工程材料习题册答案1.docx

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工程材料习题册答案1

工程材料习题册答案1

1第二章

填空：

1）结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是（晶核的形成）和（晶体的长大）

2）当对金属液体进行变质处理是，变质剂的作用是（增加非自发晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织）

3）液态金属结晶时，结晶过程的推动力是（金属在液态和固态之间的自由能差），阻力是（结晶潜热）

4）过冷度是指（理论结晶温度

与开始结晶温度

之差），其表示符号为（△T）

5）典型铸锭结构的三个晶区分别是（细等轴晶区）、（柱状晶区）和（粗等轴晶区）

6）钢在常温下的变形加工称为（冷）加工，而铅在常温下的变形加工称为（热）加工

7）造成加工硬化的根本原因是（晶粒发生滑移，出现位错，使晶粒拉长，破碎，和纤维化，晶粒内部产生残余应力）

8）滑移的本质是（位错）

9）变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是（

=（0.35～0.4）

）

10）再结晶后晶粒度的大小主要取决于（加热温度和预先变形度）

11）固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度（高）

12）固溶体出现晶枝偏析后，可用（扩散退火）加以消除

13）共析反应式为（

），共晶反应的特点是（由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相）

14）珠光体的本质是（铁素体与渗碳体的共兮混合物）

15）一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将（缩小）

16）在铁碳合金室温平衡组织中，含

最多是合金成分点为（含碳量2.11%），含Le＇最多的合金成分点为（含碳量4.3%）

17）用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳质量分数为（0.62%=w（p）*0.77%）

18）在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是（属于高温转变产物，组成物相同），不同点是（渗碳体层和铁素体层间距不同）

19）用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（羽毛状）状，而下贝氏体则呈（黑球针状）状

20）马氏体的显微组织形态主要有（板条状）、（针状）两种。

其中（板条状马氏体）的韧性较好。

21）钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（右），说明临界冷却速度越（小）

22）球化退火的主要目的是（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），它主要适用于（工具钢及滚珠轴承钢）钢

23）亚共析钢的正常淬火温度范围是（

以上30～50℃），过共析钢的正常淬火温度范围是（

以上30～50℃）

24）淬火钢进行回火的目的是（为了消除内应力），回火温度越高，钢的强度与硬度越（降低）

25）合金元素中，碳化物形成元素有（Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,Zr）

26）促进晶粒长大的合金元素有（Mn,P,B）

27）除（Co）、（Al）外，几乎所有的合金元素都使

、

点下降，因此淬火后相同碳质量分数的合金钢与碳钢相比，残余奥氏体（增多），使钢的硬度（降低）

28）一些含有合金元素（Mn,Cr,Ni）的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除第二类回火脆性，可采取（回火后快冷）和（在钢中加入适量的Mo）

29）在电刷镀时，工件接直流电源（负极）极，镀笔接直流电源的（正极）极，可以在工件表面获得镀层

30）利用电气导电（或放电）所产生的（等离子体）作为热源进行喷涂的技术叫做等离子喷涂

是非题答案：

1-5NNNNY,6-10YNNNN11-15NNNYN16-20NNNNY

21-25NYYYY26-30NYNYN31-32NY

从1-17题可以保证都对，其中19..20..25.29.是我根据书上的内容按自己的想法做的。

综合分析题：

15.略

16.硬度高的地方变形大，产生了加工硬化，可用再结晶退火的方法解决

17.钨的再结晶温度1183~1352，铅114.45~130.8；钨为冷加工，铅为热加工

18.再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度；产生原因：

金属变形不均匀

19.通过强化可提高疲劳强度

20.再结晶是指在再结晶温度（0.4T溶）以上，金属步伐生同素异构转变的结晶，其也有成核，长大等金属结晶的特征。

而重结晶就是同素异构转变的另一种叫法。

21.45钢的冷却曲线与共析钢曲线不同，在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。

22.略

23.在101页

24.索氏体为细片状组织，硬度为25~35HRC，回火后的索氏体综合性能好，即强度、塑性和韧性较好，硬度一般为25~35HRC；马氏体硬度高，脆性好，比容比奥氏体大，回火马氏体由极细的﹠碳化物和低过饱和度的a固溶体组成，过饱和度减小，前者是在淬火中形成，后者在低温回火时形成，前者为竹叶形，后者为黑色针状（参照102~111）

25.采用油冷时过冷的A有一部分转变成索氏体，剩余的过冷A在冷却到Ms以下后变为马氏体；马氏体的过饱和度大、内应力高、存在孪晶结构所以硬而脆。

26.答案在100页，

27.奥氏体，马氏体，铁素体和索氏体

28.

（1）完全退火，组织F+P

（2）扩散退火,目的：

组织均匀（3）完全退火获得接近平衡组织的工艺，降低硬度改善切削加工性能，消除内应力，组织F+P,二次渗碳体以网状形式析出（4）球化退火组织：

铁素体上分布细小均匀的球状渗碳体——球化体

三章部分

2.

1）低合金钢、中合金钢、高合金钢

2）Cr、Ni、Mn、B、SiCr

3）优质碳素结构钢轴、销

4）合金刃具扳手、丝锥

5）合金模具中型模具

6）合金模具冷冲模

7）碳素工具锉刀、刮刀

8）合金结构桥梁

9）合金调质汽车发动机连杆

10）弹簧

11）滚球轴承不锈吸收塔

12）不锈汽车机叶片

13）石墨端盖

14）球状曲轴

15）球状机油泵齿轮

16）蠕虫状内燃机

17）化学成分冷却速度

18）球墨铸铁的石墨是球状

19）灰铁最低抗拉强度为200

20）硅铁和硅钙合金

21）合金渗碳提高淬透性阻碍奥氏体晶体粒长大渗碳后直接淬火，在低温回火

22）合金刃具0.7%-0.8%提高硬度和耐磨性提高淬透性提高硬度高速钢锻后进行球化退火，淬火马氏体、碳化物、奥氏体

23）不锈提高钢基体的电极极位提高耐蚀性减轻钢的晶界磨蚀倾向

18.

（1）球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁

（2）优点：

铸铁价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，而且生产设备和工艺简单。

缺点：

锻造性能差，强度和韧性较差。

19.灰口铸铁有优良的减震性，耐磨性好，缺口敏感性小，铸造性能好，价格便宜。

20.在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成，强度和塑性都很差。

21.H80黄铜薄壁管、装饰品

H62黄铜形状复杂的深冲零件，散热器的外壳

HPb63-3铅黄铜钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件、一般机器结构零件

HNi65-5镍黄铜船舶用冷凝管、电机零件

QSn6.5-0.1锡黄铜精密仪器中的耐磨零件和抗磁元件、弹簧、艺术品

QBe2铍黄铜重要的弹簧及弹性零件，耐磨零件，高压高温高速轴承，钟表齿轮，罗盘零件

22.钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点。

α钛合金主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等

β钛合金适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转构件

α+β钛合金用于在低温下的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。

工程材料习题册第二章部分答案（T29—T43）

29.

（1）完全退火。

目的：

通过重结晶，使热加工造成的粗大，不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削性能。

组织：

F+P

（2）完全退火。

目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。

组织：

晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

（3）完全退火。

目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。

组织：

晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。

（4）球化退火。

目的：

使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。

组织：

粒状珠光体和球状渗碳体。

30.700℃：

组织为铁素体和珠光体。

760℃：

组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。

840℃：

组织为马氏体和少量残余奥氏体。

1100℃：

组织为粗片状马氏体和少量残余奥氏体。

31．

（1）答;因为900℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。

（2）答；因为加热温度900℃已经超过了ac-cm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。

（3）答：

因为加热温度900℃已经超过了ac-cm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的ms和mf点，淬火后残余奥氏体增多。

（4）答：

因为加热温度900℃已经超过了ac-cm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少

（5）答：

780℃加热淬火后合适。

因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。

32.

（1）工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体。

（2）工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体。

（3）工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体。

33.10mm的应该能够脆透，组织应该都是贝氏体；100mm的应该表面都是贝氏体或马氏体，中间的结构是还有些过冷的奥氏体还没来得及转化为珠光体，硬度都是从里到外变大。

晶相组织是从里到外减小。

34.组织差异：

45钢正火后得到的组织是珠光体和铁素体，而调质后得到的组织是回火索氏体。

机械性能的差异：

正火后的组织含有大量铁素体，所以综合机械性能较差，但延展性较好。

调质后的组织是均匀的过错体故综合机械性能较高。

35.表面淬火一般适用于中碳钢和中碳低合金钢，也可用于高碳工具钢，低合金工具钢。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

应用范围：

（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。

（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件，例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。

（3）工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件，例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。

渗碳钢都是含0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、等。

渗碳层深度一般都在0.5～2.5mm。

钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%c范围。

渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。

渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。

氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。

与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：

1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。

2）表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。

3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。

4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。

氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。

如：

发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。

36.固溶强化：

融入固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

这种通过形成固溶体使金属强化的现象称为固溶强化。

加工硬化：

将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性，这个过程称为加工硬化。

弥散强化：

弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。

37.合金元素在回火过程中推迟了马氏体的分解和残余奥氏体的转变，提高了铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，从而提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

38.钢在回火时会产生回火脆性，即在250-400℃和450-650℃两个温度区间回火，刚的冲击韧性明显下降。

低温回火脆性：

合金钢淬火得到马氏体组织后，在250～400℃温度范围回火使钢脆化，其韧性一脆性转化温度明显升高。

已脆化的钢不能再用低温回火加热的方法消除，既不可逆。

高温回火脆性：

合金钢淬火得到马氏体组织后，在450～600℃温度范围回火；或在650℃回火后以缓慢冷却速度经过350～600℃；或者在650℃回火后，在350～650℃温度范围长期加热，都使钢产生脆化现象，如果已经脆化的钢重新加热到650℃然后快冷，可以恢复韧。

39.我们将马氏体进行再加热和保温，发现马氏体也可以转变为稳定的铁素体和渗碳体。

但对马氏体而言，这一过程不称为人工时效，而称之为回火。

回火导致钢的硬度与强度下降，塑性和韧性提高。

150-250℃的回火为低温回火,其目的是降低钢中残余应力和脆性,保持钢在淬火后的高硬度与耐磨性。

工程上各种高碳工具、模具钢一般采用低温回火,这时的组织为低碳马氏体和亚稳定的ε碳化物，称为回火马氏体。

300-500℃的回火为中温回火，此时的性能特点是具有一定的韧性，高的弹性和屈服强度，主要用于各种弹簧的处理。

此时的组织为回火屈氏体，是由针状铁素体和细粒渗碳体组成的机械混合物。

500-650℃的回火为高温回火。

回火后钢件的综合机械性能（强度、塑性、韧性）均较高。

习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。

40．照金相组织来解释。

前者平衡态是渗碳体加珠光体，后者出现莱氏体。

41.激光淬火又叫激光相变硬化，以高能密度的激光束照射工件表面，使其需要硬化的部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，温度急剧上升，形成奥氏体，经随后的快速冷却，获得极细小马氏体等组织的高硬化层的一种热处理技术。

特点：

（1）极快的加热（10^4～10^6℃/s）速度和冷却速度（10^6～10^8℃/s）。

通常只需要0.1s即可完成淬火过程。

（2）激光淬火对工件局部表面进行，淬火硬化层可精确控制，淬火后工件变形小，几乎无氧化脱碳现象，表面粗糙度低。

（3）激光淬火的硬度比常规淬火硬度高15%～20%;耐磨性可大幅提高。

（4）自冷淬火避免了水或油等淬火介质，有利于防止环境污染。

42.

（1）.汽车缸套内壁进行激光表面淬火使用寿命比电火花强化缸套提高一倍。

（2）利用激光熔凝技术对拖拉机汽缸进行处理。

显著的提高了缸套的耐磨性和使用寿命。

43．

（1）工艺路线为：

锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。

退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。

（2）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃

（3）终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。

3.2习题

1、解释名词

红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。

石墨化：

钢中渗碳体分解成为游离碳并以石墨形式析出，在钢中形成石墨夹杂的现象。

孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。

习惯上，向铸铁中加入添加剂称为孕育处理；向有色合金中则称变质处理。

球化退火：

球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。

可锻化退火：

将一定成分的白口铸铁中的碳化物分解成团絮状石墨的退火工艺。

时效：

耐热钢或耐热合金制的高温构件在长期的运行过程中从过饱和固溶体内析出一些强化相质点而使金属的性能（主要是力学性能和蠕变极限等）随时间发生变化的现象。

石墨化退火的目的是使铸铁中渗碳体分解为石墨和铁素体。

4、综合分析题（1～8）

1）Q235A钢类：

碳素结构钢，碳的质量分数：

0.14%～0.22%应用实例：

制成钢筋

15

45优质碳素结构钢0.42%～0.50%制造齿轮

65优质碳素结构钢0.62%～0.70%制造弹簧

T8碳素工具钢0.75%～0.84%制造锤子

T12碳素工具钢1.15%～1.24%制造锉刀

2）低合金高强钢添加锰，可以提高钢的淬透性，强化铁素体，提高强度、硬度，提高高温强度，在低碳钢中，添加3%的锰，仍能得到很好的韧性。

3）渗碳钢的合金化特点：

加入提高渗透性和防止第二类回火脆性的元素；热处理特点：

在极高的渗碳温度下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。

调质钢的合金化特点：

加入提高淬透性和阻止奥氏体晶粒长大的合金元素；热处理特点：

调质钢需经淬火加高温回火热处理，淬透性较高，一般都用油淬，淬透性特别大时可以空冷，最终性能决定于回火温度。

4）40Cr钢，850℃油淬，570℃回火。

5）Si能提高淬透性，同时也提高屈服强化。

进行中温回火是为了获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度，特别是弹性极限高，并有一定的韧性和塑性。

6）能提高淬透性，形成合金渗碳体，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。

轴承钢中非金属夹杂对钢的性能尤其是接触疲劳强度影响很大，往往是接触疲劳强度的发源点。

7）高速钢的成分特点：

高碳，加Cr，W，Mo，V等合金元素；热处理特点：

高速钢锻后进行球化退火，便于机加工，并且为淬火做好组织准备，球化退火温度为Ac1+（30～50）℃（870～880℃），高速钢的导热性很差，淬火温度又高，所以淬火加热时必须进行二次预热，通常在二次硬化峰值温度或稍高一些的温度（550～570℃）回火三次。

性能特点：

具有很高的热硬性。

合金元素的作用：

加入Cr能提高淬透性，加入W、Mo能保证高的热硬性，加入V能形成VC（或V4C3），非常稳定，极难融化，硬度极高，能大大提高钢的硬度和耐磨性，同时还能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

8）不能。

因为W18Cr4V钢中含有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1200以上才能大量的溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性。

而Ac1+（30～50）℃为（850～870）℃，远远达不到这个要求。

通常淬火温度为（1220～1280）℃。