同济本科机械工程材料习题答案

第1章金属材料的性能1-1:略1-2略1-3答案：塑性是指材料断裂前发生不可逆塑性变形的能力。塑性好的材料可以用轧制、锻造、冲压等加工方法加工成形同时，塑性好的零件在工作时若超载，也可因其塑性变形而避免突然断裂，提高了工作安全性。1-4答：所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。1-5答：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。1-6：弹性模量E。这种说法不正确，因为弹性模量E是衡量刚度的指标，E越大，材料的刚度就越大，抵抗变形的能力就越强，而塑性是指材料产生永久变形而不破坏的能力，这两者之间并没有直接的联系。1-7：屈服点（4）：钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。屈服强度（。0.2）：有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度。0.2。1-8：硬度：材料抵抗硬物体压入其表面的能力。布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d,用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。布氏硬度（HB）一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度（HRC）一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。洛氏硬度测量原理:用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值。洛氏硬度测量范围：可用于成品和薄件，但不宜测量组织粗大不均匀的材料。维氏硬度测量原理：与布氏硬度相似。采用相对面夹角为136o金刚石正四棱锥压头，以规定的试验力F压入材料的表面，保持规定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位表面积上所受的平均压力表示硬度值。维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。1-9：冲击韧性、断裂韧性1-10：6=43%,力=72%1-11：疲劳破坏产生的原因：循环应力的作用使金属产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展至破坏。可以通过以下途径来提高材料的疲劳强度：(1)选用高强度的金属材料。(2)合理的零件结构、形状设计。避免应力集中。(3)选用合理的热处理，消除材料内应力。(4)降低表面粗糙度，提高表面质量，可以消除初始裂纹存在的可能性。例如，大型发动机的重要紧固螺栓，表面粗糙度Ra1.6(螺帽除外)。(5)强力抛丸，强化表面。1-12：抗拉强度、屈服强度、硬度、刚度等。1-13：工艺性能是指材料在加工过程中所表现出来的性能。主要包括铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工等。第2章晶体结构与结晶2-1.略2-2：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。体心立方晶格的晶胞是一个立方体，其晶格常数：a=b=c,a=B=y=90,在立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子，每个晶胞中实际含有的原子数为1+8义1/8=2个，每个原子的最近邻原子数为8,所以其配位数为8.致密度0.68。面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，金属原子分布在立方晶胞的八个角上和六个面的中心，其晶格常数：a=b=c,每个晶胞中实际含有的原子数为(1/8)义8+6义（1/2）=4个，配位数为12,致密度为0.74.密排六方晶格的晶胞是个正六方柱体，它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的底面所组成，金属原子分布在六方晶胞的十二个角上以及上下两底面的中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙里，该晶胞要用两个晶格常数表示，一个是六边形的边长a，另一个是柱体高度c,每个晶胞中实际含有的原子数为（1/6）义12+2义（1/2）+3=6个，典型的密排六方晶格的晶格常数c和a之比约为1.633,配位数为12,致密度为0.74。2-3：影响结晶后晶粒大小的因素有：（1）变形程度（变形越不均匀，再结晶退火后的晶粒越粗大）。（2）原始晶粒尺寸。（3）杂质与合金元素。金属中的杂质与合金元素一方面增加变形金属的储存能，一方面阻碍晶界的移动，一般可起到细化晶粒的作用。（4）退火温度。当变形程度和退火保温时间一定时，再结晶退火温度越高，再结晶后的晶粒将越粗大。单晶体的金属力学性能很好，晶粒越细小力学性能也很好，但是单晶的尺寸无限大的金属力学性能要比晶粒无限细小的要好很多！控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个：1）增大金属结晶时的过冷度2）增加结晶晶核具体方法：电磁搅拌，加晶粒细化剂（如铝合金加Al-Ti-C中间合金作为晶粒细化剂），降低凝固温度，加细化晶粒的合金元素等等很多。2-4：因为实际凝固点的温度比理论凝固点的温度要低一些所以他们的差值就表现为一定的过冷度。金属结晶的两个基本过程：（1）晶核的形成；（2）晶核的长大。液态金属在结晶时，其形核方式一般认为主要有两种：即均质形核（对称均匀形核）和异质形核（又称非均匀形核）。 晶核形成以后就会立刻长大，晶核长大的实质就是液态金属原子向晶核表面堆砌的过程，也是固液界面向液体中迁移的过程。2-5答：略2-6：略2-7：结晶的基本过程--晶核形成与晶核长大。结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。2-8：实际晶体中有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷、线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。2-9：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。2-10：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示。2-11：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。2-12：冷却速度越大，则过冷度也越大。随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。过冷度增大，AF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。2-13：由于结晶时放出的结晶潜热补偿了其冷却时向外散失的热量，故结晶过程中温度不变，即冷却曲线上出现了一水平线。2-14：晶体越细小，则统一金属内部的晶粒越多，则晶界越多，晶界对金属塑性变形有一种阻碍作用，所以强度越好。同时，晶粒越细小，发生塑性变形时，变形可以分布在更多的晶粒上，所以受力更加均匀。2-15：原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。第3章二元合金及相图3-1：略3-2：固溶体和化合物两类3-3：间隙固溶体和置换固溶体3-4：（1）原子大小（2）晶格类型（3）负电性3-5：金属化合物的晶格类型与原组成元素的晶格类型不同，它的晶格类型比较复杂，结构也比较复杂，滑移系、滑移方向和滑移面都比较少，强度、硬度和塑性都比较大，另外熔点和电阻也比较高，它们一般以硬质点的形式存在于合金材料中，起到了强化材料的作用，一般不能作为金属材料的机体。通常分为正常价化合物、电子价化合物、间隙化合物三类。3-6：（1）选择元素含量不同的二元合金；（2）利用试样的方法测出所选合金的结晶开始温度和终了温度，将它们绘制在温度-时间坐标系中；（3）绘制温度-成分坐标系，其与温度-时间坐标系对其；（4）通过温度-时间坐标系中的结晶开始温度点和终了温度点向右作水平线，每条水平线都与温度-成分竖直成分线2个交点；（5）将竖直成分线上意义相同的交点连接起来。3-7：杠杆定理能够表示出在某一温度时合金中的成分以及各成分的含量。3-8：常见相图有匀晶相图和共晶相图两类。略3-9：二元合金相图表明了合金的成分、所处的温度、合金的状态之间的关系，通过相图可以知道，任何成分的合金，在任何温度下所存在的状态是什么。实际意义就是为选用不同的合金材料提供了理论依据。例如铁碳二元合金相图就提供不同含碳量的铁碳合金的熔点是多少，在什么温度下发生什么相变，包含那些相，也可以推知合金的大概性能，如含碳量低则硬而脆的渗碳体量就少，软而韧的铁素体就多，材料容易进行塑性变形，适合做容易变形的零件，如含碳量高则硬而脆的渗碳体量就多，软而韧的铁素体就少，材料硬度高耐磨性就好，适合做工具、刀具等需要耐磨性的零件，如此等等。3-10：在结构上，固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成；在性能上，形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。3-11：共析反应：一定温度下，一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相的反应共晶反应：一定温度下，一定成分的液相同时结晶出两种成分和结构都不相同的新固相的反应相同点：共析和共晶转变都会形成两相混合物不同点：相对于共晶体，共析体的组织较细小且均匀，共析反应母相是固相，而共晶则是液相3-12：结合二元匀晶转变相图可知，晶内偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的晶内轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的晶内中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，晶内偏析越严重。第4章铁碳合金4-1：略4-2：纯铁的组织中有三个基本组元，分别是纯铁、渗碳体和石墨。4-3：略4-4：略4-5：（1）因为铁碳合金是由比较软的相--铁素体和比较硬的相--渗碳体两相组成，渗碳体是铁与碳的化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度高。（2）铁碳合金中有3种独立的组织，铁素体、奥氏体和渗碳体（珠光体是由铁素体和共析渗碳体构成，莱氏体是由奥氏体和共晶渗碳体构成，都不是独立组织），其中，奥氏体是面心立方结构晶格，而面心立方结构滑移系最多，塑性最好，最容易塑性变形，而锻轧加工就是对钢材进行塑性变形的工艺，但是奥氏体一般室温下不存在，所以，为了得到奥氏体，必须把钢材加热到奥氏体状态，才容易进行塑性变形。此外，如果只加热到奥氏体状态，在锻造或轧制过程中，温度会下降，故应该加热到温度比较高的奥氏体状态，所谓乘热打铁就是如此。（3）所有成分的铁碳合金熔点最低的就是共晶成分，当把铁碳合金加热到一定温度，比如1200度，其他成分的合金还没有熔化，而只有接近共晶成分（熔点1148度）的合金成为液体，故适合铸造。4-6.“答案：不对。每种钢材都尤其特性和适用场合，应按照工作条件、环境、载荷等多方面的因素来选择材料。影响碳钢质量好坏的指标有化学成分、力学性能、化学性能、工艺性能等方面的因素。4-7：随着含碳量的增加，亚共析钢中的珠光体的含量也增加，因为珠光体具有强化合金的作用，所以亚共析钢的强度和硬增大，但是塑性和韧性下降。当含碳量达到0.77%时，此时合金中的组织组成物全部为珠光体，因此合金的性宏观表现为珠光体的性能；当合金的含碳量超过0.9%时，在奥氏体的晶界上形成了由过共析钢中的二次渗碳体组成的连续网状形状，由此带来的结果是钢的强度下降，硬度仍然直线上升；当合金的含碳量大于2.11%时，便会有以渗碳体为基体的莱氏体生成，使合金的性能表现为硬而脆。4-8：（1）奥氏体晶核的形成；（2）奥氏体晶核的长大；（3）残余渗碳体的溶解；（4）奥氏体成分的均匀化。4-9：（1）在材料选用方面的应用（2）加工工艺的制定方面的应用（3）基本相：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）基本组织：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）、珠光体（P）、莱氏体（Ld）4-10：（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高；（2）一般要把钢材加热到1000〜1250°C高温下进行锻轧加工。答案：（1）含碳量越高，金属的强度、硬度越高；（2）1000〜1250℃时金属呈奥氏体状态，塑性较好，便于加工。4-11答：0.45%C：LfL+5fL+6+yfL+yfyfy+efP+丫+。。室温组织：P+a%C：LfL+yfy+二次渗碳体f二次渗碳体。室温组织：P十二次渗碳体。%C：LfL+yfL+Y+Lefy+1©+二次渗碳体fP+Y+二次渗碳体+一次渗碳体fLe'十二次渗碳体+P。室温组织：Le'十二次渗碳体+P。4-12：一次渗碳体：由液相直接析出，黑色的片层。二次渗碳体：含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体：铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。共析渗碳体：共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。第5章金属的塑性变形与再结晶5-1：略5-2：晶界、晶粒位向、晶粒尺寸。5-3：单晶体产生塑性变形只与其晶体内部位错滑移有关；除非在微尺度下，塑性变形会转变为由位错形核主导；多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移，还要考虑晶粒之间的变形协调，即要考虑晶间变形.5-4.实质是物体内部的晶粒和晶粒之间发生滑移和晶粒发生转动。影响：（1）纤维组织的形成（2）晶内产生亚结构（3）形成形变织构（4）产生加工硬化（5）产生残余应力。5-5：（1）经过冷拉、滚压和喷丸（见表面强化）等工艺，能显著提高金属材料、零件和构件的表面强度；（2）零件受力后，某些部位局部应力常超过材料的屈服极限，引起塑性变形，由于加工硬化限制了塑性变形的继续发展，可提高零件和构件的安全度；（3）金属零件或构件在冲压时，其塑性变形处伴随着强化，使变形转移到其周围未加工硬化部分。经过这样反复交替作用可得到截面变形均匀一致的冷冲压件；（4）可以改进低碳钢的切削性能，使切屑易于分离。但加工硬化也给金属件进一步加工带来困难。如冷拉钢丝，由于加工硬化使进一步拉拔耗能大，甚至被拉断，因此必须经中间退火，消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中为使工件表层脆而硬，再切削时增加切削力，加速刀具磨损等。5-6：（1）宏观残余应力（2）微观残余应力（3）点阵畸变5-7：略5-8：略5-9：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。5-10：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。这样，金属的塑性变形就变得困难，要继续变形就必须增大外力，因此提高了金属的强度。C曲线越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40Cr为含碳量为0.4%，含Cr量为1.5%左右的调质钢。T10为含碳量为1%左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体，T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体，硬度比45钢高。5-11：随着变形程度的增加，金属强度、硬度提高塑性韧性下降的现象称为加工硬化。例如：在机械加工中使用冷挤压、冷轧等方法可以大大提高刚和其他材料的强度和硬度。5-12：因为金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高。从而导致金属强度和硬度越高；金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成于扩展使得在断裂前发生了较大的塑性变形，在强度和塑型同时增加的情况下，其塑型和韧性越好。5-13：反复弯折会使晶粒变细，因而硬度提高，同时产生应力，使塑性降低，从而会被折断第6章金属的热处理及表面处理6-1：略6-2答：两种，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＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6-1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于1.0%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，逐渐从体心立方向体心正方转变。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，故具有良好的综合机械性能。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许多微裂纹，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。马氏体转变过程的基本特点：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。6-3.（1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度；（2）ZG35的铸造齿轮；（3）改善T12钢的切削加工性能。答：（1）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。（2）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。（3）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）。6-4：溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象称固溶强化。固溶强化的原因是晶格畸变。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形更加困难，提高了金属的强度和硬度。M（马氏体）有何特征？它的硬度取决于什么因素？低碳M有何特征？M是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。它的硬度主要取决于M的含碳量，含碳越高，M的强度、硬度越高。低碳M是板条状M,它具有良好的塑性和韧性，较高的断裂韧度和较低的韧脆转变温度。6-5：残余奥氏体降低钢的硬度和耐磨性；工件使用过程中，由于残余奥氏体发生转变，使工件尺寸发生变化，从而降低工件的尺寸精度。将淬火工件冷却到室温后，随即放到零下温度的冷却介质中冷却，即进行冷处理；回火处理。6-6：应为Ac1+（30〜70）℃。如加热温度过高，超过Acm,有下列危害：（1）、Fe3c完全溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，Ms降低。淬火后残余奥氏体量增加，降低钢的硬度和耐磨性。（2）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。(3)、氧化、脱碳倾向增大，钢的表面质量降低。(4)、淬火应力大，增加了工件变形、裂纹的倾向。6-7：碳钢件淬火时难以使马氏体转变充分，而水的冷却能力强，使钢易于获得马氏体。合金钢淬透较好，在油中冷却能获得马氏体。合金刚导热能力差，若在水中淬火，会使工件产生裂纹和变形。6-8：随着回火温度的升高，通常强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。但某些温度范围内回火，钢的韧性不但没有提高，反而显著下降，这种脆化现象称回火脆性。300℃左右回火产生的回火脆性是第一类回火脆性，它是不可逆的。一般不在此温度范围内回火。含有Cr、Ni、Mn等合金元素的合金钢，在450〜650℃回火或经更高温度回火后缓慢冷却通过该温度区间时，产生第二类回火脆性。它是可逆的。防止办法：尽量减少钢中杂质元素含量;加入W或Mo等能抑制晶界偏析的元素;对中小件，可通过回火后快冷来抑制回火脆性。6-9：由于高频感应加热速度快、时间短，使得加热后所获得的A晶粒细小而均匀，淬火后可在表层获得极细的马氏体或隐针马氏体，因而表面硬度、耐磨性高于一般淬火。一般淬火工件的表面存在残余拉应力，而高频淬火后工件表层存在残余压应力。残余压应力能抵消在变动载荷作用下产生的拉应力，因此高频淬火零件的疲劳强度均高于一般淬火。6-10：亚共析钢才用完全淬火是因为如果加热温度过低(<Ac3),在淬火钢中将出现铁素体组织，造成淬火硬度不足，如果加热温度过高(逐。3),将引起奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗大的马氏体组织，韧性降低。过共析钢才用不完全淬火是因为如果加热温度高于Acm,则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大，残余奥氏体增多，使刚硬度、耐磨性下降，脆性变形裂开倾向增加6-11：选择合适的淬火方法可以在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，从而减小工件变形和开裂的倾向措施：单液淬火法，双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法，局部淬火法，冷处理6.45钢(Ac1=730℃,Ac3=780℃)分别加热至760℃,830℃，1040℃时的组织以及在水中冷却后的组织。6-12：20钢不适合表面淬火，含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理，碳含量足够，渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。6-13：压应力，因表面低温，收缩后心部的高温区产生塑性变形，冷却后内部部分弹性变形恢复。6-14：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素：第六章6-15：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以获得所需组织、结构和性能的工艺称热处理。常见的热处理方法有退火、正火、淬火和回火。退火的目的：降低钢的硬度，提高塑性；细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分；消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。正火的目的：细化晶粒，获得比较均匀的组织和性能；对低碳钢可提高硬度，改善切削加工性；对过共析钢可抑制网状渗碳体析出为球化退火作准备。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力；稳定组织，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的塑韧性。6-16：马氏体分解；残余奥氏体转变；碳化物转变；碳化物聚集长大及a回复与再结晶。6-17：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6-18：将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火。其主要目的有：（1）调整硬度，便于切削加工；（2）消除残余内应力，防止在后续加工或热处理中发生变形或开裂；（3）细化晶粒，提高力学性能，或未最终热处理作组织准备。6-19：球化退了调整工件硬度，便于切削加工，同时可以细化晶粒，为淬火作准备，还可以消除残余内应力；渗碳可以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时可以保持心部良好的韧性和塑性；淬火是为了提高钢的力学性能；低温回火则可以保持淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。6-20：过冷奥氏体等温转变曲线说明：1）由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线；由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。A1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区；A1线以下，转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区；在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。2）过冷奥氏体在各个温度等温转变时，都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说，转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。3）共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间，可发生三种不同的转变：在C曲线鼻尖以上部分，即A1〜550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体，故又称珠光体转变；在C曲线鼻尖以下部分，即550℃〜Ms之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变；在Ms点：以下，过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体，故又称马氏体转变。亚共析和过共析钢的等温转变C曲线，与共析钢的不同是，亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。影响C曲线形状和位置的主要因素有：凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢，因而使C曲线右移；反之，使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中，随着含碳量的增加，钢的C曲线位置右移。在过共析钢中，随着含碳量的增加，c曲线又向左移。除此之外，钢的奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则C曲线的位置愈右移。6-21：获得全部马氏体的最小冷却速度，冷却速度越低淬透性越好6-22：（1）错，马氏体是硬的相，渗碳体才是脆的相；（2）错，马氏体硬度取决于含碳量，与冷却速度无关；（3）错，合金元素对淬透性的影响大，但对硬度影响小；（4）错，晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小，但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细；（5）错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度，与工件尺寸和冷却介质无关。第7章工业用钢7-1：为了提高钢的力学性能，改善钢的工艺性能和得到某些特殊的物理化学性能，炼钢时有目的地向钢中加入某些合金元素，就得到了低合金钢和合金钢。习惯上，把低合金钢和合金钢统称为合金钢。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Co、Ti、Nb、Al、B、N和稀土元素（Xt）等。强度高，塑性韧性好，焊接性好，冷热压力加工性能好，耐腐蚀性好，因为加入了金属成分。7-2.答：（1）区别在于钢材成分不同，Q345低合金高强度结构钢中含有Mn，Si起到固强化作用，Ti，Nb，V起到弥散强化作用，而Q235属于非合金钢没有这些元素的强化，所以Q345钢比Q235钢的强度高。（2）20CrMnTi，20钢都可用于渗碳件。前者是合金渗碳钢，含有Cr，Mn，Ti其中Cr，Mn能提高淬透性，在渗碳高温加热时,Ti能阻止奥氏体晶粒的长大，热处理后获得较细的晶粒。后者属非合金钢，无合金元素，渗碳高温加热时，奥氏体长大速度快，热处理后获得较粗的晶粒。7-3：水韧处理实际为一种固溶处理，常用于高锰钢。将高锰钢加热至1050〜1100℃奥氏体化，并保温一段时间，使铸态组织中的碳化物充分固溶到奥氏体中，然后快速冷却得到单一的过冷奥氏体组织。水韧处理后高锰钢的硬度并不高（180〜220HB）在使用状态组织为单相奥氏体，当受到剧烈冲击或者区大压力时，表面奥氏体会产生加工硬化，并伴有马氏体相变，使表面硬度提高到52〜56HRC，具有优良的耐磨性。值得一提的是，高锰耐磨钢在剧烈冲击和压力下才能显示出高的耐磨性，不然并不耐磨。7-4：（1）20CrMnTi是中等截面、中等载荷、高速齿轮的首选渗碳钢，这种齿轮要求外硬内韧，表面具有高硬度（58〜62HRC）具有耐磨性，心部具有足够的韧性以承受冲击。若错用45钢表面淬火件，因表面硬度不足（50〜55HRC）、心部韧性不够导致齿轮早期失效。（2）答：W18Cr4V钢属于高速工具钢，有较高的热硬性，能适应高速切削刀具发热的场合。而T12钢属于碳素工具钢，虽硬度值较高，但热硬性不高，只能适应250℃以下使用的低速切削工具，当钻头高速切削时刀具发热至较高温度时，T12钢硬度迅速降低使钻头失效。（3）答：60Si2Mn属于合金弹簧钢，具有较高的屈服点和弹性极限、抗疲劳性、一定的韧性和塑形，而20钢属于优质碳素结构钢，屈服强度和弹性极限不足，不能胜任弹簧的工作要求，所以不适合做弹簧。7-5：（1）正确（2）正确（3）错误。高锰钢零件在使用中，必须伴随外来的压力和冲击作用，否则高锰钢是不耐磨的。（4）错误，属于合金工具钢。（5）正确7-6.Q345、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCrl5、ZGMnl3-l、9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、1Cr13、1Crl8Ni9、5CrMnMo、1CrllMoV。答：略7-7：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。7-8：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。7-9：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）加入亚、Cr、V、Mo等合金元素。加入立提高淬透性，几乎所有高速钢的铭质量分数均为4%。铭的碳化物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。加入亚、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。为了获得良好的力学性能和高的红硬性，需进行“高温淬火、多次回火”。以W18Cr4V为例，淬火温度较高，一般在1270〜1280℃,加热过程需预热。淬火后获马氏体+碳化物+较大量的残余奥氏体（约30%）组织；回火温度在550〜570℃,此温度回火时析出合金碳化物产生二次硬化，使硬度和强度达最大值，同时回火冷却时能使部分残余奥氏体转变成马氏体，因残余奥氏体量很多，一次回火处理不能消除大量的残余奥氏体，影响高速钢的硬度和耐磨性能，所以一般需经三次回火处理。7-10：不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铭形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铭的可能，避免了晶间腐蚀的产生。7-11：20CrMnTi钢种Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铭，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。7-12：在40Cr中：提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度。在GCr15中：提高淬透性，形成合金渗碳体（Fe,Cr）3c呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。在CrWMn中：提高淬透性。在1Cr13中：提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高。在1Cr18Ni9Ti中：提高基体的电极电位，在氧化性介质中极易钝化，形成致密和稳定的氧化膜，提高耐蚀性、抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。在4Cr9Si2中：提高抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。7-13：常见的合金结构钢有：（1）低合金高强度结构钢：其中Q345是最常用的低合金高强度结构钢，一般不进行热处理，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件。（2）合金渗碳钢：20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，一般是渗碳后淬火、低温回火，用来工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。（3）合金调质钢：40Cr是最常用的合金调质钢，其热处理工艺是调质，用来制造一些受力复杂的重要零件，如机床的主轴等。（4）合金弹簧钢：常用的合金弹簧钢的牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA，热成形弹簧钢进行淬火、中温回火，冷成形弹簧钢只需进行依次去应力退火，合金弹簧钢主要用语制造各种弹性元件，如制作汽车的减震板弹簧等。（5）滚动轴承钢：目前应用最多的有：GCr15主要用于中小型滚动轴承；GCr15SiMn主要用于较大的滚动轴承，滚动轴承钢的热处理包括预备热处理（球化退火）和最终热处理（淬火+低温回火）。7-14：强化铁素体、形成碳化物、提高淬透性、提高回火稳定性、二次硬化7-15：强度高、塑性韧性好；焊接性和冷成形性好，耐蚀性好，韧脆性转变温度低，成本低。7-16：（1）提高金属的电极电位；（2）使金属易于钝化，形成致密、完整、稳定的与钢基体结合牢固的钝化膜；（3）形成单相组织。不锈钢中最主要的合金元素是Cr。7-17：磷对钢有固化作用，降低塑性韧性，产生冷脆现象；硫在加热时会使钢发生热脆现象，对钢质量影响很大。7-18答：工艺路线：下料-锻造-退火（降低硬度便于加工）-基加工-淬火（得到马氏体）-多次回火（消除应力，减少残余奥氏体）-磨削.回火马氏体，细颗粒状碳化物加少量残余奥氏体。7-19：塑性高，可焊接性好，热轧空冷，铁素体加珠光体，热轧板带.棒及型钢使用。（掌握碳素结构钢就行）7-20：40Cr：提高强度；20CrMnTi：Cr提高韧性，Mn细化晶粒；GCr15SiMn：Cr提高韧性强度，Mn细化晶粒；06Cr18Ni9：提高电位，耐腐蚀性。7-21：铿刀：T13,下料，退火，加工，淬火，低温回火，回火马氏体加颗粒状碳化物极少量残余奥氏体；齿轮：42CrMo,下料，退火，机加工，调质，精加工，表面淬火，低温回火，磨削，回火索氏体；板簧：60Si2Mn：下料，热处理，淬火，中温回火，回火托氏体。7-22：合金元素使C曲线右移、临界冷却速度降低7-23：前者是渗碳钢，低碳钢，淬透性好，淬硬性差.后者为高碳钢，淬透性差，淬硬性好。第8章铸铁8-1：铸铁中碳原子的析出形成石墨的过程叫石墨化。影响因素：化学成分、冷却速度，各阶段石墨化过程中的组织变化。（1）结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨析出，加热时一次渗碳体、二次渗碳体和共晶渗碳体分离；（2）冷却时共析石墨析出和加热时共析渗碳体分解。8-2：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。8-3：（1）化学成分1）碳和硅 碳和硅是强烈促进石墨化元素，铸铁中碳和硅的含量越高，就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此，将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。2）锰 锰是阻止石墨化的元素，但锰与硫化合成硫化锰，减弱了硫的有害作用，结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。3）硫 硫是强烈阻碍石墨化的元素，它不仅强烈地促使白口化，而且还会降低铸铁的流动性和力学性能，所以硫是有害元素，必须严格控制其含量。4）磷磷是弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性，但磷的含量过高会增加铸铁的脆性，使铸铁在冷却过程中易开裂，、所以也应严格控制其含量。（2）冷却速度生产实践证明，在同一成分的铸铁件中，其表面和薄壁部分易出现白口组织，而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见，冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速度越慢，原子扩散时间充分，也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。8-4：（1）含碳量高，工艺性好；（2）耐磨性消震性好；（3）机械性能低，抗拉强度和刚性好；（4）价格低。8-5：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、珠光体十二次渗碳体；钢的组织为珠光体十二次渗碳体+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。8-6：灰口铸铁的机械性能：抗拉强度比钢低、韧性及塑性差。灰口铸铁的其他性能：切削性能好、铸造性能好、减磨性能好、消震性能好。缺口敏感性小。8-7：由于球墨铸铁的石墨呈球状，减少片状石墨对金属基体的有害影响，所以球墨铸铁的抗拉强度、延伸率、冲击韧性都比灰口铸铁高。8-8：优点：切削性能好、铸造性能好、减磨性能好、消震性能好。缺点：抗拉强度比钢低、韧性差、没有可锻性。缺口敏感性小。8-9：（1）灰口铸铁，退火，消除内应力；（2）球墨铸铁，淬火加低温回火，高硬度和耐磨性；（3）灰铸铁，表面淬火，同上；（4）可锻铸铁，石墨化加退火，强度韧性塑性；（5）球墨铸铁，淬火加回火，消除内应力高强度和耐磨性；（6）白口铸铁，淬火加高温回火，高硬度。8-10.铸铁件表面、棱角和凸缘处硬度较高，难以机械加工，为什么？如何处理？答：这些地方在浇注时冷却速度较快，形成了共晶白口状态，可退火处理。8-11：石墨形态：前者为片层状，后者为球状球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性和韧性，屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢，同时，它具有灰铸铁的减震性，减磨性和小的缺口敏感性等优良性能，球墨铸铁中的石墨球的圆管度越好，球径越小，分布约均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好（高强度，塑性、韧性好）8-12.答：（1）抗拉强度值大于150Mpa的普通灰铸铁，主要用于低负荷及不重要的零件如盖、手轮等。（2）抗拉强度值大于250Mpa的孕育铸铁，主要用于制造力学性能要求较高的铸件如汽缸、联轴器等。（3）抗拉强度大于350Mpa、延伸率大于10%的铁素体黑心可锻铸铁，主要用于制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如减速器壳等。（4）抗拉强度大于550Mpa、延伸率大于4%的珠光体黑心可锻铸铁，主要用于制造强度、耐磨性要求较高的零件，如曲轴、连杆等。（5）抗拉强度大于420Mpa、延伸率大于10%的球墨铸铁，主要用于制造阀体、阀盖等。8-13：灰铸铁的热处理有：去应力退火、高温退火、表面淬火；去应力退火用来消除铸造应力；高温退火用以消除铸件的白口组织，降低硬度，改善切削加工性能；表面淬火用来提高铸件摩擦工作表面的硬度和耐磨性。（1）去应力退火； （2）高温退火。8-14：球墨铸铁是通过铁液的球化处理获得的。常用的球化剂有镁、稀土元素和稀土镁合金三种。球墨铸铁的强度、塑性与韧性等力学性能可和相应组织的钢相媲美；球墨铸铁的使用性能好于钢，如：减振性能好、耐磨性能好、缺口敏感性小；球墨铸铁的切削加工性能也好于钢。8-15. 答：（1）铁素体+球状石墨；（2）珠光体+球状石墨；（3）下贝氏体+球状石墨。8-16：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火而获得的。可锻铸铁由于石墨呈团絮状，大大减弱了对基体的割裂作用，与灰铸铁相比，具有较高的力学性能，尤其具有较高的塑性和韧性，因此被称为“可锻”铸铁，但实际上可锻铸铁并不能锻造。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有质量稳定，铁液处理简易，容易组织流水生产，成本较低等特点8-17：耐热铸铁是指在高温下，具有一定的抗氧化和抗生长能力，并能承受一定载荷的铸铁。目前主要采用加入Si、Al、Cr等合金元素来提高铸铁的耐热性，它们在铸铁表面形成一层致密的稳定性好的氧化膜（SiO2、Al2O3、Cr2O3），保护内部金属不被继续氧化。同时，这些元素能提高固态相变临界点，基体为单相铁素体，使铸铁在使用范围内不致发生相变，以减少由此而造成的体积胀大和显微裂纹等。耐热铸铁具有良好的耐热性，广泛用来代替耐热钢制造耐热零件，如加热炉底板、热交换器、坩埚等。8-18：具有较高的耐腐蚀性能的铸铁称为耐蚀铸铁。耐蚀铸铁中一般含有Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素，这些元素可在铸件表面形成牢固的、致密而又完整的保护膜，阻止腐蚀继续进行，并提高铸铁基体的电极电位，提高铸铁的耐蚀性。耐蚀铸铁广泛用于化工部门，用来制造管道、阀门、泵类、反应锅及盛贮器等。8-19：（1）不正确，热处理仅能改娈灰铸铁基体的组织和性能，但因为灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的存在，不仅破坏了金属基体的连续性，减少了金属基体承受载荷的有效截面积，使实际应力大大增加；另一方面，在石墨尖角处易造成应力集中，使尖角处的应力远大于平均应力。所以灰铸铁热处理后性能的改善并不明显。（2）不正确，虽然可锻铸铁具有较好的塑性，它仍然属于脆性材料，故不可以进行锻造；（3）不正确，因为白口铸铁塑性差、强韧性也差；（4）不正确，因为片状石墨的存在对灰铸铁的抗压强度影响不大，抗压强度主要取决于灰铸铁的基体组织，因此灰铸铁的抗压强度与钢相近。8-20.答：（1）机床床身-灰铸铁，如HT200、HT250、HT300；（2）汽车发电机曲轴-球墨铸铁，如QT600-3、 QT700-2、 QT800-2；（3）弯头-黑心可锻铸铁，如KTH350-10、KTH330-08；（4）钢锭模-耐热铸铁（如耐热球墨铸铁）；（5）机床导轨-耐磨铸铁（如减摩铸铁）；（6）球磨机磨球-耐磨铸铁（如马氏体合金白口铸铁，属抗磨铸铁）；（7）加热炉底板-耐热铸铁（如高铝耐热灰铸铁）；（8）化工阀门-耐蚀铸铁（如高铭耐蚀铸铁STCr28）。8-21：铸铁性能优劣排序为：球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁。与钢相比，铸铁具有以下性能特点：（1）由于石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异；（2）钢铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减小了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力；（3）石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性能；（4）石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗震性能；（5）大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。其主要缺点是韧性、塑性较低。8-22：HT200：灰铸铁，200为最低抗拉强度为200Mpa，用于机床，车床等；灯成50-10：黑心可锻铸铁，最低伸长率10%，汽车前后轮壳，减速器壳等；KTZ700-02：珠光体可锻铸铁，凸轮轴等；QT600-3：球墨铸铁，柴油机曲轴，主轴等；RuT420：蠕墨铸铁，活塞环汽缸套。第9章有色金属及其合金9-1：略9-2.答：在一般工业生产中，将铁及其合金称为黑色金属，除黑色金属意外的金属及其合金称为有色合金属。常用的有色金属有铝、铜、钛、镁、铀、鸨、钼、镀、钍、镭等9-3： 纯铝的密度很小；强度较低；导电和导热性能较好；塑性好；工艺性好；无磁性、冲击不生火花。9-4：铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的。能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化（固溶处理后时效处理）达到强化目的。9-5：铝硅铸造合金又称为硅铝明，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。在铸造缓冷后，其组织主要是共晶体（a十Si）,其中硅晶体是硬化相，并呈粗大针状，会严重降低合金的力学性能，为了改善铝硅合金性能，可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂，纳能促进硅形核，并阻碍其晶体长犬，使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。钠还能使相图中共晶点向右下方移动，使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。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。9-6.答：铸造铝合金的铸造性能、切削加工性能和抗腐蚀性能都比较好，并且经过热处理后，力学性能可以得到很好的改善。9-7：变形铝合金、铸造铝合金、铝合金的强化方式主要有以下几种：（1）固溶强化纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。Al—Cu、Al—Mg、Al—Si、Al—Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体，并且均有较大的极限溶解度（见表9-2）,因此具有较大的固溶强化效果。(2)时效强化合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。(3)过剩相强化假如铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中经常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。(4)细化组织强化许多铝合金组织都是由a固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合金的组织，包括细化a固溶体或细化过剩相，就可使合金得到强化。由于铸造铝合金组织比较粗大，所以实际生产中经常利用变质处理的方法来细化合金组织。变质处理是在浇注前在熔融的铝合金中加入占合金重量2〜3%的变质剂(常用钠盐混合物：2/3NaF+1/3NaCl),以增加结晶核心，使组织细化。经过变质处理的铝合金可得到细小均匀的共晶体加初生a固溶体组织，从而显著地提高铝合金的强度及塑性。9-8.答案：导热性、导电性、耐蚀性和塑性较好，但强度和硬度较差。9-9：当Cu中加入30〜32%Zn时，塑性最好；当加入39〜40%Zn时，强度较好而塑性下降；当Zn>45%时，强度、塑性均急剧下降。9-10.具有金属光泽；密度小；力学性能较好；容易加工；钛的塑性随其纯度的升高而增大;抗腐蚀能力较强，受大气和海水的影响较小;钛的延伸率较好；收缩强度低。钛中杂质的存在对其力学性能影响极大；具有的良好机械性能。9-11：密度小、强度高、耐蚀性好；高温与低温性能均好。钛合金分为a钛合金、B钛合金和（a+B）钛合金等。9-12：足够的疲劳强度和抗压强度；低的摩擦系数；足够的塑性、韧性；良好的导热性及耐蚀性。9-13.答案：（1）塑性、韧性和冲击韧性良好（2）有一定的抗压强度、疲劳强度和硬度，能承受交变载荷；但硬度不宜过高（3）良好的减摩性能。（4）有良好的导热性、耐腐蚀性和小的热胀系数，（5）表面性能好。9-14：优点：铅基轴承合金价格便宜，摩擦阻力小，服帖性好，铸造性能好。缺点：疲劳强度、韧性及耐震能力都低于锡基轴承合金。不耐高温，导热性，耐腐蚀性都较差。9-15：1A50：工业纯铝，1A代表纯铝，50表3=99.50%的纯铝；2A1KLY11）：A1硬铝合金，2A表示以铜为主加元素，11为顺序号；ZAlSi12（ZL102）：铝硅铸造铝合金，Z代表铸，Si12表示3si=12%；T3：工业纯铜，T代表铜，3表示顺序号；HPb59-1：铅黄铜，H代表黄铜，3c：59%,3Pb=1%,其余为锌；H68：表示3；68%的压力加工普通黄铜；ZCuZn16Si4：表示3；16%、3si=1%的铸造特殊黄铜；QSn4-4-2.5：表示3；4%、其他元素3窃=4%、3Pb=2.5%的压力加工锡青铜；Qb2：表示3be=2%的镀青铜；ZCuAl10Fe3Mn2：表示3Al=10%、3F=3%.3Mn=2%的铸造铝青铜；TA5：顺序号为5的a钛合金；TC4：顺序号为4的（a+B）钛合金；ZSnSb11Cu6：表示3sb=11%、3c：6%、其余为锡的锡基轴承合金；ZPbSb10Sn6：表示3sb=10%、3；6%的铅基轴承合金，Z代表铸造。第10章非金属材料10-1：高分子材料性能特点：具有高弹性和粘弹性；强度低，比强度高；耐磨、减磨性能好；（1分）绝缘、绝热、绝声；耐热性不高，耐蚀性能好；存在老化问题。10-2：（1）合成树脂（2）填料(3)增塑剂(4)稳定剂(5)润滑剂(6)着色剂(7)固化剂(8)抗氧化剂10-3：ABS塑料的硬度、韧性和刚度都比较好，综合力学性能比较好，化学稳定性也比较好，同时易于成型，耐热性好，容易电镀，有多方面优良性能。10-4：略10-5：热塑性塑料:塑料加工固化冷却以后，再次加热仍然能够达到流动性，并可以再次对其进行加工成型，也就是说具有良好的再加工性和再回收利用性。热固性塑料：经过一次加热成型固化以后，再次对其加热也不能让其再次达到粘流态，而对其进行再次加工成型，也就是说热固性塑料不具有再次加工性和再回收利用性。10-6：略10-7：略第n章材料的选用及其工艺路线分析11-1：失效是指零部件在使用过程中因种种主观、客观原因而造成其不能正常工作的现象。失效形式有变形失效、断裂失效、表面损伤、材料老化失效等。失效的原因可以分为选材错误、设计不合理、加工工艺不当、使用与安装不合理等。11-2：(1)零部件的使用