工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題答案大全

《工程材料》復(fù)習(xí)思索題參照答案

第一章金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶

1.解釋下列名詞

點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯(cuò)，單晶體，多晶體，

過冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。

答：點(diǎn)缺陷：原子排列不規(guī)則H勺區(qū)域在空間三個(gè)方向尺寸都很小，重要指空位

間隙原子、置換原子等。

線缺陷：原子排列日勺不規(guī)則區(qū)域在空間一種方向上H勺尺寸很大，而在其他兩個(gè)方向

上的尺寸很小。如位錯(cuò)。

面缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個(gè)方向上的尺寸很大，而另一方

向上的I尺寸很小。如晶界和亞晶界。

亞晶粒：在多晶體股）每一種晶粒內(nèi)，晶格位向也并非完全一致，而是存在

著許多尺寸很小、位向差很小的小晶塊，它們互相鑲嵌而成晶粒,

稱亞晶粒。

亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。

刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體日勺局部滑

移而導(dǎo)致?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線。假如

相對滑移的成果上半部分多出二分之一原子面，多出半原子面

口勺邊緣仿佛插入晶體中口勺一把刀的刃口，故稱“刃型位錯(cuò)二

單晶體：假如一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單

晶體。

多晶體：由多種晶粒構(gòu)成的晶體構(gòu)造稱為“多晶體”。

過冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。

自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬口直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列H勺結(jié)

晶關(guān)鍵。

非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在某些未溶顆粒表面所形成H勺晶核。

變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，導(dǎo)致大量可

以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)口勺晶核數(shù)目大大增

長，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種處理措施即為變質(zhì)處

理。

變質(zhì)劑：在澆注前所加入時(shí)難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。

2.常見的金屬晶體構(gòu)造有哪幾種？a?Fe、y?Fe、Al、Cu、Ni、Pb、

Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體構(gòu)造?

答：常見金屬晶體構(gòu)造：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；

a—Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；

Y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；

Mg、Zn屬于密排六方晶格；

3.配位數(shù)和致密度可以用來闡明哪些問題？

答：用來闡明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶

體中原子排列越緊密。

4?晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不一樣？

答：晶向是指晶格中多種原子列H勺位向，用晶向指數(shù)來表達(dá)，形式為［八時(shí)；

晶面是指晶格中不一樣方位上的原子面，用晶面指數(shù)來表達(dá)，形式為

(hkl)o

5?實(shí)際晶體中的點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？

答：假如金屬中無晶體缺陷時(shí)，通過理論計(jì)算具有極高的強(qiáng)度，伴隨晶體中缺

陷H勺增長，金屬H勺強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)缺陷增長到一定值后，金屬的強(qiáng)度又

隨晶體缺陷日勺增長而增長。因此，無論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會導(dǎo)致

晶格崎變，從而使晶體強(qiáng)度增長。同步晶體缺陷的存在還會增長金屬H勺電

阻，減少金屬口勺抗腐蝕性能。

9.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中怎樣應(yīng)用變質(zhì)處理?

答：①采用的措施：變質(zhì)處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加緊冷卻速度

的措施來控制晶粒大小。②變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些

難熔固態(tài)顆粒，導(dǎo)致大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)H勺晶

核數(shù)目大大增長，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。③機(jī)械振動、攪拌。

第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1.解釋下列名詞：

加工硬化、答復(fù)、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。

答：加工硬化：伴隨塑性變形的增長，金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增長：塑性、韌

性迅速下降日勺現(xiàn)象。

答復(fù)：為了消除金屬W、J加工硬化現(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使

其組織和性能發(fā)生變化。在加熱溫度較低時(shí)，原子日勺活動能力不大,

這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺

陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化，因此，這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和

塑性等機(jī)械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能明顯減

少。此階段為答復(fù)階段。

再結(jié)晶：被加熱到較高出J溫度時(shí).，原子也具有較大的活動能力，使晶粒的

外形開始變化。從破碎拉長口勺晶粒變成新的等軸晶粒，和變形前

的晶粒形狀相似，晶格類型相似，把這一階段稱為“再結(jié)晶二

熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。

冷加工：在再結(jié)晶溫度如下進(jìn)行的壓力加工。

2.產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？

答：①伴隨變形的增長，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成

細(xì)碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎時(shí)程度愈大，這樣使位錯(cuò)密度明顯

增長；同步細(xì)碎的亞晶粒也伴隨晶粒的拉長而被拉長。因此，伴隨變形

量H勺增長，由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增長，金屬H勺塑性變形抗力將迅

速增大，即強(qiáng)度和硬度明顯提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬

化”現(xiàn)象。②金屬的加工硬化現(xiàn)象會給金屬的深入加工帶來困難，如鋼

板在冷軋過程中會越軋?jiān)接玻灾伦罱K軋不動。另首先人們可以運(yùn)用加

工硬化現(xiàn)象，來提高金屬強(qiáng)度和硬度，如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是運(yùn)用冷加

工變形產(chǎn)生時(shí)加工硬化來提高鋼絲日勺強(qiáng)度的。加工硬化也是某些壓力加

工工藝可以實(shí)現(xiàn)H勺重要原因。如冷拉鋼絲拉過?？椎牟糠?，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?？椎牟糠?，這樣鋼

絲才可以繼續(xù)通過?？锥尚?。

3.劃分冷加工和熱加工的重要條件是什么？

答：重要是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度如下進(jìn)行口勺壓力加工為冷加工，產(chǎn)生加

工硬化現(xiàn)象；反之為熱加工，產(chǎn)生時(shí)加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。

4.與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的I益處有哪些？

答：（1）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中H勺氣孔焊合，從而使其致密度得以提高。

（2）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細(xì)化,

機(jī)械性能提高。

（3）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生變化,

使它們沿著變形H勺方向細(xì)碎拉長，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線）,

使縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性明顯不小于橫向。假如合理運(yùn)用熱加工流線,

盡量使流線與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向一致，而與外加切應(yīng)力

或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。

5.為何細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性，韌性也好？

答：晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動日勺，而各晶粒位向不一樣，互相約束，也阻礙晶粒時(shí)

變形。因此，金屬H勺晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周圍不一樣

取向的晶粒數(shù)便愈多，對塑性變形口勺抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細(xì)

強(qiáng)度愈高。同步晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中H勺晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)同樣

區(qū)）變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的I變形，而不致導(dǎo)致

局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。

6.金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？

答：①晶粒沿變形方句拉長，性能趨于各向異性，如縱向日勺強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)不小

于橫向等；②晶粒破碎，位錯(cuò)密度增長，產(chǎn)生加工硬化，即伴隨變形量的

增長，強(qiáng)度和硬度明顯提高，而塑性和韌性下降；③織構(gòu)現(xiàn)象口勺產(chǎn)生，即

伴隨變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，并且各晶粒的晶格位

向也會沿著變形的方向同步發(fā)生轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動成果金屬中每個(gè)晶粒的晶格位

向趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；④冷壓力加工過程中由于材料各部分的

變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間日勺變形不均勻，金屬內(nèi)部會形成殘

存的內(nèi)應(yīng)力，這在一般狀況下都是不利口勺，會引起零件尺寸不穩(wěn)定。

7.分析加工硬化對金屬材料的強(qiáng)化作用？

答：伴隨塑性變形日勺進(jìn)行，位錯(cuò)密度不停增長，因此位錯(cuò)在運(yùn)動時(shí)的互相交割、

位錯(cuò)纏結(jié)加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動的阻力增大，引起變形抗力H勺增長。這樣，金

屬日勺塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增大外力，因此提高了金屬

的強(qiáng)度。

8.已知金屬筲、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為3380℃、1538℃>327℃、232℃,

試計(jì)算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鋁和鐵在1100C下的加工、鉛和

錫在室溫(20℃)下的加工各為何種加工？

答：T再二().4T焙；鴇T產(chǎn)[0.4*(3380+273)]-273=1188.2℃;鐵T再=[().4*

(1538+273)]-273=451.4℃;鉛T再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃;錫T

行[0.4*(232+273)]-273=-71℃.由于鴇T再為1188.2r>110040,因此屬

于熱加工；鐵T再為451.4℃V1100℃,因此屬于冷加工；鉛T用為-33℃

<20℃,屬于冷加工；錫T再為-71V20C,屬于冷加工。

9.在制造齒輪時(shí)，有時(shí)采用噴丸法(即將金屬丸噴射到零件表面上)使齒面

得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化原因。

答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚

度日勺加工硬化層，使齒面日勺強(qiáng)度、硬度升高。

第三章合金的構(gòu)造與二元狀態(tài)圖

1.解釋下列名詞：

合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機(jī)械混合物；枝晶偏析,

比重偏析；固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化。

答：合金：通過熔煉，燒結(jié)或其他措施，將一種金屬元素同一種或幾種其他元

素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。

組元：構(gòu)成合金的最基本口勺、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。

相：在金屬或合金中，凡成分相似、構(gòu)造相似并與其他部分有界面分開的

均勻構(gòu)成部分，均稱之為相。

相圖：用來表達(dá)合金系中各個(gè)合金出J結(jié)晶過程的簡要圖解稱為相圖。

固溶體：合金的組元之間以不一樣口勺比例混合，混合后形成的固相的晶格

構(gòu)造與構(gòu)成合金的某一組元的相似，這種相稱為固溶體。

金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生互相作用形成H勺一種具有金屬性質(zhì)的新

相，稱為金屬間化合物。它H勺晶體構(gòu)造不一樣于任一組兀,

用分子式來表達(dá)其構(gòu)成。

機(jī)械混合物:合金的組織由不一樣的相以不一樣的比例機(jī)械的混合在一起,

稱機(jī)械混合物。

枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充足，使得先結(jié)晶

出來日勺固溶體合金含高熔點(diǎn)紀(jì)元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較

多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻H勺現(xiàn)象稱為枝晶偏析。

比重偏析：比重偏析是由構(gòu)成相與溶液之間的密度差異所引起的。假如先

共晶相與溶液之間H勺密度差異較大，則在緩慢冷卻條件下凝固

時(shí)，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導(dǎo)致結(jié)晶后鑄件

上下部分的化學(xué)成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。

固溶強(qiáng)化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高

H勺現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。

彌散強(qiáng)化：合金中以固溶體為主再有適量H勺金屬間化合物彌散分布，會提

高合金W、J強(qiáng)度、硬度及耐磨性，這種強(qiáng)化方式為彌散強(qiáng)化。

2.指出下列名詞的重要區(qū)別：

1）置換固溶體與間隙固溶體；

答：置換固溶體：溶質(zhì)原子替代溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的一部分原子而構(gòu)成的固溶體

稱置換固溶體。

間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成日勺固溶體，即間隙固

溶體。

2）相構(gòu)成物與組織構(gòu)成物；

相構(gòu)成物：合金的基本構(gòu)成相。

組織構(gòu)成物：合金顯微組織中H勺獨(dú)立構(gòu)成部分。

3.下列元素在a-Fe中形成哪幾種固溶體?

Si、C、N、Cr、Mn

答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；C、N形成間隙固溶體。

4.試述固溶強(qiáng)化、加工強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理,并闡明三者的區(qū)別.

答：固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進(jìn)而位錯(cuò)

運(yùn)動時(shí)受到阻力增大。

彌散強(qiáng)化：金屬化合物自身有很高H勺硬度，因此合金中以固溶體為基體再

有適量的金屬間化合物均勻纖小彌散分布時(shí)，會提高合金日勺強(qiáng)

度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強(qiáng)化合金的方式為

彌散強(qiáng)化。

加工強(qiáng)化：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動阻力，

引起塑性變形抗力的增長，提高合金的強(qiáng)度和硬度。

區(qū)別：固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化都是運(yùn)用合金日勺構(gòu)成相來強(qiáng)化合金，固溶強(qiáng)化

是通過產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動阻力增大來強(qiáng)化合金；彌散強(qiáng)化

是運(yùn)用金屬化合物自身H勺高強(qiáng)度和硬度來強(qiáng)化合金；而加工強(qiáng)化是

通過力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯(cuò)密度以增大位錯(cuò)運(yùn)動阻力來

強(qiáng)化合金；三者相比，通過固溶強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最低，但塑

性、韌性最佳，加工強(qiáng)化得到口勺強(qiáng)度、硬度最高，但塑韌性最差,

彌散強(qiáng)化介于兩者之間。

5.固溶體和金屬間化合物在構(gòu)造和性能上有什么重要差異？

答：在構(gòu)造上：固溶體的晶體構(gòu)造與溶劑日勺構(gòu)造相似，而金屬間化合物的晶體

構(gòu)造不一樣于構(gòu)成它的任一紀(jì)元,它是以分子式來表達(dá)其構(gòu)成。

在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)度、

硬度二匕金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就

是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能。

6.何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點(diǎn).

答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同步結(jié)晶出成分和晶

格均不相似H勺兩種晶體的反應(yīng)。

包晶反應(yīng)：指一定成分的固相與一定成分H勺液相作用，形成此外一種固相

Ef、J反應(yīng)過程。

共析反應(yīng)：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新

的，具有一定晶體構(gòu)造日勺固相的反應(yīng)。

共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，

都處在三相平衡狀態(tài)。

不一樣點(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)

是一種固相在恒溫下生成兩種固相W、J反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液

相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。

7.二元合金相圖體現(xiàn)了合金的哪些關(guān)系？

答：二元合金相圖體現(xiàn)了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。

8.在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？

答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金互相平衡兩相的成分和相對含量。

9.已知A（熔點(diǎn)600℃）與B（500℃）在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)300℃時(shí)A

溶于B時(shí)最大溶解度為30%,室溫時(shí)為10%,但B不溶于A；在300C時(shí)，

含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)?，F(xiàn)規(guī)定：

1）作出A-B合金相圖；

2）分析20%A,45%A,80%A等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織構(gòu)成物

和相構(gòu)成物的相對量。

答：⑴

(2)20%A合金如圖①:

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，當(dāng)冷至1點(diǎn)時(shí)，開始從液相中析出a固

溶體，至2點(diǎn)結(jié)束，2?3點(diǎn)之間合金所有由a固溶體所構(gòu)成，但當(dāng)合

金冷到3點(diǎn)如下，由于固溶體a的濃度超過了它日勺溶解度程度，于是

從固溶體a中析出二次相A,因此最終顯微組織：a+A?

相構(gòu)成物：a+A

A二(90-80/90)*100%=11%a=l-A%=89%

45%A合金如圖②：

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出a固溶體,

此時(shí)液相線成分沿線BE變化，固相線成分沿BD線變化，當(dāng)冷至2點(diǎn)

時(shí)，液相線成分抵達(dá)E點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，合金

自2點(diǎn)冷至室溫過程中，自中析出二次相儲，因而合金②室溫組織：

AII+a+(A+a)相構(gòu)成物：A+a

組織：AII=(70-55)/70*100%=21%a=l-A產(chǎn)79%

A+a=(70-55)/(70-40)*100%=50%

相：A=(90-55)/90*100%=50%a=l-A%=50%

80%A合金如圖③：

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出A,此時(shí)

液相線成分沿AE線變化，冷至2點(diǎn)忖，液相線成分抵達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共晶

反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，因而合金③的室溫組織：A+(A+a)

相構(gòu)成物：A+a

組織：A=(40-20)/40*100%=50%A+a=l-A%=50%

相：A二(90-20)/90*100%=78%a=l-A%=22%

10.某合金相圖如圖所示。

1）試標(biāo)注①一④空白區(qū)域中存在相的名稱；

2）指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；

3）闡明合金I的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。

答：(1)①：L+y②：Y+B③：B+(a+B)④：B

（2）勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變

⑶合金①在1點(diǎn)以上所有為液相,冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出Y固溶體

至2點(diǎn)結(jié)束,2?3點(diǎn)之間合金所有由丫固溶體所構(gòu)成,3點(diǎn)如下,開始從

Y固溶體中析出a固溶體,冷至4點(diǎn)時(shí)合金所有由a固溶體所構(gòu)成,4?

5之間所有由a固溶體所構(gòu)成,冷到5點(diǎn)如下，由于a固溶體的濃度超

過了它的溶解度程度,從a中析出第二相B固溶體,最終得到室穩(wěn)下的

顯微組織：a+BII

11.有形狀、尺寸相似的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件，一種含90%Ni，另一種含

50%Ni,鑄后自然冷卻，問哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重？

答：含50%NiCu-Ni合金鑄件偏析較嚴(yán)重。在實(shí)際冷卻過程中，由于冷速

較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶部分含低熔點(diǎn)組元多，由

于含50%NiimCu-Ni合金鑄件固相線與液相線范圍比含90%Ni鑄件寬,

因此它所導(dǎo)致W、J化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比含90%NilfjCu-Ni合金鑄件嚴(yán)

重。

第四章鐵碳合金

1.何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體構(gòu)造變化

圖。

答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體構(gòu)造的轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

p

?/

明

2.為何丫-Fe和a-Fe時(shí)比容不一樣？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生(Y-Fe

-a-Fe)轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積怎樣變化？

答：由于Y-Fe和a-Fe原子排列的緊密程度不一樣，y-Fe的致密度為

74%,a-FeH勺致密度為68%,因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生(Y-Fefa-Fe)

轉(zhuǎn)變時(shí)體積將發(fā)生膨脹。

3.何謂鐵素體(F),奧氏體(A),滲碳體(Fe3C),珠光體(P),萊氏體(Ld)?

它們的構(gòu)造、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)？

答：鐵素體(F)：鐵素體是碳在a-be中形成口勺間隙固溶體，為體心立方晶格。

由于碳在a中的溶解度、很小，它的性能與純鐵相近。塑

性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。

奧氏體（A）：奧氏體是碳在/一所中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因

其晶格間隙尺寸較大，故碳在/一所中的溶解度較大。有很好

的塑性。

滲碳體（FesC）：鐵和碳互相作用形成的具有復(fù)雜晶格日勺間隙化合物。滲碳

體具有很高H勺硬度，但塑性很差，延伸率靠近于零。在鋼中

以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。在萊氏體中為持續(xù)的基

體，有時(shí)呈魚骨狀。

珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片

狀。珠光體有較高H勺強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。

萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物。在萊氏體中，滲碳體

是持續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由

于滲碳體很脆，因此萊氏體是塑性很差口勺組織。

4.Fe-Fe3c合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實(shí)踐中有何指導(dǎo)意義？又有何局限性？

答：①碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是

研究鐵碳合金H勺重要工具，理解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料H勺研

究和使用，多種熱加工工藝及I制定以及工藝廢品原因日勺分析等方面均有重

要指導(dǎo)意義。②為選材提供成分根據(jù)：b+F/C相圖描述了鐵碳合金的

組織隨含碳量日勺變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件

的性能規(guī)定來選擇不一樣成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供根據(jù):

對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不一樣成分H勺鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度;

根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能日勺好壞。對于鑄造：根據(jù)

相圖可以確定鑄造溫度。對焊接：

根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用合適熱處理措施來減輕或消除組織不

均勻性；對熱處理：尸+尸4。相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱

溫度都要參照鐵碳相圖加以選擇。③由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷

卻H勺速度得到H勺，而在實(shí)際加熱和冷卻一般均有不一樣程度H勺滯后現(xiàn)象。

5.畫出Fe-Fe3C相圖，指出圖中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、

PSK各點(diǎn)、線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相構(gòu)成物和組織構(gòu)成物。

答:

C：共晶點(diǎn)1148℃4.30%C,在這一點(diǎn)上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:

〃?。4+應(yīng)。，當(dāng)冷到1148c時(shí)具有C點(diǎn)成分F、J液體中同步結(jié)晶

出具有E點(diǎn)成分H勺奧氏體和滲碳體的兩相混合物一一萊氏體

(〃)—(4+%C)

E：碳在/-尸e中H勺最大溶解度點(diǎn)H48c2.11%C

G：尸同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A3)912℃0%C

II：碳在5-Fe中日勺最大溶解度為1495c0.09%C

J：包晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)1495℃0.17%C在這一點(diǎn)上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:

LB+8H=匕當(dāng)冷卻到1495℃時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分

H勺固相8反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相Ao

N：/一廠e=5-尸e同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A4)1394℃0%C

P：碳在a-尸e中的最大溶解度點(diǎn)0.0218%C727℃

S：共析點(diǎn)727℃0.77%C在這一點(diǎn)上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式：

4oFp+Fe.c,當(dāng)冷卻到727c時(shí)從具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同步

析出具有P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物一一珠光體P

(F〃n4-Fe.Jc)

ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm溫度線，隨溫度口勺減少，

碳在奧化體中的溶解度減少，多出的碳以Fe3c形式析出，因此具

有0.77%?2.11%CH勺鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時(shí)的組織

A+bqGi，從A中析出日勺Eq。稱為二次滲碳體。

GS線：不一樣含碳量的奧氏體冷卻時(shí)析出鐵素體的開始線稱A3線，GP

線則是鐵素體析出的終了線，因此GSP區(qū)的顯微組織是尸+A。

PQ線：碳在鐵素體中日勺溶解度曲線，隨溫度的減少，碳在鐵素體中日勺溶

解度減少，多出的碳以Eq。形式析出，從尸中析出的反3c稱為

三次滲碳體F%GH，由于鐵素體含碳很少，析出H勺F&Cw很少，

一般忽視，認(rèn)為從727c冷卻到室溫出J顯微組織不變。

PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變?nèi)?株3。，產(chǎn)物

(P)珠光體，含碳量在0.02?6.69%日勺鐵碳合金冷卻到727c時(shí)

均有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。

6.簡述Fe-Fe3C相圖中三個(gè)基本反應(yīng)：包晶反應(yīng)，共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出

反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。

答：共析反應(yīng)：冷卻到727℃時(shí)具有S點(diǎn)成分日勺奧氏體中同步析出具有P點(diǎn)成

分日勺鐵素體和滲碳體的兩相混合物。Y0.8>Fo,o2+Fe3C,69

包晶反應(yīng)：冷卻到1495c時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分的固相8

反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相AoLO.5+b°」-016

共晶反應(yīng)：1148℃時(shí)具有C點(diǎn)成分H勺液體中同步結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分H勺奧

1I47；V

氏體和滲碳體的兩相混合物。LL3>Y2.M+Fee,

7.何謂碳素鋼？何謂白口鐵？兩者的成分組織和性能有何差異？

答：碳素鋼：具有0.02%?2.14%CH勺鐵碳合金。

白口鐵：含不小于2.14%C時(shí)鐵碳合金。

碳素鋼中亞共析鋼日勺組織由鐵素體和珠光體所構(gòu)成，其中珠光體中的滲碳

體以細(xì)片狀分布在鐵素體基體上，伴隨含碳量日勺增長,珠光體的含量增長,

則鋼W、J強(qiáng)度、硬度增長，塑性、韌性減少。當(dāng)含碳量到達(dá)0.8%時(shí)就是珠

光體的性能。過共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所構(gòu)成，含碳量靠近

1.0%時(shí)，強(qiáng)度到達(dá)最大值，含碳量繼續(xù)增長，強(qiáng)度下降。由于二次滲碳

體在晶界形成持續(xù)日勺網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致鋼的脆性增長。

白口鐵中由于其組織中存在大量日勺滲碳體，具有很高日勺硬度和脆性，難以

切削加工。

8.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。

答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所溝成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體

中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼日勺組織由珠光體所構(gòu)成。過共析

鋼H勺組織由珠光體和二次滲碳體所構(gòu)成，其中二次滲碳體在晶界形成持

續(xù)日勺網(wǎng)絡(luò)狀。

共同點(diǎn)：鋼的組織中都具有珠光體。不一樣點(diǎn)：亞共析鋼口勺組織是鐵素

體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼口勺組織是珠光

體和二次滲碳體。

9,分析含碳量分別為0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)

緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過程和室溫組織.

答：0.80%C:在1?2點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，所有轉(zhuǎn)

變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)（727C）,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)

變結(jié)束時(shí)所有為珠光體P,珠光體中區(qū)I滲碳體稱為共析滲碳體，

當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶

度線PQ變化，析出三次滲碳體形3c山，它常與共析滲碳體長在

一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽視。

室溫時(shí)組織Po

0.60%C：合金在1?2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，所有轉(zhuǎn)

變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)開始析出F,3-4點(diǎn)A成分沿GS線變化,

鐵素體成分沿GP線變化，當(dāng)溫度到4點(diǎn)時(shí)，奧氏體的成分到達(dá)S

點(diǎn)成分（含碳0.8%）,便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)，原

先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為0.02%C,

因此共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金日勺組織為先共析鐵素體和珠光體，當(dāng)

溫度繼續(xù)下降時(shí)，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳

體，同樣Fe3GH量很少，可忽視。

因此含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P

1.0%C：合金在1?2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，合金為

單相奧氏體，冷卻到3點(diǎn)，開始從奧氏體中析出二次滲碳體Fig，

民3。沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，3.4間q3。不停析出，

奧氏體成分沿ES線變化，當(dāng)溫度抵達(dá)4點(diǎn)(727℃)時(shí)，其含碳量

降為0.77%,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)先析出時(shí)

睦3。保持不變，稱為先共析滲碳體，因此共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)的組織

為先共析二次滲碳體和珠光體，忽視FgGn。

室溫組織為二次滲碳體和珠光體。

10.指出下列名詞的重要區(qū)別：

1)一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體；

答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。

一次滲碳體：從A中析出W、JFe3c稱為一次滲碳體。

三次滲碳體：從F中析出的F/C稱為三次滲碳體形3Gli。

共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成日勺滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳

體。

共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中日勺滲碳體稱為共析滲碳

體。

2)熱脆與冷脆。

答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)鋼材

在1000℃?1200C壓力加工時(shí)?，會沿著這些低熔點(diǎn)共晶體出J邊界開

裂，鋼材將變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。

冷脆：P使室溫下口勺鋼口勺塑性、韌性急劇減少，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有

所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆二

11.根據(jù)Fe-Fe3C相圖，計(jì)算：

1)室溫下，含碳0.6%的鋼中珠光體和鐵素體各占多少；

2)室溫下，含碳1.2%的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少；

3)鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。

答:1)Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74%1%=1-74%=26%

2)Wp=(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70%W%3cH=?70%=30%

3)WFe3CII=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%

WFe3CII1=0.02/6.69*10096=33%

12.某工廠倉庫積壓了許多碳鋼(退火狀態(tài))，由于鋼材混雜，不懂得鋼的化

學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其

中鐵素體占80%,問此鋼材歐I含碳量大概是多少？

答：由于組織為珠光體+鐵素體，闡明此鋼為亞共析鋼。

Wa=80%=(0.8-Wc)/(0.8-0.02)*100%Wc=0.18%

13.對某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織的相構(gòu)成物為鐵素體+滲碳體(粒

狀)，其中滲碳體占18%,問此碳鋼的含碳量大概是多少？

答：WEe3cii=18%=(W-0.02)/(6.69-0.02)*100%Wc=l.22%

14.對某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體(網(wǎng)狀)，其中

珠光體占93%,問此碳鋼的含碳量大概為多少？

答：Wp=93%=(2.14-Wc)/(2.14-0.8)*100%=70%Wc=0.89%

15.計(jì)算Fe-1.4%C合金在700℃下各個(gè)相及其組分?jǐn)?shù)量和成分。

答：含1.4%C合金屬于過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體和

滲碳體。

Wp=(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100%=55%Th3cH=1-55%=45%

Wo=(6.69-1.4)/(6.69-0.02)*100%=79%WFe3C=l-79%=21%

16.根據(jù)Fe-Fe3C相圖，闡明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：

1)含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高；

答：鋼中伴隨含碳量的增長，滲碳體的含量噌長，滲碳體是硬脆相，因此含碳

量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高。

2)在室溫下，含碳0.8%的鋼其強(qiáng)度比含碳1.2%的鋼高；

答：由于在鋼中當(dāng)含碳量超過1.0%時(shí)，所析出口勺二次滲碳體在晶界形成持續(xù)

的網(wǎng)絡(luò)狀，使鋼H勺脆性增長，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。因此含碳0.8%的鋼其強(qiáng)度

比含碳1.2%口勺鋼高。

3）在1100℃,含碳0.4%的鋼能進(jìn)行鑄造，含碳4.0%的生鐵不能鑄造;

答：在1100C時(shí)，含碳0.4%的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因

此適合于鑄造；含碳4.0%的生鐵的組織中具有大量日勺滲碳體，滲碳體的

硬度很高，不適合于鑄造。

4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩（用

60、65、70、75等鋼制成）；

答：綁軋物件的性能規(guī)定有很好H勺韌性，因此選用低碳鋼有很好H勺塑韌性，鍍

鋅低碳鋼絲；而起重機(jī)吊重物用鋼絲繩除規(guī)定有一定H勺強(qiáng)度，還要有很高

的彈性極限，而60、65、70、75鋼有高的強(qiáng)度和高的彈性極限。

這樣在吊重物時(shí)不會斷裂。

5）鉗工鋸T8,T10,T12等鋼料時(shí)比鋸10,20鋼費(fèi)力，鋸條輕易磨鈍；

答：T8,T10,T12屬于碳素工具鋼，含碳量為0.8%,1.0%,1.2%,因而鋼中

滲碳體含量高，鋼的硬度較高；而10,20鋼為優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，屬于低碳

鋼，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸T8,T10,T12等鋼料時(shí)比鋸10,20鋼

費(fèi)力，鋸條輕易磨鈍。

6）鋼合適于通過壓力加工成形，而鑄鐵合適于通過鑄導(dǎo)致形。

答：由于鋼的含碳量范圍在0.02%?2.14%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量

較多，而鐵素體有很好的塑韌性，因而鋼合適于壓力加工；而鑄鐵組織中

具有大量以滲碳體為基體H勺萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵合適于通

過鑄導(dǎo)致形。

17.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(qiáng)化：另一部

分Mn溶于Fe3c中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強(qiáng)度提高，Mn

與S化合成MnS,能減輕S的有害作用。當(dāng)Mn含量不多，在碳鋼

中僅作為少許雜質(zhì)存在時(shí)，它對鋼的性能影響并不明顯。

Si：Si與Mn同樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬

度、彈性提高，而塑性、韌性減少。當(dāng)Si含量不多，在碳鋼中僅作為

少許夾雜存在時(shí)，它對鋼的性能影響并不明顯。

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(dāng)鋼材在1000℃?1200C壓力加工時(shí);由于FeS-Fe共

晶（熔點(diǎn)只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。

P:磷在鋼中所有溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，

但卻使室溫下日勺鋼的I塑性、韌性急劇減少，并使鋼區(qū)I脆性轉(zhuǎn)化溫度有

所升高，使鋼變脆。

18.試述碳鋼的分類及牌號的表達(dá)措施。

答：分類：1）按含碳量分類

低碳鋼：含碳量不不小于或等于0.25%H勺鋼，0.01?0.25%CW0.25%C

中碳鋼：含碳量為0.30?0.55%的鋼0.25?0.6%C

高碳鋼：含碳量不小于（）.6%的鋼（）.6?1.3%C>0.6%C

（2）按質(zhì)量分類：即具有雜質(zhì)元素S、P的多少分類：

一般碳素鋼：SW0.055%PW0.045%

優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、PW0.035?0.040%

高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：SW0.02?0.03%；PW0.03?0.035%

（3）按用途分類

碳素構(gòu)造鋼：用于制造多種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及

機(jī)器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。

碳素工具鋼：用于制造多種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)

量上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。

牌號H勺表達(dá)措施：（1）一般碳素構(gòu)造鋼：

用Q+數(shù)字表達(dá)，“Q”為屈服點(diǎn)，“屈”漢語拼音，數(shù)字表達(dá)屈服點(diǎn)數(shù)值。

若牌號背面標(biāo)注字母A、B、C、D,則表達(dá)鋼材質(zhì)量等級不一樣，A、B、

C、D質(zhì)量依次提高，“F”表達(dá)沸騰鋼，“b”為半鎮(zhèn)靜鋼,不標(biāo)“F”和"b”

的為鎮(zhèn)靜鋼。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼：

牌號是采用兩位數(shù)字表達(dá)的，表達(dá)鋼中平均含碳量的萬分之幾。若鋼中含

鋸量較高，須將鎰元素標(biāo)出，

（3）碳素工具鋼：

此類鋼的牌號是用“碳”或“T"字后附數(shù)字表達(dá)。數(shù)字表達(dá)鋼中平均含

碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號最終附以“A”字。

19.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是怎樣根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例闡明他們的

用途？

答：低碳鋼:含碳量不不小于或等于0.25%的鋼;08、10、鋼,塑性、韌性好,

具有優(yōu)良日勺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(jī)上H勺冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛

室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面規(guī)定

耐磨、心部強(qiáng)度規(guī)定不高的滲碳零件，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）后具有良好口勺綜合機(jī)械性能，即具有較高II勺強(qiáng)度

和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；

高碳鋼：含碳量不小于0.6%的鋼；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）

后具有高H勺彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造規(guī)定較

高韌性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T9、

TH）、T1K用于制造規(guī)定中韌性的工具，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、鋰刀、

刮刀、精車刀等。

20.下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、一般螺釘、車床主軸。

答：手鋸鋸條：它規(guī)定有較高口勺硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如

T9、T9A、T1O、T1OA、Til、TllAo

一般螺釘：它要俁證有一定日勺機(jī)械性能,用一般碳素構(gòu)造鋼制造，如Q195、

Q215、Q235o

車床主軸：它規(guī)定有較高的綜合機(jī)械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，如30、

35、40、45、50o

21.指出下列多種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、重要特點(diǎn)及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、

T10A、T12A

答：Q235-AF：一般碳素構(gòu)造鋼，屈服強(qiáng)度為235MPaH勺A級沸騰鋼。

Q235-C:屈服強(qiáng)度為235MPa的C級一般碳素構(gòu)造鋼，

Q195-B:屈服強(qiáng)度為195MPa日勺B級一般碳素構(gòu)造鋼，

Q255-D:屈服強(qiáng)度為255MPa口勺D級一般碳素構(gòu)造鋼，

Q195、Q235含碳量低，有一定強(qiáng)度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等,

用于橋梁、建筑等鋼構(gòu)造，也可制造一般H勺釧釘、螺釘、螺母、墊圈、地

腳螺栓、軸套、銷軸等等，Q255鋼強(qiáng)度較高，塑性、韌性很好，可進(jìn)行焊

接。一般扎制成型鋼、條鋼和鋼板作構(gòu)造件以及制造連桿、鍵、銷、簡樸

機(jī)械上的齒輪、軸節(jié)等。

40:含碳量為0.4%的優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼。

45含碳量為0.45%日勺優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼。

40、45鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機(jī)械性能，即具

有較高日勺強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。

08：含碳量為0.08涮勺優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼。塑性、韌性好，具有優(yōu)良W、J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(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機(jī)駕駛室等。

20：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼。用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、

表面規(guī)定耐磨、心部強(qiáng)度規(guī)定不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。

20R：含碳量為0.2%H勺優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，容器專用鋼。

20G：含碳量為0.2%日勺優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，鍋爐專用鋼。

T8：含碳量為0.8機(jī)^碳素工具鋼。用于制造規(guī)定較高韌性、承受沖擊負(fù)

荷H勺工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。

T10A：含碳量為1.0%H勺高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用于制造規(guī)定中韌性H勺工

具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。

T12A：含碳量為1.2%/、J高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。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、鋅刀、

刮刀、精車刀。

第五章鋼的熱處理

1.何謂鋼的熱處理？鋼的熱處理操作有哪些基本類型？試闡明熱處理同其他

工藝過程的關(guān)系及其在機(jī)械制造中的地位和作用。

答：(1)為了變化鋼材內(nèi)部的組織構(gòu)造，以滿足對零件的I加工性能和使用性能

的規(guī)定所施加的一種綜合的熱加工工藝過程。

(2)熱處理包括一般熱處理和表面熱處理；一般熱處理里面包括

退火、正火、淬火和回火，表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理,

表面淬火包括火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火，化學(xué)熱處理

包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等。

(3)熱處理是機(jī)器零件加工工藝過程中的重要工序。一種毛坯件通過預(yù)備

熱處理，然后進(jìn)行切削加工，再通過最終熱處理，通過精加工，最終

裝配成為零件。熱處理在機(jī)械制造中具有重要的地位和作用，合適的

熱處理可以明顯提高鋼的機(jī)械性能，延長機(jī)器零件的使用壽命。熱處

理工藝不僅可以強(qiáng)化金屬材料、充足挖掘材料潛力、減少構(gòu)造重量、

節(jié)省材料和能源，并且可以提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長機(jī)器零件

時(shí)使用壽命，做到一種頂兒種、頂十兒種。此外，通過熱處理還可使

工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學(xué)性能。

2.解釋下列名詞：

1)奧氏體的起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度;

答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完畢，其晶粒邊

界剛剛接觸時(shí)口勺晶粒大小。

（2）實(shí)際晶粒度：是指在某一詳細(xì)口勺熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。

（3）本質(zhì)晶粒度：根據(jù)原則試驗(yàn)措施，在930±10℃保溫足夠時(shí)間（3-8小

時(shí)）后測定日勺鋼中晶粒日勺大小。

2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；

答：珠光體：鐵素體和滲碳體口勺機(jī)械混合物。

索氏體：在650?600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。

屈氏體：在600?550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。

貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體構(gòu)成的混合物。

馬氏體：碳在。-Fe中小J過飽和固溶體。

3）奧氏體、過冷奧氏體、殘存奧氏體；

答：奧氏體：碳在/一所中形成的間隙固溶體.

過冷奧氏體：處在臨界點(diǎn)如下H勺不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解日勺奧氏體稱為過

冷奧氏體。

殘存奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余H勺奧氏體。

4）退火、正火、淬火、回火、冷處理、時(shí)效處理（尺寸穩(wěn)定處理）;

答:退火:將工件加熱到臨界點(diǎn)以上或在臨界點(diǎn)如下某一溫度保溫一定期間后,

以十分緩慢日勺冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進(jìn)行冷卻口勺一種操作。

正火：將工件加熱到h或Accm以上30?80℃,保溫后從爐中取出在空氣中

冷卻。

淬火：將鋼件加熱到AC3或Aci以上30?50℃,保溫一定期間，然后迅速冷

卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。

回火：將淬火鋼重新加熱到A點(diǎn)如下日勺某一溫度，保溫一定期間后，冷卻

到室溫口勺一種操作。

冷處理：把冷到室溫H勺淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘存奧氏體

的操作。

時(shí)效處理：為使二次淬火層日勺組織穩(wěn)定，在110'150℃通過6、36小時(shí)H勺人

工時(shí)效處理，以使組織穩(wěn)定。

5）淬火臨界冷卻速度（VQ,淬透性，淬硬性；

答：淬火臨界冷卻速度（VQ：淬火時(shí)獲得所有馬氏體組織的最小冷卻速度。

淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。

淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。

6）再結(jié)晶、重結(jié)晶;

答：再結(jié)晶：金屬材料加熱到較高W、J溫度時(shí)，原子具有較大的活動能力,

使晶粒日勺外形開始變化。從破碎拉長口勺晶粒變成新的等軸

晶粒。和變形前口勺晶粒形狀相似，晶格類型相似，把這一

階段稱為“再結(jié)晶二

重結(jié)晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發(fā)生晶體構(gòu)造的

變化，稱為重結(jié)晶。

7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。

答：調(diào)質(zhì)處理：淬火后的高溫回火。

變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，導(dǎo)致大

量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目

大大增長，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。

3.指出A1、A3、Acm；Aci>AC3>Accra>A「l、A「3、Arcn各臨界點(diǎn)的意乂。

答：A.：共析轉(zhuǎn)變線，含碳量在0.02?6.69斷勺趺碳合金冷卻到727℃時(shí)均有

共析轉(zhuǎn)變發(fā)生，形成P。

A3：奧氏體析出鐵素體日勺開始線。

碳在奧氏體中的溶解度曲線。

ACI：實(shí)際加熱時(shí)口勺共析轉(zhuǎn)變線。

AC.3：實(shí)際加熱時(shí)奧氏體析出鐵素體的開始線。

Acm：實(shí)際加熱時(shí)碳在奧氏體中tf、J溶解度曲線。

ArI：實(shí)際冷卻時(shí)日勺共析轉(zhuǎn)變線。

Ar3：實(shí)際冷卻時(shí)奧氏體析出鐵素體的開始線。

Arcm：實(shí)際冷卻時(shí)碳在奧氏體中日勺溶解度曲線。

4.何謂本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體晶粒與否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼

的細(xì)？

答：（1）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：加熱到臨界點(diǎn)以上直到930℃,隨溫度升高，晶粒

長大速度很緩慢，稱本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。

（2）不一定。本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大傾向H勺大小。

本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細(xì)晶粒，而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼若

在較高溫度下加熱也會得到粗晶粒。

5.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特

點(diǎn)？

答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。

（2）珠光體是過冷奧氏體在550c以上等溫停留時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素

體和滲碳體構(gòu)成口勺片層相間口勺組織。索氏體是在650?6。0℃溫度范

圍內(nèi)形成層片較細(xì)W、J珠光體。屈氏體是在600?550℃溫度范圍內(nèi)形

成片層極細(xì)的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強(qiáng)化作用

愈大，因而強(qiáng)度和硬度升高，同步，由于此時(shí)滲碳體片較薄，易隨鐵

素體一起變形而不脆斷，因此細(xì)片珠光體又具有很好的韌性和塑性。

6.貝氏體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特

點(diǎn)？

答：(1)兩種。上貝氏體和下貝氏體。

(2)上貝氏體口勺形成溫度在600?350℃。在顯微鏡下呈羽毛狀，它是由

許多互相平行的過飽和鐵素體片和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體

構(gòu)成H勺混合物。其硬度較高，可達(dá)HRC40?45,但由于其鐵素體片

較粗，因此塑性和韌性較差。下貝氏體的形成溫度在350℃-Ms,

下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀，在電鏡下觀測是由針葉狀

(1勺鐵素體和分布在其上的極為細(xì)小的滲碳體粒子構(gòu)成的。下貝氏體

具有高強(qiáng)度、高硬度、高塑性、高韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性

能。

7.馬氏體組織有哪幾種基本類型？它們在形成條件、晶體構(gòu)造、組織形態(tài)、

性能有何特點(diǎn)？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系怎樣?

答：(1)兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。

(2)奧氏體轉(zhuǎn)變后，所產(chǎn)生的M日勺形態(tài)取決于奧氏體中日勺含碳量，含碳量

<0.6%的為板條馬氏體；含碳量在0.6-1.0%之間為板條和針狀混合

的馬氏體；含碳量不小于1.0%日勺為針狀馬氏體。低碳馬氏體的晶體

構(gòu)造為體心立方。隨含碳量增長，逐漸從體心立方向體心正方轉(zhuǎn)變。

含碳量較高的鋼的晶體構(gòu)造一般出現(xiàn)體心正方。低碳馬氏體強(qiáng)而韌，

而高碳馬氏體硬而脆。這是由于低碳馬氏體中含碳量較低，過飽和度

較小，晶格畸變也較小，故具有良好的綜合機(jī)械性能。隨含碳量增長,

馬氏體的過飽和度增長，使塑性變形阻力增長，因而引起硬化和強(qiáng)化。

當(dāng)含碳量很高時(shí)，盡管馬氏體H勺硬度和強(qiáng)度很高，但由于過飽和度太

大，引起嚴(yán)重H勺晶格畸變和較大的內(nèi)應(yīng)力，致使高碳馬氏體針葉內(nèi)產(chǎn)

生許多微裂紋，因而塑性和韌性明顯減少。

(3)伴隨含碳量的增長，鋼的硬度增長。

8.何謂等溫冷卻及持續(xù)冷卻？試?yán)L出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。

答：等溫冷卻：把奧氏體迅速冷卻到An如下某一溫度保溫