则S0=F/Rp0.2=（28×103）/330=0.085×10-3=85mm2
答：
横截面积为85mm2。
7.现有一串钻探钢管材料悬挂在一被钻探的油井中，设钢管的横截面积为25cm2，钢的密度为7.8g/cm3，由于钢管的自重而产生的应变为0.00083，求该油井的深度。
E=210000Mpa
已知：
S0=25cm2=25×10-4m2,重力加速度g=9.81m/s2,钢管密度ρ=7.8t/m3=7.8×103kg/m3,
E=210000Mpa=210000×106pa,ε=0.00083。
求：
井深L
解：
设钢管自重F=ρgS0L0,则σ=F/S0=（ρgS0L0）/S0=ρgL0
ε=σ/E=（ρgL0）/E,因此L0=（εE）/（ρg）
△L=εL0=ε〔（εE）/（ρg）〕
L=L0+△L=（1+ε）L0=（1+ε）〔（εE）/（ρg）〕=（1+0.00083）×〔（0.00083×210000×106）
/（7.8×103×9.81）〕=2280m。
答：
井深2280m。
8．设上题中钢管材料的屈服强度为400Mpa，在要求安全系数的情况下，该规格的钻管能钻到多大的井深？
已知σ=Rp0.2/2=400/2=200Mpa=200×106pa,
重力加速度g=9.81m/s2,钢管密度ρ=7.8t/m3=7.8×103kg/m3,E=210000Mpa=210000×106pa。
求：
可钻井深L
解：
设钢管自重F=ρgS0L0，则σ=F/S0=（ρgS0L0）/S0=ρgL0
求得L0=σ/（ρg）
因为△L=εL0，ε=σ/E=200×106/210000×106=9.52×10-4,
所以L=L0+△L=（1+ε）L0=（1+ε）σ/（ρg）=（1+9.52×10-4）×200×106/（7.8×103×9.81）=2616m。
答：
可钻井深2616m。
9.现将4454N的载荷分别悬挂在直径均为6.4mm的钢线材和铝线材上，问在这两种线材中产生的轴向应变各多大？
（硬铝的密度为2.7g/cm3,E钢=210000Mpa,E铝=72400Mpa）
已知：
F0=4454N，d0=6.4mm,
E钢=210000Mpa,E铝=72400Mpa，线材自重忽略不计
求：
ε钢、ε铝
解:
将S0=（π/4）d02，σ=F/S0,代入ε=σ/E={F/〔（π/4）d02〕}/E
则ε钢=σ/E={F/〔（π/4）d02〕}/E钢
={4454/[（3.14/4）×6.42]}/210000=0.00066；
ε铝=σ/E={F/〔（π/4）d02〕}/E铝
={4454/[（3.14/4）×6.42]}/72400=0.00191
答：
钢、铝线材应变分别为0.00066、0.00191。
10.现用屈服强度为358.8Mpa的铸铝公路防护栏来代替屈服强度为690Mpa的钢制公路防护栏（钢的密度为7.8g/cm3、铝的密度为2.7g/cm3）问：
（1）新防护栏的横截面积应较原来的大多少倍？
已知：
Rp0.2铝=358.8Mpa,Rp0.2钢=690Mpa
求：
S0铝/S0钢
解：
依据Rp0.2铝=F0.2/S0,Rp0.2铝/Rp0.2钢=（F0.2铝/S0铝）/（F0.2钢/S0钢）
由此可得S0铝/S0钢=（F0.2铝/RP0.2钢）/（F0.2钢/Rp0.2铝）
当载荷F达到F0.2铝时铝开始出现屈服产生塑性变形，即F=F0.2铝=F0.2钢，所以s0铝/s0钢=Rp0.2钢/Rp0.2铝=690/358.8=1.92
答：
铝比钢护栏横截面积增大了1.92倍。
（2）新防护栏的相对重量百分比降低了多少？
已知：
s0铝/s0钢=1.92，钢ρ钢=7.8g/cm3,铝ρ铝=2.7g/cm3
求：
W铝/W钢
解：
依据重量W=ρgS0L0,则W铝/W钢=（ρ铝gS0铝L0）/（ρ钢gS0钢L0）=（S0铝/S0钢）（ρ铝/ρ钢）=1.92×（2.7/7.8）=0.67%
答：
铝比钢护栏相对重量降低了67%
（3）你能否预见采用这种新防护栏后会产生哪些问题？
答：
横截面积增大了1.92倍，增大了占地面积，减少公路有效宽度。
11．下列硬度标注的方法是否正确？
为什么？
（1）HBS250—300（错）
（2）600—650HBS（对）
（3）5—10HRC（对）
（4）HRC70—75（错）
（5）HV800—850；（错）
（6）800—850Hv。
（错）
因为标记方法不正确，应该硬度符号大写，数值在字母前面。
12.采用何硬度试验方法？
（1）锉刀洛氏硬度HRA；
（2）黄铜轴套洛氏硬度HRB或布氏硬度HBS；
（3）供应状态的各种碳钢钢材布氏硬度HBS；
（4）硬质合金刀片洛氏硬度HRA；
（5）耐磨工件的表面硬化层维氏硬度HV；
13.甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBW，比较四种材料的硬度高低？
答：
查表计算得甲45HRC=436HV；乙90HRB=183HV；丙800HV；丁240HBW=240HV。
则：
丙＞甲＞丁＞乙。
15．为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？
交变应力与重复应力区别何在？
举例出一些零件在工作中分别存在这两种应力的例子。
答：
疲劳断裂的危险性：
疲劳断裂都是突然发生的，很难事先觉察到，故具有很大的危险性。
交变应力与重复应力的区别：
交变应力是载荷由大到小与方向作交替变化（如齿轮），重复应力只有一种不断重复的载荷（如弹簧）。
16.现有两端固定（不能自由伸缩）的钢索一根，设钢索的热膨胀系数为α=12.1×102m/（m·℃），问该钢索从40℃冷却到室温25℃后所产生的应力σ多大？
（弹性模量E=210000Mpa）
已知：
E=210000Mpa，α=12.1×10-6m/（m·℃）,△T=40℃-25℃=15℃
求：
σ？
解：
σ=Eα△T=210000×12.1×10-6×15=38.115Mpa
答：
该钢索从40℃冷却到室温25℃后所产生的应力为38.115Mpa。
第三章金属与合金相图P50
4、为什么铸件的加工余量过大，会使加工后的铸件强度降低?
答；因为铸件表面冷却速度快，可获得一层晶粒较细的组织，如果铸件的加工余量过大，就会漏出粗大的晶粒，所以会使加工后的铸件强度降低。
10.现有形状、尺寸完全相同的四块C=0.2%。
C=0.40%、C=1.2%、C=3.5%平衡状态的铁碳合金，根据所学知识，可有哪些方法区别?
答;一是用切削加工方法，C=0.2%铁碳合金粘刀、C=0.4%铁碳合金切削加工性能好、C=1.2%铁碳合金切削刀具易磨损、C=3.5%铁碳合金切削不动。
二是用硬度测量方法，C=0.2%铁碳合金硬度最低、C=0.40%铁碳合金硬度适中、C=1.2%铁碳合金硬度高、C=3.5%铁碳合金硬度最高。
三是用金相检验方法，C=0.2%铁碳合金的金相组织为F（量最多）和P（层状、量最少）、C=0.40%铁碳合金的金相组织为F（量较多）和P（层状、量较少）、C=1.2%铁碳合金的金相组织为P（层状）Fe3C（网状、量最少）、C=3.5%铁碳合金的金相组织为P、Fe3CⅡ和L′d。
四是用化学分析方法测定含碳量直接进行区分。
12、为什么绑扎物件一般用铁丝（低碳钢）？
而起重机吊重物用钢丝绳（60、65、70、75）？
答；铁丝（低碳钢）塑性好。
钢丝绳（60、65、70、75）不仅强度高而且塑性、韧性综合性能好。
第五章钢的热处理
3比较下列情况45、T12钢硬度，并说明原因
（1）45钢加热到700℃后，投入水中快冷；
答：
属于亚共析钢在A1（727℃）线以下，组织组分为F+P、淬火后组织不变，硬度数值较低。
（2）45钢加热到750℃后，投入水中快冷；属于亚共析钢在A1（727℃）线以上、A3线以下，组织组分为F+A、淬火后组织为F+M，硬度数值较高。
（3）45钢加热到840℃后，投入水中快冷；
答；属于亚共析钢在A3线以上，组织组分为单相A、淬火后为M组织，硬度数值高、可达52-60HRC。
（4）T12钢加热到700℃后，投入水中快冷；
答：
属于过共析钢在A1（727℃）线以下，组织组分为P+Fe3CⅡ（粒状）、淬火后组织不变，硬度数值并不是很高。
（5）T12钢加热到750℃后，投入水中快冷；
答：
属于过共析钢在A1（727℃）线以上，Acm线以下，组织组分为A+Fe3CⅡ（粒状）、淬火后组织为M+Fe3CⅡ（粒状）,硬度高，性能最好。
（6）T12钢加热到900℃后，投入水中快冷；
答：
属于过共钢析在Acm线以上,组织组分为A。
淬火后组织M+Fe3CⅡ（网状），性能变差，硬度也不是很好。
４.指出下列钢件正火的目的及组织：
（１）20钢齿轮；
答：
属于亚共析低碳钢金相组织为F+P，正火的目的是使珠光体量增加且片层间距变细、硬度提高、改变切削加工性。
（2）45钢小轴；
答：
属于亚共析钢金相组织为F+P，正火的目的是预先热处理，消除内部组织缺陷、减少淬火时的变形倾向。
（3）T12钢锉刀；
答：
属于过共析钢金相组织为P和网状Fe3CⅡ,正火的目的消除过共析钢网状Fe3CⅡ，因为正火冷却速度比较快，Fe3CⅡ来不及沿晶界呈网状析出。
5.为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度？
答：
主要在于正火的冷却速度较快，过冷度较大，因而发生了伪共析转变，使组织中珠光体量增多，片层间距变小。
由于正火与退火后钢的组织存在差别，所以正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高，且塑性也并不降低。
6.将C=1.0%、C=1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，问：
（1）淬火后各是什么组织？
答：
C=1.0%、C=1.2%的碳钢都属于过共析钢淬火后组织M+Fe3CⅡ（粒状）。
（2）淬火后马氏体的含碳量及硬度是否相同，为什么?
答：
马氏体的含碳量不同，C>0.6%后强度和硬度几乎相同。
（3）哪一种钢淬火后的耐磨性更好些，为什么？
答：
因为C=1.2%比C=1.0%的碳钢Fe3CⅡ（粒状）多，所以C=1.0%的碳钢耐磨性好。
7现有20、45、T8、T12钢的试样一批，分别加热到780℃、840℃、920℃后各得到什么组织？
然后在水中淬火后各得到什么组织？
淬火马氏体中含碳量各是多少？
这四种钢最合适的淬火温度分别应是什么温度？
答：
（1）加热后组织、淬火后组织：
780℃：
20、45钢加热到780℃后组织为F+A、淬火后组织为F+M,淬火马氏体中含碳量各是：
T8、T12钢加热到780℃后组织为A+Fe3CII（粒状）、淬火后组织M+Fe3CII（粒状）。
840℃：
20钢加热到840℃后组织为F+A、淬火后组织为F+M，45钢加热到840℃后组织为单相A、淬火后为M组织，T8加热到840℃后组织为A、淬火后组织M+Fe3CII（网状），T12钢组织加热到840℃后组织为A+Fe3CII（粒状）、淬火后组织M+Fe3CII（粒状）。
920℃：
20、45钢加热到920℃后组织为单相A、淬火后为M组织，T8、T12加热到920℃后组织为A、淬火后组织M+Fe3CII（网状）。
（2）淬火马氏体中含碳量就是转变前奥氏体中的含碳量：
20钢F相对量=（0.77-0.2）/（0.77-0.0218）=76.18%，F含碳量=76.18%*0.0218%=0.0166%，则M含碳量=0.2%-0.0166%=0.1834%；45钢F相对量=（0.77-0.45）/（0.77-0.0218）=42.77%，F含碳量=42.77%*0.0218%=0.0093%，则M含碳量=0.45%-0.0093%=0.4407%
T8钢Fe3CII相对量=（0.8-0.77）/（6.69-0.77）=0.5068%，Fe3CII含碳量=0.5068%*6.69%=0.0339%，则M含碳量=0.8%-0.0339%=0.7661%;
T12钢Fe3CII相对量=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）=7.2635%，Fe3CII含碳量7.2635%*6.69%=0.4859%，则M含碳量=1.2%-0.4859%=0.7141%；
（3）20、45钢属于亚共析钢加热最适合的淬火温度t=Ac3+30－70℃，故为920℃；T8、T12钢属于过共析钢加热最适合的淬火温度t=Acl+30－70℃，故为780℃。
8.有一批35钢制成的螺钉，混入T10和10钢，若仍按35钢进行淬火、回火热处理时，能否达到要求？
为什么？
答：
不能。
35为中碳钢属于亚共析钢，淬火温度t=Ac3+30－70℃、35（中碳钢）高温回火（500－600℃）可获得回火索氏体、10为低碳钢，高温回火不能获得回火索氏体组织，T12钢属于过共析钢，淬火温度t=Acl+30－70℃、获得组织不能满足性能要求。
9.有一批T12钢制成的丝锥，混入45钢，问：
（1）若仍按T12钢进行热处理，能否达到要求？
为什么？
答：
不能。
T12钢属于过共析钢，淬火温度t=Acl+30－70℃、低温回火（150－250℃）可获得硬度高且耐磨性好的回火马氏体，45为属于亚共析钢不能获得回火马氏体组织。
（2）若按45钢进行热处理，能否达到要求？
为什么？
答：
不能。
45属于亚共析钢，淬火温度t=Ac3+30－70℃、高温回火（500－600℃）可获得强度、硬度和塑性、韧性综合性能好的回火索氏体，T12钢属于过共析钢，不能获得回火索氏体组织。
10.淬火内应力是怎么产生的？
与哪些因素有关？
答：
内应力分为热应力与相变应力，热应力是由于工件在加热和冷却时内外温度不均匀、热胀冷缩先后不一致所造成的；相变应力是由于热处理过程中工件各部位相转变的不同时性所引起的应力。
内应力与锻造、预先热处理、淬火、回火等工艺及工件的结构等因素有关。
11.退火与回火都可以消除钢中内应力，两者能否通用？
为什么？
答：
不能。
去应力退火主要是在保温时消除钢中残余内应力，在退火过程中并没有相变发生。
回火是通过相变将淬火马氏体、残余奥氏体等不稳定组织转变为不同的稳定回火产物，从而消除钢中内应力。
12.45钢经调质热处理后硬度为240HBS,若再进行200℃回火能否提高硬度？
为什么？
45钢经淬火、低温回火后硬度为57HRC，若再进行560℃回火能否降低硬度？
为什么？
答：
45钢调质后获得回火索氏体（其渗碳体呈粒状）稳定的组织，若再进行200℃低温回火，组织无变化，硬度保持240HBS基本不变。
45钢经淬火、低温回火后获得回火马氏体，若再进行560℃回火，便可获得回火索氏体，使硬度为57HRC降低到240HBS。
13.45钢经调质热处理后硬度为220-250HBS，能否依靠减慢回火的冷却速度降低硬度？
能否依靠增加回火的冷却速度提高硬度？
并说明原因。
答：
不能。
回火温度和时间是决定回火后硬度的主要因素，回火的冷却速度对碳钢的性能影响不大。
14.制订T12AM12丝锥热处理工艺（要求刃部60-62HRC、柄部30-40HRC）
答；热处理方法、加热温度及冷却方法为T12A属于过共析钢,第一步首先需要进行球化退火,加热温度T=Ac1+10-20℃=750-770℃,保温一定时间快冷却（炉冷速度30-50℃/h）到稍低于Ar1（680-700℃）、经较长时间等温，然后冷却至600℃再出炉空冷。
第二步进行淬火热处理，加热温度t=Ac1+30-70℃=780℃,保温一定时间，然后整体入水淬水冷却。
第三步进行低温回火热处理，加热温度t=150-250℃，保温一定时间后然后空冷到室温。
第四步对柄部进行感应快速加热高温回火热处理（500-650℃），以降低柄部硬度、提高韧性使之达到30-40HRC。
15.T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线（如图15附图），若在620℃进行等温转变，并经不同时间保温后，按1、2、3、4冷却速度冷至室温可获得什么组织？
然后再进行中温回火，又获得什么组织？
答：
室温组织是冷却速度1为M+残余A，冷却速度2为S+T+M+残余A,冷却速度3为S，冷却速度4为S。
16.锉刀5mmT12经球化退火、780℃淬火、160℃回火硬度5HRC，火焰加热一端保温15分钟后，立即整体淬水，950、780、700、600、20℃各部位的组织与硬度？
答：
从P86图5-38查出950℃加热后组织为A，淬火后组织为淬火M+残余A，查P79图5-29硬度为67HRC；780℃加热后组织为A+Fe3C（粒状），淬火后组织为淬火M+残余A+Fe3C（粒状），硬度为HRC；因为在600℃以下F仍保留原来M的形态、超过600℃以上F发生再结晶，其形态由原来的板条或片状变为多边形晶粒，所以700℃加热后组织为F（多边形晶粒状）+Fe3C（粒状），淬火后组织为回火P，查P73图5-13硬度为16HRC（160HBS）；600℃加热后组织为F（板条或片状）+Fe3C（粒状），淬火后组织为回火S，硬度为200-330HBS；20℃加热后组织为回火M，淬火后组织为回火M，硬度为58-64HRC；
17、6mm45钢圆棒，经840℃加热淬火，硬度55HRC（未回火），火焰加热一端各点温度950、840、750、550、150℃。
（1）45钢加热温度下各部位的组织？
答：
950、840℃加热后组织为A，750℃加热后组织为A+F（多边形晶粒状），550℃加热后组织为F（板条或片状）+Fe3C（粒状），150℃加热后组织为回火M+残余A。
（2）45钢缓冷室温后各部位的组织？
答：
950、840℃加热后组织为A，其缓冷至室温组织为P+F；750℃加热后组织为A+F、其缓冷至室温组织为P+F；550℃加热后组织为F+Fe3C（粒状）、其缓冷至室温组织为回火S，因为热处理为淬火状态并未回火，所以室温组织中有残余A存在。
故150℃加热后组织为回火M+残余A、其缓冷至室温组织为回火M+残余A。
（3）45钢水淬快冷室温后各部位的组织？
答：
950、840℃加热后组织为A，淬火后组织为淬火M+残余A；750℃加热后组织为A+F，淬火后组织为淬火M+残余A+F；550℃加热后组织为F+Fe3C（粒状），淬火后组织为回火S；150℃加热后组织为回火M+残余A，淬火后组织为回火M+残余A；
18、淬火温度的钳工凿子刃部投入水中急冷，然后出水停留一定时间，再整体投入水中冷却。
分析这先后两次水冷的作用。
答：
将淬火温度的钳工凿子刃部投入水中急冷目的是为了获得强度高、硬度大的M组织、其它部位留在空气中空冷目的是为了获得塑性和韧性好的组织；停留一定时间，再整体入水冷却到室温，目的是为了减少相变应力、防止产生变形开裂。
19.零件调质处理的效果与钢材的淬透性有何关系？
同一钢材，当调质后和正火后的硬度相同时，两者在组织与性能上是否相同？
为什么？
答：
淬透性好的钢，调质后可获得均匀的S组织、其渗碳体呈粒状分布，故性能较好;淬透性差的钢，调质后层片状渗碳体组织存在，故性能较低。
同一钢材，当调质后和正火后的硬度相同时，两者在组织与性能上也不相同。
因为调质处理后可获得回火S组织，其渗碳体呈粒状分布；而正火处理后得到的S组织中，其渗碳体呈层片状。
因此，同一钢材经调质后不仅强度高、而且塑性与韧性更显著地超过了正火状态。
20.区别钢的淬硬性、淬透性与淬硬深度，并分别指出影响因素。
答：
钢的淬透性是指淬火时能获得淬硬深度的能力，它是钢材本身固有的属性。
钢的淬硬深度是工件表面测量半M区的垂直距离。
钢的淬硬性是钢在淬火后能达到最高硬度的能力，它主要取决于M的含碳量。
不同钢材制成相同形状和尺寸的工件，在同样条件下淬火，淬透性好的钢，其淬硬深度较深，可淬硬性不一定高；淬透性差的钢，其淬硬深度较浅。
21.用同一钢材制成尺寸不同的两个零件，试问：
（1）它们的淬透性是否相同？
为什么？
答：
用同一钢材制成尺寸不同的两个零件，它们的淬透性不相同。
因为，表层部分冷却速度大于M临界冷却速度，淬火后获得M组织，在距离表面深处的冷却速度小，有可能出现非M组织。
（2）采用相同的淬火工艺，两个零件淬硬深度是否相同？
为什么？
答：
用同一钢材制成尺寸不同的两个零件，采用相同的淬火工艺，淬硬深度不相同。
因为，在相同的A化条件下，同一种钢材淬透性是相同的，但淬硬深度却随工件的形状、尺寸和冷却介质的冷却能力不同而变化。
22.分析是否正确？
为什么?
（1）过冷A的冷却速度愈快，钢冷却后硬度愈高；正确，因为
升级会员 