工程材料与技术成型基础课后习题答案

1、工程材料与技术成型基础课后习题答案 第一章 1-1 由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标 ?在工程上这些指标是如何定义的 ? 答:强度和韧性强度（db）材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度 ；塑性（S）材料在外力作 用下产生永久变形而不被破坏的能力 . 强度指标里主要测的是 : 弹性极限 , 屈服点, 抗拉强度等 .塑性指标里主要测的是 :伸长率,断面收缩率 . 1- 2 1-3锉刀:HRC黄铜轴套:HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片： HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层： HV 调质态的机床主轴： HRC 铸铁机床床身： HB 铝合金半成品： HB 1-4 公式 HRC=10

2、HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV45HRC240HBS90HRB 1-7 材料在加工制造中表现出的性能， 显示了加工制造的难易程度。 包括铸造性， 锻造性，切削加工性，热处理性。 第二章 2-2答:因为丫 -Fe为面心立方晶格，一个晶胞含4个原子，致密度为0.74; 丫 -Fe冷却到912 C 后转变为a -Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含 2 个原子，致密度为 0.68，尽管 丫 -Fe 丫 -Fe 变成 a -Fe 的晶格常数大于a -Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同 体积增大的部分，故 丫 -Fe冷却到912 C后转变为a -Fe时体积反而

3、增大。 2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。 （2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小 （3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱动力越 大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2-4：答：（1 ）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。 （2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶 界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。 （3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种： 提高结晶时的冷却速度增加过冷度 进行变质处理处理： 在液态金属浇筑前人工后加入少量

4、的变质剂， 从而形成大量非自发结 晶核心而得到细晶粒组织。 在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。 （2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提 高，而塑性与韧性略有下降。 （3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6 答（1）金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质; （2）金属化合物的晶格类型和性能不同与组元，具有熔点高 ，硬度高 ，脆性大的特点 .他在合金中 能提高其硬度强度 ，但降低其塑性韧性 . （3）如果金属化合物

5、呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基本相上，则将使合金的轻度硬度耐磨性 明显提高 ，这一现象称弥散强化 . 2- 10 L 912 F-jc i 十 Ld 727 P Ld 600 卩j +L；i P+FsC ii I A+卩巳 +：LdIm I 一+H eg 11 S/A+EeJJn I I P+F | P+FeCn in Fe XII C% 4J F出c 看洛在单相区还是双相区，右 是单相区 ，就是本身的质量分数 ，右是双相区利用杠杆疋理看 ） 1)0.4%:1400 C0.4%; 1100C 0.4%; 800 C 0.45% 2)0.77%:1400 C0.77%; 1100C 0.77%;

6、 800 C 0.77% 3)1.2%:1400 C0.77%; 1100C 1.20% ; 800 C 1.0% 1含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比 0.4%刚硬度高。含碳超过 0.9%，析出的 0.4%的刚硬度高。含碳超过 0.9%时，析 1.2%的强 2-12 答： 二次渗碳体在晶界形成连续的网络状 2-12答：1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比 出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得刚脆性增加，硬度下降，因而比 度咼。 2）铆钉的使用场合要求有一定的强度，但是最重要的要求是有一定的塑性，所以需要少量 渗碳体以保持铆钉有足够的强度，保留大部分铁素体以保持铆钉的塑性，因此，铆钉就

7、必须 选择低碳钢来制造。 3）因为铁丝含碳量低，所以塑性好，易变性适用于绑扎。同理钢丝绳强度高，耐磨性好， 弹性好适应于吊重物。 4）含碳量0.4%的钢在1000摄氏度时处于奥氏体区，奥氏体是面心立方结构，晶体滑移系 比较多，容易发生塑性变形，适于锻造。含碳量4%生铁在1000摄氏度时候属于硬而脆的物 质，塑性变形能力很差，因而不能进行锻造。 5） T8,T10,T12是碳素工具钢，含碳量分别为0.8%, 1.0%, 1.2%，因而钢中渗碳体含量高， 钢的硬度较高，退火状态下的布氏硬度大于300;而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳 钢，钢的硬度较低，布氏硬度低于155.手工锯条为T20材

8、质，淬火后硬度加大，因此钳工锯 T8 ,T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。 6）因为含碳量在0.02%2.11%之间，塑性比较大，抗拉性能比较好，流动性不好；铸铁含碳 量在2.11%6.69%脆性比较大，抗拉性能比较好，流动性很好，所以说钢适宜压力加工成型 而铸铁适宜铸造成型 2-12答：1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比 0.4%的刚硬度高。含碳超过 0.9%时，析 出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得刚脆性增加，硬度下降，因而比1.2%的强 度咼。 2）铆钉的使用场合要求有一定的强度，但是最重要的要求是有一定的塑性，所以需要少量 渗碳体以保持铆钉有足够的强

9、度，保留大部分铁素体以保持铆钉的塑性，因此，铆钉就必须 选择低碳钢来制造。 3）因为铁丝含碳量低，所以塑性好，易变性适用于绑扎。同理钢丝绳强度高，耐磨性好， 弹性好适应于吊重物。 4）含碳量0.4%的钢在1000摄氏度时处于奥氏体区，奥氏体是面心立方结构，晶体滑移系 比较多，容易发生塑性变形， 适于锻造。含碳量4%生铁在1000摄氏度时候属于硬而脆的物 质，塑性变形能力很差，因而不能进行锻造。 5） T8,T10,T12是碳素工具钢，含碳量分别为0.8%, 1.0%, 1.2%，因而钢中渗碳体含量高， 钢的硬度较高，退火状态下的布氏硬度大于300;而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳 钢，

10、钢的硬度较低，布氏硬度低于155.手工锯条为T20材质，淬火后硬度加大，因此钳工锯 T8 ,T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。 6） 因为含碳量在0.02%2.11%之间，塑性比较大，抗拉性能比较好，流动性不好；铸铁含碳 量在2.11%6.69%脆性比较大，抗拉性能比较好，流动性很好，所以说钢适宜压力加工成型 而铸铁适宜铸造成型 第三章 3-1 解释下列名词 1) 奥氏体：碳在丫 Fe中形成的间隙固溶体。 过冷奥氏体：处于临界点 A1 以下的奥氏体被称为过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组 织迟早要发生转变。随过冷度不同过冷奥氏体将发生珠光体转变，贝氏体转变和马氏体 转变三

11、种类型转变。 残余奥氏体：即使冷却到 Mf 点，也不可能获得 100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转 变而残留下来，称为残余奥氏体。 2) 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，高碳马氏体脆而硬，韧性很低 3) 答：淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。一般规定由工件表面到马氏体区 的深度作为淬硬层深度 淬硬性钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。硬度高的钢淬透性不一定高，硬度低的钢 有时候淬透性却很高。淬透性是钢本身特有的特性，对一定成分的钢种来说是完全正确 的

12、实际工件淬硬层深度在不同条件下是变化的。 4) 答：(1 )起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接 触时的晶粒大小。 ( 2)实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热温度条件下所得到的晶粒尺寸 (3)本质晶粒度：根据标准试验方法在 930 10C保温足够时间后测定的钢中晶粒的 大小。 3- 2(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了便于切削加工，可预先进行球化退火。 错误，低碳钢弓箭为了便于切削加工预先进行热处理或完全退火。而高碳钢工件应该进行球 化

13、退火，其目的都是将硬度调整到 HB200左右并且细化晶粒，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，冷却后的硬度越高。 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 (5) 钢的合金元素越多，钢淬火后的硬度越高。 错误，钢的硬度主要取决于含碳量 ( 6)同一种钢在相同加热条件下，水淬比油淬淬透性好，小件比大件淬透性好。 正确，同一种钢，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)钢经淬火后处于脆硬状态。 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

14、快，马氏体的转变点Ms点Mf点越低。 错误，马氏体的转变点 Ms 点 Mf 点的位置和冷却速度无关。 (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。完全奥氏体化后，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 分融入奥氏体， 一部分是未溶碳化物， 从而可减轻马氏体因含碳量过高的脆性， 也能细化晶 粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含碳量。 3-3答：马氏体：碳在 a-Fe中的过饱和固溶体。 有两种

15、，板条马氏体和片状马氏体。奥氏体转变后，所产生的m 的形态取决于奥氏体中 的含碳量，含碳量v 0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6-1.0%之间的为板条与针状混合的马 氏体；含碳量大于 1%的为针状马氏体。 低碳马氏体的晶体结构为体心立方。 随含碳量增加， 逐渐从体心立方向面心立方转变。 含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。 低碳马氏 体强而韧， 而高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小， 晶格 畸变也较小，故具有良好的机械综合性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性 变形阻力增加， 因而引起硬化和强化。当含碳量很高时， 尽管马氏体的硬度和强度很高，但

16、由于过饱和度太大， 引起严重的晶格畸变和较大的内应力， 致使高碳马氏体针叶内产生很多 微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。 随着含碳量的增加，钢的硬度增加。但当Wc 0.6%以后，硬度会随含碳量增加而升高的 趋势不明显。 过冷 A 转变为马氏体是低温转变过程，转变温度在 MsMf 之间，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a -Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使a -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）马氏体的转变是不彻底的。

17、总要残留少量奥氏体。奥氏体中碳质量分数越高，则 Ms， Mf 越低，残余 A 质量分数越高。 （4）马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大内应力，严重时导致开裂。 随着含碳量增加，马氏体转变温度下降，但碳含量对 Ms 和 Mf 点的影响并不完全一致，对 Ms点的影响基本上呈连续下降的趋势，对Mf点的影响在碳含量v 0.6%时，比Ms下降更为 显著，因此扩大了马氏体的温度转变范围;当含碳量 0.6%时， Mf 下降很缓慢，且因 Mf 点 已下降到零度以下，致使这类钢在淬火冷至室温的组织中将存在较多的残余奥氏体。 3-4 答：回火是将淬火钢加热到 A1 一下某温度保温后再冷却的热处理工艺。回火的目的

18、是 降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并具有一定的性能。 常用的回火操作有低温回火， 中温回火， 高温回火。 淬火钢回火后的性能主要取决于回火 温度而非冷却速度。 低温回火得到的组织是回火马氏体。硬度58-64HRC,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、 滚动轴承及表面渗 碳和表面淬火的零件。 中温回火得到的组织是回火托氏体。硬度35-45HRC,具有一定的韧性和高的弹性极限及 屈服极限。这种回火组织主要应用于各类弹簧零件的热处理。 高温回火得到的组织是回火索氏体，其硬度为25-35HRC,具有适当的强度和足够的塑

19、性 和韧性。这种回火主要应用于重要受力件。 3-5（ 1）因为900 C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 粒粗大 （2）因为加热温度900C已经超过了 Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因而加热 淬火后未溶碳化物较少。 （3）因为加热温度900C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。 (4) 因为加热温度900C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，降低钢的 Ms 、Mf 点，淬火后残余奥氏体增多。 (5) 760 C加热淬火后合适。因为含碳量 1.2%碳钢属