工程材料及成形技術基礎課課后習題參考答案

工程材料及成形技術基礎課課后習題參考答案第一章：1-1機械零件在工作條件下可能承受哪些負荷？這些負荷對零件產(chǎn)生什么作用？答：機械零件在工作條件下可能承受到力學負荷、熱負荷或環(huán)境介質的作用（單負荷或復合負荷的作用）。力學負荷可使零件產(chǎn)生變形或斷裂；熱負荷可使零件產(chǎn)生尺寸和體積的改變，產(chǎn)生熱應力，熱疲勞，高溫蠕變，隨溫度升高強度降低（塑性、韌性升高），承載能力下降；環(huán)境介質可使金屬零件產(chǎn)生腐蝕和摩擦磨損兩個方面、對高分子材料產(chǎn)生老化作用。1-3與、。和「含義是什么？什么叫比強度？什么叫比剛度？答：Qs—Ps/F0,屈服強度，用于塑性材料。。一P/F。,產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的條件屈服強度，用于無明顯屈服現(xiàn)象的材料。。b—Pb/Fo,抗拉強度，材料抵抗均勻塑性變形的最大應力值。比強度－材料的強度與其密度之比。比剛度—材料的彈性模量與其密度之比。思考1—1、1—2.2-3晶體的缺陷有哪些？可導致哪些強化？答：晶體的缺陷有：⑴點缺陷一一空位、間隙原子和置換原子，是導致固溶強化的主要原因。⑵線缺陷一一位錯，是導致加工硬化的主要原因。⑶面缺陷一一晶界，是細晶強化的主要原因。2-5控制液體結晶時晶粒大小的方法有哪些？答：見P101.3.4.2液態(tài)金屬結晶時的細晶方法。⑴增加過冷度；⑵加入形核劑（變質處理）；⑶機械方法（攪拌、振動等）。2-8在鐵-碳合金中主要的相是哪幾個？可能產(chǎn)生的平衡組織有哪幾種？它們的性能有什么特點？答：在鐵-碳合金中固態(tài)下主要的相有奧氏體、鐵素體和滲碳體?？赡墚a(chǎn)生的室溫平衡組織有鐵素體加少量的三次滲碳體（工業(yè)純鐵），強度低塑性好；鐵素體加珠光體（亞共析鋼），珠光體（共析鋼），珠光體加二次滲碳體（過共析鋼），綜合性能好；萊氏體加珠光體加二次滲碳體（亞共晶白口鑄鐵），萊氏體（共晶白口鑄鐵），萊氏體加一次滲碳體（過共晶白口鑄鐵），硬度高脆性大。思考題鐵-碳合金相圖反映了平衡狀態(tài)下鐵-碳合金的成分、溫度、組織三者之間的關系，試回答：⑴隨碳質量百分數(shù)的增加，鐵-碳合金的硬度、塑性是增加還是減小？為什么？⑵過共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體對強度、塑性的影響怎樣？⑶鋼有塑性而白口鐵幾乎無塑性，為什么？⑷哪個區(qū)域的鐵-碳合金熔點最低？哪個區(qū)域塑性最好？*⑸哪個成分結晶間隔最?。磕膫€成分結晶間隔最大？答：⑴隨碳質量百分數(shù)的增加，硬度增加、塑性減小。因為隨碳質量百分數(shù)的增加，滲碳體量增加而硬度增加，鐵素體量減少而塑性減少。即硬度只與滲碳體量多少有關，塑性只與鐵素體量多少有關。⑵過共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體對強度、塑性均降低。因為網(wǎng)狀滲碳體破壞了基體的連續(xù)性導致強度下降。⑶塑性主要與鐵-碳合金中的鐵素體相含量多少有關，鐵素體相含量越多塑性越好。鋼含碳量低（3C<2.11%）鐵素體相含量多形成綜合力學性能好的珠光體為基體而有塑性，白口鐵含碳量高（3C>2.11%）,滲碳體相含量高形成硬而脆的萊氏體為基體而幾乎沒有塑性。⑷共晶點成分合金（3c=%）的熔點最低，奧氏體區(qū)（GSEJNG）塑性最好（面心立方晶格）。*⑸C點共晶成分（3。=4.3%）、組元純鐵Fe（3c=0%）及滲碳體Fe3c（?c=6.69%）的結晶間隔最小（為零），E點（3。=2.11%）成分結晶間隔最大。2.簡述3c=0.4%的鋼從液態(tài)冷卻到室溫時的結晶過程及組織。答：3c=0.4%的鋼屬于亞共析鋼，結晶過程為：LfL+AfAfA+FfP+F思考2—2 2—4 2—6第二章：3-1什么是珠光體、貝氏體、馬氏體？它們的組織及性能有何特點？答：珠光體（P）—鐵碳合金平衡狀態(tài)下，在PSK線（727℃）發(fā)生共析轉變的轉變產(chǎn)物，即鐵素體片和滲碳體片交替排列的機械混合物組織。強度比鐵素體和滲碳體都高，塑性、韌性和硬度介于鐵素體和滲碳體之間。熱處理后可得到在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體的粒狀珠光體，綜合性能更好。貝氏體（B）—從550℃到乂$范圍內中溫轉變、半擴散型轉變的非平衡組織，即含過飽和碳的鐵素體和滲碳體的非片層狀混合物組織。按組織形態(tài)不同分羽毛狀的上貝氏體（B上）和針片狀的下貝氏體（B下）。上貝氏體脆性大無實用價值，下貝氏體的鐵素體針細小，過飽和度大，碳化物彌散度大，綜合性能好。馬氏體（M）—Ms-Mf之間低溫轉變、非擴散型轉變的非平衡組織，即過飽和碳的a固溶體。體心正方晶格，分板條馬氏體（低碳馬氏體3c<0.20%,位錯馬氏體），強韌性較好；針狀馬氏體（高碳馬氏體3c>1.0%,孿晶馬氏體），大多硬而脆；3c在0.2%?1.0%之間為兩者的混合組織。馬氏體的含碳量越多，硬度越高，馬氏體有弱磁性。A-M,體積要膨脹，產(chǎn)生較大的內應力。3-8什么是淬火？淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪幾種？說明各種淬火方法的優(yōu)缺點及其應用范圍。答：淬火一將鋼加熱到高溫奧氏體化后以大于臨界冷卻速度Vk冷卻獲得馬氏體或貝氏體的工藝。淬火的目的是使鋼獲得高硬度的組織。常用的淬火方法有單介質淬火、雙介質淬火、分級淬火和等溫淬火。單介質淬火操作簡單但淬火應力大，雙介質淬火可降低淬火應力，但經(jīng)驗要求高，分級淬火操作易控制且能有效降低淬火應力，但受尺寸限制只宜小件，等溫淬火獲得下貝氏體組織，強韌性好且變形小，同樣受尺寸限制。適用于處理形狀復雜、要求變形小或韌性高的合金鋼零件。3-10鋼淬火后為什么一定要回火？說明回火的種類及主要應用范圍。答：鋼淬火后一般不能直接使用，因為：①零件處于高應力狀態(tài)（>300?500MPa）,放置或使用時很容易變形和開裂；②淬火態(tài)的組織（M+A）是極端非平衡的亞穩(wěn)定狀態(tài)，有向穩(wěn)定組織轉變的自發(fā)趨向，放置或使用中組織轉變，引起性能和尺寸變化；③淬火狀態(tài)一般是同種鋼最硬狀態(tài)，但不一定是使用所要求的狀態(tài)?；鼗鸬哪康模孩俳档突蛳慊饝Γ虎诨鼗鸬姆N類及主要應用范圍見下表。類別回火溫度/℃組織和硬度/HRC回火目的主要應用范圍低溫回火150?250M回，58?64保持高硬度，高耐磨性，消除應力，降低脆性刃具，冷作模具，量具，滲碳件，表面淬火件，滾動軸承等中溫回火350?500T回，35?50獲高的屈服強度和彈性極限彈簧，模鍛錘桿，熱作模具等高溫回火500?650S回，25?35獲高的綜合機械性能連桿，軸等思考題1.試說明下列鋼件應采用何種退火工藝、退火的目的及退火后的組織：⑴經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；⑵鑄造成形的機床床身；⑶經(jīng)鍛造過熱（晶粒粗大）的3c=0.60%的鍛件；⑷具有片狀滲碳體組織的T12鋼件。正火與退火的主要區(qū)別有哪些？生產(chǎn)中應如何選擇？答： ⑴再結晶退火，消除加工硬化；⑵去應力退火，消除鑄造應力；⑶完全退火，細化晶粒；⑷球化退火，改善切削加工性能和為最終熱處理作組織準備。正火與退火的主要區(qū)別是： ⑴冷卻速度不同，正火冷卻速度比退火快；⑵退火分相變退火和不相變退火，正火必須加熱到奧氏體區(qū)；⑶組織性能，正火比退火的析出相（F、Fe3C）少,組織細，強度硬度高，塑性韌性也好。生產(chǎn)中選擇⑴改善切削加工性能，一般3c<0.5%的鋼用正火，提高硬度，3c>0.5%的鋼用退火，降低硬度；⑵消除過共析鋼網(wǎng)狀二次滲碳體只能用正火;⑶在許可情況下優(yōu)先用正火，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效率。2. 在什么情況下采用表面淬火、表面化學熱處理、表面形變強化及其他表面處理？用20（3c=0.20%）鋼進行表面淬火和用45（3c=0.45%）鋼進行滲碳處理是否合適？為什么？答：表面淬火是使表面獲得高硬度高耐磨性的淬火組織而工件內部仍保持原有組織與性能。使零件整體獲得“表硬心韌”的性能，用于要求能承受一定沖擊并且表面承受摩擦磨損的零件（如齒輪的輪齒，機床的道軌，軸及花鍵軸等）。表面淬火只能少量提高表面硬度，一般用于中碳結構鋼和中碳低合金結構鋼，有時也用于沖擊較小的高碳鋼刃具、模具及鑄鐵件。表面化學熱處理是通過改變表層化學成分來改變表層組織、性能。同樣獲得“表硬心韌”的性能，化學熱處理和表面淬火都屬于表面熱處理，但化學熱處理能更有效地提高表層性能。滲碳用于承受沖擊更大，耐磨性要求更高的零件，用低碳結構鋼和低碳合金結構鋼。滲氮用于顯著提高表面硬度和耐磨性，疲勞強度和抗蝕性，氮化溫度低，變形小，但周期長，成本高，只用于對耐磨性和精度要求更高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件，如發(fā)動機氣缸、排氣閥、精密機床絲杠、鏜床主軸等。氮化用中碳合金結構鋼（38CrMoAl是氮化專用鋼）。表面形變強化是通過對零件表面產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，提高表面性能，產(chǎn)生較大的殘余應力，提高疲勞強度，并可清除表面氧化皮，延長使用壽命。特別適用于有缺口的零件、零件的截面變化處、圓角、溝槽及焊縫區(qū)等部位的強化。廣泛用于彈簧、齒輪、葉片、飛機零件等。其他表面處理有高能束表面改性（激光、電子束）、電鍍及化學鍍、氣相沉積技術、熱噴涂技術、化學轉化膜技術等。主要目的是對材料表面進行特殊的強化或作某些功能處理，以提高表面硬度、耐磨性、耐蝕性、耐熱性，或提高零件的裝飾性，或改變表面的電、磁性能等。表面改性技術一般不改變基體材料的成分或組織。20鋼進行表面淬火不合適，低碳鋼表面淬火后表面硬度并不高（W50HRC）,不耐磨;45鋼進行滲碳處理以不合適，中碳鋼滲碳熱處理后心部的韌性不夠，不能承受較大的沖擊。思考3—3 3—4 3—6 3-7 3-114-2 何謂調質鋼？從鋼號如何判別是否為調質鋼?合金調質鋼中常加入的合金元素有哪些？為達到調質鋼相近的強韌性能，還可選用哪些鋼種？答：調質鋼是指在調質處理（淬火＋高溫回火）狀態(tài)下使用的鋼種。一般為中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。從鋼號判別調質鋼主要從①含碳量的表示方法，必須用兩位數(shù)表示的，說明是結構鋼；②含碳量的高低，必須是中碳鋼范圍，即3c=0.25%?0.55%。合金調質鋼中常加入合金元素有:①提高淬透性并產(chǎn)生固溶強化的主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等；②形成穩(wěn)定碳化物，阻止加熱時奧氏體晶粒長大，起細晶強韌化作用的輔加元素Ti、V、W、Mo等，Mo、W還能防止產(chǎn)生高溫回火脆性。合金元素可明顯提高鋼的抗回火能力。為達到調質鋼相近的強韌性，①部分中碳鋼鋼種（如45MnV、35MnS）通過控制鍛造工藝參數(shù)直接生產(chǎn)零件，可達調質的性能；②部分低、中碳鋼鋼種（如20CrMnTi、20MnV、15MnVB、27SiMn、20SiMnMoV等）處理成低碳馬氏體（淬火低溫回火）或下貝氏體（等溫淬火），可代替調質鋼。*4-4高碳刃具鋼、高碳滾動軸承鋼、高碳冷作模具鋼的熱處理方法、使用狀態(tài)組織及性能有何異同處？答：用表分析：鋼種熱處理方法使用狀態(tài)組織性能相同處不同處高碳刃具鋼①②淬火低高碳M回+碳高硬度，高①含碳量均①刃具鋼有①碳素工溫回火；化物+少量殘耐磨性，高為高碳；熱硬性要具鋼；③淬火余奧氏體的熱硬性，②熱處理方求；②低合金560℃三適量的強法基本相②滾動軸承刃具次回火韌性同；鋼對抗腐鋼；（仍是低③使用組織蝕性、抗③高速溫回火）相同；壓強度和鋼。④高硬度和接觸疲勞高碳滾動軸淬火低溫回極細的M回+高的抗壓高耐磨性強度有要承鋼火細粒狀碳化物強度和接要求相求；十少量殘余奧觸疲勞強同。③冷作模具氏體度，高的硬鋼對淬透度和耐磨性要求較性，一定的高；韌性和抗④刃具鋼、腐蝕性冷作模具高碳冷作模①②淬火低高碳M回+碳高強度，高鋼有優(yōu)質具鋼溫回火；化物+少量殘硬度，高耐鋼和高級①碳素工③高溫淬火余奧氏體磨性，一定優(yōu)質鋼之具鋼；510?520℃的韌性和分，滾動

②低合金多次回火（仍是低溫回較高的淬透性軸承鋼只有高級優(yōu)工具鋼；③高碳高火）；質鋼一鉻鋼；④空冷淬火種；④空冷淬回火；⑤冷作模具火冷作⑤同高速鋼鋼使用的模具鋼；鋼種類型⑤基體鋼多。4-7填寫表4-、符號和數(shù)字的含義、組織特點和用途。表4—21鑄鐵牌號的類別、符號和數(shù)字的含義、組織特點和用途鑄鐵牌號符號和數(shù)字的含義類別組織特點用途HT200HT-灰鐵，200-最低抗拉強度為200MPa灰口鑄鐵基體（F+P、P）+G片主要用于承壓件和受力較小的不重要零件KTH350-10KTH-黑心可鐵，350-最低抗拉強度為350MPa,10-最低延伸率為10%.黑心可鍛鑄鐵基體（F）+G團絮用于形狀復雜、承受一定沖擊的薄壁件RuT300RuT-蠕墨鑄鐵，300-最低抗力強度為300MPa蠕墨鑄鐵基體+G蠕蟲用于結構復雜、承受熱循環(huán)載荷、組織致密、強度要求高的鑄件QT600-3QT-球鐵，600-最低抗力強度為600MPa3-最低延伸率為3%球墨鑄鐵基體（P+F）+G球用于受力復雜、對強度、韌性和耐磨性要求高的零件4-8填寫表4-22，指出表中金屬材料的類別、牌號或代號的含義、特性和主要用途。表4-22 金屬材料的類別、牌號或代號的含義、特性和主要用途材料牌號或代號類別牌號或代號含義特性用途5A05防銹鋁合金5-Al-Mg系合金，A-原始合金，05-產(chǎn)品代號。代號LF5良好的耐蝕性、塑性、及低溫韌性。單相固溶體不能熱處理強化。宜作壓力加工、焊接、冷變形件。2A12硬鋁合金2-Al-Cu-Mg系合金，A-原始合金，12-產(chǎn)品代號。代號LY12高強度（ob三300MPa）,比強度接近高強鋼。熱處理強化，形變強化。H68黃銅H-黃，加工普通黃銅，Cu-Zn合金，單相a黃銅，適合冷、熱變形加形狀復雜的深沖零件，散熱器外

3Cu=68%,余量Zn。工。殼，裝潢件。HPb60-1特殊黃銅H-同上，Pb-合金元素，鉛黃銅，?cu=60%,3Pb=1%,余量鋅。比普通黃銅強度高，耐蝕性、耐磨性較好。一般機器結構零件（襯套、噴嘴）ZAiSi12鑄造鋁硅合金Z-鑄，3Si=12%,余量為鋁。代號ZL102。良好的鑄造性能，密度小，耐蝕、耐熱性及焊接性較好，強度低，不可熱處理強化。變質處理細化晶粒提高強度。形狀復雜的零件（飛機、儀表的零件，抽水機外殼）*ZCuSn10Pbi鑄造青銅Z-鑄，3Sn=10%,3Pb=1%,余量銅。代號ZQSn10-1。鉛改善鑄造性、切削加工性，提高機械性能和耐磨性。重要軸承、齒輪、軸套等耐磨零件。*ZCuPb30鑄造鉛青銅Z-鑄，3Pb=30%,余量銅。代號ZQPb30。疲勞強度高，導熱性好，低的摩擦系數(shù)。做承受高載荷、高速度及在高溫下工作的軸承。QBe2鈹青銅Q-青，3Be=2%,余量銅。時效強化效果極佳，強度、彈性極高，耐磨、耐蝕、耐低溫性能很好，導電、導熱好，無磁性，受沖擊無火花，冷、熱加工性及鑄造性好。重要的彈簧及彈性元件，耐磨零件，防爆工具等。思考題2.不銹鋼耐蝕的原理是什么？試比較1Cr13、1Cr18Ni9及1Cr18Ni9Ti的耐蝕性及強度。實際使用中該如何選用？答：⑴加31>12%提高基體的電極電位；⑵形成致密、穩(wěn)定、牢固的Cr2O3氧化膜，減小或阻斷腐蝕電流；⑶在室溫下形成單相鐵素體或奧氏體。含碳量越低或含鉻量越高越耐腐蝕。三者含碳量相同，故耐蝕性1Cr18Ni9Ti>1Cr18Ni9>1Cr13，Ti防止晶間腐蝕。強度1Cr13為馬氏體不銹鋼強度高，后二者為奧氏體不銹鋼強度低。實際使用中按使用時對耐蝕性和對強度的要求選用。思考4-1第三章5-1 熱固性與熱塑性塑料的區(qū)別和特點大致有哪些?分別簡述你常用（或常接觸）的三種熱固性與熱塑性塑料的特性及用途。

答：熱固性與熱塑性塑料的區(qū)別大致有：熱塑性塑料①線型（含支鏈型）分子結構；②受熱軟化可再生。熱固性塑料①體網(wǎng)型分子結構；②固化后不溶、不熔，不可再生。特點有：熱塑性塑料具有較高的機械性能，加工成型簡便，缺點為耐熱性和剛性差；熱固性塑料具有耐熱性高，受壓不易變形，結構便宜，缺點是生產(chǎn)率低。常見熱塑性和熱固性塑料的特性及用途見下表：種類材料名稱主要特性主要用途熱塑性塑料聚乙烯（PE）結構最簡單，吸水小，耐蝕性和電絕緣性能極好，無毒無味，良好的耐低溫性、化學穩(wěn)定性、加工性；耐熱性低只能在＜80℃下使用。薄膜、瓶類、電絕緣護套；化工耐蝕管道、圓珠筆芯；醫(yī)用軟管；人工關節(jié)、防彈衣、小齒輪等。聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃，PMMA）透光率比玻璃高，耐紫外線和大氣老化，強度比玻璃高得多（7?18倍），成形性很好（可切削加工、吹塑、注射、擠壓、澆鑄成形等），染色性很好；但表面硬度較低而耐磨性較差。防彈玻璃、飛機窗玻璃、風擋、透明的裝飾面板、儀表板、容器、燈罩、光盤、光纖、眼鏡、假牙、工藝美術品等。聚四氟乙烯（PTFE或F4）最優(yōu)良的耐高、低溫性能（一260℃~250℃長期使用），耐蝕性強（耐強酸、強堿、強氧化劑），化學穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)最小、介電損耗最小、吸水最小。無毒、無味、g/cm3）。不粘鍋、不粘油的抽油煙機涂層，密封“生料帶”減摩密封零件，耐高頻絕緣零件，耐強腐蝕場合設備襯里及零件，人造血管，人工心臟，人工食道等。熱固性塑料酚醛樹脂（PF）原料價格便宜，生產(chǎn)工藝簡單，成形加工容易，制品尺寸穩(wěn)定，電絕緣性好，化學穩(wěn)定性好（耐酸不太耐堿），耐熱性突出，有阻燃性及低煙釋放和低燃燒毒性，制品硬而耐磨，但性能較脆，顏色單調。燈頭、開關、插座、鍋勺手把，粘接劑，涂料，火箭、宇宙飛船外殼的耐燒蝕保護層材料。環(huán)氧塑料（EP）較強韌，固化收縮率低，耐水、耐化學腐蝕（特別是堿），耐溶劑，粘接牢固，介電性能優(yōu)良。膠粘劑，配制防腐材料，制模具等。有機硅塑料（SI）不燃，優(yōu)良的電絕緣性，耐高低溫性（一100?300℃）,耐臭氧，突出的憎水防潮性，良好的耐大氣老化性及生理惰性。用于高頻絕緣件，耐熱件，防潮零件等。思考5-35-46-7根據(jù)下列零件的性能要求及技術條件，試選擇熱處理工藝方法并說明理由。①用45鋼制作的某機床主軸，其軸頸部分與軸承接觸，要求耐磨，52?56HRC,硬化層深1mm。②用20CrMnTi制作的某汽車傳動齒輪，要求表面具有高硬度及高耐磨性，58?63HRC,硬化層深0.8mm。③用65Mn制作直徑為5mm的某彈簧，要求具有高彈性，38?40HRC,回火屈氏體組織。④用HT200制作減速器殼，要求具有良好的剛度、強度、尺寸穩(wěn)定性。答：①預先熱處理正火，最終熱處理調質加軸頸部分表面淬火低溫回火。調質使整體獲得良好的綜合機械性能，高頻感應加熱表面淬火低溫回火使軸頸部分獲得高硬度、高耐磨性。②預先熱處理正火，最終熱處理滲碳淬火低溫回火。滲碳使表面為高碳鋼，淬火低溫回火獲得高硬度，高耐磨性。淬火中溫回火，獲得回火屈氏體，具有高彈性。去應力退火，消除鑄造應力。6-8汽車、拖拉機變速箱齒輪多用滲碳鋼制造，而機床變速箱齒輪又多采用調質鋼制造，原因何在？答：汽車、拖拉機變速箱齒輪承受沖擊力較大，多用滲碳鋼制造經(jīng)滲碳淬火低溫回火后使用；而機床變速箱齒輪受力平穩(wěn)沖擊載荷小，多采用調質鋼制造經(jīng)調質表面淬火低溫回火后使用。思考題*1.指出下列零件在選材和制定熱處理技術條件中的錯誤，并說明理由及改進意見①直徑30mm、要求良好綜合力學性能的傳動軸，材料用20鋼，熱處理技術條件：調質40?45HRC。轉速低、表面耐磨及心部強度要求不高的齒輪，材料用45鋼，熱處理技術條件：滲碳+淬火，58?62HRC。彈簧（直徑①15mm）,材料用45鋼，熱處理技術條件：淬火十回火，55?60HRC。機床床身，材料用QT400-15,采用正火熱處理。表面要求耐磨的凸輪，選用45鋼，熱處理技術條件：淬火、回火，60?63HRC。答：①分析：要求良好綜合力學性能的傳動軸，應選中碳結構鋼（或中碳合金結構鋼）調質熱處理。材料用20鋼（低碳鋼）不對，強度不夠，要求40?45HRC指標高了（25?35HRC）,調質達不到。改進：根據(jù)題目要求結合本題條件，材料選40Cr鋼（D0油=20?40mm）,850℃油淬+520℃回火，30?35HRC。轉速低,表面耐磨及心部強度要求不高的齒輪,應選中碳結構鋼（或中碳合金結構鋼）,正火或調質，表面淬火+低溫回火。正火心部硬度為160?200HBS,調質心部硬度為200?280HBS,表面淬火低溫回火后表面硬度為50?55HRC。材料選用是可以的，但滲碳十淬火不對,成本太高。 改進： 材料用45鋼,正火＋表面淬火＋低溫回火,心部硬度160?200HBS,表面硬度為50?55HRC。分析：彈簧應選高碳結構鋼或中碳合金結構鋼及高碳合金結構鋼,淬火＋中溫回火,35?50HRC。選45鋼（中碳結構鋼）不對，彈性極限低，55?60HRC只能淬火+低溫回火才能達到且太脆。 改進：材料選65Mn鋼（截面W15mm）,830℃油淬+540℃回火，45?50HRC。機床床身,受壓且要求消振性好,鑄鐵受壓性能都好,但消振性灰鑄鐵最好,灰鑄鐵是機床床身的首選材料。材料用QT400-15不對。改進： 材料用HT200即可。⑤表面要求耐磨的凸輪，應選中碳結構鋼或中碳合金結構鋼，正火或調質，表面淬火＋低溫回火。改進：材料用45鋼，正火十表面淬火+低溫回火，58?62HRC。第四章7-1 *鑄造的成形原理是什么？這種成形原理有什么特點？答：鑄造的成形原理是“液態(tài)成形”—即將金屬液注入鑄型型腔中，冷卻凝固后獲得所需的鑄件。特點有：①適應性很廣，工藝靈活性大（合金種類、形狀、大小、生產(chǎn)批量等幾乎不受限制）。②成本較低，原輔材料廣泛（鑄件與零件形狀相似、尺寸相近，降低成形和加工成本）。缺點是：鑄造工藝過程較繁雜，生產(chǎn)周期長，易產(chǎn)生鑄造缺陷（縮孔、縮松、氣孔、夾渣、變形等）；鑄件品質不夠穩(wěn)定，性能比鍛造低得多，對環(huán)境有污染，勞動環(huán)境較差。7-3何謂合金的鑄造性能？若合金的鑄造性能不好，會引起哪些鑄造缺陷？答：合金的鑄造性能—是指合金材料對一定鑄造工藝的適應程度即獲得形狀完整、輪廓清晰、品質合格的鑄件的能力。若合金的鑄造性能不好，會帶來鑄造生產(chǎn)成本提高或無法得到合格鑄件的后果。7-6鑄造應力有哪幾種？從鑄件結構和鑄造技術兩方面考慮，如何減小鑄造應力、防止鑄件變形和裂紋？答：鑄造應力主要有熱應力和機械應力兩類。從鑄件結構和鑄造技術兩方面考慮，減小鑄造應力，防止鑄件變形的措施有：⑴對體收縮小的合金，鑄造工藝上采用“同時凝固原則”減小各部位間的溫差減小熱應力；⑵對鑄件結構盡可能減小壁厚差異，增加鑄件剛度;⑶采用反變形法減小變形；⑷去應力退火。防止裂紋的措施：⑴良好的型砂（芯砂）的退讓性；⑵限制S、P含量防止冷、熱脆性。⑶降低內應力防止變形的措施。7-10*比較熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造與砂型鑄造，它們各有何特點？其應用的局限性為何？答：熔模鑄造與砂型鑄造相比：①鑄件精度高，表面質量好；②可制造形狀復雜鑄件；③鑄造合金種類不受限制；④生產(chǎn)批量基本不受限制。缺點是工序繁雜，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本較高，鑄件不宜太大、太長，一般＜25Kg。主要用于生產(chǎn)汽輪機和燃氣輪機的葉片，泵的葉輪，切削刀具及中、小型零件金屬型鑄造與砂型鑄造相比：①尺寸精度高，表面粗糙度小，機械加工余量??；②晶粒細，力學性能好；③可一型多鑄，提高勞動生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。但缺點有金屬型的制造成本高，用于大批量生產(chǎn)，不宜生產(chǎn)大型（尺寸在300mm以內，質量W8Kg）、形狀復雜和薄壁鑄件；冷卻快，鑄鐵件表面易產(chǎn)生白口，切削加工困難；受金屬型材料熔點的限制，熔點高的合金不適用，用于銅合金、鋁合金鑄件大批量生產(chǎn)。壓力鑄造與砂型鑄造相比：①尺寸精度高，表面質量好；②可壓鑄薄壁、形狀復雜及很小孔和螺紋的鑄件；③鑄件強度和表面硬度較高；④生產(chǎn)率高。缺點易產(chǎn)生皮下氣孔，壓鑄件不能熱處理，也不能在高溫工作；易產(chǎn)生縮孔和縮松；不宜小批量生產(chǎn)。主要用于生產(chǎn)鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件。離心鑄造與砂型鑄造相比：①不用型芯即可鑄出中空鑄件；②離心力提高金屬充填鑄型的能力，可使一些流動性較差的合金和薄壁鑄件用離心鑄造生產(chǎn)；③產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和夾雜等缺陷的概率較??；④節(jié)約金屬（無澆注系統(tǒng)和冒口）。缺點是鑄件的內表面上尺寸不精確，質量較差；易產(chǎn)生成分（密度）偏析。主要用于鑄鐵管、汽缸套、銅套、雙金屬軸承、無縫管坯、造紙機滾筒等。

思考7-77-10思考7-77-108-2為什么金屬材料的固態(tài)塑性成形不像鑄造那樣具有廣泛的適應性？答：金屬材料的固態(tài)塑性成形原理是在外力作用下金屬材料通過塑性變形，以獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件。要實現(xiàn)金屬材料的固態(tài)塑性變形必須金屬材料要具備一定的塑性且有外力作用其上。金屬材料的固態(tài)塑性成形受到內、外兩方面因素的制約，內因指金屬本身能否進行固態(tài)塑性變形和可形變的能力大?。煌庖蛑感枰啻蟮耐饬巴饨鐥l件（溫度、變形速度、應力狀態(tài)等）的影響。故金屬材料的固態(tài)塑性變形不如鑄造成形那樣具有廣泛的適應性，不能壓力加工脆性材料（鑄鐵、鑄鋁合金等）和形狀特別復雜（尤其是內腔形狀復雜）或體積特別大的毛坯或零件，此外，壓力加工設備和模具投資較大。8-5提高金屬材料可鍛性最常用且有效的方法是什么？為何這樣？答：提高金屬材料可鍛性最常用且有效的方法是提高塑性變形溫度。隨溫度升高，金屬材料的塑性（3、巾）增加，變形抗力降低。*8-9下列圖示零件（圖8.77、圖8.78、圖8.79）2若各自分別按單件小批量、成批量和大批量的鍛造生產(chǎn)毛坯，試解答：⑴根據(jù)生產(chǎn)批量選擇鍛造方法。⑵由選取的鍛造方法繪制出相應的鍛造過程圖（鍛件圖）。⑶確定所選鍛造過程的工序，并計算坯料的質量和尺寸。答：⑴單件小批量鍛造生產(chǎn)均選自由鍛、成批量鍛造生產(chǎn)均選模鍛、大批量鍛造生產(chǎn)分別選輥環(huán)軋制、齒輪齒形軋制和楔橫軋。⑵、⑶略。8-10落料或沖孔與拉深過程凹、凸模結構及間隙Z有何不同？為什么？答：落料或沖孔與拉深過程凹、凸模結構在于落料或沖孔的凹、凸模有鋒利的刃口切斷材料而拉深過程凹、凸模有適當?shù)膱A角；拉深過程凹、凸模間隙Z（Z^0.1s）比落料或沖孔凹、凸模間隙Z（Z處1.1s）大得多，容材料。思考8-6 8-7 8-9第五章9-1顆粒狀材料的成形原理是什么？這種成形原理有什么特點？答：顆粒狀材料的成形原理—用金屬粉末做原料，經(jīng)壓制成形后燒結而制造出各種類型的零件和產(chǎn)品的成形方法。粉末（顆粒材料）兼有液體和固體的雙重特性，即整體具有一定的流動性和每個顆粒本身的塑性。粉末壓制具有以下特點：⑴能夠生產(chǎn)其他方法不能或很難制造的制品?？芍迫‰y熔、極硬和特殊性能的材料（鎢絲、硬質合金、耐熱材料等）及生產(chǎn)凈形和近似凈形的優(yōu)質機械零件（多孔含油軸承、精密齒輪等）；⑵材料利用率很高（接近100％）；⑶其他方法可以制造但粉末冶金法更經(jīng)濟；⑷適宜大批量生產(chǎn)的零件。思考9-2*10-1什么是焊接熱影響區(qū)？為什么會產(chǎn)生焊接熱影響區(qū)？焊接熱影響區(qū)對焊接接頭有何影響？如何減小或消除這些影響？答：焊接熱影響區(qū)—指熔化焊在電弧熱的作用下，焊縫兩側處于固態(tài)的母材發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域。是由于各處受熱不同引起的。焊接熱影響區(qū)各處受熱不同，其組織變化不同，性能不同。分過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)，過熱區(qū)奧氏體晶粒急劇長大，性能很差。在保證焊接接頭品質的前提下，增加焊接速度或減少焊接電流（減少熱量）都能使熔合區(qū)、過熱區(qū)變小，減小或消除其影響。10-2產(chǎn)生焊接應力和變形的原因是什么？防止焊接應力和變形的措施有哪些？答：產(chǎn)生焊接應力的原因是焊接過程中對焊件進行了局部的不均勻的加熱，使焊件各個部分的熱脹冷縮極不一致而產(chǎn)生相互制約形成的。當焊接應力超過材料的屈服強度時（。焊>QS）就會造成焊件變形。減小焊接應力的措施：主要從焊縫結構設計和焊接過程兩方面考慮。⑴合理地設計焊接構件（核心問題是焊縫布置），在保證結構承載能力下，盡量減少焊縫數(shù)量、焊縫長度及焊縫截面積；要使結構中所有焊縫盡量處于對稱位置；對厚大件應開兩面坡口進行焊接，避免焊縫交叉或密集。此外，提高材料的塑性或降低剛性也能降低焊接應力。⑵采取必要的焊接技術措施，①選擇合理的焊接順序（使焊縫自由收縮）；②焊前預熱（減小溫差使其較均勻的收縮同時可適當提高塑性）；③加熱“減應區(qū)”（反向變形減少焊縫收縮約束）；④反變形法（用反方向變形來抵消焊接變形）；⑤焊后熱處理（消除焊接應力）。減小變形的措施：降低焊接應力或提高材料的屈服強度或剛度（剛性夾持法），能減小變形。已產(chǎn)生焊接變形的可通過矯正方法減小變形。10-5焊接低合金高強度結構鋼時，應采取哪些措施防止冷裂紋的產(chǎn)生？答：焊接低合金高強度結構鋼時，應采?、俦M可能選低氫型焊條或堿度高的焊劑和適當?shù)暮附z配合。②焊前預熱，溫度三150℃。③焊后緩冷，去應力退火。思考10-4 10-6思考11-1思考12-1 12-6第一章材料的種類與性能1．強度：強度是指在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力。2．屈服強度：材料在外力作用下開始發(fā)生塑性變形的最低應力值。3．彈性極限：產(chǎn)生的變形是可以恢復的變形的點對應的彈性變形階段最大應力稱為彈性極限。4．彈性模量：材料在彈性變形范圍內的應力與應變的比值稱為彈性模量。5．抗拉強度：抗拉強度是試樣拉斷前所能承受的最大應力值。6．塑性：斷裂前材料產(chǎn)生的塑性變形的能力稱為塑性。 7．硬度：硬度是材料抵抗硬物壓入其表面的能力。 8．沖擊韌度：沖擊韌度是材料抵抗沖擊載荷的能力。9．斷裂韌度：斷裂韌度是材料抵抗裂紋擴展的能力。10．疲勞強度：疲勞強度是用來表征材料抵抗疲勞的能力。11．黏著磨損：黏著磨損又稱咬合磨損，其實質是接觸面在接觸壓力作用下局部發(fā)生黏著，在相對運動時黏著處又分離，使接觸面上有小顆粒被拉拽出來，反復進行造成黏著磨損。12．磨粒磨損：磨粒磨損是當摩擦副一方的硬度比另一方大的多時，或者在接觸面之間存在著硬質粒子是所產(chǎn)生的磨損。13．腐蝕磨損：腐蝕磨損是由于外界環(huán)境引起金屬表面的腐蝕物剝落，與金屬表面之間的機械磨損相結合而出現(xiàn)的磨損。14．功能材料：是具有某種特殊的物理性能，化學性能，生物性能以及某些功能之間可以相互轉化的材料。15．使用性能：是指在正常使用條件下能保證安全可靠工作所必備的性能，包括材料的力學性能，物理性能，化學性能等。16．工藝性能：是指材料的可加工性，包括可鍛性，鑄造性能，焊接性，熱處理性能及切削加工性。17．交變載荷：大小，方向隨時間呈周期性變化的載荷作用。18．疲勞：是機械零件在循環(huán)或交變載荷作用下，經(jīng)過較長時間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。20．蠕變：固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。21．脆斷：在拉應力狀態(tài)下沒有出現(xiàn)塑性變形而突然發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。22．應力松弛：是指承受彈性應變的零件在工作過程中總變形量保持不變，但隨時間的延長，工作應力自行逐漸衰減的現(xiàn)象。23．腐蝕：材料因化學侵蝕而損壞的現(xiàn)象。二、填空題。.工程材料通常分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料、復合材料和功能材料。.金屬材料通常分為鋼鐵合金和非鐵合金材料。.高分子材料通常分為纖維、橡膠和塑料。.復合材料按其基體分為樹脂基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。.塑料通常分為通用塑料、三程塑料、特種塑料和膠黏劑。6工程材料的性能分為使用性能和工藝性能。.工程材料的使用性能包括力學性能、,物理性能和化學性能。.金屬材料常用的力學性能指標有：瓜表示抗拉強度；6s表示屈服強度;H表示硬度;伸長率6和斷面收縮率中表示塑性；ak表示沖擊韌性。三、判斷題。.布氏硬度試驗的優(yōu)點氏壓痕面積大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，因而適用于成品及薄壁件檢驗。（X）.壓頭為硬質合金球時，用HBW表示布氏硬度。 （，）.壓頭為硬質合金球時，用HBS表示布氏硬度。 （X）.洛氏硬度的測定操作迅速，簡便，壓痕面積小，數(shù)據(jù)波動大，適用于半成品檢驗。（X）四、問答題：見教材、習題集及補充題。第二章材料的組織結構.晶體：晶體是原子或分子在三維空間做有規(guī)律的周期性重復排列的固體。.晶格：為便于理解和描述，常用一些假想的連線將各原子的中心連接起來，把原子看做一個點，這樣形成的幾何圖形稱為晶格。.各向同性：.各向異性：.晶胞：晶格中的一個基本單元。.晶向：晶格中各原子列的位向。.單晶體：由原子排列位向或方式完全一致的晶格組成的稱為單晶體。.晶體缺陷：偏離晶體完整性的微觀區(qū)域稱為晶體缺陷。9．空位：是指未被原子占據(jù)的晶格節(jié)點。10．間隙原子：是指位于晶格間隙中的原子。11．晶面：在晶格中由一系列原子組成的平面。12．位錯線：是指在晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。13．晶界：晶界是位向不同，相鄰晶粒之間的過渡層。14．合金：是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的，具有金屬特性的物質。15．組元：組成合金最基本的獨立物質。16．合金系：一系列相同組員組成的不同成分的合金稱為合金系。17．合金化：采用合金元素來改變金屬性能的方法稱為合金化。18．相：合金中具有相同化學成分，相同晶體結構和相同物理或化學性能并與該系統(tǒng)其余部分以界面相互隔開的均勻組成部分。19．固溶體：是指溶質組員溶入溶劑晶格中而形成的單一的均勻固體。20．置換固溶體：置換固溶體是指溶質原子取代了溶劑晶格中某些節(jié)點上的原子。21．間隙固溶體：間隙固溶體是溶質原子嵌入溶劑晶格間隙中，不占據(jù)晶格節(jié)點位置。22．有限固溶體：在一定條件下，溶質組員在固體中有一定的限度，超過這個限度就不再溶解了。23．無限固溶體：若溶質可以任意比例融入溶劑，即溶質的的溶解度可達%100，則固溶體稱為無限固溶體。24．固溶強化：固溶體中溶質原子的溶入引起晶格畸變，使晶體處于高能狀態(tài)，從而提高合金的強度和硬度。25.金屬化合物：兩組元A和B組成合金時，除了可形成以A或以B為基的固溶體外，還可能相互作用化和形成新相，這種新相通常是化合物，一般可用AmBn表示。26．晶體相：晶體相是一些以化合物或以化合物為基的固溶體，是決定陶瓷材料物理，化學和力學性能的主要組成物。27.玻璃相：P1228．氣相：氣象是指陶瓷材料中的氣孔。29．單體：可以聚合成大分子鏈的小分子化合物稱為單體。30.聚合度：衡量聚合物分子大小的指標。.結晶溫度：金屬結晶時都存在著一個平衡結晶溫度Tm,液體中的原子結晶到晶體上的數(shù)目，等于晶體上的原子溶入液體中的數(shù)目。.過冷度：實際結晶溫度與平衡結晶溫度Tm之差稱為過冷度。.細晶強化：金屬的強度，塑性和韌性都隨晶粒的細化而提高，稱為細晶強化。.同素異構：P17.同分異構：化學成分相同而分子中原子排列不同的現(xiàn)象稱為同分異構。.共晶反應：共晶反應是指從某種成分固定的合金溶液中，在恒溫下同時結晶出兩種成分和結構皆不相同的固相反應。.共析反應：共析反應是指由一種固相在恒溫（共析溫度）下同時轉變成兩種新的固相。.鐵素體：是碳在a—Fe中形成的間隙固溶體。39.奧氏體：是碳在丫一Fe中形成的間隙固溶體。.滲碳體：是鐵和碳的金屬化合物（Fe3C）,其碳的質量分數(shù)為6.69%。.珠光體：是鐵素體與滲碳體的機械混合物。.萊氏體：.工業(yè)純鐵：.共析鋼： 碳的質量分數(shù)為0.77%，組織是珠光體。.亞共析鋼： 碳的質量分數(shù)小于0.77%，組織是珠光體和鐵素體。.過共析鋼： 碳的質量分數(shù)大于0.77%，組織是珠光體和二次滲碳體。

47．共晶鑄鐵：碳的質量分數(shù)為4.3%，組織是萊氏體。48．亞共晶鑄鐵：碳的質量分數(shù)小于4.3%，組織是萊氏體、珠光體和二次滲碳體。49．過共晶鑄鐵：碳的質量分數(shù)大于4.3%，組織是萊氏體和一次滲碳體。二、填空題。.實際金屬中存在著的晶體缺陷有點缺陷、線缺陷和面缺陷。.世界金屬中晶體的點缺陷分為空位和間隙原子兩種。.常見合金中存在的相可以歸納為固溶體1口金屬化合物兩大類。.固溶體按照溶質原子在溶劑原子中的位置可以分為置換固溶體和間隙固溶體。.固溶體按照溶解度的大小可以分為有限固溶體和無限固溶體。.固溶體按溶質原子在溶劑晶格中分布的特點分為無序固溶體和有序固溶體。.線型無定型高聚物隨溫度不同可處于玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)。.實際結晶溫度總是低于平衡結晶溫度，兩者之差稱為過冷度。.共析鋼隨溫度下降至727C時發(fā)生共析反應，有奧氏體中析出珠光體和三次滲碳體.共晶鑄鐵隨溫度下降至1148c時發(fā)生共晶反應，有液體中同時析出萊氏體和珠光體。.典型的金屬晶體結構有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三種。.純鐵具有同素異構性，當加熱到912C時，將由體心立廠晶格的a-Fe轉變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦难?Fe,加熱到1394C時，又由面心立方晶格的丫-Fe轉變?yōu)轶w心立方晶格的§-Feo.液態(tài)金屬冷卻到平衡結晶溫度以下才開始結晶的現(xiàn)象稱為有效結晶現(xiàn)象。.金屬的 平衡結晶溫度與實際結晶溫度之差，稱為過冷度.實際金屬結晶時，其行核方式有自發(fā)行核和非自發(fā)行核兩種，其中，非自發(fā)行核又稱為變質處理。 16.金屬結晶后的晶粒越細小，強度、塑性和韌性越高。.合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質，組成合金最基本的獨立物質稱為組員。18.由于構成合金各組員之間的相互作用不同，合金的結構有固溶體和金屬化合物兩大類。19.鐵碳合金是由鐵和碳組成的二元合金，其基本組織有鐵素體、滲碳體、奧氏體、珠光體基本組織有鐵素體、滲碳體、奧氏體、珠光體、萊氏體。三、判斷題。.晶體具有各向異性的特點。.非晶體具有各向異性的特點。.金屬的實際晶體結果是多晶體。.金屬是多晶體結構，具有晶體的各向異性特點。.晶體缺陷的存在可以提高金屬的強度。.晶體缺陷的存在可以提高金屬的耐腐蝕性能。.金屬化合物的晶格類型與組元的晶格完全不同。.金屬化合物一般具有高熔點，高硬度，高韌性。.金屬化合物一般具有高熔點，高硬度，脆性大的特點。.陶瓷材料通常熔點高，硬度高，耐腐蝕，塑性差的特點。.陶瓷材料是多晶體，同金屬一樣具有各向異性的特點。.陶瓷材料是多晶體，同金屬一樣具有晶界面。.陶瓷材料中氣相所占比例增加時，使強度增加。.陶瓷材料中氣相所占比例增加時，陶瓷密度減小，絕熱性好。.線型無定型高聚物處于黏流態(tài)是其工作狀態(tài)。.線型無定型高聚物處于黏流態(tài)是加工成形的工藝狀態(tài)。(V)(x各向同性)(V)(x各向同性)(V)(x降低耐腐蝕性)(V)(x低韌性，即高脆性)(V)(V)(x各向同性)(V)(x強度減小)(V)(x是其加工的工藝狀態(tài))(V).高分子材料在熱、光、化學、生物和輻射等的作用下，性能穩(wěn)定，結構不變。（X結構和性能變化很大）.許多橡膠在空氣中氧的作用下會發(fā)生進一步的交聯(lián)而變硬，變脆失去彈性。（，）19．一般情況下，金屬的強度，塑性和韌性隨晶粒的細化而降低。 （X增強）TOC\o"1-5"\h\z20.具有同素異構特點的金屬材料可以應用熱處理的方法改變性能。 （，）21．共晶成分的鑄鐵的鑄造性能較差。 （X較好）22.鐵碳合金隨著碳的質量分數(shù)的增加，硬度高的滲碳體增多，硬度增高。 （，）23．鐵碳合金隨著碳的質量分數(shù)的增加，硬度低的鐵素體增多，硬度減少。 （X硬度增強）24.亞共析鋼的強度與組織的細密度有關，組織越細密則強度越高。 （，）25．鐵碳合金的塑性隨碳的質量分數(shù)的增加而提高。 （X減?。?6.鐵碳合金的沖擊韌性對組織及其形態(tài)最為敏感。 （，）27．鐵碳合金的沖擊韌度隨碳的質量分數(shù)增加而提高。 （X減?。┧?、問答題：見教材、習題集及補充題。.簡述金屬三種典型晶體結構的特點。答：體心立方晶格：在立方體的8個頂角上和立方體中心各有1個原子；面心立方晶格：在立方體的8個頂角上和6個面的中心各有1個原子；密排六方晶格：在六棱柱的上、下六角形面的頂角上和面的中心各有1個原子，在六棱柱體的中間有3個原子。.金屬的實際晶體中存在哪些晶體缺陷？它們對性能有什么影響？答：金屬的實際晶體中存在三種晶體缺陷：點缺陷——空位和間隙原子；線缺陷——位錯線；面缺陷——晶界；影響：一般情況下，晶體缺陷的存在可以提高金屬的強度，而且金屬缺陷常常降低金屬的耐腐蝕性能，可以通過腐蝕觀察金屬的各種缺陷。.合金元素在金屬中的存在形式有哪幾種？它們各自具有什么特性？答：合金元素在金屬中的存在形式有兩種：固溶體和金屬化合物特性： 固溶體，保持溶劑的晶格結構，但會引起溶劑晶格不同程度的畸變，試晶體處于高能狀態(tài)，從而提高合金個強度和硬度。金屬化合物，一般都具有高熔點、高硬度，但很脆，可提高合金的強度、硬度及耐磨性能。.什么事固溶強化？造成固溶強化的原因是什么？答：固溶強化：固溶體中溶質原子的溶入引起晶格畸變，使晶體處于高能狀態(tài)，從而合金的強度和硬度，即為固溶強化。5、6、7（略，為第2.2節(jié)非金屬內容）.金屬結晶的基本規(guī)律是什么？答：結晶時首先是從液體中形成一些稱之為晶核的細小晶體開始的，然后已形成的晶核按各自不同的位向不斷長大。同時，在液體中有產(chǎn)生新的晶核并逐漸長大，直至液體全部消失，形成由許多位向不同、外形不規(guī)則的晶粒所組成的多晶體。.如果其他條件相同，試比較下列鑄造條件下，鑄件晶粒的大小（1）金屬型澆注與砂型澆注（2）鑄成薄件與鑄成厚件（3）澆注時采用振動與不采用振動答：砂型澆注比金屬型澆注的晶粒?。阂驗樯靶蜐沧⒅杏须s質滲入，形成晶粒細化；鑄成薄件比鑄成厚件的晶粒小：以為薄件的冷卻速度快，冷卻度大，使得晶粒細化；澆注時采用振動比不采用振動的晶粒?。阂驗闈沧r振動具有細化晶粒的作用。.過冷度與冷卻速度有何關系？它對金屬結晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？答：冷卻速度越快，冷卻度越大。使晶核生成速度大于晶粒長大速度，因而使晶粒細化。11.何謂共晶反應、勻晶反應和共析反應？試比較三種反應的異同點。

答：共晶反應：指從某種成分固定的合金溶液中、在恒溫下同時結晶出兩種成分和結構皆不相同的固相的反應；勻晶反應：從液相中結晶出固溶體的反應；共析反應：由一種固相在恒溫下同時轉變成兩種新的固相。P14.為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金？為什么要進行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金？答：鑄造合金常選用接近共晶成分的合金是因為接近共晶成分的合金熔點低，結晶范圍小，流動性好，具有良好的鑄造性能。進行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金是因為單相固溶體成分的合金有良好的塑性，變形抗力小，具有良好的可鍛性。a、Y、Fe3C、P、A、Ld(Ld,)?它們的結構、組織形態(tài)、力學性能有何特點？答：a一鐵素體： 為體心立方結構，因溶碳能力差，故強度、硬度不高，塑性、韌性良好；Y、A—奧氏體：為面心立方結構，有一定的溶碳能力，一般硬度較低而塑性較高；Fe3C一滲碳體：為鐵和碳的金屬化合物，硬度高，脆性大，塑性和韌性幾乎為零；P—珠光體： 鐵素體和滲碳體的機械混合物，因滲碳體的強化作用，故具有良好的力學性能；Ld(Ld')一萊氏體(低溫萊氏體)：萊氏體為奧氏體和滲碳體的化合物，低溫萊氏體為珠光體和滲碳體的產(chǎn)物，二者因滲碳體較多，屬脆性組織。.碳鋼、鑄鐵兩者的成分、組織和性能有何差別？并說明原因。答：碳鋼：碳的質量分數(shù)0.02%-2.11%的鐵碳合金，組織為：亞共析鋼(號＜0.77%)、共析鋼(、=0.77%)、過共析鋼(號＞0.77%),性能：具有良好的塑性和韌性，宜于鍛造；鑄鐵：碳的質量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金，組織：亞共晶鑄鐵(,＜4.3%)、共晶鑄鐵(號=4.3%)、過共晶鑄鐵(號＞4.3%)性能：具有較強高的強度和硬度，有良好的鑄造性能。.分析碳的質量分數(shù)分別為0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時的結晶過室溫組織為：F+Fe室溫組織為：F+Fe3c皿室溫組織為：F+P室溫組織為：P+Fe3Cn室溫組織為：P+Fe3Cn一般硬度較低而塑性較高；答：3c=0.20%時，結晶過程：A—A+F—F—F+Fe3c皿w=0.60%時，結晶過程：A—A+F—F+Pcwc=0.80%時，結晶過程：A—A+Fe3Cn—P+Fe3Cnwc=1.0%時，結晶過程：A—A+Fe3Cn—P+Fe3CnA—奧氏體： 為面心立方結構，有一定的溶碳能力F—鐵素體： 為體心立方結構，因溶碳能力差，故強度、硬度不高，塑性、韌性良好；P—珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物，因滲碳體的強化作用，故具有良好的力學性能;Fe3C一滲碳體：為鐵和碳的金屬化合物，硬度高，脆性大，塑性和韌性幾乎為零;.滲碳體有哪5種基本形態(tài)，它們的來源和形態(tài)有何區(qū)別？答：(1)一次滲碳體：從液體中直接析出，呈長條狀；(2)二次滲碳體：從奧氏體中析出，沿晶界呈網(wǎng)狀；(3)三次滲碳體：從鐵素體中析出，沿晶界呈小片或粒狀；(4)共晶滲碳體：同奧氏體相關形成，在萊氏體中為連續(xù)的基體；(5)共析滲碳體：同鐵素體交互形成，呈交替片狀。￡相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因(1)碳的質量分數(shù)為1.0%的鋼比碳的質量分數(shù)為0.5%的鋼硬度高；(2)低溫萊氏體的塑性比珠光體的塑性差；（3）捆扎物體一般用鐵絲（鍍鋅的碳鋼絲），而起重機起吊重物卻用鋼絲繩（用60、65、70、75等鋼制成）；（4）一般要把剛才加熱的高溫（約1000-1250℃）下進行熱軋或鍛造；（5）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜通過鑄造成形。答：（1）3c=1.0%的鋼成分是F+P,而3c=0.5%的鋼成分是P+Fe3CnoFe3C硬度高，脆性大，而F因溶碳能力差，強度、硬度低。所以碳的質量分數(shù)為1.0%的鋼比碳的質量分數(shù)為0.5%的鋼硬度高；（2）低溫萊氏體為珠光體和滲碳體的混合物，因為滲碳體硬度高，脆性大，所以比珠光體的塑性差；（3）鐵絲中含有較多的珠光體和滲碳體，強度高，但質脆。而鋼絲中含有鐵素體和滲碳體，不但強度滿足要求，還具有較好的韌性；（4）把剛才加熱的高溫（約1000-1250℃）時，其內部組織轉化為奧氏體，塑性較高，易于塑性成形，適合進行熱軋或鍛造；（5）鋼含有較多的鐵素體，含碳量較低，塑性和韌性好，所以宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵含有較多的珠光體和滲碳體，熔點低，結晶范圍小，具有良好的鑄造性能。五、選擇題：.珠光體是下述（C）的產(chǎn)物。.過共析鋼在冷卻過程中遇到ES線時，將發(fā)生的反應是（A）o.Fe—Fe3c相圖中的GS線是（A）。C的開始線3第三章金屬熱處理及表面改性1.熱處理：通過加熱、保溫和冷卻改變金屬內部組織或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法；2.過熱：熱處理中，實際加熱的臨界溫度和相圖的平衡臨界溫度相比存在一定的滯后，即為過熱；3.奧氏體：熱處理中，把鋼件加熱到臨界溫度人1線以上，其內部組織轉變成新的組織即為奧氏體;4.等溫轉變：指過冷奧氏體在不同過冷溫度下的等溫過程中進行組織轉變；.索氏體：按照組織中層片的尺寸，把在650-600℃之間的溫度轉變的組織稱為索氏體；.托氏體：按照組織中層片的尺寸，把在600-550℃之間的溫度轉變的組織稱為托氏體；.貝氏體：按照組織中層片的尺寸，把在550-230℃之間的溫度轉變的組織稱為貝氏體；.馬氏體：在230℃時過冷奧氏體轉變成的組織即為馬氏體；.高碳馬氏體:碳的質量分數(shù)大于1%時得到的馬氏體；.低碳馬氏體:碳的質量分數(shù)小于0.2%時得到的馬氏體；.連續(xù)冷卻:將已奧氏體化的鋼冷卻，使其在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉變，稱為連續(xù)冷卻；12.退火:將偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金，先加熱到適當?shù)臏囟?，保持一定時間，然后緩慢冷卻，以達到接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝稱為退火；.正火:將鋼加熱到Ac3或Accm線以上30-50℃,適當保溫后在空氣中冷卻至室溫，得到珠光體類型的組織，這種熱處理工藝稱為正火。.完全退火：完全退火是將鋼加熱到人口線以上30-50℃,保溫一段時間，再緩慢冷卻下來。.不完全退火：不完全退火是將鋼加熱到AC1線以上20-30℃,經(jīng)適當保溫后緩慢冷卻。.去應力退火:將鋼加熱到AC1線以下某一溫度，保溫后緩慢冷卻。17．球化退火:過共析鋼的不完全退火又稱球化退火。.淬火：將鋼加熱到人^或人^線以上30-50℃,保溫一段時間，再快速冷卻，以獲得馬氏體、貝氏體等非平衡組織的熱處理工藝。.回火：淬火后的鋼先加熱到AC1先以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。20．高溫回火：高溫回火的加熱溫度為500-650℃。21．中溫回火：中溫回火的加熱溫度為250-500℃。22．低溫回火：低溫回火的加熱溫度為150-250℃。23．調質處理：生產(chǎn)中把淬火和高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質。24．淬透性：鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。25．淬硬性：鋼的淬硬性是指鋼在淬火時所能獲得的最高硬度。26．表面淬火：通過快速加熱，在零件表面很快達到淬火溫度而內部還沒有達到臨界冷卻溫度時迅速冷卻使零件表面獲得馬氏體組織而心部仍保持塑性、韌性較好的原始組織的局部淬火方法。27．表面化學熱處理：將工件放在一定的活性介質中加熱保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層，從而改變表層的化學成分、組織和性能的工藝方法。28．滲碳：滲碳是向工件表面層滲入碳原子。29．滲氮：滲碳是向工件表面層滲入氮原子，形成富氮的表面硬化層的過程。30.碳氮共滲：碳氮共滲是將碳、氮原子同時滲入工件表層，形成碳氮共滲層的化學熱處理。^m致密的氧化膜。.磷化處理：將鋼鐵零件浸入磷酸鹽溶液中，在其表面形成一層5-15^m厚的磷化膜。.鈍化處理：經(jīng)陽極氧化或化學氧化方法等處理后的金屬零件，由活潑狀態(tài)轉變?yōu)椴换顫姞顟B(tài)的過程，簡稱鈍化。.電火花表面強化：電火花表面強化是通過電火花放電的作用，把一種導電材料涂敷熔滲到另一種導電材料的表面，從而改變后者表面物理和化學性能的工藝方法。.噴丸表面強化：噴丸表面強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面，使其表面產(chǎn)生強烈的塑性變形，從而獲得一定厚度的強化層表面。.鋼的普通熱處理分為退火、正火、淬火和回火。.鋼的退火根據(jù)材料與目的要求分為短全退火 、不完全退火和去應力退火。.鋼的淬火分為單液淬火、 雙介質淬火、分級淬火和 貝氏體等溫淬火。.淬火后的鋼根據(jù)加熱溫度的不同，回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。.常用的表面化學熱處理有 滲碳、滲氮 和碳氮共滲。.常用的表面熱處理可分為表面淬火和表面化學熱處理。二、判斷題。.金屬熱處理就是加熱、冷卻改變金屬內部組織火表面組織，從而獲得所需要TOC\o"1-5"\h\z所性能的工藝方法。 （X）.熱處理中加熱冷卻速度較快，實際的臨界溫度和相圖中的平衡溫度相比存在一定的滯后現(xiàn)象。 （X）.奧氏體晶粒的大小對冷卻后鋼的組織和性能沒有很大影響。 （X）.奧氏體晶粒的大小主要取決與加熱溫度和保溫時間。 （，）.冷卻方式和冷卻速度對奧氏體的組織轉變及其鋼的最終性能沒有影響。 （X）.索氏體與托氏體同為片層狀珠光體，他們之間的僅有厚薄的差別。 （X）.完全退火工藝適用于過共析鋼。 （X）.球化退火工藝適用于亞共析鋼。 （X）.完全退火工藝適用于亞共析鋼。 （，）10?球化退火工藝適用于過共析鋼。 （，）.低碳鋼為便于切削加工，預備熱處理常用退火，以降低硬度。 （，）.低碳鋼為便于切削加工，預備熱處理常用正火，以適當提高硬度。 （X）.鋼的淬透性就是鋼的淬硬性。 （X）.鋼的淬透性是由鋼材本身的屬性所決定，所固有。 （，）15．鋼的淬透性取決于外部工藝條件的影響。 （X）16.鋼的淬硬性取決于鋼的含碳量，含碳量越高，硬度越高。 （，）17．臨界冷卻速度對鋼的淬透性無任何影響。 （X）18．感應加熱表面淬火工藝加熱快，生產(chǎn)率高，適用于單件少量生產(chǎn)。 （X）19.感應加熱表面淬火工藝加熱快，生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)。 （，）20．火焰加熱表面淬火設備簡單，適用于大批量生產(chǎn)。 （X）21.火焰加熱表面淬火設備簡單，適用于單件或小批量生產(chǎn)。 （，）22．低碳鋼零件滲碳后含碳量增加，硬度自動升高。 （X）23.低碳鋼零件滲碳后，僅表層含碳量增加，經(jīng)淬火后硬度才能升高。 （，）24．低碳鋼零件經(jīng)滲氮后，僅表層化學成分改變，硬度不變。 （X）25．滲氮處理的零件耐熱性好，耐磨性好。 （X）.發(fā)黑處理主要消除內應力。 （，）.發(fā)黑處理形成的氧化膜，可以防止金屬腐蝕和機械磨損。 （，）.發(fā)黑處理主要作為裝飾性加工工藝。 （X）.磷化處理膜使金屬基體表層的吸附性，耐熱性和減磨性得到改善。 （，）三、問答題：見教材、習題集及補充題。下述鋼中強度最高的是（D）。A.T8鋼 B.45鋼 C.65鋼下述鋼中硬度最高的是（ D）。A.40鋼 B.30CrMnSi C.T8鋼Q235A屬于（B）A.合金鋼 B.普通碳素結構鋼T12A屬于（D）.A.合金鋼 B.工具鋼 C.優(yōu)質碳素結構鋼40CrNiMo是一種合金結構鋼，元素符號前面的40表示的是（B）。A.鋼中含碳量的千分數(shù)9Mn2V是一種合金工具鋼，元素符號前面的數(shù)字9表示的是（ B）。A.鋼中含碳量的百分數(shù)第四章 鋼鐵材料及其用途.低碳鋼：碳的質量分數(shù)小于0.25％的碳鋼。.中碳鋼：碳的質量分數(shù)為0.25%~0.60%的碳鋼。.高碳鋼：碳的質量分數(shù)大于0.60%的碳鋼。.普通碳素結構鋼：s的質量分數(shù)三0?050%,p的質量分數(shù)三0?045%.優(yōu)質碳素結構鋼：s的質量分數(shù)和p的質量分數(shù)均三0?035.高級優(yōu)質碳素結構鋼：s的質量分數(shù)三0?020%「的質量分數(shù)三0?030%.特級優(yōu)質碳素結構鋼：s的質量分數(shù)三0?015%「的質量分數(shù)三0?025%8．紅硬性：紅硬性是指材料在經(jīng)過一定溫度下保持一定時間后所能保持其硬度的能力。9．白口鑄鐵：白口鑄鐵中碳的絕大部分以滲碳體的形式存在，斷口呈銀白色10．灰口鑄鐵：碳的大部分或是全部以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色11．石墨化：通常把鑄鐵中的石墨形成過程成為石墨化過程二．常用材料牌號識別：Q195：碳素結構鋼，Q為屈服強度的“屈”字漢語拼音的第一個字母，195為屈服強度數(shù)值。Q235：碳素結構鋼，Q為屈服強度的“屈”字漢語拼音的第一個字母，235為屈服強度數(shù)值。Q235F：碳素結構鋼，Q為屈服強度的“屈”字漢語拼音的第一個字母，235為屈服強度數(shù)值。F表示沸騰鋼。Q255Z：碳素結構鋼，Q為屈服強度的“屈”字漢語拼音的第一個字母，255為屈服強度數(shù)值。Z表示鎮(zhèn)靜鋼。25：優(yōu)質碳素結構鋼，25表示平均含碳量為0.25％。35：優(yōu)質碳素結構鋼，35表示平均含碳量為0.35％。.45：優(yōu)質碳素結構鋼，45表示平均含碳量為0.45％。65：優(yōu)質碳素結構鋼，65表示平均含碳量為0.65％。T7:碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，7表示平均含碳量為0.7%。T8： 碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，8表示平均含碳量為0.8%。T10：碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，10表示平均含碳量為1.0%。T13：碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，13表示平均含碳量為1.3%。T13A：碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，13表示平均含碳量為1.3%,A表示高級優(yōu)質鋼。T10A：碳素工具鋼，T表示“碳”字的漢語拼音第一個字母，10表示平均含碳量為1.0%,A表示高級優(yōu)質鋼。ZGMn13：2Cr13：鉻不銹鋼，2表示平均含碳量為0.2%,Cr為鉻的元素符號，13表示含鉻量為13%。3Cr13：鉻不銹鋼，3表示平均含碳量為0.2%,Cr為鉻的元素符號，13表示含鉻量為13%。20CrMnTi：合金結構鋼中的合金滲碳鋼。20表示平均含碳量為0.2%,Cr、Mn、Ti為合金元素鉻,錳,鈦的元素符號,其含量平均小于1.0%。18Cr2Ni4WA：40Cr：合金結構鋼中的調質鋼，40表示平均含碳量為0.40%,Cr為合金元素鉻的元素符號，其平均含量小于1.0%。35CrMo：合金結構鋼中的調質鋼，35表示平均含碳量為0.35%,Cr、Mo為合金元素鉻、鉬的元素符號,其平均含量小于1.0%。40CrNiMo：合金結構鋼中的調質鋼，40表示平均含碳量為0.40%,Cr、Ni、Mo為合金元素鉻、鎳、鉬的元素符號,其平均含量小于1.0%。38CrMoAl：合金結構鋼中的調質鋼，38表示平均含碳量為0.38%,Cr、Mo、Al為合金元素鉻、鉬、鋁的元素符號,其平均含量小于1.0%。65Mn：合金結構鋼中的彈簧鋼，65表示平均含碳量為065%,Mn為合金元素錳的元素符號，其平均含量小于1.0%。50CrVA：合金結構鋼中的彈簧鋼，50表示平均含碳量為0.50%,Cr、V為合金元素鉻、釩的元素符號，其平均含量小于1.0%。A表示高級優(yōu)質鋼。W18Cr4