中国石油大学(华东)工程材料1

《工程材料学》习题一、解释下列名词1．淬透性与淬硬性;2．相与组织;3．组织应力与热应力；4．过热与过烧；5.回火脆性与回火稳定性6.马氏体与回火马氏体7.实际晶粒度与本质晶粒度8.化学热处理与表面热处理淬透性：钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性，其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力相：金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相组织：显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。组织应力：由于工件内外温差而引起的奥氏体（γ或A）向马氏体（M）转变时间不一致而产生的应力热应力：由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力过热：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象过烧：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象回火脆性：在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性回火稳定性：又叫耐回火性，即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。回火马氏体：在回火时，从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。本质晶粒度：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响钢的性能。化学热处理：将工件置于待定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。表面淬火：：指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。二、判断题1.（）合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。错。根据结构特点不同，可将合金中相公为固溶体和金属化合物两类。2.（）实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的。对。3.（）为调整硬度，便于机械加工，低碳钢，中碳钢和低碳合金钢在锻造后都应采用正火处理。对。对于低、中碳的亚共析钢而言，正火与退火的目的相同；即调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。对于过共析钢而言，正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。对于普通话结构钢而言，正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、硬度和韧性，作为最终热处理。4.（）在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些，因而合金钢将向合金元素少量多元化方向发展。对。不同的元素对于钢有不同的效果。5.（）不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。错。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，含碳增加，其硬度也随之提高。合金元素对马氏体的硬度影响不大，马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。6．（）40Cr钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。错。C曲线越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40Cr为含碳量为0.4%，含Cr量为1.5%左右的调质钢。T10为含碳量为1%左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体，T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体，硬度比45钢高。7．（）马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来的，因此马氏体与转变前的奥氏体含碳量相同。对。当奥氏体过冷到Ms以下时，将转变为马氏体类型组织。但是马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留在马氏休中。马氏体转变的特点是高速长大、不扩散、共格切变性、降温形成、转变不完全。8．（）铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。错。所有的铸铁都不可以进行锻造。9．（）45钢淬火并回火后机械性能是随回火温度上升，塑性,韧性下降，强度,硬度上升。错。钢是随回火温度上升，塑性,韧性上升，强度,硬度提高。10．（）淬硬层深度是指由工件表面到马氏体区的深度。错。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区（50%马氏体+50%非马氏体组织）的深度。11．（）钢的回火温度应在Ac1以上。错。回火是指将淬火钢加热到A1以下保温后再冷却的热处理工艺。12．（）热处理可改变铸铁中的石墨形态。错。热处理只能改变铸铁的基休组织，而不能改变石黑的状态和分布。13.（）奥氏体是碳在α-Fe中的间隙式固溶体。错。奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体。用符号A或γ表示。14．（）高频表面淬火只改变工件表面组织，而不改变工件表面的化学成份。对。高频表面淬火属于表面淬火的一种。表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。15．（）过冷度与冷却速度有关，冷却速度越大，则过冷度越小。错。过冷度（ΔT）是指理论结晶温度（T0）与实际结晶温度（T1）的差值，即ΔT=T0-T1。但是冷却速度越大，则过冷度越大，。16．（）所谓的本质细晶粒钢，是说它在任何条件下晶粒均不粗化。错。本质晶粒度是指钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为实际晶粒度，通常把钢加热到940±10℃奥氏体化后，设法把奥氏体保留到室温来判断钢的本质晶粒度。17．（）因为单晶体是各项异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。错。18．（）钢中的杂质元素“硫”会引起钢的“冷脆”。错。钢中硫会引起热脆性，而磷有固溶强化作用，右提高强度硬度，但是却显著降低了钢的韧性塑性（叫冷脆性）19．（）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值，因而是生产上常用的一种机械性能试验方法。对。20．（）含碳量低于0.25%的碳钢，退火后硬度低，切削时易粘刀并影响刀具寿命，工件表面光洁度差，所以常采用正火。对。21.（）三种金属晶格类型中，体心立方晶格中原子排列最为紧密。错。原子排列紧密度与晶包的致密度有关，致密度越高，原子排列越紧密。休心立方的致密度为0.68,而面心立方和密排六方的为0.74。22.（）金属中的固溶体一般说塑性比较好，而金属化合物的硬度比较高。对。与纯金属相比，固溶休的强度硬度高，塑性韧性低，但与金属化全物相比其硬度要低得多，而塑性韧性要高得多。23.（）高速钢反复锻造的目的是为了锻造成型。错。高速工具钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状的莱氏休与树枝状的马氏体加托氏体组成。反复锻打是为了击碎鱼骨状碳化物，使其均匀的人布于基休中。24.（）金属发生多晶型转变时，不仅晶格要发生变化，组织与性能也要发生变化。对。多晶型转变即同互异构转变，热处理的依据，25.（）发生过烧的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化，而发生过热的工件只能报废。错。发生过热的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化，而发生过烧的工件只能报废。26.（）含Mo、W等合金元素的合金钢，其回火脆性倾向较小。对。在钢中加入W（约1%）、Mo（约0.5%）可以有效的抑制回火脆性。27.（）铸钢的铸造性能比铸铁差，但常用于制造形状复杂，锻造有困难，要求有较高强度和塑性并受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。对。三、回答下列问题1.零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求？答：（1）硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。（2）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，可用于成品件的检测，（3）硬度是一个综合力学性能指数，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。2．说明WSn=25%的Pb—Sn合金在下列各温度时有哪些相组成物？有哪些组织组成物？（1）高于300℃；（2）刚冷却至180℃，共晶转变尚未开始；（3）在183℃共晶转变刚完；（4）室温。答：（1）高于300℃：相：液相，组织为Pb—Sn溶化物（2）刚冷却至180℃，共晶转变尚未开始：相为液相+α相，组织为Pb—Sn溶化物+α回溶体（3）在183℃共晶转变刚完：相为α相和β相，组织为（α+β）共晶组织（4）室温：相为α相和β相，组织为α+（α+β）+βII。3.图2—2为简化的铁碳合金状态图。试回答下列问题：（1）以相组成物填写相图。（标注见课本P51）（2）填空：碳在α-Fe中的固溶体称铁素体，其符号为F或α，晶格类型是体心立方晶格，性能特点是强度硬度低，塑性韧性好。（3）碳在γ-Fe中的固溶体称奥氏体，其符号为A或γ，晶格类型是面心立方晶格，性能特点是强度低，塑性好。（4）渗碳体是铁与碳的间隙固溶体，含碳量为6.69%，性能特点是硬度很高，脆性韧性几乎为“零”。（5）ECF称共晶线线，所发生的反应称共晶反应，其反应式是L4.3→γ2.11+Fe3C得到的组织为莱氏体（Le）。（6）PSK称共析线，所发生的反应称共析反应，其反应式是γ0.77→α0.0218+Fe3C得到的组织为珠光体（P）。（7）E是碳在中的α-Fe最大溶解度点，P是碳在γ-Fe中的最大溶解度点，A1即PSK线，A3即GS线，Acm即ES线。4.过共析钢的淬火温度是多少？为什么要选择在这一温度？答：对于过共析钢而言，淬火温度为AC1+（30～50）℃5.如下图所示，确定不同冷却速度下可能获得的组织，并比较其硬度值。答：V1线是炉冷后空冷，得到的是珠光体（P），V2是加热后空冷，得到的是索氏体（S）或回火索氏体（S回）；V3得到的是下贝氏体、马氏体和过冷奥氏体（B下+M+A′）；V4为水冷，得到的是马氏体和残余奥氏体(M+A′)。硬度值:PSB下M+A′6.共析钢C曲线与冷却曲线如图（1）指出图中各点的组织（2）并奥氏体化后各冷却方式下的热处理工艺名称答：（1）1：过冷奥氏体；2：过冷奥氏体和珠光体；3：珠光体（P）；4：过冷奥氏体；5：过冷奥氏体和索氏体；6：索氏体（S）；7：淬火马氏体+残余奥氏体（M淬A′）；8：过冷奥氏体；9：过冷奥氏体和贝氏体；10：贝氏体（B）。（2）V1：等温退火；V2：正火；V3等温回火；V4：淬火。7.将一T12钢小试样分别加热到780ºC和860ºC，经保温后以大于Vk的速度冷却至室温，试问：（T12钢Ac1=730ºCAccm=830ºC）（1）、哪个温度淬火后晶粒粗大？（2）、哪个温度淬火后未溶碳化物较多？（3）、哪个温度淬火后残余奥氏体量较多？（4）、哪个淬火温度合适？为什么？答：（1）860℃下淬火后晶粒更细。860℃830℃，即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。（2）780ºC下未溶碳化物较多，（3））860℃下残余奥氏体量较多。（4）780ºC更适合淬火。T12是含碳量为1.2%的碳素工具钢，是过共析钢，其淬火火为AC1+（30～50）ºC。8.45钢及T10钢小试件经850ºC水冷、850ºC空冷、760ºC水冷、720ºC水冷处理后的组织各是什么？（45钢：Ac1=730º，Ac3=780ºC;10钢：Ac1=730ºC，Accm=800ºC）答：850ºC水冷850ºC空冷760ºC水冷720ºC水冷45钢（淬炎）马氏体（正火）索氏体回炎索氏体组织不变T10钢马氏体+颗粒碳化物索氏体马氏体+残余奥氏体+颗粒碳化物组织不变9.．一根直径为6mm的45钢圆棒，先经过840℃加热淬火，硬度为HRC55（未回火）然后从一端加热，依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示的温度。试问：(1)各点部位的组织是什么？（5分）(2)整个圆棒自图示各温度保温后缓冷至室温后，问各点的组织是什么？若自图示各温度保温后水淬至室温，问各点的组织又是什么？（10分）答：ABCDE各点部位的组织奥氏体奥氏体铁素体+奥氏体马氏体+奥氏体马氏体各温度保温后缓冷至室温后铁素体+珠光体铁素体+珠光体马氏体+铁素体回火索氏体回火马氏体各温度保温后水淬至室温淬火马氏体淬火马氏体马氏体+铁索体回火索氏体回火马氏体10.用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工—调质—精加工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。答：正火：对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备