工程材料课后答案及复习资料txt

第2章1.合金元素在金属中的存在形式有哪几种？它们各自有什么特点？答：①固溶体。固溶体保持着溶剂的晶格类型，但由于溶质原子的溶入，将会使固溶体的晶格常数发生变化而形成晶格畸变，增加了变形抗力，因而导致材料强度、硬度提高。②金属化合物。金属化合物的晶格类型和性能不同于组成它的任一组元，一般熔点高，硬而脆，生产中很少直接使用单相金属化合物的合金。但当金属化合物呈细小颗粒状均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高。2.什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：固溶强化是通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象。原因：溶入固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。3.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小（3分）①金属模浇注（＜）砂模浇注②铸成薄件（＜）铸成厚件③浇注时采用震动（＜）不采用震动例1：铁素体；碳在a-Fe中的固溶体再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程枝晶偏析；在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。例2.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？他们的力学性能各有何特点？铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体，软而韧。渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。例3.在金属结晶过程中，细化晶粒的方法及其原理？①提高冷却速度增大过冷度可使晶粒细化。冷却速度越大，过冷度越大。所以，控制金属结晶时的冷却速度就可以控制过冷度，从而控制晶粒的大小。②变质处理（孕育处理）就是在浇注前，向液体中加入某种物质（称变质剂），促进非自发形核或抑制晶核的长大速度，从而细化晶粒的方法。③附加振动在金属液结晶过程中，也可以采用机械振动、超声波振动、电磁振动等措施，使正在长大的晶粒破碎，从而细化晶粒。第3章1.钢热处理的基本原理是什么？其目的和作用是什么？答：热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。目的：改变钢的组织结构。作用：强化金属材料，改善加工性，获得所需要的材料性能。6.确定下列工件的退火工艺,并说明其原因：(1)冷轧15钢钢板要求降低硬度.(2)正火态的T12钢钢坯要求改善其切削加工性.(3)锻造过热的60钢锻坯要求细化晶粒.答：（1）完全退火；（2）球化退火；（3）等温退火。10.淬透性、淬透层深度、淬硬度分别指的是什么？影响淬透性因素有哪些？淬透性：表明钢淬火时获得马氏体的能力。淬硬层深度:规定从工件表面向里至半马氏体区（马氏体与非马氏体组织各占一半处）的垂直距离作为有效淬硬层深度。淬硬性：表示钢淬火后所能获得的最高硬度。影响淬透性因素:过冷奥氏体越稳定，C曲线越向右移，马氏体临界冷却速度Vk越小，钢的淬透性越好（越高）。它主要取决于奥氏体合金含量。12.什么是调质处理？调质处理的主要目的是什么？钢在调制后得到什么组织？答：调质处理：把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。主要目的：使材料获得良好的综合力学性能。组织：S回火13.说明45钢试样（φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。答：700℃：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。760℃：它的加热温度在ac1～ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。840℃：它的加热温度在ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。1100℃：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体。14.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于vk的冷却速度至室温。试问：（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？答;因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？答；因为加热温度860℃已经超过了accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？答：因为加热温度860℃已经超过了accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的ms和mf点，淬火后残余奥氏体增多。（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？答：因为加热温度860℃已经超过了accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？答：780℃加热淬火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。15.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其退火炉回火后获得的组织和大致的硬度：（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；（2）60钢弹簧；（3）t12钢锉刀。答：（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度25～35hrc。（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体，大致的硬度40～48hrc。（3）t12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60hrc。17、化学热处理的基本过程是什么？常用的化学处理方法有哪些？其目的是什么？答:过程：奖工件放在一定的活性介质中加热，保温，使介质中的活性原子渗入工件的表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能。常用的化学热处理方法有渗碳、渗氮和碳氮共渗。目的是使工件心部有足够的强度和韧性，而表面具有高的硬度和耐磨性；提高工件的疲劳强度和表面耐蚀性、耐热性等。18、拟用T10钢制造形状简单的车刀，工艺路线为锻造-热处理-机加工-热处理-磨加工。答: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球化退火作用利于切削加工。得到球状珠光体均匀组织细化晶粒为后面淬火处理作组织准备。淬火低温回火作用使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性消除淬火内应力稳定组织和尺寸。2工艺规范760°C水淬200°C回火显微组织M回Cm大致硬度60HRC.20、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，切钢材具有足够的）（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。答:锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢答:锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50—55，其余部分硬度为HRC20—25，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。选择45钢，答:锻造→完全退火→机加工→轴整体调质→轴颈局部高频表面淬火，低温回火→精加工（磨削）例1：某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→高频感应加热淬火＋低温回火→磨削，请说明各热处理工序的目的及热处理后的组织。答：正火目的:消除锻造应力，改善切削加工性,同时均匀组织,细化晶粒,为后续热处理作组织准备。组织:晶粒均匀细小的F和S。调质目的:提高塑性、韧性，使零件获得较好的综合力学性能。组织:S回。高频感应加热淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韧性。低温回火目的:降低内应力和脆性。表层组织:M回，心部组织：S回。例2．画出Fe-Fe3C相图，注明各相区的相名称，指出奥氏体和铁素体的溶解度曲线.第四章P1181、分析说明优质碳素结构钢中,为什么碳含量的差异会造成较大的性能差异答：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。4、三块形状和颜色完全相同的铁碳合金，分别是15钢、60钢和白口铸铁，用什么简单方法可迅速区分它们？答：用划痕法比较它们的硬度,硬度从低到高分别为15钢、60钢和白口铸铁。5、如何通过“球化处理”使铸铁中石墨以球状形态存在？球墨铸铁常用的热处理工艺有哪些？答:在浇注前向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出。球墨铸铁常用的热处理工艺——回火。6、试述灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的主要用途？并说明为什么石墨形态的差异带来性能上的差异？答:铸铁可分为：①灰口铸铁。含碳量较高（2.7％～4.0％），碳主要以片状石墨形态存在，即是自然界本身所拥有的。断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。②可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。③球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.例1.常见的合金结构钢有哪些?写出其牌号,说明其一般使用时的热处理状态(即最终热处理)和用途。答：常见的合金结构钢有：（1）低合金高强度结构钢：其中Q345是最常用的低合金高强度结构钢，一般不进行热处理，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件。（2）合金渗碳钢：20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，一般是渗碳后淬火、低温回火，用来工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。（3）合金调质钢：40Cr是最常用的合金调质钢，其热处理工艺是调质，用来制造一些受力复杂的重要零件，如机床的主轴等。（4）合金弹簧钢：常用的合金弹簧钢的牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA，热成形弹簧钢进行淬火、中温回火，冷成形弹簧钢只需进行依次去应力退火，合金弹簧钢主要用语制造各种弹性元件，如制作汽车的减震板弹簧等。（5）滚动轴承钢：目前应用最多的有：GCr15主要用于中小型滚动轴承；GCr15SiMn主要用于较大的滚动轴承，滚动轴承钢的热处理包括预备热处理（球化退火）和最终热处理（淬火+低温回火）。例2.说明下列牌号所属的种类、数字及字符的意义Q235②45③GCr15④HT200⑤500HBW5/750⑥ZQSn10答：①Q235：最低的屈服强度为235MPa的碳素结构钢。②45：为含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。③GCr15：含Cr量为1.5%左右的滚动轴承。④HT200:为最低抗拉强度为200MPa的灰铁。⑤500HBW5/750：用直径5mm的硬质合金球压头在7.35KN（750Kgf）试验载荷作用下保持10～15s（不标注）测得的布氏硬度值为500。⑥ZQSn10：含锡质量分数为10%的铸造锡青铜。