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工程材料习题<习题一>1、抗拉强度： 是材料在破断前所能承受的最大应力。 屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力。 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。 冲击韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力。2 、材料的弹性模量与塑性无关。3 、由大到小的顺序，抗拉强度： 2 、 1 、 3 、 4 。屈服强度： 1 、 3 、 2 、 4 。刚度： 1 、 3 、 2 、 4 。塑性： 3 、 2 、 4 、 1 。4、布氏、洛氏、维氏和显微硬度。由于各种硬度测试方法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进行比较。5、（1）洛氏或维氏硬度 （2）布氏硬度 （3）布氏硬度 （4）洛氏或维氏硬度 （5）显微硬度6、冲击功或冲击韧性。 由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭示出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回火脆性等，故目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数几次大能量冲击的设计有一定的参考意义。7、 产生疲劳断裂的原因一般认为是由于在零件应力集中的部位或材料本身强度较低的部位，如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、刀痕等缺陷，在交变应力的作用下产生了疲劳裂纹，随着应力循环周次的增加，疲劳裂纹不断扩展，使零件承受载荷的有效面积不断减小，当减小到不能承受外加载荷的作用时，零件即发生突然断裂。    可以通过以下途径来提高其疲劳抗力。改善零件的结构形状以避免应力集中；提高零件表面加工光洁度；尽可能减少各种热处理缺陷 (如脱碳、氧化、淬火裂纹等)；采用表面强化处理，如化学热处理、表面淬火、表面喷丸和表面滚压等强化处理，使零件表面产生残余压应力，从而能显著提高零件的疲劳抗力。8、断裂韧性表示材料抵抗裂纹扩展的能力。    断裂韧性的实用意义在于：只要测出材料的断裂韧性 ，用无损探伤法确定零件中实际存在的缺陷尺寸，就可以判断零件在工作过程中有无脆性开裂的危险；测得断裂韧性和半裂纹长度后,就可以确定材料的实际承载能力。所以，断裂韧性为设计、无损伤探伤提供了定量的依据。5<习题二>1、略2、金属键，大量自由电子，良好导电导热性，又因金属键的饱和性无方向性，结构高度对，故有良好的延展性。离子键，正负离子的较强电吸引，导致高硬度，高熔点，高脆性，因无自由电子，固态导电性差。共价键，通过共用电子对实现搭桥联系，键能高，高硬度，高熔点，高介电性。分子键，因其结合键能低，低熔点，低强度，高柔顺性。3、有体心立方，面心立方，密排六方三种，其排列特点见表2-1   -Fe，-Fe，Cr，V属体心，   -Fe，Cu，Ni，Pb属面心，   Mg，Zn属密排六方。4、由有（m）故-Fe的晶格常数为 。   1mm3中-Fe的原子数 个。5、（111）、（011）、（001）,   111、011、（001）。6、                7、这是因为单晶体在各个晶面和晶向上原子排列密度是有差异的，所以表示出晶体的各向异性。   而多晶体是由众多细小的晶粒所构成的集合体，各个晶粒的晶轴取向是随机分布的。这样，多晶体的性能在各个方向上表示出的是统计平均值的大小，所以是各向同性的。8、-Fe的原子排列密度为0.68，   -Fe的原子排列密度为0.74，   由于-Fe的晶格间隙较大，所以，-Fe的渗碳能力大于-Fe。9、体积会膨胀，这是因为-Fe的密度小于-Fe。10、有点缺陷（空位、间隙原子），线缺陷（位错）和面缺陷（晶界面、相界面）三种。一般来说，缺陷密度越高，位错滑移阻力越大，材料强度、硬度越高，塑性、韧性越低。11、固溶体是以溶剂元素的晶格类型为基础，再溶入一些溶质原子。因为是对称性高的晶格结构，往往具有较好的塑性。而金属间化合物的晶格结构不同于组成元素的晶格，且因为离子键或共价键特质，键能较高。故硬度、强度高，脆性大。12、两种。置换型和间隙型。形成固溶体后，由于溶质原子造成的晶格畸变，固溶体会产生所谓固溶强化现象，即强度、硬度上升，塑性、韧性下降。13、有正常价化合物（离子化合物、共价化合物），电子浓度化合物和间隙相等。它们在合金中一般可作为强化相。14、一般高分子化合物的分子量都十分巨大，且具有键状结构，键节之间属共价键联接，键与键之间属分子键联接。15、主要键型有离子键，共价键，构成陶瓷的晶体相主要是氧化物和含氧酸盐。5<习题三>1、略。2、形核与长大。晶核的形核率与生长率的影响因素有：过冷度、熔点、熔化潜热、铸型冷却能力和外力形核质点的类型和数量等。3、铸造生产中，控制晶粒大小的措施有：1）、增加过冷度，2）、孕育处理（变质处理），3）、附加振动等。   （1）中金属模铸件晶粒小，   （2）低温浇注的晶粒小，   （3）采用振动的晶粒小。4、共晶：L+包晶：L+     共析：+。5、（1）错（2）对（3）错6、（！）见下图。不会有纯Mg相，从相图看Mg会溶解一部分Cu形成固溶体。7、8、接近共晶成分的合金流动性好，铸造性能好。而固溶体合金的塑性好，适合压力加工。5<习题四>6、可以金相法区分。  一是看有无莱氏体或石墨组织，有即为3.5%C的铁碳合金。  二是看有无二次渗碳体，有即为1.2%C的过共析钢。  剩下的两种合金只要比较珠光体的数量即可，多者为0.4%C少者为0.2%C的合金。7（1）因为渗碳体的体积分数大，材料就硬； （2）低温莱氏体中有大量共晶渗碳体，故材料的差； （3）0.4%C的钢在1100时为单相奥氏体，塑性好，故可锻造。而4.0%C的生铁在1100时为高温莱氏体，有共晶渗碳体，故不可锻造。 （4）这是因为有时因冶金质量不高，钢中留有低熔点的三元硫共晶在晶界上分布。在9501100时，硫共晶会熔化，形成所谓“热脆”现象。 （5）对低碳钢而言，确是如此。这样可以保证是在单相奥氏体相区内进行压力加工。 （6）塑性好。 （7）钢丝中碳量越高，钢丝的强度就越大（在共析成分以下）。 （8）T8，T10，T12是工具钢，材料中有大量二次渗碳体，故难锯。 （9）铸铁因其成分接近共晶点，有良好的流动性，故适合铸造；而钢因其基体相为.Fe（铁素体），塑性好，且高温下可转变为奥氏体，塑性更好，故适合压力加工。8 主要有Si，Mn，P，S等.  Si是有益于提高钢的铁素体的强度，主要是固溶强化。  Mn也是有益于提高钢的铁素体的强度，主要是固溶强化和形成合金渗碳体。  P提高钢的冷脆转变温度范围，不利于钢的韧性。  S主要是引起钢的热脆性，这是因为S会在钢中形成低熔点三元硫共晶。9 强度：T8>T12>45#，碳素钢中以珠光体的综合机械性能为最好，强度最好，T8钢中珠光体的体积分数最大，其次为T12和45#钢；  硬度：T12>T8>45#，碳素钢中以渗碳体相的硬度为最高，T12钢中渗碳体的体积分数最大，其次为T8和45#钢。  塑性：45#> T8> T12，碳素钢中以铁素体相的塑性最好，45#钢中铁素体的体积分数最大，其次为T8钢和T12钢。10 （1）普通碳素结构钢   对杂质元素控制不严，用于各种热轧型材和要求不高的机械结构。（2）优质碳素结构钢   对杂质元素控制严格，用于制造一般的机械零件。（3）高级优质碳素工具钢   对杂质元素控制非常严格，用于制造一般形状简单且速度不高的工具和刃具。11  见表45。 <习题五>1、（1）滑移 ：所谓滑移是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。孪生 ：晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面 (孪生面)产生一定角度的切变(即转动)，这种变形方式叫做“孪生”。（2）再结晶 ：变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，而晶格的类型无任何改变，故称为“再结晶”。二次再结晶 ：通常再结晶后获得细而均匀的等轴状晶粒。如果温度继续升高或保温较长时间后，少数晶粒会吞并周围许多晶粒而急剧长大，形成极粗的晶粒，为了与通常晶粒的正常长大相区别，把这种现象称为“二次再结晶”。再结晶温度 ：变形金属开始进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。（3）热加工 ：凡在再结晶温度以上的加工过程称为热加工。冷加工 ：凡在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。（4）加工硬化 ：晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化(或冷作硬化)现象。（5）回复 ：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程，称为回复。（6）再结晶 ：变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，而晶格的类型无任何改变，故称为“再结晶”。（7）织构 ：当金属变形量达到一定值(7090以上)时，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致，这种现象称为“织构”现象，或称“择优取向”。2、因为锌、镁属于密排六方晶格，纯铜属于面心立方晶格。孪生变形仅在滑移系较少而不易产生滑移的密排六方金属 (如Mg、Zn、Cd等)中易于发生，而面心立方晶格金属（如Al、Cu等）中由于滑移系较多，故易产生滑移。3、弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，是由于在外力的作用下，铁丝随着外形的变化，其内部组织也要发生变化，晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化 (或冷作硬化)现象，金属的加工硬化，给进一步加工带来困难，所以后来逐渐感到有些费劲。再进一步变形时，由于金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，很快铁丝就因为疲劳而发生断裂。4、 金属的晶粒粗细，对其机械性能的影响是很大的。晶粒愈细，晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同位向的晶粒数愈多。因此，塑性变形抗力也愈大。另外，晶粒的愈细，不仅使强度增高，而且也增加其塑性和韧性。因为晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数愈多，变形可以分散在更多的晶粒内进行，各晶粒滑移量的总和增大，故塑性好。同时，由于变形分散在更多的晶粒内进行，引起裂纹过早产生和发展的应力集中得到缓和，从而具有较高的冲击载荷抗力。所以，工业上常用细化晶粒的方法来使金属材料强韧化。5、在外力的作用下，金属随着外形的变化，其内部组织也要发生如下的变化：(一)晶粒形状的变化。 塑性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长，形成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，且随变形量增大而加剧。这种组织通常叫做“纤维组织”。(二)亚结构的形成。 在未变形的晶粒内部存在着大量的位错壁 (亚晶界)和位错网，随着塑性变形的发生，即位错运动，在位错之间产生一系列复杂的交互作用，使大量的位错在位错壁和位错网旁边造成堆积和相互纠缠，产生了位错缠结现象。随着变形的增加，位错缠结现象的进一步发展，便会把各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。变形愈大，晶粒的碎细程度便愈大，亚晶界也愈多，位错密度显著增加。同时，细碎的亚晶粒也随着变形的方向被拉长。(三)形变织构的产生。 在定向变形情况下，金属中的晶粒不仅被破碎拉长，而且各晶粒的位向也会朝着变形的方向逐步发生转动。当变形量达到一定值 (7090以上)时，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致，这种现象称为“织构”现象，或称“择优取向”。    塑性变形对金属性能的影响：组织上的变化，必然引起性能上的变化。如纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向。晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化 (或冷作硬化)现象。6、影响再结晶温度的因素是：（1）预先的变形程度。 变形程度愈大，金属畸变能愈高，向低能量状态变化的倾向也愈大，因此再结晶温度愈低。(2)原始晶粒大小。 金属原始晶粒越小，则变形的抗力越大，变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低。(3)金属的纯度及成分。 金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂。当金属中含有少量元素，特别是高熔点元素时，常会阻碍原子扩散或晶界的迁移，而使再结晶温度升高。如纯铁的再结晶温度约为 450，加入少量碳变成钢时，其再结晶温度提高至500650。在钢中再加入少量的W、Mo、V等，还会更进一步提高再结晶温度。当合金元素含量较高时，可能提高也可能降低再结晶温度，这要看合金元素对基体金属原子扩散速度比对再结晶形核时的表面能的影响而定。有利于原子扩散和降低表面能的则降低再结晶温度；反之，则升高再结晶温度。(4)加热速度和保温时间。 再结晶过程需要有一定时间才能完成，故加热速度的增加会使再结晶推迟到较高温度才发生；而保温时间延长，原子扩散充分，可使再结晶过程在较低温度下完成。由于铸造组织没有经过塑性变形所以不能通过再结晶退火来消除粗大铸造组织。7、 金属在冷拔过程中会产生加工硬化，金属的加工硬化，给进一步加工带来困难。为此，在其加工过程中必须安排一些中间退火工序，来消除加工硬化现象。8、塑性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长，形成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，且随变形量增大而加剧。这种组织通常叫做“纤维组织”。纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向。晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化 (或冷作硬化)现象。9、 变形度的影响实际上是一个变形均匀的问题。变形度愈大，变形便愈均匀，再结晶后的晶粒度便愈细。当变形度很小时，由于晶格畸变小，不足以引起再结晶，故晶粒度保持原样。当变形度在 2l0时再结晶后的晶粒十分粗大，因此时金属中只有部分晶粒发生变形，变形很不均匀，再结晶时的形核数目少，再结晶后的晶粒度很不均匀，故晶粒极易吞并长大。这个变形度称为“临界变形度”，生产中应设法避免。10、热加工虽然不致引起加工硬化，但仍能使金属的组织和性能发生显著的变化：(一)可使钢中的气孔焊合，分散缩孔压实，从而使材料的致密度增加。(二)可使钢中的粗大枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。(三)可使钢中的各种夹杂物沿着变形方向伸长(塑性夹杂物如FeS和细碎脆性夹杂物如氧化物等)，但晶粒通过再结晶变成细等轴晶，而夹杂物却被保留下来，形成了“纤维组织”，在宏观试样上呈现为条状(塑性夹杂物)和链状(脆性夹杂物)。这种组织使钢的机械性能有了方向性，在沿着纤维的方向上(纵向)具有较高的机械性能，而且在垂直纤维方向上(横向)性能较低。钢材在热加工（如锻造）时，加工温度处于其再结晶温度以上，即使发生加工硬化，也会通过再结晶而消除，故不产生加工硬化。11 、用细棒料压制的齿轮好。5<习题六>第六章习题参考答案1 （1）奥氏体的起始晶粒度：起始晶粒度事指珠光体向奥氏体转变刚刚终了时的奥氏体晶粒度。实际晶粒度：钢在具体加热条件下实际得到的奥氏体晶粒尺寸。本质晶粒度：钢加热到930±10，保温8h，冷却后得到的晶粒度。（2） 珠光体：层比较大的铁素体与渗碳体的机械混合物。索氏体：层片间距较小的铁素体与渗碳体的机械混合物。屈氏体：层片间距较小的铁素体与渗碳体的机械混合物。贝氏体：过饱和的铁素体和碳化物的机械混合物。马氏体：碳在Fe中的过饱和固溶体。（3）奥氏体：碳溶在Fe中的间隙固溶体。过冷奥氏体：钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到A r1以下，成为热力学不稳定状态的过冷奥氏体。残余奥氏体：过冷奥氏体向马氏体转变时，冷至室温或Mf点尚未转变的奥氏体。（4）退火：钢的退火是把钢加热到高于或低于临界点（Ac1或Ac3  ）的某一温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。正火：正火时把亚共析钢加热到  以上3050，过共析钢加热到 上3050，保温后在空气中冷却的工艺。淬火：将钢加热到Ac1或Ac3 以上30-50，保温后快速的操作，称为淬火。回火：将淬火钢加热到 A1以下某一温度，保温一定时间，然后快速冷却到室温的热处理工艺。冷处理：将退火钢继续冷却带室温以下某一温度并停留一定时间，使残余奥氏体转变为马氏体，然后在恢复到室温。临界淬火冷却速度（Vk）： 使获得全部马氏体组织的最小冷却速度。淬透性：淬透性表示钢在淬火时或得马氏体的能力。淬硬性：淬硬性使指钢在理想条件下进行淬火硬化（即得到马氏体组织）所能达到的最高硬度的能力。2 珠光体组织使按层间距大小分为珠光体，索氏体，屈氏体三种。珠光体在等温温度在 制650 温度范围内获得，层片较大（>0.4m ）硬度为170200HBS，索氏体在等温温度在650600范围内得到层片间距较小（0.20.4m ） 硬度为230-320HBS，屈氏体在等温温度在600-550范围内得到，层间距更小（<0.2m），硬度为330-400HBS。3 贝氏体组织最为常见的是上贝氏体和下贝氏体上贝氏体使过冷奥氏体在550-350 温度范围内等温度形成的。呈羽毛状，有粗大的片状铁素体和粗大的，分布不均匀的渗碳体组成。韧性显著降低，硬度为HBC3545。下贝氏体使是过冷奥氏体在350230温度范围内等温形成的，下贝氏体中的铁素体针细小，渗碳体弥散度大。分布更均匀，强度，硬度进一步提高。塑性，韧性有所改善，具有更好的综合机械性能。4、马氏体的组织形态主要有两种：板条状马氏体和片状马氏体。高温奥氏体中含碳量大于1.0%时，淬火组织中马氏体的 形态是片状的，亚结构主要是栾晶，在片体边界上沿111m方向呈点状规则排列有螺形位错。片状马氏体韧性和塑性差。高温奥氏体中含碳量小于0.30%时，淬火组织中马氏体的形态是板条状的，体内有高容度位错，111r为其惯习面。板条状马氏体的韧性和塑性好。马氏体的硬度主要取决于含碳量，随着马氏体含碳量的增高，硬度随之提高，当含碳量超过0.6%以后硬度增加趋于平缓。5、连续冷却是以某一速度连续冷却到室温，使过冷奥氏体在 连续冷需冷却过程中发生转变，等温冷却是快速冷却到Ar1以下某一温度，并等温停留一段时间，使过冷奥氏体发生转变，然后在冷却到室温。6、共析钢C曲线中，过冷奥氏体开始转变点的连线称为转变开始线；过冷奥氏体转变结束点的连线称为转变结束线。水平线A1表示奥氏体与珠光体的平衡温度。在A1线以上是奥氏体稳定存在的区域，A1线以下，转变开始线以左是过冷奥氏体区，转变结束线以右是转变产物区，转变开始线和结束线之间是过冷奥氏体和转变产物共存区。影响C曲线形状和位置的主要因素有：（1）碳的影响。在亚共析钢中，随含碳量增加，C曲线向右移动；在过共析钢中，随含碳量的增加，C曲线则向右移动。（2）合金元素的影响：除钴外，所有的合金元素使C曲线位置右移，碳化物形成元素含量较多时，不仅影响C曲线位置，还会改变C曲线的形状。（3）加热温度和保温时间的影响：随着加热温度的提高和保温时间的延长，C曲线右移。8、（1）完全退火，目的是消除轧制工艺不合要求而产生的带状组织缺陷，并适当降低硬度，提高塑性和改善切屑加工性能。退火后组织为珠光体+铁素体（2）去应力退火：目的是消除铸件的内应力，退火后组织为珠光体+铁素体（3）去应力退火，目的是消除段柸的热应力，避免使用工程中变形和开裂，退火后组织为珠光体+铁素体。（4）球化退火，目的是将珠光体的渗碳体由片状转化为球状，得到球状珠光体，降低钢的硬度，改善切削加工性能，得到的组织为球状珠光体+球状渗碳体9、  过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体 铁素体 过冷奥氏体+屈氏体 过冷奥氏体+屈氏体+贝氏体 下贝氏体 过冷奥氏体+下贝氏体 下贝氏体+马氏体+残余奥氏体 过冷奥氏体 马氏体+残余奥氏体（2）V1：退火     V2：正火  V3：等温淬火 V4：分级淬火  V5：双液淬火10、（a）马氏体            (b)贝氏体+马氏体                 (c)  屈氏体+贝氏体+马氏体                    (d)屈氏体+索氏体+珠光体11、 淬火的目的是为了获得马氏体或贝氏体组织。提高钢的机械性能。   为了防止奥氏体晶粒粗化，一般淬火温度不宜太高，只允许超出临界点30-50。亚共析钢的淬火加热温度是Ac3+30-50。过共析钢的淬火温度是Ac1+30-50。12、        冷却后组织                           加热后组织   700： 珠光体+铁素体                       珠光体+铁素体   760： 马氏体+铁素体                       奥氏体+铁素体   840： 马氏体+残余奥氏体                   马氏体+奥氏体   1100：粗大的马氏体+粗大的残余奥氏体       粗大的奥氏体13、淬透性表示钢在淬火时获得马氏体的能力。而淬硬层深度为钢的表面至半马氏体区的距离。淬透性是钢在规定条件下的一种工艺性能，是确定的可以比较的，为钢材本身固有的属性。淬硬层深度是实际工件在具体条件下淬得的马氏体和半马氏体的深度，是变化的，与钢的淬透性及外在因素（如淬火介质，零件尺寸）有关。影响钢淬透性的因素：钢的临界冷却速度（VK）。凡是影响C曲线位置的因素均能影响钢的淬透性。淬硬性主要与马氏体的含碳量有关，含碳量愈高，淬火后硬度愈高。14、机械设计中应考虑钢的淬透性。界面较大或形状复杂以及受力情况特殊的重要零件，要求界面的力学性能均匀的零件，应选用淬透性好的钢：而陈寿扭转或弯曲再和的轴类零件，外层受力较大，心不受力较小，可选用淬透性较低的钢种，只要淬透性深度为轴半径的1/3-1/2即可，这样，既满足了性能的要求降低了成本。15、索氏体：正火所得，层片状，HB和回火索氏体相当，屈服强度，冲击韧性都比或会索氏体略低。回火索氏体：调质所得，铁素体+细小颗粒碳化物，综合机械性能优越。屈氏体：6000-500范围内所得，层片状，硬度330-400HBS。回火屈氏体：350-500回火所得，硬度为35-45HRC，又较高的弹性和屈服极限，同时有一定韧性。马氏体：钢在Ms点以下发生无扩散转变所得，高强度高硬度，塑性、韧性较差。回火马氏体易于腐蚀，金相显微镜下为暗黑针片状，HRC58-64.16、甲厂产品的组织为珠光体+铁素体。乙厂产品的组织为回火索氏体，与甲厂产品相比，乙厂产品具有良好的综合机械性能。17、对低碳钢齿轮进行渗碳，渗碳后表面组织从珠光体+铁素体变成马氏体+残余奥氏体，硬度和耐磨性大幅提高。对中碳钢齿轮进行表面淬火，表面淬火后表面组织从珠光体+铁素体变成马氏体+残余奥氏体，硬度和耐磨性提高。18、表面淬火一般用中碳钢和中碳合金钢，也可用高碳工具钢和低合金工具钢以及铸铁等。渗碳用钢通常为含碳量0.15-0.25%的低碳钢和低碳合金钢。氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢。表面淬火后，表面硬度，耐磨性和疲劳强度均提高。三者相比较，淬火后硬度值一般在HRC45-60之间，渗碳后硬度值在HRC58-60之间，渗氮后硬度值在67-74之间。渗碳与渗氮相比，工件变形大，渗层厚。表面淬火可用于齿轮、轧辊等；渗碳可用于齿轮、大小轴、凸轮轴、活塞销及机床零件、大型轴承等；渗氮主要用于各种高速传动精密齿轮，高精度机床主轴（如镗床镗杆，磨床主轴），在交变载荷条件下要求疲劳强度很高的零件，以及要求变形很小和具有一定抗热、耐蚀能力的耐磨零件。 5<习题七>1、合金钢中的合金元素通常分为以下几类：碳化物形成元素：Mn, Cr, W，Mo, V, Ti, Nb ,Zr非碳化物形成元素：Ni, Cu, Co, Si, Al。2、除 Co外，所有合金元素溶于奥氏体后，都增大其稳定性，使奥氏体分解转变速度减慢，即C曲线右移，从而提高钢的淬透性。碳化物形成碳化物形成元素，如Mo、W、V、Ti等，当它们含量较多时，不仅使C曲线右移，而且还会使C曲线的形状发生变化，甚至出现两组C曲线，上部的C曲线反映了奥氏体向珠光体的转变，而下部的C曲线反映了奥氏体向贝氏体的转变。3、（ 1）合金元素溶入铁素体中形成合金铁素体，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变，产生固溶强化效应。非碳化物形成元素：如Ni、Si、Al、Co等，它们不与碳形成化合物，基本上都溶于铁素体内，以合金铁素体形式存在；碳化物形成元素，基本上是置换渗碳体内的铁原子而形成合金渗碳体或合金碳化物，如：Cr7 C3 等。（ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降的速度比碳钢慢。这种现象称之为回火稳定性。合金元素一般都能提高残余奥氏体转变的温度范围。在碳化物形成元素含量较高的高合金钢中，淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到500600仍不分解，而是在回火冷却过程中部分转变为马氏体，使钢的硬度反而增加，这种现象称之为二次硬化。其次，在高合金钢中，由于Ti、V、W、Mo等在500600温度范围内回火时，将沉淀析出特殊碳化物，这些碳化物以细小弥散的颗粒状存在，因此，这时硬度不但不降低，反而再次增加，这种现象称之为“沉淀型”的二次硬化，亦称为弥散硬化或沉淀硬化。合金元素对淬火及回火后钢的机械性能的不利影响是回火脆性问题。4、（ 1）奥氏体：碳在-Fe中的一种间隙固溶体。合金奥氏体：溶在合金元素中的奥氏体。奥氏体钢：钢的组织为奥氏体的钢。（ 2）铁素体：碳在-Fe中的一种间隙固溶体。合金铁素体：溶在合金元素中的铁素体。铁素体钢：钢的组织为铁素体的钢。（ 3）渗碳体即碳化三铁Fe 3 C。合金渗碳体：溶有合金元素的渗碳体，如(Fe、Cr) 3 C等。特殊碳化物：指稳定性特高的碳化物，如：WC等。5、（ 1）除Mn、Ni等扩大相区的元素外，大多合金元素与铁相互作用能缩小相区，使A 4 下降，A 3 上升，因此使钢的淬火加热温度高于碳钢。（ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降的速度比碳钢慢。这种现象称之为回火稳定性。（ 3）从合金元素对铁碳相图的影响可知，由于合金元素均使相图中的S点和E点左移，因此使共析点和奥氏体的最大溶碳量相应地减小，出现了当含Cr量为12时，共析点地含碳量小于0.4,含碳量12时奥氏体最大含碳量小于1.5。（ 4）由于高速钢中含有大量地合金元素，使其具有很高的淬透性，在空气中冷却即可得到马氏体组织。6、用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。渗碳钢的含碳量一般都很低 (在0.150.25之间)，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Mo、W、Ti、B等。其中Cr、Mn、Ni等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。另外，少量的Mo、W、Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒的作用。微量的B(0.0010.004)能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。7、调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。调质钢的含碳量一般在 0.250.50之间，属于中碳钢。碳量过低，钢件淬火时不易淬硬，回火后达不到所要求的强度。碳量过高，钢的强度、硬度虽增高，但韧性差，在使用过程中易产生脆性断裂。常用合金调质钢通常加入的合金元素有Cr、Ni、 Si、Mn、B等，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。8、 弹簧钢可分为碳素弹簧钢与合金弹簧钢。碳素弹簧钢是常用的弹簧材料之一，其含碳量为 0.60.9。合金弹簧钢的含碳量低一些，约介于0.450.70之间，考虑到合金元素的强化作用，降低含碳量有利于提高钢的塑性和韧性。合金弹簧钢中所含合金元素经常有Si、Mn、Cr、V等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。根据弹簧的加工成型状态不同，弹簧分为热成型弹簧与冷成型弹簧，热成型弹簧的最终热处理为淬火后中温回火；冷成型弹簧则是用冷拉弹簧钢丝经冷卷后成型，然后进行低温去应力退火。9、 滚动轴承钢的含碳量为 0.951.15，这样高的含碳量是为了保证滚动轴承钢具有高的硬度和耐磨性。主加元素是Cr，其作用可增加钢的淬透性，铬与碳所形成的(Fe、Cr) 3 C合金渗碳体比一般Fe 3 C渗碳体稳定，能阻碍奥氏体晶粒长大，减小钢的过热敏感性，使淬火后得到细小的组织，而增加钢的韧性。Cr还有利于提高回火稳定性。对于大型滚动轴承(如D>3050mm的滚珠)，还须加入适量的Si(0.400.65)和Mn(0.901.20)，以便进一步改善淬透性，提高钢的强度和弹性极限而不降低韧性。10、钢种表面组织心部组织晶粒大小性能原因20钢回火马氏体渗碳体F+P较细小外硬内韧 20CrMnTi回火马氏体合金碳化物F+P（细）低碳回火马氏体更细小表面强度、硬度更高，心部不仅强、硬度较高，同时韧性好。加入合金元素不仅改善了组织，同时性能也得以提高。11、下料球化退化机械加工淬火 +低温回火磨平面抛槽开口球化退火：降低硬度，便于机械加工，并为最终热处理做好组织上的准备。淬火 +低温回火：保证最终使用性能（高的硬度和良好的韧性），减小变形（分级淬火），降低残余内应力。最终组织为：下贝氏体碳化物。硬度大于60HRC。12、热硬性（红硬性）是指外部受热升温时工具钢仍能维持高硬度（大于 60 HRC）的功能。W18Cr4V出现二次硬化的原因是在550570温度范围内钨及钒的碳化物（WC,VC）呈细小分散状从马氏体中沉淀析出，产生了弥散硬化作用。同时，在此温度范围内，一部分碳及合金元素从残余奥氏体中析出，从而降低了残余奥氏体中碳及合金元素含量，提高了马氏体转变温度。当随后回火冷却时，就会有部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度得到提高。由于以上原因，在回火时便出现了硬度回升的“二次硬化”现象。而 65钢虽然淬火后硬度可达6062HRC但由于其热硬性差，钢中没有提高耐磨性的碳化物，因此不能制造所要求耐磨的车刀。13、 高的热硬性主要取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶于奥氏体中合金元素的量，由于对高速钢热硬性影响最大的两个元素 W及V,在奥氏体中的溶解度只有在1000以上时才有明显的增加，在12701280 时奥氏体中约含有78的钨，4的铬，1的钒。温度再高，奥氏体晶粒就会迅速长大变粗，淬火状态残余奥氏体也会迅速增多，从而降低高速钢性能。这就是淬火温度定在1280的原因。选择三次回火是因为因为W18Cr4V钢在淬火状态约有2025的残余奥氏体，仅靠一次回火是难以消除的。因为淬火钢中的残余奥氏体是在随后的回火冷却过程中才能向马氏体转变。回火次数愈多，提供冷却的机会就愈多，就越有利于残余奥氏体向马氏体转变，减少残余奥氏体量(残余奥氏体一次回火后约剩1 5，二次回火后约剩35，第三次回火后约剩下2)。而且，后一次回火还可以消除前一次回火由于残余奥氏体转变为马氏体所产生的内应力。14、热处理工艺为：球化退火（降低硬度，便于切削加工，为最终热处理做组织准备）淬火：其目的是为了保证块规具有高的硬度（6265HRC），耐磨性何和长期的尺寸稳定性。冷处理后的低温回火：是为了减小应力，并使冷处理后的过高硬度（66 HRC左右）降低至所要求的硬度（6265HRC）时效处理原则：是为了消除新生的磨削应力，使量具残余应力保持在最小程度。15、Cr12MoV钢类似于高速钢，也需要反复的锻打，把大块的碳化物击碎，锻造后也要进行球化退火，以便降低硬度，便于奥氏体加工。经机械加工后进行淬火，回火处理。必须指出，如果对Cr12MoV钢还要求有良好的热硬性时，一般可将淬火温度适当提高至11151130，但会因组织粗化而使钢的强度和韧性有所将低。淬火后，由于组织中存在大量残余奥氏体（>80%）而使硬度仅为4250HRC，但在510520回火时会出现二次硬化现象，是使钢的硬度回升至6061HRC。16、 奥氏体不锈钢中加入了扩大相区降低 Ms点的合金元素（如Ni），使钢室温下具有单相奥氏体组织。钢中加Ti是为了消除钢的晶间腐蚀倾向。为提高其耐腐蚀性常用的热处理工艺有固溶处理，稳定性处理及除应力处理。17、耐热钢包括抗氧化钢和热强钢。    提高钢的氧化性，钢中通常加入足够的Cr, Si, Al和稀土等元素。使钢在高温下与氧接触时，表面能生成致密的高熔点的氧化膜，它严密的覆盖在钢的表面，可以保护免于高温气体的继续腐蚀。抗氧化钢多用来制造炉用零件和热交换器。加强钢中常加入铬，镍，钼，钨，钒，锰等元素，用以提高钢的高温强度。汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉过热器，高温工作的螺栓和弹簧，内燃机排气阀等用钢都是热强钢。18 、（ 1 ）、 20CrMnTi ： 渗碳钢。用于承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的零件。 0 2 的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性， Cr、Mn、Ti等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，提高钢的心部的强度。另外，少量的Ti可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。（ 2 ）、 40MnVB ： 调质钢。这类钢在多种负荷下工作，受力情况比较复杂的重要零件，要求具有高强度与良好的塑性及韧性的配合，即具有良好的综合机械性能。 0 4 的含碳量保证 调质钢零件获得良好的综合机械性能；合金元素的加入，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。调质钢经过调质热处理后得到回火索氏体组织。调质钢零件，通常除了要求有良好的综合机械性能外，往往还要求表面有良好的耐磨性。为此，经过调质热处理的零件往往还要进行感应加热表面淬火。如果对表面耐磨性能的要求极高