機(jī)械制造基礎(chǔ)（第3版）習(xí)題解答

第一章金屬材料的力學(xué)性能習(xí)題解答1-1什么是金屬的力學(xué)性能?根據(jù)載荷形式的不同，力學(xué)性能主要包括哪些指標(biāo)?答：金屬在各種不同載荷作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性就叫力學(xué)性能。根據(jù)載荷形式的不同，力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、硬度、塑性和沖擊韌度等。1-2什么是強(qiáng)度?什么是塑性?衡量這兩種性能的指標(biāo)有哪些?各用什么符號(hào)表示?答：金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力就是強(qiáng)度；衡量強(qiáng)度的主要指標(biāo)有彈性極限σe、抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)等。金屬發(fā)生塑性變形但不破壞的能力稱為塑性；衡量塑性的主要指標(biāo)有斷面收縮率ψ和伸長(zhǎng)率δ。1-3低碳鋼做成的d0=10mm的圓形短試樣經(jīng)拉伸試驗(yàn)，得到如下數(shù)據(jù)：Fs=21100N，F(xiàn)b=34500N，l1=65mm，d1=6mm。試求低碳鋼的σs、σb、δ5、ψ。答：原始試樣截面積為，試驗(yàn)后截面積為；原始試樣長(zhǎng)度為，故1-4什么是硬度?HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法測(cè)出的硬度?答：硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)，是指金屬抵抗局部彈性變形、塑性變形、壓痕或劃痕的能力。HBW代表用布氏硬度測(cè)定方法測(cè)出的硬度，HRA、HRB、HRC各代表用洛氏硬度的A、B、C三種不同的標(biāo)尺測(cè)定出的硬度。1-5下列硬度要求和寫法是否正確?HBW150HRC40NHR00HRB10478HVHRA79474HBW答：HBW150不正確；HRC40N不正確；HR00不正確；HRB10不正確；478HV正確；HRA79不正確；474HBW正確。1-6什么是沖擊韌度?AK和αKV各代表什么?答：金屬材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為沖擊韌度。AK代表沖擊吸收功；αKV代表使用V形缺口試件測(cè)出的沖擊韌度值。1-7什么是疲勞現(xiàn)象?什么是疲勞強(qiáng)度?答：1、疲勞現(xiàn)象是指零件在交變載荷作用下（交變應(yīng)力通常都低于材料的屈服強(qiáng)度），經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)生破壞的現(xiàn)象。材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。1-8用標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)得的金屬材料的力學(xué)性能能否直接代表材料制成零件的力學(xué)性能?為什么?答：用標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)得的金屬材料的力學(xué)性能不能直接代表零件的力學(xué)性能。因?yàn)榻饘俨牧狭W(xué)的力學(xué)性能是在特定條件下測(cè)定出的指標(biāo)，零件的實(shí)際工作條件與這些條件不一定是一致的，如熱處理、溫度、尺寸大小等，從而導(dǎo)致零件力學(xué)性能改變。第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)習(xí)題解答2-1什么是晶體?晶體的主要性能是什么?答：晶體是指原子具有規(guī)則排列的物質(zhì)。晶體的主要性能有（1）具有規(guī)則的外形；（2）具有固定的熔點(diǎn)；（3）具有各向異性。2-2解釋下列名詞：晶格、晶胞、晶格常數(shù)、晶粒、晶界、合金、組元、相、合金系。答：晶格是指把原子看成是一個(gè)結(jié)點(diǎn)，用假想的線條把將結(jié)點(diǎn)連接起來(lái)構(gòu)成的空間格子。晶胞是晶格中一個(gè)完全能代表晶格特征的最小的幾何單元。晶格常數(shù)是晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度a、b、c及各棱邊之間的夾角α、β、γ稱為晶格常數(shù)。晶粒是指多晶體中每一個(gè)小的單晶體。晶界是指晶粒與晶粒之間的界面。合金是由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素熔合在一起，形成具有金屬特性的物質(zhì)。組元是組成合金的獨(dú)立的、最基本的單元。相是指合金中凡是結(jié)構(gòu)、成分和性能相同并且與其他部分有界面分開的均勻組成部分。合金系是指由二個(gè)或二個(gè)以上的組元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金。2-3試?yán)L示意圖說(shuō)明什么是單晶體?什么是多晶體?答：?jiǎn)尉w是具有一致結(jié)晶位向的晶體，如題2-3圖1所示。題2-3圖1題2-3圖2多晶體是由許多結(jié)晶位向不同的單晶體組成的聚合體，如題2-3圖2所示。2-4金屬晶格的基本類型有哪幾種?繪出示意圖說(shuō)明它們的原子排列。答：金屬晶格有體心立方晶格（如題2-4圖1所示）、面心立方晶格（如題2-4圖2所示）、密排六方晶格（題2-4圖3所示）。題2-4圖1題2-4圖2題2-4圖32-5實(shí)際金屬有哪些晶體缺陷?這些缺陷對(duì)性能有何影響?答：實(shí)際金屬的晶體缺陷有空位和間隙原子（點(diǎn)缺陷）、位錯(cuò)（線缺陷）、晶界和亞晶界（面缺陷）。晶體缺陷引起晶格畸變，在晶體的強(qiáng)度、硬度、塑性和擴(kuò)散及其他結(jié)構(gòu)問(wèn)題中起主要作用。2-6什么是固溶體?繪圖說(shuō)明固溶體的種類。答：合金在由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時(shí)，組元間會(huì)互相溶解，形成一種在某一組元晶格中包含有其它組元的新相，這種新相稱為固溶體。固溶體分為間隙固溶體（題2-6圖1）和置換固溶體（題2-6圖2）兩種基本類型。題2-6圖1題2-6圖22-7什么是固溶強(qiáng)化?答：由于溶質(zhì)原子溶人溶劑晶格后引起晶格畸變，使其塑性變形的抗力增大，因而使得合金的強(qiáng)度、硬度升高，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。2-8金屬化合物的主要性能和特點(diǎn)是什么?以Fe3C為例說(shuō)明之。答：金屬化合物的熔點(diǎn)較高，性能硬而脆。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。Fe3C熔點(diǎn)為1837℃，硬度為900～1000HV均比純鐵高，但韌性卻很差。第三章金屬與合金的結(jié)晶習(xí)題解答3-1解釋下列名詞結(jié)晶過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷度變質(zhì)處理晶核同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變枝晶偏析共晶轉(zhuǎn)變答：結(jié)晶——是液態(tài)金屬凝固為固態(tài)的過(guò)程。過(guò)冷現(xiàn)象——是指實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過(guò)冷度——理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值。變質(zhì)處理——在液態(tài)金屬結(jié)晶前加入變質(zhì)劑，以增加可形核率或降低長(zhǎng)大速率，從而細(xì)化晶粒的方法。晶核——最先形成的、作為結(jié)晶核心的微小晶體稱為晶核。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的變化過(guò)程。枝晶偏析——在一個(gè)晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，叫枝晶偏析。共晶轉(zhuǎn)變——一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程。3-2晶粒大小對(duì)金屬的力學(xué)性能有何影響?生產(chǎn)中有哪些細(xì)化晶粒的方法?答：在常溫下，細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的方法有：增加過(guò)冷度、變質(zhì)處理、附加振動(dòng)和降低澆注速度。3-3如果其它條件相同，試比較下列鑄造條件下，鑄件晶粒的大?。?1)金屬型鑄造與砂型鑄造；(2)高溫澆注與低溫澆注；(3)澆注時(shí)采用振動(dòng)與不采用振動(dòng)；(4)厚大鑄件的表面部分與中心部分。答：（1）金屬型鑄造晶粒較細(xì)小；（2）高溫澆注晶粒較細(xì)??；（3）澆注時(shí)采用振動(dòng)晶粒較細(xì)小；（4）厚大鑄件表面晶粒較細(xì)小。3-4試分析比較純金屬、共晶體、固溶體三者在結(jié)晶過(guò)程和顯微組織上的異同之處。答：不同點(diǎn)純金屬共晶體固溶體結(jié)晶過(guò)程固定的結(jié)晶溫度固定的結(jié)晶溫度結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行顯微組織單一成分的單相組織為兩相均勻的組織兩組元的單相組織3-5金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶有何異同之處?答：金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和結(jié)晶過(guò)程都有固定的溫度、有結(jié)晶潛熱釋放、都有形核、長(zhǎng)大過(guò)程；但同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是固相間的轉(zhuǎn)變而結(jié)晶是由液相向固相轉(zhuǎn)變；同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)冷度更大，會(huì)產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力。3-6根據(jù)Pb-Sn相圖，分析wSn=40％和wSn=80％的兩種Pb-Sn合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的組織。答：wSn=40％的Pb-Sn合金的結(jié)晶過(guò)程如下：題3-6圖中的合金Ⅰ為wSn=40％的Pb-Sn合金。當(dāng)合金在1點(diǎn)溫度以上時(shí)為液相，緩慢冷卻到1點(diǎn)溫度時(shí)，開始從液相中結(jié)晶出α固溶體。溫度在1~2點(diǎn)之間，隨溫度的不斷降低，α固溶體的量不斷增多，其成分不斷沿AM線變化；剩余液相的量不斷減少，其成分不斷沿AE線變化。溫度降到2點(diǎn)時(shí)，剩余液相的成分達(dá)到共晶點(diǎn)成分，在共晶溫度(183℃)下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，同時(shí)結(jié)晶出α+β共晶體，直到液相全部消失為止，此時(shí)，合金的組織由先結(jié)晶出來(lái)的α固溶體(稱為先共晶相或初晶)和共晶體α+β組成。繼續(xù)冷卻到2點(diǎn)溫度以下時(shí)，α、β的溶解度分別沿MF、NG線變化，故分別要從α和β中析出βⅡ和αⅡ兩種次生相，即L→L+α→（α+β）共晶+α→（α+β）共晶+α+βⅡ。合金Ⅰ的室溫組織為初晶α、次生βⅡ和共晶體α+β，即（α+β）共晶+α+βⅡ。題3-6圖題3-6圖中的合金Ⅱ?yàn)閣Sn=80％的Pb-Sn合金。wSn=80％的Pb-Sn合金的結(jié)晶過(guò)程及組織與wSn=40％的Pb-Sn合金的結(jié)晶過(guò)程相類似，所不同的是先結(jié)晶出來(lái)的固相是β固溶體，結(jié)晶后的顯微組織為初晶β、次生αⅡ和共晶體α+β組成，即（α+β）共晶+β+αⅡ。第四章鐵碳合金習(xí)題解答4-1什么叫鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體?試從碳含量、相組成、晶體結(jié)構(gòu)等方面分析其特點(diǎn)。答：列表進(jìn)行分析和比較。相組成碳含量特點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)鐵素體C在α-Fe中的固溶體0-0.0218%單相固溶體體心立方奧氏體C在γ-Fe中的固溶體0-2.11%單相固溶體面心立方滲碳體C與Fe形成的金屬化合物6.69%單相金屬化合物復(fù)雜晶格珠光體奧氏體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變生成的鐵素體與滲碳體片層混合物0.77%兩相混合物萊氏體高溫萊氏體：(A+Fe3CⅡ十Fe3C)低溫萊氏體：(P十Fe3CⅡ十Fe3C)4.3%兩相混合物4-2什么是共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變?答：共晶轉(zhuǎn)變是在一定溫度下一定成分的液相同時(shí)析出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程。共析轉(zhuǎn)變是在一定溫度下一定成分的固相同時(shí)析出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程。4-3說(shuō)明一次滲碳體和二次滲碳體的區(qū)別是什么?答：一次滲碳體是直接從液相中析出的滲碳體，呈板條狀；二次滲碳體是從奧氏體中析出的，呈網(wǎng)狀。4-4根據(jù)Fe—Fe3C相圖分析wc=0.45％和wc=1％的碳素鋼從液態(tài)緩冷至室溫的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程及室溫組織。答：wc=0.45％碳素鋼組織轉(zhuǎn)變過(guò)程為：液相→奧氏體+液相→奧氏體→奧氏體+鐵素體→珠光體+鐵素體（室溫組織）。wc=1％碳素鋼組織轉(zhuǎn)變過(guò)程為：液相→奧氏體+液相→奧氏體→奧氏體+滲碳體→珠光體+滲碳體（室溫組織）。4-5根據(jù)Fe—Fe3C相圖，分析下列現(xiàn)象：(1)wc=1.2％的鋼比wc=0.45％的鋼硬度高。(2)wc=1.2％的鋼比wc=0.8％的鋼強(qiáng)度低。(3)低溫萊氏體硬度高，脆性大。(4)碳鋼進(jìn)行熱鍛、熱軋時(shí)，都要加熱到奧氏體區(qū)。答：（1）wc=1.2％的鋼比wc=0.45％的鋼的相成分中有更多的滲碳體，因此提高了鋼的硬度。(2)wc=1.2％的鋼中有網(wǎng)狀的二次滲碳體和珠光體，wc=0.8％的鋼中有大量的珠光體，脆而硬的網(wǎng)狀的滲碳體將珠光體組織阻斷，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度下降。(3)低溫萊氏體中有大量的滲碳體，因而其硬度高，脆性大。(4)碳鋼加熱到奧氏體區(qū)，使相成分成為單相奧氏體，奧氏體有較好的塑性和韌性使其有更好的壓力加工性能。4-6倉(cāng)庫(kù)內(nèi)存放的兩種同規(guī)格鋼材，其碳含量分別為：wc=0.45％、wc=0.8％，因管理不當(dāng)混合在—起，試提出兩種以上方法加以鑒別。答：可能通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)和硬度測(cè)定來(lái)鑒別，wc=0.8％有更大的強(qiáng)度及硬度。（如果有經(jīng)驗(yàn)，亦可通過(guò)摩擦火花進(jìn)行鑒別。）4-7根據(jù)Fe—Fe3C相圖，說(shuō)明下列現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。(1)低溫萊氏體(Ld')比珠光體(P)塑性差。(2)加熱到1100℃，wc=0.4％的鋼能進(jìn)行鍛造，wc=4％的鑄鐵不能鍛造。(3)鉗工鋸高碳成分(wc≥0.77％)的鋼材比鋸低碳成分(wc≤0.2％)的鋼料費(fèi)力，鋸條容易磨損。(4)鋼適宜于鍛壓加工成形，而鑄鐵適宜于鑄造成形。(5)鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。答：(1)低溫萊氏體(Ld')比珠光體(P)塑性差是因?yàn)榈蜏厝R氏體中有大量的滲碳體，其性能接近單相滲碳體因而其塑性比珠光體差。(2)加熱到1100℃時(shí)，wc=0.4％的鋼為單相奧氏體有較好的塑性和較低的強(qiáng)度能進(jìn)行鍛造；wc=4％的鑄鐵高溫組織中性能硬而脆的滲碳體量很多，故不能鍛造。(3)高碳成分(wc≥0.77％)的鋼材中滲碳體的含量比低碳成分(wc≤0.2％)的鋼更高，有更高的硬性和強(qiáng)度。(4)鋼中含塑性好而強(qiáng)度低的鐵素體的量多適宜鍛壓，而鑄鐵成分接近共晶成分熔點(diǎn)較低，適宜于鑄造成形。(5)鋼鉚釘在工作時(shí)需要進(jìn)行塑性變形，而低碳鋼有較好的塑性同時(shí)有一定的強(qiáng)度。第五章碳素鋼與鋼的熱處理習(xí)題解答5-1在平衡條件下，45鋼、T8鋼、T12鋼的硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性哪個(gè)大、哪個(gè)小?變化規(guī)律是什么?原因何在?答：平衡條件下，硬度大小為：45鋼<T8鋼<T12鋼，強(qiáng)度大小為：45鋼<T12鋼<T8鋼，塑性及韌性大小為：45鋼>T8鋼>T12鋼。變化規(guī)律為：隨著碳含量的增加鋼的硬度提高，塑性和韌性則下降，因?yàn)殡S著含量的增加組織中硬而脆的滲碳體的量也在增加；隨碳含量增加，強(qiáng)度也會(huì)增加，但當(dāng)碳含量到了0.9%后，強(qiáng)度則會(huì)隨碳含量的增加而下降，因?yàn)樘己砍^(guò)0.9%后，鋼的平衡組織中出現(xiàn)了脆而硬的網(wǎng)狀二次滲碳體，導(dǎo)致了強(qiáng)度的下降。5-2為什么說(shuō)碳鋼中的錳和硅是有益元素?硫和磷是有害元素?答：錳的脫氧能力較好，能清除鋼中的FeO，降低鋼的脆性；錳還能與硫形成MnS，以減輕硫的有害作用。硅的脫氧能力比錳強(qiáng)，在室溫下硅能溶人鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。硫在鋼中與鐵形成化合物FeS，F(xiàn)eS與鐵則形成低熔點(diǎn)(985℃)的共晶體分布在奧氏體晶界上。當(dāng)鋼材加熱到1100～1200℃進(jìn)行鍛壓加工時(shí)，晶界上的共晶體己熔化，造成鋼材在鍛壓加工過(guò)程中開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。磷可全部溶于鐵素體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化，使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑性、韌性顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，故稱為“冷脆”。磷在結(jié)晶時(shí)還容易偏析，從而在局部發(fā)生冷脆。5-3說(shuō)明Q235A、10、45、65Mn、T8、T12A各屬什么鋼?分析其碳含量及性能特點(diǎn)，并分別舉一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。答：Q235A屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼；10鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼；45鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的中碳鋼；65Mn屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的高碳鋼且含錳量較高；T8屬于優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼；T12A屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。Q235A的wC=0.14%~0.22%，其強(qiáng)度、塑性等性能在碳素結(jié)構(gòu)鋼中居中，工藝性能良好，故應(yīng)用較為廣泛，如用于制造機(jī)器中受力不大的螺栓。10鋼的wC=0.07%~0.14%，其強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性良好，用作焊接件、沖壓件和鍛件時(shí)的工藝性能良好，可用于制造機(jī)器中的墊圈、銷釘?shù)攘慵?5鋼的wC=0.42%~0.50%，其力學(xué)性能在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中居中，具有良好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用廣泛，如可用于制造內(nèi)燃機(jī)的曲軸等零件。T8鋼的wC=0.75%~0.84%，其強(qiáng)度、硬度和耐磨性較高，塑性、韌性較低，可用于制造承受沖擊的沖頭等零件。T12A鋼的wC=1.15%~1.24%，其強(qiáng)度、硬度和耐磨性較高，塑性、韌性比T8鋼低，可用于制造不受沖擊的鉸刀或絲錐等工具。5-4什么是熱處理?它由哪幾個(gè)階段組成?熱處理的目的是什么?答：1、鋼的熱處理是通過(guò)加熱、保溫和冷卻來(lái)改變鋼的內(nèi)部組織或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。2、熱處理由加熱、保溫和冷卻組成。3、熱處理可以充分發(fā)揮鋼材的潛力，顯著提高鋼的力學(xué)性能，延長(zhǎng)零件的使用壽命；還可以消除鑄、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，為后續(xù)工序作好組織準(zhǔn)備。5-5鋼熱處理加熱后保溫的目的是什么?答：熱處理加熱后保溫的目的，一是為了使工件熱透，組織轉(zhuǎn)變完全；二是為了獲得成分均勻的奧氏體，以便冷卻后得到良好的組織與性能。5-6解釋下列名詞：過(guò)冷奧氏體、殘余奧氏體、馬氏體、下貝氏體、托氏體；淬透性、淬硬性、臨界冷卻速度、調(diào)質(zhì)處理；實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度。過(guò)冷奧氏體——在A1溫度以下暫時(shí)存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體。殘余奧氏體——過(guò)冷奧氏體在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過(guò)程中，由于奧氏體的碳含量過(guò)高使轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底，即使過(guò)冷到Mf以下溫度，仍有一定量的奧氏體存在，這部分奧氏體稱為殘余奧氏體。馬氏體——過(guò)冷奧氏體在Ms至Mf之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。馬氏體實(shí)質(zhì)上是碳在α-Fe中過(guò)飽和固溶體。下貝氏體——過(guò)冷奧氏體在350℃～Ms點(diǎn)溫度范圍內(nèi)等溫轉(zhuǎn)變形成的貝氏體稱為下貝氏體（下貝氏體呈黑色針片狀形態(tài)，其中含過(guò)飽和碳的鐵素體呈針片狀，微細(xì)的ε碳化物(Fe2、4C)均勻而有方向地分布在針片狀鐵素體的內(nèi)部）。托氏體——過(guò)冷奧氏體在600℃~550℃等溫轉(zhuǎn)變時(shí)分解為鐵素體與滲碳體的片層狀混合物（一種珠光體組織）。淬透性——淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。淬硬性——淬硬性是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。臨界冷卻速度——只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度，稱為臨界冷卻速度。調(diào)質(zhì)處理——淬火與高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝，稱為“調(diào)質(zhì)”。實(shí)際晶粒度——在某一具體熱處理或熱加工條件下，實(shí)際獲得的奧氏體晶粒度。本質(zhì)晶粒度——將鋼加熱到930±10℃，保溫8h冷卻后測(cè)得的晶粒度。5-7畫出T8鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線。為了獲得以下組織，應(yīng)采用什么冷卻方法?并在等溫轉(zhuǎn)變曲線上畫出冷卻曲線示意圖。(1)索氏體+珠光體(2)全部下貝氏體(3)托氏體+馬氏體+殘余奧氏體(4)托氏體+下貝氏體+馬氏體+殘余奧氏體(5)馬氏體+殘余奧氏體答：T8鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線如圖。(1)用速度較慢的連續(xù)冷卻方式（如隨爐冷卻，曲線1），使開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)中，轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)在索氏體轉(zhuǎn)變區(qū)中；(2)用等溫轉(zhuǎn)變方式，快冷至下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，等溫冷卻至轉(zhuǎn)變結(jié)束，再冷卻到室溫（曲線2）；(3)用連續(xù)冷卻方式，使開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)在托氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在未完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w時(shí)冷卻到上馬氏體點(diǎn)以下（曲線3）；(4)先進(jìn)行冷卻，使開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)在托氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在未完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w時(shí)冷卻到上馬氏體點(diǎn)以上的下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，進(jìn)行等溫冷卻，在轉(zhuǎn)變未完全進(jìn)行時(shí)再快冷到上馬氏體點(diǎn)以下（曲線4）；(5)用大于臨界冷卻速度的連續(xù)冷卻方式進(jìn)行冷卻（曲線5）。5-8鋼中碳含量對(duì)馬氏體硬度有何影響?為什么?答：馬氏體的硬度主要取決于馬氏體中的碳含量。隨著碳含量的增加，馬氏體的硬度也隨之增高，尤其是在碳含量較低時(shí)，強(qiáng)度與硬度的增高比較明顯。但當(dāng)鋼中wc>0.6％時(shí)，硬度的增高趨于平緩。這是由于奧氏體中碳含量增加，導(dǎo)致淬火后的殘余奧氏體量增多的緣故。5-9將T10鋼、T12鋼同時(shí)加熱到780℃進(jìn)行淬火，問(wèn)：(1)淬火后各得到什么組織?(2)淬火馬氏體的碳含量及硬度是否相同?為什么?(3)哪一種鋼淬火后的耐磨性更好些?為什么?答:(1)T10鋼和T12鋼淬火后的組織均為馬氏體、未溶滲碳體和殘余奧氏體。(2)淬火馬氏體的碳含量和硬度相近，因?yàn)門12中的殘余奧氏體多一些。(3)T12鋼淬火后的耐磨性更好，因?yàn)門12中的未溶滲碳體更多一些。5-10馬氏體的本質(zhì)是什么?其組織形態(tài)分哪兩種?各自的性能特點(diǎn)如何?為什么高碳馬氏體硬而脆?答：1、馬氏體實(shí)質(zhì)上是碳在α-Fe中過(guò)飽和固溶體。2、馬氏體的組織形態(tài)有板條狀和片狀兩種類型。當(dāng)奧氏體中wc<0.2％的鋼淬火后，馬氏體的形態(tài)基本為板條狀，故板條狀馬氏體又稱為低碳馬氏體。當(dāng)wc>1％的鋼淬火后，馬氏體的形態(tài)基本為片狀，故片狀馬氏體又稱為高碳馬氏體。當(dāng)奧氏體中的碳含量介于二者之間時(shí)，淬火后為兩種馬氏體的混合組織。3、低碳的板條狀馬氏體不僅具有較高的強(qiáng)度與硬度，同時(shí)還具有良好的塑性與韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。而高碳的片狀馬氏體，由于碳的過(guò)飽和度大，晶格畸變嚴(yán)重，淬火內(nèi)應(yīng)力也較大，而且往往存在內(nèi)部顯微裂紋，所以呈現(xiàn)硬度高而脆性大的特點(diǎn)。5-11下面的幾種說(shuō)法是否正確?為什么?(1)過(guò)冷奧氏體的冷卻速度越快，鋼冷卻后的硬度越高。(2)鋼中合金元素越多，則淬火后硬度就越高。(3)本質(zhì)細(xì)晶粒鋼加熱后的實(shí)際晶粒一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)。(4)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火時(shí)的冷卻速度。(5)為了改善碳素工具鋼的切削加工性，其預(yù)先熱處理應(yīng)采用完全退火。(6)淬透性好的鋼，其淬硬性也一定好。答：(1)過(guò)冷奧氏體的冷卻速度越快，鋼冷卻后的硬度越高的說(shuō)法不正確。這是因?yàn)殇摰挠捕戎饕Q于過(guò)冷奧氏體的碳含量及馬氏體的組織形態(tài)。(2)鋼中合金元素越多，則淬火后硬度就越高的說(shuō)法不正確。淬硬性的高低主要取決于鋼中含碳量。鋼中含碳量越高，淬硬性越好。(3)本質(zhì)細(xì)晶粒鋼加熱后的實(shí)際晶粒一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)的說(shuō)法不完全準(zhǔn)確，因?yàn)楸举|(zhì)細(xì)晶粒鋼在930～950℃以下加熱，晶粒長(zhǎng)大傾向較小，因此它的實(shí)際晶粒比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)，但在此溫度以上加熱，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的實(shí)際晶粒會(huì)比本質(zhì)粗晶粒鋼的粗。(4)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火時(shí)的冷卻速度的說(shuō)法是錯(cuò)誤的，因?yàn)榛鼗饡r(shí)決定鋼的組織和性能的主要因素是回火溫度。(5)為了改善碳素工具鋼的切削加工性，其預(yù)先熱處理應(yīng)采用完全退火的說(shuō)法不正確，正確的做法應(yīng)該采用球化退火。(6)淬透性好的鋼，其淬硬性也一定好的說(shuō)法是錯(cuò)誤的，因?yàn)殇摰拇阌残匀Q于馬氏體中的碳含量，碳含量越高，淬火后硬度越高。5-12歸納高頻感應(yīng)加熱淬火、氣體滲碳、氣體滲氮的工藝，就處理溫度、適用鋼材、熱處理方法、熱處理前后的表面組織、表面耐磨性和應(yīng)用場(chǎng)合各項(xiàng)列成一表。答：高頻感應(yīng)加熱表面淬火氣體滲碳?xì)怏w滲氮軟氮化處理溫度800-1000℃900-950℃500-580℃500-570℃適用鋼材0.4-0.5%C的中碳鋼含0.1-0.25%C的低碳鋼含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼低、中碳鋼熱處理方法表面加熱淬火再低溫回火滲碳后淬火再低溫回火滲氮碳氮共滲，淬火后低溫回火熱處理前后的表面組織前：F+P，后：極細(xì)M前：F+P，后：回火馬氏體+網(wǎng)狀Fe3CⅡ表層形成的氮化物含C、N的回火馬氏體及細(xì)小的C、N化合物表面耐磨性較好較好最好良好應(yīng)用場(chǎng)合承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變負(fù)荷作用的工件同時(shí)有磨損、受沖擊的零件耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件小型耐磨件，模具、量具等5-13正火與退火的主要區(qū)別是什么?生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火與退火?答：正火與退火的主要區(qū)別在于正火加熱溫度高，鋼完全奧氏體化和空冷，冷卻速度快。正火組織較細(xì)，其強(qiáng)度、硬度比退火高一些。生產(chǎn)中正火與退火的選用從以下三方面考慮：①?gòu)那邢骷庸ば钥紤]。預(yù)備熱處理，低碳鋼選擇正火，以提高硬度，改善其切削加工性，高碳鋼選擇退火，正火后硬度太高；②從使用性能上考慮，亞共析鋼選用正火，具有較好的力學(xué)性能。如果零件的性能要求不很高，則可用正火作為最終熱處理；大型、重型零件采用正火作為最終熱處理，而淬火有開裂危險(xiǎn)；零件的形狀復(fù)雜用退火為宜，正火冷卻速度較快也有引起開裂的危險(xiǎn)時(shí)；③從經(jīng)濟(jì)性上考慮，優(yōu)先采用正火，正火生產(chǎn)周期短，耗能少，成本低，效率高，操作簡(jiǎn)便。5-14淬火方法有幾種?各有何特點(diǎn)?答：淬火方法及各自的特點(diǎn)如下：①單介質(zhì)淬火：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。缺點(diǎn)：水淬變形、開裂傾向大；油淬易產(chǎn)生硬度不足或不均。②雙介質(zhì)淬火：優(yōu)點(diǎn)：此方法利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，減少了工件的變形和開裂。缺點(diǎn)：操作困難，不易掌握，要求操作技術(shù)高。③馬氏體分級(jí)淬火：優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)在Ms點(diǎn)附近的保溫，使工件的內(nèi)外溫差減小到最小，有效地減小了工件淬火的內(nèi)應(yīng)力，降低了工件變形和開裂的傾向。缺點(diǎn)：鹽浴或堿浴冷卻能力較低。④貝氏體等溫淬火：得到下貝氏體組織，硬度不如馬氏體組織，但具有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性等的良好配合；可顯著地減少淬火應(yīng)力和變形，避免了工件的淬火開裂。⑤冷處理：減少鋼件中的殘余奧氏體量，提高硬度和耐磨性，穩(wěn)定尺寸。5-15同一種鋼材，當(dāng)調(diào)質(zhì)后和正火后的硬度相同時(shí)，兩者在組織和性能上是否相同?為什么?答：鋼經(jīng)正火后或調(diào)質(zhì)后的硬度值很相近，但在組織和性能上則不相同。因?yàn)殇摻?jīng)調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，其中滲碳體呈粒狀，而正火得到的索氏體呈層片狀。因此，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鋼不僅其強(qiáng)度較高，塑性、韌性也顯著超過(guò)正火狀態(tài)。5-16確定下列工件的熱處理方法：(1)用60鋼絲熱成形的彈簧。(2)用45鋼制造的軸，心部要求有良好的綜合力學(xué)性能，軸頸處要求硬而耐磨。(3)用T12鋼制造的銼刀，要求硬度為60～65HRC。(4)鍛造過(guò)熱的60鋼鍛坯，要求細(xì)化晶粒。答：各種工件的熱處理方法分別為：（1）淬火+中溫回火。（2）調(diào)質(zhì)+感應(yīng)加熱淬火（軸頸處）。（3）淬火+低溫回火。（4）完全退火（或等溫退火）。5-1745鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度為240HBW，若再進(jìn)行180℃回火，能否使其硬度提高?為什么?又45鋼經(jīng)淬火、低溫回火后，若再進(jìn)行560℃回火，能否使其硬度降低?為什么?答：1、45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，若再進(jìn)行180℃回火，不能使其硬度提高。因?yàn)檎{(diào)質(zhì)處理得到的組織為回火索氏體，若再進(jìn)行180℃回火，不會(huì)改變回火索氏體的組織形態(tài)。2、45鋼經(jīng)淬火、低溫回火后，若再進(jìn)行560℃回火，將會(huì)使其硬度降低。因?yàn)楦邷鼗鼗饘⑹沟蜏鼗鼗鸬玫降幕鼗瘃R氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)闉榛鼗鹚魇象w組織，因而使其硬度降低。5-18現(xiàn)有一批螺釘，原定由35鋼制成，要求其頭部熱處理后硬度為35～40HRC。現(xiàn)材料中混入了T10鋼和10鋼。問(wèn)由T10鋼和10鋼制成的螺釘，若仍按35鋼進(jìn)行熱處理(淬火、回火)時(shí)，能否達(dá)到要求?為什么?答：均不能達(dá)到要求。10鋼按35鋼進(jìn)行熱處理，淬火加熱時(shí)由于溫度低不能完全奧氏體化，淬火再回火后組織中有鐵素體則太軟。T10鋼按35鋼進(jìn)行熱處理，淬火加熱時(shí)溫度過(guò)高，原有的滲碳體溶入奧氏體太多，且?jiàn)W氏體晶粒粗化，使鋼的脆性增加。5-19化學(xué)熱處理包括哪幾個(gè)基本過(guò)程?常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種?各適用哪些鋼材?答：1、化學(xué)熱處理按滲入元素的不同可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。不論哪一種化學(xué)熱處理，都是通過(guò)以下三個(gè)基本過(guò)程完成的：①分解。介質(zhì)在一定溫度下發(fā)生分解，產(chǎn)生滲入元素的活性原子，如[C]、[N]等。②吸收。活性原子被工件表面吸收，也就是活性原子由鋼的表面進(jìn)入鐵的晶格而形成固溶體或形成化合物。③擴(kuò)散。被工件吸收的活性原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的擴(kuò)散層(即滲層)。2、常用的化學(xué)熱處理方法及適用鋼材有：（1）滲碳。根據(jù)滲碳介質(zhì)的不同，滲碳方法可分為固體滲碳、氣體滲碳、液體滲碳三種。其中應(yīng)用最廣的是氣體滲碳法。滲碳適用于低碳鋼或低碳合金鋼。（2）滲氮。又分為氣體滲氮和離子滲氮兩種。為保證滲氮零件的質(zhì)量，滲氮適用于鋼材中含與氮親和力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的中碳合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。（3）氣體碳氮共滲。氣體碳氮共滲可分為中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體氮碳共滲兩類。中溫氣體碳氮共滲適用的鋼種大多為中、低碳的碳鋼或合金鋼；低溫氣體氮碳共滲適用的鋼種大多為高、中碳的碳鋼或合金鋼。但由于滲層太薄，僅有0.01~0.02mm，滲層硬度較低(約為54～59HRC)，故不宜用于重載條件下工作的零件。5-20擬用T12鋼制造銼刀，其工藝路線為：鍛造——熱處理——機(jī)加工——熱處理——柄部熱處理，試說(shuō)明各熱處理工序的名稱、作用，并指出熱處理后的大致硬度和顯微組織。答：1、鍛造后采用球化退火的熱處理工序，其作用是降低硬度，便于切削加工。此時(shí)的硬度為207HBW，獲得的組織為：在鐵素體基體上均勻分布著球狀(粒狀)滲碳體，稱為球狀珠光體組織。2、機(jī)加工后的熱處理工序?yàn)椋捍慊?低溫回火，其作用是保持淬火后的高硬度和高耐磨性，降低淬火冷卻應(yīng)力和脆性，提高塑性和韌性。此時(shí)的硬度為58～64HRC，顯微組織為回火馬氏體。3、柄部采用去應(yīng)力退火的熱處理工序，其作用是降低柄部的內(nèi)應(yīng)力。去應(yīng)力退火過(guò)程不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。5-21有一凸輪軸，要求表面有高的硬度(>50HRC)，心部具有良好的韌性；原用45鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，高頻淬火、低溫回火可滿足要求?，F(xiàn)因工廠庫(kù)存的45鋼已用完，擬改用15鋼代替，試問(wèn)：(1)改用15鋼后，若仍按原熱處理方法進(jìn)行處理，能否達(dá)到性能要求?為什么?(2)若用原熱處理方法不能達(dá)到性能要求，應(yīng)采用哪些熱處理方法才能達(dá)到性能要求?答：（1）改用15鋼后，若仍按原熱處理方法進(jìn)行處理，不能達(dá)到性能要求。因?yàn)?5鋼含碳量過(guò)低，高頻淬火后硬度不能達(dá)到要求。（2）應(yīng)采用滲碳淬火+低溫回火的熱處理方法即可達(dá)到性能要求。5-22根據(jù)下列零件的性能要求及技術(shù)條件選擇熱處理工藝方法：(1)用45鋼制作的某機(jī)床主軸，其軸頸部分和軸承接觸要求耐磨，52～56HRC，硬化層深1mm。(2)用45鋼制作的直徑為18mm的傳動(dòng)軸，要求有良好的綜合力學(xué)性能，22--25HRC，回火索氏體組織。(3)用20CrMnTi制作的汽車傳動(dòng)齒輪，要求表面高硬度、高耐磨性、58～63HRC，硬化層深0.8mm。(4)用65Mn制作的直徑為5mm的彈簧，要求高彈性，38～40HRC，回火托氏體。答：（1）采用調(diào)質(zhì)+高頻淬火+低溫回火的熱處理工藝方法。（2）采用調(diào)質(zhì)處理的熱處理工藝方法。（3）采用滲碳淬火+低溫回火的熱處理工藝方法。（4）采用淬火+中溫回火的熱處理工藝方法。5-23某一用45鋼制造的零件，其加工路線如下：備料+鍛造——正火——機(jī)械粗加工——調(diào)質(zhì)——機(jī)械精加工+高頻感應(yīng)加熱淬火加低溫回火——磨削。請(qǐng)說(shuō)明各熱處理工序的目的及處理后的組織。答：正火的目的是降低鋼的硬度，便于加工，其組織為細(xì)片狀珠光體+鐵素體（層片狀索氏體）；調(diào)質(zhì)的目的是使材料具有良好的綜合力學(xué)性能，其組織為回火索氏體；高頻感應(yīng)加熱淬火加低溫回火的目的是提高耐磨部位的硬度、降低淬火應(yīng)力和脆性，提高塑性和韌性，其組織為回火馬氏體。第六章合金鋼及其熱處理習(xí)題解答6-1什么是合金元素?按其與碳的作用如何分類?答：1、為了改善鋼的組織和性能，在碳鋼的基礎(chǔ)上，有目的地加入一些元素而制成的鋼，加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈷、鈮、銅、鋁、硼、稀土(RE)等。2、合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小，可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。常見(jiàn)的非碳化物形成元素有：鎳、鈷、銅、硅、鋁、氮、硼等。它們不與碳形成碳化物而固溶于鐵的晶格中，或形成其它化合物，如氮可在鋼中與鐵或其它元素形成氮化物。常見(jiàn)的碳化物形成元素有：鐵、錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等(按照與碳親和力由弱到強(qiáng)排列)。通常釩、鈮、鋯、鈦為強(qiáng)碳化物形成元素；錳為弱碳化物形成元素；鉻、鉬、鎢為中強(qiáng)碳化物形成元素。鋼中形成的合金碳化物主要有合金滲碳體和特殊碳化物兩類。6-2合金元素在鋼中的基本作用有哪些?答：合金元素在鋼中的基本作用有：強(qiáng)化鐵素體、形成合金碳化物、阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大、提高鋼的淬透性和提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性。6-3低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能有哪些特點(diǎn)?主要用途有哪些?答：低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能特點(diǎn)是：①具有高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性；②良好的焊接性；③較好的耐蝕性。低合金結(jié)構(gòu)鋼—般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，被廣泛用于制造橋梁、船舶、車輛、建筑、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等。6-4合金結(jié)構(gòu)鋼按其用途和熱處理特點(diǎn)可分為哪幾種?試說(shuō)明它們的碳含量范圍及主要用途。答：合金結(jié)構(gòu)鋼是指用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。主要包括低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。1、低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)是低碳(wC<0.20％)，—般在熱軋空冷或正火狀態(tài)下使用，用于制造橋梁、船舶、車輛、建筑、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等。2、合金滲碳鋼的平均wC一般在0.1％～0.25％之間，以保證滲碳件心部有足夠高的塑性與韌性。合金滲碳鋼的熱處理，一般是滲碳后直接淬火和低溫回火。合金滲碳鋼主要用于制造表面承受強(qiáng)烈摩擦和磨損，同時(shí)承受動(dòng)載荷特別是沖擊載荷的機(jī)器零件，如汽車、飛機(jī)的齒輪，內(nèi)燃機(jī)的凸輪等。3、合金調(diào)質(zhì)鋼的平均wC一般在0.25％～0.50％之間。合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫回火(即調(diào)質(zhì)處理)，組織為回火索氏體，具有高的綜合力學(xué)性能。若零件表層要求有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理等。它主要用于制造承受多種載荷、受力復(fù)雜的零件，如機(jī)床主軸、連桿、汽車半軸、重要的螺栓和齒輪等。4、合金彈簧鋼的平均wC一般在0.45％～0.70％之間，以保證高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度。彈簧鋼根據(jù)彈簧尺寸和成形方法的不同，其熱處理方法也不同。(1)熱成形彈簧。當(dāng)彈簧絲直徑或鋼板厚度大于10～15mm時(shí)，一般采用熱成形。其熱處理是在成形后進(jìn)行淬火和中溫回火，獲得回火托氏體組織，具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度，硬度為40～45HRC。(2)冷成形彈簧。對(duì)于直徑小于8～10mm的彈簧，一般采用冷拔鋼絲冷卷而成。若彈簧鋼絲是退火狀態(tài)的，則冷卷成形后還需淬火和中溫回火；若彈簧鋼絲是鉛浴索氏體化狀態(tài)或油淬回火狀態(tài)，則在冷卷成形后不需再進(jìn)行淬火和回火處理，只需進(jìn)行一次200～300℃的去應(yīng)力退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，并使彈簧定形。重要彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強(qiáng)度和壽命。60Si2Mn鋼是應(yīng)用最廣的合金彈簧鋼，被廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)上的板簧、螺旋彈簧以及安全閥用彈簧等。彈簧鋼也可進(jìn)行淬火及低溫回火處理，用以制造高強(qiáng)度的耐磨件，如彈簧夾頭、機(jī)床主軸等。5、滾動(dòng)軸承鋼是用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體(滾針、、滾柱、滾珠)、內(nèi)外套圈的專用鋼。滾動(dòng)軸承鋼是高碳鉻鋼，其平均wC為0.95％～1.15％，以保證軸承鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和形成足夠的碳化物以提高耐磨性。滾動(dòng)軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火，硬度為61～65HRC。對(duì)于精密軸承零件，為了保證尺寸的穩(wěn)定性，可在淬火后進(jìn)行一次冷處理，以減少殘余奧氏體的量，然后低溫回火、磨削加工，最后再進(jìn)行一次人工時(shí)效處理，消除磨削產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。6-5試比較碳素工具鋼、低合金刃具鋼和高速鋼的熱硬性，并說(shuō)明高速鋼熱硬性高的主要原因。答：碳素工具鋼在溫度高于200℃時(shí)熱硬性變差；低合金刃具鋼熱硬性在300℃以下；用高速鋼熱硬性可達(dá)600℃。高速鋼熱硬性高的主要原因是高速鋼的含碳量較高，wc在0.75％～1.60％的范圍內(nèi)，并含有大量的碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩等。高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性；鎢和鉬的作用相似(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的鉬相當(dāng)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的鎢)，都能提高鋼的熱硬性。含有大量鎢或鉬的馬氏體具有很高的回火穩(wěn)定性，在500～600℃的回火溫度下，因析出微細(xì)的特殊碳化物(W2C、Mo2C)而產(chǎn)生二次硬化，使鋼具有高的熱硬性，同時(shí)還提高鋼的耐磨性。6-6高速鋼經(jīng)鑄造后為什么要反復(fù)鍛造?為什么選擇高的淬火溫度和三次560℃回火的最終熱處理工藝?這種熱處理是否為調(diào)質(zhì)處理?答：因?yàn)楦咚黉撹T態(tài)組織中含有大量的魚骨狀碳化物，降低了高速鋼的力學(xué)性能，特別是韌性，而且用熱處理方法不能根本改變碳化物的分布狀態(tài)，因此，只能用反復(fù)鍛造的方法將碳化物打碎，并使其盡可能均勻分布。鍛造比最好大于10，鍛后必須緩冷，以免開裂。高速鋼的淬火加熱溫度很高(1200～1300℃)的目的是為了使碳化物盡可能多地溶人奧氏體，從而提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性。高速鋼淬火后應(yīng)立即回火，一般在550～570℃回火三次。在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上升；進(jìn)行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。這種熱處理不是調(diào)質(zhì)。6-7用Cr12鋼制造的冷沖模，其最終熱處理方法有幾種?各適用于什么條件下工作的模具?答：Cr12型鋼的最終熱處理有兩種方法。一種是低溫淬火和低溫回火法(也叫一次硬化法)。這種方法可使模具獲得高硬度和高耐磨性，淬火變形小。一般承受較大載荷和形狀復(fù)雜的模具采用此法處理。另一種熱處理方法是高溫淬火和高溫(510～520℃)多次回火法(也叫二次硬化法)。這種方法能使模具獲得高的熱硬性和耐磨性，但韌性較差。一般承受強(qiáng)烈摩擦，在400～450℃條件下工作的模具適用此法。Cr12型鋼用于制造冷沖模沖頭、冷切剪刀、鉆套、量規(guī)、冶金粉模、拉絲模、車刀、鉸刀等。Cr12MoV用于制造截面較大，形狀復(fù)雜，工作條件繁重的模具，如圓鋸、搓絲板、切邊模、滾邊模、標(biāo)準(zhǔn)工具與量規(guī)等6-8說(shuō)明下列鋼號(hào)的類別、用途及最終熱處理方法：Q345、ZGMn13、40Cr、20CrMnTi、60Si2Mn、9CrSi、GCr15、W6Mo5Cr4V2、Cr12MoV、1Cr13、0Cr19Ni9、0Cr13A1、5CrMnMo。答：列表回答如下：牌號(hào)類別用途最終熱處理Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大型鋼構(gòu)、橋梁、船舶、鍋爐、壓力容器、重型機(jī)械、電站設(shè)備等熱軋空冷或正火ZGMn13高錳耐磨鋼車輛履帶、破碎機(jī)顎板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟斗、鐵道道岔等水韌處理40Cr合金調(diào)質(zhì)鋼重要的調(diào)質(zhì)件，如，軸類、壓桿螺栓、汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、齒輪等調(diào)質(zhì)處理20CrMnTi合金滲碳鋼承受調(diào)整、中載或重載、摩擦的重要滲碳件，如，齒輪、凸輪等滲碳+淬火+低溫回火60Si2Mn合金彈簧鋼減振彈簧、螺旋彈簧等淬火+中溫回火9CrSi合金工具鋼耐磨性高、切削不劇烈的刀具，如，板牙、絲錐、鉆頭等淬火+低溫回火GCr15滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈及滾動(dòng)體、量塊等淬火+低溫回火W6M05Cr4V2高速鋼要求耐磨性、韌性有較好配合的高速切削刀具，如，絲錐、鉆頭、滾刀、拉刀等。淬火+多次回火Crl2MoV冷作模具鋼用于制造冷沖模、擠壓模等淬火+低溫回火1Cr13馬氏體不銹鋼用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等淬火+回火0Cr19Ni9奧氏體不銹鋼食品設(shè)備、一般化工設(shè)備等固溶處理0Cr13A1鐵素體耐熱鋼工作溫度低于900℃，受力不大的爐用構(gòu)件，如，退火爐罩等退火+空冷或緩冷5CrMnMo熱作模具鋼中型錘鍛模淬火+高溫回火6-9對(duì)量具鋼有何要求?量具通常采用何種最終熱處理工藝?答：1、量具鋼的性能要求有：高硬度和耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性、足夠的韌性。2、采用碳素工具鋼時(shí)，最終熱處理為淬火+低溫回火；采用滲碳鋼時(shí)，最終熱處理為滲碳+淬火+低溫回火；采用中碳鋼時(shí)，最終熱處理為高頻感應(yīng)淬火；采用合金工具鋼或滾動(dòng)軸承鋼時(shí)，最終熱處理為淬火+低溫回火。3、對(duì)于精度要求高的量具，為保證尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后進(jìn)行一次冷處理，在低溫回火后還應(yīng)進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理(100～150℃、24～36h)，以進(jìn)一步穩(wěn)定組織和尺寸，并消除淬火內(nèi)應(yīng)力。6-10奧氏體不銹鋼和耐磨鋼的淬火目的與一般合金鋼的淬火目的有何不同?答：奧氏體不銹鋼和耐磨鋼的淬火目的是為了獲得單相奧氏體，而一般合金鋼淬火的目的是為了獲得馬氏體。6-11高錳鋼的耐磨機(jī)理與一般淬火工具鋼的耐磨機(jī)理有何不同?它們的應(yīng)用場(chǎng)合有何不同?答：高錳鋼受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時(shí)，表面因塑性變形面產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化，獲得高的耐磨性，心部保持原來(lái)的高韌狀態(tài)。舊表面磨損后新露出的表面又在力的作用下形成新的耐磨層。高錳鋼主要用于制造車輛履帶、破碎機(jī)顎板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟斗、鐵路道岔、防彈鋼板等有強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓力作用下的耐磨件。一般淬火工具鋼通過(guò)淬火+低溫回火整體得到硬而耐磨的馬氏體。工具鋼通常用于制造刀具、刃具、模具等。6-12解釋下列現(xiàn)象：(1)在相同含碳量的情況下，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，保溫時(shí)間長(zhǎng)；(2)高速鋼需經(jīng)高溫淬火和多次回火；(3)在砂輪上磨各種鋼制刀具時(shí)，需經(jīng)常用水冷卻；(4)用ZGMn13鋼制造的零件，只有在強(qiáng)烈沖擊或擠壓條件下才耐磨。答：(1)合金元素的加入使碳化物比較穩(wěn)定，不易分解溶入奧氏體，為了得到更均勻的奧氏體，就要提高加熱溫度和保溫時(shí)間；(2)高速鋼的淬火加熱溫度很高(1200～1300℃)的目的是為了使碳化物盡可能多地溶人奧氏體，從而提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性。在550～570℃回火，使鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上升；進(jìn)行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。(3)若砂輪磨刀具產(chǎn)生的溫度過(guò)高，會(huì)使刀具回火，故需用水冷卻；(4)用ZGMn13鋼制造的零件，受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時(shí)，表面因塑性變形面產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化，才能獲得高的耐磨性。9CrSi合金工具鋼耐磨性高、切削不劇烈的刀具，如，板牙、絲錐、鉆頭等淬火+低溫回火GCr15滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈及滾動(dòng)體、量塊等淬火+低溫回火W6M05Cr4V2高速鋼要求耐磨性、韌性有較好配合的高速切削刀具，如，絲錐、鉆頭、滾刀、拉刀等。淬火+多次回火Crl2MoV冷作模具鋼用于制造冷沖模、擠壓模等淬火+低溫回火1Cr13馬氏體不銹鋼用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等淬火+回火0Cr19Ni9奧氏體不銹鋼食品設(shè)備、一般化工設(shè)備等固溶處理0Cr13A1鐵素體耐熱鋼工作溫度低于900℃，受力不大的爐用構(gòu)件，如，退火爐罩等退火+空冷或緩冷5CrMnMo熱作模具鋼中型錘鍛模淬火+高溫回火6-9對(duì)量具鋼有何要求?量具通常采用何種最終熱處理工藝？答：量具鋼的性能要求有：高硬度和耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性、足夠的韌性。采用的熱處理方法為下限溫度淬火及冷處理。6-10奧氏體不銹鋼和耐磨鋼的淬火目的與一般合金鋼的淬火目的有何不同?答：奧氏體不銹鋼和耐磨鋼的淬火目的是為了獲得單相奧氏體，而一般合金鋼淬火的目的是為了獲得馬氏體。6-11高錳鋼的耐磨機(jī)理與一般淬火工具鋼的耐磨機(jī)理有何不同?它們的應(yīng)用場(chǎng)合有何不同?答：高錳件受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時(shí)，表面因塑性變形面產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化，獲得高的耐磨性，心部保持原來(lái)的高韌狀態(tài)。舊表面磨損后新露出的表面又在力的作用下形成新的耐磨層。應(yīng)用于有強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓力作用下的耐磨件。6-12解釋下列現(xiàn)象：(1)在相同含碳量的情況下，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，保溫時(shí)間長(zhǎng)；(2)高速鋼需經(jīng)高溫淬火和多次回火；(3)在砂輪上磨各種鋼制刀具時(shí)，需經(jīng)常用水冷卻；(4)用ZGMn13鋼制造的零件，只有在強(qiáng)烈沖擊或擠壓條件下才耐磨。答：(1)合金元素的加入使碳化物奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，為了得到更均勻的奧氏體，就要提高加熱溫度和保溫時(shí)間；(2)淬火溫度高(>1200℃)，是為了獲得高合金元素含量的馬氏體。560℃三次回火使合金逐步析出W、Mo、V的碳化物，產(chǎn)生二次硬化，并且使A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸，每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。(3)砂輪磨刀具產(chǎn)生的熱量，會(huì)使刀具回火，需用水冷卻；(4)用ZGMn13鋼高錳件受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時(shí)，表面因塑性變形面產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化，獲得高的耐磨性，心部保持原來(lái)的高韌狀態(tài)。舊表面磨損后新露出的表面又在力的作用下形成新的耐磨層。第七章鑄鐵及其熱處理習(xí)題解答7-1鑄造生產(chǎn)中，為什么鑄鐵的碳、硅含量低時(shí)易形成白口?而同一鑄鐵件上，為什么其表層或薄壁處易形成白口?答：因?yàn)樘?、硅是促進(jìn)石墨化的元素，當(dāng)它們含量含量低時(shí)石墨化不易進(jìn)行，所以容易形成白口。同一鑄件上表層和薄壁的冷卻速度比較快，不利于石墨化，故易形成白口。7-2在鑄鐵的石墨化過(guò)程中，如果第一、第二階段完全石墨化，而第三階段分別為完全、部分或未石墨化時(shí)，問(wèn)它們各獲得哪種基體組織的鑄鐵?答：第三階段石墨化完全進(jìn)行時(shí)，獲得鐵素體基體鑄鐵；部分進(jìn)行時(shí)為鐵素體+珠光體基體鑄鐵；未進(jìn)行石墨化時(shí)為珠光體基體鑄鐵。7-3機(jī)床的床身、床腳和箱體為什么大都采用灰鑄鐵鑄造？能否用鋼板焊接制造?試將兩者的使用性和經(jīng)濟(jì)性作簡(jiǎn)要比較。答：1、因?yàn)榛诣T鐵的性能適合制造這些零件：抗壓性能比抗拉性能好，鑄造性能優(yōu)良，減摩性好，減振性強(qiáng)，切削加工性良好，缺口敏感性較低。2、能用鋼板焊接制造，但鋼板的減摩性、減振性不如灰鑄鐵。在使用性和經(jīng)濟(jì)性上，灰鑄鐵成本低，易于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，并且其尺寸不受限制，這些都是用鋼板制造不能達(dá)到的。7-4有一壁厚為20～30mm的鑄件，要求抗拉強(qiáng)度為150MPa，應(yīng)選用何種牌號(hào)的灰鑄鐵制造?答：根據(jù)強(qiáng)度要求和壁厚，應(yīng)選用HT200。7-5生產(chǎn)中出現(xiàn)下列不正?，F(xiàn)象，應(yīng)采取什么措施予以防止或改善?(1)灰鑄鐵精密床身鑄造后即進(jìn)行切削，在切削加工后發(fā)現(xiàn)變形量超差；(2)灰鑄鐵件薄壁處出現(xiàn)白口組織，造成切削加工困難。答：(1)應(yīng)在切削前進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除鑄造應(yīng)力。去應(yīng)力退火通常是將鑄件緩慢加熱到500~560℃，保溫一段時(shí)間(每l0mm厚度保溫1h)，然后隨爐冷至150～200℃后出爐。(2)應(yīng)進(jìn)行消除白口組織退火。退火方法是把鑄件加熱到850～950℃，保溫1～3h，使共晶滲碳體發(fā)生分解，即進(jìn)行第一階段的石墨化，然后又在隨爐冷卻中進(jìn)行第二和第三階段石墨化，析出二次石墨和共析石墨，到500～400℃再出爐空冷。7-6現(xiàn)有鑄態(tài)球墨鑄鐵曲軸一根，按技術(shù)要求，其基體應(yīng)為珠光體組織，軸頸表層硬度為50～55HRC，試確定其熱處理方法。答：高溫正火+去應(yīng)力退火+表面淬火+低溫回火。7-7列表比較灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵在牌號(hào)表示、顯微組織、生產(chǎn)方法、性能和用途等方面的特點(diǎn)和區(qū)別。答：灰鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵可鍛鑄鐵牌號(hào)HT+抗拉強(qiáng)度QT+最低抗拉強(qiáng)度+最低伸長(zhǎng)率值RuT+最低抗拉強(qiáng)度KTH/KTB/KTZ+最低抗拉強(qiáng)度+最低伸長(zhǎng)率值顯微組織片狀石墨+F/F+P/P基體球狀石墨+F/F+P/P/B下基體蠕蟲狀石墨+F/F+P/P基體團(tuán)絮狀石墨+F/P基體生產(chǎn)方法爐前處理球化處理和孕育處理蠕化處理和孕育處理由白口鑄鐵經(jīng)可鍛化退火獲得性能灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度很低，塑性、韌性幾乎為零。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于抗拉強(qiáng)度(約為3～4倍)強(qiáng)度較灰鐵好，屈強(qiáng)比高,塑性、韌性較鋼差。蠕墨鑄鐵力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間力學(xué)性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進(jìn)行鍛壓加工用途造承受壓力和震動(dòng)的零件,如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。承受震動(dòng)、載荷大的零件，如曲軸、傳動(dòng)齒輪等。用于制造承受熱的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。7-8下列說(shuō)法是否正確?為什么?(1)采用球化退火可獲得球墨鑄鐵。(2)可鍛鑄鐵可鍛造加工。(3)白口鑄鐵硬度高，故可作刀具材料。(4)灰鑄鐵不能淬火。答：(1)錯(cuò)，球化退火工藝主要適用于共析、過(guò)共析碳鋼及合金工具鋼，球化退火后可獲得球狀珠光體。采用球化處理才能獲得球墨鑄鐵。(2)錯(cuò)，可鍛鑄鐵雖然有一定的塑性和韌性，但不可鍛造加工。(3)錯(cuò)，白口鑄鐵硬度高，但脆性也比較大，不能作刀具材料。(4)錯(cuò)，灰鑄鐵可以進(jìn)行表面淬火。7-9下列工件宜選用何種合金鑄鐵制造?(1)磨床導(dǎo)軌。(2)高溫加熱爐底板。(3)硝酸盛儲(chǔ)器。(4)汽車后橋外殼，要求較高強(qiáng)度、較高塑性和韌性及承受較大沖擊載荷，鑄件壁較薄。(5)柴油機(jī)曲軸，要求較高強(qiáng)度、耐磨性及一定的韌性，鑄件截面較厚。答：(1)耐磨鑄鐵（減磨鑄鐵）；(2)耐熱鑄鐵；(3)耐蝕鑄鐵；(4)可鍛鑄鐵；(5)球墨鑄鐵。第八章有色金屬及其合金習(xí)題解答8-1變形鋁合金和鑄造鋁合金是怎樣區(qū)分的？熱處理能強(qiáng)化鋁合金和熱處理不能強(qiáng)化鋁合金是根據(jù)什么確定的?答：1、兩者依相圖進(jìn)行區(qū)分，會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的是鑄造鋁合金，加溫后可得到單固溶體的是變形鋁合金。2、鋁合金其固溶體的溶解度不隨溫度而變化，故不能用熱處理方法強(qiáng)化，稱為不能用熱處理強(qiáng)化合金；鋁合金其固溶體的溶解度隨溫度而變化，可用熱處理方法強(qiáng)化，稱為能用熱處理強(qiáng)化合金。8-2試述各種變形鋁合金的特性和用途。答：列表進(jìn)行闡述和比較：種類特性用途防銹鋁合金熱處理不能強(qiáng)化的鋁合金。具有適中的強(qiáng)度、良好的塑性和抗蝕性。用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件，航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。硬鋁合金熱處理可強(qiáng)化的鋁合金。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?。超硬鋁合金熱處理可強(qiáng)化的鋁合金。強(qiáng)度高于硬鋁。用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件,如飛機(jī)大梁、起落架等。鍛鋁合金可鍛性好，力學(xué)性能高用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。8-3鑄造鋁合金中哪種系列應(yīng)用最廣泛?用變質(zhì)處理提高鑄造鋁合金性能的原理是什么?答：應(yīng)用最廣的是鋁硅系鑄造鋁合金，其代號(hào)為ZL101。變質(zhì)處理的原理是：是在合金澆注前，向液態(tài)合金中加入占合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％～3％的變質(zhì)劑(2／3的氟化鈉和1／3的氯化鈉的混和物)以細(xì)化共晶組織，從而顯著提高合金的強(qiáng)度和塑性(強(qiáng)度提高30％～40％，伸長(zhǎng)率提高1％～2％)的一種方法。8-4鋁合金的強(qiáng)化措施有哪些?鋁合金的淬火與鋼的淬火有什么不同?答：鋁合金強(qiáng)化措施有形變強(qiáng)化、固溶-時(shí)效、變質(zhì)處理。鋁合金的淬火是將能熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金加熱到某一溫度，保溫獲得均勻一致的α固溶體后，在水中急冷下來(lái)，使α固溶體來(lái)不及發(fā)生脫溶反應(yīng)。這樣的熱處理工藝稱為鋁合金的固溶處理。經(jīng)過(guò)固溶處理的鋁合金，在常溫下其α固溶體處于不穩(wěn)定的過(guò)飽和狀態(tài)，具有析出第二相，過(guò)渡到穩(wěn)定的非過(guò)飽和狀態(tài)的趨向。由于不穩(wěn)定固溶體在析出第二相過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致晶格畸變，從而使合金的強(qiáng)度和硬度得到顯著提高，而塑性則明顯下降。這種力學(xué)性能在固溶處理后隨時(shí)間而發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為“時(shí)效強(qiáng)化”或“時(shí)效”。而鋼淬火后則需進(jìn)行回火。8-5什么是黃銅?為什么黃銅中的鋅含量不大于45％?答：黃銅是指銅-鋅合金。黃銅中的鋅含量超過(guò)45%，將會(huì)產(chǎn)生脆性，使合金性能變壞，所以黃銅中的鋅含量不大于45%。8-6什么是錫青銅？它有何性能特點(diǎn)?為什么工業(yè)用錫青銅的錫含量為3％～14％?答：以錫為主加元素的銅合金為錫青銅。錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件密度低，但體積收縮率在有色金屬中最小。當(dāng)錫含量超過(guò)20%時(shí)，強(qiáng)度和塑性都很低，已無(wú)使用價(jià)值，故工業(yè)上使用的錫青銅里錫的含量大多在3%~14%之間。8-7軸承合金應(yīng)具有哪些性能要求?為確保這些性能，軸承合金應(yīng)具有什么樣的理想組織?答：對(duì)軸承合金的性能要求：足夠的強(qiáng)韌性、適當(dāng)?shù)挠捕取⒘己玫膶?dǎo)熱性和耐蝕性、較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合、成本低。為保證軸承合金的性能，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn)。8-8什么叫粉末冶金?試述其特點(diǎn)和應(yīng)用。答：粉末冶金是指由幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末混和壓制成型，并經(jīng)過(guò)燒結(jié)成零件或材料的一種工藝。粉末冶金制件中存在一些微小孔隙，是多孔材料，可制作多種減磨材料，用于制作滑動(dòng)軸承。含油軸承材料目前已廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、紡織機(jī)械和電動(dòng)機(jī)等的軸承上。8-9試述硬質(zhì)合金的種類、特點(diǎn)和用途。答：硬質(zhì)合金硬度高、熱硬性好、耐磨性好。硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍。用于制造模具、量具，壽命比合金工具鋼高20～150倍?？汕邢?0HRC左右的硬質(zhì)材料。但硬質(zhì)合金脆性大，不能進(jìn)行切削加工。各類硬質(zhì)合金的特點(diǎn)及用途如下表所示。種類特點(diǎn)用途鎢鈷類（YG）韌性好，硬度、耐磨性較差切削鑄鐵、青銅等脆性材料鎢鈷鈦類(YT)韌性差，硬度、耐磨性較好切削高韌或塑性鋼材通用硬質(zhì)合金(YW)韌性好，硬度、耐磨性較好切削高錳鋼、不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料鋼結(jié)硬質(zhì)合金可以鍛造、熱處理、焊接、切削加工形狀復(fù)雜的刃具、模具及耐磨件8-10指出下列零件應(yīng)采用所給材料中的哪—種材料?并選定其熱處理方法。零件：車輛緩沖彈簧、機(jī)床床身、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、機(jī)用大鉆頭、鏜床主軸、自行車車架、車床絲桿螺母、電風(fēng)扇機(jī)殼、粗車鑄鐵車刀、手工鋸條、汽車用軸瓦、汽車變速箱齒輪。材料：20CrMnTi、HT200、38CrMoAl、45鋼、ZCuSn10Pbl、40Cr、T12A、ZPbSb16Sn16Cu2、16Mn、W18Cr4V、60Si2Mn、P10、ZL102。答：如下表所示：零件材料熱處理車輛緩沖彈簧60Si2Mn淬火+中溫回火機(jī)床床身HT200去應(yīng)力退火、表面淬火發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓40Cr調(diào)質(zhì)機(jī)用大鉆頭W18Cr4V高溫淬火+多次回火鏜床主軸38CrMoAl調(diào)質(zhì)+滲氮自行車車架16Mn車床絲桿螺母ZCuSn10Pbl電風(fēng)扇機(jī)殼ZL102變質(zhì)處理粗車鑄鐵車刀K20(YG8)手工鋸條T12A淬火+低溫回火汽車用軸瓦ZPbSb16Sn16Cu2汽車變速箱齒輪20CrMnTi滲碳+淬火+低溫回火第九章非金屬材料習(xí)題解答9-1什么叫加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)?它們有什么不同?答：加聚反應(yīng)是指加成聚合反應(yīng)，是一種或多種單體經(jīng)反復(fù)多次地相互加成而生成聚合物的反應(yīng)?？s聚反應(yīng)指綜合聚合反應(yīng)，是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上活潑官能單體，互相縮合聚合成高聚物，同時(shí)有低分子副產(chǎn)物析出的反應(yīng)。在加聚反應(yīng)中沒(méi)有副產(chǎn)物，產(chǎn)物成分與單體成分一致；但縮聚反應(yīng)有副產(chǎn)物析出，產(chǎn)物成分與單體不同。9-2什么是塑料?按合成樹脂的熱性能，塑料可分為哪兩類?各有何特點(diǎn)?答：1、塑料是以有機(jī)合成樹脂為主要成分，加入適量的添加劑制成的高分子材料。2、按合成樹脂的熱性能，塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類。熱塑性塑料受熱軟化，可塑造成形冷卻后變硬，再受熱又可軟化，冷卻再變硬，可多次重復(fù)，加工成形簡(jiǎn)便，力學(xué)性能較高，但耐熱性和剛性較差；熱固性塑料在一定條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間即固化，固化后既不溶于任何溶劑，也不會(huì)再熔融和再成形了；耐熱性高，受壓不易變形，但力學(xué)性能不高，但可加入填充劑來(lái)提高強(qiáng)度。9-3完全固化后的酚醛塑料能磨碎重用嗎?完全固化后的ＡＢS塑料能磨碎重用嗎?為什么?答：完全固化后的酚醛塑料不能磨碎重用，完全固化后的ＡＢS塑料能磨碎重用。因?yàn)榉尤┧芰鲜且环N熱固性塑料，固化后不能再熔融和再成形；ＡＢS塑料是一種熱塑性塑料，變硬后再受熱又可軟化，冷卻再變硬，可多次重復(fù)。9-4簡(jiǎn)述塑料的成形方法及其適用范圍。答：塑料的成形方法和適用范圍如下：①注射成形（注塑成型），這是熱塑性塑料主要的成型方法之一。適用于制造形狀復(fù)雜、壁厚可帶金屬嵌件的塑料制品，如，各類外殼、電器零件、機(jī)械零件等；②壓制成形，這是熱固性塑料主要的成型方法之一，又分模壓法和層壓法。適用于生產(chǎn)各種增強(qiáng)塑料板、棒和管；③擠出成形（擠壓成型），它也是熱塑性塑料最主要的成型方法之一。適用于適用于生產(chǎn)管、棒、板、帶等塑料型材，也可生產(chǎn)金屬的涂層、電纜包履層、發(fā)泡材料等；④吹塑成形，用于生產(chǎn)塑料瓶、罐、管類零件及薄膜；⑤澆注成形，該方法適用于熱固性塑料的成型。用于制造板材、電絕緣器材和裝飾品等。9-5為保證加工質(zhì)量，在切削加工塑料時(shí)應(yīng)采取哪些措施?答：應(yīng)采取以下措施：①刀具的前角與后角應(yīng)大些，刃口應(yīng)鋒利；②切削時(shí)應(yīng)用風(fēng)或水充分冷卻；③應(yīng)采用較大的切削速度和較小的進(jìn)給量；④精加工時(shí)，夾緊力不宜過(guò)大。9-6比較PS、ABS、PF、UF等塑料的性能，并指出它們的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：列表比較如下：塑料主要性能應(yīng)用場(chǎng)合PS密度小，常溫下透明度好，著色性好，具有良好的耐蝕性和絕緣性。耐熱性差，易燃，易脆裂?；ぶ幸竽臀g的塑料件，要求絕緣的殼、罩類零件，要求輕的光學(xué)零件等ABS堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性好，有良好的耐磨、耐熱、耐蝕、耐油及尺寸穩(wěn)定性，可在-40～100℃下長(zhǎng)期工作，成形性好。應(yīng)用廣泛。如制造齒輪、軸承、葉輪、管道、容器、設(shè)備外殼、把手、儀器和儀表零件、外殼、文體用品、家具、小轎車外殼等PF優(yōu)良的耐熱、絕緣性能，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和抗蠕變性。性能隨填料的不同而差異較大。用于制作各種電訊器材和電木制品UF優(yōu)良的耐電弧性和電絕緣性，硬度高、耐磨、耐油脂及溶劑，難于自燃，著色性好。其中脲醛塑料，顏色鮮艷，電絕緣性好，又稱為“電玉”；三聚氰胺甲醛塑料(密胺塑料)耐熱、耐水、耐磨、無(wú)毒主要為塑料粉，用于制造機(jī)器零件、絕緣件和裝飾件，如儀表外殼、電話機(jī)外殼、開關(guān)、插座、玩具、餐具、鈕扣、門把手等9-7橡膠的主要組成是什么?橡膠制品為什么要硫化?答：橡膠的主要組成有生膠、配合劑、硫化劑、軟化劑和填充劑。硫化劑能改變橡膠分子的結(jié)構(gòu)，提高橡膠的力學(xué)性能，并使橡膠具有既不溶解，也不熔融的性質(zhì)，克服橡膠因溫度升高而變軟發(fā)粘的缺點(diǎn)，因此橡膠制品只有經(jīng)硫化后才能使用。9-8簡(jiǎn)述順丁橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠的性能和用途。答：列表簡(jiǎn)述如下：名稱性能用途順丁橡膠彈性好、耐磨、耐寒，易與金屬粘合。制造輪胎、耐寒運(yùn)輸?shù)?、V帶、橡膠彈簧氯丁橡膠力學(xué)性能好，耐氧、耐臭氧的老化性能好、耐油、耐溶劑性較好。密度大、成本高、耐油性不好。制造膠管、膠帶、電纜粘膠劑、油罐襯里、模壓制品及汽車門窗嵌條等硅橡膠優(yōu)良的耐高溫和低溫性能，電絕緣性能好，較好的耐臭氧老化性。強(qiáng)度低、價(jià)格高、耐油性不好。制造耐高溫、耐寒制品，耐高溫電絕緣制品，及密封、膠粘、保護(hù)材料等聚氨酯橡膠耐磨性、耐油性能優(yōu)良，強(qiáng)度較高。但耐水、酸、堿的性能較差。制作膠輥、實(shí)心輪胎及耐磨制品。9-9與傳統(tǒng)連接方法相比，膠接技術(shù)有哪些特點(diǎn)?答：膠接與接頭處的應(yīng)力分布均勻，可以減輕結(jié)構(gòu)重量，適應(yīng)性強(qiáng)，可以粘接各種材料，而且操作簡(jiǎn)單，成本低。9-10下列工件應(yīng)選用何種膠粘劑粘接：(1)要求較高的膠接力且在油中工作的尼龍件；(2)自來(lái)水管接頭的密封和防漏；(3)銑刀刀片與刀體的粘接。答：（1）環(huán)氧膠粘劑（2）厭氧膠（3）無(wú)機(jī)膠粘劑9-11舉例說(shuō)出幾種特種陶瓷的特點(diǎn)和主要用途。答：列表簡(jiǎn)述如下：特種陶瓷特點(diǎn)用途氧化鋁陶瓷熔點(diǎn)高、耐高溫，能在1600℃下長(zhǎng)期使用，硬度高，絕緣性、耐蝕性優(yōu)良，但脆性大，抗急冷急熱性差。用于刀具、內(nèi)燃機(jī)火花塞、坩鍋、熱電偶的絕緣套等。氧化硅陶瓷抗急冷急熱性優(yōu)良，硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性優(yōu)良，還有自潤(rùn)滑性，耐磨性好。廣泛用于制造耐磨、耐蝕、耐高溫和絕緣的零件，如高溫軸承、耐蝕水泵密封環(huán)、閥門、刀具。9-12什么是復(fù)合材料?按其增強(qiáng)相分可分為哪幾類?答：復(fù)合材料是由兩種以上物理、化學(xué)性質(zhì)不同的材料經(jīng)人工組合而得到的多相固體材料。按其增強(qiáng)相分可分為三類，即：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、層疊復(fù)合材料和顆粒復(fù)合材料。9-13簡(jiǎn)述玻璃鋼的特點(diǎn)和主要用途。答：以尼龍、聚烯烴類、聚苯乙烯類等熱塑性樹脂為基體相(粘結(jié)劑)制成的玻璃鋼，其性能比普通塑料高得多?？估瓘?qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度均提高2～3倍以上，沖擊韌度提高1～4倍，蠕變抗力提高2～5倍，達(dá)到或超過(guò)了某些金屬的性能?？捎脕?lái)制造軸承、齒輪、儀表盤、空調(diào)機(jī)葉片、汽車前后燈等。以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂等熱固性樹脂為粘結(jié)劑制成的玻璃鋼，具有密度小(約是鋼的1／4～1／6)，強(qiáng)度高，耐腐蝕，絕緣、絕熱性好和成形工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。但剛度較差(彈性模量?jī)H為鋼的1／10～1／5)，耐熱性不高，容易老化。因此，常用于制造汽車車身、船體、直升飛機(jī)的旋翼、風(fēng)扇葉片、石油化工管道等。第十章鑄造習(xí)題解答10-1試述鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)，并舉例說(shuō)明其應(yīng)用情況。答：鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)有：①鑄造能生產(chǎn)形狀復(fù)雜，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的毛坯。例如機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)缸體和缸蓋、渦輪叫葉片、閥體等。②鑄造的適應(yīng)性廣。鑄造既可用于單件生產(chǎn)，也可用于成批或大量生產(chǎn)；鑄件的輪廓尺寸可從幾毫米至幾十米，重量可從幾克到幾百噸；工業(yè)中常用的金屬材料都可用鑄造方法成形。③鑄造成本低。鑄造所用的原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，還可利用廢舊的金屬材料，一般不需要價(jià)格昂貴的設(shè)備。④鑄件的力學(xué)性能不及鍛件，一般不宜用作承受較大交變、沖擊載荷的零件。⑤鑄件的質(zhì)量不穩(wěn)定，易出現(xiàn)廢品。⑥鑄造生產(chǎn)的環(huán)境條件差等。10-2型砂由哪些材料組成？試述型砂的主要性能及其對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。答：型砂由原砂、粘結(jié)劑和附加物組成。型砂的主要性能有：①耐火度。型砂的耐火度好，鑄件不易產(chǎn)生粘砂缺陷。②強(qiáng)度。若強(qiáng)度不足，鑄件易產(chǎn)生形狀和砂眼等缺陷。③透氣性。透氣性差，澆注時(shí)產(chǎn)生的氣體不易排出，會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。④可塑性。可塑性好，造型時(shí)能準(zhǔn)確地復(fù)制出模樣的輪廓，鑄件質(zhì)量好。⑤退讓性。退讓性不好，易使鑄件收縮時(shí)受阻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起鑄件變形和開裂。10-3試列表分析比較整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊造型和刮板造型的特點(diǎn)和應(yīng)用情況。答：列表進(jìn)行比較：手工造型方法特點(diǎn)應(yīng)用整模造型模樣為一整體，放在一個(gè)砂箱內(nèi)，能避免鑄件出現(xiàn)錯(cuò)型缺陷，造型操作簡(jiǎn)單，鑄件的尺寸精度高。適用于形狀簡(jiǎn)單、最大截面在端部且為平面的鑄件。分模造型模樣沿最大截面處分開。由于造出的鑄型型腔不在同一砂箱中，若上下鑄型錯(cuò)移會(huì)造成鑄件錯(cuò)型。操作簡(jiǎn)便，對(duì)各種鑄件的適應(yīng)性好。應(yīng)用最為廣泛。挖砂造型技術(shù)要求較高，生產(chǎn)率低。適用于單件、小批量生產(chǎn)，最大截面不在端部且模樣又不便分開的鑄件。活塊造型活塊造型操作技術(shù)要求較高，生產(chǎn)率低。適用于單件小批量生產(chǎn)。刮板造型節(jié)省了模樣材料和模樣加工時(shí)間，但操作費(fèi)時(shí)，生產(chǎn)率較低。適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是尺寸較大的旋轉(zhuǎn)體鑄件的生產(chǎn)。10-4試結(jié)合一個(gè)實(shí)際零件用示意圖說(shuō)明其手工造型方法和過(guò)程。答：以雙聯(lián)齒輪毛坯手工造型為例，手工造型過(guò)程如下：①造下砂型——②造上砂型——③開外澆口、扎通氣孔——④起出模樣——⑤合型——⑥澆注鐵水——⑦帶澆口鑄件。10-5典型澆注系統(tǒng)由哪幾個(gè)部分組成？各部分有何作用？答：典型澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。澆口杯的作用是將來(lái)自澆包的金屬引入直澆道，緩和沖擊分離熔渣。直澆道為一圓錐形垂直通道，其高度使金屬液產(chǎn)生一定的靜壓力，以控制金屬液流入鑄型的速度和提高充型能力。橫澆道分配金屬液進(jìn)入內(nèi)澆道，并起擋渣的作用，它的斷面一般為梯形，并設(shè)在內(nèi)澆道之上，使得上浮的熔渣不致流入型腔。內(nèi)澆道是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔的部分，其作用是控制金屬液的流速和流向，調(diào)整鑄件各部分的溫度分布。10-6鑄鐵通常是在什么爐中熔煉的？所用爐料包括哪些？答：鑄鐵通常在沖天爐中熔煉。沖天爐的爐料分為金屬料、燃料和熔劑三大類。金屬料包括新生鐵、回爐鐵、廢鋼與鐵合金等。燃料一般為鑄造焦炭。熔劑通常是石灰石(CaCO3)或氟石(CaF2)。10-7什么是合金的鑄造性能?試比較鑄鐵和鑄鋼的鑄造性能。答：合金的鑄造性能是指合金在鑄造生產(chǎn)中表現(xiàn)出來(lái)工藝性能，主要是流動(dòng)性性、收縮性、吸氣性和偏析傾向等性能。鑄鋼的熔點(diǎn)高，鋼液過(guò)熱度比鑄鐵小，澆注時(shí)金屬液流動(dòng)時(shí)間短，所以流動(dòng)性差。澆注薄壁復(fù)雜鑄件容易出現(xiàn)冷隔和澆不足。同時(shí)，由于鑄鋼從澆注到冷卻至室溫降溫幅度大，且無(wú)石墨化的膨脹，所以體積收縮和線收縮均較大，容易產(chǎn)生變形、裂紋。鑄鋼的熔點(diǎn)高，容易使鑄件產(chǎn)生粘砂，要求型砂的耐火性高。鑄鋼的熔煉設(shè)備、熔煉工藝復(fù)雜。10-8什么是合金的流動(dòng)性?合金流動(dòng)性對(duì)鑄造生產(chǎn)有何影響?答：流