《金属工艺学》课后习题

1、第一章 金属学基础知识1什么是强度？什么是塑性？衡量这两种性能的指标有哪些？各用什么符号表示？金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。常用的强度指标有弹性极限e、屈服点s、抗拉强度b。塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。2什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度？各种硬度测试方法的特点有何不同？硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。HBS：用淬火钢球作压头时的布氏硬度。不能测试太硬的材料，一般在450HBS以上的就不能使用。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构

2、钢等材料的硬度。HBW：用硬质合金球作压头的布氏硬度。用于测试硬度在650HBW以下的材料。HRA：洛氏硬度，表示试验载荷588.4N（60KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥压头试压。用于硬度极高的材料，例如硬质合金。HRB：洛氏硬度，表示试验载荷980.7N（100KG），使用直径1.59MM的淬火钢球试压。用于硬度较低的材料，例如退火钢、 铸铁等。HRC：洛氏硬度，表示试验载荷1471.1N（150KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥头试压。用于硬度很高的材料，例如淬火钢等。3简述各力学性能指标是在什么载荷作用下测试的。静载荷作用下测试：强度、塑性、硬度。动载荷作用下测试：冲击韧度、

3、疲劳强度。4试对晶体、晶格、晶胞、单晶体和多晶体作简要解释。晶体：物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体。晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的空间架格称为晶格。晶胞：能够完整地反映晶格结构特征的最小几何单元，称为晶胞。单晶体：如果一块晶体内部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，称这块晶体为单晶体。多晶体：由许多晶格位向不同的晶粒集合组成的晶体称为多晶体。5常见金属晶格类型有哪几种？试绘图说明。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格6晶体的各向异性是如何产生的？为何实际晶体一般都显示不出各向异性？在相同晶格中，由于不同晶面和晶向上的原子排列情况不同，因而原子间距不同，原子间相互作用

4、的强弱不同，从而导致晶体的宏观性能在不同方向上具有不同数值，此现象称为晶体的各向异性。实际晶体一般是由许多单晶体组成的多晶体。在多晶体中，各晶粒的原子排列规律相同，只是位向不同而已。由于晶粒的性能在各个方向上互相影响，再加上晶界的作用，就完全掩盖了每个晶粒的各向异性，故测出多晶体的性能在各个方向上都几乎相等，显示出各向同性的性质。7实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？对性能有何影响？点缺陷（空位和间隙原子）：产生晶格畸变。线缺陷（位错）：对金属晶体的生长、相变、扩散、塑性变形、断裂及其他许多物理化学性能都有重要影响，同时材料中的位错愈多，其强度就越高。面缺陷（晶界与亚晶界）晶体中的这些缺陷使其晶格

5、畸变，引起塑性变形、抗力增大，从而使金属的强度提高。8什么是过冷度？过冷度和冷却速度有何关系？理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。冷却速度越大，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。9晶粒大小对力学性能有何影响？控制晶粒大小的途径有哪些？一般情况下，晶粒细小则金属强度、塑性、韧性好。细化晶粒的途径有：增加过冷度、变质处理、振动处理。10什么是固溶体、金属化合物和多相复合组织？它们在晶体结构上有什么特点？固溶体：在固态下，组成合金的一种或多种组元溶入另一组元的晶格中所组成的晶体叫固溶体。在固溶体中由于溶质原子的溶入而使溶剂晶格发生晶格畸变，晶格畸变阻碍了位错的运动，使晶格间的滑移变得困难

6、，从而提高了合金抵抗塑性变形的能力，使合金的强度、硬度升高，而塑性下降，这种现象称为固溶强化。金属化合物：金属组元间按照一定的原子数比发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。这种化合物可以由金属与金属组成，也可以由金属与非金属组成，其性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。多相复合组织：由两种以上相组成的多相组织合金，称多相复合组织。包含两种或两种以上的固溶体和金属化合物。多相复合合金的性质是以组成它的物质的性质之算术平均值来估算的。11解释下列概念，并说明其性能和显微组织特征：铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体。铁素体：碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，称为铁素体，用F表

7、示。-Fe是体心立方晶体。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的组织和性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。奥氏体：碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，为奥氏体，用A表示。-Fe是面心立方晶格。由于奥氏体的溶碳量比铁素体多，因此奥氏体的强度和硬度较铁素体高，并且是单一的固溶体，所以其塑性较好，变形抗力较低。渗碳体：渗碳体是含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。渗碳体具有复杂的斜方晶体结构，它的硬度很高，而塑性和韧性很差，脆性大。珠光体：铁素体和渗碳体组成的两相复合组织，称为珠光体，用P表示。珠光体的含碳量为0.77%，其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，

8、有一定的塑性。莱氏体：含碳量为4.3%的铁碳合金，在1148时同时由液体中结晶出奥氏体和渗碳体后所形成的复合组织即为高温莱氏体，用Ld表示。在室温时，莱氏体由珠光体和渗碳体组成，即为低温莱氏体，用Ld表示。莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度高、塑性差。12根据FeFe3C相图，确定下列三种钢在给定温度时的组织。钢号温度/组织20（c=0.2%）770铁素体和奥氏体900单一奥氏体T8（c=0.8%）680珠光体和二次渗碳体770奥氏体和二次渗碳体T10（c=1.0%）700珠光体和二次渗碳体770奥氏体和二次渗碳体13说明下列各渗碳体的生成条件：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体。一次渗碳体：直接

9、由液态结晶出来的渗碳体，形态是白色长条状。二次渗碳体：由奥氏体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着奥氏体晶界分布，成网状。三次渗碳体：由铁素体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着铁素体晶界分布，由于含量太少，形不成网状，以短棒状分布于铁素体晶界。14根据FeFe3C相图解释下列现象：（1）在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到10001250。转变为单一奥氏体，塑性较好，易锻造成型。（2）钢铆钉一般用低碳钢制作。塑性好易变形，产生加工硬化延长铆钉使用寿命。（3）在1100时，c=0.4%的碳钢能进行锻造，而c=4.0%的铸铁不能进行锻造。因碳钢在1100时为单一奥氏体组织，易锻造成型。而铸铁在110

10、0时是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，锻造易开裂，故铸铁不能进行锻造只能铸造。（4）钢适于压力加工成形，而铸铁适用于铸造成形。钢加热时可以变为单一奥氏体组织，而铸铁加热时不能变为单一奥氏体组织，它是奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物，故钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。（5）在室温c=0.8%的碳钢比c=1.2%的碳钢强度高。含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。而含碳量超过0.9%时，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得钢脆性增加，强度下降。第二章 钢的热处理1指出Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。Ac1：实际加热时的共析转变线。Ac

11、3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。Accm：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。Ar1：实际冷却时的共析转变线。Ar3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。Arcm：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。2简述共析钢的奥氏体化过程。奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的长大残余渗碳体溶解奥氏体的均匀化3试画出共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线，以此说明各种转变产物的名称及转变温度区范围、转变产物性能。高温转变区（珠光体型转变区）：过冷奥氏体在A1线至550温度范围的转变产物为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体型组织。中温转变区（贝氏体型转变区）：过冷奥氏体在550至Ms线温度范围的转变产物为贝氏体组织，是过

12、饱和铁素体和渗碳体组织的多相复合组织。低温转变区（马氏体型转变区）：当奥氏体被连续急冷至Ms线以下温度时，由于过冷度很大，原子扩散困难，过冷奥氏体发生特殊的马氏体转变。部分未来得及转变的奥氏体，称为残余奥氏体。马氏体具有很高的硬度和强度，耐磨性也很高。4热处理使钢奥氏体化时，原始组织以粗粒状珠光体好还是以细片状珠光体好？为什么？粗粒状珠光体好。原始组织越细，相界面越多，提供的奥氏体晶核就愈多，加速奥氏体的形成。一般奥氏体化速度快的组织，完成奥氏体化后容易晶粒粗大。奥氏体晶粒粗大，转变产物的强度、塑性、韧性就比较低。5珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别？珠光体是奥氏体发生共析转变所形成

13、的铁素体与渗碳体的共析体。其有珍珠般的光泽。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。强韧性较好。贝氏体是过冷奥氏体的中温（550Ms）转变产物，-Fe和Fe3C的复相组织。温度偏高区域（550350）转变产物叫上贝氏体，外观貌似羽毛状，冲击韧性较差。温度偏低区域（Ms350）转变产物叫下贝氏体。其强度和硬度高，并有良好的塑性和韧性，是一种综合力学性能好的组织。马氏体（M）是碳溶于-Fe的过饱和固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。板条状马氏体是低碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁系合金的典型组织；片状马氏体则常见于高、中碳钢。高的强度和硬度是马氏体的主要特征

14、之一，同时，片状马氏体脆性也比较高。6简述退火、正火的概念、目的、种类和应用范围。退火工艺是指将钢材或钢件加热到适当温度，保温一定时间缓慢冷却，从而获得接近平衡状态组织的热处理工艺。退火目的：降低硬度，改善切削加工性能。消除残余内应力，防止变形与开裂，稳定尺寸。细化晶粒，均匀组织及成分，改善钢性能，并为以后的热处理作准备。退火种类：完全退火：中碳钢，低、中碳合金结构钢；等温退火：高碳钢、合金工具钢和高合金钢；球化退火：共析钢和过共析钢；去应力退火：铸钢件、锻轧件、焊接件和机加工零件；扩散退火：钢锭和铸钢件。正火工艺是指将钢材或钢件加热到临界温度Ac3或Accm以上某一适当温度，经保温一定时间后

15、在空气中冷却，以获得珠光体组织的热处理工艺。正火目的：改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；用于普通结构零件或大型结构零件的最终热处理；消除过共析钢中的网状渗碳体；作为预备热处理：中碳钢和合金结构钢。7淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度如何选择？淬火的目的是把奥氏体化的钢件淬成马氏体，然后和不同回火温度相配合，获得所需的力学性能。选择淬火加热温度的依据是钢的相变点，原则上亚共析钢为Ac3+(3050)，共析钢和过共析钢为Ac1+(3050)。8对淬火讲，什么样的冷却介质才是理想的？理想的淬火冷却介质在冷却过程中，要求在C曲线的“鼻子”上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”

16、处具有保证奥氏体不发生分解的冷却速度，而在进行马氏体转变时，即在Ms点以下的温度时，冷却速度尽量小，以减少组织转变的应力。9将c=0.45%和c=0.8%的两种钢试样，分别加热到600、780、900，然后在水中淬火。各获得什么组织？硬度随加热温度如何变化？为什么？c=0.45%600：未达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。780：加热温度在Ac1Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。900：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。c=0.8%600：未达到相变温度，因此没有发生相变，组织为珠光体和二次渗碳体。780

17、：加热温度在Ac1Ac3之间，因此组织为二次渗碳体、马氏体和少量残余奥氏体。900：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。加热温度越高，硬度越高。因为温度越高，组织越容易转变为奥氏体，淬火冷却后转变的马氏体含量越高，而马氏体具有很高的硬度和强度，所以淬火冷却后的组织硬度也越高。10试述淬透性和淬硬性的概念。淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。淬硬性指钢淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力。11为什么淬火后的钢一般都要紧接着进行回火？指出各种回火得到的组织及使用范围。工件淬火后，其

18、组织和内部应力都是不稳定的，为了稳定组织、消除应力、调整硬度、提高塑性和韧度等，必须进行回火处理。低温回火：回火马氏体。主要用于各种刃具、量具、滚动轴承、冷变形模具、渗碳体和高频感应淬火件等。中温回火：回火托氏体。主要用于各种弹簧、某些模具以及要求具有高强度的轴、轴套和刀杆等。高温回火：回火索氏体。主要用于汽车、拖拉机、机床上的各种重要构件。还常作为氮化、高频淬火等表面强化件以及某些精密零件如丝杠、量具、模具的预备热处理。12为了改善碳素工具钢的切削加工性，应采用何种预备热处理？正火球化退火。13一个工件原始组织含有网状碳化物，试制定热处理工艺使之获得回火马氏体组织。正火球化退火淬火低温回火。

19、14什么是化学热处理？它与普通热处理有什么不同？将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种化学元素的原子渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，叫做化学热处理。化学热处理存在扩散及化学成分的变化，如渗碳将在表面形成富碳层，而渗氮则形成渗氮层。其目的就是利用化学成分的变化提高工件的使用寿命，或提高其使用强度。15表面淬火的目的是什么？有几种表面淬火的方法？表面淬火是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织的热处理方法。常用方法有：感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。16现有三个形状、尺寸、材质（

20、低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应加热淬火，使用最简单的方法把它们区别出来。高频感应加热淬火只处理齿轮的齿部，通过观察表面颜色可以很容易区分出来。用硬度计分别在齿部及轮幅部打一下硬度，如硬度相同或接近则证明是普通整体淬火，如硬度不相同有明显差别（至少HRC10度以上差别）则证明是渗碳淬火。17某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性（AKU40J）。原来用45钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火。现因45钢已用完，拟改用20钢代替。（1）试说明原45钢各热处理工序的作用；调质的作用：使零件获得好的综合使用性能（硬度、耐

21、磨性、强韧性都较高）。表面高频淬火低温回火的作用：提高零件表面的硬度和耐磨性，保持心部原来的塑性和韧性。（2）改用20钢后，其热处理工序是否应进行修改？应采用何种热处理工艺最恰当？应进行修改。渗碳淬火低温回火。18确定下列钢件的退火工艺，并说明其退火目的和退火后组织。（1）经冷轧后的15钢板；退火工艺：完全退火。退火目的：细化晶粒，充分消除工件的内应力，降低钢的硬度，为随后的切削加工和淬火作好组织准备。退火后组织：等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。（2）ZG270-500的铸钢齿轮；退火工艺：完全退火。退火目的：经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。完全退火可以细化晶粒，均匀

22、组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。（3）锻造过热的60钢坯；退火工艺：完全退火。退火目的：由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。完全退火可以细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。（4）具有片状珠光体的T12钢坯。退火工艺：球化退火。退火目的：由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。退火后组织：球状

23、珠光体和球状渗碳体。19甲、乙两厂同时生产一批45钢零件，硬度要求为220250HBS。甲厂采用调质处理，乙厂采用正火处理，都可达到硬度要求。试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差别。甲厂（调质）：组织为回火索氏体。强度、硬度、耐磨性降低，大幅度提高了塑性、韧性，得到较好的综合力学性能的钢。乙厂（正火）：组织为细珠光体和铁素体。正火消除中碳钢经热加工后产生的组织缺陷，塑性基本不降低。20下列零件均选用锻造毛坯。试为其选择热处理方法，并写出简明的工艺路线。（1）机床变速箱齿轮，模数m=4，要求齿面耐磨，心部强度和韧度要求不高，选用45钢；下料锻造正火粗加工调质精加工高频感应淬火+低温回火精磨成品（

24、2）重载荷工作的镗床镗杆，要求精度很高，并在滑动轴承中运转，镗杆表面应具有高硬度，心部应具有较高综合力学性能，选用38CrMoAl钢。下料锻造退火粗加工调质精加工渗氮研磨成品21现有T12钢制作的丝锥，成品硬度要求60HRC以上，加工工艺路线为轧制热处理机加工热处理机加工。试写出上述热处理工序的方法及其作用。球化退火：轧制后当轧材组织球化不良时要采用球化退火作为预先热处理，目的是球化碳化物，以降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，并未淬火最好组织准备。淬火+低温回火：为使丝锥齿刃部有高硬度，而心部有足够韧性，并使淬火变形尽可能减小及考虑到齿刃部很薄，故采用等温淬火或分级淬火+低温回火。22某发动

25、机轴承是用GCr15制造的，它经淬火和回火后达到所需要性能，正常操作条件下似乎满足要求，但在零度以下暴露一段时间后发动机失效了，拆卸后发现轴承尺寸明显胀大的同时，轴承中出现不少脆性裂纹。失效的原因是什么？轴承零件经淬火和回火后，保留了一定数量的残佘奥氏体，而奥氏体是一种不稳定相，当过冷至零度以下，这部分残余奥氏体会继续转化为马氏体。由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织，所以轴承在转变过程中体积发生胀大，挤压外部早前形成的马氏体组织，导致轴承中出现脆性裂纹。第三章 工程材料1钢中常存杂质元素有哪些？对钢的性能有何影响？碳钢中除铁和碳两种元素以外，还含有硅、锰、磷、硫、非金属夹杂物等。硅和锰是炼钢后

26、期在脱氧和合金化时，加入钢液而残留钢中，能提高钢的强度和硬度，是有益元素。硫和磷是由生铁带入钢中的有害元素，磷会形成脆性很大的化合物（Fe3P），使钢在100以下的塑性和韧性急剧下降，即“冷脆”；硫和铁形成低熔点的共晶体（Fe+FeS），造成钢材在10001200进行轧制或锻造时开裂，即“热脆”。钢中的非金属夹杂物有氧化物、硫化物和硅酸盐等。它们的存在使钢的强度、硬度降低，是有害元素。2为什么合金钢的淬透性比碳钢的高？合金元素中，除了钴以外，所有的合金元素溶于奥氏体以后，都能增加过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变，使C曲线右移，提高了钢的淬透性。3解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理加

27、热温度比相同含碳量的碳钢高；淬火加热的目的是让碳及合金元素充分溶解。合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物（氮化物）溶解需要更高温度和时间。（2）高速钢在热轧（或热锻）后，经空冷获得马氏体组织。由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度V越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度V1大于临界冷却速度V时，空冷即可获得马氏体。另外，不论什么钢，轧或锻都需要在奥氏体区进行变形，因此锻（轧）后仍然是奥氏体，从奥氏体冷却下来只要冷却速度够即可转变成马氏体。4为什么碳钢在室温下不存在单一的奥氏体或单一的铁素体组织，而合金钢中有可能存在这类组织？碳钢在727以上时存在单一奥氏体组织

28、，低于此温度时奥氏体发生共析转变，转变为珠光体。碳钢中含有碳元素，与铁元素生成一部分铁碳化合物Fe3C。一般碳素钢在室温下的金相组织由铁素体、珠光体和渗碳体组成。合金钢中存在某些合金元素，可以增加奥氏体的稳定性，阻止奥氏体在低温下发生转变，使得合金钢在室温下存在单一奥氏体组织。5何谓调质钢？为何调质钢大多数为中碳钢？合金元素在调质钢中起什么作用？所谓调质钢，一般是指含碳量在0.250.6%的中碳钢。一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，人们往往使用调制处理来达到这个目的，所以习惯上就把这一类钢称作调质钢。只有中碳钢通过调质后才能得到很

29、好的机械性能，即较高的强度，很好的塑性和韧性。含碳量过低，强度、硬度不足；含碳量过高，塑性、韧性不足。调质钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。6为什么刃具钢中含高碳钢？合金刃具钢加入哪些合金元素？其作用怎样？为了保证刃具钢具有高的硬度和高的耐磨性。加入的合金元素主要为Cr、Mn、Si、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，同时强化马氏体，提高回火稳定性；溶入渗碳体，形成合金渗碳体时，还有利于提高钢的耐磨性。W和V能提高硬度和耐磨性，并防止钢在加热时的过热，保持晶粒细化。7试根据下表所列项目，小结对比几类合金钢的主要特点：钢种成分特点常用

30、牌号热处理特点热处理后组织主要性能用途举例低合金结构钢c0.20%，e3%16Mn、09MnV热轧空冷，不进行热处理铁素体+索氏体良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉等合金渗碳钢c=0.100.20%，加入铬、镍、锰、硅、硼、钒、钛等元素20CrMnTi、20Cr、20MnVB渗碳淬火低温回火低碳回火马氏体+合金碳化物优良的耐磨性、耐疲劳性，足够高的韧性和强度制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴和活塞销等合金调质钢c=0.250.50%，加入铬、镍、锰、硅、硼、钨、钼、钒、钛等元素40Cr、40MnVB、35CrMo调质处理回火索氏体+合金碳化物很高的强度，

31、很好的塑性和韧性，具有良好的综合力学性能常用来制造一些受力复杂的重要零件（齿轮、曲轴、高强螺栓等）合金弹簧钢c=0.500.70%，加入硅、锰、铬、钨、钒等元素55Si2Mn、60SiMn、50CrVB淬火中温回火回火托氏体+合金碳化物高弹性极限、高疲劳强度与足够的塑性和韧性用作重要的弹性零件，如汽车和火车用板簧、缓冲卷簧等合金轴承钢c=0.951.10%，加入铬元素GCr15、GCr15SiMn正火球化退火淬火冷处理低温回火时效处理回火马氏体+合金碳化物高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和一定的耐蚀性常用来制造各种轴承的滚珠、滚柱和内外圈套，也用来制造各种工具和耐磨零件

32、合金刃具钢c=0.651.40%，加入铬、锰、硅等元素9SiCr、CrWMn球化退火淬火低温回火回火马氏体+合金碳化物高的硬度和高耐磨性，红硬性高，有足够的强度和韧性制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具高速工具钢c=0.71.5%，大量的钨、铬、钒、钼等强碳化物形成元素W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V一至两次预热淬火两至三次高温回火回火索氏体+合金碳化物高红硬性、高耐磨性用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等），还用于制造冷挤压模及某些耐磨零件合金量具钢采用合金工具钢和滚动轴承钢来制造CrWMn、CrMn、

33、GCr15淬火冷处理长时间低温回火时效处理回火马氏体+合金碳化物高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性制造检测工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样板等合金模具钢小型冷作模具钢采用低合金刃具钢，大型冷作模具钢采用高碳高铬钢制造；热作模具钢采用中碳钢c=0.250.60%，加入铬、钨、硅等元素小型冷作模具钢：9CrSi、CrWMn，大型冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV；热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V冷作模具钢：淬火低温回火；热作模具钢：淬火中温（高温）回火冷作模具钢：回火马氏体+合金碳化物；热作模具钢：回火托氏体（回火索氏体）+合金碳化物小型冷作模具钢：高硬度

34、、高耐磨性、一定的韧性和抗疲劳性；热作模具钢：高的热强性和红硬性、高温耐磨性和高的氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性冷作模具钢：冷冲模、冷挤压模等；热作模具钢：热锻模、热挤压模、压铸模等8用高速工具钢制造手工锯条、锉刀行不行？为什么？可行，但不合理。高速钢用于制造切削速度较高的刀具，制造成本较高，手工锯条和锉刀只需碳素工具钢即可。9为什么一般钳工用锯条烧红后置于空气中冷却即变软，并可进行加工，而机用锯条烧红后（约900）冷却，却仍具有相当高的硬度？钳工用锯条是碳素工具钢，已经过淬火回火处理，加热置于空气中冷却相当于正火处理，使其硬度降低变软。机用锯条是高速工具钢，具有高红硬性，所以烧红冷却，

35、还具有相当高的硬度。10现有35x200mm两根轴，一根为20钢，经920渗碳后直接水淬及180回火，表面硬度为5862HRC，另一根为20CrMnTi钢，经920渗碳后直接油淬，-80深冷处理后180回火，表面硬度6064HRC。这两根轴的表面和心部组织与性能有何区别？并说明其原因。钢种表面组织心部组织晶粒大小性能原因20钢回火马氏体+渗碳体F+P较细小外硬内韧表面含碳量增加，心部含碳量不变，经淬火回火后达到表面高硬度，心部高韧性的性能。20CrMnTi回火马氏体+合金碳化物F+P（细）+低碳回火马氏体细小表面强度、硬度更高，心部强度、硬度较高，同时韧性好。加入合金元素不仅改善了组织，同时性

36、能也得以提高。11解释下列牌号含义，并说明主要用途：16Mn、ZGMn13-2、40Cr、60Si2Mn、W18Cr4V、1Cr13、9SiCr、20CrMnTi、QT600-3、KTH330-08、H68、YG8、YW2、QBe2、ZChSnSb11-6、ZL108。16Mn：低合金高强度结构钢，平均含碳量为0.16%，主要合金元素锰含量在1.5%以下。用途：用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉等。ZGMn13-2：铸造高锰耐磨钢，主要合金元素锰含量为11%14%，含碳量为1.00%1.4%（ZGMn13-2）。用途：主要用于承受严重摩擦和强烈冲击的零件，如车辆履带、破碎机颚板、球磨机衬板、挖掘机

37、铲斗和铁道道岔等。40Cr：合金调质钢，平均含碳量为0.40%，主要合金元素铬含量在1.5%以下。用途：常用来制造一些受力复杂的重要零件（齿轮、曲轴、高强螺栓等）。60Si2Mn：合金弹簧钢，平均含碳量为0.60%，主要合金元素硅平均含量为2%，锰含量小于1.5%。用途：用作重要的弹性零件，如汽车和火车用板簧、缓冲卷簧等。W18Cr4V：钨系高速钢，平均含碳量1%，主要合金元素钨平均含量为18%，铬平均含量为4%，钒含量小于1.5%。用途：用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等），还用于制造冷挤压模及某些耐磨零件。1Cr13：马氏体

38、型不锈钢，平均含碳量为0.1%，主要合金元素铬平均含量为13%。用途：用于制造力学性能要求不高，并能耐腐蚀的工件，如汽轮机叶片、喷嘴、阀门、量具、刃具等。9SiCr：低合金刃具钢，平均含碳量为0.9%，主要合金元素硅和铬含量小于1.5%。用途：制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具。20CrMnTi：合金渗碳钢，平均含碳量为0.2%，主要合金元素铬、锰和钛含量小于1.5%。用途：常用来制造既要求有优良的耐磨性、耐疲劳性，又要承受冲击载荷作用而有足够高的韧性和强度的零件，如制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴和活塞销等。QT600-3：球墨铸铁，最低抗拉强度为600MPa，最低伸长率为

39、3%。用途：制造一些受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。KTH330-08：黑心可锻铸铁，最低抗拉强度为330MPa，最低伸长率为8%。用途：常用来制造形状复杂、强度和硬度要求较高、承受冲击的薄壁、中小型零件，广泛应用于汽车、拖拉机等制造行业。H68：单相普通黄铜，含68%铜和32%锌。用途：制作冷轧板材、冷拉线材及形状复杂的深冲件，如冷凝管、薄壁管、弹壳等。YG8：钨钴类硬质合金，平均钴含量为8%，其余为碳化钨。用途：用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头等，适于加工短切削的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铸造黄铜、

40、胶木等。YW2：钨钛钽（铌）类硬质合金，主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。用途：制造硬质合金刀具，用作不锈钢、高强度钢与铸铁的粗加工和半精加工。QBe2：铍青铜，平均含铍量为2%，其余为铜。用途：主要用来制作精密仪器仪表中各种重要的弹性零件、耐蚀耐磨零件（如仪表齿轮）、航海罗盘仪中重要零件及防爆工具等。ZChSnSb11-6：锡基轴承合金或锡基巴氏合金，平均含锑量为11%，平均含铜量为6%。用途：制造汽车、拖拉机、汽轮机及机床的轴瓦等。ZL108：铝硅合金或硅铝明，顺序号为8。用途：制造发动机活塞、汽缸体、风扇叶片等。12形状和尺寸完

41、全相同的三块铁碳合金，其中一块为白口铸铁、一块为灰铸铁、一块为低碳钢，用何种简便方法迅速将它们分开？先听敲击的声音，区分铸铁与碳钢；再看断口颜色，区分白口铸铁和灰铸铁。13下列零件采用何种材料制造？飞机铆钉、飞机大梁及起落架、发动机缸体及活塞、车床床身、汽车发动机曲轴、污水管、自来水三通管。飞机铆钉：形变铝合金中的硬铝飞机大梁及起落架：形变铝合金中的超硬铝发动机缸体及活塞：铸造特殊铝硅合金（特殊硅铝明）车床床身：灰铸铁（HT300）汽车发动机曲轴：合金调质钢污水管：UPVC自来水三通管：双相黄铜14为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素？弹簧淬火后为什么要进行中温回火？加硅对合金弹簧钢的

42、主要目的是提高钢的弹性强度和回火稳定性，含量多在1%以上，甚至可达3%。硅提高弹减抗力的能力最强，它具有强烈的固溶强化能力，而且能抑制渗碳体在回火过程中晶核的形成和长大，改变渗碳体的形状和间距。中温回火后获得托氏体组织，把弹簧钢弹性极限和屈服强度提高到最大值。15用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺流程为：锻造球化退火机械加工淬火低温回火磨平面开槽加工。试分析：（1）球化退火、淬火及低温回火的目的是什么？球化退火目的：改善切削性能，减小淬火时的变形开裂倾向性，使钢件得到相当均匀的最终性能。淬火目的：将材料由铁素体变为奥氏体，快速冷却后不平衡相变获得马氏体，得到高的硬度和强度。低温回火目的：为了稳定

43、组织、消除应力、调整硬度、提高塑性和韧度等，并获得回火马氏体。（2）写出球化退火、淬火及低温回火的大致工艺参数。球化退火规范：790810x24h，炉泠；700720x34h，以30/h的冷却速度，缓慢炉冷到500600，出炉空冷。硬度179241HBW。普通淬火、回火规范：淬火温度830860，油冷，硬度6264HRC；回火温度150200，硬度6163HRC。淬火温度850870，油冷，硬度6265HRC；回火温度140160，硬度6265HRC。淬火温度850870，油冷，硬度62 -65HRC；回火温度160180，硬度6163HRC。预热温度450500，淬火温度870880，油冷；

44、回火温度180200，保温2h，硬度5962HRC。16何谓石墨化？石墨化的影响因素有哪些？铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。影响石墨化的主要因素是铸铁的成分和冷却速度。17试述石墨形态对铸铁性能的影响。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。可锻

45、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。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、韧性和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。蠕墨铸铁中石墨呈蠕虫状，其形态介于片状石墨和球状石墨之间。蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。抗拉强度和疲劳强度相当于铁素体球墨铸铁，减震性、耐磨性、导热性、切削加工性和铸造性与灰铸铁近似。蠕墨铸铁的突出优点是它的

46、导热性和耐热疲劳性好。18说明下列牌号属于何种铸铁、并指出其主要用途及常用热处理方法。HT150、HT350、KTH300-06、KTZ45-06、QT400-15、QT600-3。（灰铸铁的热处理仅能改变其基体组织，改变不了石墨形态，因此，热处理不能明显改变灰铸铁的力学性能，并且灰铸铁的低塑性又使快速冷却的热处理方法难以实施，所以灰铸铁的热处理受大一定的局限性。其热处理主要用于消除应力和改善切削加工性能等。）HT150：灰铸铁。用于承受中等应力、承受磨损的零件及在弱腐蚀介质中工作的零件。常用热处理：去应力退火（时效）、高温退火（消除白口退火）、表面淬火。HT350：灰铸铁。承受高载荷、耐磨和

47、高气密性重要铸件。常用热处理：去应力退火（时效）、高温退火（消除白口退火）、表面淬火。KTH300-06：黑心可锻铸铁。制造冲击或震动和扭转载荷的零件，常用于用于制造管道配件、低压阀门、汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、机床零件等。常用热处理：退火、淬火回火。KTZ45-06：珠光体可锻铸铁。制造强度要求较高、耐磨性较好的铸件，如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等。常用热处理：退火、淬火回火。QT400-15：球墨铸铁。制造受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。常用热处理：退火、正火、等温淬火、调质。QT600-3：球墨铸铁。制

48、造受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。常用热处理：退火、正火、等温淬火、调质。19何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？这类铝合金主要用于何处？铝硅合金又称硅铝明，是最常用的铸造铝合金。由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件，如发动机缸体、手提电动或风动工具（手电钻）以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金（如ZL108），在变质处理后还可进行固溶处理+时效，使其具有较好耐热性和耐磨性，是制造内燃机活塞的材料

49、。20试举出三种常用橡胶材料及其在工业中的应用实例。天然橡胶：用于制造轮胎、胶带、胶管等通用制品。丁苯橡胶：常用于制造轮胎、胶板、胶管、胶布、胶鞋等通用制品。顺丁橡胶：用于制造轮胎、耐寒胶带、胶管、减震材料、电绝缘制品、体育用品及胶鞋等。21非金属材料今后能否完全取代金属材料？为什么？不能，这是因为金属材料具有许多优良性能。如：强度高，优良的热处理性能，热稳定性好，导电、导热性优良等，非金属材料很难完全取代。22陶瓷材料的优点是什么？简述其原因。陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000以上），且在高温下具有极好的化学稳

50、定性；陶瓷材料的导热性低于金属材料，是良好的隔热材料；陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。陶瓷材料组织结构稳定，高温下也不会氧化，有较强的抗酸、碱、盐和熔融金属腐蚀的能力，具有优异的化学稳定性，几乎不与其他介质相互作用。大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，特种陶瓷还具有独特的电性能，如压电性、磁性、光电性等。陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。23简述粉末冶金的特点及应用。粉末冶金工艺的优越性。某些粉末冶金材料的性能优于同成分的熔铸金属。粉末冶金的经济效益高。应用：机械材料和零件：减摩材料、摩擦材料

51、、结构零件。多孔材料及制品：金属过滤器、热交换（冷却）材料、泡沫金属。工具材料：硬质合金、复合工具材料、粉末高速钢、钢结硬质合金。电接触材料：电触头合金、集电材料。粉末磁性材料耐热材料原子能工程材料24常用的硬质合金有几种？举例说明其应用。钨钴类硬质合金：可用来切削铸铁、有色金属和非金属材料，亦可用做拉伸模、冷冲模等冷作模具，以及喷嘴、轧辊、顶锤、量具、刃具等耐磨工具和矿山工具。钨钛钴类硬质合金：适于加工长切削的黑色金属，如各种钢。钨钛钽（铌）类硬质合金：主要用于不锈钢、耐热钢、高锰钢的加工，也适用于普通碳钢和铸铁的加工。25举出四种常用的工程陶瓷材料，并说明其性能及在工程上的应用。氧化铝陶瓷

52、：熔点高，耐高温，具有很高的热硬性，并有很好的耐磨性和较高的强度。此外，它还具有良好的绝缘性和化学稳定性，能耐各种酸碱的腐蚀。但其脆性大，抗冲击性差，不易承受环境温度的剧烈变化。用于制造高速切削的刀具、量具、拉丝模、高温炉零件（炉管、炉衬、坩埚等）、内燃机火花塞等。氧化硅陶瓷：除了具有陶瓷共用的特点外，其热膨胀系数比其他陶瓷材料小，有良好的抗热性能和耐热疲劳性能。此外，其化学稳定性高，除氢氟酸外，能耐“王水”在内的各种无机酸和碱溶液的腐蚀，并能抵抗金、银、铅、锡、铝等非铁金属溶液的侵蚀，具有优良的电绝缘性。用于制造耐磨、耐蚀、耐高温以及绝缘的零件，如各种潜水泵和船用泵的密封环、化工球阀的阀芯、

53、热电偶管及高温轴承、燃气轮机转子叶片、切削加工用刀片等。碳化硅陶瓷：一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷。在12001400使用仍能保持高的抗弯强度，并具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。用于制造火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、汽轮机叶片、炉管、砂轮、磨料等。耐酸陶瓷：具有优良的耐酸碱腐蚀性，而且强度、硬度较高，并有良好的耐高温性和抗热振性。用于制造化工反应塔、耐酸砖、板、容器、管道、泵、阀以及风机等制品。26指出下列几种零件的选材及热处理：（1）坐标镗床主轴，要求表面硬度850HV，其余硬度为260280HBS，在滑动轴承中工作，精度要求极高；选用40Cr钢。调质高频表面淬火低温回火。（

54、2）承受较大载荷和冲击力，要求高耐磨性的齿轮（如汽车变速齿轮）；选用20Cr钢。渗碳淬火低温回火。（3）切削速度为150m/min，用于切削灰铸铁及有色金属的外圆车刀刀头。选用YG6钨钴类硬质合金。淬火回火。27某齿轮要求具有良好的综合力学性能，表面硬度5055HRC，用45钢制造。加工流程为：下料锻造热处理粗加工热处理精加工热处理精磨。试说明工艺流程中各热处理工序的名称和目的。正火，加热到奥氏体温度（860）保温后空冷。目的：细化晶粒，使钢获得好的加工性能（低硬度，宜切削）。调质（840-860油淬，550-600高温回火）。目的：使钢获得好的综合使用性能（强度、塑性都较高）。高频表面淬火低

55、温回火。目的：提高齿面硬度和耐磨性，保持心部原来的塑性和韧性。第四章 金属材料表面处理技术1常用的金属表面强化处理方法有哪些？表面淬火、金属表面化学处理、金属表面冷作硬化、热喷涂技术等。2什么叫热喷涂？常用的热喷涂方法有几种？分别简述其原理。利用各种热源，将与喷涂的固体涂层材料加热至熔融或熔化状态，借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴，喷射沉淀到经过预处理的工件基体表面，形成堆积结构涂层的技术称为热喷涂技术。线材火焰喷涂：可以用任何一种燃气和氧气组合进行燃烧提供热量。凡是能够拉成丝的金属材料或制成棒的低熔点陶瓷材料，均可以用线材火焰喷枪进行喷涂。粉末火焰喷涂：是将各种不同材料（金属、合金、陶瓷、碳化物等）制成的粉末，采用重力或压力送粉方式送入喷枪，借助气流进入火焰区被熔化，高速气流或保护性气体可进一步对熔滴雾化、加速，最后喷射到工件表面形成涂层。爆炸喷涂：是以突然爆发的热能加热熔化喷涂材料并使熔粒加速的热喷涂方法。爆炸喷枪与其他燃烧装置不同，它是利用氧乙炔气混合的爆炸能量，而不是靠平稳的燃烧火焰。爆炸冲击波将粉末材料以极高的速