工程材料課后習(xí)題(一)

2、試分析說明鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼的形成原因。

答：

①某些合金元素的加入會是奧氏體區(qū)縮小，特別是Cr、Si含量高時將限制奧氏體區(qū)，甚至完

全消失，使得室溫下只有單相鐵素體組織存在。如高Cr含量的鋁不銹鋼。

②某些合金元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大，特別是Ni、Mn?當(dāng)鋼中加入大量這類元素時,

甚至可使Al、A2、Acm線將至室溫一下，從而獲得在室溫下只有單相奧氏體存在的所謂奧

氏體鋼。如高M(jìn)n含量的耐磨鋼。

③大部分合金元素可使Fe-Fe3c相圖中E點(diǎn)左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不

同的顯微組織。某些高碳合金鋼中就會出現(xiàn)萊氏體組織，稱為萊氏體鋼。如高速鋼。

3、試根據(jù)合金元素與碳的相互作用進(jìn)行分類，并指出：

（1）哪些元素是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？

Ti、V、Cr、Mo、W、Mn.Zr、Nb;

Co、Ni、Cu、B、Al、Si

（2）哪些元素為弱碳化合物形成元素？性能特點(diǎn)如何？

Mn

除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，幾乎都溶于鐵素土和奧氏體中

（3）哪些元素為強(qiáng)碳化物形成元素？性能特點(diǎn)如何？

答：Ti、V、Zr、Nb；

和碳有極強(qiáng)的親和力，只要有足夠的碳，在適當(dāng)?shù)臈l件下，節(jié)能形成他們自己特殊的碳化物,

僅在缺少碳的情況下，才以原子狀態(tài)溶于固溶體中。

（4）何為合金滲碳體，與滲碳體相比，其性能如何？

合金元素溶于滲碳體中即為合金滲碳體。鐵原子可以被其他金屬原子所置換，形成以間隙

化合物為基體的固溶體，一般把它們稱為合金滲碳體。

5、合金元素提高鋼揮霍穩(wěn)定性的原因是什么？常用以提高回火穩(wěn)定

性的回火穩(wěn)定性的合金元素有哪些？

答

是指鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力。由于合金元素強(qiáng)碳化物形成元素能使鐵、碳原子

擴(kuò)散速度減慢，使淬火鋼回火加熱時馬氏體不易分解，析出的碳化物也不易聚集長大，保持

一種較細(xì)小、分散的組織狀態(tài)，。合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的

轉(zhuǎn)變（即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變）；提高鐵元素的再結(jié)晶溫度，使碳化物難以聚集長

大而保持較大的彌散度，從而使鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降的程度減弱，即提高了鋼

對回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。

6、分析碳及合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用，提高低合金高強(qiáng)

度鋼韌性的途徑是什么？

答：（1）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于0.2%,以保證良好的焊接性、冷成型性和低溫韌性；

（2）合金元素以Mn為主（國外以Cr、Ni為主），鎰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)1.8%,并輔以少

量的V、Ti、M。、Nb、B等元素。合金元素主要作用是強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化鐵素體晶粒，使鋼

的強(qiáng)度與韌性都得到改善；

（3）長加入少量的P、Cu元素以提高鋼的耐大氣腐蝕能力；

（4）部分鋼中加入少量的稀土元素，以減少鋼中有害雜質(zhì)的影響，改善夾雜物的形狀和分

布，從而提高鋼的工藝性能和機(jī)械性能；

（5）對S、P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求不太高，可使用平爐或轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，十分經(jīng)濟(jì)。

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8、有哪些合金元素強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長大？阻止奧氏體晶粒長大

有什么意義？

答：所有的合金元素（Mn、P、N、C除外）都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，但作用的強(qiáng)

弱程度有所不同。一些強(qiáng)碳化物形成元素，如Ti、Nb、V、Zr等都有強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長

大的作用。

（好處）：能夠細(xì)化晶粒，從而使鋼具有良好的強(qiáng)韌度配合，提高了鋼的綜合力學(xué)性能

9、就合金元素對鐵素體力學(xué)性能、碳化物形成傾向、奧氏體晶粒長

大傾向、淬透性、回火穩(wěn)定性和回火脆性等幾個方面總結(jié)下列元素的

作用：Si、Mn、Cr>Mo、W、V、Ni。

答：Si：①Si是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減?。赟i是非碳化物形成元素，鋼

中的碳活度，所以含Si鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；③Si量少時，如果以化合物形式存在，則阻止

奧氏體晶粒長大，從而細(xì)化A晶粒，同時增大了鋼的強(qiáng)度和韌性：④Si提高了鋼的淬透性，使工件得到均

勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。⑤Si提高

鋼的低溫回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑥Si能夠防止第一類回火脆性。

Mn:①M(fèi)n強(qiáng)化鐵素體，在低合金普通結(jié)構(gòu)鋼中固溶強(qiáng)化效果較好；（強(qiáng)度增加，韌性減?。贛n是奧氏體

形成元素，促進(jìn)A晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；③Mn使A等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性；④Mn

提高鋼的回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑤Mn促進(jìn)有害元素在晶界上的偏聚，

增大鋼回火脆性的傾向。

Cr：?Cr是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著：（強(qiáng)度增加，韌性減?。贑r是碳化物形成元素，能細(xì)

化晶粒，改善碳化物的均勻性；③Cr阻止相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透性；④Cr提高回火

穩(wěn)定性，使相同回火溫度卜.的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑤Cr促進(jìn)雜質(zhì)原子偏聚，增大回火脆性傾向；

Mo:3類似于Mo）①是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減?。谑禽^強(qiáng)碳化物形

成元素，所以能細(xì)化晶粒，改善碳化物的均勻性，大大提高鋼的回火穩(wěn)定性；③阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)

化A晶粒，同時增大了鋼的強(qiáng)度和韌性；④能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬

火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。⑤能有效地抑制有害元素的偏聚，是

消除或減輕鋼第二類回火脆性的有效元素。

V:（Ti、Nb類似于V）①是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減小）②是強(qiáng)碳化物形

成元素，形成的VC質(zhì)點(diǎn)穩(wěn)定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性；③阻止A楸*長大的作

用顯著，細(xì)化晶粒，同時增大了鋼的強(qiáng)度和韌性；④提高鋼的淬透性，消除回火脆性。

^奧氏體形成元素，促進(jìn)楙長大，增大鋼的過熱敏感性：（強(qiáng)度增加，物性增加）②是非碳化物形成元素，增

Ni:①1t

大鋼中的碳活度，所以含Ni鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；③對晶粒長大的影響不大；④能提高鋼的淬

透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與

開裂傾向。⑤提高回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑥促進(jìn)鋼中有害元素的偏聚，

增大鋼的回火脆性。

總結(jié)：

SiMnCrMoWVNi

F的力學(xué)增加強(qiáng)增加強(qiáng)同上增加強(qiáng)同上同上增加強(qiáng)

性能度，減小度、韌性度，減度、韌

韌性小韌性性

K形成傾非K形弱K形中強(qiáng)K中強(qiáng)K中強(qiáng)K強(qiáng)K形非K形

向成元素成元素形成元形成元形成元成元素成元素

素素素

A晶粒長細(xì)化促進(jìn)阻礙作阻礙作阻礙作大大阻影響不

大傾向用巾等用巾等用中等礙大

淬透性增加增加增加增加增加增加增加

回火穩(wěn)定提高低提高提高提高提高提高影響不

性溫回火大

回火脆性推遲低促進(jìn)促進(jìn)大大降降低降低促進(jìn)

溫回脆，低

促進(jìn)高

溫回脆

10、根據(jù)合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回火穩(wěn)定性、奧氏體晶粒長大傾向、韌性、

回火穩(wěn)定性和回火脆性等方面比較下列鋼號的性能：40Cr、40CrMn、40CrNi、40CrNiMo

答：因?yàn)镃r能夠提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性，中等程度阻礙A晶粒長大。能細(xì)化晶

粒，提高韌性，同時他也可以增加鋼的第二類回火脆性

Ni能夠提高鋼的淬透性、韌性，增加鋼的第二類回火脆性。同時他是非碳化合物形成

元素，不能阻止奧氏體晶粒長大，對回火穩(wěn)定性影晌也不大。

Mn能夠提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性。同時他是弱碳化合物形成元素，能促進(jìn)奧氏

體晶粒長大，會增加第二類回火脆性。固溶強(qiáng)化效應(yīng)大，韌性差。

Mo能夠提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性。細(xì)化晶粒，提高韌性，同時他也中等程度的

阻礙了奧氏體的長大，抑制回火脆性。

所40Cr、40CrMn、40CrNi、40CrNiMo中，淬透性最好的是40CrNiMo,其次是40CrMn、

40CrN,最差的是40Cr。回火穩(wěn)定性最好的是40CrNiMo,其次是40Cr、40CrMn、40CrNi。

奧氏體晶粒最大的是40CrMn,40Cr、40CrNi大小適中，、40CrNiMo最小。韌性最好的是

40CrNiMo,然后是40CrNi、40Cr,40CrMn最差?；鼗鸫嘈宰顝?qiáng)的是40CrMn、40CrNi,40Cr

和40CrNiMo不是很明顯。

12、機(jī)器零件用鋼和構(gòu)件用鋼對使用性能和工藝性能上的要求有何不同？

答：機(jī)械零件永剛要求有較高的強(qiáng)度或較好的韌性，零件在整個截面上有均勻良好的綜

合機(jī)械性能，構(gòu)件用鋼由于工作表面承受很強(qiáng)烈的摩擦磨損，以及交變應(yīng)力作用，要求具有

很高的耐磨性跟耐疲勞性能。同時又經(jīng)常承受較高的載荷，所以心部要求具有很高的強(qiáng)度和

適當(dāng)?shù)捻g性。

工藝性能上：構(gòu)件零件用鋼要使其表面獲得高的硬度和耐磨性，我們可以對零件進(jìn)

行滲碳處理，滲碳后進(jìn)行淬火+低溫回火熱處理，滲碳前要進(jìn)行正火預(yù)備熱處理

機(jī)器零件也要進(jìn)行預(yù)備熱處理，預(yù)備熱處理的方法可采用退火，正火或正火+高溫回

火。隨后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。即淬火+高溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力。增加韌性，調(diào)整強(qiáng)度，獲得良好

的綜合力學(xué)性能。

21、通過對45鋼和40Cr鋼的性能分析，說明化學(xué)成分對鋼的性能、熱處理工藝的影響。

答：性能45鋼小截面零件調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合力學(xué)性能，水淬是容易開裂，40Cr

鋼調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合力學(xué)性能，由于加入了Cr元素，提高了鋼的淬透性，使鋼的強(qiáng)度

提高，熱處理：45鋼在調(diào)質(zhì)處理后淬火溫度在一定范圍內(nèi)，而加入合金元素后，如40Cr鋼

在進(jìn)行淬火時，淬火溫度必須按照規(guī)定的溫度加熱，?般采用水淬；如40Cr鋼淬火溫度為

500度，且淬火介質(zhì)應(yīng)該根據(jù)零件的尺寸大小及鋼的淬透性高低來選擇，一般采用油淬。

17、比較熱作模具鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼的合金化和熱處理特點(diǎn)，并分析合金元素作用的異同。

答：合金調(diào)質(zhì)鋼中加入元素為Cr、Mn、Si、Ni,它們大多溶于鐵素體，使鐵素體強(qiáng)化,

并且提高了鋼的淬透性；熱作磨具鋼主要加入元素為Cr,Mn、Mo、Ni,合金元素作用主要

是為了強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的淬透性，熱處理是合金調(diào)質(zhì)鋼鍛造后要進(jìn)行正火，退火或正火

+高溫回火的預(yù)備熱處理，便于機(jī)加工。為隨后調(diào)質(zhì)處理組織做準(zhǔn)備，熱作磨具鋼，鍛造后

要進(jìn)行退火處理，便于后面的機(jī)加工，隨后進(jìn)行淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理。所以，這兩

種鋼合金作用相同點(diǎn)為：合金元素都能強(qiáng)化鐵素體，提高淬透性；熱處理是在鍛造后都要進(jìn)

行預(yù)備熱處理過程不同，合金調(diào)質(zhì)鋼為正火，退火或正火+高溫回火，而熱作磨具鋼則需要

退火。

27、今有以拖拉機(jī)曲軸，根據(jù)其工作條件如何選材？其熱處理工藝如何制定？

答:由于軸是機(jī)器中的重要零部件，在其工作是要承受較大的載荷，且該軸的制造截面又較

大，所以要求軸具有較高的強(qiáng)度和韌性，在整個截面上，力學(xué)性能良好，均勻。所以對該曲

軸我們選用合金調(diào)質(zhì)鋼中的4CrNi；熱處理如下：下料一鍛造一退火（或正火）一機(jī)加工一

調(diào)質(zhì)一機(jī)加工一裝配

退火或正火作為預(yù)備熱處理，其主要目的是為了改善鍛造組織、細(xì)化晶粒，有利于切

削加工，并為隨后的調(diào)質(zhì)熱處理做好組織準(zhǔn)備。調(diào)制熱處理…淬火，油淬，獲得馬氏體?；?/p>

火水冷（防止第二類回火脆性）。經(jīng)調(diào)質(zhì)后金相組織為回火索氏體。

26、為什么硬質(zhì)合金采用粉末冶金生產(chǎn)？YG8、YT30的成分和用途有何不同？

答：粉末冶金是用金屬粉末或非金屬粉末的混合物作原料，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)，以獲得金屬

零件和金屬材料的方法。它可以生產(chǎn)其他工藝無法制造或難以制造的零件或材料。硬質(zhì)合金

原料為高硬度、高熔點(diǎn)的碳化物粉末和粘結(jié)齊U，所以可以用粉末冶金生產(chǎn)YG8：成分為C。8%、

Wc92%的鴇鉆類硬質(zhì)合金，有較高的強(qiáng)度和韌性，一般都用與粗加工及加工表面比較粗糙

的工件。

YT30:成分為含TiC30%,W。和Co70%的鴇鉆鈦類硬質(zhì)合金，有較高的硬度和較好的

耐磨性及熱硬性，一般用于高速切削及精加工。

第十章

一、按石墨化程度分類：

白口鑄鐵第一、第二、第三石墨化過程全被抑制，完全按照鐵碳相圖進(jìn)行結(jié)晶，其中

的碳幾乎全部以滲碳體的形式存在。斷口呈現(xiàn)銀白色。組織中含有大量的萊氏體，性能硬而

脆。切削加工性能差。除少數(shù)用來制造不需要加工的硬度高、耐磨零件之外，主要用于煉鋼

原料。

灰口鑄鐵第一、第二石墨化充分而得到的鑄鐵，第三部分部分完成。其中碳主要以石墨

的形式存在。斷口呈現(xiàn)暗灰色，故稱灰口鑄鐵或灰鑄鐵，是工業(yè)上運(yùn)用最多的鑄鐵。

麻口鑄鐵第一階段石墨化過程部分進(jìn)行得到的鑄鐵，其中一部分碳以石墨化的形式存在,

另一部分以滲碳體的形式存在。（G+Fe3C）組織介于灰口與白口之間斷口呈黑白相間構(gòu)成

麻點(diǎn)。性能硬而脆，切削加工性能差。工業(yè)上少用。

二、按石墨形態(tài)分類：

灰鑄鐵組織中石墨呈片狀。力學(xué)性能差，生產(chǎn)工藝簡單，價格低。運(yùn)用廣。（加入硅鈣

或硅鐵等孕育劑得到孕育鑄鐵）優(yōu)良的鑄造性能、優(yōu)良的耐磨性和消震性、較低的缺口敏

感性（本身存在很多小缺口）、抗壓不抗拉。

可鍛鑄鐵KT組織中石墨呈團(tuán)絮狀，力學(xué)性能好于灰鑄鐵，（強(qiáng)度好于灰鑄鐵，

具有一定塑性、韌性）生產(chǎn)工藝夏雜，成本高。用來制造重要的小型鑄件。（生產(chǎn)工藝：將

白口鑄鐵長時間退火，使?jié)B碳體分解，由于石墨數(shù)量較少，可形成團(tuán)絮狀分布在金屬基體

中，形成可鍛鑄鐵）不可鍛

球墨鑄鐵QT組織中石墨呈球狀，生產(chǎn)工藝好于可鍛鑄鐵，力學(xué)性能好，廣泛應(yīng)用。

（加入純鎂或稀土鎂合金，阻止結(jié)晶時片狀石墨析出，促進(jìn)球狀石墨生成，得到球墨鑄鐵）

組織有F+G、F+P+G、P+G。

蠕墨鑄鐵組織中石墨呈現(xiàn)短小的蠕蟲狀，強(qiáng)度介于灰鑄鐵與可鍛鑄鐵之間，鑄造

性跟耐疲勞性比球墨鑄鐵好，此外鑄造性能跟減震能力優(yōu)于球墨鑄鐵?？梢杂脕碇圃齑笮?/p>

復(fù)雜鑄件，以及在較大溫度梯度下工作的鑄件。（鐵水加入稀土硅鐵、稀土鎂鈦等稀土合金

進(jìn)行適當(dāng)處理，使石墨呈蠕蟲狀，形成蠕墨鑄鐵）

三、鑄鐵組織中影響石墨化的因素

答：（1）冷卻速度對石墨化過程的影響：

冷卻速度越慢，越有利于石墨化。

（2）鑄鐵中最常見的合金元素有：C、Si、Mn、P、S五大元素。它們對鑄鐵的石墨化

過程和組織均有較大影響。

C、Si：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化，調(diào)整其含量可控制鑄鐵的組織和性能。

Mn、Si：阻礙石墨化：Mn溶于Fe3C中，增加Fe與C的結(jié)合力，從而阻止石墨化；

少量的S就能形成FeS或MnS,以FeS-Fe共晶形式分布于晶界，阻礙C原子擴(kuò)散，S還降低

鐵水的流動性，惡化鑄件性能。

P：能促進(jìn)石墨化，但作用較小。

四、其他鑄鐵：1耐磨鑄鐵：高磷鑄鐵高鋁鑄鐵P356

2耐熱鑄鐵P356

3耐蝕鑄鐵P357

28、汽車變速齒輪輪是在承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和受磨損的條件下進(jìn)行工作的，對于這類構(gòu)

件，應(yīng)如何選材和制定熱處理工藝？試舉例說明。

答：變速箱齒輪材料：20CrMnTi采用的最終熱處理工藝為：先滲碳，使表面碳含量

增加，心部仍維持低的含碳量，保持心部較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；滲碳之后進(jìn)行淬火和低溫

回火，使輪齒表面硬度達(dá)到高硬度要求，心部仍維持較低的硬度。

29、奧氏體型不銹鋼的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？18%Cr、8%Ni常溫下組織（奧氏體+Cr23c6）

答：銘銀奧氏體不銹鋼具有良好的韌性、塑性、焊接性以及抗腐蝕性能，在氧化性介

質(zhì)中或還原性介質(zhì)中均有良好的耐腐蝕性。故廣泛應(yīng)用。

其主要缺點(diǎn)在于貴重合金元素Ni含量較多，同時在含硫的氣氛中容易損壞，切削

加工性能差。P339

34、什么是孕育鑄鐵？它與普通灰鑄鐵有什么區(qū)別？如何進(jìn)行孕育處理？P347P350

答：經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。如果在澆注前往鐵水中加入少量的硅鐵或硅

鈣等孕育劑，進(jìn)行孕育處理。促進(jìn)石墨的非自發(fā)形核，可使灰鑄鐵粗片狀石墨細(xì)化，形成孕

育鑄鐵。

為了細(xì)化灰鑄鐵的組織，提高鑄鐵的力學(xué)性能，通常在碳、硅含量低的灰鑄鐵鐵水

中加入孕育劑進(jìn)行孕育處理。

孕育鑄鐵的金相組織為細(xì)密的珠光體基體上，均與分布著細(xì)小的石墨片，故強(qiáng)度高

于灰鑄鐵。另外，山于鐵水中均勻分布大量人工晶核，結(jié)晶幾乎在整個鐵水中同時進(jìn)行。所

以孕育鑄鐵的組織和性能比較均勻一致，因此孕育鑄鐵的斷面敏感性小。

35、在鑄鐵石墨化的過程中，如果第一階段、第二階段都完全石墨化，第三階段或完全石墨

化，或未石墨化，或部分石墨化，問他們各得到什么組織？

答：鑄鐵中石墨化的形態(tài)主要是由第一階段石墨化所控制的。

第一階段：高溫快。共晶得到Fe3C--G+3Fe

第二階段：中溫較快。自奧氏體中不斷析出

第三階段：低溫慢共析得到

第十章鋼鐵材料

□完全坤制

——感光體灰僖長

□甯身建行□部分進(jìn)行

—鐵素體友俳鐵——珠光體+鐵素體灰告鐵

次建生的力學(xué)性能全美女決于其圣生蛆奴，為了殍工高魚度，?

復(fù)矗體〃奴瞋,北體》主、盡量疝少被*生含量.如果於全球量遼

多，不僅導(dǎo)或澤安的裝炭抵，書且同工才會使刀具遼拉，工著彼緣

刀具的壽金.與球?yàn)樽⒂巢煌?時去年狄不芍能有延注卻釗勝的宴

求，只要求實(shí)強(qiáng)度.所■以一般都以珠先球含量高為好.

36、為什么說球墨鑄鐵是“以鐵代鋼”的好材料？其生產(chǎn)工藝如何？

答：球墨鑄鐵的力學(xué)性能大大高于灰鑄鐵，并且優(yōu)于可鍛鑄鐵。它的某些性能接近于

鋼，如彎曲疲勞強(qiáng)度、耐磨性、抗拉強(qiáng)度。同時，球墨鑄鐵還保留一些灰鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)

良的鑄造性，切削加工性和低的缺口性感性。另外球墨鑄鐵可以通過熱處理大大提高其性能

特別是球墨鑄鐵的屈強(qiáng)比幾乎比鋼高一倍。在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的許用應(yīng)力是按照屈服

強(qiáng)度來確定的，因此，對于承受靜載荷的零件，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，就可以減輕機(jī)器的重

量。所以說球墨鑄鐵是以鐵代鋼的好材料。

生產(chǎn)工藝：

（1）嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中鋪，磷，

硫的含量；

（2）鐵液出爐溫度比灰鑄較鐵更高，比補(bǔ)償球化，孕育處理時鐵液溫度的損失；

（3）進(jìn)行球化處理，即往鐵液中添加球化劑；

（4）進(jìn)行孕育處理；

（5）球墨鑄鐵流動性較差，收縮較大，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸，

多應(yīng)用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則；

（6）進(jìn)行熱處理。

38、試指出下列鑄件應(yīng)采用的鑄鐵種類和熱處理方式，為什么？（1）機(jī)床床身；（2）柴油

機(jī)曲軸；（3）犁樺；（4）汽車后較蓋；（5）熱處理箱式爐底板；（6）球磨機(jī)襯板。

（1）珠光體灰鑄鐵，消除內(nèi)應(yīng)力退火；（2）球墨鑄鐵，調(diào)質(zhì)處理，因?yàn)榍蚰T鐵經(jīng)調(diào)制處

理后，獲得回火索氏體和球狀石墨組織，硬度為250~380HBS,具有良好的綜合力學(xué)性能；

（3）灰鑄鐵，表面淬火，消除內(nèi)應(yīng)力退火；（4）可鍛鑄鐵，石墨化加退火；（5）白口鑄

鐵，淬火加高溫回火。

熱處理工藝?yán)樱?/p>

（l）40Cr鋼連桿螺栓的熱處理工藝：下料一鍛造一退火（或正火）一機(jī)加工（粗加工）一調(diào)質(zhì)一

機(jī)加工（精加工）一裝配

退火:預(yù)備熱處理，目的主要是為了改善鍛造組織，細(xì)化晶粒，有利于切削加工，并且為隨

后的調(diào)質(zhì)熱處理做好組織準(zhǔn)備

調(diào)質(zhì)熱處理：淬火溫度加熱到830-850之間，油冷，獲得馬氏體?；鼗穑杭訜釡囟葹?/p>

500-550之間水冷（防止第二類回火脆性）。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的金相組織為回火索氏體，不允

許有塊狀鐵素體出現(xiàn)，否則會降低強(qiáng)度與韌性。

（2）熱軋彈簧鋼加工工藝：扁鋼剪斷一加熱壓彎成型后淬火一中溫回火一噴丸一裝配

淬火溫度為830-880,加熱時不允許脫碳，以免降低鋼的疲勞強(qiáng)度。因此必須嚴(yán)格

控制加熱爐的氣氛，縮短加熱時間。（油冷）在400-550進(jìn)行中溫回火，獲得回火屈氏體。

噴丸：使其表面強(qiáng)化，并且使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，這樣能明顯提高彈簧的疲勞壽命。

（3）滾動軸承的生產(chǎn)工藝：軋制、鍛造一預(yù)先熱處理一機(jī)加工一最終熱處理一磨削加工…

成品。

預(yù)先熱處理球化退火：軸承鋼為過共析鋼，目的是便于切削加工，同時是碳化物

呈粒狀均勻分布，為淬火做組織準(zhǔn)備。

最終熱處理淬火：得到極細(xì)的馬氏體和較少的剩余奧氏體。

冷處理：（精密滾動軸承）降低奧氏體的量，硬度略有提高，并且增

加尺寸穩(wěn)定。

回火：低溫回火，得到回火馬氏體

時效：（精密零件）消除內(nèi)應(yīng)力，增加尺寸穩(wěn)定。

（4）9SiCr鋼板牙生產(chǎn)工藝：下料一球化退火一機(jī)械加工一淬火+低溫回火一磨平面一拋槽

一開口球化退火一般采用等溫退火退火后易于機(jī)加工

（5）W18Cr4V鋼盤型齒輪銃刀的淬火回火工藝：下料一鍛造一球化退火一機(jī)加工一淬火+

三次回火一噴砂一磨削

凝固完成后形成萊氏體，碳化物呈魚骨狀

鍛造：使碳化物破碎，并均勻分布。

退火：降低硬度，易于切削。為淬火做組織準(zhǔn)備

淬火：1、預(yù)熱含有大量合金元素，避免突然加熱而產(chǎn)生大量的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致

刀具變形或開裂。2,加熱溫度溫度越高，融入奧氏體的合金元素越多，熱硬性越大3、

保溫時間根據(jù)道具尺寸來定。3、冷卻油冷

回火：三次回火，目的減少殘余奧氏體，穩(wěn)定組織。并且后一次回火消除前一次回火

產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。并產(chǎn)生二次硬化。（二次硬化：一部分碳及合金從奧氏體中析出來，從而降

低了殘余奧氏體中碳及合金的含量，進(jìn)而提高了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，而使隨后冷卻的部分殘

余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度得到提高。）P333峰值原因：W、V的碳化物呈細(xì)小分

散狀從馬氏體中析出，提高硬度（彌散強(qiáng)化）二次硬化

（6）20CrMnTi鋼制造汽車變速齒輪的工藝路線：下料一鍛造一正火一加工齒輪一局部鍍銅

…滲碳-■?預(yù)熱淬火+低溫回火一噴丸一磨齒

正火：改善鍛造狀態(tài)下的不正常組織，利于切削加工

淬火：油淬（Cr、Mn提高鋼的淬透性）

低溫回火：得到回火馬氏體，高強(qiáng)度、鋼硬度。

噴丸：去除氧化皮，使表面光潔，并且提高疲勞性能。

第H章

1、鋁合金是如何分類的？P363

答：鋁合金常用的合金元素有Si、Mg、Cu、Mn、Zn及稀土元素。這些元素在鋁中能

形成鋁基固溶體。根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金

兩種。

（1）變形鋁合金：可通過壓力加工制成型材，故要求合金應(yīng)具有良好的塑性變形能力。

組織主要是：固溶體，塑性變形能力好，適用于鍛造、軋制和擠壓。變形鋁合金又可分為可

熱處理強(qiáng)化鋁合金和不能熱處理強(qiáng)化鋁合金，這兩類鋁合金的理論分界線應(yīng)該是室溫下飽和

固溶體的極限溶解度。

（2）鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能。鑄造鋁合金按照其主要元素不同可分為Al-Si、

Al-Cu、Al-Zn、Al-Mg等合金系列。事實(shí)上，為了提高鋁合金的強(qiáng)度和便于熱處理強(qiáng)化，鑄造

鋁合金的成分都比較復(fù)雜，合金元素種類多，含量較高。

2、鋁合金可以通過哪些途徑達(dá)到強(qiáng)化目的？P363-P364

3、鋁合金的強(qiáng)化熱處理原理及工藝操作與鋼的強(qiáng)化熱處理及工藝操作有什么異同？

4、