金屬材料及熱處理王曉麗課后參考答案

項目1金屬材料的性能與檢測1.說明以下符號a的名稱、單位和意義：e、Re、Rm、S、E、A、Z、HBW、HRC、HV。答：符號名稱單位含義σe彈性極限N/mm2材料抵抗彈性變形的能力Re屈服強度N/mm2材料抵抗微量塑性變形的能力Rm抗拉強度N/mm2表征材料抵抗斷裂的能力S疲勞強度N/mm2表征材料交變應(yīng)力下脆性斷裂的能力E彈性模量N/mm2材料在受力時抵抗彈性變形的能力，表征了材料彈性變形的難易程度A斷后伸長率無量綱表征材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可恢復(fù)的永久變形的能力，伸長率和斷面收縮率數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。Z斷面收縮率無量綱Ak沖擊吸收能量J試樣沖斷所吸收的能量HBW布氏硬度N/mm2直徑D的硬質(zhì)合金球作壓頭；測定硬度＞450HBWHRC洛氏硬度無量綱頂角120°的金剛石圓錐壓頭，適用于淬火,調(diào)質(zhì)鋼等硬度測量HV維氏硬度N/mm2頂角136°正四棱錐金剛石壓頭2.在機械零件設(shè)計時，選取Re還是選取Rm，應(yīng)以什么情況為依據(jù)?答：機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強度Re是大多數(shù)機械零件設(shè)計時選材的主要依據(jù)，也是評定精神材料承載能力的重要力學性能指標；抗拉強度測量方便，如果從保證零件不產(chǎn)生斷裂的安全角度考慮，可用Rm作設(shè)計依據(jù)，但所取得安全系數(shù)應(yīng)該大一些。3．在測定屈服強度指標時，Re和Rr0.2有什么不同?答：對于有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，測量試樣屈服時的應(yīng)力為材料的屈服強度Re；對于低塑性材料或脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象，規(guī)定試樣發(fā)生微量塑性變形（殘余延伸率為0.2%）時的應(yīng)力作為材料的屈服強度，即規(guī)定殘余延伸強度Rr0.24．設(shè)計剛度好的零件，應(yīng)根據(jù)何種指標選擇材料?采用何種材料為宜?答：根據(jù)剛度指標-彈性模量E來選材，對要求剛度大的零件，應(yīng)選用具有高彈性模量的材料。5．常用的測量硬度方法有幾種?其應(yīng)用范圍如何?答：工業(yè)上常用測量硬度方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法。其應(yīng)用范圍：布氏硬度法：測定硬度＞450HBW，常用來測定鑄鐵、非鐵合金、經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等，如半成品和原材料。洛氏硬度法：主要應(yīng)用于測定鋼鐵（退火、正火、淬火、調(diào)質(zhì)鋼）、非鐵合金、硬質(zhì)合金等的硬度；維氏硬度法：廣泛用于科研單位和高校，薄件及淬硬表層硬度檢驗。6．反映材料受沖擊載荷的性能指標是什么?不同條件下測得的這種指標能否比較?答：

①反映材料受沖擊載荷的性能指標是沖擊韌性值(AK)。②不同條件下測定的AK不能進行比較。這是因為沖擊韌性是在指定溫度下，材料在缺口和沖擊載荷共同作用下測試沖擊吸收能量。7．疲勞破壞是怎樣形成的?提高零件疲勞壽命的方法有哪些?答：產(chǎn)生疲勞破壞的原因是材料的某些缺陷，如夾雜物、氣孔等所致。在交變應(yīng)力下，缺陷處首先形成微小裂紋，裂紋逐步擴展，導致零件的受力截面減小，以致突然產(chǎn)生破壞。零件表面的機械加工刀痕和構(gòu)件截面突然變化部位，都會產(chǎn)生應(yīng)力集中，交變應(yīng)力下，應(yīng)力集中容易處于產(chǎn)生顯微裂紋處，這也是產(chǎn)生疲勞破壞的主要原因。提高零件疲勞壽命的方法：應(yīng)合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，防止應(yīng)力集中；減少材料內(nèi)部夾雜物、氣孔等缺陷，還要盡量減小零件表面粗糙度值，采取表面硬化處理等措施來提高材料的抗疲勞能力。8．繪制低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并描述低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線上的幾個變形階段。答：oe：彈性變形階段；es’段：屈服階段，水平線（略有波動）明顯的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。彈性變形+塑性變形s’b曲線：強化階段，彈性變形+均勻塑性變形bk曲線：縮頸階段，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達到最大值，而后降低，但變形量增大，K點時試樣發(fā)生斷裂。項目2非鐵金屬材料1、不同鋁合金可通過哪些途徑達到強化目的？答：鑄造鋁硅合金可通過變質(zhì)處理達到強化的目的。能熱處理強化的變形鋁合金可利用時效強化（固溶處理后時效處理）達到強化目的。2、何謂硅鋁明？它屬于哪一類鋁合金？為什么硅鋁明具有良好的鑄造性能？在變質(zhì)處理前后其組織及性能有何變化？這類鋁合金主要用在何處？答：鋁硅鑄造合金又稱為硅鋁明，由于含硅量為17%附近的硅鋁明為共晶成分合金，具有優(yōu)良的鑄造性能。在鑄造緩冷后,其組織主要是共晶體(α十Si),其中硅晶體是硬化相,并呈粗大針狀,會嚴重降低合金的力學性能,為了改善鋁硅合金性能,可在澆注前往液體合金中加入含鈉的變質(zhì)劑,納能促進硅形核,并阻礙其晶體長犬,使硅晶體成為極細粒狀均勻分布在鋁基體上。鈉還能使相圖中共晶點向右下方移動,使變質(zhì)后形成亞共晶組織。變質(zhì)后鋁合金的力學性能顯著提高。鑄造鋁硅合金一般用來制造質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜及有一定力學性能的鑄件,如發(fā)動機缸體、手提電動或風動工具(手電鉆)以及儀表外殼。同時加入鎂、銅的鋁硅系合金(如ZL108),在變質(zhì)處理后還可進行固溶處理+時效,使其具有較好耐熱性和耐磨性,是制造內(nèi)燃機活塞的材料。3、銅合金的性能有何特點？銅合金在工業(yè)上的主要用途是什么？答：銅合金具有以下性能特點：純銅導電性、導熱性極佳，多數(shù)銅合金的導電、導熱性也很好；銅及其銅合金對大氣和水的抗腐蝕能力也很高；銅是抗磁性物質(zhì)。銅及某些銅合金塑性好，易冷、熱成型；鑄造銅合金有很好的鑄造性能。銅合金具有比純銅好的強度及耐蝕性，是電氣儀表、化工、造船、航空、機械等工業(yè)部門中的重要材料。4、何謂粉末冶金？答：粉末冶金法是一種不用熔煉和鑄造，而用壓制、燒結(jié)金屬粉末來制造零件的新工藝。粉末冶金法既是制取具有特殊性能金屬材料的方法，也是一種精密的無切屑或少切屑的加工方法。用粉末冶金法可使壓制品達到或極接近于零件要求的形狀、尺寸精度與表面粗糙度，使生產(chǎn)率和材料利用率大為提高，節(jié)省加工工時和減少機械加工設(shè)備，降低成本。5、簡述粉末冶金工業(yè)過程。答：粉末冶金工藝過程包括粉料制備、壓制成型、燒結(jié)及后處理等幾個工序。（1）粉末的制備：金屬粉末的制取、粉料的混合等步驟。值得指出的是：金屬粉末的各種性能均與制粉方法有密切關(guān)系。粉末應(yīng)按要求的粒度組成與配合進行混合。在各組成成分的密度相差較大且均勻程度要求較高的情況下，常采用濕混。（2）壓制成型：將混合均勻的混料，裝入壓模中壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯的過程。（3)燒結(jié)：通過焙燒，使型坯顆粒間發(fā)生擴散、熔焊、再結(jié)晶等過程，使粉末顆粒牢固地焊合在一起，使孔隙減小密度增大，最終得到“晶體結(jié)合體”，從而獲得所需要的具有一定物理及力學性能的過程。（4)后處理：經(jīng)過燒結(jié)，使粉末壓坯件獲得所需要的各種性能。一般情況下，燒結(jié)好的制件即可使用。但有時還得再進行必要的后處理。6、鈦合金分為哪三類？性能上各有什么特點？答：根據(jù)鈦合金熱處理的組織，可以把鈦分為三大類：全部α相、全部β相和α+β相。它的符號分別以TA、TB、TC表示。（1）α鈦合金（TA）：α鈦合金的主要合金元素是鋁。這種合金具有很好的強度和韌性、熱穩(wěn)定性、焊接性和鑄造性，抗氧化能力較好，熱強性很好，可以在500℃左右長期工作。α鈦合金的熱處理一般是退火。（2）β鈦合金（TB）：這種合金一般加入Mo、V、Cr、Al等合金元素，強度較高、韌性好，經(jīng)淬火和時效處理后，析出彌散的α相，強度進一步提高，主要用來制造高強度板材和復(fù)雜形狀零件。它的缺點是組織和性能不太穩(wěn)定，耐熱性差，抗氧化性能低。當溫度超過700℃時，合金易受大氣中的雜質(zhì)氣體污染。它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且性能不太穩(wěn)定，所以限制了它的應(yīng)用。β鈦合金可進行熱處理強化，一般可用淬火和時效強化。（3）α+β鈦合金（TC）：主要加入Al，也加入Mn、Cr、V等，同時具有上述兩類合金的優(yōu)點，即塑性好、熱強性好(可在400℃長期工作)、耐海水腐蝕能力很強，生產(chǎn)工藝簡單，并且可以通過淬火和時效處理進行強化，主要用于飛機壓氣機盤和葉片、艦艇耐壓殼體、大尺寸鍛件、模鍛件等。7、鎂合金分為哪幾類？性能上各有什么特點？答：鎂合金分為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩大類，其牌號分別以“MB'’和“ZM”后加序號數(shù)字表示。（1）變形鎂合金我國變形鎂合金按化學成分可為Mg-Mn系變形鎂合金、Mg-A1-Zn系變形鎂合金和Mg-Zn-Zr系變形鎂合金三類。Mg-Mn系合金具有良好的耐腐蝕性能和焊接性能，可進行沖壓、擠壓等塑性變形加工，一般在退火狀態(tài)下使用，板材用于制作蒙皮、壁板等焊接結(jié)構(gòu)件。Mg-A1-Zn系合金強度較高、塑性較好。Mg-Zn-Zr系合金的抗拉強度和屈服強度明顯高于其他鎂合金，為高強變形鎂合金，是航空等工業(yè)中應(yīng)用最多的變形鎂合金。（2）鑄造鎂合金據(jù)合金的化學成分和性能特點，鑄造鎂合金分為高強度鑄造鎂合金和耐熱鑄造鎂合金兩大類。這些合金具有較高的常溫強度、良好的塑性和鑄造工藝性能，適于鑄造各種類型的零構(gòu)件，但耐熱性較差，使用溫度不能超過150℃。項目3非金屬材料一、名詞解釋1、高分子材料：又稱為高聚物，是以高分子化合物為主要組分的材料。2、塑料：是一種以有機合成樹脂為主要成分的高分子材料，通?？稍诩訜?、加壓條件下塑制成形，故稱為塑料。3、復(fù)合材料：是指由兩種以上在物理和化學上性能不同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料。4、磁性材料：磁性材料在磁場中被充磁，當磁場去除后，材料的磁性仍長時間保留，這種磁材料就是永磁材料(硬磁材料)5、軟磁性材料：軟磁材料在較低的磁場中被磁化而呈強磁性，但在磁場去除后磁性基本消失。二、簡答題1、簡評作為工程材料的聚合物材料的優(yōu)缺點(與金屬材料比較)。答：與金屬材料相比聚合物材料有如下優(yōu)點：比重小，比強度高，耐化學性好，電絕緣性優(yōu)異，耐磨性好。某些聚合物材料還具有一些特殊性能，如透明度高，彈性好等；聚合物材料的原料豐富，制造方便，加工成型簡單。但聚合物材料存在如易老化、耐熱性差、硬度、剛度不高等缺點。2、常用的塑料成形加工方法有哪幾種?答：擠出成型、吹塑成型、注射成型3、天然橡膠和合成橡膠各有何特性?應(yīng)用上有何區(qū)別?答：橡膠分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠是從熱帶的杜仲樹或橡樹上流出的膠乳，這種膠乳主要成分是以異戊二烯為單體的高聚物，經(jīng)凝固、干燥、壓片等工序制成各種膠片(便于運輸)。而合成橡膠同其他高聚物一樣，是由單體在一定條件下經(jīng)聚合反應(yīng)而成，其單體的主要來源是石油、天然氣和煤等。。4、陶瓷性能的主要缺點是什么？分析其原因，并指出改進的方法。答：陶瓷材料最突出的缺點是塑性和韌性很低，這是因為大多數(shù)陶瓷材料晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑移系少，位錯生成能高，而且位錯的可動性差。提高陶瓷材料強度和韌性的措施有：1）制造微晶、高密度、高純度的陶瓷，消除缺陷，提高晶體的完整性；2）在陶瓷表面引入壓應(yīng)力，可提高材料的強度；3）消除表面缺陷；4）復(fù)合強化，如采用碳纖維制成纖維/陶瓷復(fù)合材料，可有效提高材料的強韌性；5）二氧化鋯增韌。5、復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點）是什么？——請簡答6個要點（1）比強度，比模量高（2）良好的高溫性能（3）良好的尺寸穩(wěn)定性（4）良好的化學穩(wěn)定性（5）良好的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性（6）良好的功能性能6、試分析復(fù)合材料的應(yīng)用及發(fā)展答：（1）20世紀40年代，玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產(chǎn)以后，纖維復(fù)合材料發(fā)展成為具有工程意義的材料。至60年代，在技術(shù)上臻于成熟，在許多領(lǐng)域開始取代金屬材料。（2）隨著航空航天技術(shù)發(fā)展，對結(jié)構(gòu)材料要求比強度、比模量、韌性、耐熱、抗環(huán)境能力和加工性能都好。針對不同需求，出現(xiàn)了高性能樹脂基先進復(fù)合材料，標志在性能上區(qū)別于一般低性能的常用樹脂基復(fù)合材料。以后又陸續(xù)出現(xiàn)金屬基和陶瓷基先進復(fù)合材料。（3）經(jīng)過60年代末期使用，樹脂基高性能復(fù)合材料已用于制造軍用飛機的承力結(jié)構(gòu)，今年來又逐步進入其他工業(yè)領(lǐng)域。（4）70年代末期發(fā)展的用高強度、高模量的耐熱纖維與金屬復(fù)合，特別是與輕金屬復(fù)合而成金屬基復(fù)合材料，克服了樹脂基復(fù)合材料耐熱性差和不到電、導熱性低等不足。（5）80年代開始逐漸發(fā)展陶瓷基復(fù)合材料，采用纖維補強陶瓷基體以提高韌性。主要目標是希望用以制造燃氣渦輪葉片和其它耐熱部件。7、什么是超導材料？簡述超導材料的性能特點。答：超導體是指在一定溫度以下，材料電阻為零，物體內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。性能特點：（1）零電阻性：超導材料處于超導態(tài)時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。如果用磁場在超導環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已多次在實驗中觀察到。（2）完全抗磁性：超導材料處于超導態(tài)時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內(nèi)的磁場恒為零。（3）約瑟夫森效應(yīng)：兩超導材料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。8、試簡述形狀記憶合金的三種效應(yīng)。答：（1）單程記憶效應(yīng)形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。（2）雙程記憶效應(yīng)某些合金加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。（3）全程記憶效應(yīng)加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應(yīng)。項目4金屬材料基礎(chǔ)知識1、什么是晶體，什么是非晶體？簡述二者在結(jié)構(gòu)與性能上的差別。答：晶體是指原子在空間按一定規(guī)律呈周期性排列的固體；非晶體是指組成物質(zhì)的分子(或原子、離子)不呈空間有規(guī)則周期性排列的固體；結(jié)構(gòu)上的差別：晶體有整齊規(guī)則的幾何外形；非晶體沒有一定規(guī)則的外形。性能上的差別：①晶體熔化時具有固定熔點，而非晶體純物質(zhì)卻存在一個軟化溫度范圍，沒有明顯的熔點；②晶體純物質(zhì)具有各向異性，而非晶體純物質(zhì)卻為各向同性。2、常見的金屬晶格類型有哪些？Fe、Cu、Al、Ni、Pb、W、Mo、V、Ti、Zn、Mg等各屬于哪種晶體結(jié)構(gòu)？答：有體心立方、面心立方、密排六方三種；體心立方晶格的晶胞通常只用一個晶格常數(shù)a表示，它的每個角上和晶胞中心都排列一個原子，面心立方晶格也只用一個晶格常數(shù)表示，它的每個角上和晶胞的六個面的中心都排列一個原子。密排六方晶格有兩個晶格常數(shù)，一個是柱體的高度c，另一個是六邊形的邊長a，它的每個角上和下，下底面的中心都排列一個原子，另外在晶胞中心還有三個原子。α-Fe，δ-Fe，Cr，V屬體心立方，γ-Fe，Cu，Ni，Pb屬面心立方，Mg，Zn屬密排六方3、列舉常見的點缺陷、線缺陷、面缺陷？答：點缺陷：空位、間隙原子、置換原子線缺陷：刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯面缺陷：晶界、亞晶界4、螺型位錯和刃型位錯各有什么重要特征？答：（1）刃型位錯具有一個額外的半原子面，而螺型位錯無；（2）刃型位錯必須與滑移方向垂直，也垂直與滑移矢量；而螺型位錯線與滑移矢量平行，且位錯線的移動方向與晶體滑移方向互相垂直。（3）刃型位錯的滑移線不一定是直線，可以是折線或曲線；而螺位錯的滑移線一定是直線。（4）刃位錯的滑移面只有一個，其不能在其他面上進行滑移；而螺位錯的滑移面不是唯一的。（5）刃位錯周圍的點陣發(fā)生彈性畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變；而螺位錯只有切應(yīng)變而無正應(yīng)變。相同點：二者都是線缺陷。5、柏氏矢量與刃型位錯和螺型位錯有什么關(guān)系？答：柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運動導致晶體滑移時，滑移量大小即柏氏矢量b，滑移方向即為柏氏矢量的方向.。刃型位錯的柏氏矢量與位錯線垂直；柏氏矢量與刃型位錯運動方向平行。螺型位錯的柏氏矢量平行于位錯線，柏氏矢量與位錯線方向相同的為右螺型位錯，相反者為左螺型位錯。柏氏矢量b與螺位錯運動方向相互垂直。6、什么是固溶體？什么是金屬化合物？它們的結(jié)構(gòu)特點和性能特點各是什么？答：固溶體：合合金中一組元作為溶質(zhì)溶解在另一組元溶劑的晶格中，并保持溶劑晶格類型的金屬固相。結(jié)構(gòu)特點：固溶體晶體結(jié)構(gòu)與組成它的溶劑相同。性能特點：性能較好，硬度較低。金屬化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的合金相。結(jié)構(gòu)特點：具有與其構(gòu)成組元晶格截然不同的特殊晶格。性能特點：熔點高，硬而脆。7、什么是合金？與純金屬比較合金有哪些優(yōu)點？答：合金是指兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)，或用其他方法組合而成的具有金屬特征的物質(zhì)。優(yōu)點：具有較高的強度、硬度以及某些優(yōu)異的物理、化學性能和力學性能，且價格相對低廉，是工業(yè)上廣泛使用的金屬材料。8、純鐵的三個同素異構(gòu)體各叫什么名稱？晶體結(jié)構(gòu)是什么？答：δ-Fe體心立方晶格，γ-Fe面心立方晶格，α-Fe體心立方晶格；項目5金屬的結(jié)晶過程與控制1、簡述純金屬的結(jié)晶過程？與純金屬相比，固溶體合金結(jié)晶有何特點？答：純金屬結(jié)晶是在某個溫度下進行，當過冷度大于臨界過冷度，純金屬結(jié)晶有能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏，過冷液體中出現(xiàn)尺寸較大的相起伏，形成晶核，然后晶核不斷凝聚長大，金屬結(jié)晶的過程是形核和長大的過程。而合金的結(jié)晶是在某個溫度范圍進行，純金屬結(jié)晶有能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏，固溶體合金凝固時析出的固相成分與原液相成份不同,需成份起伏。α晶粒的形核位置是那些結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏和成分起伏都滿足要求的地方。2、液態(tài)金屬結(jié)晶時，為什么必須過冷？答：金屬結(jié)晶的熱力學條件：由熱力學第二定律可知，物質(zhì)遵循能量最小原理，即物質(zhì)總是自發(fā)地向著能量降低的方向轉(zhuǎn)化。在等壓條件下液、固態(tài)金屬的自由能與溫度的關(guān)系曲線，都是單調(diào)減上凸曲線，并且兩者斜率不同，由熱力學表達式可知液相的斜率大于固相，因為液態(tài)時原子排列的混亂程轉(zhuǎn)度大，S液>S固，兩曲線交點的溫度為金屬的理論結(jié)晶溫度即熔點。這時液、固兩相的自由能相等，液、固兩相處于動態(tài)平衡狀態(tài)，兩相可以長期共存。①當T=Tm時，G液=G固，兩相共存；②當T>Tm時，G液＞G固，金屬結(jié)晶成固體，而△G=G固-G液<0，為結(jié)晶的驅(qū)動力，由此可知過冷是結(jié)晶的必要條件，△T越大，結(jié)晶驅(qū)動力越大，結(jié)晶速度越快。3、什么叫過冷現(xiàn)象、過冷度？過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？對結(jié)晶后的晶粒大小有何影響？答：金屬實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。金屬結(jié)晶時的過冷度與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度愈大，過冷度愈大，金屬實際結(jié)晶溫度就愈低，結(jié)晶后的晶粒大小就愈小。4、金屬晶粒大小對力學性能有何影響？控制金屬晶粒大小的方法有哪些?答：（1）一般情況下，晶粒愈細小，金屬的強度和硬度愈高，塑性和韌性也愈好。（2）控制金屬晶粒大小的方法有：增大過冷度、，進行變質(zhì)處理、采用振動攪拌處理。5、為了得到發(fā)達的柱狀晶應(yīng)采取哪些措施？為了得到發(fā)達的等軸晶應(yīng)采取哪些措施？其基本原理是什么?答：（1）得到發(fā)達的柱狀晶采取措施：采用導熱性好與熱容量大的鑄型材料，增大鑄型的厚度，降低鑄型的溫度；提高澆注溫度或澆注速度；提高熔化溫度?；驹恚河欣谥鶢罹^(qū)發(fā)展的因素有-較快的冷卻速度，高的熔化溫度和澆注溫度，定向散熱等；（2）為了得到發(fā)達的等軸晶應(yīng)采取措施：采用導熱性差與熱容量小的鑄型材料，增大鑄型的厚度，提高鑄型的溫度；降低澆注溫度或澆注速度；變質(zhì)處理、振動和攪拌；基本原理是有利于等軸晶區(qū)發(fā)展的因素有：較慢的冷卻速度，低的熔化溫度和澆注溫度，均勻散熱等；6、金屬鑄錠組織通常由哪幾個晶區(qū)組成，各晶區(qū)有何特點？答：（1）表層細等軸晶區(qū)：晶粒十分細小，顯微組織較致密，室溫下力學性能高；（2）柱狀晶區(qū)：組織致密，柱間晶界是雜質(zhì)、氣孔、縮孔較富集地區(qū)，是鑄錠的脆弱結(jié)合面，在冷熱壓力加工時容易沿脆弱面開裂，降低力學性能，性能有方向性；（3）中心等軸晶區(qū)：不存在明顯脆弱界面，性能無方向性，力學性能均勻。7、什么是合金相圖？簡述合金相圖的建立方法。答：合金相圖是表示在平衡條件下（極緩慢冷卻或加熱）合金組織狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖。圖5-9圖建立方法：（1）配置一些列成分不同的合金；（2）測定這些合金的冷卻曲線；（3）找出各曲線上臨界點；（4）在溫度-成分坐標系中過各合金成分點做成分垂線，將臨界點標在成分垂線上（5）將成分垂線上相同意義的點連接起來，并標上相應(yīng)的數(shù)字和字母。圖5-9圖8、A-B二元勻晶合金相圖如圖5-所示。應(yīng)用杠桿定律計算，當成分為40%B的合金冷卻到1000?C時，結(jié)晶出了多少固相（相對量）？剩余多少液相（相對量）？答：固相的相對量計算：Q={(40-30)/(60-30)}×100=33.33%液相的相對量計算：Q1=1-Q=66.67%9、試述含碳量對碳鋼組織和性能有何影響？答：隨著含碳量不斷增加，合金組織中F軟相的量逐漸減少，鐵碳合金的塑性不斷下降。含碳量超過2.11%后，出現(xiàn)以Fe3C為基體的組織，塑性很差。沖擊韌性基本與塑性的變化一致。Fe3C本身硬而脆，隨含碳量不斷增加，合金組織中Fe3C量逐漸增加，因此鐵碳合金的硬度上升。鐵碳合金的強度與Fe3C的數(shù)量及其形態(tài)有關(guān)，還與珠光體有關(guān)。在鐵碳合金組織中以珠光體強度最高。當含碳量小于0.90%時，隨著含碳量的增加，珠光體的量不斷增加，因此強度上升。當含碳量大于0.9%以后，滲碳體以網(wǎng)狀分布于晶界處或以粗大片狀存在于基體中，使鋼的脆性大增，同時珠光體的量不斷減少，故而強度也明顯下降。10、工業(yè)用鐵碳合金是怎樣進行分類的？試根據(jù)Fe—Fe3C狀態(tài)圖來說明。答：工業(yè)用鐵碳合金含碳量分，可分為三類：工業(yè)純鐵，含碳量小于0.0218%的鐵碳合金。鋼，含碳量在0.0218～2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金。其中含碳量在0.0218～0.77%為亞共析鋼；含碳量為0.77%為共析鋼；含碳量在0.77～2.11%為過共析鋼白口鐵，含碳量在2.11～6.69%范圍內(nèi)的鐵碳合金。其中含碳量在2.11～4.3%為亞共晶白口鐵；含碳量為4.3%為共晶白口鐵；含碳量在4.3～6.69%為過共共晶白口鐵。項目6金屬的塑性變形認知一、名詞解釋1、滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相對另一部分發(fā)生相對位移的現(xiàn)象。2、孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定晶面（孿生面）和一定晶向（孿生方向）相對另一部分發(fā)生相對切變的現(xiàn)象。3、固溶強化：溶質(zhì)原子的存在及其固溶度的增加，使基體金屬的變形抗力提高。4、加工硬化：金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。5、回復(fù)：指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段。6、再結(jié)晶：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。7、晶粒長大：指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大。8、再結(jié)晶溫度：冷變形金屬開始進行再結(jié)晶的最低溫度。二、簡答題1、一黃銅在再結(jié)晶終了的晶粒尺寸和再結(jié)晶前的冷加工量之前的關(guān)系。圖中曲線表明，三種不同的退火溫度對晶粒大小影響不大。這一現(xiàn)象與通常所說的“退火溫度越高、退火后晶粒越大”是否有矛盾？該如何解釋？答：由于銅片寬度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本無變形，退火后扔保持原始晶粒尺寸；在較寬處，處于臨界變形范圍，再結(jié)晶后晶粒粗大；隨寬度增大，變形度增大，退火后晶粒變細，最后達到穩(wěn)定值。在最寬處，變形量很大，在局部地區(qū)形成變形結(jié)構(gòu)，退火后形成異常大晶粒。變形越大，冷變形儲存能越高，越容易再結(jié)晶。因此，在較低溫度退火，在較寬處先發(fā)生再結(jié)晶。2、什么是滑移與孿生？一般條件下進行塑性變形時，為什么在鋅、鎂中易出現(xiàn)孿晶?而在純銅中易產(chǎn)生滑移帶?答：滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。銅是面心立方，鋅、鎂是密排六方，故在鋅、鎂中易出現(xiàn)孿晶，而在純銅中易產(chǎn)生滑移帶。3、根據(jù)純金屬及合金塑性變形的特點，可以有幾種強化金屬性能的方式？答：通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細晶強化。單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強化。當在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時，第二相顆粒越細，分布越均勻，合金的強度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強化方法稱彌散強化或沉淀強化。隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。加工硬化是強化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強化的金屬和合金尤為重要。4、用手來回彎折一根鐵絲時，開始感覺省勁，后來逐漸感到有些費勁，最后鐵絲被彎斷。試解釋過程演變的原因？答：用手來回彎折一根鐵絲時，鐵絲會發(fā)生冷塑性變形。隨著彎折的持續(xù)，鐵絲的冷塑性變形量會增加，從而發(fā)生加工硬化，此時，鐵絲的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，故逐漸感到有些費勁。進一步彎折時，鐵絲會因為超過疲勞強度而被彎斷。5、什么是變形金屬的回復(fù)、再結(jié)晶？再結(jié)晶晶粒度受哪些因素的影響?答：回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾鶆虻牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。影響再結(jié)晶晶粒度的因素：1、加熱溫度和保溫時間。加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。2、預(yù)先變形度。預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響。6、當金屬繼續(xù)冷拔有困難時，可以通過什么熱處理解決？為什么?答：再結(jié)晶退火。在對金屬進行冷拔時，隨冷塑性變形量的增加，金屬會發(fā)生加工硬化，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，從而導致冷拔越來越困難。此時，若對其進行再結(jié)晶退火處理，當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾鶆虻牡容S晶粒。由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。此時再進行冷拔則容易的多。7、能否通過再結(jié)晶退火來消除粗大的鑄造晶粒及組織?為什么？答：不能。鑄造是熔煉金屬、制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。在鑄造過程中，熔融金屬因冷卻而成形，并沒有發(fā)生塑性變形。而再結(jié)晶退火是將冷變形的金屬加熱到一定溫度使其組織發(fā)生復(fù)原的一種工藝。對于沒有塑性變形的鑄造物件，是不能通過再結(jié)晶退火來消除粗大的鑄造晶粒及組織的。8、金屬熱加工與冷加工的區(qū)別？對金屬組織和性能有何影響？答：在金屬學中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。冷加工時金屬會發(fā)生加工硬化，它的強度、硬度會提高，但塑性、韌性會下降，且伴隨有織構(gòu)現(xiàn)象。熱加工時產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會帶來加工硬化效果。熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔或疏松焊合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎并結(jié)晶成等軸晶，使第二相、夾雜物等重新分布，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學性能提高。熱加工也使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜物、第二相、偏析等沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線（熱加工纖維組織）。它使鋼產(chǎn)生各向異性。在制定加工工藝時，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。項目7鋼的熱處理原理一、簡答題1、已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380℃，1528℃，327℃和232℃，試分析鎢和鐵在1100下的加工，錫和鉛在室溫（20℃）下的加工各為何種加工？答：根據(jù)T再（K）=0.35~0.4T熔（K）進行計算，鎢為冷加工，鐵為熱加工，鉛和錫的再結(jié)晶溫度低于15℃，是熱加工。2、熱加工對金屬的組織和性能有何影響？鋼材在熱變形加工（如鍛造）時，為什么不出現(xiàn)硬化現(xiàn)象？答：熱加工以后組織的變化：（1）改善鑄錠組織。氣孔、縮孔等焊合、破碎碳化物、細化晶粒、降低偏析。提高強度、塑性、韌性。（2）在熱加工變形中可使晶粒細化和夾雜物破碎（3）形成纖維組織（流線）。組織：晶粒沿變形方向呈纖維狀分布。性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯（4）形成帶狀組織鋼材在熱變形加工（如鍛造）時，塑性變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的回復(fù)、再結(jié)晶的軟化作用所消除，使金屬不產(chǎn)生硬化。3、用一根冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱至1000℃，當出爐后再次吊裝工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析其原因。答：主要是因為冷拉鋼絲繩隨工件一起加熱至1000℃后，冷拉鋼絲繩經(jīng)歷了回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大過程，其強度大大降低，從而造成鋼絲繩發(fā)生斷裂。4、說明下列符號Ac1、Ar1、Ar3、Ac3、Accm、Arcm的物理意義及加熱速度。答：Ac1——加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ar1——冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ar3——冷卻時奧氏體開始析出先共析鐵素體的溫度Ac3——加熱時鐵素體全部溶入奧氏體的終了溫度Accm——加熱時二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度Arcm——冷卻時奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度項目8鋼的熱處理工藝一、簡答題1、何謂鋼的淬透性？影響淬透性的因素有哪些？答：鋼的淬透性指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其大小通常用規(guī)定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。是鋼的一種屬性，不隨工件形狀、尺寸和介質(zhì)冷卻能力而變化，只與鋼的Vc有關(guān)，Vc↓，淬透層深度↑，鋼的淬透性越好。2、試分析下列說法是否正確：⑴鋼中合金元素的含量愈多，則淬火后硬度愈高；⑵同一鋼材在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。答：⑴錯，鋼淬火后硬度的高低與碳含量有關(guān)，而與合金因素的多少無關(guān)。⑵錯，鋼的淬透性是鋼的屬性，與淬火介質(zhì)、零件的尺寸大小和形狀無關(guān)。3、退火與正火的目的是什么？答：退火的目的：均勻鋼的化學成分及組織；細化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準備。?正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機械性能。4、過共析鋼淬火加熱溫度為什么不超過Accm？答：過共析鋼淬火加熱溫度為AC1＋30～50℃。加熱溫度超過Accm時，溫度高，容易發(fā)生氧化、脫碳；奧氏體晶粒容易粗大，淬火后馬氏體粗大，產(chǎn)生顯微裂紋，強度下降；滲碳體全部溶解，失去耐磨相，奧氏體中的含碳量高，淬火后殘余奧氏體量多，硬度降低、強度降低。5、亞共析鋼正火與退火相比哪個硬度高?為什么??答：正火后硬度高。正火與退火相比，正火的珠光體是在較大的過冷度下得到的，因而對亞共析鋼來說，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多(偽共析)，珠光體片間距較小。此外由于轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體成核率較大，因而珠光體團的尺寸較小。?6、用T12鋼（鍛后緩冷）做一切削工具，工藝過程為：正火→球化退火→機加工成形→淬火→低溫回火。各熱處理工藝的目的是什么？得到什么組織？各種組織具有什么性能。答：（1）?正火：消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，同時改善鍛造組織、消除鍛造應(yīng)力，得到片狀的珠光體，片狀的珠光體硬度較高，塑性韌性較差。?（2）?球化退火：將片狀的珠光體變成粒狀珠光體，降低硬度，便于機械加工；組織為粒狀珠光體，這種組織塑性韌性較好，強度硬度較低。?（3）?淬火：提高硬度、強度和耐磨性；組織為馬氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體；這種組織具有高強度高硬度，塑性韌性差。?（4）低溫回火：減少或消除淬火應(yīng)力，提高塑形和韌性；組織為回火馬氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體。回火組織有一定的塑性韌性，強度、硬度高，耐磨性高。7、什么是淬火？目的是什么？具體工藝有哪些？簡述淬火加熱溫度的確定原則。答：把鋼加熱到臨界點（Ac1或Ac3）以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度（Vc)冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。?淬火目的：提高工具、滲碳零件和其它高強度耐磨機器零件等的硬度、強度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過淬火和回火之后獲得良好的綜合機械性能；此外，還有很少數(shù)的一部分工件是為了改善鋼的物理和化學性能。如提高磁鋼的磁性，不銹鋼淬火以消除第二相，從而改善其耐蝕性等。?具體工藝有：單液淬火法；中斷淬火法(雙淬火介質(zhì)淬火法)；噴射淬火法；分級淬火法；等溫淬火法。??淬火加熱溫度，主要根據(jù)鋼的相變點來確定。對亞共析鋼，一般選用淬火加熱溫度為Ac3＋(30～50℃)，過共析鋼則為Ac1＋(30～50℃)?，合金鋼一般比碳鋼加熱溫度高。確定淬火加熱溫度時，尚應(yīng)考慮工件的形狀、尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻方式等因素。在工件尺寸大、加熱速度快的情況下，淬火溫度可選得高一些。另外，加熱速度快，起始晶粒細，也允許采用較高加熱溫度。8、正火、退火工藝選用的原則是什么？?答：含0.25％C以下的鋼，在沒有其它熱處理工序時，可用正火來提高強度。對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能。對含碳0.25～0.50％的鋼，一般采用正火。對含碳0.50～0.75％的鋼，一般采用完全退火。含碳0.75～1.0％的鋼，用來制造彈簧時采用完全退火作預(yù)備熱處理，用來制造刀具時則采用球化退火。含碳大于1.0％的鋼用于制造工具，均采用球化退火作預(yù)備熱處理。9、為什么馬氏體的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）密切相關(guān)？答：高碳馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應(yīng)力高和存在孿晶結(jié)構(gòu)，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體，由于過飽和度小，內(nèi)應(yīng)力低和存在位錯亞結(jié)構(gòu)，則不僅強度高，塑性、韌性也較好。10、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點?答：（1）顯微組織特征不同，下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，高碳馬氏體為片狀；（2）亞結(jié)構(gòu)不同，下貝氏體亞結(jié)構(gòu)為位錯，高碳馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為孿晶；（3）性能特點不同，下貝氏體具有良好的綜合機械性能，高碳馬氏體強度硬度高，塑性和韌性差；（4）相變特點不同，下貝氏體為半擴散型相變，高碳馬氏體非擴散型相變。（5）下貝氏體為復(fù)相組織，高碳馬氏體為單相組織。?11、珠光體、貝氏體、馬氏體的特征、性能特點是什么？答：片狀P體，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，具有良好的綜合機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。?二、論述題1、論述鋼材在熱處理過程中出現(xiàn)脆化現(xiàn)象的主要原因及解決方法。答：（1）過共析鋼奧氏體化后冷卻速度較慢出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體時，使鋼的脆性增加，脆性的網(wǎng)狀二次滲碳體在空間上把塑性相分割開，使其變形能力無從發(fā)揮。解決方法，重新加熱正火，增加冷卻速度，抑制脆性相的析出。（2）淬火馬氏體在低溫回火時會出現(xiàn)第一類回火脆性，高溫回火時有第二類回火脆性，第一類回火脆性不可避免，第二類回火脆性，可重新加熱到原來的回火溫度，然后快冷恢復(fù)韌性。（3）工件等溫淬火時出現(xiàn)上貝氏體時韌性降低，重新奧氏體化后降低等溫溫度得到下貝氏體可以解解。（4）奧氏體化溫度過高，晶粒粗大韌性降低。如：過共析鋼淬火溫度偏高，晶粒粗大，獲得粗大的片狀馬氏體時，韌性降低；奧氏體晶粒粗大，出現(xiàn)魏氏組織時脆性增加。通過細化晶?？梢越鉀Q。2、20CrMnTi?、40CrNiMo、60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是什么？性能如何？答：20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強度、硬度高，耐磨性好；心部低碳馬氏體（淬透）強韌性好。Mn與Cr?提高淬透性，強化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒。?40CrNiMo為調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為0.4%，最終熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏體，具有良好的綜合機械性能，Cr、Ni提高淬透性，強化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細化晶粒，抑制第二類回火脆性。?60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%，最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強化基體，Si提高回火穩(wěn)定性。?T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體＋粒狀Fe3C＋殘余奧氏體（γ'），強度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差。項目9工業(yè)用鋼1、低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？答：低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼；08、10、鋼，塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具有高的彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。T12、T13、鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀等。2、下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸。答：手鋸鋸條：它要求有較高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。普通螺釘：它要保證有一定的機械性能，用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，如Q195、Q215、Q235。車床主軸：它要求有較高的綜合機械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如30、35、40、45、50。3、鋼中常存雜質(zhì)有哪些？對鋼的性能有何影響？答：鋼中常存雜質(zhì)有Si、Mn、S、P等。Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化：另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的有害作用。當Mn含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響并不明顯。Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強化，從而使鋼的強度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。當Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。S：硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成共晶，并分布于奧氏體的晶界上，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，由于FeS-Fe共晶（熔點只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強度、硬度有所提高，但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆。4、指出下列各種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、主要特點及用途：Q235-AF、Q195-B、40、08、20、T8答：Q235-AF：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。Q195-B:屈服強度為195MPa的B級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q195、Q235含碳量低，有一定強度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等，40:含碳量為0.4%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。40鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。08：含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等。20：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。T8：含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。5、為什么比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運輸機械和礦山機器的軸類，大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子等都必須用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)缺點？答：碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現(xiàn)內(nèi)外性能不均，對于一些大型的機械零件，（要求內(nèi)外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運輸機械和礦山機器的軸類，大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子等都必須用合金鋼制造。(1)如上所述合金鋼的淬透性高(2)合金鋼回火抗力高碳鋼淬火后，只有經(jīng)低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過200℃，其硬度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對于要求耐磨，切削速度較高，刃部受熱超過200℃的刀具就不能采用碳鋼制作而采用合金鋼來制作。合金鋼能滿足一些特殊性能的要求如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）。6、合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni對鋼的C曲線和MS點有何影響？將引起鋼在熱處理、組織和性能方面的什么變化？答：除Co以外，大多數(shù)合金元素都增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改變C曲線的形狀，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲線右移外，還將C曲線分裂為珠光體轉(zhuǎn)變的貝氏體轉(zhuǎn)變兩個C曲線，并在此二曲線之間出現(xiàn)一個過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms點降低，殘余奧氏體量增多。由于合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移,從而使退火狀態(tài)組織中的珠光體的比例增大,使珠光體層片距離減小,這也使鋼的強度增加,塑性下降。由于過冷奧氏體穩(wěn)定性增大,合金鋼在正火狀態(tài)下可得到層片距離更小的珠光體,或貝氏體甚至馬氏體組織,從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結(jié)構(gòu)鋼的實際含量)下影響很小。合金元素都提高鋼的淬透性,促進馬氏體的形成,使強度大為增加但焊接性能變壞。7、合金元素對回火轉(zhuǎn)變有何影響？答；合金元素對回火轉(zhuǎn)變及性能的影響如下：（1）產(chǎn)生二次硬化由于合金元素的擴散慢并阻礙碳的擴散,還阻礙碳化物的聚集和長大,因而合金鋼中的碳化物在較高的回火溫度時,仍能保持均勻彌散分布的細小碳化物的顆粒。強碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量較高及在一定回火溫度下,還將沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度彌散分布在馬氏體基體上,并與馬氏體保持共格關(guān)系,阻礙位錯運動,使鋼的硬度反而有所提高,這就形成了二次硬化。鋼的硬度不僅不降低,反而再次提高。在合金鋼中,當含有W、Mo、Ti、V、Si等,它們一般都推遲a相的回復(fù)與再結(jié)晶和碳化物的聚集,從而可抑制鋼的硬度、強度的降低。（2）提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性（耐回火性）由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程,使回火的硬度降低過程變緩,從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當回火溫度相同時,合金鋼的強度、硬度都比碳鋼高。（3）回火時產(chǎn)生第二類回火脆性在合金鋼中,除了有低溫回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的鋼中,在550~650℃回火后,又出現(xiàn)了沖擊值的降低,稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。此高溫回火脆性為可逆回火脆性，或第二類回火脆性。產(chǎn)生這類回火脆性的原因,一般認為是由于錫、磷、銻、砷等有害元素沿奧氏體晶界偏聚,減弱了晶界上原子間的結(jié)合力所致。8、何謂調(diào)質(zhì)鋼？為什么調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳？合金調(diào)質(zhì)鋼中常含哪些合金元素？它們在調(diào)質(zhì)鋼中起什么作用？答：通常把經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后才使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。從碳含量上看，低碳鋼在淬火及低溫回火狀態(tài)雖具有良好的綜合機械性能，但它的疲勞極限低于中碳鋼，淬透性也不如中碳鋼。高碳鋼雖然強度高，但它的韌性及塑性很低。因此，調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳。合金調(diào)質(zhì)鋼中常含合金元素有鉻、錳、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鋁、鈦等。合金調(diào)質(zhì)鋼的主加元素有鉻、錳、鎳、硅等,以增加淬透性。它們在鋼中除增加淬透性外,還能強化鐵素體,起固溶強化作用。輔加元素有鉬、鎢、釩、鋁、鈦等。鉬、鎢的主要作用是防止或減輕第二類回火脆性,并增加回火穩(wěn)定性;釩、鈦的作用是細化晶粒;加鋁能加速滲氮過程。9、W18Cr4V鋼的Ac1約為820℃，若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規(guī)方法來確定淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達到高速切削刃具所要求的性能？為什么？W18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560℃三次回火，又是為什么？答：若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規(guī)方法來確定W18Cr4V鋼淬火加熱溫度，在最終熱處理后不能達到高速切削刃具所要求的性能。因為若按常規(guī)方法來確定淬火加熱溫度，則合金碳化物不易溶解，不能滿足在高速切削時刀具應(yīng)保持紅硬性、高耐磨性的要求。為使奧氏體得到足夠的合金化，必須加熱到遠遠大于Ac1的溫度，既1280℃左右。18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560℃三次回火，這是為消除殘余奧氏體。10、解釋下列現(xiàn)象：（1）在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高。答：在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高，其主要原因是合金元素的加入而改變了碳在鋼中的擴散速度所致。非碳化物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奧氏體中的擴散激活能,增加奧氏體形成速度。相反,強碳化物形成元素如v、Ti、w、Mo等,與碳有較大的親合力,增加碳在奧氏體中的擴散激活能,強烈地減緩碳在鋼中的擴散,大大減慢了奧氏體化的過程。奧氏體形成后,尚未固溶的各種類型的碳化物,其穩(wěn)定性各不相同。穩(wěn)定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奧氏體中,需要進一步提高加熱溫度,這類合金元素將使奧氏體化的時間增長。合金鋼中奧氏體化過程還包括均勻化的過程。它不但需要碳的擴散,而且合金元素也必需要擴散。但合金元素的擴散速度很慢,即使在1000℃的高溫下,也僅是碳擴散速度的萬分之幾或干分之幾。因此,合金鋼的奧氏體成分均勻化比碳鋼更緩慢。以保證合金元素溶入奧氏體并使之均勻化,從而充分發(fā)揮合金元素的作用。（2）在相同含碳量情況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性。答：當溫度超過150℃以后,強碳化物形成元素可阻礙碳的擴散,因而提高了馬氏體分解溫度。與碳鋼相比,合金鋼中的殘余奧氏體要在更高的回火溫度才能轉(zhuǎn)變。在高合金鋼中殘余奧氏體十分穩(wěn)定,甚至加熱到500~600℃并保溫一段時間仍不分解。合金元素的擴散慢并阻礙碳的擴散,阻礙了碳化物的聚集和長大，使回火的硬度降低過程變緩,從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高,若要得到相同的回火硬度時,則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高,回火時間也長。而當回火溫度相同時,合金鋼的強度、硬度都比碳鋼高。（3）含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼。答：由于合金元素加入后顯著改變了S點的位置，使它向碳含量減少的方向移動。所以含碳量≥0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼（4）高速鋼在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。答：由于鋼中含有大量的合金元素，高速鋼的過冷奧氏體非常穩(wěn)定，因而鋼的淬透性很高。對于中、小型刃具在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷可獲得馬氏體組織。項目10鑄鐵1、白口鑄鐵、灰口鑄鐵和鋼，這三者的成分、組織和性能有何主要區(qū)別？答：碳鋼是指含碳量0.02%～2.14%的鐵碳合金，鑄鐵是指大于2.14%的鐵碳合金。與鋼相比，鑄鐵中含碳及含硅量較高。比碳鋼含有較多硫、磷等雜質(zhì)元素。鋼的組織為鐵素體+珠光體、珠光體、珠光體+二次滲碳體；鋼的組織為珠光體+二次滲碳體+萊氏體、萊氏體、一次滲碳體+萊氏體。鋼中低碳鋼塑性韌性較好、強度和硬度較低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳鋼有優(yōu)良的綜合機械性能；高碳鋼塑性韌性較低，但強度和硬度較高、耐磨性較好。以上鋼均可進行鍛造和軋制，并可經(jīng)過熱處理改變其組織，進而極大的提高其性能。白口鑄鐵組織中存在著共晶萊氏體,性能硬而脆,很難切削加工,但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良?；诣T鐵組織中碳全部或大部分以片狀石墨形式存在,斷口呈暗灰色。其鑄造性能、切削加工性、減摩性、消震性能良好，缺口敏感性較低。2、化學成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化和基體組織有何影響？答：(1)化學成分1)碳和硅。碳和硅是強烈促進石墨化元素,鑄鐵中碳和硅的含量越高,就越容易充分進行石墨化。由于共晶成分的鑄鐵具有最佳的鑄造性能。因此,將灰鑄鐵的碳當量均配制到4%左右。2)錳。錳是阻止石墨化的元素,但錳與硫化合成硫化錳,減弱了硫的有害作用,結(jié)果又間接促進石墨化的作用。故鑄鐵中有適量的錳是必要的。3)硫。硫是強烈阻礙石墨化的元素,它不僅強烈地促使白口化,而且還會降低鑄鐵的流動性和力學性能,所以硫是有害元素,必須嚴格控制其含量。4)磷。磷是弱促進石墨化的元素,同時能提高鐵液的流動性,但磷的含量過高會增加鑄鐵的脆性,使鑄鐵在冷卻過程中易開裂,、所以也應(yīng)嚴格控制其含量。(2)冷卻速度生產(chǎn)實踐證明,在同一成