新编工程材料课后题答案

新编工程材料课后题答案内容摘要：

火是钢的最经济和最有效的综合强化方法。 为什么碳质量分数为 %，铬质量分数为 12%的铬钢属于过共析钢，而碳质量分数为%、铬质量分数为 12%的钢属于莱氏体钢。 答：因加入 12%铬，使共析点 S 和 E 点碳质量分数降低，即 S 点和 E 点左移，使合金钢的平衡组织发生变化（不能完全用 FeFe3C来分析），碳质量分数为 %、铬质量分数为 12%的铬钢出现了二次碳化物，因而属于过共析钢；而碳质量分数为 %、铬质量分数为 12%的钢已具有莱氏体钢。 4 用 T10 钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为： 锻造一热处理一机 加工 一热处理一磨加工。 ① 写出其中热处理工序的名称及作用。 ② 制定最终热处理 (磨加工前的热处理 )的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。 答： ① 锻造一正火一球化退火一机加工一淬火、低温回火一磨加工。 正火：得到 S+二次渗碳体、细化组织，消除网状二次渗碳体，为球化退火做准备。 球化退火：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，得到球 状珠光 体。 改善机加工性能，同时为淬火做组织准备。 淬火：得到马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体。 提高硬度，提高车刀的耐磨性。 低温回火：得到回火马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体，降低淬火应力，提高工件韧性，同时保证淬火后的高硬度和 高耐磨性。 ② 淬火：加热温度 760℃ ，保温后水冷 低温回火：加热温度 150— 250℃ ，保温后 (＜ 2h)炉冷或空冷。 成品组织：回火马氏体十碳化物十残余奥氏体 ； 硬度： 58— 64HRC 第三章 说出 Q235A、 1 4 6 T T12 等钢的钢类、碳的质量分数，各举出一个应用实例。 答：如表 11 所示 钢 类 碳质量分数 应用实例 Q235A 碳素结构钢 %～ % 钢筋、钢板、钢管等 15 优质碳素结构钢 约 % 冲压件及焊接件，经热处理后可制造轴、销等零件 45 优质碳素结构钢 %～ % 齿轮、轴类、套筒等零件 65 优质碳素结构钢 %～ % 弹簧 T8 碳素工具钢 %～ % 冲头、凿子、锤子等工具 T12 碳素工具钢 %～ % 锉刀、刮刀等刃具和量规、样套等量具 为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素 ? 答：我国的低合金结构钢基本上不用贵重的 Ni、 Cr 等元素，而以资源丰富的 Mn 为主要元素。 锰除了产生较强的固溶强化效果外，因它大大降低奥氏体分解温度，细化了铁素体晶粒，并使珠光体片变 细，消除了晶界上的粗大片状碳化物，提高了钢的强度和韧性，所以低合金高强钢用锰作为主要的合金元素。 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。 答：渗碳钢的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如 Cr、 Ni、 Mn等，以提高热处理后心部的强度和韧性；加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素如 Ti、 V、 W、 Mo 等，形成稳定的合金碳化物。 并增加渗碳层的硬度，提高耐磨性。 热处理特点是渗碳后直接淬火，再低温回火，得到的表面渗碳层组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成，心部多数情况为屈氏体、回火马氏体和少量铁素体。 调质钢 的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如Cr、 Mn、 Ni、 Si、 B 等，并可提高钢的强度，加入防止第二类回火脆性的元素如 Mo、 W；热处理特点是淬火 (油淬 )后高温回火，得到的组织是回火索氏体。 有两种高强螺栓，一种直径为 10mm，另一种直径 30mm，都要求有较高的综合机械性能：σ b≥ 800MPa，α k≥ 600KJ/m2。 试问应选择什么材料及热处理工艺。 答：为满足机械性能要求，应考虑材料的淬透性能。 对于直径为 30mm的螺栓，选择 40Cr，该钢有较好的渗透性。 热处理工艺为 850℃油淬， 520℃回火；对于直径 位为 10mm 的螺栓，选择 45 钢代替 40Cr，可节约 Cr 且达到基本要求，热处理工艺为 840℃水淬， 600℃回火。 为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素 ?为什么要进行中温回火 ? 答：硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性，同时提高屈强比。 进行中温回火的目的在于获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度，弹性极限高，并有一定的塑性和韧性。 轴承钢为什么要用铬钢。 为什么对非金属夹杂限制特别严格。 答：铬能提高淬透性，形成合金渗碳体（ Fe, Cr） 3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度，因此轴承钢 以铬作为基本合金元素。 轴承钢中非金属夹杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能，尤其是对接触疲劳强度影响很大，因为夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点，因此，轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。 简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素的作用。 答：高速钢的成分特点是：（ 1）高碳，其碳质量分数在 %以上，最高可达 %左右，它一方面能保证与 W、 Cr、 V 等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。 （ 2）加入 W、 Cr、 V、 Mo 等合金元素。 加入 Cr 提高淬透性， 几乎所有高速钢的铬质量分数均为 4%。 铬的碳化物 Cr23C6 在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。 铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。 加入 W、 Mo 保证高的热硬性，在退火状态下， W、 Mo 以型碳化物形式存在。 这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后 W、Mo 存在于马氏体中，在随后的 560℃回火时，形成 W2C或 Mo2C弥散分布，造成二次硬化。 这种碳化物在 500～ 600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶得碳化物能起到阻 止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。 V能形成 VC（或 V4C3），非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。 同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。 热处理特点是 1220～ 1280℃淬火 +550～ 570℃三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。 性能特点是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。 其在高速切割中刃部温度达 600℃时，其硬度无明显下降。 W18Cr4V 钢的 Ac1 约为 820℃，若以一般工具钢 Ac1+（ 30～ 50）℃的常规方法 来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能。 为什么。 其实际淬火温度是多少。 答：若按照 Ac1+（ 30～ 50）℃的常规方法来确定 W18Cr4V 钢淬火加热温度，淬火加热温度为 850～ 870℃，不能达到高速切削刀具要求的性能。 因为高速钢中含有大量的 W、 Mo、Cr、 V 的难溶碳化物，它们只有在 1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为 1220～ 1280℃。 不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么。 答：不锈钢固溶处理的目 的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。 稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。 试分析 20CrMnTi 钢和 1Cr18Ni9Ti 钢中 Ti 的作用。 答： 20CrMnTi 钢种 Ti 的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。 1Cr18Ni9Ti 钢中 Ti 的作用是优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铬，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。 1试分析合金元素 Cr 在 40Cr、 GCr1 CrWMn、 1Cr1 1Cr18Ni9Ti、 4Cr9Si2 等钢中的作用。 答：在 40Cr 中：提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度。 在 GCr15中：提高淬透性，形成合金渗碳体（ Fe, Cr） 3C 呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。 在 CrWMn 中：提高淬透性。 在 1Cr13 中：提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高。 在 1Cr18Ni9Ti 中：提高基体的电极电位，在氧化性介质中极易钝化，形成致密和稳定的氧化膜，提高耐蚀性、抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。 在 4Cr9Si2 中：提高抗氧化性，并有利于热 强性，提高淬透性。 1试就下列四个钢号： 20CrMnTi、 6 T 40Cr 讨论下列问题。 在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。 答： (1) 加 热 温 度 相 同 的 情 况 下 ， 淬 透 性 20CrMnTi40CrT865 ，淬硬性T86540Cr20CrMnTi。 决定淬透性的因素是碳质量分数和合金元素， Cr、 Mn 等能显著提高淬透性，合金钢的淬透性一般要好于碳钢。 决定淬硬性的因素主要是马氏体的碳质量分数。 (2) 如下表所示。 用途 热处理工艺 最终组织 20CrMnTi 汽车、拖拉机上的变速箱齿轮等重要零件 渗碳 — 淬火 — 低温回火（ 870℃油淬 +200℃回火） 表面为合金渗碳体、回火 M 和少量残余奥氏体，心部多数情况下为T、回火 M 和少量铁素体 65 弹簧 淬火 +中温回火 回火 T T8 冲头、凿子、锤子等工具 淬火 +低温回火 回火 M 40Cr 连杆螺栓、进气阀、重要齿轮、轴类件 870℃油淬 +520℃回火 调质处理 +表面淬火 +低温回火 回火 S 表面回火 M、心部回火 S 1要使球墨铸铁的基本组织为铁素体、珠光体 或 下贝氏体，工艺上应如何控制 ? 答：要得到铁素体基体的球墨铸铁，应进行退火处理；要得到珠光体基体的球墨铸铁，应进行正火处理；要得到下贝氏体基体的球墨铸铁，则进行等温淬火。 1有一灰口铸铁铸件，经检查发现石墨化不完全，尚有渗碳体存在。 试分析其原因．并提出使这一铸件完全化的方法。 答：原因可能是铸铁结晶时冷却速度太快，碳原子不能充分扩散以石墨的形式析出，析出了渗碳体。 要使该铸件完全石墨化，应进行高温退火，使渗碳体分解成石墨。 如为共析渗碳体，可加热到 550℃ 以上并长时间保温，将共析渗碳体分解为石墨和铁素体。 1试述石墨形态对铸铁 性能的影响。 答：石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。 普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。 球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。 蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长厚比较小，端部较钝，对基体的割裂作用减小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。 可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的 强度、一定的延伸率。 1试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点。 答：铸铁性能优劣排序为：球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁。 与钢相比，铸铁具有以下性能特点： (1) 由于石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异； (2) 钢铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减小了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力； (3) 石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性能； (4) 石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗震性能； (5) 大量石墨的割裂作用 ，使铸铁对缺口不敏感。 其主要缺点是韧性、塑性较低。 1为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造 ? 答：铸铁的生产设备和工艺简单。 价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，其中灰口铸铁是应用最广泛的，尽管其抗拉强度和塑性都较低，但其良好的减振性能，能够满足一般机器的支架、机床的床身等使用场合。 1铝硅合金为什么要进行变质处理。 答：一般情况下，铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和 α固溶体组成，强度和塑性都较差；经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体，合金的强度和塑性显著提高，因此，铝硅合金要进行变质处理。 指出下列铜合金的类别、用途： H80、 H6 HPb63 HNi65 、 QBe2。 答：如下表所示。 合金牌号 类 别 用 途 H80 单相黄铜 薄壁管、装饰品 H62 双相黄铜 机械及电气零件、铆钉、螺帽、垫圈、散热器及焊接件、冲压件 HPb633 铅黄铜 钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件 HNi655 镍黄铜 船舶用冷凝管、电机零件 锡青铜 精密仪器中的耐磨零件盒抗磁元件、弹簧、艺术品 QBe2 铍青铜 重要的弹簧及弹性元件、耐磨元件、高压高速高温轴承、钟表齿轮、 罗盘零件 第 8 章 机械零件正确选材的基本原则是什么 ? 答：机械零件选材的最基本原则有： ①使用性能原则：优异的使用性能，材料的使用性能应满足使用要求。 ②工艺性能原则：保证零件便于加工制造，材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。 ③经济性原则：便宜的价格，采用便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济材效益。