金属学与热处理课后习题答案崔忠圻版.docx

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金属学与热处理课后习题答案崔忠圻版

金属学与热处理课后习题答案（崔忠圻版）

　　　　　　　　金属学与热处理课后习题答案（崔忠圻版）　　第十章钢的热处理工艺　　10-1何谓钢的退火？

退火种类及用途如何？

　　答：

钢的退火：

退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

　　退火种类：

根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。

　　退火用途：

　　1、完全退火：

完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。

　　2、不完全退火：

不完全退火是将钢加热至AC1-AC3或AC1-ACcm之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。

对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。

　　3、球化退火：

球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。

　　主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。

其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。

　　　　4、均匀化退火：

又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。

其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。

　　5、再结晶退火：

将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。

其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。

　　6、去应力退火：

在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间,然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。

其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留内应力，以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。

　　10-2何谓钢的正火？

目的如何？

有何应用？

　　答：

钢的正火：

正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。

　　目的：

细化晶粒、均匀成分和组织、消除内应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。

　　应用：

　　1、改善低碳钢的切削加工性能。

　　2、消除中碳钢的热加工缺陷。

3、消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火，为淬火做好组织准备。

4、作为最终热处理，提高普通结构件的力学性能。

　　10-3在生产中为了提高亚共析钢的强度，常用的方法是提高亚共析钢中珠光体的含量，问应该采用什么热处理工艺？

　　答：

应该采用正火工艺。

　　　　原因：

亚共析钢过冷奥氏体在冷却过程中会析出先共析铁素体，冷却速度越慢，先共析铁素体的含量越多，从而导致珠光体的含量变少，降低亚共析钢的硬度和强度。

而正火工艺的实质就是完全奥氏体化加上伪共析转变，可以通过增大冷却速度降低先共析铁素体的含量，使亚共析成分的钢转变成共析组织，即增加了珠光体的含量，从而可以提高亚共析钢的强度和硬度。

　　10-4淬火的目的是什么？

淬火方法有几种？

比较几种淬火方法的优缺点？

答：

　　淬火的目的：

获得尽量多的马氏体，可以显著提高钢的强度、硬度、耐磨性，与各种回火工艺相配合可以使钢在具有高强度高硬度的同时具有良好的塑韧性将钢加热至临界点AC3或AC1以上一定温度，保温适当时间后以大于临界冷却速度的冷速冷却得到马氏体的热处理工艺叫做淬火。

　　淬火方法：

按冷却方式可以分为：

单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等温淬火法　　10-5试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。

为什么过共析钢淬火加热温度不能超过Accm线？

　　答：

淬火加热温度选择原则：

以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便获得细小的马氏体组织。

亚共析钢通常加热至AC3以上30-50℃，过共析钢加热至AC1以上30-50℃.　　1、过共析钢的淬火加热温度超过Accm线，碳化物全部溶入奥氏体中，使奥氏体的含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残留奥氏体量增多，会降低钢的硬度和耐磨性　　2、过共析钢淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到有显微裂纹的粗针状马氏体，降低钢的塑韧性　　3、高温淬火时淬火热应力大，氧化脱碳严重，也增大钢件变形和开裂的倾向。

　　　　　　10-6何谓钢的淬透性、淬硬性？

影响钢的淬透性、淬硬性及淬透层深度的因素？

　　答：

　　淬透性：

钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，它反映过冷奥氏体的稳定性，与钢的临界冷却速度有关。

其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布来表示。

　　淬硬性：

钢的淬硬性是指奥氏体化后的钢在淬火时硬化的能力，主要取决于马氏体中的含碳量，用淬火马氏体可能达到的最高硬度来表示。

　　淬透层深度：

淬透层深度是指钢在具体条件下淬火时测定的半马氏体区至工件表面的深度。

它与钢的淬透性、工件形状尺寸、淬火介质的冷却能力有关。

　　10-7有一圆柱形工件，直径35mm，要求油淬后心部硬度大于45HRC，能否采　　用40Cr钢？

　　答：

解答此题需用到40Cr的淬透性曲线图　　根据手册可以查到40Cr端淬曲线图，直径35mm圆柱工件在油淬后的心部硬度范围为34-50HRC，也就是是说心部硬度有可能大于45HRC，也有可能小于45HRC，所以不建议使用40Cr钢。

　　10-8有一40Cr钢圆柱形工件，直径50mm，求油淬后其横截面的硬度分布？

答：

解答此题需用到40Cr的淬透性曲线图　　根据手册可以查到40Cr端淬曲线图，查图可得：

油淬后中心硬度范围：

油淬后距中心3/4R硬度范围：

HRC油淬后表面硬度范围：

45-57HRC　　　　10-9何谓调质处理？

回火索氏体比正火索氏体的力学性能为何较优越？

答：

　　调质处理：

习惯上将淬火加高温回火称为调质处理，其目的是为了获得既有较高的强度、硬度，又有良好的塑性及冲击韧性的综合力学性能。

　　性能比较：

　　在相同硬度条件下，回火索氏体和正火索氏体抗拉强度相近，但回火索氏体的屈服强度、塑性、韧性等性能都优于正火索氏体。

　　这是因为，回火索氏体是淬火马氏体分解而得到，其组织为铁素体加颗粒状碳化物。

而正火索氏体是过冷奥氏体直接分解而来，其组织为铁素体加片状碳化物。

正火索氏体受力时，位错的运动被限制在铁素体内，当位错运动至片状碳化物界面时形成很大的平面位错塞积群，使基体产生很大的应力集中，易使碳化物脆断或形成微裂纹。

而粒状碳化物对铁素体的变形阻碍作用大大减弱，塑性和韧性得到提高，当粒状碳化物均匀地分布在塑性基体上是，于位错和第二相粒子的交互作用产生弥散强化或沉淀强化，提高钢的塑性变形抗力，从而提高强度。

因此相比较正火索氏体，回火索氏体具有更好的强度、塑性、韧性等性能。

　　10-10为了减少淬火冷却过程中的变形和开裂，应当采取什么措施？

答：

　　变形和开裂原因：

于冷却过程中工件内外温度的不均匀性以及相变的不同时性造成工件中产生的内应力，淬火内应力分为热应力和组织应力两种。

当淬火应力超过材料的屈服强度时，就会产生塑性变形，当淬火应力超过材料的断裂强度时，工件则发生开裂。

　　应采取的措施：

　　1、控制淬火加热温度不宜过高：

加热温度高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，应力和脆性均显著增大。

而且高温加热，氧化脱碳严重，也增大钢件变形和开裂倾向。

　　　　　　　　8-9略　　8-10渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部扩散的热处理方法。

试问：

　　1）温度高低对渗碳速度有何影响？

2）渗碳应在奥氏体中还是铁素体中进行？

　　3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？

答：

　　1）温度越高，渗碳速度越快。

因为扩散系数随温度升高，急剧增大。

2）在奥氏体中进行。

虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。

　　3）空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。

因为缺陷处能量较高，扩散激活能降低，增大扩散系数。

晶粒越小，渗碳速度越快。

因为晶粒越小，晶界面积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。

　　第七章金属及合金的回复和再结晶　　7-1用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么？

答：

　　应采取回复退火处理：

即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。

　　原因：

铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。

因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低　　　　　　其内应力，改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。

　　7-2一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。

答：

解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图　　7-3已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。

　　答：

　　再结晶温度：

通常把经过严重冷变形的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。

　　1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：

T再≈δTm，（T为热力学温度）对于工业纯金属来说：

δ值为，取计算。

　　2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。

　　如上所述取T再=，可得：

W再=（3399+273）×=Fe再=（1538+273）×=Cu再=（1083+273）×=7-4说明以下概念的本质区别：

1、一次再结晶和二次在结晶。

　　2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。

答：

　　　　　　1、一次再结晶和二次在结晶。

定义　　一次再结晶：

冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显著下降，性能发生显著变化恢复到冷变形前的水平，称为再结晶。

它的实质是新的晶粒形核、长大的过程。

　　二次再结晶：

经过剧烈冷变形的某些金属材料，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的小晶粒，其最终尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百倍，比临界变形后的再结晶晶粒还要粗大得多，这个过程称为二次再结晶。

二次再结晶并不是晶粒重新形核和长大的过程，它是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而异常长大，严格来说它是特殊条件下的晶粒长大过程，并非是再结晶过程。

　　本质区别：

是否有新的形核晶粒。

　　2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。

定义　　再结晶晶核长大：

是指再结晶晶核形成后长大至再结晶初始晶粒的过程。

其长大驱动力是新晶粒与周围变形基体的畸变能差，促使晶核界面向畸变区域推进，界面移动的方向，也就是晶粒长大的方向总是远离界面曲率中心，直至所有畸变晶粒被新的无畸变晶粒代替。

　　再结晶后的晶粒长大：

是指再结晶晶核长大成再结晶初始晶粒后，当温度继续升高或延长保温时间，晶粒仍然继续长大的过程。

此时，晶粒长大的驱动力是晶粒长大