金屬學與熱處理課后習題答案(含有9·10章)

第一章1.作圖表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向3.某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點上，其晶格常數(shù)a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐標軸上的截距分別是5個原子間距，2個原子間距和3個原子間距，求該晶面的晶面參數(shù)。解：設X方向的截距為5a，Y方向的截距為2a，則Z方向截距為3c=3X2a/3=2a，取截距的倒數(shù)，分別為1/5a，1/2a，1/2a化為最小簡單整數(shù)分別為2,5,5故該晶面的晶面指數(shù)為（255）4.體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（100）、（110）、（111）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面解：（100）面間距為a/2，（110）面間距為√2a/2，（111）面間距為√3a/3三個晶面晶面中面間距最大的晶面為（110）7.證明理想密排六方晶胞中的軸比c/a=1.633證明：理想密排六方晶格配位數(shù)為12，即晶胞上底面中心原子與其下面的3個位于晶胞內(nèi)的原子相切，成正四面體，如圖所示則OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因△ABC是等邊三角形，所以有OC=2/3CE由于(BC)2=(CE)2+(BE)2則有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即因此c/a=√8/3=1.6338.試證明面心立方晶格的八面體間隙半徑為r=0.414R解：面心立方八面體間隙半徑r=a/2-√2a/4=0.146a面心立方原子半徑R=√2a/4，則a=4R/√2，代入上式有R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）設有一剛球模型，球的直徑不變，當由面心立方晶格轉變?yōu)轶w心立方晶格時，試計算其體積膨脹。b）經(jīng)X射線測定，在912℃時γ-Fe的晶格常數(shù)為0.3633nm，α-Fe的晶格常數(shù)為0.2892nm，當由γ-Fe轉化為α-Fe時，求其體積膨脹，并與a）比較，說明其差別的原因。解：a）令面心立方晶格與體心立方晶格的體積及晶格常數(shù)分別為V面、V踢與a面、a體，鋼球的半徑為r，由晶體結構可知，對于面心晶胞有4r=√2a面，a面=2√2/2r，V面=（a面）3=（2√2r）3對于體心晶胞有4r=√3a體，a體=4√3/3r，V體=（a體）3=（4√3/3r）3則由面心立方晶胞轉變?yōu)轶w心立方晶胞的體積膨脹△V為△V=2×V體-V面=2.01r3B）按照晶格常數(shù)計算實際轉變體積膨脹△V實，有△V實=2△V體-V面=2x(0.2892)3-(0.3633)3=0.000425nm3實際體積膨脹小于理論體積膨脹的原因在于由γ-Fe轉化為α-Fe時,Fe原子的半徑發(fā)生了變化，原子半徑減小了。10.已知鐵和銅在室溫下的晶格常數(shù)分別為0.286nm和0.3607nm，求1cm3中鐵和銅的原子數(shù)。解：室溫下Fe為體心立方晶體結構，一個晶胞中含2個Fe原子，Cu為面心立方晶體結構，一個晶胞中含有4個Cu原子1cm3=1021nm3令1cm3中含F(xiàn)e的原子數(shù)為NFe，含Cu的原子數(shù)為NCu，室溫下一個Fe的晶胞題解為VFe，一個Cu晶胞的體積為VCu，則NFe=1021/VFe=1021/(0.286)3=3.5x1018NCu=1021/VCu=1021/(0.3607)3=2.8X101811.一個位錯環(huán)能不能各個部分都是螺型位錯或者刃型位錯，試說明之。解：不能，看混合型位錯13.試計算{110}晶面的原子密度和[111]晶向原子密度。解：以體心立方{110}晶面為例{110}晶面的面積S=ax√2a{110}晶面上計算面積S內(nèi)的原子數(shù)N=2則{110}晶面的原子密度為ρ=N/S=√2a-2[111]晶向的原子密度ρ=2/√3a15.有一正方形位錯線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的性能，并指出任性位錯額外串排原子面所在的位置。DCbABAD、BC段為刃型位錯；DC、AB段為螺型位錯AD段額外半原子面垂直直面向里BC段額外半原子面垂直直面向外第二章1.證明均勻形核時，形成臨界晶粒的ΔGk與其體積V之間的關系為ΔGk=V/2△Gv證明：由均勻形核體系自由能的變化（1）可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為（2）對（2）進行微分處理，有(3)將（3）帶入（1），有（4）由于，即3V=rkS（5）將（5）帶入（4）中，則有2.如果臨界晶核是邊長為a的正方形，試求其△Gk和a的關系。為什么形成立方晶核的△Gk比球形晶核要大？3.為什么金屬結晶時一定要有過冷度，影響過冷度的因素是什么，固態(tài)金屬融化時是否會出現(xiàn)過熱，為什么？答：由熱力學可知，在某種條件下，結晶能否發(fā)生，取決于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL<0；只有當溫度低于理論結晶溫度Tm時，固態(tài)金屬的自由能才低于液態(tài)金屬的自由能，液態(tài)金屬才能自發(fā)地轉變?yōu)楣虘B(tài)金屬，因此金屬結晶時一定要有過冷度。影響過冷度的因素：影響過冷度的因素：1）金屬的本性，金屬不同，過冷度大小不同；2）金屬的純度，金屬的純度越高，過冷度越大；3）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。固態(tài)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。原因：由熱力學可知，在某種條件下，熔化能否發(fā)生，取決于液相自固態(tài)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G=GL-GS<0；只有當溫度高于理論結晶溫度Tm時，液態(tài)金屬的自由能才低于固態(tài)金屬的自由能，固態(tài)金屬才能自發(fā)轉變?yōu)橐簯B(tài)金屬，因此金屬熔化時一定要有過熱度。4.試比較均勻形核和非均勻形核的異同點。相同點：均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一.不同點：非均勻形核要克服的位壘比均勻形核的小得多，在相變的形核過程通常都是非均勻形核優(yōu)先進行。核心總是傾向于以使其總的表面能和應變能最小的方式形成，因而析出物的形狀是總應變能和總表面能綜合影響的結果。5.說明晶體成長形狀與溫度梯度的關系（1）、在正的溫度梯度下生長的界面形態(tài)：光滑界面結晶的晶體，若無其它因素干擾，大多可以成長為以密排晶面為表面的晶體，具有規(guī)則的幾何外形。粗糙界面結構的晶體，在正的溫度梯度下成長時，其界面為平行于熔點等溫面的平直界面，與散熱方向垂直，從而使之具有平面狀的長大形態(tài)，可將這種長大方式叫做平面長大方式。（2）、在負的溫度梯度下生長的界面形態(tài)粗糙界面的晶體在負的溫度梯度下生長成樹枝晶體。主干叫一次晶軸或一次晶枝。其它的叫二次晶或三次晶。對于光滑界面的物質在負的溫度梯度下長大時，如果杰克遜因子α不太大時可能生長為樹枝晶，如果杰克遜因子α很大時，即使在負的溫度梯度下，仍有可能形成規(guī)則形狀的晶體。6.簡述三晶區(qū)形成的原因及每個晶區(qū)的性能特點形成原因：1）表層細晶區(qū)：低溫模壁強烈地吸熱和散熱，使靠近模壁的薄層液體產(chǎn)生極大地過冷，形成原因形成原模壁又可作為非均勻形核的基底，在此一薄層液體中立即產(chǎn)生大量的晶核，并同時向各個方向生長。晶核數(shù)目多，晶核很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長，在靠近模壁處形成薄層很細的等軸晶粒區(qū)。2）柱狀晶區(qū)：模壁溫度升高導致溫度梯度變得平緩；過冷度小，不能生成新晶核，但利于細晶區(qū)靠近液相的某些小晶粒長大；遠離界面的液態(tài)金屬過熱，不能形核；垂直于模壁方向散熱最快，晶體擇優(yōu)生長。3）中心等軸晶區(qū)：柱狀晶長到一定程度后，鑄錠中部開始形核長大---中部液體溫度大致是均勻的，每個晶粒的成長在各方向上接近一致，形成等軸晶。性能特點：1）表層細晶區(qū)：組織致密，力學性能好；2）柱狀晶區(qū)：組織較致密，存在弱面，力學性能有方向性；3）中心等軸晶區(qū)：各晶粒枝杈搭接牢固，無弱面，力學性能無方向性。7.為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應采用什么措施，為了得到發(fā)達的等軸晶區(qū)應采取什么措施？其基本原理如何？答：為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導熱性好與熱容量大的鑄型為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應采取的措施：材料，增大鑄型的厚度，降低鑄型的溫度。2）提高澆注溫度或澆注速度。3）提高熔化溫度?；驹恚夯驹恚?）鑄型冷卻能力越大，越有利于柱狀晶的生長。2）提高澆注溫度或澆注速度，使溫度梯度增大，有利于柱狀晶的生長。3）熔化溫度越高，液態(tài)金屬的過熱度越大，非金屬夾雜物溶解得越多，非均勻形核數(shù)目越少，減少了柱狀晶前沿液體中的形核的可能，有利于柱狀晶的生長。為了得到發(fā)達的等軸晶區(qū)應采取的措施：為了得到發(fā)達的等軸晶區(qū)應采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導熱性差與熱容量小的鑄型材等軸晶區(qū)應采取的措施料，增大鑄型的厚度，提高鑄型的溫度。2）降低澆注溫度或澆注速度。3）降低熔化溫度?；驹恚夯驹恚?）鑄型冷卻能力越小，越有利于中心等軸晶的生長。2）降低澆注溫度或澆注速度，使溫度梯度減小，有利于等軸晶的生長。3）熔化溫度越低，液態(tài)金屬的過熱度越小，非金屬夾雜物溶解得越少，非均勻形核數(shù)目越多，增加了柱狀晶前沿液體中的形核的可能，有利于等軸晶的生長。第三章1.在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？純金屬凝固時，要獲得樹枝狀晶體，必需在負的溫度梯度下；在正的溫度梯度下，只能以平面狀長大。而固溶體實際凝固時，往往會產(chǎn)生成分過冷，當成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。2.何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下的合金顯微組織嗎？合金平衡相圖是研究合金的工具，是研究合金中成分、溫度、組織和性能之間關系的理論基礎，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。其中二元合金相圖表示二元合金相圖表示在平衡狀態(tài)下，合金的組成相或組織狀態(tài)與溫度、成分、壓力之間關系的簡明圖解。平衡狀態(tài)：合金的成分、質量份數(shù)不再隨時間而變化的一種狀態(tài)。合金的極緩慢冷卻可近似認為是平衡狀態(tài)。三元合金相圖是指獨立組分數(shù)為3的體系，該體系最多可能有四個自由度，即溫度、壓力和兩個濃度項，用三維空間的立體模型已不足以表示這種相圖。若維持壓力不變，則自由度最多等于3，其相圖可用立體模型表示。若壓力、溫度同時固定，則自由度最多為2，可用平面圖來表示。通常在平面圖上用等邊三角形(有時也有用直角坐標表示的)來表示各組分的濃度。不能，相圖只能給出合金在平衡條件下存在的合金顯微組織4.何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差別，導致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。這種過冷完全是由于界面前沿液相中的成分差別所引起的。溫度梯度增大，成分過冷減小。成分過冷必須具備兩個條件：第一是固~液界面前沿溶質的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度必須達到一定的值。對合金而言，其凝固過程同時伴隨著溶質再分配，液體的成分始終處于變化當中，液體中的溶質成分的重新分配改變了相應的固液平衡溫度，這種關系有合金的平衡相圖所規(guī)定。利用“成分過冷”判斷合金微觀的生長過程。第四章1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉變過程。ωc=0.2%:L---L+δ---δ→γ(1495度)---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;(γ=A,α=F;下同)ωc=0.6%:L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;ωc=1.2%:L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;室溫下相組成物的相對含量:ωc=0.2%，滲碳體相對含量=(0.2-0.02)/6.67%,余量鐵素體ωc=0.6%，滲碳體相對含量=(0.6-0.02)/6.67%,余量鐵素體ωc=1.2%滲碳體相對含量=(1.2-0.02)/6.67%,余量鐵素體室溫下組織組成物的相對含量:ωc=0.2%，珠光體相對含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量鐵素體ωc=0.6%，珠光體相對含量=(0.6-0.02)/0.77%,余量鐵素體ωc=1.2%,滲碳體相對含量=(1.2-0.77)/6.67%,余量珠光體2.分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結晶過程，畫出冷卻曲線和組織轉變示意圖，并計算室溫下的組織組成物和相組成物。解：下圖表示ωc=3.5%%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結晶過程：下圖表示ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結晶過程：3.計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。答：鐵碳合金中二次滲碳體即Fe3CⅡ的最大可能含量產(chǎn)生在2.11%C的鐵碳合金中，因此（Fe3CⅡ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%三次滲碳體即Fe3CⅢ的可能最大含量在0.0218%C的鐵碳合金中，因此（Fe3CⅢ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%4.分別計算萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體的含量。解：在萊氏體中，F(xiàn)e3C共晶%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%Fe3CⅡ%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）]*[（2.11-0.77）/（6.69-0.77）]*100%=11.8%Fe3C共析%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）-11.8%]*[（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）]*100%=4.53%5.為了區(qū)分兩種弄混的鋼，工人分別將A、B兩塊碳素鋼試樣加熱至850℃保溫后緩冷，金相組織分別為：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體面積為58.4%；B試樣的二次滲碳體面積為7.3%，珠光體面積為92.7%；設鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體的含碳量為零，求A、B兩種碳素鋼的含碳量。解：這兩個試樣處理后都是得到的平衡態(tài)組織，首先判斷A試樣為亞共析鋼，根據(jù)相圖杠桿原理列出方程如下：(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6%

這樣得到X=45.0%，大概是45鋼的成分范圍。同理B試樣為過共析鋼(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，大概是T12鋼的范圍，當然相應地還可以利用杠桿的另外一端來求了。6.利用Fe-FeC3相圖說明鐵碳合金的成分、組織和性能的關系。從相組成物的情況來看，鐵碳合金在室溫下的平衡組織均由鐵素體和滲碳體組成，當碳質量分數(shù)為零時，合金全部由鐵素體所組成，隨著碳質量分數(shù)的增加，鐵素體的量呈直線下降，到wc為6.69%時降為零，相反滲碳體則由零增至100%。碳質量分數(shù)的變化不僅引起鐵素體和滲碳體相對量的變化，而且兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也將發(fā)生變化，這是由于成分的變化引起不同性質的結晶過程，從而使相發(fā)生變化的結果，由圖3-35可見，隨碳質量分數(shù)的增加，鐵碳合金的組織變化順序為：F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Le→Le→Le+Fe3CⅠwc<0.0218%時的合金組織全部為鐵素體，wc=0.77%時全部為珠光體，wc=4.3%時全部為萊氏體，wc=6.69%時全部為滲碳體，在上述碳質量分數(shù)之間則為組織組成物的混合物；而且，同一種組成相，由于生成條件不同，雖然相的本質未變，但其形態(tài)會有很大的差異。如滲碳體，當wc<0.0218%時，三次滲碳體從鐵素體中析出，沿晶界呈小片狀分布；經(jīng)共析反應生成的共析滲碳體與鐵素體呈交替層片狀分布；從奧氏體中析出的二次滲體則以網(wǎng)狀分布于奧氏體的晶界；共晶滲碳體與奧氏體相關形成，在萊氏體中為連續(xù)的基體，比較粗大，有時呈魚骨狀；從液相中直接析出的一次滲碳體呈規(guī)則的長條狀?？梢姡煞值淖兓?，不僅引起相的相對量的變化，而且引起組織的變化，從而對鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影響。1)切削加工性能鋼中碳質量分數(shù)對切削加工性能有一定的影響。低碳鋼的平衡結晶組織中鐵素體較多，塑性、韌性很好，切削加工時產(chǎn)生的切削熱較大，容易黏刀，而且切屑不易折斷，影響表面粗糙度，因此，切削加工性能不好；高碳鋼中滲碳體較多，硬度較高，嚴重磨損刀具，切削性能也不好；中碳鋼中鐵素體與滲碳體的比例適當，硬度與塑性也比較適中，切削加工性能較好。一般說來，鋼的硬度在170～250HBW時切削加工性能較好。2)壓力加工性能金屬壓力加工性能的好壞主要與金屬的鍛造性有關。金屬的鍛造性是指金屬在壓力加工時能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。鋼的鍛造性主要與碳質量分數(shù)及組織有關，低碳鋼的鍛造性較好，隨著碳質量分數(shù)的增加，鍛造性逐漸變差。由于奧氏體具有良好的塑性，易于塑性變形，鋼加熱到高溫獲得單相奧氏體組織時可具有良好的鍛造性。白口鑄鐵無論在低溫或高溫，其組織都是以硬而脆的滲碳體為基體，鍛造性很差，不允許進行壓力加工。3)鑄造性能隨著碳質量分數(shù)的增加，鋼的結晶溫度間隔增大，先結晶形成的樹枝晶阻礙未結晶液體的流動，流動性變差。鑄鐵的流動性要好于鋼，隨碳質量分數(shù)的增加，亞共晶白口鐵的結晶溫度間隔縮小，流動性隨之提高；過共晶白口鐵的流動性則隨之降低；共晶白口鐵的結晶溫度最低，又是在恒溫下結晶，流動性最好。碳質量分數(shù)對鋼的收縮性也有影響，一般說來，當澆注溫度一定時，隨著碳質量分數(shù)的增加，鋼液溫度與液相線溫度差增加，液態(tài)收縮增大；同時，碳質量分數(shù)增加，鋼的凝固溫度范圍變寬，凝固收縮增大，出現(xiàn)縮孔等鑄造缺陷的傾向增大。此外，鋼在結晶時的成分偏析也隨碳質量分數(shù)的增加而增大。

7.Fe-FeC3相圖有哪些應用，又有哪些局限性答：鐵—滲碳體相圖的應用：1）在鋼鐵選材方法的應用；2）在鑄造工藝方法的應用；3）在熱鍛、熱軋、熱鍛工藝方法的應用；4）在熱處理工藝方法的應用。滲碳體相圖的局限性：1）只反映平衡相,而非組織；2）只反映鐵二元合金中相的平衡；3）不能用來分析非平衡條件下的問題第五章1.試在A、B、C成分三角形中，標出注下列合金的位置：1）ωC=10%，ωC=10%，其余為A；2）ωC=20%，ωC=15%，其余為A；3）ωC=30%，ωC=15%，其余為A；4）ωC=20%，ωC=30%，其余為A；5）ωC=40%，A和B組元的質量比為1:4；6）ωA=30%，A和B組元的質量比為2:3；解：6）設合金含B組元為WB，含C組元為WC，則WB/WC=2/3WB+WC=1?30%可求WB=42%，WC=28%。2.在成分三角形中標注P（ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%）；Q（ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%）；N（ωA=30%、ωB=10%、ωC=60%）合金的位置，然后將5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起，試問新合金的成分如何？解：設新合金的成分為ω新A、ω新B、ω新C，則有ω新A=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×70%+5×30%+10×30%)/20=40.0%;ω新B=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10×10%)/20=22.5%;ω新C=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10×60%)/20=37.5%;所以，新合金的成分為：ω新A=40.0%、ω新B=22.5%、ω新C=37.5%。第六章1.屈服載荷/N620252184148174273525φ角/（°）8372.56248.530.51765λ角/（°）25.5263466374.882.5τk8.688×1052.132×1062.922×1063.633×1063.088×106cosλcosφ0.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.130計算方法τk=σs·cosλcosφ=F/Acosλcosφ4.試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細強度越高、塑性越好的原因是什么？答：由Hall-Petch公式可知，屈服強度σs與晶粒直徑平方根的倒數(shù)dv2呈線性關系。在多晶體中，滑移能否從先塑性變形的晶粒轉移到相鄰晶粒主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯塞積群所產(chǎn)生的應力集中能否激發(fā)相鄰晶?；葡抵械奈诲e源，使其開動起來，從而進行協(xié)調(diào)性的多滑移。由τ=nτ0知，塞積位錯數(shù)目n越大，應力集中τ越大。位錯數(shù)目n與引起塞積的晶界到位錯源的距離成正比。晶粒越大，應力集中越大，晶粒小，應力集中小，在同樣外加應力下，小晶粒需要在較大的外加應力下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變形。在同樣變形量下，晶粒細小，變形能分散在更多晶粒內(nèi)進行，晶粒內(nèi)部和晶界附近應變度相差較小，引起的應力集中減小，材料在斷裂前能承受較大變形量，故具有較大的延伸率和斷面收縮率。另外，晶粒細小，晶界就曲折，不利于裂紋傳播，在斷裂過程中可吸收更多能量，表現(xiàn)出較高的韌性。6.滑移和孿生有何區(qū)別，試比較它們在塑性變形過程的作用。答：區(qū)別：1）滑移：一部分晶體沿滑移面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離是滑移方向原區(qū)別：區(qū)別子間距的整數(shù)倍；孿生：一部分晶體沿孿生面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；2）滑移：滑移面兩邊晶體的位向不變；孿生：孿生面兩邊的晶體的位向不同，成鏡面對稱；3）滑移：滑移所造成的臺階經(jīng)拋光后，即使再浸蝕也不會重現(xiàn)；孿生：由于孿生改變了晶體取向，因此孿生經(jīng)拋光和浸蝕后仍能重現(xiàn)；4）滑移：滑移是一種不均勻的切變，它只集中在某些晶面上大量的進行，而各滑移帶之間的晶體并未發(fā)生滑移；孿生：孿生是一種均勻的切變，即在切變區(qū)內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。作用：晶體塑性變形過程主要依靠滑移機制來完成的；孿生對塑性變形的貢獻比滑移小得多，但孿生改變了部分晶體的空間取向，使原來處于不利取向的滑移系轉變?yōu)樾碌挠欣∠?，激發(fā)晶體滑移。7.試述金屬塑性變形后組織結構與性能之間的關系，闡明加工硬化在機械零構件生產(chǎn)和服役過程中的重要試述金屬塑性變形后組織結構與性能之間的關系，意義。答：關系：隨著塑性變形程度的增加，位錯密度不斷增大，位錯運動阻力增加，金屬的強度、硬度增加，而關系：關系塑性、韌性下降。重要意義：1）提高金屬材料的強度；2）是某些工件或半成品能夠加工成形的重要因素；3）提高零件或構件在使用過程中的安全性。8.金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應力？研究這部分殘留內(nèi)應力有什么實際意義？金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應力？研究這部分殘留內(nèi)應力有什么實際意義？答：殘余內(nèi)應力存在的原因1）塑性變形使金屬工件或材料各部分的變形不均勻，導致宏觀變形不均勻；2）塑性變形使晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆?，導致微觀內(nèi)應力；3）塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯或空位，使點陣中的一部分原子偏離其平衡位置，導致點陣畸變內(nèi)應力。實際意義：可以控制材料或工件的變形、開裂、應力腐蝕；可以利用殘留應力提高工件的使用壽命。9.何謂脆性斷裂和塑性斷裂，若在材料中存在裂紋時，試述裂紋對脆性材料和塑性材料斷裂過程中的影響。答：塑性斷裂又稱為延性斷裂，斷裂前發(fā)生大量的宏觀塑性變形，斷裂時承受的工程應力大于材料的屈服強度。在塑性和韌性好的金屬中，通常以穿晶方式發(fā)生塑性斷裂，在斷口附近會觀察到大齡的塑性變形痕跡，如縮頸。金屬脆性斷裂過程中，極少或沒有宏觀塑性變形，但在局部區(qū)域任然存在著一定的微觀塑性變形。斷裂時承受的工程應力通常不超過材料的屈服強度，甚至低于按宏觀強度理論確定的許用應力，因此又稱為低應力斷裂。在塑性材料中，斷裂是胃口形成、擴大和連接的過程，在打的應力作用下，基體金屬產(chǎn)生塑性變形后，在基體和非金屬夾雜物、析出相粒子周圍產(chǎn)生應力集中，使界面拉開，或使異相顆粒折斷形成微孔。微孔擴大和鏈接也是基體金屬塑性變形的結果。當微孔擴大到一定的程度，相鄰微孔見的金屬產(chǎn)生較大的塑性變形后就發(fā)生微觀塑性失穩(wěn)，就像宏觀實驗產(chǎn)生縮頸一樣，此時微孔將迅速擴大，直至細縮成一線，最后由于金屬與金屬件的連線太少，不足以承載而發(fā)生斷裂。脆性材料中，由于斷裂前既無宏觀塑性變形，又無其他預兆，并且一旦開裂后，裂紋擴展迅速，造成整體斷裂或河大的裂口，有時還產(chǎn)生很多碎片，容易導致嚴重事故。10.何謂斷裂韌度，它在機械設計中有何作用？答：在彈塑性條件下，當應力場強度因子增大到某一臨界值，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致材料斷裂，這個臨界或失穩(wěn)擴展的應力場強度因子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展即抵抗脆斷的能力，是材料的力學性能指標。第七章1.用冷拔銅絲制成導線，冷拔之后應如何處理，為什么？答：冷拔之后應該進行退火處理。因為冷拔是在再結晶溫度以下進行加工，因此會引起加工硬化，所以要通過回復再結晶，使金屬的強度和硬度下降，提高其塑性。2.一塊厚純金屬板經(jīng)冷彎并再結晶退火后，試畫出界面上的顯微組織示意圖。3.已知W、Fe、Cu的熔點分別為3399℃、1538℃和1083℃，試估算其再結晶溫度。解：T再=σTm，其中σ=0.35~0.4，取σ=0.4，則W、Fe、Cu的再結晶溫度分別為3399℃×0.4=1359.6℃、1538℃×0.4=615.2℃和1083℃×0.4=433.2℃4.說明以下概念的本質區(qū)別：1）一次再結晶和二次再結晶；2）再結晶時晶核長大和再結晶后晶粒長大。解：1）再結晶：當退火溫度足夠高、時間足夠長時，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應變的新晶粒──再結晶核心。新晶粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過程稱為再結晶。過程的驅動力也是來自殘存的形變貯能。與金屬中的固態(tài)相變類似，再結晶也有轉變孕育期，但再結晶前后，金屬的點陣類型無變化。再結晶完成后，正常的晶粒應是均勻的、連續(xù)的。但在某些情況下，晶粒的長大只是少數(shù)晶粒突發(fā)性地、迅速地粗化，使晶粒之間的尺寸差別越來越大。這種不正常的晶粒長大稱為晶粒的反常長大。這種晶粒的不均勻長大就好像在再結晶后均勻細小的等軸晶粒中又重新發(fā)生了再結晶，所以稱為二次再結晶。其發(fā)生的基本條件是正常晶粒長大過程被分散相粒子、織構或表面熱蝕等所強烈阻礙，當一次再結晶組織被繼續(xù)加熱時，上述阻礙因素一旦被消除，少數(shù)特殊晶界將迅速遷移，導致少數(shù)晶粒變大，而大晶粒界面通常是凹向外側的，因此在晶界能的驅動下，大晶粒將繼續(xù)長大，直至相互接觸形成二次再結晶組織。二次再結晶為非形核過程，不產(chǎn)生新晶核，而是以一次再結晶后的某些特殊晶粒作為基礎而長大的。5.分析回復和再結晶階段空位與位錯的變化及其對性能的影響。答：回復可分為低溫回復，中溫回復以及高溫回復。低溫回復階段主要是空位濃度明顯降低。原因：低溫回復階段主要是空位濃度明顯降低。中溫回復階段由于位錯運動會導致異號位錯合并而相互抵消，此階段由于位錯運動會導致異號位錯合并而相互抵消，位錯密度有所降低，但降幅不大。所以力學性能只有很少恢復。密度有所降低，但降幅不大。所以力學性能只有很少恢復。高溫回復的主要機制為多邊化。多邊化由于同號刃型位錯的塞積而導致晶體點陣彎曲，由于同號刃型位錯塞積而導致晶體點陣彎曲，在退火過程中通過刃型位錯的攀移和滑移，通過刃型位錯的攀移和滑移，使同號刃型位錯沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亞晶界。此過程稱為多邊（形）化。多晶體金屬塑性變形時，多晶體金屬塑性變形時，金屬塑性變形時滑移通常是在許多互相交截的滑移面上進行，截的滑移面上進行，產(chǎn)生由纏結位錯構成的胞狀組織。因此，多邊化后不僅所形成的亞晶粒小得多，而且許多亞晶界是由位錯網(wǎng)組成的。對性能影響：去除殘余應力，使冷變形的金屬件在基本保持應變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應力，以免變形或開裂，保持應變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應力，以免變形或開裂，并改善工件的耐蝕性。并改善工件的耐蝕性。再結晶是一種形核和長大的過程，靠原子的擴散進行。冷變形金屬加熱時組織與性能最顯著的變化就是在再結晶階段發(fā)生的。特點：1）、組織發(fā)生變化，由冷變形的伸長晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒；2）、力學性能發(fā)生急劇變化，強度、硬度急劇下降，應變硬化全部消除，恢復到變形前的狀態(tài)3）、變形儲能在再結晶過程中全部釋放。三類應力（點陣畸變）、變形儲能在再結晶過程中全部釋放。對性能影響：強度迅速下降，強度迅速下降，塑性迅速升高。冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，在再結晶階段發(fā)生突變。6.何謂臨界變形度，在工業(yè)生產(chǎn)中有何意義。再結晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關系，在某個變形程度時再結晶后得到的晶粒特別粗大，對應的冷變形程度稱為臨界變形度粗大的經(jīng)歷對金屬的力學性能十分不利，故在壓力加工時，應當避免在臨界變形程度范圍內(nèi)進行加工，一面再結晶后產(chǎn)生粗晶。此外，在鍛造零件時，如鍛造工藝或鍛模設計不當，局部區(qū)域的變形量可能在臨界變形度范圍內(nèi)，則退貨后造成局部粗晶區(qū)，時零件在這些部位遭到破壞。7.一塊純錫板被槍彈擊穿，經(jīng)再結晶退火后，大孔周圍的晶粒大小有何特征，并說明原因。答：晶粒異常長大，因為受子彈擊穿后，大孔周圍產(chǎn)生了較大的變形度，由于變形度對再結晶晶粒大小有著重大影響，而且在受擊穿空洞的周圍其變形度呈現(xiàn)梯度變化，因此當變形度達到某一數(shù)值的時候，就會得到特別粗大的晶粒了。10.金屬材料在熱加工時為了獲得較小的晶粒組織，應該注意什么問題？答：應該注意其變形度避開金屬材料的臨界變形度；提高再結晶退火溫度；盡量使原始晶粒尺寸較細；一般采用含有較多合金元素或雜志的金屬材料，這樣不僅增加變形金屬的儲存能，還能阻礙晶界的運動，從而起到細化晶粒的作用。11.為了獲得較小的晶粒組織，應該根據(jù)什么原則制定塑性變形以及退火工藝？答：在熱軋或鍛造過程中：在熱軋或鍛造過程中：1)控制變形度；控制變形度；控制變形度2)控制熱軋或鍛造溫度?？刂茻彳埢蝈懺鞙囟取？刂茻彳埢蝈懺鞙囟燃毣Я７椒ㄔ跓崽幚磉^程中：控制加熱和冷卻工藝參數(shù),控制加熱和冷卻工藝參數(shù)利用相變重結晶來細化晶粒。重結晶來細化晶粒。對冷變形后退火態(tài)使用的合金：1)控制變形度；控制變形度；控制變形度2)控制再結晶退火溫度和時間?？刂圃俳Y晶退火溫度和時間?？刂圃俳Y晶退火溫度和時間第八章1.何謂擴散，固態(tài)擴散有哪些種類？答：擴散是物質中原子（或分子）的遷移現(xiàn)象，是物質傳輸?shù)囊环N方式。固態(tài)擴散根據(jù)擴散過程是否發(fā)生濃度變化可以分為自擴散和異擴散；根據(jù)擴散是否與濃度梯度的方向相同可分為上坡擴散和下坡擴散；根據(jù)擴散過程是否出現(xiàn)新相可分為原子擴散和反應擴散。2.何謂上坡擴散和下坡擴散?試舉幾個實例說明之。上坡擴散是沿著濃度升高的方向進行擴散，即由低濃度向高濃度方向擴散，使?jié)舛劝l(fā)生兩級分化。例如奧氏體向珠光體轉變的過程中，碳原子由濃度較低的奧氏體向濃度較高的滲碳體擴散，就是上坡擴散。下坡擴散就是沿著濃度降低的方向進行的擴散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧玷T件的均勻化退火、滲碳等過程都是下坡擴散。3.擴散系數(shù)的物理意義是什么?影響因素有哪些？擴散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)，其物理意義相當于濃度梯度為1時的擴散通量，D的值越大，則擴散越快。影響因素：4.固態(tài)金屬中要發(fā)生擴散必須滿足哪些條件。固態(tài)金屬要發(fā)生擴散，必須滿足：1）擴散要有驅動力2）擴散原子要固溶3）溫度要足夠高4）時間要足夠長5.鑄造合金均勻化退火前的冷塑性變形對均勻化過程有何影響?是加速還是減緩?為什么。塑性變形有細化晶粒的作用，使均勻擴散原子遷移的距離縮短，所以應該是加速，因為1）內(nèi)能提高；2）粗大的枝晶被打碎，擴散距離縮短，擴散過程加快。.6.已知銅在鋁中的擴散常數(shù)D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol，試計算在477℃和497℃時銅在鋁中的擴散系數(shù)。解：由擴散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)及已知條件D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol帶入到擴散系數(shù)公式中，可得D1=D0e(-Q/RT)=0.84×10-5×e-136×10^3/[8.31×(477+273)]=2.8022×

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-15m2／sD2=D0e(-Q/RT)=0.84×10-5×e-136×10^3/[8.31×(497+273)]=4.9391

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-15m2／s故在477℃和497℃時銅在鋁中的擴散系數(shù)分別為2.8022×

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-15m2／s和4.9391

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-15m2／s。8.可否用鉛代替鉛錫合金作對鐵進行釬焊的材料，試分析說明之。答：不能，因為錫在鐵中的擴散速度要比鉛快得多，因此用鉛錫合金作為釬焊材料，有助于保證焊接接頭的強度，若用鉛代替，則鉛在鐵中的擴散速率較低，異擴散速度較慢，因此將使焊接接頭性能大大降低。10.滲碳是將零件置于滲碳介質中使碳原子進入工件表面，然后以下坡擴散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴散的熱處理方法。試問：(1)溫度高低對滲碳速度有何影響?(2)滲碳應當在r-Fe中進行還是應當在α-Fe中進行?(3)空位密度、位錯密度和晶粒大小對滲碳速度有何影響？答：1）溫度高時滲碳速度加快。溫度是影響擴散系數(shù)的最主要因素。隨著溫度的升高，擴散系數(shù)急劇增大。這是由于溫度越高，則原子的振動能越大，因此借助于能量起伏而越過勢壘進行遷移的原子幾率越大。此外，溫度升高，金屬內(nèi)部的空位濃度提高，這也有利于擴散。2）應當在γ-Fe中進行。盡管碳原子在α-Fe中的擴散系數(shù)比在γ-Fe中的大，可是滲碳溫度仍選在奧氏體區(qū)域。其原因一方面是由于奧氏體的溶碳能力遠比鐵素體大，可以獲得較大的滲層深度；另一方面是考慮到溫度的影響，溫度提高，擴散系數(shù)也將大大增加。在位錯、空位等缺陷處的原子比完整晶格處的原子擴散容易得多。原子沿晶界擴散比晶內(nèi)快。因此，空位密度、位錯密度越大，晶粒越小，則滲碳速度越快。第九章1、簡述鋼中板條馬氏體和片狀馬氏體的形貌特征和亞結構，并說明它們在性能上的差異。(10分)一般認為板條馬氏體為位錯馬氏體，馬氏體內(nèi)部有很多位錯。片狀馬氏體為攣晶馬氏體，馬氏體內(nèi)部亞結構為攣晶。板條馬氏體的組織特征：每個單元呈窄而細長的板條，板條體自奧氏體晶界向晶內(nèi)相互平行排列成群，其中的板條束為慣習面相同的平行板條組成。板條寬度0.1～0.2微米，長度小于10微米，板條間有一層奧氏體膜；一個奧氏體晶粒內(nèi)包含幾個板條群。片狀馬氏體的特征：馬氏體片互不平行而是呈一定的夾角排列，在顯微鏡下觀察時呈針狀或竹葉狀。初生者較厚較長，橫貫整個奧氏體晶粒（第一片分割奧氏體晶粒，以后的馬氏體片愈來愈小。）第十章1、影響加熱速度的因素有哪些?為什么?(H)

答:(1)加熱方法(加熱介質)的不同.

由綜合傳熱公式Q=а(T介-T工)得知,當加熱介質與被加熱工件表面溫度差(T介-T工)越小,單位表面積上在單位時間內(nèi)傳給工件表面的熱量越小,因而加熱速度越慢.

(2)工件在爐內(nèi)排布方式的影響.

工件在爐內(nèi)的排布方式直接影響熱量傳遞的通道,例如輻射傳遞中的擋熱現(xiàn)象及對流傳熱中影響氣流運動情況等,從而影響加熱速度.

(3)工件本身的影響.

工件本身的幾何形狀、工件表面積與其體積之比以及工件材料的物理性能(C、l、g等)直接影響工件內(nèi)部的熱量傳遞及溫度,從而影響加熱速度.同種材料制成的工件,當其特征尺寸s與形狀系數(shù)k的乘積相等時,以同種方式加熱時則加熱速度相等

2、回火爐中裝置風扇的目的是什么?氣體滲碳爐中裝置風扇的目的是什么?(J)

回火爐中裝置風扇的目的是為了溫度均勻,避免因為溫度不均而造成材料回火后的硬度不均.氣體滲碳爐中裝置的風扇的目的是為了氣氛的均勻,避免造成貧碳區(qū)從而影響組織性能.

3、今有T8鋼工件在極強的氧化氣氛中分別與950度和830度長時間加熱,試述加熱后表層緩冷的組織結構,為什么?(H)

根據(jù)題意,由于氣氛氧化性強,則爐火碳勢低.在950℃長時間加熱時,加熱過程中工件表面發(fā)生氧化脫碳.工件最外層發(fā)生氧化反應,往里,由于950℃高于Fe-C狀態(tài)圖中的G點,所以無論氣氛碳勢如何低,脫碳過程中從表面至中心始終處于A狀態(tài),緩冷后,由表面至中心碳濃度由于脫碳和擴散作用,碳含量依次升高直至0.8%,所以組織依次為鐵素體和珠光體逐漸過渡到珠光體,再至相當于碳含量為0.8%的鋼的退火組織(P+C).當工件在830℃加熱時,溫度低于G點,最外層依然會發(fā)生氧化反應.往里,工件將在該溫度下發(fā)生脫碳.由于氣氛氧化性極強,則碳勢將位于鐵素體和奧氏體的雙相區(qū),所以工件發(fā)生完全脫碳.由外及里的組織在緩冷后依次是鐵素體,鐵素體加珠光體,珠光體加滲碳體.

4、什么叫回火穩(wěn)定性?能明顯提高回火穩(wěn)定性的合金元素有哪些?提高鋼的回火穩(wěn)定性有什么作用?(J)

回火穩(wěn)定性:淬火鋼隨回火溫度升高,材料的強度和硬度下降快慢的程度,也稱回火抗力或抗回火軟化能力(如馬氏體的分解,碳化物的析出與鐵素體的再結晶)的抵抗能力.通常以鋼的回火溫度-硬度曲線來表示,硬度下降慢則表示回火穩(wěn)定性高或回火抗力大.回火穩(wěn)定性也是與回火時組織變化相聯(lián)系的,它與鋼的熱穩(wěn)定性共同表征鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性程度,表征模具在高溫下的變形抗力.

提高鋼的回火穩(wěn)定性:這主要表現(xiàn)為合金元素在回火過程中推遲了馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變,提高了鐵素體的再結晶溫度,使碳化物難以聚集長大而保持較大的彌散度,從而提高了鋼對回火軟化的抗力,即提高了鋼的回火穩(wěn)定性.提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等.提高鋼的回火穩(wěn)定性,可以使得合金鋼在相同溫度下回火時,比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強度(對工具鋼和耐熱鋼特別重要),或者在保證相同強度的條件下,可在更高的溫度下回火,而使韌性更好些(對結構鋼很重要).

5、影響淬火介質冷卻能力的因素;

分為材料本身的物理性質的影響和外界條件的影響:

介質本身:(1)比熱容:比熱容越大,介質冷卻能力越大;(2)導熱率:導熱系數(shù)越大,冷卻能力越小;(3)粘度:粘度越大,冷卻能力越小;(4)汽化熱:汽化熱越大,冷卻能力越大;(5)蒸汽壓:蒸汽壓越小,冷卻能力越大;(6)添加劑改善淬火介質的冷卻能力.

外界條件:(1)溫度:溫度越高,冷卻能力越小;(2)攪拌:加快淬火介質的運動,故對冷卻能力有很大影響;(3)工件的運動狀況,運動程度越劇烈,淬火介質冷卻能力越大.

6、20GrMnTi鋼拖拉機傳動齒輪,鍛后要進行車內(nèi)孔,拉花鍵及滾齒等機械加工,然后進行滲碳淬火,回火.問鍛后和機械加工前是否需要熱處理?若需要,應進行何種熱處理?主要工藝參數(shù)如何選擇?(J)

鍛后和機械加工前需要正火處理,這樣可使同批毛坯具有相同的硬度(便于切削加工),可以細化精粒,均勻組織,為后續(xù)的滲碳與淬火提供良好的組織狀態(tài);二則應該是把硬度調(diào)整到利于切削加工的硬度

正火工藝:正火加熱溫度為Ac3以上120~150(即在960℃左右),其原則是在不引起晶粒粗話的前提下盡量采用高的加熱溫度,以加速合金碳化物的溶解和奧氏體的均勻化,然后風冷5分鐘左右,接著在640℃等溫適當時間后空冷,硬度在HB180左右,利于切削加工.

7、45鋼普通車床傳動齒輪,其工藝路線為鍛造---熱處理---機械加工----高頻淬火m回火.試問鍛后應進行何種熱處理,為什么?常用淬火介質及冷卻特性;(H)

進行正火處理,45鋼市中碳鋼,正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度.對45鋼,雖然碳含量較高,硬度稍高,但由于正火生產(chǎn)率高,成本低,隨意采用正火處理.

8、65Mn鋼制彈簧,已知該種鋼直徑30mm的軸在循環(huán)水中淬時可以完全淬透,現(xiàn)有彈簧系由直徑為15mm的圓鋼盤制,試問,用循環(huán)油淬火時能否淬透?(G)

可以淬透.水的淬火烈度為1.2,油的為0.4,在理想臨界直徑、實際臨界直徑與淬火烈度的關系圖中,可以得到該鋼的理想臨界直徑為44mm,再從此處向上引垂線,與H=0.4相交,再從交點引水平線與縱坐標交于16mm處,即該種鋼在油淬中的臨界直徑為16mm,故15mm的圓鋼盤油中能淬透.

9、設有一種490柴油機連桿螺栓,直徑12mm,長77mm,材料為40Cr鋼,調(diào)質處理.要求淬火后心部硬度大于HRC45,調(diào)質處理后心部為HRC22~33,試制定調(diào)質處理工藝.(W)

淬火后心部硬度大于45,即完全淬透,可采有在825~860攝氏度油冷(H=0.4),淬火后低溫回火,可得板條狀M,可滿足調(diào)質后心部硬度要求.

10、回火溫度的選擇和確定;

9、熱處理加熱時間的確定.(G)

回火溫度的選擇和確定主要取決于工件的使用性能,技術要求,材料類型及淬火狀態(tài).

(1)采用強烈的淬火介質淬火時,回火溫度取上限,分級淬火或等溫淬火的工件,回火溫度取下限.

(2)采用油冷淬火時,如果工件出油溫度較高,尤其是大件,回火溫度取下限.

(3)裝箱工件回火溫度取上限,甚至更高些,不裝箱工件取下限.

(4)箱型回火爐取上限,鹽熔爐回火取下限;

(5)合金工具鋼,滲碳件,高碳鋼淬火后硬度超過HRC56,中碳硬度超過HRC45,按正常溫度回火,若低于上述硬度,回火溫度應取低一些.

回火時間:一般空氣爐中按2-5min/mm選取,但整個工件的回火時間不小于80-40min.在液體介質中回火是時間可縮短50-60%.

11、有直徑25mm,長125mm光軸一種,離軸端1/3處有5x5x25鍵槽一個,45鋼制,自820度水淬,入水方向為軸線垂直水面,試分析淬火后可能引起的變形.(W)

(1)淬火前后組織變化而引起的體積變形45號鋼為亞共析鋼,淬火前的組織為先共析鐵素體和珠光體,即鐵素體和滲碳體的混合組織,而淬火后大部分為為馬氏體組織.由于這些組織的幽邃不同,淬火前后將引起體積變化,體面產(chǎn)生變形.

(2)入水方向為軸線垂直水面,結構上含鍵槽,高溫時冷卻不均勻,將會發(fā)生扭曲變形.

(3)直徑25MM,大于45號鋼的臨界淬透直徑,故不能完全淬透,所產(chǎn)生的應力我與熱應力類似,尺寸較大的一方縮小,而尺寸較小的一方剛脹大,對于上述構件,長度方向縮短,直徑方向脹大.鍵槽處壁向內(nèi)凸出.

12、何謂透入式加熱和傳導式加熱?試比較它們的優(yōu)缺點.如何選擇這兩種假如方式?(C)

感應加熱的類型及其特性

特性

感應加熱的類型

傳導式加熱

透入式加熱

零件熱能的產(chǎn)生

在表面

在淬硬層內(nèi)為主

溫度分布

按熱傳導定律

陡,接近直角

表面過熱度

快速加熱時較大

小(快速加熱時亦小)

零件非淬火部分受熱

較大

小

加熱時間

較長(按分計),特別在要求深度大、過熱度小時

較短(按秒計),在要求深度大、過熱度小時也相同

勞動生產(chǎn)率

低高零件加熱熱效率

低,當表面過熱度Dt=100℃時,e=13%

高,當表面過熱度Dt=100℃時,e>30%

透入式加熱也稱作熱容量加熱,即當零件加熱時,電流熱透入深度大于淬硬層深度.可用下式表示:d熱>X淬.透入式加熱時淬硬層的熱能由渦流產(chǎn)生,整個層中的溫度基本上是均勻的.

傳導式加熱也稱作表層加熱,即當零件加熱時,電流熱透入深度小于淬硬層深度.可用下式表示d熱<X淬.傳導式加熱時,熱能只產(chǎn)生在d熱這一層,超過d熱后的金屬,其溫度的提高完全依靠熱傳導.

透入式加熱較傳導式加熱有如下特點:

(a)表面的溫度超過A2點以后,最大密度的渦流流向內(nèi)層,表層加熱速度開始變慢,不易過

熱,而傳導式加熱隨著加熱時間的延長,表面繼續(xù)加熱容易過熱.

(b)加熱迅速,熱損失小,熱效率高

(c)熱量分布較陡,淬火后過渡層較窄,使表面壓應力提高.

如何選擇:(1)在大量生產(chǎn)條件下應選擇透入式加熱

(2)透人式加熱電能消耗少,淬火成本低.

(3)傳導式加熱時,隨著淬硬層深度的增加,熱的有效利用率更加降低,淬火成本

更趨增高.

13、淬火變形的控制.(G)

(1)改進工件結構,合理選材,調(diào)整加工余量;

(2)增加預熱或去應力退火工藝;

(3)采用多次預熱、預冷淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火等多種操作方法;

(4)合理支撐捆綁淬火加熱工件;

(5)對變形工件進行校直.

14、試比較高頻感應加熱,火焰加熱之異同點,以及它們在表面淬火時的特點.(W)

原理:感應加熱表面淬火即以電磁感應原理在工件表面門生電流密度很高朋滿座渦流來加熱工件表面的淬火方法.火焰淬火即用溫度極高的可燃氣體火焰直接加熱工件表面的表面淬火方法.

感應加熱所需熱能除渦流產(chǎn)生的熱效應處,還有"磁滯現(xiàn)象"所引起的熱效應.由于集膚效應,交變頻率越高,電流密度分布不均的現(xiàn)象越嚴重,工件表面能迅速被加熱,其心部剛幾乎未被加熱.加熱方式分為透入式加熱和傳導式加熱.感應加熱溫度與加熱速度和淬火前原始組織有關,一般高頻加熱淬火溫度可比普通加熱淬火溫度高30~200度.常用感應加熱有兩種方式,同時加熱法和連續(xù)加熱法.通常借控制加熱時間來控制加熱溫度最常用的盜劫方式是噴射冷卻法和浸液冷卻法.常用的淬火介質有水,聚已烯醇水溶液,聚丙烯水溶液,乳化液和油.感應加熱淬火后一般只進行低溫回火,其目的是為了降低瑹應力和脆性,而又不度,一回火方式有爐中回火,自回火和感應加熱回火.

火焰加油表面淬火的優(yōu)點是:設備簡單,使用方便,成本低;不受工件體積大小的限制,可靈活移動使用;淬火后表面清潔,無氧化,脫碳現(xiàn)象,變形也小.其缺點是:表面容易過熱;較難得到小于2MM的淬硬層嘗試,只適用于火焰噴射方便的表層上下一心所采用的混合氣體有爆炸危險.

15、淬透性曲線在工藝上的應用(G)

(1)根據(jù)淬火曲線合理選擇鋼材,以滿足心部硬度的要求;

(2)預測材料的組織和硬度;

(3)根據(jù)端淬試驗曲線,確定熱處理工藝,如在給定工件所用材料及淬火硬度的要求情況下,選用淬火介質等.

16、鋼在非平衡加熱時的相變特點;(G)

(1)在一定的加熱速度范圍內(nèi),臨界點隨加熱速度的增加而提高;

(2)奧氏體成分不均勻性隨著加熱速度的增大而增大,