò)冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。

答：點(diǎn)缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個(gè)方向尺寸都很小，主要指空位

間隙原子、置換原子等。

線缺陷：原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間一個(gè)方向上的尺寸很大，而在其余

兩個(gè)方向上的尺寸很小。如位錯(cuò)。

面缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個(gè)方向上的尺寸很大，而另一方

向上的尺寸很小。如晶界和亞晶界。

亞晶粒：在多晶體的每一個(gè)晶粒內(nèi)，晶格位向也并非完全一致，而是存在

著許多尺寸很小、位向差很小的小晶塊，它們相互鑲嵌而成晶粒,

稱亞晶粒。

亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。

刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體的局部滑

移而造成?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線。如果

相對(duì)滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊

緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯(cuò)二

單晶體：如果一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單

晶體。

多晶體：由多種晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)稱為“多晶體”。

過(guò)冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度。

自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列的結(jié)

晶核心。

非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。

變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可

以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增

力口，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種處理方法即為變質(zhì)處

理。

變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。

2.常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？a-Fe、y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、

V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？

答：常見(jiàn)金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；

a-Fe、Cr、V屬于體心立方晶格;

y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；

Mg、Zn屬于密排六方晶格；

3.配位數(shù)和致密度可以用來(lái)說(shuō)明哪些問(wèn)題？

答：用來(lái)說(shuō)明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶

體中原子排列越緊密。

4.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？

答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來(lái)表示，形式為［外間；

晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指數(shù)來(lái)表示，形式為（力々）。

5.實(shí)際晶體中的點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷對(duì)金屬性能有何影響？

答：如果金屬中無(wú)晶體缺陷時(shí)，通過(guò)理論計(jì)算具有極高的強(qiáng)度，隨著晶體中缺

陷的增加，金屬的強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)缺陷增加到一定值后，金屬的強(qiáng)度又

隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無(wú)論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會(huì)造成

晶格畸變，從而使晶體強(qiáng)度增加。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增加金屬的電

阻，降低金屬的抗腐蝕性能。

6.為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？

答：因?yàn)閱尉w內(nèi)各個(gè)方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，

因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方

向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。

7.過(guò)冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對(duì)金屬結(jié)晶過(guò)程有何影響？對(duì)鑄件晶粒大

小有何影響？

答：①冷卻速度越大，則過(guò)冷度也越大。②隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形

核率和長(zhǎng)大速度都加快，加速結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，但當(dāng)冷速達(dá)到一定值以后

則結(jié)晶過(guò)程將減慢，因?yàn)檫@時(shí)原子的擴(kuò)散能力減弱。③過(guò)冷度增大，AF

大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力大，形核率和長(zhǎng)大速度都大，且N的增加比G增加得快,

提高了N與G的比值，晶粒變細(xì)，但過(guò)冷度過(guò)大，對(duì)晶粒細(xì)化不利，結(jié)

晶發(fā)生困難。

8.金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長(zhǎng)率受到哪些因素的影

響？

答：①金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長(zhǎng)大。②受到過(guò)冷度的影響，隨著過(guò)冷

度的增大，晶核的形成率和成長(zhǎng)率都增大，但形成率的增長(zhǎng)比成長(zhǎng)率的增

長(zhǎng)快；同時(shí)外來(lái)難熔雜質(zhì)以及振動(dòng)和攪拌的方法也會(huì)增大形核率。

9.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？

答：①采用的方法：變質(zhì)處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度

的方法來(lái)控制晶粒大小。②變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些

難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶

核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。③機(jī)械振動(dòng)、攪拌。

第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1.解釋下列名詞：

加工硬化、回復(fù)、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。

答：加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增加；塑性、韌

性迅速下降的現(xiàn)象。

回復(fù)：為了消除金屬的加工硬化現(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使

其組織和性能發(fā)生變化。在加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大,

這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒(méi)有明顯的變化,只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺

陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化，因此，這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和

塑性等機(jī)械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降

低。此階段為回復(fù)階段。

再結(jié)晶：被加熱到較高的溫度時(shí)，原子也具有較大的活動(dòng)能力，使晶粒的

外形開(kāi)始變化。從破碎拉長(zhǎng)的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前

的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。

熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。

冷加工：在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的壓力加工。

2.產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊?

答：①隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長(zhǎng)，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成

細(xì)碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯(cuò)密度顯著

增加；同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長(zhǎng)而被拉長(zhǎng)。因此，隨著變形

量的增加，由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅

速增大，即強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬

化”現(xiàn)象。②金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，如

鋼板在冷軋過(guò)程中會(huì)越軋?jiān)接?，以致最后軋不?dòng)。另一方面人們可以利

用加工硬化現(xiàn)象，來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度和硬度，如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是利用

冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來(lái)提高鋼絲的強(qiáng)度的。加工硬化也是某些壓

力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷拉鋼絲拉過(guò)?？椎牟糠?，由于發(fā)

生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過(guò)?？椎牟糠郑@

樣鋼絲才可以繼續(xù)通過(guò)?？锥尚?。

3.劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？

答：主要是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的壓力加工為冷加工，產(chǎn)生加

工硬化現(xiàn)象；反之為熱加工，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。

4.與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來(lái)的益處有哪些？

答：(1)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高。

(2)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細(xì)化,

機(jī)械性能提高。

(3)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變,

使它們沿著變形的方向細(xì)碎拉長(zhǎng)，形成熱壓力加工“纖維組織”(流線)，

使縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線,

盡量使流線與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向一致，而與外加切應(yīng)力

或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。

5.為什么細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性，韌性也好？

答：晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變

形。因此，金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周圍不同取向

的晶粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細(xì)強(qiáng)度

愈高。同時(shí)晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)同樣的變

形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部

的應(yīng)力集中，引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。

6.金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？

答：①晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，性能趨于各向異性，如縱向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于

橫向等；②晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增

力口，強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，即隨

著變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會(huì)被破碎拉長(zhǎng)，而且各晶粒的晶格位向

也會(huì)沿著變形的方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果金屬中每個(gè)晶粒的晶格位向

趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；④冷壓力加工過(guò)程中由于材料各部分的變

形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻,金屬內(nèi)部會(huì)形成殘余

的內(nèi)應(yīng)力，這在一般情況下都是不利的，會(huì)引起零件尺寸不穩(wěn)定。

7.分析加工硬化對(duì)金屬材料的強(qiáng)化作用？

答：隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割、

位錯(cuò)纏結(jié)加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金

屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增大外力，因此提高了金屬

的強(qiáng)度。

8.已知金屬鴿、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為3380℃、1538℃、327℃、232℃,

試計(jì)算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鈴和鐵在1100℃下的加工、鉛和

錫在室溫(20℃)下的加工各為何種加工？

答：T再=0.4T熔；鴉T再=。4*(3380+273)]-273=1188.2℃;鐵T再=。4*

(1538+273)]-273=451.4℃;鉛T再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃;錫T再

=[0.4*(232+273)卜273=-71℃.由于鴇T將為1188.2℃>1100℃,因此屬于

熱加工；鐵T再為451.4℃<1100℃,因此屬于冷加工;鉛T再為-33℃<20℃,

屬于冷加工；錫T再為-71V20℃,屬于冷加工。

9.在制造齒輪時(shí)，有時(shí)采用噴丸法(即將金屬丸噴射到零件表面上)使齒面

得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化原因。

答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚

度的加工硬化層，使齒面的強(qiáng)度、硬度升高。

第三章合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖

1.解釋下列名詞：

合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機(jī)械混合物；枝晶偏析,

比重偏析；固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化。

答：合金：通過(guò)熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元

素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。

組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。

相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開(kāi)的

均勻組成部分，均稱之為相。

相圖：用來(lái)表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖解稱為相圖。

固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)

構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。

金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生相互作用形成的一種具有金屬性質(zhì)的新

相，稱為金屬間化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元,

用分子式來(lái)表示其組成。

機(jī)械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機(jī)械的混合在一起，稱

機(jī)械混合物。

枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶

出來(lái)的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較

多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。

比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先

共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固

時(shí)，先共晶相便會(huì)在液體中上浮或下沉，從而導(dǎo)致結(jié)晶后鑄件

上下部分的化學(xué)成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。

固溶強(qiáng)化：通過(guò)溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高

的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。

彌散強(qiáng)化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會(huì)提

高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，這種強(qiáng)化方式為彌散強(qiáng)化。

2.指出下列名詞的主要區(qū)別：

1）置換固溶體與間隙固溶體；

答：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的一部分原子而組成的固溶體

稱置換固溶體。

間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固

溶體。

2）相組成物與組織組成物；

相組成物：合金的基本組成相。

組織組成物：合金顯微組織中的獨(dú)立組成部分。

3.下列元素在a-Fe中形成哪幾種固溶體？

Si、C、N、Cr>Mn

答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；C、N形成間隙固溶體。

4.試述固溶強(qiáng)化、加工強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理,并說(shuō)明三者的區(qū)別.

答：固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進(jìn)而位錯(cuò)

運(yùn)動(dòng)時(shí)受到阻力增大。

彌散強(qiáng)化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再

有適量的金屬間化合物均勻細(xì)小彌散分布時(shí)，會(huì)提高合金的強(qiáng)

度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來(lái)強(qiáng)化合金的方式為

彌散強(qiáng)化。

加工強(qiáng)化：通過(guò)產(chǎn)生塑性變形來(lái)增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，

引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強(qiáng)度和硬度。

區(qū)別：固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化都是利用合金的組成相來(lái)強(qiáng)化合金，固溶強(qiáng)化

是通過(guò)產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大來(lái)強(qiáng)化合金；彌散強(qiáng)化

是利用金屬化合物本身的高強(qiáng)度和硬度來(lái)強(qiáng)化合金；而加工強(qiáng)化是

通過(guò)力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯(cuò)密度以增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)

強(qiáng)化合金；三者相比，通過(guò)固溶強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最低，但塑

性、韌性最好，加工強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最高，但塑韌性最差，

彌散強(qiáng)化介于兩者之間。

5.固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？

答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體

結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來(lái)表示其組成。

在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)度、

硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就

是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能。

6.何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點(diǎn).

答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶

格均不相同的兩種晶體的反應(yīng)。

包晶反應(yīng)：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相

的反應(yīng)過(guò)程。

共析反應(yīng)：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新

的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應(yīng)。

共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，

都處于三相平衡狀態(tài)。

不同點(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是

一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液相

與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。

7.二元合金相圖表達(dá)了合金的哪些關(guān)系？

答：二元合金相圖表達(dá)了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。

8.在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？

答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金相互平衡兩相的成分和相對(duì)含量。

9.已知A（熔點(diǎn)600℃）與B（500℃）在液態(tài)無(wú)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)。現(xiàn)要求：

1）作出A-B合金相圖；

2）分析20%A,45%A,80%A等合金的結(jié)晶過(guò)程，并確定室溫下的組織組成

物和相組成物的相對(duì)量。

答：⑴

(2)20%A合金如圖①：

合金在1點(diǎn)以上全部為液相，當(dāng)冷至1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從液相中析出a固

溶體，至2點(diǎn)結(jié)束，2?3點(diǎn)之間合金全部由a固溶體所組成，但當(dāng)合

金冷到3點(diǎn)以下，由于固溶體a的濃度超過(guò)了它的溶解度限度，于是

從固溶體a中析出二次相A,因此最終顯微組織：a+Au

相組成物:a+A

A=(90-80/90)*100%=11%a=l-A%=89%

45%A合金如圖②：

合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)始從液相中析出a固溶體,

此時(shí)液相線成分沿線BE變化，固相線成分沿BD線變化，當(dāng)冷至2

點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)E點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，

合金自2點(diǎn)冷至室溫過(guò)程中，自中析出二次相An,因而合金②室溫組

織：

An+a+(A+a)相組成物:A+a

組織：An=(70-55)/70*100%=21%a=l-An=79%

A+a=(70-55)/(70-40)*100%=50%

相：A=(90-55)/90*100%=50%a=l-A%=50%

80%A合金如圖③：

合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)始從液相中析出A,此時(shí)

液相線成分沿AE線變化，冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共

晶反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，因而合金③的室溫組織：A+(A+a)

相組成物：A+a

組織：A=(40-20)/40*100%=50%A+a=l-A%=50%

相：A=(90-20)/90*100%=78%a=l-A%=22%

10.某合金相圖如圖所示。

?C

i）試標(biāo)注①空白區(qū)域中存在相的名稱；

2）指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；

3）說(shuō)明合金I的平衡結(jié)晶過(guò)程及室溫下的顯微組織。

答：⑴①：L+Y②：Y+P③：p+（a+p）④：B+an

⑵勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變

⑶合金①在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)始從液相中析出丫固溶體至

2點(diǎn)結(jié)束,2?3點(diǎn)之間合金全部由丫固溶體所組成,3點(diǎn)以下，開(kāi)始從丫固溶

體中析出a固溶體，冷至4點(diǎn)時(shí)合金全部由a固溶體所組成,4?5之間全

部由a固溶體所組成，冷到5點(diǎn)以下，由于a固溶體的濃度超過(guò)了它的溶

解度限度，從a中析出第二相§固溶體，最終得到室穩(wěn)下的顯微組織：a+B

n

11.有形狀、尺寸相同的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件，一個(gè)含90%Ni,另一個(gè)含

50%Ni,鑄后自然冷卻，問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重？

答：含50%Ni的Cu-Ni合金鑄件偏析較嚴(yán)重。在實(shí)際冷卻過(guò)程中，由于冷速

較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶部分含低熔點(diǎn)組元多，因

為含50%Ni的Cu-Ni合金鑄件固相線與液相線范圍比含90%Ni鑄件

寬，因此它所造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比含90%Ni的Cu-Ni合金鑄

件嚴(yán)重。

第四章鐵碳合金

1.何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。

答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

時(shí)間

2.為什么y-Fe和a-Fe的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（y-Fefa-Fe）

轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積如何變化？

答：因?yàn)閥-Fe和a-Fe原子排列的緊密程度不同，y-Fe的致密度為74%,a-Fe

的致密度為68%,因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（Y-Fe-a-Fe）轉(zhuǎn)變時(shí)體積

將發(fā)生膨脹。

3.何謂鐵素體（F），奧氏體（A）,滲碳體（Fe3（2）,珠光體（P），萊氏體（Ld）?

它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)？

答：鐵素體（F）:鐵素體是碳在地中形成的間隙固溶體，為體心立方晶

格。由于碳在中的溶解度、很小，它的性能與純鐵相近。

塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。

奧氏體（A）：奧氏體是碳在7一八'中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因

其晶格間隙尺寸較大，故碳在7—be中的溶解度較大。有很好

的塑性。

滲碳體（FesC）：鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。滲碳

體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中

以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基

體，有時(shí)呈魚(yú)骨狀。

珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片

狀。珠光體有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。

萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。在萊氏體中，滲碳體

是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由

于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。

4.Fe-Fe3c合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實(shí)踐中有何指導(dǎo)意義？又有何局限性？

答：①碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是

研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對(duì)于鋼鐵材料的研

究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重

要指導(dǎo)意義。②為選材提供成分依據(jù)：尸+'6。相圖描述了鐵碳合金的

組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件

的性能要求來(lái)選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對(duì)

鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度；根

據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能的好壞。對(duì)于鍛造：根據(jù)相

圖可以確定鍛造溫度。對(duì)焊接：

根據(jù)相圖來(lái)分析碳鋼焊縫組織，并用適當(dāng)熱處理方法來(lái)減輕或消除組織不

均勻性；對(duì)熱處理：尸+/^C相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱

溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。③由于鐵碳相圖是以無(wú)限緩慢加熱和冷

卻的速度得到的，而在實(shí)際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。

5.畫出Fe-Fe3c相圖，指出圖中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、

PSK各點(diǎn)、線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。

答:

p

c：共晶點(diǎn)1148℃4.30%C,在這一點(diǎn)上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：

Lc^AE+Fe3C,當(dāng)冷到1148℃時(shí)具有C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶

出具有E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物——萊氏體

(Le)-?(AE+FqC)

E：碳在7-Fe中的最大溶解度點(diǎn)1148℃2.11%C

G:a—-同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A3)912℃0%C

H：碳在S-Fe中的最大溶解度為1495℃0.09%C

J：包晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)1495℃0.17%C在這一點(diǎn)上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:

(+4=A,當(dāng)冷卻到1495℃時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分

的固相6反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相A。

N:夕―EeoS—Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A4)1394℃0%C

P：碳在a-Fe中的最大溶解度點(diǎn)0.0218%C727℃

S：共析點(diǎn)727℃0.77%C在這一點(diǎn)上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：

A,O月,+尸63。，當(dāng)冷卻到727℃時(shí)從具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析

出具有P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物——珠光體P

(Fp+Fqc)

ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm溫度線，隨溫度的降低,

碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以尸e3c形式析出，所以具

有0.77%~2.11%C的鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時(shí)的組織

A+Fe3Cu,從A中析出的Fe3c稱為二次滲碳體。

GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時(shí)析出鐵素體的開(kāi)始線稱A3線，GP線

則是鐵素體析出的終了線，所以GSP區(qū)的顯微組織是尸+A。

PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的

溶解度減少，多余的碳以Fe3c形式析出，從口中析出的尸稱

為三次滲碳體展3』，由于鐵素體含碳很少，析出的很少，

一般忽略，認(rèn)為從727℃冷卻到室溫的顯微組織不變。

PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

(P)珠光體，含碳量在0.02?6.69%的鐵碳合金冷卻到727℃時(shí)

都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。

6.簡(jiǎn)述Fe-Fe3c相圖中三個(gè)基本反應(yīng)：包晶反應(yīng)，共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出

反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。

答：共析反應(yīng)：冷卻到727℃時(shí)具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有P點(diǎn)成

727；e

分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。YO.8>F0,02+Fe3C6.69

包晶反應(yīng)：冷卻到1495℃時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分的固相3

反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相Ao%+如叱

共晶反應(yīng)：1148℃時(shí)具有C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分的奧

47ie

氏體和滲碳體的兩相混合物。L4.3">y2,14+Fe3c6.69

7.何謂碳素鋼？何謂白口鐵？?jī)烧叩某煞纸M織和性能有何差別？

答：碳素鋼：含有0.02%~2.14%C的鐵碳合金。

白口鐵：含大于2.14%C的鐵碳合金。

碳素鋼中亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成,其中珠光體中的滲碳

體以細(xì)片狀分布在鐵素體基體上，隨著含碳量的增加，珠光體的含量增加,

則鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。當(dāng)含碳量達(dá)到0.8%時(shí)就是珠

光體的性能。過(guò)共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所組成，含碳量接近

1.0%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，含碳量繼續(xù)增加，強(qiáng)度下降。由于二次滲碳體

在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致鋼的脆性增加。

白口鐵中由于其組織中存在大量的滲碳體，具有很高的硬度和脆性，難以

切削加工。

8.亞共析鋼、共析鋼和過(guò)共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。

答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體

中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過(guò)共析

鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連

續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。

共同點(diǎn)：鋼的組織中都含有珠光體。不同點(diǎn)：亞共析鋼的組織是鐵素體

和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過(guò)共析鋼的組織是珠光體

和二次滲碳體。

9.分析含碳量分別為0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)

緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過(guò)程和室溫組織.

答：0.80%C:在1?2點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)

變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)(727℃),在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)

變結(jié)束時(shí)全部為珠光體P,珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，

當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶

度線PQ變化，析出三次滲碳體產(chǎn)03。“，它常與共析滲碳體長(zhǎng)在

一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。

室溫時(shí)組織P。

0.60%C：合金在1~2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)

變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)開(kāi)始析出F,3-4點(diǎn)A成分沿GS線變化,

鐵素體成分沿GP線變化，當(dāng)溫度到4點(diǎn)時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到S

點(diǎn)成分(含碳0.8%),便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)，原

先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為0.02%C,

所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當(dāng)

溫度繼續(xù)下降時(shí)，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳

體，同樣fe3c川量很少，可忽略。

所以含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P

1.0%C：合金在1~2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，合金為

單相奧氏體，冷卻到3點(diǎn)，開(kāi)始從奧氏體中析出二次滲碳體/6。，

尸6。口沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，3-4間/4。不斷析出，

奧氏體成分沿ES線變化，當(dāng)溫度到達(dá)4點(diǎn)(727℃)時(shí)，其含碳量

降為0.77%,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)先析出的

尸令。口保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)的組織

為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略

室溫組織為二次滲碳體和珠光體。

10.指出下列名詞的主要區(qū)別：

1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體；

答：一次滲碳體：由液相中直接析出來(lái)的滲碳體稱為一次滲碳體。

二次滲碳體：從A中析出的Fe3c稱為二次滲碳體。

三次滲碳體：從F中析出的尸色。稱為三次滲碳體43。也。

共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳

體。

共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳

體。

2）熱脆與冷脆。

答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，F(xiàn)eS會(huì)與Fe形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)鋼材在

1000℃~1200℃壓力加工時(shí)，會(huì)沿著這些低熔點(diǎn)共晶體的邊界開(kāi)裂,

鋼材將變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。

冷脆：P使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有

所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。

11.根據(jù)Fe-Fe3c相圖，計(jì)算：

1）室溫下，含碳0.6%的鋼中珠光體和鐵素體各占多少;

2)室溫下，含碳1.2%的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少；

3)鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。

答：1)Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74%Wa=l-74%=26%

2)Wp=(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70%WFe3cn=l-70%=30%

3)WFe3cn=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%

WFe3Cni=0.02/6.69*100%=33%

12.某工廠倉(cāng)庫(kù)積壓了許多碳鋼(退火狀態(tài))，由于鋼材混雜，不知道鋼的化

學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其

中鐵素體占80%，問(wèn)此鋼材的含碳量大約是多少？

答：由于組織為珠光體+鐵素體，說(shuō)明此鋼為亞共析鋼。

W?=80%=(0.8-WD/(0.8-0.02)*100%Wc=0.18%

13.對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體(粒

狀)，其中滲碳體占18%,問(wèn)此碳鋼的含碳量大約是多少？

答：WFe3CD=18%=(Wc-0.02)/(6.69-0.02)*100%Wc=1.22%

14.對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體(網(wǎng)狀)，其中

珠光體占93%,問(wèn)此碳鋼的含碳量大約為多少？

答：Wp=93%=(2.14-Wc)/(2.14-0.8)*100%=70%Wc=0.89%

15.計(jì)算Fe-1.4%C合金在700℃下各個(gè)相及其組分?jǐn)?shù)量和成分。

答：含1.4%C合金屬于過(guò)共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體

和滲碳體。

Wp=(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100%=55%WFe3CD=l-55%=45%

W?=(6.69-1.4)/(6.69-0.02)*100%=79%WFc3C=l-79%=21%

16.根據(jù)Fe-Fe3C相圖，說(shuō)明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：

1)含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高；

答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體是硬脆相，因此含碳

量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高。

2)在室溫下，含碳0.8%的鋼其強(qiáng)度比含碳1.2%的鋼高；

答：因?yàn)樵阡撝挟?dāng)含碳量超過(guò)1.0%時(shí)，所析出的二次滲碳體在晶界形成連續(xù)

的網(wǎng)絡(luò)狀，使鋼的脆性增加，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。因此含碳0.8%的鋼其強(qiáng)度

比含碳1.2%的鋼高。

3)在1100℃,含碳0.4%的鋼能進(jìn)行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造；

答：在1100℃時(shí)，含碳0.4%的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因

此適合于鍛造；含碳4.0%的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的

硬度很高，不適合于鍛造。

4)綁軋物件一般用鐵絲(鍍鋅低碳鋼絲)，而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩(用

60、65、70、75等鋼制成);

答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍

鋅低碳鋼絲；而起重機(jī)吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強(qiáng)度，還要有很高

的彈性極限，而60、65、70、乃鋼有高的強(qiáng)度和高的彈性極限。

這樣在吊重物時(shí)不會(huì)斷裂。

5）鉗工鋸T8,T10.T12等鋼料時(shí)比鋸10,20鋼費(fèi)力，鋸條容易磨鈍；

答：T8,T10,T12屬于碳素工具鋼，含碳量為0.8%,1.0%,1.2%,因而鋼中

滲碳體含量高，鋼的硬度較高；而102）鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳

鋼，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸T8,T10,T12等鋼料時(shí)比鋸10,20鋼

費(fèi)力，鋸條容易磨鈍。

6）鋼適宜于通過(guò)壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過(guò)鑄造成形。

答：因?yàn)殇摰暮剂糠秶?.02%?2.14%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量

較多，而鐵素體有較好的塑韌性，因而鋼適宜于壓力加工；而鑄鐵組織中

含有大量以滲碳體為基體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適宜于通

過(guò)鑄造成形。

17.鋼中常存雜質(zhì)有哪些？對(duì)鋼的性能有何影響？

答：鋼中常存雜質(zhì)有Si、Mn、S、P等。

Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強(qiáng)化：另一部

分Mn溶于Fe3c中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強(qiáng)度提高，Mn

與S化合成MnS,能減輕S的有害作用。當(dāng)Mn含量不多，在碳鋼

中僅作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，它對(duì)鋼的性能影響并不明顯。

Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬

度、彈性提高，而塑性、韌性降低。當(dāng)Si含量不多，在碳鋼中僅作為

少量夾雜存在時(shí)，它對(duì)鋼的性能影響并不顯著。

S：硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，F(xiàn)eS會(huì)與Fe形成共晶，并分布于奧

氏體的晶界上，當(dāng)鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時(shí)，由于FeS-Fe共

晶（熔點(diǎn)只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開(kāi)，鋼材將變得極脆。

P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，

但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有

所升高，使鋼變脆。

18.試述碳鋼的分類及牌號(hào)的表示方法。

答：分類：1）按含碳量分類

低碳鋼：含碳量小于或等于025%的鋼，0.01?0.25%C<0.25%C

中碳鋼：含碳量為0.30?0.55%的鋼0.25?0.6%C

高碳鋼：含碳量大于。6%的鋼0.6~1.3%C>0.6%C

（2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素S、P的多少分類：

普通碳素鋼：S<0.055%P<0.045%

優(yōu)質(zhì)碳素鋼：s、P<0.035-0.040%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S<0.02~0.03%;P<0.03~0.035%

(3)按用途分類

碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及

機(jī)器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。

碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)

量上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

牌號(hào)的表示方法：(1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：

用Q+數(shù)字表示，“Q”為屈服點(diǎn)，“屈”漢語(yǔ)拼音，數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值。

若牌號(hào)后面標(biāo)注字母A、B、C、D,則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，A、B、

C、D質(zhì)量依次提高，"F”表示沸騰鋼，“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)“F”和

“b”的為鎮(zhèn)靜鋼。

(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

牌號(hào)是采用兩位數(shù)字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分之幾。若鋼中含

鎰量較高，須將鎰元素標(biāo)出，

(3)碳素工具鋼：

這類鋼的牌號(hào)是用“碳"或"T"字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含

碳量的千分之幾。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號(hào)最后附以“A”字。

19.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說(shuō)明他們的

用途？

答：低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼；08、10、鋼，塑性、韌性好，具

有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表

外殼、汽車和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室

等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面要求耐

磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。

中碳鋼：含碳量為0.30?0.55%的鋼；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬

火+高溫回火）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具有較高的強(qiáng)度

和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；

高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后

具有高的彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造要求較高韌

性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T9、

T10、T11、用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、

沖模、拉絲模、鋸條。T12、T13、鋼具有高硬度、高耐磨性，但

韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、鏗刀、

刮刀、精車刀等。

20.下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸。

答：手鋸鋸條：它要求有較高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如

T9、T9A、T10、T10A、Til、T11AO

普通螺釘：它要保證有一定的機(jī)械性能，用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，如Q195、

Q215、Q235o

車床主軸：它要求有較高的綜合機(jī)械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如30、35、

40、45、50o

21.指出下列各種鋼的類別、符號(hào)、數(shù)字的含義、主要特點(diǎn)及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R>20G、T8、

T10A、T12A

答：Q235-AF:普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。

Q235-C:屈服強(qiáng)度為235MPa的C級(jí)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，

Q195-B:屈服強(qiáng)度為195Mpa的B級(jí)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，

Q255-D:屈服強(qiáng)度為255MPa的D級(jí)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，

Q195、Q235含碳量低，有一定強(qiáng)度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等,

用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鐘釘、螺釘、螺母、墊圈、地

腳螺栓、軸套、銷軸等等，Q255鋼強(qiáng)度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊

接。通常扎制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造連桿、鍵、銷、簡(jiǎn)單

機(jī)械上的齒輪、軸節(jié)等。

40:含碳量為0.4%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

45含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

40、45鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具

有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。

08:含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成

型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉

機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室等。

20：含碳量為02%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、

表面要求耐磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。

20R：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，容器專用鋼。

20G：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鍋爐專用鋼。

T8:含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用于制造要求較高韌性、承受沖擊負(fù)

荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。

T10A:含碳量為1.0%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用于制造要求中韌性的工

具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。

T12A:含碳量為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。具有高硬度、高耐磨性，

但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、鏗刀、

刮刀、精車刀。

第五章鋼的熱處理

1.何謂鋼的熱處理？鋼的熱處理操作有哪些基本類型？試說(shuō)明熱處理同其它

工藝過(guò)程的關(guān)系及其在機(jī)械制造中的地位和作用。

答：(1)為了改變鋼材內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，以滿足對(duì)零件的加工性能和使用性能

的要求所施加的一種綜合的熱加工工藝過(guò)程。

(2)熱處理包括普通熱處理和表面熱處理；普通熱處理里面包括

退火、正火、淬火和回火，表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理,

表面淬火包括火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火，化學(xué)熱處理

包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等。

(3)熱處理是機(jī)器零件加工工藝過(guò)程中的重要工序。一個(gè)毛坯件經(jīng)過(guò)預(yù)備

熱處理，然后進(jìn)行切削加工，再經(jīng)過(guò)最終熱處理，經(jīng)過(guò)精加工，最后

裝配成為零件。熱處理在機(jī)械制造中具有重要的地位和作用，適當(dāng)?shù)?/p>

熱處理可以顯著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處

理工藝不但可以強(qiáng)化金屬材料、充分挖掘材料潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、

節(jié)省材料和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器零件

的使用壽命，做到一個(gè)頂幾個(gè)、頂十幾個(gè)。此外，通過(guò)熱處理還可使

工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學(xué)性能。

2.解釋下列名詞：

1）奧氏體的起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度；

答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊

界剛剛接觸時(shí)的晶粒大小。

（2）實(shí)際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。

（3）本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，在930±10℃保溫足夠時(shí)間（3-8小

時(shí)）后測(cè)定的鋼中晶粒的大小。

2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；

答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。

索氏體：在650?600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。

屈氏體：在600?550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。

貝氏體：過(guò)飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。

馬氏體：碳在a-Fe中的過(guò)飽和固溶體。

3）奧氏體、過(guò)冷奧氏體、殘余奧氏體；

答：奧氏體：碳在7-be中形成的間隙固溶體.

過(guò)冷奧氏體：處于臨界點(diǎn)以下的不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解的奧氏體稱為過(guò)

冷奧氏體。

殘余奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體。

4）退火、正火、淬火、回火、冷處理、時(shí)效處理（尺寸穩(wěn)定處理）；

答:退火:將工件加熱到臨界點(diǎn)以上或在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后,

以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進(jìn)行冷卻的一種操作。

正火：將工件加熱到Aj或40m以上30?80℃,保溫后從爐中取出在空氣

中冷卻。

淬火：將鋼件加熱到AC3或Ac1以上30?50℃,保溫一定時(shí)間，然后快速冷

卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。

回火：將淬火鋼重新加熱到A1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后，冷卻

到室溫的一種操作。

冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體

的操作。

時(shí)效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110~150℃經(jīng)過(guò)6~36小時(shí)的人

工時(shí)效處理，以使組織穩(wěn)定。

5）淬火臨界冷卻速度（VJ,淬透性，淬硬性；

答：淬火臨界冷卻速度（VJ：淬火時(shí)獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。

淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。

淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。

6）再結(jié)晶、重結(jié)晶;

答：再結(jié)晶：金屬材料加熱到較高的溫度時(shí)，原子具有較大的活動(dòng)能力,

使晶粒的外形開(kāi)始變化。從破碎拉長(zhǎng)的晶粒變成新的等軸

晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一

階段稱為“再結(jié)晶”。

重結(jié)晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長(zhǎng)大，發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的

改變，稱為重結(jié)晶。

7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。

答：調(diào)質(zhì)處理：淬火后的高溫回火。

變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大

量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目

大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。

AJ3、

3.指出A［、A3、Ag；41、43、A0cm；Al、A1cm各臨界點(diǎn)的意乂。

答：Aj共析轉(zhuǎn)變線，含碳量在0.02?6.69%的鐵碳合金冷卻到727℃時(shí)都有共

析轉(zhuǎn)變發(fā)生，形成P。

A3:奧氏體析出鐵素體的開(kāi)始線。

Ag：碳在奧氏體中的溶解度曲線。

Ad：實(shí)際加熱時(shí)的共析轉(zhuǎn)變線。

AC3：實(shí)際加熱時(shí)奧氏體析出鐵素體的開(kāi)始線。

AOT：實(shí)際加熱時(shí)碳在奧氏體中的溶解度曲線。

41：實(shí)際冷卻時(shí)的共析轉(zhuǎn)變線。

43：實(shí)際冷卻時(shí)奧氏體析出鐵素體的開(kāi)始線。

Ag：實(shí)際冷卻時(shí)碳在奧氏體中的溶解度曲線。

4.何謂本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼

的細(xì)？

答：(1)本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：加熱到臨界點(diǎn)以上直到930℃,隨溫度升高，晶粒

長(zhǎng)大速度很緩慢，稱本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。

(2)不一定。本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的大小。

本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細(xì)晶粒，而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼若

在較高溫度下加熱也會(huì)得到粗晶粒。

5.珠光體類型組織有哪幾種？它們?cè)谛纬蓷l件、組織形態(tài)和性能方面有何特

點(diǎn)？

答：(1)三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。

(2)珠光體是過(guò)冷奧氏體在550℃以上等溫停留時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素

體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650?600℃溫度范圍

內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。屈氏體是在600?550℃溫度范圍內(nèi)形成片