工程材料徐自立主編課后習(xí)題答案

工程材料徐自立主編課后習(xí)題答案第一章材料的性能1-1什么是金屬材料的力學(xué)性能？金屬材料的力學(xué)性能包含哪些方面?所謂力學(xué)性能，是指材料抵抗外力作用所顯示的性能。力學(xué)性能包括強(qiáng)度剛度硬度塑性韌性和疲勞強(qiáng)度等1-2什么是強(qiáng)度？在拉伸試驗(yàn)中衡量金屬?gòu)?qiáng)度的主要指標(biāo)有哪些？他們?cè)诠こ虘?yīng)用上有什么意義？強(qiáng)度是指材料在外力作用下，抵抗變形或斷裂的能力。在拉伸試驗(yàn)中衡量金屬?gòu)?qiáng)度的主要指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度的意義在于：在一般機(jī)械零件在發(fā)生少量塑性變形后，零件精度降低或其它零件的相對(duì)配合受到影響而造成失效，所以屈服強(qiáng)度就成為零件設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)之一?？估瓘?qiáng)度的意義在于：抗拉強(qiáng)度是表示材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。脆性材料在拉伸過(guò)程中，一般不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，因此，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度，它表示材料抵抗斷裂的能力?？估瓘?qiáng)度是零件設(shè)計(jì)時(shí)的重要依據(jù)之一。1-3什么是塑性？在拉伸試驗(yàn)中衡量塑性的指標(biāo)有哪些？塑性是指材料在載荷作用下發(fā)生永久變形而又不破壞其完整性的能力。拉伸試驗(yàn)中衡量塑性的指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率。1-4什么是硬度？指出測(cè)定金屬硬度的常用方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其外表的能力。生產(chǎn)中測(cè)定硬度最常用的方法有是壓入法，應(yīng)用較多的布氏硬度洛氏硬度和維氏硬度等試驗(yàn)方法。布氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)：因壓痕面積較大，能反映出較大范圍內(nèi)被測(cè)試材料的平均硬度，股實(shí)驗(yàn)結(jié)果較精確，特別適用于測(cè)定灰鑄鐵軸承合金等具有粗大經(jīng)理或組成相得金屬材料的硬度；壓痕較大的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是對(duì)不同材料需要換不同直徑的壓頭和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也比擬麻煩；因壓痕大，不宜測(cè)試成品和薄片金屬的硬度。洛氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是：操作循序簡(jiǎn)便，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測(cè)定各種軟硬不同的金屬厚薄不一的式樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是：因壓痕較小，對(duì)組織比擬粗大且不均勻的材料，測(cè)得的結(jié)果不夠準(zhǔn)確；此外，用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒(méi)有聯(lián)系，不能直接進(jìn)行比擬。維氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是：不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力與壓頭直徑之間滿足所規(guī)定條件的約束，也不洛氏硬度試驗(yàn)是不同標(biāo)尺的硬度無(wú)法統(tǒng)一的弊端，硬度值較為精確。唯一缺點(diǎn)是硬度值需要通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)算或查表，因此工作效率比洛氏硬度低得多。1-5在下面幾種情況下，該用什么方法來(lái)測(cè)試硬度？寫出硬度符號(hào)?！?〕檢查銼刀、鉆頭成品硬度；〔2〕檢查材料庫(kù)中鋼材硬度；〔3〕檢查薄壁工件的硬度或工件外表很薄的硬化層；〔4〕黃銅軸套；〔5〕硬質(zhì)合金刀片；〔1〕檢查銼刀、鉆頭成品硬度采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HRC?！?〕檢查材料庫(kù)中鋼材硬度采用布氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HBW?！?〕檢查薄壁工件的硬度或工件外表很薄的硬化層硬度采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HRC?！?〕黃銅軸套硬度采用布氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HBW?！?〕硬質(zhì)合金刀片采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，硬度值符號(hào)HRC。1-6什么是沖擊韌性？aK指標(biāo)有什么應(yīng)用意義？沖擊韌性是指金屬材料在沖擊力作用下，抵抗破壞的能力。沖擊韌性aK代表了在指定溫度下，材料在缺口和沖擊載荷共同作用下脆化的趨勢(shì)及其程度，是一個(gè)對(duì)成分、組織、結(jié)構(gòu)極敏感的參數(shù)。一般把沖擊韌性值aK低的材料稱為脆性材料，值高的稱為韌性材料。1-7為什么疲勞斷裂對(duì)機(jī)械零件有很大的潛在危險(xiǎn)？交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)力有什么區(qū)別？試舉出一些零件在工作中分別存在著兩種應(yīng)力的例子。疲勞斷裂與靜載荷作用下得斷裂不同，無(wú)論是脆性材料還是塑性材料，疲勞斷裂都是突然發(fā)生的脆性斷裂，而且往往工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度，固有很大的危險(xiǎn)性。第二章材料的結(jié)構(gòu)2-1：1g鐵在室溫和1000℃時(shí)各含有多少個(gè)晶胞？〔Fe的相對(duì)原子質(zhì)量56〕在室溫：鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為2個(gè)，所以1g鐵含有的晶胞數(shù)為N==1000℃時(shí):鐵為面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為4個(gè)，所以1g鐵含有的晶胞數(shù)為N==2-2在立方晶格中，畫出以下晶向和晶面指數(shù)：〔111〕，〔110〕，〔211〕〔-111〕，[111]，[110]，[112]，[-111]。2-3求面心立方晶體中[112]晶向上的原子間距。2-4單晶體和多晶體有何差異？為什么單晶體具有各向異性，多晶體具有各項(xiàng)同性？單晶體是由原子排列位向或方式完全一致的晶格組成的；多晶體是由很多個(gè)小的單晶體所組成的，每個(gè)晶粒的原子位向是不同的。因?yàn)閱尉w內(nèi)各個(gè)方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。2-5簡(jiǎn)述實(shí)際金屬晶體和理想晶體在結(jié)構(gòu)與性能上的主要差異。理想晶體中原子完全為規(guī)那么排列，實(shí)際金屬晶體由于許多因素的影響，使這些原子排列受到干擾和破壞，內(nèi)部總是存在大量缺陷。如果金屬中無(wú)晶體缺陷時(shí)，通過(guò)理論計(jì)算具有極高的強(qiáng)度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)缺陷增加到一定值后，金屬的強(qiáng)度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無(wú)論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會(huì)造成晶格崎變，從而使晶體強(qiáng)度增加。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。2-6簡(jiǎn)述間隙固溶體和間隙化合物的異同點(diǎn)。間隙固溶體和間隙化合物都是溶質(zhì)原子嵌入晶格間隙形成的。間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來(lái)表示其組成。2-7有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種在是溫室時(shí)是橡膠狀的，溫度一直降低值約-70時(shí)才變硬；而另一種是溫室時(shí)卻是硬而韌又不透明的材料。試解釋他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的區(qū)別。高聚物在不同溫度下有三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。前者在室溫下是橡膠態(tài)，-70℃時(shí)變硬，說(shuō)明其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg約為-70℃2-8陶瓷的典型組織由哪幾局部組成？他們對(duì)陶瓷性能各起什么作用？陶瓷材料是多相多晶材料，其結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在：晶體相〔晶相〕、玻璃相、氣相，各組成相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布決定了陶瓷的性能。晶相是陶瓷材料的主要組成相，對(duì)陶瓷的性能起決定性作用，晶相的結(jié)合鍵為：離子鍵、共價(jià)鍵、混合鍵；且晶體缺陷還可加速陶瓷的燒結(jié)擴(kuò)散過(guò)程，影響陶瓷性能；陶瓷晶粒愈細(xì)，陶瓷的強(qiáng)度愈高。玻璃相是一種非晶態(tài)固體，是陶瓷燒結(jié)時(shí)，各組成相與雜質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反響形成的液相在冷卻凝固時(shí)形成的。將分散的晶相粘結(jié)在一起；降低燒結(jié)溫度；抑制晶相的晶粒長(zhǎng)大；填充氣孔。氣相指陶瓷孔隙中的氣體即氣孔。它能使陶瓷強(qiáng)度降低、介電損耗增大，電擊穿強(qiáng)度下降，絕緣性降低。第三章材料的凝固與結(jié)晶3-1為什么金屬結(jié)晶時(shí)必須過(guò)冷？由熱力學(xué)第二定律可知：在等溫等壓條件下，過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行的方向總是向著系統(tǒng)自由能降低的方向。金屬在過(guò)冷的條件下，那些處于能量較低狀態(tài)的原子集團(tuán)就可能成為自發(fā)形核的晶胚，這是結(jié)晶的必要階段。所以結(jié)晶的熱力學(xué)條件是有一定的過(guò)冷度。3-2為什么金屬結(jié)晶時(shí)常以枝晶方式長(zhǎng)大？在不平衡凝固過(guò)程中，固相中溶質(zhì)濃度分布不均勻，凝固結(jié)束時(shí)，晶體中成分也不均勻，即有成分偏析現(xiàn)象。而當(dāng)成分過(guò)冷很大時(shí)，固溶體晶體以樹(shù)枝狀生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的枝晶主干溶質(zhì)濃度低，枝晶外圍局部溶質(zhì)濃度高，形成樹(shù)枝狀偏析。3-3常用的管路焊錫為成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。假設(shè)該合金以及慢速度冷卻至室溫，求合金顯微組織中相組成物和組織組成物的相對(duì)量。圖3-1Pb-Sn合金相圖圖3-2w(Pb=50%)Pb-Sn合金室溫組織由相圖〔圖3-1〕可知，成分為w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金〔亞共晶合金〕以慢速度冷卻至室溫時(shí)發(fā)生的結(jié)晶過(guò)程為：先進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變(L→α),勻晶轉(zhuǎn)變剩余的液相再進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變。極慢冷卻至室溫后形成的組織為先共晶固溶體α和共晶組織(α+β)。由于α固溶體的溶解度隨溫度變化較大，所以先共晶固溶體α中有點(diǎn)狀βII析出〔圖3-2〕。相組成：先共晶α相的相對(duì)量為：1-〔〕/(61.9-19.2)=72.13%共晶組織中的α相占全部合金的相對(duì)量：45.5%*72.13%=32.82%共晶組織中的β相相對(duì)量為1-32.82%=67.18%3-4請(qǐng)根據(jù)圖分析解答以下問(wèn)題：分析合金1、2的平衡結(jié)晶過(guò)程，并會(huì)出冷卻曲線；說(shuō)明室溫下1、2的相和組織是什么，并計(jì)算相和組織的相對(duì)含量；如果希望得到的組織為：共晶組織和5%的?初，求該合金的成分。解〔1〕〔2〕：合金的冷卻曲線如圖3-3所示。L1L→α2αL1L→α2α→β∏3tT0其結(jié)晶過(guò)程為：1以上，合金處于液相；1~2時(shí)，L→α，L和α的成分分別沿液相線和固相線變化，到達(dá)2時(shí)，全部凝固完畢；2時(shí)，為單相α；2~3時(shí)，α→βII。α→β室溫下，I合金由兩個(gè)相組成，即α和β相，其相對(duì)量為Mα=(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82%Mβ=1-Mα=18%I合金的組織為α+βII,其相對(duì)量與組成物相同。II合金的冷卻曲線如圖3-4所示。LL2，L→α+βL→β初2，L→β初2α→β∏tT0圖3-4合金II的冷卻曲線其結(jié)晶過(guò)程如下：1以上，合金處于均勻的液相；1~2時(shí)，進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變L→β初；2時(shí)，兩相平衡共存，L==β；2~2，時(shí)，剩余液相發(fā)生共晶反響：L==α+β2~3時(shí)，發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變，α→β∏室溫下，II合金由兩個(gè)相組成，即α相和β相，其相對(duì)量為：Mα=(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12%Mβ=1-Mα=88%II合金的組織為：β初+〔α+β〕共晶；組織組成物的相對(duì)量為：mβ初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75%m〔α+β〕共晶=1-mβ初=25%解(3)：設(shè)合金的成分為wB=x，由題意知：mβ初=(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5%所以，即該合金成分為wB=0.52.3-5畫出相圖，標(biāo)出相區(qū)及各主要點(diǎn)的成分和溫度，并答復(fù)以下問(wèn)題：〔1〕45、60、T12鋼的室溫平衡組織分別是什么?它們從高溫也太平衡冷卻到室溫要經(jīng)過(guò)哪些轉(zhuǎn)變？45鋼室溫平衡組織：鐵素體+珠光體P冷卻過(guò)程：勻晶轉(zhuǎn)變L0.45→L0.53+δ，包晶轉(zhuǎn)變，同素異晶轉(zhuǎn)變，共析轉(zhuǎn)變?chǔ)?.77→(α+Fe3C)。60鋼室溫平衡組織：鐵素體+珠光體P冷卻過(guò)程：勻晶轉(zhuǎn)變L0.60→L0.53+δ，包晶轉(zhuǎn)變，同素異晶轉(zhuǎn)變，共析轉(zhuǎn)變?chǔ)?.77→(α+Fe3C)。T12鋼室溫平衡組織：珠光體P+滲碳體Fe3C冷卻過(guò)程：過(guò)共析鋼在液態(tài)到室溫的冷卻過(guò)程中，首先進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變，形成單相固溶體γ；當(dāng)溫度到達(dá)ES線以下時(shí)，過(guò)飽和的固溶體γ中析出滲碳體〔二次滲碳體Fe3CII〕，奧氏體γ的成分變到共析點(diǎn)S(0.77%C)；共析轉(zhuǎn)變?chǔ)?.77→(α+Fe3C)，形成珠光體P?！?〕畫出純鐵45鋼T12鋼的室溫平衡組織，并標(biāo)注其中的組織。圖3-345鋼的室溫平衡組織〔鐵素體+珠光體P〕圖3-4T12鋼的室溫平衡組織〔珠光體P+滲碳體Fe3C〕〔3〕計(jì)算室溫下45鋼T12鋼的平衡組織中相組成和組織組成物的相對(duì)量。應(yīng)用杠桿定律計(jì)算45鋼中鐵素體α和珠光體P的相對(duì)量，選擇α+γ二相區(qū)，共析溫度727oC。T12鋼的Qα=(2.11-1.2)/(2.11-0.0218)=33.9%

QP=1-33.9%=66.1%〔4〕計(jì)算鉄碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大的相對(duì)量。WFe3CⅡ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%

WFe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%二次滲碳體的最大百分含量為22.6%，三次滲碳體的最大百分含量為0.33%〔5〕應(yīng)用相圖解釋以下現(xiàn)象：①鋼柳丁一般用低碳鋼合成；鋼柳丁一般要求具有良好的塑性和韌性，所以鋼柳丁一般要求用低碳鋼合成。②綁扎物件一般用鐵絲〔鍍鋅低碳鋼絲〕，而起重機(jī)吊重物時(shí)卻用鋼絲繩〔60鋼65鋼70剛等組成〕；亞共析鋼〔碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0218%～0.77%〕室溫下的組織為鐵素體加珠光體，低碳鋼絲〔碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0218%～0.25%〕組織中鐵素體的比例大，所以低碳鋼絲塑性、韌性好，綁扎物件時(shí)，易于操作；而60鋼、65鋼、70鋼等組織中珠光體的量多，所以強(qiáng)度，適于作起重機(jī)吊重物用的鋼絲繩。③T8鋼的強(qiáng)度高于T12鋼的強(qiáng)度。強(qiáng)度＞T12鋼，因?yàn)閺?qiáng)度是一個(gè)組織敏感量，當(dāng)含碳量超過(guò)0.9%以后，二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布，將珠光體分割開(kāi)，因此強(qiáng)度下降。3-6現(xiàn)有兩種鉄碳合金，其中一種合金的顯微組織中珠光體量占75%，鐵素體量占25%；另一種合金的顯微，組織中珠光體量占92%，二次滲碳體量占8%，這兩種合金各屬于哪一類合金？其含碳量各為多少？答：第一種是亞共析鋼，含碳量為0.0218%到0.77%之間，后面一種是過(guò)共析鋼碳含量為0.77%到2.11%。3-7現(xiàn)有形狀尺寸完全相同的4塊平衡狀態(tài)的鉄碳合金，他們的含碳量分別為w(C)=0.2%、w(C)=0.4%、w(C)=1.2%、w(C)=3.5%。根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，可用那些方法來(lái)區(qū)別他們？答：第一種：根據(jù)金相實(shí)驗(yàn)鐵碳相圖來(lái)區(qū)別它們：含碳量分別為w(C)=0.2%的鉄碳合金金相中全部是單相的α相。而含碳量分別為w(C)=0.4%的鉄碳合金金相由α相和珠光體〔P〕相組成；而含碳量分別為w(C)=1.2%的鉄碳合金金相由珠光體〔P〕相和二次滲碳體組成；而含碳量分別為w(C)=3.5%的鉄碳合金金相主要由變態(tài)萊氏體〔Ld’〕相和一次滲碳體相組成。第二種：隨著含碳量的增加，鐵碳合金的硬度隨之增加，分別測(cè)試其硬度，按照其硬度大小可得其含碳量的大小。3-8簡(jiǎn)述晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響，并列舉幾種實(shí)際生產(chǎn)中細(xì)化鑄造晶粒的方法。晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能和工藝性能有很大影響。在一般情況下，晶粒愈細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性及抗疲勞能力愈好，所以，細(xì)化晶粒是強(qiáng)化金屬材料的最重要途徑之一。為了細(xì)化鑄件晶粒以改善其性能，常采用以下方法：增加過(guò)冷度；進(jìn)行變質(zhì)處理〔孕育處理〕；振動(dòng)和攪拌。3-9說(shuō)明金屬實(shí)際凝固時(shí)，鑄錠的3種宏觀組織的形成機(jī)制。金屬鑄錠凝固時(shí)，由于外表和中心的結(jié)晶條件不同，其結(jié)構(gòu)是不均勻的，整個(gè)體積中明顯的分為三種晶粒狀態(tài)區(qū)域：細(xì)等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和粗等軸晶區(qū)?！?〕液體金屬注入錠模時(shí)，由于錠模溫度不高，傳熱快，外層金屬受到激冷，過(guò)冷度大，生成大量的晶核。同時(shí)模壁也能起非自發(fā)晶核作用。結(jié)果，在金屬的表層形成一層厚度不大、晶粒很細(xì)的細(xì)晶區(qū)?！?〕細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，錠模溫度升高，液體金屬的冷卻速度降低，過(guò)冷度減小，生核速率降低，但此時(shí)長(zhǎng)大的速度受到的影響較小，結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行的方式主要是，優(yōu)先長(zhǎng)大方向與散熱最快方向的反方向一致的晶核向液體內(nèi)部平行長(zhǎng)大，結(jié)果形成柱狀晶區(qū)?！?〕隨著柱狀晶區(qū)的開(kāi)展，液體金屬的冷卻速度很快降低，過(guò)冷度大大減小，溫度差不斷降低，趨于均勻化，散熱逐漸失去方向性，所以在某個(gè)時(shí)候，剩余液體中被推來(lái)的雜質(zhì)及從柱狀晶上被沖下來(lái)的晶枝碎塊，可能成為晶核，向各個(gè)方向均勻長(zhǎng)大，最后形成粗大的等軸晶區(qū)。第四章金屬的塑性變形及再結(jié)晶4-1為什么室溫下金屬的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度硬度越高，塑性與韌性也越好？晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細(xì)強(qiáng)度愈高。同時(shí)晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生和開(kāi)展。因此，塑性，韌性也越好。4-2用手來(lái)回玩著一根鐵絲時(shí)，開(kāi)始感覺(jué)省勁，后來(lái)逐漸感覺(jué)有些費(fèi)力，最后鐵絲被折斷，試解釋該過(guò)程演變的原因。不斷來(lái)回折的過(guò)程使鐵絲產(chǎn)生了塑性變形，開(kāi)始時(shí)發(fā)生的是可恢復(fù)的彈性變形，后來(lái)發(fā)生的是永久變形，故鐵絲會(huì)發(fā)生斷裂，這個(gè)過(guò)程中鐵絲發(fā)生了形變強(qiáng)化，當(dāng)變形量很大時(shí)，金屬出現(xiàn)各向異性；第二，不斷折的過(guò)程中產(chǎn)生了位錯(cuò)塞積，使鐵絲的屈服強(qiáng)度增大。4-3什么是加工硬化？其產(chǎn)生的原因是什么？加工硬化在工程上帶來(lái)哪些利弊？金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形，變形后硬度、強(qiáng)度升高，塑性、韌性降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化，或加工硬化。原因：〔1〕位錯(cuò)密度劇增；〔2〕晶粒破碎，晶界增多，造成晶界強(qiáng)化；〔3〕吸收、存儲(chǔ)局部變形能，有剩余應(yīng)力存在。金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，如鋼板在冷軋過(guò)程中會(huì)越軋?jiān)接?，以致最后軋不?dòng)。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度和硬度，如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來(lái)提高鋼絲的強(qiáng)度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷拉鋼絲拉過(guò)?？椎木植?，由于發(fā)生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過(guò)?？椎木植?，這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過(guò)?？锥尚?。4-4冷變形對(duì)金屬組織和性能有何影響？①晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，性能趨于各向異性，如縱向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于橫向等；②晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，即隨著變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會(huì)被破碎拉長(zhǎng)，而且各晶粒的晶格位向也會(huì)沿著變形的方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果金屬中每個(gè)晶粒的晶格位向趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；④冷壓力加工過(guò)程中由于材料各局部的變形不均勻或晶粒內(nèi)各局部和各晶粒間的變形不均勻，金屬內(nèi)部會(huì)形成剩余的內(nèi)應(yīng)力，這在一般情況下都是不利的，會(huì)引起零件尺寸不穩(wěn)定。4-5金屬在冷塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生哪幾種剩余應(yīng)力？剩余應(yīng)力對(duì)材料產(chǎn)生哪些影響？金屬在冷塑性變形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力和剩余拉應(yīng)力。剩余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致工件或材料在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂、變形、扭曲等，應(yīng)該予以退火處理消除之。4-6用冷拔銅絲做導(dǎo)線，冷拔后應(yīng)如何處理？為什么？應(yīng)進(jìn)行退火處理，由于溫度升高原子的能動(dòng)性增加，即原子的擴(kuò)散能力提高，而回復(fù)階段只是消除了由于冷加工應(yīng)變能產(chǎn)生的剩余內(nèi)應(yīng)力，大局部應(yīng)變能仍然存在，變形的晶粒仍未恢復(fù)原狀。所以，隨著保溫時(shí)間加長(zhǎng)，新的晶粒核心便開(kāi)始形成并長(zhǎng)大成小的等軸晶粒，這就是再結(jié)晶的開(kāi)始。隨著保溫時(shí)間的加長(zhǎng)或溫度的升高，再結(jié)晶局部愈來(lái)愈多，直到原來(lái)的晶粒全部被新的小晶粒所代替。進(jìn)一步保溫或升溫，新晶粒尺寸開(kāi)始增大，這就是晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。4-7金屬再結(jié)晶溫度受那些因素的影響？能否通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)消除粗大鑄造組織，為什么？〔1〕溫度：加熱溫度越高，再結(jié)晶速度越快，產(chǎn)生一定體積分?jǐn)?shù)的再結(jié)晶組織需要的時(shí)間越短?！?〕變形程度：變形程度越大，儲(chǔ)能越多，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大，因此變形程度越大，再結(jié)晶速度越快?！?〕材料的純度：微量的溶質(zhì)原子對(duì)再結(jié)晶影響巨大。溶質(zhì)或雜質(zhì)原子偏聚在位錯(cuò)和晶界處，對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和晶界的遷移起阻礙作用，因此不利于再結(jié)晶，使再結(jié)晶溫度升高?！?〕原始晶粒尺寸：其他條件相同時(shí)，原始晶粒越細(xì)，冷變形抗力越大，變形后儲(chǔ)存能越多，再結(jié)晶溫度越低；同樣變形度，原始晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，可供再結(jié)晶形核的地方越多，形核率高，再結(jié)晶速度快?！?〕第二相粒子：粒子較粗大，間距較遠(yuǎn)——促進(jìn)再結(jié)晶，粒子細(xì)小，間距小——阻礙再結(jié)晶。4-8熱變形對(duì)金屬組織和性能有何影響？鋼材在熱加工〔如鍛造時(shí)〕為什么不產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象？金屬與合金在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形，稱為熱變形或熱加工?！?〕改善鑄造組織缺陷：鑄造組織往往含有縮松、氣孔等缺陷，熱變形時(shí)被壓合消除；鑄態(tài)組織(晶粒)粗大，通過(guò)變形和再結(jié)晶變成細(xì)小的等軸晶；改善鑄態(tài)組織中的成分偏析，提高成分均勻性。以上這些都對(duì)提高力學(xué)性能有利。因此，材料經(jīng)熱變形后，雖然沒(méi)有應(yīng)變硬化，但力學(xué)性能明顯提高?！?〕形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性：由于鑄態(tài)組織中的夾雜物多分布在晶界處，熱變形時(shí)被拉長(zhǎng)或打碎成為鏈狀，都是沿變形方向呈纖維狀分布。這些夾雜物很穩(wěn)定，再結(jié)晶時(shí)仍能保存下來(lái)，纖維組織使材料呈現(xiàn)各向異性?！?〕帶狀組織的形成：帶狀組織也使材料具有各向異性，并且破壞材料的切削性能，應(yīng)防止和消除?！?〕熱變形后的晶粒變化：終止熱變形時(shí)的溫度、總變形量和熱變形后的冷卻速度，決定了熱變形后晶粒的大小。合理控制這些因素，就可以得到細(xì)小的晶粒，從而獲得高的力學(xué)性能。采用低的終止變形溫度，大的變形量，快的冷卻速度，可以得到細(xì)小的晶粒。4-9在室溫下對(duì)鉛板進(jìn)行彎折，越彎越硬。隨后如果在室溫放置一段時(shí)間后再進(jìn)行彎折，鉛板又像最初一樣柔軟，這是什么原因？〔鉛的熔點(diǎn)為328℃〕小于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工；大于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。熱加工也有加工硬化現(xiàn)象，但由于處于再結(jié)晶溫度以上，硬化的同時(shí)發(fā)生了再結(jié)晶而使材料軟化，即消除了加工硬化現(xiàn)象，故熱加工最終結(jié)果，材料并不存在加工硬化。經(jīng)計(jì)算：T鉛再＝－33℃所以，室溫下彎折屬于熱加工，消除了加工硬化。第五章鋼的熱處理5-1說(shuō)明亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼奧氏體化的過(guò)程。把實(shí)際加熱時(shí)發(fā)生的相變臨界溫度用Ac1、Ac3、Accm表示，而冷卻時(shí)的臨界溫度用Ar1、Ar3、Arcm表示。共析鋼加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變。在實(shí)際加熱條件下，當(dāng)溫度到達(dá)或以上時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。奧氏體的形成是通過(guò)形核與晶核長(zhǎng)大來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其根本過(guò)程可分為四步?！?〕奧氏體形核。奧氏體晶核首先在鐵素體相界面處形成?！?〕奧氏體長(zhǎng)大。形成的奧氏體晶核依靠Fe、C原子的擴(kuò)散，同時(shí)向鐵素體和滲碳體兩個(gè)方向長(zhǎng)大，直至鐵素體消失?！?〕剩余滲碳體溶解。在奧氏體形成的過(guò)程中，鐵素體首先消失，剩余的滲碳體隨著加熱和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，不斷溶入奧氏體，直到全部消失?！?〕奧氏體成分的均勻化。剛形成的奧氏體其中碳濃度是不均勻的，在原滲碳體處C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，而原鐵素體處C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，只有在繼續(xù)加熱和保溫過(guò)程中，通過(guò)C原子的擴(kuò)散，才能使奧氏體中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨于均勻，形成成分較為均勻的奧氏體。亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程與共析鋼的相似，不同的是，在室溫下它們的平衡組織中除珠光體外，還有先共析相存在，當(dāng)它們被加熱到Ac1以上時(shí)，首先是其中的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體〔這一過(guò)程與共析鋼相同〕，而此時(shí)還有先共析相〔鐵素體或滲碳體〕存在，要得到單一的奧氏體，必須提高加熱溫度，對(duì)亞共析鋼來(lái)說(shuō)，加熱溫度超過(guò)Ac3后，先共析鐵素體才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；對(duì)共析鋼來(lái)說(shuō)，加熱溫度超過(guò)Arcm后，先共析滲碳體才會(huì)全部溶解到奧氏體中去。5-2以共析鋼為例，說(shuō)明將其奧氏體化后立即隨爐冷卻、空氣中冷卻、油中冷卻和水中冷卻，各得到什么組織？力學(xué)性能有何差異？〔如圖：溫度上限為MS線，冷速下限為Vk〕①當(dāng)冷卻速度V＜時(shí)，冷卻曲線與珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相交便發(fā)生，與終了線相交時(shí)，轉(zhuǎn)變便告結(jié)束，形成全部的珠光體。②當(dāng)冷速＜V＜時(shí)，冷卻曲線只與珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相交，而不再與轉(zhuǎn)變終了線相交，但會(huì)與中止線相交，這時(shí)奧氏體只有一局部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。冷卻曲線一旦與中止線相交就不再發(fā)生轉(zhuǎn)變，只有一直冷卻到Ms線以下才發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。并且隨著冷速V的增大，珠光體轉(zhuǎn)變量越來(lái)越少，而馬氏體量越來(lái)越多。③當(dāng)冷速V＞時(shí)，冷卻曲線不再與珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相交，即不發(fā)生，而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)，只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。此后再增大冷速，轉(zhuǎn)變情況不再變化。由上面分析可見(jiàn)，是保證奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中不發(fā)生分解而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)的最小冷速，稱為“上臨界冷速〞，通常也叫做“淬火臨界冷速〞。那么是保證奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中全局部解而不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最大冷速，稱為“下臨界冷速〞。④共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變，不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，也就是說(shuō)，共析碳鋼在連續(xù)冷卻時(shí)得不到貝氏體組織。但有些鋼在連續(xù)冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，得到貝氏體組織。5-3過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，可得到哪些轉(zhuǎn)變產(chǎn)物？試列表比擬他們的組織和性能。根據(jù)等溫溫度不同，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有珠光體型和貝氏體型兩種。高溫轉(zhuǎn)變Ac1～650℃珠光體P粗片狀鐵素體與滲碳體混合物HRC<25；650～600℃索氏體S600倍光學(xué)金相顯微鏡下才能分辨的細(xì)片狀珠光體HRC為25～35；600～550℃托氏體T在光學(xué)金相顯微鏡下已無(wú)法分辨的極細(xì)片狀珠光體HRC為35～40；中溫轉(zhuǎn)變550～350℃上貝氏體B上羽毛狀組織HRC40～45；350℃～Ms下貝氏體B下黑色針狀或稱竹葉狀組織HRC45～55；5-4什么是Vk？其主要影響因素有哪些？Vk是指淬火臨界冷卻速度。其主要受化學(xué)成分的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線右移，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加，那么Vk減小，過(guò)共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線左移，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性減小，那么Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移，那么Vk減小。5-5什么是馬氏體？其組織形態(tài)和性能取決于什么因素？馬氏體轉(zhuǎn)變有何特點(diǎn)？馬氏體最初是在鋼〔中、高碳鋼〕中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度〔形成奧氏體〕后經(jīng)迅速冷卻〔淬火〕，得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織。其組織形態(tài)和性能取決于材料和淬火速率。馬氏體相變屬于一種廣義的位移型無(wú)擴(kuò)散相變，以切變位移為其特征，新舊相成分不變。相變特征是：①新相與母相之間有一定的位向關(guān)系。例如Fe-C合金的體心四方馬氏體〔M〕與面心立方奧氏體(γ)──碳在γ-Fe中的固溶體──間有，。②相界面是確定的晶面，稱為慣習(xí)面。例如含碳量為～1.4C的Fe-C合金的慣習(xí)面是。慣習(xí)面在相變過(guò)程中不畸變不轉(zhuǎn)動(dòng)〔即所謂不變平面〕。③轉(zhuǎn)變區(qū)由于形成馬氏體發(fā)生切變，所以在平的樣品外表上會(huì)出現(xiàn)浮凸。④馬氏體形態(tài)呈片狀或條狀，內(nèi)有亞結(jié)構(gòu)，往往是孿晶。⑤是一級(jí)相變，具有成核成長(zhǎng)過(guò)程。⑥晶體長(zhǎng)大速率接近聲速⑦相變動(dòng)力學(xué)有兩類：a.變溫轉(zhuǎn)變，成核率很大，馬氏體形成數(shù)量只是溫度的函數(shù)，不依賴于時(shí)間。b.等溫轉(zhuǎn)變，成核率〔或孕育期〕依賴于溫度,具有“C〞字形動(dòng)力學(xué)曲線。變溫轉(zhuǎn)變可視為很快的階梯式的等溫轉(zhuǎn)變；而等溫轉(zhuǎn)變?nèi)鐑H考慮轉(zhuǎn)變后期馬氏體的極限量那么同樣滿足變溫轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)方程。⑧轉(zhuǎn)變的不完全性。由于多數(shù)鋼的Mf〔馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度點(diǎn)〕在室溫以下，因此鋼冷卻到室溫時(shí)仍有局部未轉(zhuǎn)變的奧氏體存在，稱之為剩余奧氏體〔Ar〕，隨碳含量的增加，Ar也隨之增加。一般鋼經(jīng)過(guò)淬火后要經(jīng)過(guò)深冷處理來(lái)減少Ar的量。5-6以下說(shuō)法是否正確？為什么？馬氏體是硬而脆的相；過(guò)冷奧氏體的冷卻速度大于時(shí)，那么冷速越大，所得馬氏體的硬度越高；本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶粒總是比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)；同種鋼材在同樣的加熱條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好；馬氏體中的碳含量等于鋼中的碳含量；低碳鋼和高碳鋼零件為了切削方便，可預(yù)先進(jìn)行球化退火處理。5-7生產(chǎn)中常把加熱到淬火溫度的鉗工扁鏟的刃部款入水中急冷片刻后，出水停留一段時(shí)間，在整體投入水中冷卻。說(shuō)明兩次水冷的作用及水冷后的組織。分級(jí)淬火的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致，減少在后續(xù)冷卻過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力及變形和開(kāi)裂傾向。淬火后產(chǎn)生馬氏體組織。5-8對(duì)一批45鋼零件進(jìn)行熱處理時(shí)，不慎將淬火件和調(diào)質(zhì)件弄混，如何通過(guò)最簡(jiǎn)單的方法將他們區(qū)分開(kāi)？為什么？淬火加高溫回火的熱處理過(guò)程稱為調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理后的鋼件具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度和韌性均好于直接淬火零件，微觀組織也更細(xì)化；所以可以測(cè)硬度、進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、觀察微觀組織來(lái)進(jìn)行區(qū)分，調(diào)質(zhì)工件的硬度更大，韌性更好，微觀晶粒更細(xì)化。5-9將兩個(gè)12鋼小試樣分別加熱到780和860，保溫后以大于的速度冷卻至室溫，試問(wèn)：哪個(gè)溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？因?yàn)?60℃加熱溫度高，加熱時(shí)形成的奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的馬氏體晶粒較粗大。哪個(gè)溫度淬火后參與奧氏體多？因?yàn)榧訜釡囟?60℃已經(jīng)超過(guò)了Accm，此時(shí)碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點(diǎn)，淬火后剩余奧氏體增多。哪個(gè)溫度淬火后未溶碳化物量多？因?yàn)榧訜釡囟?60℃已經(jīng)超過(guò)了Accm，此時(shí)碳化物全部溶于奧氏體中，因此加熱淬火后未溶碳化物較少。哪個(gè)溫度淬火適宜？為什么？780℃加熱淬火后適宜。因?yàn)楹剂繛?.2%的碳鋼屬于過(guò)共析鋼，過(guò)共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+〔30～50℃〕，而780℃在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，這時(shí)淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及剩余奧氏體的混合組織，使鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而且也具有較好的韌性。5-10什么是鋼的淬透性和淬硬性？它們對(duì)于鋼材的使用各有何意義？淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層的能力。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時(shí)，獲得的馬氏體組織所能到達(dá)的最高硬度。5-11回火的目的是什么？為什么淬火工件務(wù)必要及時(shí)回火？回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康挠幸幌聨追矫妫?．降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開(kāi)裂。2．獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過(guò)適當(dāng)回火的配合來(lái)調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。3．穩(wěn)定工件尺寸，保證精度；4．對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火〔或正火〕后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。淬火工件務(wù)必要及時(shí)回火是為了降低脆性，防止開(kāi)裂。5-12為什么生產(chǎn)中對(duì)刃具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承等熱處理常采用淬火+低溫回火，對(duì)彈性零件那么采用淬火+中溫回火，而對(duì)軸連桿等零件卻采用淬火+高溫回火？答：刃具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承的材質(zhì)要求要較高的硬度，而淬火+低溫回?zé)霟崽幚砜梢缘玫礁哂捕鹊幕鼗瘃R氏體室溫組織。彈性零件的材質(zhì)要求要有高的彈性模量，而用淬火+中溫回?zé)霟崽幚砜梢缘玫礁邚椥阅Ａ康幕鼗鹎象w室溫組織組織。軸連桿等零件的材質(zhì)要求材質(zhì)要有高的力學(xué)綜合性能，而淬火+高溫回火的熱處理可以得到綜合力學(xué)性能良好的回火索氏體。5-13在硬度相同條件下，為什么經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的工件比正火后的工件具有較好的力學(xué)性能？答：因?yàn)檎鸬玫降乃魇象w中的滲碳體是片狀的，而調(diào)質(zhì)處理得到的索氏體索氏體中的滲碳體是粒狀的，粒狀滲碳體阻止斷裂過(guò)程的開(kāi)展比片狀滲碳體有利。5-14用T12〔碳素工具鋼〕鋼制造的絲錐，其成品硬度要求為〉60HRC，加工工藝過(guò)程為：軋制-熱處理1-機(jī)加工-熱處理2-機(jī)加工。寫出個(gè)熱處理工序的名稱及作用；熱處理1：第一次熱處理是去應(yīng)力退火，因?yàn)檐堉频倪^(guò)程產(chǎn)生加工硬化，同時(shí)有應(yīng)力存在，為了免去后面加工過(guò)程中因?yàn)閼?yīng)力釋放導(dǎo)致產(chǎn)品變形或者應(yīng)力集中斷裂。熱處理2第二次熱處理是刃部的低溫淬火和低溫回火。淬火的作用是提高其硬度?；鼗鹗墙档痛嘈赃€有釋放淬火產(chǎn)生的應(yīng)力制訂最終熱處理的工藝標(biāo)準(zhǔn)〔加熱溫度冷卻介質(zhì)〕。第一次熱處理是去應(yīng)力退火：升溫到500℃-650℃，保溫后隨爐冷卻。第二次熱處理是刃部的低溫淬火和低溫回火：溫度升高到300-500℃，用油或熔融的堿或鹽做為淬火介質(zhì)。然后在150~250°C保溫1-3小時(shí)。5-15用20鋼進(jìn)行外表淬火和45鋼進(jìn)行滲碳處理是否適宜？為什么？20鋼不適合行行外表淬火。外表淬火的具體方法是將工件外表快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未到達(dá)心部時(shí)立即迅速冷卻，使外表得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法；其目的為提高外表硬度，保持心部良好的塑韌性。使外表具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；而心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。含碳量為0.4-0.5%C的中碳鋼適合進(jìn)行外表淬火，假設(shè)含碳量過(guò)低，那么外表硬度、耐磨性下降，假設(shè)含碳量過(guò)高，心部韌性下降。45鋼不適合進(jìn)行滲碳處理。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于％)。滲碳后﹐鋼件外表的化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過(guò)淬火﹐以得到高的外表硬度﹑高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性﹐使工件能承受沖擊載荷。5-16現(xiàn)有20鋼和45鋼制造的齒輪各一個(gè)，為了提高齒輪齒面的硬度和耐磨性，宜采用何種熱處理工藝？熱處理后的組織和性能有何不同？答：20鋼〔低碳鋼〕：滲碳后淬火+低溫回火，外表得到高碳回火馬氏體，硬度、耐磨性提高。45鋼〔中碳鋼〕制造的齒輪：外表感應(yīng)加熱淬火，控制冷卻時(shí)間可實(shí)現(xiàn)自回火，可以不用專門進(jìn)行低溫回火，外表的硬度提高，內(nèi)部的性能和組織不發(fā)生變化。第六章鋼鐵材料6-1合金鋼和碳鋼相比，為什么它的力學(xué)性能好，熱處理變形??？為什么合金工具鋼的耐磨性、熱硬性比碳鋼高？〔1〕合金元素參加后并經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可使鋼的力學(xué)性能提高或得意改善?！?〕合金元素〔除Co外〕參加后使鋼的淬透性增加，因此獲得同樣組織時(shí)合金鋼可選擇較緩的冷卻介質(zhì)，故熱處理變形小?！?〕合金工具鋼由于含有一些合金元素，與鋼中的碳形成合金碳化物，而這些合金碳化物的硬度高。熔點(diǎn)高，所以合金工具鋼的耐磨性、熱硬性比碳鋼高。6-2低合金高強(qiáng)度鋼中合金元素主要通過(guò)哪些途徑起強(qiáng)化作用？這類鋼經(jīng)常用于哪些場(chǎng)合？答：低合金高強(qiáng)度鋼主加合金元素為錳，錳具有固溶強(qiáng)化作用；輔加元素為V、Ti、Nb、Al等強(qiáng)碳〔氮〕化合物形成元素，所產(chǎn)生的細(xì)小化合物質(zhì)點(diǎn)即可通過(guò)彌散強(qiáng)化進(jìn)一步提高強(qiáng)度，又可細(xì)化鋼基體晶粒而起到細(xì)晶強(qiáng)韌化〔尤其是韌化〕作用。這類鋼經(jīng)常用于制作大型構(gòu)件。6-3現(xiàn)有40Cr鋼制造的機(jī)床主軸，心部要求良好的強(qiáng)韌性〔200~300HBW〕，軸頸處要求硬而耐磨〔54~58HRC〕，試問(wèn)：應(yīng)進(jìn)行那種預(yù)備熱處理和最終熱處理？預(yù)備熱處理：淬火+高溫回火；最終熱處理：軸頸外表淬火熱處理后各獲得什么組織？預(yù)備熱處理后獲得回火索氏體；最終熱處理后獲得外表回火馬氏體、心部回火索氏體。各熱處理工序在加工工藝路線中位置安排？6-4現(xiàn)有20CrMnTi鋼制造的汽車齒輪，要求齒面硬化層，齒面硬度為58~62HRC，心部硬度為35~40HRC，請(qǐng)確定其最終熱處理方法及最終獲得的表層與心部組織。⑴齒輪生產(chǎn)工藝路線：下料→鍛造→正火→加工齒形→滲碳→預(yù)冷淬火→低溫回火→噴丸→精磨920～920～94084023090min90min6h時(shí)間空冷溫度〔℃〕油冷20CrMnTi齒輪最終熱處理工藝曲線⑶正火：消除鍛造應(yīng)力；細(xì)化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。預(yù)冷淬火＋低溫回火：獲得表層的高硬度；心部的高強(qiáng)度和高韌性。噴丸：消除外表氧化皮，提高外表質(zhì)量；使外表留存剩余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。⑷表層：高碳回火馬氏體＋滲碳體或碳化物；心部：低碳回火馬氏體＋屈氏體。6-5彈簧為什么要進(jìn)行淬火，中溫回火？彈簧的外表質(zhì)量對(duì)其使用壽命有何影響？可采用哪些措施提高彈簧使用壽命？為了提高彈簧的疲勞壽命，對(duì)淬火加回火處理后的彈簧采用噴丸處理，經(jīng)噴丸處理后彈簧表層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，形成一層極薄變形層，可使疲勞壽命成倍提高。6-6滾動(dòng)軸承鋼除專用于制造滾動(dòng)軸承外，是否可用來(lái)制造其他結(jié)構(gòu)零件和工具？舉例說(shuō)明。6-7在20Cr、40Cr、GC9、50CrV等鋼中，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于％，問(wèn)鉻在鋼中的存在形式、鋼的性能、熱處理及用途上是否相同？為什么？6-9試分析高速工具鋼中，碳與合金元素的作用及高速工具鋼熱處理工藝特點(diǎn)。為什么高速工具鋼中，含碳量有普遍提高的趨勢(shì)？鋼中參加較多的碳，起作用是既保證它的淬硬性，又保證淬火后有足夠多的碳化物相；鎢元素是提高鋼紅硬性的主要元素；