工程材料习题解答讲课讲稿Word格式文档下载.docx

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金属晶体内原子排列总体上规则重复，常见体心、面心、密排六方三各晶格类型。

但也存在不完整的地方，即缺陷，按几何形态分为点、线、面缺陷。

3-1如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；

（1）金属模浇注与砂模浇注；

（2）高温浇注与低温浇注；

（3）铸成薄壁件与铸成厚壁件；

（4）浇注时采用振动与不采用振动；

（5）厚大铸件的表面部分与中心部分。

1前小；

2后小；

3前小；

4前小；

5前小；

3-2下列元素在α—Fe中形成哪种固溶体？

Si，C，N，Cr，Mn，B，Ni

间隙：

C，N，B置换：

Si，Cr，Mn，Ni

3-6为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金?

为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?

共晶成分的合金恒温结晶，流动性好，适合铸造。

单相固溶体成分的合金，塑性好。

３-补１、什么叫固溶体相？

其结构有何特点？

性能如何？

在合金中有何作用？

举一例说明。

组成固态合金的组元相互溶解形成的均匀结晶相。

结构：

保持溶剂的晶格不变，溶质以原子分散于溶剂晶格中，成分不固定，A（B）表示。

性能：

强度较纯溶剂金属大，塑性、韧性较好。

作用：

合金中为基本相，作基体相。

举例：

如碳钢中的铁素体F。

３-补2、已知A熔点600度与B熔点500度，在液态无限互溶；

在固态300度时，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度时，含40%B的液态合金发生共晶反应。

现要求：

（1）、作出A--B合金相图；

（2）、注明各相区的组织。

4-4简要比较液态结晶、重结晶、再结晶的异同之处。

同：

都是结晶，需要△T，有形核、长大过程。

异：

液态结晶，液→固，△T可小些，无序→有序，相变。

重结晶，固→固，△T较大，有序→有序，相变。

再结晶，只有变形金属才可再结晶，是晶格畸变减轻、消失，破碎晶粒→完好晶粒，不是相变。

4-5金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？

只有变形金属才可再结晶，储存能量是产生再结晶的前提。

4-8、钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？

钨的再结晶温度是：

（3410＋273）×

0.4-273＝1200℃

∵加工温度小于再结晶温度，∴属于冷加工

锡的再结晶温度是：

（232＋273）×

0.4-273＝-33℃

∵加工温度大于再结晶温度，∴属于热加工

4-9用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想?

为什么?

（1）用厚钢板切成圆板，再加工成齿轮

（2）用粗钢棒切下圆板，再加工成齿轮；

（3）将圆棒钢材加热，锻打成圆饼，再加工成齿轮。

（4）下料后直接挤压成形。

第四种。

下料后直接挤压成形，保留纤维组织。

4-１０、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

５-１、分析含碳量ＷC分别为0.2%、0.45%、0.8%、1.2%的铁碳合金在极缓慢冷却时的组织转变过程，绘出室温组织示意图并在图上标出组织组成物名称。

1.2%：

A-F+A-F+P

1.45%：

1.8%：

A-P

2.2%：

A-Fe3C+A-Fe3C+P

5-2分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处。

性能

一次渗碳体从液态中析出，为长条状。

二次渗碳体从Ａ中析出，为网状。

三次渗碳体从Ｆ中析出，为点状。

共晶渗碳体与Ａ共晶反应生成，为块状。

共析渗碳体与Ｆ共析反应生成，为长条状。

5-4某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分．现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体占80％（体积分数）。

问此钢中碳的质量分数大约为多少？

组织为珠光体和铁素体，所以是亚共析钢，C全在P中，Wc=0.77%×

20%=0.154%

５-3根据铁碳相图计算：

（１）室温下，Ｗc为0.2％的钢中珠光体和铁素体的相对量；

（2）室温下，Ｗc为１.2％的钢中珠光体和二次渗碳体的相对量；

（3）727℃共析反应刚完成时，珠光体中铁素体和渗碳体的相对量；

（4）Wc为1．2%的钢在1400℃、1100℃和800℃时奥氏体中的含碳量；

（5）铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大质量分数。

（1）WP=0.2/0.77=26%WF=（0.77-0.2）/0.77=74%

（2）WP=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）=92.7%

WFe3CⅡ=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）=7.3%

（3）WF=（6.69-0.77）/6.69=88%

WFe3C=0.77/6.69=12%

（4）1400℃为L+A，A中C%>

1.2%

1100℃为A，A中C%=1.2%

800℃为A+Fe3C，A中C%<

（5）WFe3CⅡMAX=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）=22.6%

WFe3CⅢMAX=（0.0218-0.0008）/（6.69-0.0008）=0.3%

５-5已知铁素体的硬度为80HBS，渗碳体的硬度为800HBw，根据两相混合物的合金性能变化规律，计算珠光体的硬度。

为什么实际侧得的珠光体的硬度都要高于此计算值?

WF=（6.69-0.77）/6.69=88%

HB≈88%×

80+12%×

800＝166.4

渗碳体的强化作用。

5-6现有形状和尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的含碳量Ｗc分别为0.20％、0.40％、1.2％、3.5％，根据你所学的知识可用哪些方法来区别它们?

硬度。

5-7根据铁碳相图解释下列现象：

（1）在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000—l250℃;

（2）钢铆钉一般用低碳钢制作；

（3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时的钢丝绳Ｗc分别为0.60％、0.65％、0.70％的钢等制成；

（4）在1100℃时，Wc＝0.4％的碳钢能进行锻造，而Mc＝4.0％的铸铁不能进行锻造；

（5）在室温下，现Wc＝0.8％的碳钢比Wc＝1.2％的碳钢强度高;

（6）Wc＝1.0％的碳钢比Wc＝0.5％的碳钢硬度高;

（7）钢适用于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。

（1）在Ａ区

（2）塑性好（3）前塑性好，后强度大（4）前在Ａ区，后含渗碳体多

（5）0.9％后强度下降（6）前含碳量大（7）前可成塑性好的Ａ，后共晶组织流动性好。

6补-1　示意画出共析碳钢的Ｃ曲线。

6补-2　钢Ａ化的过程怎样？

目的是什么？

过程――1、A形核；

2、A长大；

3、残余渗碳体溶解；

4、A成分均匀化。

目的――细小、均匀的A。

6补-3　根据Ｃ曲线分析高、中、低温转变的组织和性能。

1、高温转变（A1~550℃），P类转变，扩散型

粗P（A1~680℃）细P（680~600℃）－－Ｓ极细P（600~550℃）－－Ｔ

Ｐ层片间距越小，强度、硬度越高，塑性和韧性也变好。

2、中温转变（550~Ms240℃），B类转变，半扩散型。

B上（550~350℃），呈羽毛状；

B下（350~240℃），呈针片状

低温形成的B下，不仅具有高的强度、硬度和耐磨性，而且有良好的塑性和韧性。

3、低温转变（Ms~Mf），M类转变，无扩散型M是C在α—Fe中的过饱和间隙固溶体。

随着含碳增加，强度和硬度升高，低碳Ｍ不仅具有高的强度和硬度，而且有良好的塑性和韧性

6补-4　什么叫Ｍ？

Ｍ转变的条件和特点是什么？

M是C在α—Fe中的过饱和间隙固溶体。

M形成条件：

＞Vk，＜Ms

Ｍ转变特点：

①无扩散相变；

②速度极快；

③变温生成；

④转变不完全；

⑤Ａ内生成，先大后小。

6补-5　退火和正火的主要目的是什么?

1）调整硬度以便于切削加工；

2）消除残余应力，防止钢件在淬火时产生变形或开裂；

3）细化晶粒、改善组织以提高钢的力学性能。

4）为最终热处理作组织上的准备。

6补-6、回火的种类及其性能如何？

⑴.低温回火（<

200℃），得M回。

应力减小，硬度变化不大。

⑵.中温回火（300～400℃），得T回。

应力基本消除，强度、硬度降低，塑、韧性上升。

⑶.高温回火（>

400℃），得S回。

强度、硬度进一步降低，塑、韧性进一步上升。

6补-7、过共析钢淬火加热温度如何选择？

淬火加热后的组织是什么？

过共析钢淬火加热温度应为Ac1+30~50℃，如大于Accm，则完全A化，淬火后为M+A＇，无Fe3C对耐磨性不利，如Ac1+30~50℃，组织为A+Fe3C，淬火后为M+Fe3C+A＇少，满足要求，淬火加热后组织为A+Fe3C

6-2确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织

（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；

（2）ZG270—500的铸造齿轮；

（3）锻造过热的60钢锻坯；

（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。

（1）、再结晶退火，降低硬度，Ｆ＋Ｐ

（2）、完全退火，细化晶粒，Ｆ＋Ｐ

（3）、完全退火，细化晶粒，Ｆ＋Ｐ（4）、球化退火，使Fe3C球化，Ｐ＋粒Fe3C

６-3指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织。

20钢齿轮；

（2）45钢小轴；

（3）T12钢锉刀。

降低硬度，便于加工，Ｆ＋Ｐ

作为最终热处理，获得较好性能，Ｆ＋Ｐ

消除锻造应力，为后续工序准备，Ｐ＋Fe3C

6-５比较45钢分别加热到700℃、750℃和840℃水冷后硬度值的高低，并说明原因。

700℃时，组织为F+P，水冷为F+P750℃时，组织为F+A，水冷为F+M

840℃时，组织为A，水冷为M故加热温度高，水冷硬度高。

6-6现有一批丝锥，原定由T12钢制成，要求硬度为60～64HRＣ。

但生产时材料中混入了45钢，若混入的45钢在热处理时，

（1）仍按T12钢进行处理，问能否达到丝锥的要求?

（2）按45钢进行处理后能否达到丝锥的要求？

（1）不能达到要求。

45钢淬火加热温度>

A1时，组织为F+A，淬火后为F+M，软硬不均，耐磨性差。

（2）不能达到要求。

按45钢处理，淬火加热温度>

A3时，组织为A，淬火后获得粗针头M，韧性差，同时残余A体多，硬度不足，无Fe3C，耐磨性差。

6-7甲、乙两厂生产同一批零件，材料都是45A钢，硬度要求220~250HBS，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都能达到硬度要求。

试分析甲、乙两厂产品的组织和性能有何区别？

甲厂正火组织为F+S，Fe3C呈片层状。

乙厂调质组织为回火索氏体，Fe3C呈颗粒状。

在硬度相同的条件下，调质的塑性、韧性更好些，因此乙厂工艺较好。

6-8现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮。

分别进行整体淬火、渗碳淬火和高频感应加热淬火，试用最简单的办法把它们区分出来。

用测硬度方法区分。

低碳钢整体淬火组织为F，硬度低不均；

渗碳淬火得M+Fe3C（高C），硬度最高；

高频淬火为M（低C），硬度次之。

6-9现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高的硬度和耐磨性，试问应进行何种热处理?

并比较它们经热处理后在组织和性能上有何不同?

低碳钢：

渗碳后淬火+低温回火，表面达要求中碳钢：

淬火+低温回火，次之。

6-10某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：

备料－锻造－正火－粗机加工－调质－精机械加工－高频感应加热淬火＋低温回火－磨削，请说明各热处理工序的目的热处理后的组织。

正火――降低硬度，便于加工；

调质――获得良好综合性能；

高频淬火＋低温回火――表面获得高硬度和耐磨性。

6-11生产中经常把已加热到淬火温度的钳工凿子刃部投入水中急冷，然后出水停留一段时间，再整体投入水中冷却。

试分析这先后两次水冷的作用。

刃部入水急冷为淬火，得Ｍ＋Fe3C

出水停留一段时间为回火，得Ｍ’＋Fe3C

再整体投入水中，为抑制继续回火，保留回火组织。

7补-1、Me对淬火钢的回火转变有何影响？

1）提高回火稳定性；

2）产生二次硬化提高钢的淬透性；

3）有些Me影响高温回火脆性。

7补-2、总结Me在钢中的作用。

答:

Me存在钢中可以

1）强化F（Me在F中）；

2）提高淬透性（Me在A中）；

3）提高回火稳定性（Me在M中）；

4）细晶强化（形成稳定的的化合物）；

5）有些Me影响高温回火脆性。

7补-3、总结渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的性能要求，成分特点、热处理特点、最终组织及常用钢种。

一、渗碳钢

性能要求：

表面硬而耐磨，心部强韧。

成分特点：

低碳，Cr等。

热处理特点：

渗碳后淬火＋低温回火。

最终组织：

表面——M＇+碳化物+A＇少，心部——M＇或F+P。

常用钢种：

20、20Cr、20CrMnTi、18CrNiWA等

二、调质钢

性能要求：

综合性能好。

中碳，Cr、Mn、Si、Ni等。

淬火＋高温回火。

S＇常用钢种：

45、40Cr等

三、弹簧钢

弹性强度高，屈强比高。

高碳中低的的部分，Cr、Mn等。

淬火＋中温回火。

T＇常用钢种：

65Mn、60Si2Mn等

四、轴承钢

硬度高，耐磨性好，稳定。

高碳，Cr等。

淬火＋低温回火（淬火后冷处理，回火后时效）。

M＇常用钢种：

GCr15

7补-4、高速钢为什么要锻造？

锻造后如何处理？

得何组织？

打碎碳化物，成型。

锻造后等温退火，得S+碳化物。

7补-5、高速钢如何最终热处理？

是否属调质？

高温度的淬火，使尽可能多的C、Me溶入A中，以保证性能，但不让A长大。

高温度的回火多次，尽可能在二次硬化作用最强的温度范围内回火保证热硬性；

多次回火以尽量减少残余A的量，得使用状态组织为M＇+碳化物+A＇少

不属调质，因该处理得的组织不是S＇。

7补-6、不锈钢抗蚀性好的原因是什么？

A不锈钢有何特点？

Me加入后：

提高固溶体基体的电极电位；

⑵.形成均匀单相组织；

⑶.形成保护膜。

A不锈钢抗蚀性好，抗拉强度低，塑性好，但加工硬化倾向大，切削性差。

7补-7、某型号的柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（>

50HRC），而心部具有良好韧性，原来采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢以用完，只剩15钢，拟用15钢代替。

试说明：

原45钢各热处理工序的作用

改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求？

（3）改用15钢后，为达到所需要的性能，在心部强度足够的前提下，应采用何种工艺。

（１）45钢调质，获良好的综合性能表面淬火+低温回火，使表面获较高的硬度和耐磨性

（2）改用15钢后仍按原工艺，不能满足性能要求。

因15钢含C量低，调质后综合性能远不及45钢，特别是强度和硬度。

改用15钢后，应采用渗碳工艺，渗碳后淬火+低温回火处理，心部保持足够的强韧性，表面具有较高的硬度。

7补-8　要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织。

　　T10、65Mn、HT300、W6Mo5Cr4V2、GCr15Mo、40Cr、20CrMnTi、Cr12MoV、5CrMnMo

齿轮：

20CrMnTi渗碳钢；

C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<

1.5%；

渗碳＋淬火＋低温回火；

组织为回火马氏体。

连杆：

40Cr调质钢；

C%=0.4%,Cr<

调质处理（淬火＋高温回火）；

组织为回火索氏体。

弹簧：

65Mn弹簧钢；

C%=0.65%,Mn<

淬火＋中温回火；

组织为回火托氏体。

冷冲压模具：

Cr12MoV冷变形模具钢；

C%>

1%,Cr=12%,Mo,V<

淬火＋低温回火；

滚动轴承：

GCr15Mo轴承钢；

C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<

球化退火＋淬火＋低温回火；

车刀：

W6Mo5Cr4V2高速钢；

W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；

淬火＋560℃三次回火；

组织为回火马氏体＋碳化物。

锉刀：

T10碳素工具钢；

C%＝1%；

热锻模具：

5CrMnMo热变形模具钢；

C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<

淬火＋高温回火；

机床床身：

HT300灰口铁；

无需热处理。

8-１、铝合金的热处理强化和钢的淬火强化有何不同?

钢的淬火强化是加热得单相Ａ，Ａ中含Ｃ多，淬火得α过（无扩散相变得到的α过为Ｍ），晶格畸变而强化。

　　铝合金的热处理强化是淬火得α过（铝基固溶体），强度、硬度并不高，通过时效α过中析出第二相，造成晶格畸变而强化。

8-2、铝合金是如何分类的?

按成分和工艺特点分

成分小于D点的合金——变形铝合金（其中成分小于F点的不能热处理强化）；

成分大于D点的合金——铸造铝合金。

8-3简述纯铝及各类铝合金牌号表示方法、性能特点及应用。

LF

8补-1、轴承合金的组织特点是什么？

主要有两种组织，一种是软基体+硬质点，一种是硬基体+软质点。

8补-2.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

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。

8补-3.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？

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（α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。

14补-1、什么是失效？

零件在使用过程中，因外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象即称为失效。

14补-2、失效形式有那几种？

按零件的工作条件及失效的特点将失效分为四大类：

即过量变形、断裂、表面损伤和物理性能降级。

对结构材料的失效而言，前三种是主要的。

14补-3、失效的原因是什么？

（一）设计结构形状不合理

（二）材料一是选材不当，这是最重要的原因；

其二是材质欠佳。

（三）加工加工缺陷、组织不均匀缺陷（粗大组织、带状组织等）、表面质量（刃痕等）与有害残余应力分布等。

（四）使用零件安装时配合不当、对中不良等，维修不及时或不当，操作违反规程均可导致工件在使用中失效。

14补-4、选材一般遵循基本原则是什么？

选材一般应遵循三个基本原则：

使用性能、工艺性能和经济性能，它们是辩证的统一体。

在大多数情况下，使用性能是选材的首要原则与依据。

一补－1、什么是液态合金的充型能力?

它与合金的流动性有何关系?

液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。

合金的流动性好，充型能力好。

影响充型能力：

内因－合金的流动性（主要取决于成分）外因－浇注条件（温度、速度）；

铸型（温度、热容量、结构等）

一补－2、液态合金的收缩分哪几个阶段？

液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

一补－3、缩孔、缩松是如何形成的？

形成特点是什么？

对铸件的影响如何？

液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。

大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。

恒温结晶或结晶温度范围窄的合金，易形成缩孔。

结晶温度范围宽的合金，易形成缩松。

缩孔、缩