机械工程材料章节练习题及答案

第1章金属材料的性能1-1.名词解释：弹性；刚度；强度；塑性；韧性；弹性变形；塑性变形；弹性模量；屈服强度；抗拉强度；延伸率；断面收缩率；疲劳强度；冲击韧性；断裂韧性。1-2.试说明下列力学性能指标的名称、单位和意义。（1）σe（2）σs（3）σ0.2（4）δ（5）σb（6）ψ（7）σ-11-3.什么是塑性？塑性对材料的使用有什么实用意义？1-4.如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？1-5.可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量？为什么1-6.设计好刚度的零件，应根据何种指标选择材料？材料的弹性模量E越大，则材料的塑性越差。这种说法是否正确？为什么？1-7.σs和σ0.2有什么不同？1-8.什么是硬度？试说明布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测量原理和应用范围。1-9.能够反映材料受冲击载荷的性能指标是什么？1-10.拉伸试样的原标距长度为100mm，直径为10mm，拉伸断裂后试样长度为143mm，缩颈区的最小直径为5.3mm，求该试样拉伸时的延伸率和断面收缩率。1-11.疲劳破坏是如何产生的？可以通过哪些途径和措施来提高零件的疲劳强度？1-12.现有一紧固螺栓，在使用了一段时间后发现其有少量塑形变形（伸长），试分析材料的哪些性能指标没有达到要求。1-13.什么是工艺性能？工艺性能包含哪些内容？第2章晶体结构与结晶2-1.名词解释：金属键；晶体；非晶体；晶格；晶胞；配位数；致密度；晶面；晶向；结晶；晶体缺陷；点缺陷；线缺陷；面缺陷；结晶；过冷度；平衡结晶温度。2-2.常见的晶体结构有哪几种？简述它们的特征。2-3.影响结晶后晶粒大小的因素有哪些？晶粒大小对金属的力学性能有哪些影响？2-4.为什么金属结晶一定要有过冷度？简述金属的结晶过程。2-5.简述影响晶核形成和成长速率的因素。2-6.在立方晶胞中，某一平面通过x=3、y=1且平行于z轴，它的晶面指数是多少？请绘图表示。2-7.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？2-8.实际晶体中有哪些缺陷？分别有何特征？它们对金属性能有何影响？2-9.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？2-10.晶面指数和晶向指数有什么不同？2-11.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？2-12.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？2-13.纯金属结晶时，其冷却曲线为什么有一段水平线段？2-14.为什么晶粒越细，金属的强度越高，塑性、韧性就越好？2-15.从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。第3章二元合金及相图3-1.名词解释：合金；组元；相；固溶体；固溶体的浓度；间隙固溶体；置换固溶体：金属化合物；匀晶反应；共晶反应；包晶反应；共析反应；晶内偏析。3-2.固态金属按其组成可以分为哪几类？3-3.按照溶质原子在固溶体中的位置，固溶体可以分为哪几类？3-4.影响固溶体溶解度的因素有哪些？3-5.金属化合物有哪些特点？可以分为哪几类？3-6.简述二元合金相图建立的步骤。3-7.试简述杠杆定理的用途。3-8.常见相图有哪些？试简述各个相图的结晶过程。3-9.试简述合金的性能与相图的关系。3-10.固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？3-11.何谓共析反应和共晶反应？试比较这两种反应的异同点。3-12.根据匀晶转变相图分析产生晶内偏析的原因。简述晶内偏析受哪些因素的影响？第4章铁碳合金4-1.名词解释：铁素体；奥氏体；渗碳体；珠光体；莱氏体。4-2.纯铁有哪些基本组元？4-3.绘制铁碳合金相图并简述图中各个特征线的名称和相关组织。4-4.根据铁碳合金相图写出相关相区。4-5.根据铁碳合金相图，说明产生下列显现的原因：（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金硬度高。（2）一般要把钢材加热到1000~1250°C，在高温下进行锻轧加工。（3）接近共晶成分的铁碳合金的铸造性良好。4-6.“高碳钢比低碳钢好”的说法对么？影响碳钢质量好坏的指标有哪些？4-7.含碳量的高低对材料的力学性能有什么影响？4-8.奥氏体形成的四个步骤是什么？4-9.铁碳相图有哪些方面的应用？Fe-C合金中基本相有哪些？基本组织有哪些？4-10.根据Fe-Fe3C合金相图，说明下列现象的原因。4-11.结合相图分析含0.45%C、1.2%C和3.0%C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。4-12.说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。第5章金属的塑性变形与再结晶5-1.名词解释：滑移；孪生；亚结构；加工硬化；残余应力；回复；再结晶；晶粒长大。5-2.影响多晶体塑性变形的因素有哪些？5-3.多晶体的塑性变形与单晶体有何异同？5-4.塑性变形的实质是什么？它对金属的组织和性能有何影响？5-5.加工硬化现象有哪些实际用途？5-6.残余应力可以分为哪几类？5-7.说明产生下列现象的原因：5-8.用崭新的冷拉钢丝绳吊装大型设备的部件就位，并随部件一起被加热到1000℃，经保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂现象，试分析产生该现象的原因。5-9.再结晶和重结晶有何不同？5-10.分析加工硬化对金属材料的强化作用？5-11什么是加工硬化现象？试举生产或生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊。5-12.为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑型、韧性也越好？5-13.反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬并且最后断裂，为什么？第6章金属的热处理及表面处理6-1.名词解释：奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；珠光体；索氏体；贝氏体；屈氏体；马氏体；过冷奥氏体；残余奥氏体；退火；正火；淬火；回火；淬火临界冷却速度；淬透性；淬硬性；调质处理。6-2马氏体组织有哪几种基本类型它们的形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？试述马氏体转变的基本特点。6-3.试比较索氏体和回火索氏体、马氏体和回火马氏体之间的形成条件、组织形态与性能上的主要区别。6-4.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织。6-5.什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？6-6.淬火钢中的残余奥氏体对工件性能有何影响？如何防止？6-7.为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度和硬度。6-8.亚共析钢、过共析钢正火加热温度范围是什么？低碳钢切削加工前和高碳钢球化退火前正火的目的是什么？6-9.亚共析钢的淬火加热温度是什么？加热温度过高或过低会产生哪些问题？6-10.过共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？6-11.水作为淬火介质有何优缺点？6-12.为什么通常碳钢在水中淬火，而合金钢在油中淬火？若合金钢在水中淬火会怎样？6-13.钢经淬火后为何一定要回火？钢的性能与回火温度有何关系？6-14.什么是钢的回火脆性？如何避免？6-15.为什么高频淬火零件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度均高于一般淬火？6-16.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。6-17.为什么一般情况下亚共析钢采用完全（奥氏体化）淬火，过共析钢采用不完全淬火？6-18.为减少钢件的淬火变形、防止开裂，从淬火方法上应采取哪些措施？6-19.45（Ac1=730℃，Ac3=780℃）钢制造的连杆，要求具有良好的综合机械性能，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。6-20.用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？6-21.钢经表面淬火或渗碳后，表层的残余应力是拉应力还是压应力？原因？6-22.一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？6-23.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些?影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？6-24.淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何选择？为什么选这个范围？6-25.什么是热处理？常见的热处理方法有几种？其目的是什么？6-26.淬火钢回火时，组织发生哪几个阶段的变化？6-27.不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？6-28.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织。（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。6-29.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。6-30.在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。6-31.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传动齿轮（2）T12钢制造铣刀.6-32.简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。6-33.什么叫退火？其主要目的是什么？6-34.淬火钢采用低温或高温回火各获得什么组织？其主要应用在什么场合？6-35.球化退火的目的是什么？主要应用在什么场合？6-36.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。6-37.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？6-38.说明共析钢C曲线各个区，各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。6-39.什么是临界冷却速度?它与钢的淬透性有何关系？6-40.正火和退火的主要区别是什么？生产中如何选择正火和退火？6-41.判断下列说法正误，并说明原因。（1）马氏体是硬而脆的相。（2）过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时，则冷速越大，所得马氏体的硬度越高；（3）钢中的合金元素含碳量越高，其淬火后的硬度也越高；（4）本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细；（5）同种钢材在同样的加热条件下，总是水冷的比油冷的淬透性好，小件的比大件的淬透性好。6-42.比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。6-43.什么是钢的退火？退火的主要方法？答案：将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。第7章工业用钢7-1.什么叫合金钢？常加入的合金元素有哪些？

与碳钢相比合金钢有哪些优点?为什么？7-2.试解释下列现象：

（1）Q345钢与Q235钢的含碳量基本相同，但前者的强度明显高于后者；（2）将20CrMnTi、20钢同时加热到950℃并保温一段时间，发现前者的奥氏体晶粒很细小而后者的奥氏体晶粒粗大。

7-3.什么叫水韧处理？为什么高锰钢具有优良的耐磨性？

7-4.下列零件及工具，如材料错用，在使用过程中会出现哪些问题？

（1）把

45钢当作20CrMnTi钢制造齿轮；（2）把T12钢当作W18Cr4V钢制造钻头；（3）把20钢当作60Si2Mn钢制造弹簧。

7-5.下列说法是否正确？如不正确，请予改正：

（1）对于大截面的碳素调质钢零件往往使用正火代替调质处理；

（2）碳素工具钢及合金刃具钢之所以常用于手工刀具，是由于它们的热硬性较差；

（3）在任何使用条件下，高锰耐磨钢都是耐磨的；

（4）Cr12MoV钢是不锈钢；（5）1Cr18Ni9钢低温下的塑性、韧性良好，因而适于作低温用材。

7-6.说明下列牌号钢的类型、碳及合金元素的含量、用途。

Q345、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCrl5、ZGMnl3-l、9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、1Cr13、1Crl8Ni9、5CrMnMo、1CrllMoV。7-7.合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？7-8.为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素?为什么要进行中温回火?7-9.简述高速钢的成分、热处理和性能特点、合金元素的作用及高速钢的热处理工艺特点。7-10.不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？7-11.试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。7-12.试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。性，并有利于热强性，提高淬透性。7-13.常见的合金结构钢有哪些?写出其牌号，说明其一般使用时的热处理状态(即最终热处理)和用途。7-14.合金元素在钢中的作用有哪些？7-15.低合金高强度结构钢与普通碳素结构钢相比在性能方面有何特点？7-16.提高金属耐蚀性的途径是什么？不锈钢中最主要的合金元素是哪一个元素？7-17.钢的质量为什么以磷，硫的含量来划分？7-18.加入钢中的合金元素的作用，举例。7-19.用W18Cr4V制作盘形铣刀，安排其加工工艺路线，各热加工工序的目的及使用状态下的组织。7-20.说明碳素结构钢成分特点，常用热处理方法及使用状态下的组织和用途。7-21.说明下列牌号中Cr，Mn的作用。7-22.材料库中：42CrMo，GCr15，T13，60Si2Mn.要做锉刀，齿轮，汽车板簧选，材热处理方法及组织。7-23.为什么合金钢的淬透性比碳素钢好？7-24.20CrMnTi与T12钢的淬透性与淬硬性差别原因。第8章铸铁8-1.什么叫做石墨化？影响石墨化的因素有哪些？说明铸铁各阶段石墨化过程中的组织变化。8-2.试述石墨形态对铸铁性能的影响。8-3.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？

8-4.灰口铸铁在性能上特点，为什么用在机床床身。8-5.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？8-6.简述灰口铸铁的性能特点。8-7.与灰口铸铁相比，球墨铸铁的机械性能有哪些特点？8-8.与钢相比，灰口铸铁有哪些优缺点？8-9.指出下列铸件采用铸铁种类和热处理方式，说明。（1）机床床身；（2）柴油机曲轴：；（3）液压泵壳体；（4）犁铧；（5）冷冻机缸套；（6）球磨机衬板。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？8-11..指出普通灰口铸铁与球墨铸铁在石墨形态、机械性能和应用方面的主要区别。8-12.指出下列牌号铸铁的类别、用途及主要性能指标：（1）HT150

；（2）HT250；（3）

KTH350-10；（4）KTZ550-04

；（5）

QT420-10

。8-13.灰铸铁的热处理有哪些？各有何目的？生产中出现下列不正常现象，应采取什么有效措施予以防止或改善？

（1）灰铸铁磨床床身铸造以后立即进行切削，在切削加工后发生过量的变形；（2）灰铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。

8-14.球墨铸铁是如何获得的？常用的球化剂有哪些？与钢相比，球墨铸铁在性能上有何特点？

8-15.球墨铸铁常用的热处理方法有哪些？各有何目的？已知球墨铸铁的原始组织为“铁素体+珠光体+自由渗碳体+球状石墨”，若要获得下述组织，各应采取什么热处理方法？

8-16.可锻铸铁是如何获得的？与灰铸铁及球墨铸铁相比，可锻铸铁有何特点？

8-17.什么叫耐热铸铁？如何提高铸铁的耐热性？耐热铸铁有何用途？

8-18.什么叫耐蚀铸铁？如何提高铸铁的耐蚀性？耐蚀铸铁有何用途？

8-19.下列说法是否正确？为什么？

（1）可通过热处理来明显改善灰铸铁的力学性能；（2）可锻铸铁因具有较好的塑性，故可进行锻造；（3）白口铸铁硬度高，可用于制造刀具；（4）因片状石墨的影响，灰铸铁的各项力学性能指标均远低于钢。

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.

试为下列零件选择合适的铸铁：

（1）机床床身；（2）汽车发电机曲轴；（3）弯头；（4）钢锭模；（5）机床导轨；（6）球磨机磨球；（7）加热炉底板；（8）化工阀门。

8-21.试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点？8-21.下列牌号灰口铸铁的类别、数字含义及用途。HT200；KTH350-10；KTZ700-02；QT600-3；RuT420。第9章有色金属及其合金9-1.名词解释：时效强化；自然时效；人工时效；硅铝明；紫铜；黄铜；青铜；巴氏合金。9-2.什么是有色金属材料？常用的有色金属材料有哪些？

9-3.简述纯铝的特性。

9-4.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

9-5.何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？

9-6.简述铸造铝合金的性能及用途。

9-7.铝合金可以分为哪几类？强化方式有哪些？9-8.简述纯铜的性能。

9-9.主加元素锌含量对黄铜的力学性能有何影响？

9-10.简述纯钛的特性。9-11.钛金属的优点是什么？钛合金有哪几类？

9-12.滑动轴承合金应具备哪些性能？

9-13.简述轴承合金的性能特点。

9-14.铅基轴承合金与锡基轴承合金相比，有哪些优缺点？

9-15.指出下列牌号（或代号）的具体名称、其中字母及数字的含义。

1A50，2A11（LY11），ZAlSi12（ZL102），T3，HPb59-1，H68，ZCuZn16Si4，QSn4-4-2.5，QBe2，ZCuAl10Fe3Mn2，TA5，TC4，ZSnSb11Cu6，ZPbSb10Sn6第10章非金属材料10-1.高分子材料的主要性能特点是什么？10-2.塑料的主要成分是什么？10-3.为什么ABS塑料种类繁多且性能优良？10-4.试比较ABS、尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯的性能，说明它们的特点及应用场合。10-5.热塑性塑料和热固性塑料有何不同？10-6.有机胶和无机胶分别有何特点？10-7.试比较氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷的性能特点。第11章材料的选用及其工艺路线分析11-1.什么是零件的失效？常见的失效形式和原因有哪些？11-2.材料选用应注意哪些基本原则？分析说明如何根据机械部件的服役条件选用钢的含碳量和组织状况？11-3.汽车半轴要求具有良好的强韧性，且杆部、花键处硬度要求硬度≥52HRC。现选用40Cr钢制造，其工艺路线如下：下料（棒料）→锻造毛坯→热处理①→校直→粗加工→热处理②→精加工→热处理③、④→磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明杆部、花键处的最终热处理组织。11-4.一般精度的GCr15滚动轴承套圈，硬度60~65HRC。（1）压力加工成形后、切削加工之前应进行什么预备热处理？其作用是什么？（2）该零件应采用何种最终热处理？有何作用？11-5.用W18Cr4V

W6Mo5Cr4V2Al钢制造铣刀，其加工工艺路线为：下料→锻造毛坯→热处理①→机械加工→去应力退火→热处理②、③→磨削。请指出其工艺过程路线中热处理方法、目的及组织。11-6.机床床头箱传动齿轮，45钢，模锻制坯。要求齿部表面硬度52～56HRC，齿轮心部应具有良好的综合机械性能。其工艺路线为：下料→锻造→热处理①→机械粗加工→热处理②→机械精加工→齿部表面热处理③+低温回火→精磨。指出热处理①、②、③的名称及作用11-7.用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，要求齿面硬度为58~62HRC，心部硬度为35~40HRC。其工艺路线为：下料→锻造→热处理①→机械加工→热处理②、③、④→喷丸→磨削。（1）指出热处理①、②、③、④的名称及作用（2）齿轮表层和心部的最终组织是什么？11-8.普通车床主轴要求具有良好的强韧性，轴颈处硬度要求48~52HRC。现选用45钢制造，其工艺路线如下：下料→锻造→热处理①→粗切削加工→热处理②→精切削加工→轴颈热处理③、④→磨削指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明轴颈处的最终热处理组织。11-9.车床主轴要求轴颈部位硬度为54~58HRC，其余地方为20~25HRC，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工。指出：（1）主轴应用的材料；（2）正火的目的；（3）调质目的；（4）表面淬火目的；（5）低温回火目的及工艺。11-10.（1）某机床主轴选用45钢锻造毛坯，要求有良好的综合机械性能且轴径部分要耐磨（HRC

50-55），试为其编写简明的工艺路线，并说明各热处理工序的作用。（2）一批45钢小轴因组织不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺：①缓慢加热至700℃，经长时间保温后随炉冷至室温；②缓慢加热至840℃，经长时间保温后随炉冷至室温；③缓慢加热至1100℃，经长时间保温后随炉冷至室温；试说明上述三种工艺会导致小轴组织发生何变化？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？11-11.选择下列零部件的材料，并简要说明理由。（1）机床主轴；（2）成型车刀；（3）医疗手术刀；（4）内燃机火花塞；（5）冷凝管；（6）赛艇身；（7）燃气轮机主轴；（8）发动机活塞环。11-12.分别用45钢和15钢制造机床齿轮，要求齿表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韧性.安排工艺路线，热处理工序目的及使用状态下的组织。11-13.已知某轴的材料为45钢，其生产工艺路线为：下料→锻造→预备热处理→切削加工→最终热处理→精加工→装配请说明各道热处理工序的名称及作用。11-14.为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造？11-15.有一传动轴(最大直径φ20mm)受中等交变拉压载荷作用要求沿截面性能均匀一致，（1）选择合适的材料；（2）编制简明工艺路线；（3）说明各热处理工艺的主要作用；（4）指出最终组织.可供选择材料：16Mn，20CrMnTi，45，40Cr，40CrNiMo，T12，”6”，”5”11-16.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，并且钢材具有足够的淬透性）：（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC50-55），材料选用45钢；（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。11-17.分别用45钢和15钢制造机床齿轮，要求齿表面具有高的硬度和耐磨，心部具有良好的韧性.安排工艺路线，热处理工序目的及使用状态下的组织。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（σs）：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（σ0.2）：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σ0.2。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：δ=43%，ψ=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，α=β=γ=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+8×1/8＝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)×8+6×(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)×12+2×(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，ΔF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：L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+e→P+γ+α。室温组织：P+α1.2%C：L→L+γ→γ+二次渗碳体→二次渗碳体。室温组织：P+二次渗碳体。3.0%C：L→L+γ→L+γ+Le→γ+Le+二次渗碳体→P+γ+二次渗碳体+一次渗碳体→Le’+二次渗碳体+P。室温组织：Le’+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α-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使α-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α-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（≥Ac3），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α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；错，马氏体硬度取决于含碳量，与冷却速度无关；错，合金元素对淬透性的影响大，但对硬度影响小；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；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：W18

Cr4V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W、Cr、V、Mo等合金元素。加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。铬的碳化物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W、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，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铬的可能，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，避免晶界贫铬，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：锉刀：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+二次渗碳体；钢的组织为珠光体+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350

Mpa、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550

Mpa、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420

Mpa、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，