工程材料作业习题及答案全

工程材料作业（1）

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？

锂刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、

调质态的机床主轴。

2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A,求Cu的晶格常数a,并计算Imnftu中的原子数。

3、已知金属A（熔点600℃）与金属B（熔点500℃）在液态无限互溶；在固态30

0℃时A溶于B的最大溶解度为30%,室温时为10%,但B不溶于A；在300℃时，

含40%B的液态合金发生共晶反应。求：

①作出A-B合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范

作图）

②写出共晶反应式。

③分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

4.一个二元共晶反应如下：

L（75%）-fa（15%B）+B（95%B）

（1）计算含50%B的合金完全凝固时

①初晶a与共晶（a+B）的重量百分数。

②a相和B相的重量百分数。

③共晶体中的a相和B相的重量百分数。

（2）若显微组织中，测出初晶B相与（a+6）共晶各占一半，求该合金的成分。

5.有形状，尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含Ni90%，另一个含N150%,

铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？

工程材料作业（2）

1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有

何特点？

2.分析含碳量为0.3%,1.3%,3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析

渗碳体。

4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

5.根据铁碳相图：

①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

6.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%,问

此钢的含碳量大约为多少？

7.依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：

①含碳量为1.0%的钢比含碳量为（）4%的钢硬度高。

②在室温下，退火的含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。

③变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。

④在110CTC,含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。

⑤钢斜钉一般用低碳钢制成

⑥绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机起吊重物时都用钢丝绳（6（）或65

钢制成）

⑦锯切T8,T10钢料比10,20钢费力，锯条容易磨损。

⑧钢适合压力加工，而铸铁适合铸造成型。

工程材料作业(3)

1、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。

(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。

(3)钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。

(4)过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高

(5)钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高

(6)同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

(7)钢经过淬火后是处于硬脆状态。

(8)冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。

(9)淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。

(10)钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃,保温时间相同，达到平衡状

态后以大于临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。

(2)哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。

(3)哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。

(4)哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。

(5)哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？

3、将20钢和60钢同时加入到860℃,并保温相同的时间，问那种钢奥氏体晶粒粗大些？

4、指出中10mm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织

700℃760℃860℃

5、指出下列钢件正火的主要目的：20钢齿轮，45钢小轴，T12钢铿刀

6、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度：

(1)45钢小轴(要求综合机械性能)

(2)65钢弹簧

(3)T8钢锲刀

7,解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。

8,45钢调质后的硬度为240HBS,若再进行200℃回火，硬度能否提高？为什么？

该钢经淬火和低温回火后硬度57IIRC,若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么？

9、T12钢经760℃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)

10、一根直径为6mm的45钢棒，先经860℃淬火，160℃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)

(1)各点的组织是什么？

(2)从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？

(3)从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？

11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线(各零件均选用锻造毛坯，且钢材

具有足够淬透性)

(1)某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。

(2)某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢

(3)某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50-55,其余

部分硬度为HRC20—25,请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。

13、用门2钢制造锂刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为：

锻造——热处理一一机加工——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、冷却介质)，并指出最终热处理的显微

组织和大致硬度。

工程材料作业(4)

1.解释下列现象：

(1)在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外,大多数合金钢的热处理加热

温度都比碳钢高。

(2)在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定

性。

(3)为何含C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%,含

CH2%的钢属于莱氏体钢。

(4)高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。

2.何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素

有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？

3.何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？合金调质钢常用的合金元素有

哪些及其主要作用？

4.指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点：

20CrMnTi40MnB,60Si2Mn,9SiCr,GCrl5,W18Cr4V,Crl2MoV,5CrMnMo

5、庞国星教材P110：4-1

6、高速钢铸造后为什么反复锻造？高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体

化退火？该钢淬火加热温度为什么高达1280℃?淬火后为何三次回火？高速钢

560c回火是否属于调质处理？为什么？

7、试比较分析T9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢：

(1)为什么9SiCr钢热处理温度比T9高?

(2)直径为①30—40mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透，相同尺寸的T9在油中

能否淬透？

(3)为什么T9制造的刀具刃部受热至200——250℃其硬度和耐磨性迅速下降，

以至于失效，而9SiCr钢刀具刃部在230——250℃条件下工作，硬度仍不低于

HRC60,且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？

(4)为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的(HRC60-63)、

耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其

热处理工艺进行分析。

8、为下列工件选择合适的材料和热处理方法：

工件：发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镶床键杆、自行车车架、车辆缓冲

弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车

刀、普通机床地脚螺栓

材料：38CrMoAlA、40Cr>45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295>W18Cr4V、

60Si2Mn

工程材料作业(5)

1.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

2.为何一般机器的支架，机床床身常采用灰口铸铁制造？

3.有一壁厚为15-30mm的零件，要求抗弯强度350Mpa,应选用何种牌号的灰

口铸铁制造为宜。

4.生产中出现下列不正常现象，应采取何种措施予以防治或改善：

(1)灰口铸铁磨床床身铸造以后就进行切削加工，加工后发生了不允许的变形。

(2)灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削困难。

5.指出下列铸铁的类别，用途及性能的主要指标：

(1)HT150,HT400,

(2)KTH350-10,KTZ700-2,

(3)QT420-10,QT1200-1

6.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

7.何谓硅铝明？属于哪类铝合金？为何具有良好的铸造性能？变质处理前后的

组织和性能有何变化？硅铝明的基本用途？

9.指出系列合金的类别，主要成分，基本性能特点和用途：

LY12,LD7,ZL109,ZL302,H62,QAll0-3-1.5,

ZchSnSbllCu6,ZchPbSbl6Snl6Cu2

工程材料作业(1)答案

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？

锂刀：HRC,黄铜轴套：HB、HRB供应状态的各种非合金钢材：HB、HRB硬质合金刀片:

HV、耐磨工件的表面硬化层：HV(HRA)、调质态的机床主轴：HB、HRB、(HRC)

2、已知Cu的原子直径为2.56A,求Cu的晶格常数a,并计算Imm'Cu中的原子数。

Cu是f.c.c,r=J2/4a,r=2.56A/2=1.28A；a=4r/V2=2/V2X2.56=3.62A

依据1个晶胞(a3：3.62\单位A)中有4个Cu原子，loin?的原子数？

a：4=1mm'：x,注意单位换算，x=4/a\x=4/3.62-8.4X10''

3、已知金属A(熔点600℃)与金属B(熔点500℃)在液态无限互溶；在固态30

0°C时A溶于B的最大溶解度为30%,室温时为10%,但B不溶于A；在300℃时,

含40%B的液态合金发生共晶反应。求：

④作出A—B合金相图：

请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图

⑤写出共晶反应式。

300℃

La=(a3O%A+A)

⑥分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

20%A：L-»L+a-a-*a+A

-

45%A：L>L+a—a+(a3O%A+A)—>a+(a30%,、+A)+A

-

80%A：L*L+AfA+(a30%A+A)

4.•—个二元共晶反应如下：

L(75%B)-a(15%B)+B(95%B)

(3)计算含50%B的合金完全凝固时

④初晶a与共晶(a+B)的重量百分数。

属于亚共晶组织

W..ms%=(75-50)/(75-15)=5/12=0.42*100%=42%

W共晶％=100加42%=58%

⑤a相和B相的重量百分数。

Wa%=(95-50)/(95-15)=9/16=0.56X100%=56%

W3%=100%-56%=44%

⑥共晶体中的a相和B相的重量百分数。

共晶体58%,其中的a相

W共晶a%=58%X((95-75)/(95-15))%=58%X25%=14.5%

或：W共晶：58%与WB%：44%之差：14%«

W共晶8%=58%X75%=43.5%

(4)若显微组织中，测出初晶B相与(a+B)共晶各占一半，求该合金的成分。

属于过共晶组织

8/(a+B)=1=(X-75)/(95-X)95-X=X-75,95+75=2X,X=85。

5.有形状，尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含Ni90%，另一个含Ni50%,

铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？

三大因素影响成份偏析：

(1)液相线与固相线的水平距离即成份间隔，即液相线与固相线之间的垂直距离和水平距

离愈大则先后结晶的各层固体之间的成份差异愈大，因而枝晶偏析程度愈大。

(2)溶质原子的扩散能力有关，如结晶温度高，原子扩散系数高，扩散能力强，偏析小。

(3)冷却速度，冷却速度快，原子来不及扩散，偏析严重。但是若冷速极快，对小体积铸

件来说就可能把液体过冷到接近固相线了，结晶出来的合金就很接近合金的原成份，偏析反

而小了。

由铜银相图可知，50%Ni合金的结晶温度区间(范围)大于90%Ni合金，90%Ni合金结

晶温度高。因此，在铸件自然冷却过程中，结晶温度范围大的合金，成份变化大(成份间隔

大)，结晶温度低的，偏析严重。

工程材料作业（2）答案

6.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有

何特点？（最好列表总结）

序号名称结构组织形态性能

01铁素体Fb.b.c不规则多边形晶粒强度低，硬度低，塑性良好

02奥氏体Af.c.c多边形晶粒（高温组织）强度低，硬度低塑性良好

03渗碳体Fe3C复杂晶格片状，网状，球状，硬、脆

基体，长条状

04珠光体PF+Fe3cF+Fe3c片状相间有一定强度和塑性，硬度适中

05莱氏体LdP+Fe3cFe3C为基体其上分布P硬度高脆性大

7.分析含碳量为0.3%,1.3%,3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

含碳量结晶过程表达式室温组织

0.3%A-A+Ff（A剩余—P）+FF+P

1.3%AfA+CmIIf（A剩余fP）+CmllP+CmII

3.0%LfL+AfLd+AfA+CmII+LdfP+CmII+Ld'P+Cmll+Ld'

8.指出下列名词的主要区别:

序号名称特点及区别

01一次渗碳体从液体中析出，呈长条状。

02二次渗碳体从奥氏体中析出，呈网状

03三次渗碳体从铁素体中析出，呈小片状

04共晶渗碳体液体的共晶产物，呈基体。

05共析渗碳体奥氏体共析产物，与铁素体片状相间分布

9.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

名称结晶过程表达式室温组织

共析A0.77%-*(727℃)P(F0.02%+Fe3c6.69%)P

共晶L4.3%-(1148℃)Ld(A2.11%+Cm6.69%)-Ld，(P+Cm)(室温)Ld,Ld，

10.根据铁碳相图：

(9)分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

室温下的组织：F+P

F%=(0.77-0.6)/(0.77-0.02)%=0.17/0.75%=23%

P%=100%-23%=77%

⑩分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

室温下的相组成：F+Fe3c

F%=(6.69-1.2)/(6.69-0.20)%=5.49/6.67%=82.3%

Fe3C%=100%-82.3%=17.6%

@计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

二次渗碳体从奥氏体析出，最大溶解度2.11%,最小溶解度0.77%

Fe3C%=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)%=1.34/5.92%=22.6%

三次渗碳体从铁素体中析出，最大溶解度为0.02%,最小溶解度0.0008%(0)

Fe3C%=(0.02-0.0008)/(6.69-0.0008)%=0.02/6.69%=0.3%

6.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%,问

此钢的含碳量大约为多少？

组织为珠光体+网状渗碳体，所以为过共析钢

P%=93%=(6.69-X)/(6.69-0.77)%,X%=1.19%=1.2%

7.依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：

①含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。

含碳量为1.0%的钢，含碳量越高，Fe3c的量越多，钢的硬度越高。

②在室温下，退火的含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。

退火的含碳0.8%的钢组织为p,而含碳量1.2%的钢组织为P+网状Fe3C,脆性大。钢的

强度是组织敏感，因此，含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。

③变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。

变态莱氏体的组织是珠光体+渗碳体，其中渗碳体脆性大且是基体形式分布，而珠光体

的组织是铁素体和渗碳体，且渗碳体是分布在铁素体的条间，因此低温莱氏体的塑性差。

⑫在1100℃,含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。

在1100C时，含碳0.4%的钢处在单相奥氏体区，奥氏体面心立方晶格，塑性好适合于

压力加工。含碳4.0%的生铁汉渗碳体多脆性大不能锻造。

⑬钢斜钉一般用低碳钢制成

低碳钢的铁素体含量多，塑性好，适合制成钾钉。

⑭绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机起吊重物时都用钢丝绳（60或65

钢制成）

绑扎物件一般受力不大，主要目的是捆绑结实，所以采用铁丝即可。而起重机起吊重物

时承受较大载荷，尤其是受较大拉力，因此，需要采用强度较高且有一定塑韧性的钢材，采

用60或65钢，含碳量较高，属于中高碳，强度有保证，但又较70以上高碳钢塑韧性好。

⑮锯切T8,T10钢料比10,20钢费力，锯条容易磨损。

T8,T10钢料的含碳量高，渗碳体多，硬度高，而10,20钢含碳量低，铁素体多硬度

低，因此锯切T8,T10钢料比10,20钢费力，锯条容易磨损。

⑧钢适合压力加工，而铸铁适合铸造成型。

在铁碳相图中钢（＜2.11%C）存在着单相固溶体区（奥氏体），一般固溶体塑性较好，

适合于压力加工。而相图中铸铁（＞2.11%）存在共晶反应，一般共晶合金在恒温下结晶，

金属的流动性好，适合于铸造工艺。

工程材料作业（3）答案

2、判断下列说法是否正确：

（11）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。

（12）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。

（13）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。

（14）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。

（15）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。

（16）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。

（17）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。

（18）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。

正确。

（19）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。

（20）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。

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃,保温时间相同，达到平衡状

态后以大于临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。900C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。900C,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。900℃,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。900℃,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？760C,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、将20钢和60钢同时加热到860℃,并保温相同的时间，问那种钢奥氏体晶粒粗大些？

20钢和60钢都属于亚共析钢，一般加热时要求完全奥氏体化，加热温度应在A3以上。

依据铁碳相图，20钢含碳量低，A3点高，60钢，含碳量高，A3点低，因此，同样加热到

860℃,并保温相同的时间,60钢过热度大，晶粒容易粗大。

4、指出中lOrnm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织

700℃760℃860℃

700℃加热，在A1以下，没有相变，水冷仍为F+P

760℃加热，在Al—A3之间，加热组织：F+A,水冷，F+M

860℃加热，在A3以上，加热组织A,水冷，M

5、指出下列钢件正火的主要目的：20钢齿轮，45钢小轴，T12钢锂刀

20钢齿轮：20钢，含碳量低，硬度低，通过正火(空冷)使得珠光体片间距减小即形成索

氏体或屈氏体，以提高硬度(IIB200左右)，满足切削加工的要求。

45钢小轴：45钢，含碳量适中，综合机械性能好，因此利用正火，即可作为最终热处理，

满足小轴的使用要求。

T12钢铿刀：含碳量1.2%,若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷(空冷),

使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。

6、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度：

(1)45钢小轴(要求综合机械性能)

淬火A3以上(860℃),回火600℃(高温回火)。回火组织：s回，HRC25

(2)65钢弹簧

淬火A3以上（840℃）,回火400℃（中温回火）。回火组织：T回，HRC40

（3）T8钢锤刀

淬火A1以上（780C）,回火200℃（低温回火）。回火组织：M回+未溶碳化物+少量残

余奥氏体,HRC600

7、解释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，回火组织，淬火后高温回火，碳化物从过饱和F中析出，

其中渗碳体呈片状。称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好

回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，

淬火组织:马氏体:过饱和F

成为M回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。

8、45钢调质后的硬度为240IIBS,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200℃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。

9、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：IIRC60

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+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。

10、一根直径为6mm的45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55IIRC,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860℃淬火，160℃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？

150℃点：低于160℃,组织不变，回火马氏体

550C点：高于160℃,低于A1线，相当于高温回火，组织：回火索氏体。

750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织：奥氏体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。

950℃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？

150℃点：低于160℃,缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体

550℃点：高于160℃,低于A1线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：回火索氏体。

750℃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。

840℃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。

950℃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+

铁素体。

（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？

150℃点：低于160℃,水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。

550℃点：高于160℃,低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织：回火索氏体。

750C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。

840℃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

950℃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

11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

钢的淬硬性取决于钢的含碳量（马氏体含碳量），T12：含碳量1.2%,20CrMnTi钢含碳量

0.2%,所以，H2钢的淬硬性高，即淬火后获得马氏体的最高硬度高。

钢的淬透性取决于C曲线的位置（过冷奥氏体区的大小，C越靠右侧越好），20CrMnTi

是合金钢，合金元素使得C曲线显著右移，因此易于淬成马氏体，淬透性好。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材

具有足够淬透性）

（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。

锻造一正火一机加工f渗碳，淬火，低温回火一精加工

（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢

锻造一完全退火f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~

精加工（磨齿）

（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度I1RC50-55,其余

部分硬度为HRC20—25,请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。

选择45钢,

锻造f完全退火一机加工f轴整体调质一轴颈局部高频表面淬火，低温回火一精加工（磨削）

13、用T12钢制造铿刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为：

锻造一一热处理一一机加工一一热处理一一精加工。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、冷却介质），并指出最终热处理的显微

组织和大致硬度。

T12钢制造铿刀：

锻造——球化退火一一机加工一淬火+低温回火一一精加工。

球化退火：消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工.

淬火（760℃）+低温回火（200℃）,水冷，回火马氏体，HRC60。

45钢制造较重要的螺栓：

锻造——完全退火一一机加工一一淬火+高温回火一一精加工。

完全退火：细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。

淬火（860℃）+低温回火（600℃）,水冷，回火索氏体,HRC20-25。

工程材料作业（4）答案

2.解释下列现象：

（1）在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热

温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数

合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形

成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但

为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需

要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成

速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥

氏体均匀化。

（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏

体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳

定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，

有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度

高，但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影

响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）

（2）在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定

性。

回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化

物长大。

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

温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，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。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和

强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温

度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。）

（3）为何含C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%,含

Crl2%的钢属于莱氏体钢。

在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即<<0.77%）和E点（即<

<2.11%）因此，C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%,

含Crl2%的钢属于莱氏体钢。

（4）高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。

高速钢由于合金元素含量高，使得C曲线右移很多，即过冷奥氏体区很大,

淬火临界冷却速度大为降低，因此采取空冷即可获得马氏体组织。高速钢俗称“风

钢”（锋钢）

2.何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素

有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？

经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。

含碳量低是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性。

渗碳钢常用的合金元素是：Cr,Ni,Mn,B,主要目的是提高淬透性。还加

入少量Ti,V,V,Mo等强碳化物形成元素，形成稳定碳化物，提高耐磨性，

并阻碍晶粒长大。

渗碳仅是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢，若退火仍然是平衡组

织，没有强化效果。只有经过淬火+低温回火后，才能实现表面的强化，而保持

心部的塑韧性。

3.何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？调质钢常用的合金元素有哪些

及其主要作用？

经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。

选择中碳是为了保证零件心部（整体）的综合机械性能良好。

常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高钢的淬透性，同时强化铁素体，

提高基体强度。

4.指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点:

20CrMnTi40MnB,60Si2Mn,9SiCr,GCrl5,W18Cr4V,Crl2MoV,5CrMnMo

牌号名称：合金渗碳钢

成分：（1）含碳量：0.2%,低碳；

20CrMnTi（2）合金元素及作用：Cr,Mn：提高淬透性Ti：细化晶粒（渗碳

温度高920℃）

热处理特点：正火一渗碳+淬火+低温回火

热处理组织及硬度：心部表面

T,M回，F少回火M+合金渗碳体+A'少

HRC25HRC60

ak>700kJ/m2

用途举例：汽车变速齿轮、凸轮轴，活塞销等

40MnB名称：合金调质钢

成分：（1）含碳量：0.4%,中碳；

（2）合金元素及作用：Cr,Mn：提高淬透性

热处理特点：

完全退火f整体调质（淬火（油）+高温回火）一

（局部或表面）高频加热表面淬火+低温回火（若要求表面耐磨）

热处理组织及硬度：调质：S回HRC25

表面淬火+低回：M回HRC58

用途举例：齿轮、轴类，连杆，螺栓等。

60Si2Mn名称：合金弹簧钢，专用结构钢，制造弹簧和其他弹性零件。

成分：（1）含碳量：0.6%,中高碳（高于调质钢）；

（2）合金元素及作用：Si,Mn：提高淬透性，也提高屈强比。

热处理特点：完全退火一淬火+中温回火一喷丸强化

热处理组织及硬度：T回HRC40

用途举例：汽车板簧、床垫弹簧

热成型弹簧：如汽车板簧

扁钢下料一加热压弯成型f淬火一中温回火f喷丸强化

冷成型弹簧：螺旋弹簧

冷拉钢丝（淬火中温回火钢丝）一冷卷成型一去应力退火一成品

9SiCr名称：低合金工具钢

成分：（1）含碳量：0.9%,高碳。

（2）合金元素及作用：Cr、Mn、Si,W、V：提高淬透性和回火稳

定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。

热处理特点：球化退火一淬火（油）+低温回火

热处理组织及硬度：M回+粒状碳化物+A，HRC60-65

用途举例：丝锥、板牙、量规。

GCrl5名称：滚动轴承钢

成分：（1）含碳量：0.95-1.05%,高碳，保证高硬度和耐磨性。

（2）合金元素及作用：Cr：1.30-1.65%,提高淬透性；形成合金渗

碳体，提高耐磨性，提高疲劳强度。

热处理特点：球化退火-淬火（油）+低温回火

热处理组织及硬度：M回+粒状碳化物+A，HRC60

用途举例：滚珠、滚柱、滚针等；冷冲压模具，量具，丝杠等。

W18Cr4V名称：高速钢

成分：（1）含碳量：071.5%,高碳，保证与合金元素形成足够数量的碳

化物，同时保证有一定数量溶入奥氏体，保证马氏体硬度。

（2）合金元素及作用：Cr、V：提高淬透性，W、Mo：保证红硬

性。V：提高耐磨性，细化晶粒。

热处理特点：多次锻造一等温退火一淬火（两次预热，分级淬火，

油冷）+低温回火（560℃三次，每次1小时）

热处理组织及硬度：

淬火组织：M+粒状碳化物+A，（大量20—25%）HRC>63

回火组织：M回+粒状碳化物+A，（少量1-2%）HRC63-66

用途举例：丝锥、板牙、量规。

Crl2MoV名称：冷作模具钢

成分：（1）含碳量：>1.0%,高碳，保证高硬度和高耐磨性。

（2）合金元素及作用：Cr、V、W、M。形成难溶碳化物，提高耐

磨性，尤其是Cr,Crl2含Cr达到12%,提高耐磨性同时还显著提高钢

的淬透性。

热处理特点：

一次硬化法：950-1000℃淬火-150-180C回火HRC61-64

二次硬化法：1100-11500C淬火一510-520"。三次回火HRC60-62（红硬

性高400-450℃、耐磨,但韧性差）

热处理组织及硬度：M回+粒状碳化物+A，（少量1-2%）

用途举例：冷冲模、压印模、拉延模

5CrMnMo名称：热作模具钢