金属材料与热处理（答案）

目录目录答案项目一任务一一、填空题1．越大2．液态3．（1）导热性（2）延展性（3）导电性（4）密度较小二、问答题1．所有金属材料都具有导电性，其中以银最好，铜、铝次之，在工业中用铜做材料主要考虑到造价问题，用银造价太高。2．利用铁的导电性原理项目一任务二一、填空题1．耐腐蚀性；抗氧化性2．活泼；电化学二、问答题1．钢铁比较坚固，不容易断裂，铝不坚固而且比较柔软，容易摧毁，铜相对于钢铁来说也比较软，而且相对来说价格更贵，所以钢铁应用最广泛2．因为水壶和把手的材质是不锈钢，所以不会生锈。项目一任务三一、填空题1．塑性变形；断裂2．不可逆永久；断后伸长率；断面收缩率3．750；布氏硬度值4．抗拉强度二、判断题1.×；2.×；3.√；4.×三、问答题1．许多零件（如轴、齿轮、连杆及弹簧等）都是在交变应力（循环应力）作用下工作的。在交变应力作用下，虽然零件所承受的最大应力通常都低于材料的屈服强度，但经过一定时间的工作后，零件会产生裂纹或突然发生完全断裂的现象，这种现象称为疲劳断裂。材料在循环应力作用下经受无数次循环而不断裂的最大应力值称为材料的疲劳极限或疲劳强度。2．断后拉伸率：A=（79-50）/50*100%=58%；断面收缩率：QUOTESo=πd24=3.14×1024=78.5 mm2QUOTESu=πdu24=项目一任务四一、填空题1．浇注温度；熔点2．塑性；变形抗力二、判断题1．×；2．√；3．×项目二任务一一、填空题1．体心立方晶格；面心立方晶格；密排立方晶格2．点缺陷；线缺陷；面缺陷二、选择题1．B；2．D；3．C项目二任务二一、名词解释1．物质由液态转变为固态的过程称为凝固。如果凝固后的固态物质是晶体，则这种凝固过程称为结晶。2．形核率是指单位时间内在单位体积中产生的晶核数；3．长大率是指单位时间内晶核长大的线速度。二、判断题1．×；2．×；3．√三、问答题1.当液态金属冷却到理论结晶温度时，结晶并未开始，而是继续冷却到理论温度以下的某一温度才开始结晶。这种实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷。理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差称为过冷度，用ΔT表示过冷度的大小与冷却速度、金属的性质和纯度等因素有关。冷却速度越大，金属越纯，过冷度越大。实验证明，金属都是在过冷情况下结晶的，所以，过冷是金属结晶的必要条件。项目二任务三一、填空题1．单相组织；多相组织2．结晶；体心立方；同素异构转变；面心立方二、选择题1．A；2．B；3．A三、问答题1．组元是指组成合金的最基本的、独立的物质。组元通常是组成合金的元素，可以是金属元素或非金属元素（如铁碳合金中的Fe和C、黄铜中的Cu和Zn等），也可以是金属化合物（如碳钢中的Fe3C等）。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金。相是指在合金中具有相同的成分、晶体结构及性能，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分。2．当碳的质量分数时，铁碳合金的脆性极大，在工业生产中没有使用价值，因此只需要研究碳的质量分数的合金部分。相图中，左上角的包晶部分转变温度很高，实际应用很少，而且转变过程对随后的低温转变影响不大，所以，在一般的研究中，常将此部分省略简化。3．1）选材时的主要依据铁碳合金相图所表明的成分、组织与性能之间的关系，为合理选用钢铁材料提供了依据。例如，建筑用钢和各种型材需要塑性、韧性好的材料，应选用低碳钢；各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用中碳钢；各种工具需要硬度高、耐磨性好的材料，应选用高碳钢。2）制订各种热加工工艺的主要依据①在铸造方面的应用。②在锻造方面的应用。③在焊接方面的应用。④在热处理方面的应用。项目二任务四一、名词解释1．金属经塑性变形过程中，随着变形程度的增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化或加工硬化。2．加热温度较低时，原子扩散能力不大，只有晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而减少，晶粒仍保持变形后的形态，变形金属的显微组织不发生明显变化。此时，材料的强度和硬度只略有下降，塑性略有提高，而残余应力则大大降低，这种现象称为回复。3．加热温度较高时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，破碎的、被拉长或压扁的晶粒变为均匀、细小的等轴晶粒，这一变化过程也是通过形核和晶核长大方式进行的，故称为再结晶。二、判断题1．×√；2．×；3．√项目三任务一一、填空题1．退火；完全退火；等温退火；球化退火；扩散退火；去应力退火；再结晶退火2．单介质淬火；双介质淬火；马氏体分级淬火；贝氏体等温淬火。3．半马氏体组织；好4．低温回火；中温回火；高温回火二、问答题1．因转变温度很低，铁、碳原子都不能进行扩散，因此，马氏体转变是一种非扩散型相变。马氏体的转变速度极快。马氏体转变是不彻底的，总会残留少量奥氏体。马氏体形成时体积膨胀，在钢中会造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。2．淬火是指将钢加热到或以上某一温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。（1）单介质淬火单介质淬火是指奥氏体化后的工件在一种介质（水或油）中连续冷却至室温的淬火）方法。此法操作简单，易于实现机械化和自动化，但淬火应力大，工件容易变形和开裂。对碳素钢而言，单介质淬火只适用于形状较简单的工件。（2）双介质淬火双介质淬火是指将工件奥氏体化后，先在冷却能力较强的介质中冷却，在组织即将发生马氏体转变时，立即转入冷却能力较弱的介质中冷却的淬火方法，如先水后油、先水后空气等。此方法可有效减少工件变形和开裂，但操作不好掌握，主要用于形状复杂的高碳钢件和尺寸较大的合金钢件。（3）马氏体分级淬火马氏体分级淬火是指将奥氏体化后的工件浸入温度稍高于或稍低于点的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火方法。此方法显著降低了淬火应力，因而能更有效地减小或防止淬火工件的变形和开裂，主要用于尺寸较小的工件。（4）贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火是指将工件奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火方法。此法淬火后应力和变形很小，工件强度高、韧性好，多用于形状复杂、尺寸较小的零件。项目三任务二一、填空题1．渗碳；渗氮；碳氮共渗；分解；吸收；扩散2．感应加热表面淬火；火焰加热表面淬火3．气体渗碳；固体渗碳；液体渗碳二、问答题1．目的是为了提高钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，以及经淬火和回火后提高工件表面硬度和耐磨性，并使心部保持良好的韧性。2．（1）感应加热表面淬火感应加热表面淬火是指利用感应电流通过工件时所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火工艺。感应加热表面淬火最适宜的钢种是中碳钢（如40钢、45钢）和中碳合金钢（如40Cr钢、40MnB钢），也可用于高碳工具钢、含合金元素较少的合金工具钢及铸铁等。（2）火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是指采用氧-乙炔（或其他可燃气体）火焰，对零件表面进行加热，随之淬火冷却的工艺。火焰加热表面淬火操作简便，设备简单，成本低，灵活性大；但加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不稳定，主要用于单件、小批量生产以及大型零件。项目四任务一一、填空题1．；；高碳钢2．球化退火；淬火加低温回火3．碳素钢4．尺寸精确性；稳定性二、问答题1．按用途不同，合金钢可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。这种分类方法最方便，也最常用。合金结构钢用于制造各种工程结构和机械零件，是合金钢中用途最广、用量最大的一根据用途不同，合金工具钢可分为合金量具钢、合金刃具钢、合金模具钢。1）合金量具钢用来制造各种量具如游标卡尺、块规、卡规、千分尺、样板等的合金钢称为合金量具钢。2）合金刃具钢用于制造各种车刀、铣刀等切削加工工具的合金钢称为合金刃具钢。3）合金模具钢按工作条件的不同，合金模具钢分为冷作模具钢和热作模具钢。冷作模具的作用是使金属在室温条件下产生塑性变形从而获得具有一定几何尺寸及形状的毛坯或零件，如冲模、弯曲模、冷锻模等。热作模具是用来使热状态下的金属产生变形的模具，如热锻模、压铸模等。不锈钢是指能够抵抗大气或其他介质腐蚀的钢。有时仅把能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢，而把能够抵抗强腐蚀介质的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢则一般都具有良好的耐蚀性能。耐热钢是指高温下具有高的热稳定性和热强性的特殊性能钢。热稳定性是指抗氧化性，即钢在高温氧化作用下的稳定性。热强性是指钢在高温下对外力的抵抗能力。耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，主要用于工作过程中承受高压力、严重磨损和强烈冲击的零件，如坦克和车辆履带板、挖掘机铲斗、破碎机颚板、铁轨分道岔、防弹板等。高锰钢是目前最主要的耐磨钢。2．弹簧主要用于实现消除振动、储备能量、驱动机械、开闭阀门等功能，弹簧工作时受到交变载荷作用，因此，要求弹簧钢具有高的强度、弹性极限、韧性及疲劳极限。合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%～0.75%，加入的合金元素有钒、铬、锰、硅等。生产中常对弹簧采用喷丸或表面强化处理，使其表面处于压应力状态以提高弹簧的疲劳强度及表面质量。项目四任务二一、填空题1．灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁；蠕墨铸铁2．铁素体灰铸铁；铁素体-珠光体灰铸铁；珠光体灰铸铁3．蠕虫；镁钛合金；稀土镁钛合金；稀土镁钙合金4．珠光体灰铸铁；高磷铸铁；冷硬铸铁；抗磨白口铸铁；中锰球墨铸铁二、问答题1．根据Fe-G相图，过共晶铸铁的石墨化过程可分为三个阶段。第一阶段石墨化：包括从铸铁液中结晶出一次石墨和在1154℃通过共晶反应形成共晶石墨。第二阶段石墨化：在1154～738℃范围内，奥氏体沿线析出二次石墨。第三阶段石墨化：在738℃，通过共析反应析出共析石墨。2．球墨铸铁具有接近灰铸铁的铸造性能，但强度、塑性、韧性大大高于灰铸铁，接近铸钢，具有良好的减振性、耐磨性和低缺口敏感性。球墨铸铁主要用于强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。可锻铸铁的力学性能优于灰口铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁，但比球墨铸铁的铁水处理简单、质量稳定、废品率低。在生产中常用可锻铸铁加工一些截面较薄而形状复杂、工作时受振动，且强度、韧性要求较高的零件，如汽车减速器壳、后桥壳、万向接头等。项目四任务三一、填空题1．变形铝合金；铸造铝合金2．防锈铝合金；硬铝合金；超硬铝合金；锻造铝合金3．加工铜合金；铸造铜合金4．锡基；铅基；铝基二、问答题1．根据合金元素含量和性能特点，硬铝合金可分为低强度硬铝、标准硬铝和高强度硬铝三类。低强度硬铝：Cu和Mg含量较低，强度低，塑性高，采用固溶处理和自然时效可以强化，但时效速度较慢，主要用于制造铆钉，故又称为铆钉硬铝。常用的低强度硬铝有2A02和2A10等。标准硬铝：Cu和Mg含量中等，强度和塑性在硬铝合金中属于中等水平，故又称为中强度硬铝。这类合金淬火和退火后有较高的塑性，可进行冷弯、卷边、冲压等，主要用于制造轧材、锻材、冲压件和铆钉等。常用的标准硬铝有2A11等。高强度硬铝：Cu和Mg含量高，强度和硬度较高，有较好的耐热性，但塑性和变形加工能力差，适用于制造航空模锻件和重要的销轴等。常用的高强度硬铝有2A12等。2．为了保证机器正常、平稳、无声地运行，轴承合金应满足一系列性能要求：在工作温度下具有足够的强度、硬度和疲劳强度，以承受交变载荷；具有足够的塑性和韧性，保证与轴的良好配合，以抵抗冲击和振动；有高的耐磨性、良好的磨合性和较小的摩擦系数；具有良好的耐蚀性和导热性、较小的膨胀系数；有良好的工艺性和铸造性能。3．普通黄铜的组织和性能主要受含锌量的影响。如图4-11所示，当锌含量小于32%时，合金的强度和塑性都随锌含量的增加而提高；当锌含量为30%～32%时，塑性最高；当锌含量大于32%时，塑性下降；当锌含量为40%～45%时，强度最高；当锌含量大于45%时，铜合金的塑性和强度均急剧下降。项目五任务一一、填空题1．断裂失效；过量变形失效；表面损伤失效2．方案设计；材料选择；加工工艺；安装使用3．塑性断裂；脆性断裂；疲劳断裂；蠕变断裂4．过量弹性变形失效；过量塑性变形失效二、问答题1．（1）设计不合理零件的结构、形状、尺寸设计不合理最容易引起失效。例如，键槽、孔的尖角处容易产生应力集中，出现裂纹。另外，对零件工作条件（如受力性质和大小、温度、环境）估计不足或判断有误、设计的安全系数过小等，均会使零件的性能满足不了工作性能要求，造成失效。（2）选材不合理选用的材料性能不能满足工作条件要求，或所选材料的组织不合理、质量差，如含有过量的夹杂物、杂质元素或成分不合格等，都会造成零件的失效。（3）加工工艺不当零件在加工和成形过程中，因采用的工艺方法、工艺参数不合理，操作不正确等，常会引起某些缺陷，从而造成失效。（4）安装使用不正确机器在安装过程中不符合技术要求，如零件之间配合过紧、过松、对中不准等；使用中不按工艺规程操作和维修，保养不及时或不善，过载使用等，均会造成失效。2．大致有如下程序。①尽量仔细地收集失效零件的残骸，并拍照、记录实况，确定重点分析的对象。样品应取自失效的发源部位，或能反映失效的性质或特点的位置。②详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计情况（图样）、实际加工情况及尺寸、使用情况等。根据这些资料全面地从设计、加工、使用各方面进行具体的分析。③对所选试样进行宏观（用肉眼或立体显微镜）及微观（用高倍的光学或电子显微镜）断口分析，以及必要的金相剖面分析，确定失效的发源点及失效的方式。④对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损检测，检验材料的性能指标是否合格，组织是否正常，成分是否符合要求，有无内部或表面缺陷等，全面收集各种必要的数据。⑤断裂力学分析。在某些情况下需要进行断裂力学计算，以便确定失效的原因及提出改进措施。⑥综合各方面资料进行分析并做出判断，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出报告。3.零件的失效原因很多，主要应从方案设计、材料选择、加工工艺、安装使用等四方面考虑。1．设计不合理零件的结构、形状、尺寸设计不合理最容易引起失效。例如，