工程材料B复习提纲02

《工程材料B》复习提纲02四、问答题1.为什么亚共析钢淬火时必须进行完全奥氏体化？答：亚共析钢的淬火温度为Ac3+30~50℃，以实现完全奥氏体化，淬火后组织为马氏体与少量残余奥氏体。亚共析钢在Ac1~Ac3之间加热淬火后的组织为马氏体加铁素体，由于组织中有自由铁素体存在，使钢的强度和硬度降低，达不到淬火提高强度、硬度的目的。2.金属疲劳断裂是怎样产生的？如何提高零件的疲劳强度？答：很多零件如轴、齿轮、连杆等是在循环应力的作用下工作的，一般这些应力的绝对值远小于金属材料的强度极限，但是，经过长时间使用，这些零件仍然会产生突然断裂，这种现象称为疲劳断裂。提高零件的疲劳强度主要从以下几个方面着手：（1）材料成分和组织合金元素造成弥散强化以及细化晶粒可以减小应力集中，改善位错的集中塞积，因而阻碍裂纹的萌生，同时，大量晶界、相界的存在对裂纹的扩展也是很大的阻碍，以上这些有利于提高疲劳强度。（2）非金属夹杂物及冶金缺陷减少夹杂物的数量，减少钢材中气孔、缩孔、偏析等冶金缺陷，减少零件在铸造、锻造、焊接及热处理中的缩孔、裂纹、过热等缺陷都有利于提高零件的疲劳强度。（3）零件表面状况减小表面缺口，如接刀痕、摩擦痕、磨裂等，或增大沟槽根部圆角等，无疑都有利于减小应力集中，提高疲劳强度。表面粗糙度的下降也有利于提高疲劳强度。零件表面抛丸、滚压除了可以提高表面强度外，可获得残余压应力，零件表面热处理也可以得到残余压应力，如渗碳、渗氮等，也可以提高疲劳强大。3.为什么过共析钢淬火时只进行部分奥氏体化而不进行完全奥氏体化？答：过共析钢部分奥氏体化，淬火之后得到的组织为马氏体、少量渗碳体和残余奥氏体，由于少量渗碳体的存在，使钢的硬度和耐磨性提高。如果进行完全奥氏体化，由于渗碳体全部溶于奥氏体中，奥氏体含碳量提高，Ms线下降，淬火后，残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低，而且，由于温度高，奥氏体晶粒粗大化，淬火得到粗大的马氏体，钢的脆性增大。所以，过共析钢淬火加热时只进行部分奥氏体化。4.简述细化晶粒的方法。答：主要有以下三类方法：（1）增大过冷度增大过冷度，在提高形核率的同时，也提高长大的速度，但是，随着过冷度的增加，形核率的变化要比长大速度的变化快得多，所以，增大过冷度明显地有利于细化晶粒。（2）变质处理变质处理是在浇注前向液态金属中人为地加入少量被称为变质剂的物质，以起到非自发形核的作用，使结晶时晶核数目增多，从而使晶粒细化。（3）采用振动处理在金属结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法，使正在长大的晶体折断、破碎，也能增加晶核数目，从而细化晶粒。5.何谓共析转变？写出共析转变反应式。答：当铁碳合金温度下降到S点的时候，固溶体发生转变，因为此时由固溶体中共同析出两种固态物质，所以称之为共析转变。转变反应式为：As727℃P(Fp+Fe3C)6.通过什么热处理工艺可以使得T12A钢获得索氏体和渗碳体的混合组织？答：T12A钢为过共析钢，而且过共析程度较高，铸态组织为珠光体和连续网状二次渗碳体，为了消除渗碳体网状连续分布，应该首先进行正火处理，以便打破渗碳体的网状分布，然后进行球化退火，得到珠光体和球状渗碳体组织。接着，进行淬火处理，淬火时只部分奥氏体化，保留部分球状渗碳体，淬火后得到的组织为马氏体和渗碳体，紧接着进行高温回火，回火后的组织为索氏体和球状渗碳体。7.随着钢中含碳量的增加，钢的力学性能如何变化？为什么?答：当含碳量小于0.9%时，随着含碳量增加，钢的强度和硬度增大，塑韧性不断下降，这是由于，随着含碳量的增加，钢中渗碳体的量不断增多，铁素体的量不断减少所造成的。当含碳量超过0.9%以后，二次渗碳体沿晶界已成连续的网状分布，随着含碳量的增加，钢的强度、塑韧性不断下降，硬度逐步提高。8.为什么工件淬火之后必须回火？答：淬火之后必须回火，主要有以下原因：（1）减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂。（2）获得工艺所要求的力学性能。淬火钢一般硬度高、脆性大，通过适当回火可调整硬度和韧性。（3）稳定工件尺寸。淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织，有自发向平衡组织—铁素体加渗碳体转变的倾向。回火可使马氏体与残余奥氏体转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。（4）对于某些高淬透性的钢，由于空冷即可淬火，如采用退火则软化周期太长，而采用回火软化则既能降低硬度，又能缩短软化周期。9.试简述共析钢过冷奥氏体在A1-MS温度间，不同等温转变的产物。答：等温冷却C曲线中，各温度段的转变产物标注在下图。10.简单叙述马氏体转变的特点，并说明残余奥氏体在钢中的有害作用。答：过冷奥氏体向马氏体的转变属于无扩散性相变，转变速度极快；马氏体在Ms点与Mf点温度范围内连续冷却过程中不断形成，若在Ms点与Mf之间的某一温度保持恒温，马氏体量不会增多，即马氏体的形核数取决于温度，与时间无关；当含碳量超过0.5%时，Mf点降到室温以下，淬火到室温不能得到100%的马氏体，而保留了一定数量的残余奥氏体，残余奥氏体随着含碳量的增加而增多；马氏体具有体心立方晶格，致密度小于具有面心立方晶格的奥氏体，因此，奥氏体转变为马氏体伴随着体积的膨胀。残余奥氏体的存在不仅降低了淬火后钢的硬度和耐磨性，而且零件在长期使用过程中，残余奥氏体会转变为马氏体，使零件尺寸发生变化，尺寸精度降低，而且由于转变产生体积膨胀，使得零件内部产生内应力，容易使零件产生疲劳破坏。11.为什么工件经淬火后会产生变形甚至开裂？减少淬火变形和防止开裂有哪些措施？举例说明。答：淬火时采用快速冷却，因而造成较其他慢冷热处理更大的应力，淬火应力由两方面构成，一方面，由冷却不均造成内外温差较大，热涨、冷缩不同步造成的热应力，另一各方面，同样由于冷却不均，造成内外组织转变不同步，马氏体膨胀构成相变应力。当淬火应力超过材料的屈服强度时，工件产生变形，一旦应力超过材料的抗拉强度，工件将产生开裂。减少变形、防止开裂的措施有：（1）正确选用材料，譬如选用合金钢，C曲线右移，就可以在稍慢的冷却条件下获得马氏体，这样就可以减小热应力，在相同的冷却条件下，可以减小相变应力。（2）优化零件结构，譬如避免尖角，采用对称结构、封闭结构。（3）改变热处理方法，譬如变单介质淬火为采用双介质淬火、马氏体分级淬火。（4）改变热处理工艺，譬如变连续冷却为等温冷却。12.指出下列零件正火的主要目的和正火后的组织。（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀答：（1）20钢属于低碳钢，强度不高，但是具有良好的塑韧性，所以正火的目的主要在于提高齿轮件的整体塑韧性，作为之后的渗碳及表面淬火的预先热处理。混合组织。（2）45钢属于中碳钢，综合力学性能良好，对于不重要的零件，正火可以作为最终热处理，所以，正火的主要目的就是为了获得良好的综合力学性能，混合组织。（3）T12钢属于过共析钢，而且含碳量超过了0.9%，因此铸态组织中，二次渗碳体为网状，通过正火可以消除网状二次渗碳体。珠光体和晶界断续分布的二次渗碳体。为之后的淬火做好组织上的准备。13.用T10钢制造形状简单的刀具，其加工路线为：锻造======＞热处理①======＞热处理②======＞切削加工======＞热处理③======＞磨削请回答以下两个问题：（1）各热处理工序的名称及其作用；（2）各热处理后的显微组织。答：热处理①：正火处理，消除连续网状二次渗碳体，细化晶粒，为球化退火做好组织上的准备，正火后的组织为珠光体加少量的二次渗碳体。热处理②：球化退火，其主要目的是改变正火后珠光体中的片状渗碳体为粒状渗碳体，球化退火后的组织为粒状珠光体（铁素体基体上分布着粒状渗碳体）。热处理③：淬火后低温回火，可获得高硬度以满足刀具的使用要求，显微组织为回火马氏体加粒状渗碳体。14.某厂用20钢制造齿轮，其加工路线为：下料======＞锻造======＞正火======＞粗加工、半精加工======＞渗碳======＞淬火、低温回火======＞磨削请回答下列问题：（1）说明各热处理工序的作用。（2）制定最终热处理工艺规范（温度、冷却介质）。（3）最终热处理后的表面组织和性能。答：（1）正火的主要作用是提供硬度，便于切削加工，同时细化晶粒；渗碳的目的是提高工件表面层的含碳量到0.85-1.05%，为之后的最终热处理做好成分上得准备；淬火之后的回火是为了提高工件表面的硬度，进而增加耐磨性。（2）淬火温度760度，冷却介质为水。（3）最终热处理后，表面层组织为回火马氏体。硬度高、强度高，耐磨性好，但是塑韧性差。请：1.能够用符号描述亚共析钢、共析钢以及过共析钢的结晶过程，并指出最终的室温组织；2.说明过共析钢不能完全退火的原因以及球化退火的基本原理；3.熟悉铁碳合金转台图中各特征点的含义，各条线的含义，各区域的相组成及组织组成；4.写出铁在不同温度产生同素异晶转变的反应式，共析反应式；5．能够绘制加热和冷却时组织的转变线，并且能够说明各条线在加热和冷却时的含义；6.能够使用杠杆原理计算室温下各典型成分铁碳合金组织的百分含量及各相的百分含量；