金属材料与热处理第六版习题册答案文档格式.docx
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1、结晶与结晶潜热（P8）
（1）结晶：
是金属从高温液体状态，冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
（2）结晶潜热：
结晶过程实际上是原子由一个高能量级向一个较低能量级转变的过程，所以结晶过程中会放出一定的热量，称为结晶潜热。
2、同素异构转变：
（P11）
是指在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
五、简答题：
1、纯金属结晶时，其冷却曲线上为什么有一段水平线？
冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的。
结晶实际上是原子由一个高能量级向一个较低的能量级转化的过程，所以在结晶时会放出一定的结晶潜热，结晶潜热使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。
2、为什么要细化晶粒？
生产中常用的细化晶粒的方法有哪几种？
因为金属结晶后，一般晶粒越细，其强度和硬度越高，塑性和韧性也越好，所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义。
生产中常用的细化晶粒方法有：
增加过冷度，采用变质处理和振动处理。
4、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小：
（1）铸成薄件的昌粒小于铸成厚件的晶粒。
（2）浇铸时采用振动措施的晶粒小于不采用振动措施的晶粒。
（3）金属模浇铸造的晶粒小于砂型浇铸的晶粒。
1-3观察结晶过程（实验）
1、简述实验原理。
略
2、绘出所观察到的盐类溶液的结晶过程示意图，并简述结晶过程。
3、根据实验观察，简述枝晶成长过程中总结结晶规律。
第二章金属材料的性能
2-1金属材料的损坏与塑性变形
1、使用性能工艺性能2、变形断裂磨损3、静冲击交变
4、弹性塑性塑5、形状、性能6、材料内部外力相对抗
7、弹性变形、弹—性变形断裂
1、√2、×
3、√4、√5、×
6、√7、√
三、名词解释
1、弹性变形与塑性变形（书P18）
弹性变形：
是指外力消除后能够恢复的变形。
塑性变形：
是指外力消除后无法恢复的永久性变形。
2、内力和应力（P20）
内力：
工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为内力。
应力：
零件横截面单位面积上的应力。
四、简答题
1、
（1）加工硬化给金属的切削加工带来了一定的困难，为改善加工条件，必须进行中间处理，
（2）在生产许多金属结构件时，为了提高其性能都通过加工硬化来实现。
2、试一试将一截铁丝反复弯折，看看会发生什么现象。
为什么？
反复弯折处逐渐变硬，弯折越来越直至断裂，原因是反复弯折使铁丝局部塑性变形量大，产生了变形强化的现象。
2-2金属的力学性能
一、填空题：
1、静塑性变形断裂2、屈服强度抗拉强度RelRm3、上屈服强度下屈服强度4、31400N53000N5、塑性变形断后伸长率断面收缩率6、58%51%7、5略10-15布氏5008、冲击不破坏9、10710810、RelRmHRCAZR-1
二、判断题：
2、√3、×
4、√5、√6、√7、√8、√9、×
10、√11、√
三、选择题：
1、B2、C3、C4、A5、A6、A7、C8、B
四、名词解释：
1、屈服强度（P24）：
是当金属材料呈现屈服现象时，材料发生塑性变形而力不增加的应力点。
2、抗拉强度（P25）：
指材料在断裂前所能承受的最大力的应力。
3、硬度（P26）：
指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
1、画出低碳钢力一伸长曲线，并简述拉伸变形的几个阶段：
（P24）
2、在表格中填写下列材料常用的硬度测量法及硬度值符号。
材料
硬度测量法
硬度值符号
铝合金半成品
布氏硬度
3HBW
一般淬火钢
洛氏硬度
20-67HRC
铸铁
0.98HBW
表面氮化层
维氏硬度
750HV
3、有一根环形链条，用直径为2CM的钢条制造，已知此材料的Rm=300Mpa，求该链条能随的最大载荷是多少？
解：
因为是环形链条，所以链条的截面积为：
So=2（π
×
3.14×
40034=628mm2
∵Rm=
∴Fm=Rm.·
So=300×
628=188400（N）
该链条能承受的最大载荷是188400N。
5、分析自行车的中轴和链盒所用材料，哪种需要较高的硬度和强度？
哪种需要较好地塑性和韧性？
自行车的中轴在工作时主要受扭转载荷和交变载荷，故所用材料需要较高的硬度和强度，而自行车的链盒需要通过冲压成形故所用材料需要较好的塑性和韧性。
6、齿轮和车床轨比较，哪个容易发生疲劳损坏？
由于齿轮在工作时受交变载荷，而车应导轨所受为静载荷故齿轮容易发生疲劳强度。
2-3金属的工艺性能
1、铸造锻亚焊接切削加工热处理2、活动性收缩性偏析倾向3、塑性变形抗力
1、√2√、3、×
1、A2、A3、A4、A
1、工艺性能（P32）：
是金属材料对不同加工艺方法的能力。
2、热处理性能：
是改善钢切削加工性能的重要途径，也是改善材料力学性能的重要途径，也包括淬透性，它包括淬透性，淬硬性，过热敏感性变形开裂倾向，目火脆性倾向，氧化脱碳倾向等。
2-4力学性能实验
实验1、（略）
实验2、（略）\
第三章铁碳合金
3-1合金及其组织
1、金属非金属金属特性2、相3、固溶体、金属化合物混合物4、间隙固溶体置换固溶体5、相互作用金属特性熔点硬度脆性
2、×
3、√4、√5、√
1、B2、A3、C
1、固溶强化（P47）：
通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度，提高的现象称为固溶强化。
2、无限固溶体与有限固溶体：
（P46）溶质与溶剂之间可以任何比例无限溶解形成的固溶体，称为无限固溶体。
溶质只能在溶有限溶解的称为有限固溶体。
3-2铁碳合金的基本组织与性能
1、铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体2、铁素体奥氏体渗碳体
3、塑性韧性强度硬度4、铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体
5、FAFe3CPLdL’d6、2.11%0.77%7、奥氏体渗碳体奥氏体珠光体珠光体渗碳体低温莱氏体
2、√3、×
5、√6、×
7、×
1、BA2、C3、A
3-3铁碳合金相图
1、成分状态组织温度2、大于0.0218%而小于2.11%3、珠光体铁素体珠光体珠光体网状二次渗碳体4、铁素体渗碳体珠光体
3、√4、√
1、B2、B3、C4、CＢ ５、Ｃ ６、Ｃ Ｄ B 7、A8、B
1、共晶转变：
（P52）高温的铁碳合金液体缓慢冷却到一定温度时，在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固相（奥氏体系渗碳年），度这种转变为共晶转变。
2、共析转变：
固相的铁碳合金缓慢冷却到一定温度时，在保持温度不变的条件下，从一个固相（奥氏体）中同时析出两个固相（铁素体和渗碳体）这种转变称为共析转变。
1、绘出简化后的Fe-Fe3C相图
P51作图
2、根据Fe-Fe3C相图填写下来。
P52
特性点
温度（℃）
含碳量（%）
含义
A
1538
纯铁的熔点
C
1148
4.3
火晶点，L⇄Ld（A+Fe-Fe3C）
D
1227
6.69
渗碳体的熔点
E
2.11
碳在奥氏体（r-Fe）中的最大溶解度点
G
912
纯铁的同素异构轻变点A-Fe⇄r-Fe
S
727
0.77
共析点A⇄P（F+Fe3C）
P
0.0218
碳在铁素体（a-Fe）中的最大溶解度点
ACD
液相线，此线之上为液相区域，线上点对应不同成分合金的结晶开始温度
AECF
固相线，此线之下为固相区域，线上点为对应不同成分的结晶终了温度
GS
A3线，冷却时从不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的开始线
ES
Acm线，碳在奥氏体（
r-Fe）中的溶解度曲线
ECF
共晶线，L⇄Ld（A+Fe3C）
PSK
共析线，也称A1线，A⇄P（F+Fe3C）
3、根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。
（1）含碳量子力学%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金硬度高。
由相图可知，随含碳量增加钢中的硬度相渗碳体的比例随之增加，所以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℃。
在高温下进行锻轧加工。
由相图可知，当把钢加热到1000-1250℃，其组织恰好处于单一的奥氏体状态，此时，钢材的塑性好，塑性抗力小，所以最合适进行锻轧加工。
（3）接近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。
由相图可知，靠近共晶成分的铁碳合金的结晶温度区间小，结晶温度最低，所以，流动性好助结晶时不能出现接析现象。
（4）想一想，为什么白口铁一般直接作为机加工零件的材料，但却能用它铸造犁、铧等农具。
因为白口铸铁中的基本相主要是渗碳体，又硬又脆很难进行切削加工，所以一般不能直接作为机加工零件的材料，但铸造犁铧等农具，则可以很好的利用其硬度高，耐磨性能好这一优点。
3-4碳素钢
1、2.11%特意加入2、硅锰硫磷硅锰硫磷3、0.25%0.25%-0.6%0.6%4、结构中碳优质5、工具高碳高级优质
4、√5、√6、√7、√8、√
1、A2、B3、C4、ACB5、ACB6、C
四、牌号解释
1、08F：
脱氧状态，不完全（沸腾钢）含碳量内0.08%的优质碳素结构钢。
2、45：
含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
3、65Mn：
含碳量为0.65具有较高含锰量的优质碳素结构钢。
4、T12A：
含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
5、ZG340-640：
屈服强度不小于340MPa，抗拉强度不小于640MPa的铸钢。
6、Q235AF：
屈服强度不小于235MPa，质量等级为A级，脱氧状态，不完全（沸腾钢）的碳素结构钢。
家用电器上用于连接的螺钉、螺母和汽车轮子上用的螺钉、螺母可以选相的材料吗？
不能，因为它们的工作性质不同，受力情况有很大不同，它们的加工工艺不同，所以选择性能不同的材料制造。
3-5观察铁碳合金的平衡组织（实验）
1、略
2、略
第四章钢的热处理
4-1热处理的原理及分类
一、填空题：
1、固态加热保温冷却组织结构2、同素异构轻变3、退火正火淬火回火4、表面淬火表面化学热处理
二、简答题：
画出热处理的工艺曲线
书P69
4-2钢在加热及冷却时的组织转变
1、形成晶粒长大2、加热温度保温时间3、珠光体型贝氏体型乌氏体型4、越细强度硬度5、上贝氏体下贝氏体下贝氏体6、V临（NK）230℃7、晶格碳原子的扩散碳a-Fe过饱和8、针状硬度高而胞性大板条状韧性9、含碳量含碳量
4、×
5、√6、×
1、C2、B
1、马氏体：
（P73）溶解在奥氏体中的碳转变后原封不动的保留在铁的晶格中，形成碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
2、Ms和M1线：
（P76）
Ms：
是过冷奥氏体向包氏体转变开始线，约为230℃。
M1：
是指冷奥氏体向包氏体转变终了线约为50℃
3、临界冷却速度：
（P74）
奥氏体转变成包氏体所需的最小冷却速度称为临界冷却速度用符号V临表示。
4-3热处理的基本方法
1、完全退火球氏退火去应力退火2、正火球氏退火3、A1组织上的消除内应力4、油水盐水碱水增加油水5、单液淬火双介质淬火马氏体分级淬火贝氏体等温淬火6、马氏体强度硬度耐磨性7、氧化与脱碳过热和过烧变形和开裂硬度不足软点8、回火处理稳定组织清除内容应力。
9、强度硬度塑性韧性低温回火中温回火高温回火10、淬火与高温回火相结合综合力学性能11、170-230HBW正火球氏退火
4、√5、√6、√7、√8、√9、√10、√11、×
12、×
13、√
1、AB2、A3、BA4、B5、Ｂ 6、Ａ 7、Ａ 8、Ｂ 9、Ｃ 10、Ｂ
1、退火与正火（P77）
退火：
将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
正火：
将钢加热到AC3或Accm以上30-50℃，保温适应的时间后，在空气中冷却的工艺方法。
2、淬火与回火（P79、P83）
淬火：
将钢加热到AC3或AC1以上的适当温度，经保温后快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
回火：
将淬火后的钢重新加热到AC1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
3、淬透性与淬硬性（P82）
淬透性：
在规定条件下，钢在淬水冷却时获得马氏全组织深度的能力。
淬硬性：
指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后所能达到的最高硬质。
五、简答题
1、在刃磨麻花钻时为什么要经常在水槽进行冷却？
用工具钢制造的麻花钻通常是通过淬火加低温回火来达到其高硬度，高耐磨性的，若刃磨时不及时冷却，当温度过高时就会失去硬度即退火。
2、对一批20钢的钢板进行弯折成形，但未弯到规定的角度时钢板就出现了裂纹，请想一想该怎么办？
可通过完全退火改善其塑性后再进行成形工序或边加热边弯形的方法，以避免因弯折成形时产生加工硬化而出现裂纹。
3、有一批45钢的锻件，由于冷却不均匀使表面硬度不一，并存在较大的内应力，给后续切削加工带来了较大的困难。
请想一想，如何改善这批毛坯的切削性能？
可通过正火的方法来消除应力，降低硬度发送切削加工性能。
4-4钢的表面热处理
1、火焰加热表面净火感应加热表面淬火电接触加热表面淬火激光加热表面淬火
2、分解吸收扩散渗碳渗氮碳氮共渗3、固体渗碳盐浴渗碳气体渗碳气体渗碳4、气体渗碳离子渗碳
2、√3、√4、√
1、BC2、A3、CB4、B5、BC6、C7、A8、B
1、渗碳：
（P88）将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工作表层的化学热处理工艺。
2、渗氮：
（P89）在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
4-5零件的热处理分析
1、组织力学性能精度工艺性能2、硬度渗碳层深度力学性能金相组织3、预备热处理最终热处理
1、现有一批用T12钢制造的丝锥，成品刃部硬度要求在60HRC以上，柄部硬度为35-40HRC，加工工也为轧制一热处理—机械加工。
简述上述热处理工序的具体内容和作用。
第一个热处理为正火，球化退火，是预备热处理，第二个热处理为局部淬火+低温回火是最终热处理，正火的作用：
消除毛坯加工的轧制内应力，细化晶粒，消除网状渗碳体组织。
球氏退火的作用：
降低强度，改善切削加工性能，避免淬火加热时晶粒长大。
局部淬火+低温回火的作用：
使丝锥成品刃部获得足够的硬度，经回火后反应达到60HRC，柄部部分淬火冷却时不浸入介质，相当于空冷，以获得35-40HRC的硬度和足够的韧性。
2、某厂用45钢制造齿轮，要求整体具有良好的综合力学性能，具面要求耐磨，
第一个热处理为正火，是预热处理。
第二个热处理为调质和表面淬火+低温回火，是最终热处理。
正火的作用：
消除主坯的锻造应力；
降低硬度，改善切削加工性能，均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做好组织上的准备。
调质的作用：
保证齿轮整体具有良好的综合力学性能，消除粗加工带来的内应力，后的硬度应达到220-250HBW。
表面淬火+低温回火的作用；
采用高频淬火使表面获得针状马氏体，经回火后齿面硬度应达到48-53HRC。
第五章 合金钢
５－１ 合金元素在钢中的主要作用
１、强化铁素体 形成合金碳化物 细化晶粒 提高钢的淬透性 提高钢的回火稳定性
２、铁 右 淬火临界冷却速度 淬透性
2、√3、√4、√5、√6、√
1、回火稳定性：
淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
2、红硬性：
金属材料在高温下保持高硬度的能力。
5-2合金钢的分类和牌号
1、合金结构钢合金工具钢特殊性能钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢
2、5%3、合金工具钢高合金钢4、含碳量千分数大于等于1%5、千分数百分数6、高级优质
二、牌号解释
1、20CrMnTi：
平均含碳量为0.2%，含CrMnTi量均小于1.5%的合金结构钢。
2、40Cr：
平均含碳量为0.4%，含Cr量小于1.5%的合金结构钢。
3、GCr15：
平均含碳量为0.95%，含Cr量为1.5%的滚动轴承钢。
4、CrWMn：
平均含碳量大于等于1.0%，含G、W、Mn量均小于1.5%的合金工具钢。
5、Cr12：
平均含碳量大于等1.0%，含Cr为12%的合金工具钢。
6、12Cr13：
平均含碳量为0.12%，含Cr量为13%的不锈钢。
7、W18Cr4V：
平均含碳量为0.7%—0.8%，含W为18%，含Cr为4%，含V小于1.5%的高速钢。
8、06Cr18Ni9：
平均含碳量为0.06%，含Cr为18%，含Ni为9%的不锈钢。
5-3合金结构钢
1、热轧正火钢结构件2、渗碳+淬火+低温回火耐疲劳性冲击载荷
3、受力复杂良好的综合力学性能4、锰、硅、铬、钒、钨5、工具耐磨6、球化退火淬火中低温回火
1、√2、√3、√4、×
5、×
6、√7、√8、√
1、B2、C3、B4、A5、A6、B7、DAB8、BACD
1、Q460：
屈服强度不小于460MPa低合金高强度钢。
2、38CrM0A1A：
含碳量的0.38%，含Cr、Mo、Al量均小于1.5%的高级优质合金调质钢。
3、50CrVA：
含碳量为0.5%，含CrV均小于1.5%的高级优质合金弹簧钢。
4、60Si2Mn：
含碳量为0.6%，含Si为2%，含Mn量小于1.5%的合金弹簧钢。
5、GCr15SiMn：
含碳量为0.95%—1.15%。
含Cr为1.5%，含Si、Mn量均小于1.5%的滚动轴承钢。
5-4合金工具钢
1、合金工具钢合金模具钢合金量具钢2、CrWMn略3、红硬性耐磨性切削速度较高形状复杂4、冷作模具钢热作模具钢5、200℃300℃600℃
1、A2、C3、B4、C5、ABC6、AEADC
5-5特殊性能钢
1、硬度耐磨性2、铬铬镍铬锰奥氏体乌氏体铁素体3、压力冲击硬化
1、√2、√3、√4、×
8、√9、×
1、C2、ABCAB3、CBA4、B
四、牌号解释：
1、20Cr13：
含碳量为0.20%，含Cr量为13%的铬不锈钢。
2、ZGMn13：
含碳量为0.9%—1.4%，含Mn量为13%的耐磨钢。
3、10Cr17：
含碳量为0.10%，含Cr量为17%的铬不锈钢。
4、40Cr13：
含碳量为0.4%，含Cr量为13%的铬不锈钢。
5、10Cr18Ni9Ti：
含碳量0.1%，含Cr量为18%，含Ni量为9%，含Ti量小于1.5%的铬镍不锈钢。
1、根据下表要求，简要对比各种合金钢的特点。
类别
含碳量
典型牌号
最终热处理方法
主要用途
合金渗碳钢
0.10%—0.25%
20CrMnTi
淬火+低温回火
变速齿轮，凸轮
合金调质钢
0.25%—0.50%
40Cr
淬火+高温回火
主轴等复杂受力件
合金弹簧钢
0.45%—0.70%
60SizMn
淬火+中温回火
弹簧等弹性零件
滚动轴承钢
0.95%—1.15%
GCr15
滚动轴承
高速钢
0.7%—1.5%
W18G4V
淬火+多次高温回火
铣刀、拉刀等刀具
热作模具钢
0.3%—0.6%
5CrMnMo
制造热锻模
耐磨钢
0.9%—1.4%
ZGMn13
水韧处理
履带等强烈冲击下的密件
2、答：
10Gr18Nt9T为奥氏体型不锈钢，具有磁性，所以只要磁铁即可容易地将两种零件分开。
5-6钢
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