机械工程材料简答题

1、简述为什么铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢无法进行热处理强化。答：热处理改变钢的性能的原因是因为采用不同的加热、保温、冷却方式使钢内部结构发生改变，从而获得所需性能。如果再热处理过程中无结构变化，则该钢就不能热处理。若不锈钢由单一的铁素体或奥氏体组成，在加热、保温、冷却时就无结构变化，当然性能也不会发生大的变化，所以说不能热处理。2、某零件经检验发现其表面硬度较高（HRC60），而心部硬度较低（HRC20），请说明造成此现象的可能原因有哪些（说出3种可能原因）？说明如何进一步的检验加以确定。答：（1）调质+表面高频淬火（2）渗碳+淬火+低温回火（3）调质+表面渗氮检验方法：观察金相（1）表面为回火马氏体，心部为回火索氏体（2）表面为回火马氏体、渗碳体及少量残余奥氏体，心部为低碳马氏体（3）表面为合金氮化物，心部为回火索氏体3、从形成条件、组织形态和力学性能等方面区分索氏体与回火索氏体。答：索氏体是由过冷奥氏体等温转变而来，一般称为等温正火，实质属于片状珠光体，一般称之为细珠光体；回火索氏体是由马氏体高温回火转变而来，实质属于粒状珠光体，即为等轴铁素体基体上弥散的细颗粒状渗碳体。性能上，同样材料的索氏体比回火索氏体硬度强度高，但是塑性韧性差，一般不用作成品，得到回火索氏体的工艺也叫调质，得到的组织综合力学性能好，一般作为中低碳钢结构零件的最终热处理。4、同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁，试问用什么方法（至少给出两种方法），可迅速将他们区分出来？答：（1）用锉刀锉，容易锉出粉末的是低碳钢（2）用锤子砸，容易砸断的是铸铁5、某厂对高锰钢制碎石机颚板进行固溶处理，经过1100°C加热后，用冷拔钢丝绳吊挂，由起重机送往淬火水槽，行至中途钢丝突然断裂，这条钢绳是新出厂的，事先检验合格。试分析钢丝绳断裂的原因。答：由题述，该钢丝由冷拔而成，必然产生加工硬化现象。由于颚板经过1100°C固溶处理，必然对钢丝起加热作用，当钢丝温度超过其再结晶温度时，则会发生再结晶现象，导致钢丝绳强度明显下降。致使颚板重力对钢丝产生的强度超过其许用强度，导致钢丝断裂。6、简述不锈钢合金化的原理，并分析Cr12MoV钢是否具有不锈钢的抗腐蚀性答：书P1807、试分析细化铸锭晶粒和细化再结晶晶粒有那些主要措施？金属铸件能否通过开洁净退火细化晶粒？为什么？答：不能，再结晶退火必须用于冷塑性变形加工的材料。其目的是改变冷变形后材料的组织和性能。砸结晶退火的温度较低，一般都在相变临界点以下。铸件不能进行冷变形暑假工，若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。1再结晶和重结晶有何不同？答：再结晶是指冷变形（冷加工）的金属加热到最低再结晶温度以上，通过原子扩散，使被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新形核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，同时消除加工硬化现象，使金属的强度和硬度、塑性和韧性恢复至变形前的水平金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变，也叫做重结晶。重结晶也是一个通过原子扩散进行的形核、长大过程，但同时发生晶格结构类型的转变。2试述马氏体转变的基本特点。答：过冷A转变为马氏体是低温转变过程，转变温度在MS～Mf，之间，其基本特点如下：（1）过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变。铁和碳原子都不进行扩散。马氏体就是碳α-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使α-Fe的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。（2）马氏体的形成速度很快。奥氏体冷却到MS以下后，无孕育期，瞬时转变为马氏体。（3）马氏体转变是不彻底的。总要残留少量奥氏体。奥氏体中的碳质量分数越高，则MS、Mf和越低，残余A质量分数越高。MS、Mf越低，残余A质量分数越高。（4）马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时导致开裂。3试比较索氏体和回火索氏体、马氏体和回火马氏体之间的形成条件、组织形态与性能上的主要区别。答：索氏体是钢的过冷奥氏体在高温转变温度(620℃左右)等温转变或在正火条件下形成的主要组织。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。回火索氏体是钢经调质处理(淬火+高温回火)后形成的，淬火马氏体在高温回火条件下过饱和的碳原子全部脱溶析出为粒状渗碳体、自身转变为铁索体，即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，所以在碳及合金元素质量分数相同时，索氏体和回火索氏体两者硬度相近，但是回火索氏体的强度、韧性、塑性要好得多。马氏体是钢淬火后的主要组织，低碳马氏体为板条状、高碳马氏体为针状。马氏体存在有内应力，容易产生变形和开裂。马氏体是不稳定的，在工作中会发生分解，导致零件尺寸发生变化。高碳马氏体硬而脆，韧性很低。回火马氏体是淬火马氏体经低温回火形成的。回火马氏体由极细的ε碳化物和低过饱和度的α固溶体组成，低碳回火马氏体是暗板条状，高碳回火马氏体是黑针状。回火马氏体和马氏体相比，内应力小、韧性提高，同时保持了马氏体的高硬度和高耐磨性。4白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？答：碳钢是指含碳量0.02%～2.14%的铁碳合金，铸铁是指大于2.14%的铁碳合金。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体；钢的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳钢有优良的综合机械性能；高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。以上钢均可进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体,性能硬而脆,很难切削加工,但其耐磨性好铸造性能优良。灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在,断口呈暗灰色。其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好，缺口敏感性较低。5试述石墨形态对铸铁性能的影响。答：灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大。故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。6确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织。⑴经冷轧后的钢板，要求降低硬度；⑵ZG35的铸造齿轮；⑶改善T12钢的切削加工性能。答：⑴再结晶退火。退火目的：消除加工硬化现象，恢复钢板的韧性和塑性。再经晶退火后的组织：生成与钢板冷轧前晶格类型相同的细小、等轴晶。冷轧钢板一般为低碳钢，再结晶退火后的组织为铁素体+珠光体。⑵完全退火。退火目的：通过完全重结晶，使铸造过程中生成的粗大、不均匀的组织细化，消除魏氏组织，以提高性能，同时消除内应力。退火后的组织：铁素体+珠光体。⑶球化退火退火目的：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，以降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火做组织准备。退火后的组织：球化体（铁素体基体+球状渗碳体）。7说明直径为6mm的45钢退火试样分别经下列温度加热：700℃、760℃、840℃、1100℃，保温后在水中冷却得到的室温组织。答：加热到1100℃保温后水冷的组织：粗大马氏体；加热到840℃保温后水冷的组织：细小马氏体；加热到760℃保温后水冷的组织：铁素体十马氏体；加热到700℃保温后水冷的组织：铁素体十珠光体。8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。9用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工。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锻造一正火一球化退火一机加工一淬火、低温回火一磨加工。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。球化退火：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，得到球状珠光体。改善机加工性能，同时为淬火做组织准备。淬火：得到马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体。提高硬度，提高车刀的耐磨性。低温回火：得到回火马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体，降低淬火应力，提高工件韧性，同时保证淬火后的高硬度和高耐磨性。②淬火：加热温度760℃，保温后水冷低温回火：加热温度150250℃，保温后(＜2h)炉冷或空冷。成品组织：回火马氏体十碳化物十残余奥氏体；硬度：5864HRC10为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素?为什么要进行中温回火?答：硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性，同时提高屈强比。进行中温回火的目的在于获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度，弹性极限高，并有一定的塑性和韧性。11回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。答：回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC58-64。中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度HRC25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性12简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素的作用。答：高速钢的成分特点是：（1）高碳，其碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.50%左右，它一方面能保证与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。（2）加入W、Cr、V、Mo等合金元素。加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。铬的碳化物Cr23C6在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后W、Mo存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。这种碳化物在500～600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶得碳化物能起到阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。V能形成VC（或V4C3），非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。热处理特点是1220～1280℃淬火+550～570℃三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。性能特点是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。其在高速切割中刃部温度达600℃时，其硬度无明显下降。13不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什