機(jī)械制造基礎(chǔ) 習(xí)題解答（孫學(xué)強(qiáng)）第1-15章 金屬材料的力學(xué)性能習(xí)題解答 -特種加工及數(shù)控加工

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)有彈性極限伉、抗拉強(qiáng)度如和屈服強(qiáng)度小(32)

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)有斷面收縮率砂和伸長率演

1-3低碳鋼做成的曲=10mm的圓形短試樣經(jīng)拉伸試驗，得到

如下數(shù)據(jù)：Fs=21100N,Fb=34500N,l\=65mm,d\-6mmc試

求低碳鋼的。s、公、為、中。

答：原始試樣截面積為A°=?4=7>d02=78.5(/〃〃22),試驗后截

面積為Aj=—J;=—x62=28.26(w/n2)；原始試樣長度為

44

10=5d()=5x10=50(〃5)，故

以=2H00=2688(MPa)

s

A()78.5

(r=—==4395(MPa)

bb478.5

/_/65-5()

^s=^—^xlOO%=100%=30%

I。50

A,>A,

W=~xl00%=78.5-28.26xl00%=64%

Ao78.5

1-4什么是硬度？HBW、HRA.HRB、HRC各代表什么方法

測出的硬度？

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代表用布氏硬度測定方法測出的硬度，HRA、HRB、HRC

各代表用洛氏硬度的A、B、C三種不同的標(biāo)尺測定出的硬度。

1-5下列硬度要求和寫法是否正確？

HBW150HRC40NHR00HRB10478HVHRA79

474HBW

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"KV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；〃KV代表使用V形缺口試件測出的沖擊

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)長時間工作發(fā)生破壞的現(xiàn)象。

材料在無數(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。因為金屬材料力學(xué)的力學(xué)性能是在特定條件下測定出的指

標(biāo)，零件的實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;

（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、組兀、相、合金系。

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）。

2-5實際金屬有哪些晶體缺陷？這些缺陷對性能有何影響？

答：實際金屬的晶體缺陷有空位和間隙原子（點缺陷）、位錯（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)問題中起主要作用。

2-6什么是固溶體？繪圖說明固溶體的種類。

答：合金在由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時，組元間會互相溶解，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。

2-7什么是固溶強(qiáng)化？

答：由于溶質(zhì)原子溶入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是什么？以Fe3c為例說明

之。

答：金屬化合物的熔點較高，性能硬而脆。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化

合物時，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌

性。Fe3c熔點為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)晶過冷現(xiàn)象過冷度變質(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)晶一一是液態(tài)金屬凝固為固態(tài)的過程。

過冷現(xiàn)象一一是指實際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。

過冷度一一理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差值。

變質(zhì)處理一一在液態(tài)金屬結(jié)晶前加入變質(zhì)劑，以增加可形核率或

降低長大速率，從而細(xì)化晶粒的方法。

晶核一一最先形成的、作為結(jié)晶核心的微小晶體稱為晶核。

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一一金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格類型

轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的變化過程。

枝晶偏析一一在一個晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，叫枝晶偏

析。

共晶轉(zhuǎn)變一一一定成分的液相同時結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變

過程。

3-2晶粒大小對金屬的力學(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：增加過冷度、變質(zhì)處理、附加振動和

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

大小：

(1)金屬型鑄造與砂型鑄造；

(2)高溫澆注與低溫澆注；

(3)澆注時采用振動與不采用振動；

(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)?。?2)高溫澆注晶粒較細(xì)??；(3)

澆注時采用振動晶粒較細(xì)?。?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)晶過程和顯

微組織上的異同之處。

答：

不同點純金屬共晶體固溶體

固定的結(jié)晶溫固定的結(jié)晶溫結(jié)晶在一定溫

結(jié)晶過程

度度度范圍內(nèi)進(jìn)行

單一成分的單為兩相均勻的兩組元的單相

顯微組織

相組織組織組織

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)晶過程都有固定的溫度、有結(jié)晶潛熱

釋放、都有形核、長大過程；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)變過冷度更大，會產(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)晶過程及室溫下的組織。

答：40%的Pb-Sn合金的結(jié)晶過程如下：

題3-6圖中的合金I為wsn=40%的Pb-Sn合金。當(dāng)合金在1點

溫度以上時為液相，緩慢冷卻到1點溫度時，開始從液相中結(jié)晶出a

固溶體。溫度在1~2點之間，隨溫度的不斷降低，a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點時，剩余液相的成分達(dá)到共晶點成

分，在共晶溫度(183℃)下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，同時結(jié)晶出a+|3共晶體,

直到液相全部消失為止，此時，合金的組織由先結(jié)晶出來的a固溶體

(稱為先共晶相或初晶)和共晶體a+0組成。繼續(xù)冷卻到2點溫度以

下時，a、p的溶解度分別沿MF、NG線變化，故分別要從a和B中

析出加和an兩種次生相，即L一L+a—（a+p）共晶+a-（a+0）共晶+a+[3n。

合金I的室溫組織為初晶a、次生加和共晶體a+|3,即（a+[3）

共晶+a+Pn。

5

00

4

3O/O9

OO

咽2

00

100

0

Pb102030405060708090Sn

WSn(%)

題3-6圖

題3-6圖中的合金II為wsn=80%的Pb-Sn合金。vvsn=8（）%的

Pb-Sn合金的結(jié)晶過程及組織與w=40%的Pb-Sn合金的結(jié)晶過程

相類似，所不同的是先結(jié)晶出來的固相是B固溶體，結(jié)晶后的顯微組

織為初晶次生an和共晶體a+B組成，即（a+B）共晶+P+aii。

第四草鐵碳合金

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。

答：列表進(jìn)行分析和比較。

相組成碳含量特點晶體結(jié)構(gòu)

鐵素體C在a-Fe中的固溶體0-0.0218%單相固溶體體心立方

奧氏體C在y-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6.69%單相金屬化合物復(fù)雜品格

物

珠光體奧氏體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變生成0.77%兩相混合物

的鐵素體與滲碳體片層混

合物

萊氏體高溫萊氏體：4.3%兩相混合物

(A+Fe3cli十FesC)

低溫萊氏體：

(P十Fe3cH十Fe3C)

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析出兩種不同

固相的轉(zhuǎn)變過程。

共析轉(zhuǎn)變是在一定溫度下一定成分的固相同時析出兩種不同固

相的轉(zhuǎn)變過程。

4-3說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相圖分析帆=0.45%和加=1%的碳素鋼從

液態(tài)緩冷至室溫的組織轉(zhuǎn)變過程及室溫組織。

答：().45%碳素鋼組織轉(zhuǎn)變過程為：

液相一奧氏體+液相―奧氏體—奧氏體+鐵素體-珠光體+鐵素

體(室溫組織)。

僅=1%碳素鋼組織轉(zhuǎn)變過程為:

液相一奧氏體+液相一奧氏體—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%的鋼比卬c=0.45%的鋼硬度高。

(2)wc=1.2%的鋼比伙=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，都要加熱到奧氏體區(qū)。

答：(1)叫=1.2%的鋼比帆=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)vvc=1.2%的鋼中有網(wǎng)狀的二次滲碳體和珠光體，僅二0.8%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倉庫內(nèi)存放的兩種同規(guī)格鋼材，其碳含量分別為：似

=0.45%、wc=0.8%,因管理不當(dāng)混合在一起，試提出兩種以上方法

加以鑒別。

答：可能通過拉伸實驗、彎曲實驗和硬度測定來鑒別，皿=0.8%

有更大的強(qiáng)度及硬度。

(如果有經(jīng)驗，亦可通過摩擦火花進(jìn)行鑒別。)

4.7根據(jù)Fe—Fe3c相圖，說明下列現(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11()0℃,9=0.4%的鋼能進(jìn)行鍛造，叫=4%的鑄鐵不

能鍛造。

(3)鉗工鋸高碳成分(僅＞0.77%)的鋼材比鋸低碳成分(皿＜0.2%)

的鋼料費力，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)鋼鉀釘一般用低碳鋼制成。

答：(1)低溫萊氏體(Ld)比珠光體(P)塑性差是因為低溫萊氏

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℃時丁法=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；取=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(生＞().77%)的鋼材中滲碳體的含量比低碳成分(9

W().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較低，適宜于鑄造成形。

(5)鋼鉀釘在工作時需要進(jìn)行塑性變形，而低碳鋼有較好的塑性

同時有一定的強(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、

韌性哪個大、哪個?。孔兓?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：為鋼＜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，因為隨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)度也會增加，但當(dāng)碳含量到了0.9%后，強(qiáng)度則會隨碳

含量的增加而下降，因為碳含量超過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為什么說碳鋼中的鎰和硅是有益元素？硫和磷是有害元

素？

答：鎰的脫氧能力較好，能清除鋼中的FeO,降低鋼的脆性；鎰

還能與硫形成MnS,以減輕硫的有害作用。硅的脫氧能力比缽強(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,FeS與鐵則形成低熔點(985℃)的

共晶體分布在奧氏體晶界上。當(dāng)鋼材加熱到1100?1200°C進(jìn)行鍛壓

加工時，晶界上的共晶體己熔化，造成鋼材在鍛壓加工過程中開裂，

這種現(xiàn)象稱為“熱脂”。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

溫時更為嚴(yán)重，故稱為“冷脆”。磷在結(jié)晶時還容易偏析，從而在局

部發(fā)生冷脆。

5-3說明Q235A、1()、45、65Mn、T8、T12A各屬什么鋼？分

析其碳含量及性能特點，并分別舉一個應(yīng)用實例。

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)鋼中的高碳鋼且含鎰量較高；T8屬于優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼;

T12A屬于高級優(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、沖壓件和鍛件時的工藝性能良好，可用于制造機(jī)器

中的墊圈、銷釘?shù)攘慵?/p>

45鋼的叱=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鋼的此=0.75%~().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鋼的收=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錢刀或絲錐等工具。

5-4什么是熱處理？它由哪幾個階段組成？熱處理的目的是

什么？

答：1、鋼的熱處理是通過加熱、保溫和冷卻來改變鋼的內(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；實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度。

過冷奧氏體一一在/溫度以下暫時存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的

奧氏體稱為過冷奧氏體。

殘余奧氏體一一過冷奧氏體在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程中，

由于奧氏體的碳含量過高使轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底，即使過冷到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---過冷奧氏體在Ms至Mr之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。馬

氏體實質(zhì)上是碳在a-Fe中過飽和固溶體。

下貝氏體一一過冷奧氏體在350℃?Ms點溫度范圍內(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

飽和碳的鐵素體呈針片狀，微細(xì)的8碳化物（Fez、4C）均勻而有方向地

分布在針片狀鐵素體的內(nèi)部）。

托氏體一一過冷奧氏體在6()()℃?550℃等溫轉(zhuǎn)變時分解為鐵素

體與滲碳體的片層狀混合物(一種珠光體組織)。

淬透性一一淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度

分布的特性。

淬便性一一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。

臨界冷卻速度一一只發(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)處理一一淬火與高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝，稱為“調(diào)

質(zhì)”。

實際晶粒度一一在某一具體熱處理或然加工條件下，實際獲得的

奧氏體晶粒度。

本質(zhì)晶粒度——將鋼加熱到930±10℃,保溫8h冷卻后測得的晶

粒%1/A-度?O

5-7畫出T8鋼的過冷奧氏體等溫轉(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)變點在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)中，轉(zhuǎn)變終了點在索氏體轉(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)變點在托氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在未完

全轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w時冷卻到上馬氏體點以下(曲線3)；

(4)先進(jìn)行冷卻，使開始轉(zhuǎn)變點在托氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在未完全轉(zhuǎn)

變?yōu)橥惺象w時冷卻到上馬氏體點以上的下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，進(jìn)行等溫冷

卻，在轉(zhuǎn)變未完全進(jìn)行時再快冷到上馬氏休點以下(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，強(qiáng)度與硬

度的增高比較明顯。但當(dāng)鋼中附＞0.6%時，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鋼同時加熱到7800c進(jìn)行淬火,問:

(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:(l)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，因為T12中的殘余奧氏體

多一些。

(3)T12鋼淬火后的耐磨性更好，因為T12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

特點如何？為什么高碳馬氏體硬而脆？

答：1、馬氏體實質(zhì)上是碳在a-Fe中過飽和固溶體。

2、馬氏體的組織形態(tài)有板條狀和片狀兩種類型。當(dāng)奧氏體中卬

c＜0.2%的鋼淬火后，馬氏體的形態(tài)基木為板條狀，故板條狀馬氏體

又稱為低碳馬氏體。當(dāng)做＞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，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。

5-11下面的幾種說法是否正確？為什么？

(1)過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的冷卻速度。

(5)為了改善摟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)過冷奧氏體的冷卻速度越快，鋼冷卻后的硬度越高的說

法不正確。這是因為鋼的硬度主要取決于過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)晶粒鋼加熱后的實際晶粒一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)的

說法不完全準(zhǔn)確，因為木質(zhì)細(xì)晶粒鋼在930?950℃以下加熱，晶粒

長大傾向較小，因此它的實際晶粒比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)，但在此溫度

以上加熱，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的實際晶粒會比本質(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的冷卻速度的說法

是錯誤的，因為回火時決定鋼的組織和性能的主要因素是回火溫度。

(5)為了改善段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法是錯誤的，因為鋼

的淬硬性取決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)用場合各項列成一表。

答:

高頻感應(yīng)加熱氣體滲碳?xì)怏w滲氮軟氮化

表面淬火

處理溫度800-1000℃900-950℃500-580C500-570℃

適用鋼材0.4-0.5%C的含0.1-0.25%C含Cr、Mo、低、中碳鋼

中碳鋼的低碳鋼Al、Ti、V的

中碳鋼

熱處理方法表面加熱淬火滲碳后淬火再滲氮碳氮共滲，淬

再低溫回火低溫回火火后低溫回火

熱處理前后的前：F+P,后:前：F+P,后：表層形成的氮含C、N的回

表面組織極細(xì)M回火馬氏體+化物火馬氏體及細(xì)

網(wǎng)狀Fe3cH小的C、N化

合物

表面耐磨性較好較好最好良好

應(yīng)用場合承受扭轉(zhuǎn)、彎同時有磨損、耐磨性、精度小型耐磨件，

曲等交變負(fù)荷受沖擊的零件要求高的零件模具、量具等

作用的工件及耐熱、耐磨

及耐蝕件

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從切削加工性考慮。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小很高，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；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時；

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，操作簡便。

5-14淬火方法有幾種？各有何特點？

答：淬火方法及各自的特點如下：

①單介質(zhì)淬火：優(yōu)點：操作簡單，易實現(xiàn)機(jī)械化、自動化。缺點:

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：此方法利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點，減少了工

件的變形和開裂。缺點：操作困難，不易掌握，要求操作技術(shù)高。

③馬氏體分級淬火：優(yōu)點：通過在Ms點附近的保溫，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：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，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。因為鋼經(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鋼制造的鍵刀，要求硬度為60?65HRCO

(4)鍛造過熱的60鋼鍛壞，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56()℃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18()℃回火，不能使其硬

度提高。因為調(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，將會使其

硬度降低。因為高溫回火將使低溫回火得到的回火馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

為回火索氏體組織，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?，F(xiàn)材料中混入了T10鋼和1()鋼。問由TH)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，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，淬火加熱時溫度過高，原有的滲碳體溶

入奧氏體太多，且奧氏體晶粒粗化，使鋼的脆性增加。

5-19化學(xué)熱處理包括哪幾個基本過程？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，都是通過以下三個基

本過程完成的：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?；钚栽颖还ぜ砻嫖眨?/p>

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>38CrM。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鋼制造鏗刀，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為：淬火+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)因工廠庫存的45鋼已用完，擬改用15鋼代替，試問：

(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。因為15鋼含碳量過低，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+鍛造一

一正火一一機(jī)械粗加工一一調(diào)質(zhì)一一機(jī)械精加工+高頻感應(yīng)加熱淬火

加低溫回火一一磨削。請說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

素有錦、銘、銀、硅、鋁、鋁、帆、鈦、結(jié)、鉆、銀、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。

常見的非碳化物形成元素有：銀、鉆、銅、硅、鋁、氮、硼等。

它們不與碳形成碳化物而固溶于鐵的品格中，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。

常見的碳化物形成元素有：鐵、銃、珞、鋁、鋁、鈕、銀、錯、

鈦等（按照與碳親和力由弱到強(qiáng)排列）。通常帆、銀、倍、鈦為強(qiáng)碳

化物形成元素；鋅為弱碳化物形成元素；格、鑰、鴇為中強(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?主要用途有哪些？

答：低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能特點是：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)鋼一般

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可分為哪兒種？試說明

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

軸承鋼等。

1、低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點是低碳(Wc<0.20%),一般在熱軋空

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，同時承受動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、合金彈簧鋼的平均曲一般在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;

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?300c

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，使表血強(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、滾動軸承鋼是用來制造滾動軸承的滾動體（滾針、、滾柱、滾

珠）、內(nèi)外套圈的專用鋼。

滾動軸承鋼是高碳銘鋼，其平均僅為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?

65HRCo

對于精密軸承零件，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

說明高速鋼熱硬性高的主要原因。

答：碳素工具鋼在溫度高于200c時熱硬性變差；低合金刃具鋼

熱硬性在300c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，M在

0.75%?1.60%的范圍內(nèi)，并含有大量的碳化物形成元素鴇、鋁、銘、

帆等。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；鋁和鋁

的作用相似（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鋁相當(dāng)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鋁），都能

提高鋼的熱硬性。含有大量鴇或相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、MO2Q

而產(chǎn)生二次硬化，使鋼具有高的熱硬性，同時還提高鋼的耐磨性。

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：因為高速鋼鑄態(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?1300C）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，鴇、鋁、機(jī)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Crl2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：Crl2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?4500c條件下工作的模具適

用此法。

Crl2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、較刀等。

CNL2MoV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說明下列鋼號的類別、用途及最終熱處理方法：

Q345、ZGMnl3、40Cr、20CrMnTi、60Si2Mn、9CrSi、GCrl5、

W6Mo5Cr4V2、Crl2MoV、lCrl3、0Crl9Ni9>0Crl3Al、SCrMnMOo

答：列表回答如下：

牌號類別用途最終熱處

理

Q345低合金高強(qiáng)大型鋼構(gòu)、橋梁、船舶、鍋爐、壓力熱軋空冷

度結(jié)構(gòu)鋼容器、重型機(jī)械、電站設(shè)備等或正火

ZGMnl3高鎰耐磨鋼車輛履帶、破碎機(jī)顆板、球磨機(jī)襯板、水韌處理

挖掘機(jī)鏟斗、鐵道道岔等

40Cr合金調(diào)質(zhì)鋼重要的調(diào)質(zhì)件，如，軸類、壓桿螺栓、調(diào)質(zhì)處理

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、齒輪等

20CrMnTi合金滲碳鋼承受調(diào)整、中載或重載、摩擦的重要滲碳+淬火

滲碳件，如，齒輪、凸輪等+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，淬火+低溫

板牙、絲錐、鉆頭等回火

GCrl5滾動軸承鋼滾動軸承的內(nèi)、外圈及滾動體、量塊淬火+低溫

等回火

W6M05Cr4V2高速鋼要求耐磨性、韌性有較好配合的高速淬火十多次

切削刀具，如，絲錐、鉆頭、滾刀、回火

拉刀等。

Crl2MoV冷作模具鋼用于制造冷沖模、擠壓模等淬火+低溫

回火

lCr13馬氏體不銹用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽淬火+回火

鋼輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等

0Cr19Ni9奧氏體不銹食品設(shè)備、一般化工設(shè)備等固溶處理

鋼

0Crl3Al鐵素體耐熱工作溫度低于900C,受力不大的爐退火+空冷

鋼用構(gòu)件，如，退火爐罩等或緩冷

5CrMnMo熱作模具鋼中型錘鍛模淬火+高溫

回火

6-9對量具鋼有何要求?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，最終熱處理為淬火+低溫回火；采用滲碳

鋼時，最終熱處理為滲碳+淬火+低溫回火；采用中碳鋼時，最終熱處

理為高頻感應(yīng)淬火；采用合金工具鋼或滾動軸承鋼時，最終熱處理為

淬火+低溫回火。

3、對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高鑄鋼的耐磨機(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)用場合有何不同？

答：高鐳鋼受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時，表面因塑性變形而產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化,

獲得高的耐磨性，心部保持原來的高韌狀態(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。高缽鋼主要用于制造車輛履帶、破碎機(jī)顆板、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：

⑴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，保溫時間長；

(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，需經(jīng)常用水冷卻；

(4)用ZGMnl3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間；

⑵高速鋼的淬火加熱溫度很高(1200?1300°C)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，使鴇、鋁、機(jī)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)生的溫度過高，會使刀具回火，故需用水冷卻；

(4)用ZGMnl3鋼制造的零件，受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時，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，淬火+低溫

板牙、絲錐、鉆頭等回火

GCrl5滾動軸承鋼滾動軸承的內(nèi)、外圈及滾動體、量塊淬火+低溫

等回火

W6M05Cr4V2高速鋼要求耐磨性、韌性有較好配合的高速淬火+多次

切削刀具，如，絲錐、鉆頭、滾刀、回火

拉刀等。

Crl2MoV冷作模具鋼用于制造冷沖模、擠壓模等淬火+低溫

回火

lCr13馬氏體不銹用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽淬火+回火

鋼輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等

0Crl9Ni9奧氏體不銹食品設(shè)備、一般化工設(shè)備等固溶處理

鋼

0Crl3Al鐵素體耐熱工作溫度低于900C,受力不大的爐退火+空冷

鋼用構(gòu)件，如，退火爐罩等或緩冷

5CrMnMo熱作模具鋼中型錘鍛模淬火+高溫

回火

6-9對量具鋼有何要求？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高缽鋼的耐磨機(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

場合有何不同？

答：高錦件受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時，表面因塑性變形而產(chǎn)生強(qiáng)烈加工硬化，獲

得高的耐磨性，心部保持原來的高韌狀態(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，

保溫時間長；

(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，需經(jīng)常用水冷卻；

(4)用ZGMM3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間；

(2)淬火溫度高(>120(TC),是為了獲得高合金元素含量的馬氏體。560c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

為M,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，會使刀具回火，需用水冷卻；

(4)用ZGMnl3鋼高鑄件受強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓時，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