搜索
第二章7、求碳质量分数为3.5％的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度(但尚未发生共晶反应)时所剩下的液体的碳质量分数及液体的质量。解：L中的碳质量分数：w(C)＝4.3％L中的质量分数:w(L)=(3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5％L的质量：QL＝10×63.5％＝6.35(kg)8、比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。答：硬度：45钢最低，T8钢较高，T12钢最高。因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。因为铁素体硬度低，因此45钢硬度最低。因为二次渗碳体硬度高，因此T12钢硬度最高。强度：因为铁素体强度低，因此45钢强度最低。T8钢组织是珠光体，强度最高。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度比T8钢要低。但T12钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12钢的强度比45钢强度要高。塑性：因为铁素体塑性好，因此45钢塑性最好。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此T12钢塑性最差。T8钢无二次渗碳体，所以T8钢塑性较高。9、同样形状的两块铁碳合金，其中一块是退火状态的15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？答：因为退火状态的15钢硬度很低，白口铸铁硬度很高。因此可以用下列方法迅速区分：（1）两块材料互相敲打一下，有印痕的是退火状态的15钢，没有印痕的是白口铸铁。（2）用锉刀锉两块材料，容易锉掉的是退火状态的15钢，不容易锉掉的是白口铸铁。（3）用硬度计测试，硬度低的是退火状态的15钢，硬度高的是白口铸铁。10、为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体区？答：因为奥氏体是面心立方晶格，其滑移变形能力大，钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。11、下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯钢条、普通螺钉、车床主轴。答：手锯锯条用T10钢制造。普通螺钉用Q195钢、Q215钢制造。车床主轴用45钢制造。12、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？答：多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向（称晶粒处于软位向），另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大（称晶粒处于硬位向）。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，从而使金属的塑性提高。由于细晶粒金属的强度较高、塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。16、用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么?答：主要是由于冷冲压成形时，钢板形成零件的不同部位所需发生的塑性变形量不同，因而加工硬化程度不同所造成。17、已知金属钨、铅的熔点分别为3380℃和327℃，试计算它们的最低再结晶温度，并分析钨在900℃加工、铅在室温加工时各为何种加工?答：金属的最低再结晶温度为：T再＝(0.35～0.4)T熔点对金属钨：T熔点＝273＋3380＝3653KT再＝(0.35～0.4)T熔点＝1279～1461K＝1006～1188℃在900℃对金属钨进行加工，略低于其最低再结晶温度，应属冷加工。对金属铅：T熔点＝273＋327＝600KT再＝(0.35～0.4)T熔点＝210～240K＝-63～-33℃在室温(如23℃)对金属铅进行加工，明显高于其最低再结晶温度的上限-33℃，应属热加工。18、何谓临界变形度?分析造成临界变形度的原因。答：塑性变形后的金属再进行加热发生再结晶，再结晶后晶粒大小与预先变形度有关。使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度。金属变形度很小时，因不足以引起再结晶，晶粒不变。当变形度达到2％～10％时，金属中少数晶粒变形，变形分布很不均匀，所以再结晶时生成的晶核少，晶粒大小相差极大，非常有利于晶粒发生吞并过程而很快长大，结果得到极粗大的晶粒。19、在制造齿轮时，有时采用喷丸处理(将金属丸喷射到零件表面上)，使齿面得以强化。试分析强化原因。答：喷丸处理时，大量的微细金属丸被喷射到零件表面上，使零件表层发生一定的塑性变形，因而对零件表面产生了加工硬化效应，同时也在表面形成残余压应力，有助于提高零件的疲劳强度。21、热轧空冷的45钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时，组织为什么能细化?答：热轧空冷的45钢在室温时组织为铁素体＋索氏体。重新加热到临界点以上，组织转变为奥氏体。奥氏体在铁素体和渗碳体的界面处形核。由于索氏体中铁素体、渗碳体的层片细、薄，因此奥氏体形核数目多，晶粒细小。奥氏体再空冷下来时，细小的奥氏体晶粒通过重结晶又转变成铁素体＋索氏体，此时的组织就比热轧空冷的45钢组织细，达到细化和均匀组织的目的。32、指出下列工件的淬火温度及回火温度，并说明回火后获得的组织。（1）45钢小轴（要求综合性能好）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀答：（1）45钢小轴经调质处理，综合性能好，其淬火温度为830～840℃，回火温度为500～650℃。回火后获得的组织为回火索氏体。（2）60钢弹簧的淬火温度为840℃，回火温度为350～500℃。回火后获得的组织为回火屈氏体。（3）T12钢锉刀的淬火温度为770～780℃，回火温度为150～250℃，回火后获得的组织为回火马氏体＋二次渗碳体＋残余奥氏体。33、两根45钢制造的轴，直径分别为l0mm和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的?答：45钢制造的轴，直径为10mm时可认为基本淬透，横截面上外层为马氏体，中心为半马氏体(还有屈氏体十上贝氏体)。硬度基本均匀分布。直径为100mm时，轴表面冷速大，越靠近中心冷速越小。横截面上外层为马氏体，靠近外层为油淬火组织：马氏体十屈氏体十上贝氏体，中心广大区域为正火组织：索氏体。硬度不均匀，表面硬度高，越靠近中心硬度越低。34、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求220～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂的组织和性能差别。答：选用45钢生产同一种零件，甲厂采用正火，其组织为铁素体＋索氏体。乙厂采用调质处理，其组织为回火索氏体。索氏体为层片状组织，即片状渗碳体平行分布在铁素体基体上，回火索氏体是细小的粒状渗碳体弥散的分布在铁素体基体上。由于粒状渗碳体比片状渗碳体对于阻止断裂过程的发展有利，即两者强度、硬度相近，但是回火索氏体的韧性、塑性要好得多。所以乙厂生产的零件性能要更好。35、试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能应用范围等方面的差别。答：表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、40MnB钢等。这类钢经预先热处理（正火或调质）后表面淬火，心部保持较高的综合机械性能，而表面具有较高的硬度（50HRC）和耐磨性，主要用于轴肩部位、齿轮。高碳钢也可表面淬火，主要用于受较小冲击和交变载荷的工具、量具等。灰口铸铁制造的导轨、缸体内壁等常用表面淬火提高硬度和耐磨性。渗碳一般用于低碳钢和合金渗碳钢。渗碳使低碳钢件表面获得高碳浓度（碳质量分数约为1%），经过适当热处理后，可提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部依然保持良好的塑性和韧性，因此渗碳主要用于同时受严重磨损和较大冲击的零件，如齿轮、活塞销、套筒等。氮化钢中一般含有Al、Cr、Mo、W、V等合金元素，使生成的氮化物稳定，并在钢中均匀分布，提高钢表面的硬度，在600～650℃也不降低，常用的氮化钢有35CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等。碳钢及铸铁也可用氮化提高表面的硬度。氮化的目的在于更大地提高零件的表面硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。由于氮化工艺复杂，时间长，成本高，一般只用于耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求抗热、抗蚀的耐磨件，如发动机汽缸、排气阀、精密丝杠、镗床主轴汽轮机阀门、阀杆等。36、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理。答：金属材料的强度(主要指屈服强度)反映金属材料对塑性变形的抗力。金属材料塑性变形本质上大多数情况下是由材料内部位错运动引起的。凡是阻碍位错运动的因素都使金属材料强化。固溶强化原理：固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。加工硬化原理：金属发生塑性变形时，位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大，引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化，晶界增多。由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力增大，从而使强度得以提高。金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。弥散强化原理：许多金属材料的组织由基体(常为固溶体)和第二相组成，第二相一般为金属化合物。当第二相以细小质点的形态均匀、弥散分布在合金中时，一方面由于第二相和基体之间的界面(相界)增加，造成相界周围基体品格畸变，使位错运动受阻，增加了滑移抗力，从而强度得到提高。另一方面第二相质点本身就是位错运动的障碍物，位错移动时不能直接越过第二相质点。在外力作用下，位错可以环绕第二相质点发生弯曲，位错移过后，在第二相质点周围留下位错环。这增加了位错运动的阻力，也使滑移抗力增加。以上2个原因使金属材料得以强化。第二相以细小质点的形态均匀、弥散分布在合金中使合金显著强化的现象称为弥散强化。37、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？答：合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）;提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。38、什么是钢的回火脆性?如何避免?答：钢在回火过程中出现的冲击韧性降低的现象标为回火脆性。回火后快冷(通常用油冷)，抑制杂质元素在晶界偏聚，可防止其发生。钢中加入适当Mo或W[ω(Mo)＝0.5％，ω(W)＝1％]，因强烈阻碍和延迟杂质元素等往晶界的扩散偏聚，也可基本上消除这类脆性。39、为什么说得到马氏体随后回火处理是钢的最经济而又最有效的强韧化方法？答：淬火形成马氏体时，马氏体中的位错密度增高，而屈服强度是与位错密度成正比的。马氏体形成时，被分割成许多较小的取向不同的区域（马氏体束），产生相当于晶粒细化的作用，马氏体中的合金元素也有固溶强化作用，马氏体是过饱和固溶体，回火后析出碳化物，使间隙固溶强化效应大大减小，但使韧性大大改善，同时析出的碳化物粒子能造成强烈的第二相强化。所以，获得马氏体并对其回火是钢的最经济和最有效的综合强化方法。40、为什么碳质量分数为0.4%，铬质量分数为12%的铬钢属于过共析钢，而碳质量分数为1.0%、铬质量分数为12%的钢属于莱氏体钢？答：因加入12%铬，使共析点S和E点碳质量分数降低，即S点和E点左移，使合金钢的平衡组织发生变化（不能完全用Fe-Fe3C来分析），碳质量分数为0.4%、铬质量分数为12%的铬钢出现了二次碳化物，因而属于过共析钢；而碳质量分数为1.0%、铬质量分数为12%的钢已具有莱氏体成分。43、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造－热处理－机加工－热处理－磨加工。①写出其中热处理工序的名称及作用。②制定最终热处理(磨加工前的热处理)的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。答：①锻造－正火－球化退火－机加工－淬火、低温回火－磨加工。正火：得到S＋二次渗碳体、细化组织，消除网状二次渗碳体，为球化退火做准备。球化