金属材料与热处理教材习题答案

1、金属材料与热处理教材习题答案作者：陈志毅绪论1金属材料与热处理是一门怎样的课程？ 答：金属材料与热处理这门课程的内容主要包括金属材料的基本知识、金属的性能、金 属学基础知识和热处理的基本知识等。2什么是从属与从属材料？ 答：所谓金属是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。如 金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。而合金是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素 通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料， 所以金属材料是金属及其合金的总称， 即 指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。3怎样才能学好金属材料与热处理这门课程？ 答：金属材料与热处理是一门从生产

2、实践中发展起来， 又直接为生产服务的专业基础课， 具有很强的实践性， 因此在学习时应结合生产实际， 弄清楚重要的概念和基本理论， 按照材 料的成分和热处理决定其组织， 组织决定其性能， 性能又决定其用途这一内在关系进行学习 和记忆；认真完成作业和实验等教学环节，就完全可以学好这门课程的。第一章 金属的结构与结晶1什么是晶体和非晶体？它们在性能上有什么不同？想一想，除了金属，你在生活中还见 过哪些晶体？答：原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体；而原子呈无序、无规则堆积状态的物质 称为非晶体。晶体一般具有规则的几何形状、 有一定的熔点， 性能呈各向异性；而非晶体一 般没有规则的几何形状和一定的熔点

3、，性能呈各向同性。 生活中常见的食盐、冰糖、明矾等 都有是典型的晶体。 2什么是晶格和晶胞？金属中主要有哪三种晶格类型？它们的晶胞各有何特点？答：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。晶格是由许多形状、大小相同 的小几何单元重复堆积而成的。 我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称 为晶胞。金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类型，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心；面心 立方晶格的晶胞也是一个立方体， 原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心； 密排 六方晶格的晶胞是一个正六棱柱， 原子除排列于柱体的每个顶

4、点和上、 下两个底面的中心外， 正六棱柱的中心还有三个原子。3 晶体在结构上有哪些缺陷？ 答：常见的晶体结构缺陷有晶界、亚晶界、位错（刃位错、螺旋位错）以及间隙、空位、 和置代原子等。4 什么是结晶？结晶由哪两个基本过程组成？答：生产上将液态金属凝固的过程称为结晶。金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个 基本过程所组成，并且这两过程是同时进行的。5 晶粒大小对金属材料性能有什么影响？铸件在浇注过程中是如何细化晶粒的？ 答：金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好，所以控制材 料的晶粒大小具有重要的实际意义。 铸件在浇注过程中为了得到细晶粒的铸件， 常采取以下 几种方法：增加过

5、冷度，进行变质处理，采用振动处理等。6 什么是同素异构转变？具有同素异构转变的金属有哪些？ 答：在固态下， 金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素 异构转变。具有同素异构转变的金属有铁、锰、锡、钛等。7 金属的同素异构转变与结晶相比有哪些异同点？ 答：金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：有一定的转变温度， 转变时都有过冷现象； 放出和吸收潜热； 转变过程也是一个形核和晶核长大的过程， 但同素 异构转变属于固态相变， 所以具有其本身的特点， 例如： 同素异构转变时， 由于晶界处具有 较高的能量， 新晶格的晶核总是在原来晶粒的晶界处形核； 另外固态时原子的

6、迁移扩散较困 难，所以转变时需要较大的过冷度； 晶格的变化伴随着金属体积的变化， 转变时会产生较大 的内应力。第二章 金属材料的性能1机械零件损坏的形式有哪些？ 答：机械零件在使用中常见的损坏形式有：变形、断裂及磨损等。 2什么是载荷？根据性质不同分为哪几种？答：材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。 根据载荷作用性质的不同， 载荷可 分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。3什么是金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？ 答：金属材料所具有的承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力， 称为材料的力学 性能。金属的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度指标。4什么是强度？强度有哪些衡

7、量指标？这些指标用什么符号表示？如何测量？ 答：金属在静载荷作用下， 抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。 材料常用的强度指标 有：屈服强度 ReL（ s，）规定非比例延伸强度 Rp0.2（0.2），抗拉强度 Rm（b）等，这些 指标都是通过拉伸试验测量的。5什么是塑性？塑性有哪些衡量指标？这些指标用什么符号表示？如何测得？ 答：材料受力后断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。 塑性的衡量指标有： 断后伸长率A （ ） 和断面收缩率Z （）这些指标也是通过拉伸试验测量的。6什么是硬度？常用的硬度试验法有哪三种？各用什么符号表示？ 答：材料抵抗局部变形特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力称为硬度， 它是

8、衡量材料软 硬程度的指标。常用的硬度试验法有布氏硬度试验法（HB ）、洛氏硬度试验法（ HR）和维氏硬度试验法（ HV ）。7布氏硬度试验法有哪些优缺点？它主要适用于什么样材料的测试？答：布氏硬度试验法 , 压痕直径较大 ,能较准确地反映材料的平均性能。 且由于强度和硬 度间有一定的近似比例关系， 因而在生产中较为常用。 但由于测压痕直径费时费力， 操作时 间长， 而且不适于测高硬度材料；压痕较大， 只适合毛坯和半成品的测试， 而不宜对成品及 薄壁零件测试。 所以生产中布氏硬度主要用于测定铸铁、 有色金属及退火、 正火、 调质处理 后的各种软钢等硬度较低的材料。 8常用的洛氏硬度标尺有哪三种？

9、各用什么符号表示？最常用的是一种？ 答：常用的洛氏硬度标尺有 A、 B、C三种，分别用符号 HRA 、HRB和HRC 表示，其 中 C 标尺应用最广。9什么是冲击韧性？什么是冲击韧度？其值用什么符号表示？ 答：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。 通过一次摆锤冲击弯曲 试验测定出的试样缺口处单位横截面积上所吸收的功来反映金属材料冲击韧性好坏的指标 称为冲击韧度（ k）。10什么是金属的疲劳断裂？什么是疲劳强度？ 答：零件长期在交变载荷作用下， 承受的应力虽低于材料的屈服强度， 但经过长时间的 工作后， 仍会产生裂纹或突然发生断裂。 金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。 金属材料抵抗

10、 交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。11生产中如何提高零件的抗疲劳能力？ 答：在生产中为了提高零件的抗疲劳能力，除合理选材外，细化晶粒，均匀组织，减少 材料内部缺陷， 改善零件的结构形式， 减少零件表面粗糙度数值及采取各种表面强化的方法 （如对工件表面淬火、喷丸、渗、镀等） ，都能取得一定的抗疲劳效果。12什么是金属的工艺性能？它包括哪些内容？ 答：金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。 它包括铸造性 能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。第三章 铁碳合金1什么是合金中的元和相？ 答：组成合金最基本的独立物质称为组元（简称元） 。一般把组成合金的化

11、学元素当作 组元， 也可把合金中稳定的化合物作为组元。 合金中成分、 结构及性能相同的组成部分称为 相。相与相之间有明显的界面分开。2什么是合金的组织？合金的组织有哪几种类型？ 答：合金中不同的相的分布状态就称为合金的组织；换而言之，数量、大小、和分布方 式不同的相就构成合金不同的组织。 由单一相构成的组织为单相组织， 由不同相构成的组织 称为多相组织。 根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金的组织可分为固溶体、 金属化 合物和混合物三类。3什么是固溶体？固溶强化是怎么回事？ 答：固溶体是一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。形成固溶体， 时都会使溶剂晶格发生畸变， 从而使合

12、金对变形的抗力增加， 这种通过溶入溶质元素形成固 溶体，而使金属材料强度、硬度提高的现象称为固溶强化。4为什么说合金的组织决定它的性能？答：数量、 大小、 和分布方式不同的相就构成合金不同的组织。 由单一相构成的组织为 单相组织， 由不同相构成的组织称为多相组织。 由于不同相之间的性能差异很大， 再加上数 量、大小、和分布方式不同，所以合金的组织不同，其性能也就不同。5什么是共析转变？什么是共晶转变？ 答：在保持温度不变的条件下，从一个固相（奥氏体）同时析出两个固相（铁素体和渗 碳体），这种转变称为共析转变。在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种 固相（奥氏体和渗碳体） ，这种转变

13、称为共晶转变 。6按含碳量铁碳合金可分几种？答：按含碳量的不同，铁碳合金的室温组织可分为工业纯铁、 钢和白口铸铁。其中把含碳量小于 0.0218%的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于 2.11%的铁碳合金称为 钢；而把含碳量大于 2.11%的铁碳合金称为铸铁。7 什么是钢？根据含碳量和室温组织的不同，钢分为哪几类？答：含碳量大于 0.0218%而小于 2.11%的铁碳合金称为钢，根据钢的含碳量不同可分为 低碳钢、中碳钢和高碳钢；根据钢的室温组织不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。8 铁碳合金相图有哪些具体用途？ 答：铁碳合金相图表明了当含碳量不同时，其组织、性能的变化规律

14、，同时揭示了相同的成分不同的温度时，组织和性能的变化。这为生产实践中的选材，铸造、锻造和热处理工艺的制定提供了依据。9 含碳量的变化对钢的性能有何影响？ 答：钢中含碳量越高，硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。这主要是因为含碳量越高，钢中的硬脆相Fe3 C越多的缘故。钢的强度一般随含碳量的增加而提高，但当含碳量超过0.9后，由于脆而硬的二次渗碳体沿晶界析出，随二次渗碳体数量增加，形成网状分布，将钢中的珠光体组织割裂开来， 使钢的强度有所降低。因此对 于碳素钢及低、中合金钢来说，其含碳量一般不超过1.3。10碳钢中存在哪些杂质元素？它们对钢性能有哪些影响？答：碳素钢中除铁

15、和碳两种元素外， 还会不可避免的在冶炼过程中从生铁、 脱氧剂等炉 料中入一些其它杂质元素，其中主要有硅、锰、硫、磷等元素，这些元素的存在必然会对钢 的性能产一定的生影响。其中硅和锰为有益元素，一方面可提高钢的强度和硬度，此外，锰能与硫形成MnS ，从而减轻硫对钢的危害。 而硫和磷都是有害元素， 其中硫的危害主要是造成钢材的 “热脆”； 磷的危害主要是造成钢材的“冷脆” 。11低碳、中碳和高碳钢是如何划分的答：含碳量大于 0.0218%而小于 0.25时称为低碳钢； 当含碳量大于 0.25而小于 0.60 时称为中碳钢；当含碳量大于(等于) 0.60以上时就称为低高碳钢。12钢的质量是根据什么划

16、分的？ 答：钢的质量是根据钢中有害元素硫、磷含量多少划分的，有害元素硫、磷含量越少钢 的质量就越好，按质量优劣可分为：普通钢、优质钢和高级优质钢。13碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢在牌号表示方法上有何不同 答：我国钢材的牌号用国际通用的化学元素符号、 汉语拼音字母和阿拉伯数字相结合的 方法来表示。其中碳素结构钢牌号由以下四部分组成：(1) 屈服点字母： Q钢屈服强度“屈”，汉语拼音字首。(2) 屈服点强度数值 (单位 MPa)。(3) 质量等级符号： A、 B、C、D 级，从 A 到 D 依次提高。(4) 脱氧方法符号： F沸腾钢、 b半镇静钢 、 Z 镇静钢、 TZ 特殊镇静钢， Z

17、 与 TZ 符号在钢号组成表示方法中予以省略。例如， Q235AF 表示屈服强度为 235MPa 的 A 级沸腾钢。 优质碳素结构钢的牌号则用两位数字表示， 这两位数字表示该钢的平均含碳量的 万分数。优质碳素结构钢根据钢中含锰量的不同，分为普通含锰量钢(Mn=0.35 0.80)和较高含锰量钢( Mn=0.71.2)两组。较高含锰量钢在牌号后面标出元素符号“Mn ”。例如 50Mn。碳素工具钢的牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“ T ”及后面的阿拉伯数字表示， 其数字表示钢中平均含碳量的千分数。 例如 T8 表示平均含碳量为 0.80的优质碳素工具钢。 若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标

18、以字母A。例如， T12 A 表示平均含碳量为 1.2% 的高级优质碳素工具钢。14试对比分析优质碳素结构钢、 碳素工具钢的牌号与含碳量及其它们在相图中对应的室温 组织和的用途间的关系。答：优质碳素结构钢用两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数， 多为低、 中碳钢。在 相图中对应的室温组织主要为 F+P 或 P 组织；如 0825 钢主要用于制作冲压件、焊接结构 件及强度要求不高的机械零件及渗碳件 3055 钢主要用来制作受力较大的机械零件，如连 杆、曲轴、齿轮和联轴器等。 60 钢以上的牌号主要用来制造具有较高强度、耐磨性和弹性 的零件，如弹簧垫圈、板簧和螺旋弹簧等弹性零件及耐磨零件。而碳素工

19、具钢的牌号其数字表示钢中平均含碳量的千分数， 在相图中对应的室温组织主 要为 P和 P+ Fe3 C组织。硬度高，耐磨性好，主要用于制造刀具、模具和量具。 15 铸钢一般应用于什么场合？其牌号由那些几部分构成？试举例说明各部含义。答：铸造碳钢的牌号是用“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“ ZG ”后面加两组数字 组成：第一组数字代表屈服点，第二组数字代表抗拉强度值。如 ZG270500 表示屈服点不 小于 270MPa，抗拉强度不小于 500MPa 的铸造碳钢。第四章 钢的热处理1. 钢在热处理时加热的目的是什么？钢在加热时奥氏体化过程分为哪几步？ 答：钢在热处理时 ,都要先加热。其目的是使钢的

20、组织转变为奥氏体组织，通常把这种 加热转变过程称为钢的奥氏体化。 这一转变过程遵循结晶过程的基本规律， 也是通过形核及 晶核长大的过程来进行的， 其转变过程可归纳为以下三个阶段： 第一阶段为奥氏体晶核的形 成及长大，第二阶段：残余渗碳体的溶解，第三阶段为奥氏体的均匀化。2. 以共析钢为例，过冷奥氏体在不同温度等温冷却时，可得到哪些不同产物？其性能如 何？答：过冷奥氏体在 1 以下等温转变的温度不同，转变产物也不同，在Ms 线以上，共析钢可发生珠光体型和贝氏体型两种类型的转变。珠光体组织是一种综合力学性能较好的组织。 珠光体的力学性能主要取决于片层间距的 大小（相邻两片 Fe3C 的平均间距）

21、，片层间距越小，则珠光体的塑性变形抗力越大，强度 和硬度越高。贝氏体人为上、下贝氏体，其中上贝氏体脆性大，性能差；而下贝氏体却有较 高的硬度和强度， 同时塑性、 韧性也较好， 并有高的耐磨性和组织稳定性。 是各种复杂模具、 量具、刀具热处理后的一种理想组织。3. 什么是马氏体？它有哪两种类型？它们的性能各有何特点？ 答：所谓马氏体是在快速冷却转变过程中， 只有-Fe 向-Fe 的晶格改变， 而不发生碳原 子的扩散。因此，溶解在奥氏体中的碳，转变成后原封不动地保留在 -Fe 铁的晶格中，形成 碳在Fe 中的过饱和固溶体组织。马氏体的组织形态有针状和板条状两种。针状马氏体的 含碳量高， 性能特点是

22、硬度高而脆性大。 板条状马氏体的含碳量低， 性能特点是具有良好的 强度和较好的韧性。马氏体的硬度主要取决于马氏体中的含碳量。马氏体的含碳量越高， 其硬度也越高。4. 什么是临界冷却速度？ 答：在冷却时获得全部马氏体所需的最小冷却速度就是临界冷却速度（V 临 ）。当奥氏体的冷却速度大于该钢的 V 临急冷到 MS 以下时，奥氏体便不再转变为除马氏体外的其它组 织。5. 共析钢奥氏体化后在空冷、水冷、油冷和炉冷条件下各得到什么组织？ 答：共析钢奥氏体化后在空冷、水冷、油冷和炉冷条件下分别得到：索氏体组织、马氏 体组织、马氏体组织 + 屈氏体组织以及珠光体组织。6. 何为退火？常用 的退火分为哪几种？

23、说明各自的选用范围。 答：退火是指将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的 热处理工艺。 根据加热温度和目的不同， 常用的退火方法有完全退火、 去应力退火和球化退 火等三种。完全退火主要用于中碳钢及低、 中碳合金结构钢的锻件、 铸件、热轧型材等， 有时也用 于焊接件。过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢完全退火需加热到 Accm 以上，在缓 慢冷却时 ,钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。球化退火适用于共析钢及过共析 钢，如碳素工具钢、合金工具钢、滚动轴承钢等。这些钢在锻造加工以后，必须进行球化退 火，才适于切削加工， 同时也可为最后的淬火处理作好组织准备。 而

24、去应力退火用于消除零 件的内应力，因为零件中存在的内应力十分有害，会使零件在加工及使用过程中发生变形， 影响工件的精度。因此，锻造、铸造、焊接以及切削加工后（精度要求高）的工件，应采用 去应力退火来消除内应力。7. 什么是正火？说明其主要用途。答：正火是指将钢加热到 C3或 ccm 以上 30 50 ,保温适当的时间后 ,在空气中冷 却的工艺方法。由于正火的冷却速度比退火快，故正火后可得到索氏体组织（细珠光体） 。 组织比较细， 强度、 硬度比退火钢高。 与退火相比之下， 正火工艺周期短、 成本低、 性能好， 所以在生产中对于低中碳钢常以正火代替退火。 对于高碳钢， 由于正火后硬度过高较难进行

25、 切削加工， 所以不能以正火代替退火。 但对于存在网状渗碳体的过共析钢， 不能直接进行球 化退火，必须先通过正火以消除钢中的网状渗碳体组织，再进行球化退火。此外， 对于力学性能要求不太高的零件， 正火还可以作为其最终热处理 （为满足最终使 用要求而进行的热处理） 。8. 什么是淬火？淬火的主要目的是什么？有哪些常用方法？答：将钢件加热到 c3 或 c1 以上的适当温度，经保温后快速冷却（冷却速度大于v临），以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是为了获得马氏体 组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。常用的淬火方法有单液淬火法、双介质淬火、马氏体 分级淬火和贝氏体等温淬火等四种。

26、9. 淬火时的温度应如何选择？为什么？答：亚共析钢淬火时的温度应在 Ac3 以上 30 50。 这是为了得到细晶粒的奥氏体 , 以便淬火后获得细小的马氏体组织。 如果加热温度过高 , 则引起奥氏体晶粒粗化 , 淬火后马氏 体的组织粗大 ,使钢脆化。 若加热温度过低 （在Ac1 Ac3 之间）,? 则淬火组织中含有未溶铁 素体 ,将降低淬火工件的硬度及力学性能共析钢和过共析钢淬火时的温度应在 Ac1 以上 30 50。共析钢和过共析钢的零件，在 粗加工前都有已经进行过球化退火。 所以当把钢加热到略高于 Ac1 时，其组织为细小的 A和均 匀分布的细颗粒状渗碳体， 这样淬火后可形成在细小针状马氏体

27、基体上均匀分布着细颗粒状渗 碳体的组织。 这种组织不仅耐磨性好、 强度高， 而且脆性也小。 如果淬火加热温度选择在 Accm 以上,不仅使奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体 ,? 增大脆性及变形开裂倾向，而且残余 奥氏体量也多，反而降低了钢的硬度10. 什么是淬透性？它与淬硬性有何区别？答： 淬透性是指在规定条件下， 钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。 钢的淬透 性好坏，取决于该钢的临界冷却速度，临界冷却速度越低，则钢的淬透性越好。显然，淬透 性好的钢更易于整体淬透，所以更适于制造截面尺寸较大的零件。淬硬性是指钢在理想的淬火条件下， 获得马氏体后所能达到的最高硬度。 由于马氏体的 硬度

28、主要取决于碳在马氏体中的过饱合成度，所以钢的淬硬性取决含碳量的高低。11. 钢在淬火时常见的缺陷有哪些？答：在热处理生产中，由于淬火工艺控制不当，常会产生氧化与脱碳、过热和过烧、变 形与开裂、硬度不足与软点等缺陷。12. 什么是回火？淬火钢回火的目的地是什么？ 答：所谓回火是指：将淬火后的钢重新加热到c1 点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。由于钢淬火后的组织主要是马氏体和少量的残余奥氏体组 织，它们处于不稳定状态，会自发地向稳定组织转变，从而引起工件变形甚至开裂。所以淬 火后必须马上进行回火处理， 以稳定组织、 消除内应力防止工件开裂、 变形和获得所需要的 力学性能。

29、13. 常用的回火方法有哪几种？各适用于什么场合？ 答：根据回火温度的不同，通常将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三类， 低温回火用于刀具、 量具、冷冲模、 拉丝模以及其它要求高硬度高耐磨性的零件； 中温 回火主要用于弹性零件及热锻模具等，淬火+ 高温回火又称为“调质” ，高温回火广泛用于重要的受力构件，如丝杠、螺栓、连杆、齿轮、曲轴等。14. 哪些零件需要表面热处理？常用的有哪两种方法？ 答：在机械设备中，有许多零件是在冲击载荷、扭转载荷及靡擦条件下工作的。它们要 求表面具有很高的硬度和耐磨性， 而心部要具有足够的塑性和韧性。 为了保证表面有高的耐 磨性， 而心部要求有足够的屈服骚度和韧

30、性， 为了满足上述要求， 实际生产中一般先通过选 材和常规热处理满足心部的力学性能， 然后再通过表面热处理的方法强化零件表面的力学性 能，以达到零件“外硬内韧”的性能要求。常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。15. 表面淬火适用于什么钢？ 答：表面淬火只适用于中碳钢、中碳合金钢。16. 什么是化学热处理？它由哪几个过程组成？ 答：将工件置于一定温度的活性介质中保温， 使一种或几种元素渗入它的表层， 以改变 其化学成分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。化学热处理是通过以下三个基本过程来完成的： 一是分解， 让介质在一定的温度下， 发 生化学分解， 产生可渗入元素的活性原子。 二

31、是吸收使活性原子被工件表面吸收。 三是扩散 让渗入工件表面层的活性原子， 由表面向中心迁移， 渗入原子通过扩散形成一定厚度的扩散 层（即渗层） 。17. 渗碳的目的是什么？渗碳适用于什么钢？ 答：钢的渗碳的目的是提高钢件表层的含碳量。 渗碳后的工件需经淬火及低温回火， 才 能使零件表面获得更高的硬度和耐磨性（心部仍保持较高的塑性和韧性） ，从而达到对零件 “外硬内韧”的性能要。渗碳零件必须用低碳钢或低碳合金钢来制造。18. 什么是渗氮？与渗碳有哪些不同？ 答：在一定温度下， ?使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。渗氮的 目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。渗氮与渗

32、碳相比有如下特点： 渗氮层具有很高的硬度和耐磨性， 钢件渗氮后表层中形成 稳定的金属氮化物， 具有极高的硬度， 所以渗氮后不用淬火就可得到高硬度， 而且具有较高 的红硬性。渗氮层还具有渗碳层所没有的耐蚀性,可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀；同时渗氮比渗碳温度低、工件变形小。但与渗碳相比生产周期长，成本高，渗氮层薄而脆，不宜 承受集中的重载荷， 这就使渗氮的应用受到一定限制。 在生产中渗氮主要用来处理重要和复 杂的精密零件。第五章 合金钢1. 什么是合金钢 ?答： 所谓合金钢就是在碳钢的基础上， 为了改善钢的性能， 在冶炼时有目的地加入一种 或数种合金元素的钢。2. 合金元素在钢中有哪些主要作用

33、?这些作用对钢的性能会产生哪些影响 ? 答：合金元素在钢中的作用是非常复杂， 其中主要作用包括： 一是形成合金铁素体。由 于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异， 引起铁素体的晶格畸变， 产生固溶强化作用。 二是与碳能形成碳化物， 当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时， 能显著提高钢的强 度和硬度。 三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用， 达到细化晶粒的目的使合金钢在热 处理后获得比碳钢更细的晶粒， 从而提高其综合力学性能。 四是可增加过冷奥氏体的稳定性， 推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。五是提高回火稳定性， 在相同的回火温度下， 合金钢比相同含碳量的碳素钢

34、具有更高的硬度和强度。 在强度要求相 同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。3. 合金钢是如何分类的 ? 答：合金钢最常用下面两种分类方法。一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢 和特殊性能钢。其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚 动轴承钢等。合金工具钢可分为刃具钢、 模具钢和量具钢等。 特殊性能钢则有不锈钢、 耐热 钢、耐磨钢等。二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量5）、中合金钢（合金元素总含量 5一 10）和高合金钢（合金元素总含量 10）。4. 合金钢的牌号编制有何特点？ 答：我国合金钢牌号采用碳含量、

35、 合金元素的种类及含量、 质量级别来编号， 简单明了， 比较实用。其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）元素符号（或汉字）数字表 示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数； 合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅 在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0 时，则不予标出。另外，特殊性能钢的表示方法和合金工具钢基本相同。5. 合金结构钢按用途和热处理特点可分为哪几类?请总结一下它们的含碳量变化规律。答： 按用途不同， 合金结构又可分为低合金结构钢和机械制造用钢两类；其中低合金结构钢按性能及使用特性又可分为低合金高强度钢、 低合金耐候钢和低合金专用钢等。

36、 而机械 制造用钢根据热处理特点和性能特点可分为：合金渗碳钢、合金弹簧钢、和合金调质钢。低合金结构钢与合金渗碳钢的含碳量较低，一般在 0.10 0.25 之间，合金调质钢 的含碳量一般为 0.25 0.50 ，属于中碳合金钢。合金弹簧钢含碳量一般为0.45 0.70 ，滚动轴承钢的含碳量为 0.95 1.15 ，属于高碳合金钢。6. 分析总结出合金结构钢的用途与最终热处理间的特点。 答：低合金结构钢广泛用来制造工程用钢结构件， 大多数为型材是在热轧退火或正火状 态下使用， 一般不再进行热处理。 合金渗碳钢在经渗碳 +淬火 +低温回火的处理后， 使其具有 外硬内韧的性能， 用来制造既要有优良的耐

37、磨性和耐疲劳性、 又能承受冲击载荷作用的零件； 合金调质钢则用来制造一些受力复杂的、 要求具有良好综合力学性能的重要零件其典型热处 理工为调质 （淬火 +高温回火），处理后获得回火索氏体组织， 使零件具有良好的综合力学性 能。若要求零件表面有很高的耐磨性， 可在调质后再进行表面淬火或化学热处理。 弹簧是是 利用弹性变形吸收能量以达到缓冲、 减振及贮能的作用的重要零件， 因此， 弹簧钢应具有高 的强度、 疲劳强度、 足够的塑性和韧性。 一般大型弹簧或形状复杂的弹簧热成形后进行淬火 和中温回火， 获得回火屈氏体组织， 以达到弹簧工作时要求的性能。 滚动轴承钢主要用来制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体

38、（滚珠、滚柱、滚针） ，也可用来制造各种工具和耐磨零 件，其预备热处理为球化退火，最终热处通常理为：淬火+低温回火。7. 合金工具钢主要用途可分为哪几类？ 答：合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。8. 什么是热硬性？碳素工具钢、 低合金刃具钢和高速钢三者相比， 谁的热硬性最好？谁的 热硬性最差？答：金属材料在高温下保持高硬度的能力称为热硬性， 这种性能对一些工具钢具有重要 意义。 如高速切削时，刀具温度很高，刀具材料的回火稳定性高， 就可以使刀具在较高的温 度下仍保持高的硬度和耐磨性， 从而大大提高了刀具的使用寿命。 碳素工具钢、 低合金刃具 钢和高速钢三者相比，高速钢的

39、热硬性最好，碳素工具钢的热硬性最差9. 通过对冷作模具钢与热作模具钢牌号的观察， 试比较它们在成分和热处理上有何不同？ 答：冷作模具钢的含碳量较高，均为高碳钢合金钢其最终热处理是淬火+低温回火，以保证模具足够的硬度和耐磨性。 热作模具钢通常采用中碳合金钢 （C0.3 0.6 ），热作 模具钢的最终热处理是淬火 +中温回火（或高温回火） ，以保证其具有足够的韧性。10. 什么特殊能钢？常用的特殊能钢哪几种？ 答：具有特殊的物理性能、化学性能的钢称为特殊性能钢。特殊性能钢的种类很多，机 械制造行业主要使用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。11. 不锈钢有哪几种分类方法？含碳量对不锈钢的抗蚀性

40、有何影响？ 答： 常用的不锈钢按化学成分主要分为铬不锈钢、 铬镍不锈钢和铬锰不锈钢等。 按金相 组织特点又可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等。随着不锈钢中含碳量的增加，其强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降，因此大多数 不锈钢的含碳量都较低，有些钢的含碳量甚至低于 0.03 12. 耐热钢中常加入哪些元素？为什么要加入这些元素？ 答：为提高钢的抗氧化性能，在钢中加入铬、铝、硅等元素，形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3 等的氧化膜，可提高钢的抗氧化能力。而要提高钢的在高温下保持高强度（热强性） 的性能，通常要加入钛、钨、钒、铌、铬、钼等元素。13. 高锰钢为什么耐磨且有良好

41、的韧性？ 答：高锰钢经水韧处理后， 为单相的奥氏体组织， 韧性很好，但其硬度并不高 （ 220HBW）。然而，当这种钢受到强烈的冲击、 挤压和摩擦时， 其表面因塑性变形而产生强烈的变形强化， 使表面硬度显著提高（ 50HRC 以上），因而获得很高的耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和 韧性。第六章 铸铁1. 什么是铸铁？与钢相比，它在成分、组织和性能这几个方面有什么不同？ 答：铸铁是含碳量大于 2.11 的铁碳合金而钢的含碳量通常在1.4%以下，常用的铸铁，含碳量一般在 2.5 4.0 的范围内， 此外还含有较高的硅 （Si ）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P） 等元素。铸铁的组织可看成在钢的基体上

42、分布着不同形态、大小、 数量的石墨。由于石墨的 力学性能很差， 其强度和塑性几乎为零， 这样我们就可以把分布在钢的基体上的石墨看作不 同形态和数量的微小裂纹或孔洞，这些“孔洞” 一方面割裂了钢的基体， 破坏了基体的连续 性，而另一方面又使铸铁获得了良好的铸造性能、 切削加工性能及消音、 减震、 耐压、耐磨、 缺口敏感性低等诸多优良的性能。2. 什么是铸铁的石墨化？影响铸铁石墨化的因素有哪些？ 答：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。 影响铸铁石墨化的因素主要是铸 铁的成份和冷却速度。 铸铁中的各种合金元素根据对石墨化的作用不同可以分为两大类， 一 类是非促进石墨化的元素，有碳、硅、铝、

43、镍、铜和钴等，其中碳和硅对促进石墨化作用最 为显著。所以铸铁中碳、硅越高，往往其内部析出的石墨量就越多，石墨片也越大。另一类 是阻碍石墨化的元素，有铬、钨、钼、钒、锰硫等。冷却速度对石墨化的影响也很大，当铸 铁结晶时，冷却速度越缓慢，就越有利于扩散，使石墨析出的越大、越充分；在快速冷却时 碳原子无法扩散，则阻碍石墨化，促进白口化。3. 铸铁中石墨有哪几种形态？石墨的形态、数量和分布状态对铸铁的性能会产生什么影 响？ 答：铸铁中石墨有曲片状、团絮状、球状和蠕虫状等形态。在相同基体的情况下，不同 形态和数量的石墨对基体的割裂作用是不同的， 呈片状时表面积最大， 割裂最严重， 蠕虫状 次之，球状表面

44、积最小、应力最分散，割裂作用的影响就最小；石墨的数量越多、越集中， 对基体的割裂也就越严重，则铸铁的抗拉强度也就越低，塑性就越差。4. 根据石墨的形态不同，铸铁可分为哪几种？ 答：根据铸铁中石墨形态的不同，可将铸铁分为：石墨呈曲片状存在的普通灰口铸铁， 简称灰铸铁或灰铁。 石墨呈团絮状存在的可锻铸铁。 石墨呈球状存在的球墨铸铁， 简称球铁。 以及石墨呈蠕虫状存在的蠕墨铸铁，简称蠕铁。5. 灰铸铁有哪些优异特性 ? 答：灰铸铁有较好的抗压强度和硬度， 同时由于石墨的存在使灰铸铁还获得了良好的切 削性能、良好的铸造性能、耐磨性能、消音减震性能以及较低的缺口敏感性等优异性能。6. 生产中是采用什么方

45、法来改善灰铸铁性能的 ?答： 为了改善灰铸铁的性能， 一方面要改变石墨的数量大小和分布， 另一方面要增加基 体中珠光体的数量。 由于石墨对铸铁强度的影响远比基体的影响大， 所以提高灰铸铁性能的 关键是改变石墨片的形态和数量。石墨片越少，越细小， 分布越均匀， 铸铁的力学性能就越 高。为了细化金属基体并增加7. 可锻铸铁能不能锻造？它是如何获得的？答： 可锻铸铁是不能锻造的。 它是白口铸铁通过石墨化退火， 使渗炭体分解成团絮状的 石墨而获得的。8. 为什么球墨铸铁的强度、韧性比灰铸铁和可锻铸铁都好？答： 由于球墨铸铁中的石墨呈球状， 其割裂基体的作用及应力集中现象大为减小， 可以 充分发挥金属基

46、体的性能，所以，它的强度和韧性比灰铸铁和可锻铸铁要好。9. 为什么生产中许多复杂受力零件，其材料要用球墨铸铁来代替铸钢？ 答：由于球墨铸铁具有良好的力学性能和工艺性能其铸造性能和切削性能均比铸钢要 好。并能通过热处理使其力学性能在较大范圈内变化，因此， 可以代替碳素铸钢、 合金铸钢 和可锻铸铁，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。10. 球墨铸铁为什么可通过热处理来有效的提高力学性能，而灰铸铁却不能？答： 对于己形成的铸铁组织， 通过热处理只能改变其基体的组织， 但不能改变石墨的大 小、数量、形态和分布。球墨铸铁，由于石墨对基体的割裂作用小，因此，可通过热处理改 变其基体

47、的组织来提高和改善其力学性能， 故生产中常常采用不同的热处理方法来改善它的 性能。 但对灰铸铁而言， 由于片状石墨严重的割裂作用， 使其通过热处理来提高的力学性能 的作用不大。 对灰铸铁进行的热处理， 主要是为了减小然件的内应力， 提高表面硬度和耐磨 性能，以及为了消除因冷却过快而在铸件表面产生的白口组织。第七章有色金属及硬质合金1. 纯铜的性能有何特点？纯铜的牌号如何表示？答：铜的密度为 8.96 103 kg/m3 ，熔点为 1083，其导电性和导热性仅次于金和银， 是最常用的导电、导热材料。它的塑性非常好，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良 好的抗蚀性能， 但纯铜在含有二氧化碳的潮湿

48、空气中表面会产生绿色铜膜， 称为铜绿。 纯铜 强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。按化学成分不同可分为工业纯铜和无氧铜两类，我国工业纯铜有三个牌号：即一号铜 （99.95%Cu）、二号铜（ 99.90%Cu），三号铜（ 99.7%Cu），其代号分另为 T1、 T2、T3；无氧 铜，其含氧量极低，不大于 0.003%，其代号有 TU1、TU2，“U”是“无 ”字汉语拼音字首。2. 铜合金有哪几类？它们是根据什么来区分的？ 答：常用的铜合金有黄铜、青铜、白铜三大类。黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金， 白铜是以镍为主加合金元素的铜合金， 除了黄铜和白铜外， 所有

49、的铜基合金都称为青铜。 按 主加元素种类的不同，青铜又可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。3. 锌的含量对黄铜的性能有何影响？答：锌含量在 32以下时，随锌含量的增加，黄铜的强度和塑性不断提高，当锌含量达到 30一 32时，黄铜的塑性最好。当锌含量超过39 以后，强度继续升高，但塑性迅速下降。当锌含量大于 45以后，强度也开始急剧下降，所以工业上所用的黄铜Zn 含量一般不超过 47。4. 青铜按生产方式分为哪两类？它们的牌号如何表示？ 答：按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。 压力加工青铜的代号由 “Q”主加元素的元素符号及含量其他加人元素的含量组成，如 QSn4一 3。铸造青铜

50、的牌号表示方法由“ ZCu” +主加元素符号 +主加元素含量 +其他加入 元素的元素符号及含量组成。如ZCuSn5Pb5Zn5等。5. 含锡量对锡青铜的性能有何影响？ 答：锡含量较小时，随着锡含量的增加，青铜的强度和塑性增加，当锡含量超过 5%6%时，其塑性急剧下降，强度仍然高。当含锡量大于10%时，塑性己显著降低。当含锡量大于20后，强度显著降低，合金变得硬而脆，已无使用价值。故工业用的锡青铜，其含锡量一 般在 3%14。6. 铜及合金有哪些主要的用途？试举例说明。 答：纯铜主要用于导电材料；黄铜与青铜具有良好的机械性能，易加工成型，对大气、 海水有相当好的抗蚀能力， 是应用较广的有色金属材料， 主要用生产生活中有一定耐蚀和耐 磨性要求的零件、 工艺品等； 白铜具有高的抗蚀性和优良的冷热加工成形性， 是精密仪器仪 表，化工机械、医疗器械及工艺品制造中的重要材料。7. 铝及合金是如何分类的？答： 铝合金根据成分特点和生产方式不同可分为：变形铝合金和铸造铝合金。