工程材料与成形技术基础第三章答案(机械工业出版社)

1、庞国星主编工程材料作业第三章答案3-1 、比较下列名词（2）比较索氏体和回火索氏体 , 马氏体和回火马氏体的主要区别。 正火组织：索氏体 S: 属于细珠光体，其中渗碳体呈片状。 回火组织 , 淬火后高温回火 , 碳化物从过饱和 F 中析出 ,称为回火 索氏体 S 回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好淬火组织：马氏体：过饱和F回火组织：淬火后低温回火，碳化物开始从 M中析出，成为M 回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。3-2 、 判断下列说法是否正确：（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。（2）低碳钢与高碳钢工件为

2、了便于切削加工，可预先进行球化退火。 错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。 而高碳钢工件则应进行球化退火 （若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次 正火），其目的都是为了将硬度调整到 HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳 体。（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。 错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。（4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大

3、件的淬透性好。 正确。同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。 基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。（8）冷却速度越快，马氏体的转变点 Ms和Mf越低。 正确。（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。（10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量 错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量， 要看加热温度。 完全奥氏体化时， 钢的含碳量等于奥氏体含碳量， 淬火后即为马氏体含碳量。 如果是部分奥氏体化， 钢的含碳 量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含

4、碳量过高的脆性， 也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。3-4、什么是钢的回火？钢的回火有哪些过程？。 。 淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体 分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。第一阶段回火（250C以下）马氏体在室温是不稳定的，填隙的碳原子可以在马氏体内进 行缓慢的移动，产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解，在中、 高碳钢中沉淀出& -碳化物（图2）,马氏体的正方度减小。高碳钢在 50100C回火后观 察到的硬度增高现象，就是由于-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果 （见脱

5、溶）。& -碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的&-碳化物很可能和基体保持共格。在 250C回火后，马氏体内仍保持含碳约 0.25%。含碳低 于0.2%的马氏体在200C以下回火时不发生& -碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的 温度回火则直接分解出渗碳体。回火第二阶段回火（200300C）残留奥氏体转变。回火到200300E的温度范围，淬火钢 中原来没有完全转变的残留奥氏体， 此时将会发生分解， 形成贝氏体组织。 在中碳和高碳 钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4%的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所 以这一转变基本上可以忽略不计。第三阶段回火（2

6、00350C）马氏体分解完成，正方度消失。&-碳化物转化为渗碳体（Fe3C）。这一转化是通过 -碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在&-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图 3）。形成的渗碳体 开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C回火第四阶段回火（350700C）渗碳体球化和长大，铁素体回复和再结晶。渗碳体从400C 开始球化，600 r以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将 碳输送给选择生长的较大颗粒。 位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳

7、化物颗粒球 化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。铁素体在350600r发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板 条界上的位错通过合并和重新排列， 使位错密度显著降低， 并形成和原马氏体内板条束密 切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600 r ；在高碳钢中，针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保持其针状形貌。在600700r间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。3-5、两个碳的质量分数均为1.2%的碳钢试件，分别加热到 760r和900r，保温时间相 同，达到平衡状态后以大于临

8、界冷速的速度快速冷却至室温。问：（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。900r粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢 易造成晶粒粗大。（2） 哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。900r，处于完全奥氏体化区。（3） 哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。900r，处于完全奥氏体化区，奥氏体 的含碳量即为马氏体含碳量。（4） 哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。900r，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就 越低，残余奥氏体量就越多。（5） 哪个试件的淬火温度较为合理， 为什么？ 760r，处于部分奥氏体化区，加热组织为 奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大） ，晶粒细小。 同时控制了奥氏体含碳量， 也

9、就控制了 马氏体含碳量， 降低了马氏体脆性。 淬火组织：马氏体+未溶碳化物 +残余奥氏体， 保证了 强度、硬度。3-6、45钢调质后的硬度为240HBS若再进行200C回火，硬度能否提高？为什么？ 该钢经淬火和低温回火后硬度 57HRC若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么 ？45 钢调质后的硬度为240HBS若再进行200C回火，不能提高硬度。因为，回火温 度越高，硬度下降越多， 而调质工艺就是淬火 +高温回火，碳化物已经析出， 铁素体回复， 硬度已经下降了，不能再升高。该钢经淬火和低温回火后硬度 57HRC若再进行高温回火，硬度可以。因为，回火温 度越高，硬度下降越多。该钢经低温回火，组

10、织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过 饱和， 因此，可继续提高回火温度， 使得硬度降低。 这也是为何经低温回火处理的碳素工 具钢， 不能使用很高的切削速度的原因。 高速切削， 摩擦生热， 切削温度高于低于回火温 度后，就相当于继续回火。3-7、T12钢经760C加热后，按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。问它们各获得何种 组织？并比较它们的硬度。 （图 3-26 ：庞国星教材 P70）冷速 1 ：相当于水冷，组织：马氏体 +未溶碳化物 +残余奥氏体，硬度： HRC60冷速 2：相当于油冷，组织：索氏体 +未溶碳化物 +马氏体 +残余奥氏体，硬度：不均匀。 冷速 3：相当于炉冷，组织：索氏体

11、 +未溶碳化物（二次渗碳体）硬度： HRC20-30 冷速 4：同冷速 3。已经通过转变完成线，保温时间的延长，不影响组织，但可能晶粒粗 大。3-8、一根直径为6mm勺45钢棒，先经860E淬火，160C低温回火后的硬度55HRC然后 从一端加热，使钢棒各点达到如图 3-27，所示温度，问：（图 3-27：庞国星教材 P70） 45钢棒，先经860C淬火，160C低温回火后的硬度55HRC组织：回火马氏体（1）各点的组织是什么？150C点：低于160C，组织不变，回火马氏体550r点：高于160C，低于A1线，相当于高温回火，组织：回火索氏体。750r点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体

12、化，组织：奥氏体+铁素体。840r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。950r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。（2）从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？i50r点：低于i60r，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体 550r点：高于160r，低于A1线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：回火索氏体。750r点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织：珠光体 + 铁素体。840r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。950r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体 +铁

13、素体。（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？i50r点：低于i60r，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。550r点：高于160r，低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织：回火索氏体。750r点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织：马氏体 + 铁素体。840r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。水冷到室温后，组织：马氏体950r点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。水冷到室温后，组织：粗大马 氏体3-9 、现有 20 钢和 40钢制造的齿轮各一个，为提高齿轮的硬度和耐磨性，宜采用何种热 处理工艺？（1）20 钢齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧， 。锻造一正火一机加工一渗碳，淬火，低温回火一精加工（2）40 钢齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高锻造一完全退火一机加工一整体调质（淬火 +高温回火）一齿面高频表面淬火，低温回火 T精加工（磨齿）3-10、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为： 锻造热处理机加工热处理精加工。对两工件：（1）说明预备的工艺方法和作用（2）制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷