机械工程材料学习资料Word文件下载.docx

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√

车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：

下料→锻造→正火→机加工→调质→机加工（精）→轴颈表面淬火→低温回火→磨加工

指出：

1）什么是正火工艺？

退火的目？

2）45钢正火时的加热温度？

获得的组织是什么？

3）什么是调质？

调质的目？

45钢调质后的组织是什么？

4）表面淬火目的？

淬火后的组织是什么？

5）低温回火的温度范围？

目的是什么？

6）轴颈表面和心部的最终组织是什么？

参考简短答案：

1）什么是正火工艺？

将钢加热到适当的温度，保温一段时间，在空气中冷却的热处理工艺。

细化晶粒，消除应力；

改善切削加工性能，均匀化组织和成分。

加热到Ac3＋50℃,获得S

淬火+高温回火的热处理工艺。

强度硬度塑性韧性达到良好配合

S回

提高轴颈表面硬度。

M

150~250℃.消除表面淬火热应力，稳定组织。

表面M＋A’心部S回

汽车齿轮受力大，冲击频繁，常选用20CrMnTi制造，工艺路线为

下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→磨加工

1）渗碳+淬火+低温回火后，齿面组织是什么？

硬度可达到多少？

2）淬透和为淬透时，齿轮心部组织是什么？

3）齿轮具有哪些优异性能？

参考简短答案：

1）渗碳+淬火+低温回火后，齿面组织是什么？

回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体。

58-62HRC

淬透时，心部组织为低碳回火马氏体，为淬透时为F+S

形成了外硬内韧组织。

耐冲击能力、弯曲疲劳强度和接触疲劳强度均提高。

已知某轴的材料为20CrMnTi钢，其生产工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渗碳+淬火+低温回火→精加工→装配

请说明各道热处理工序的作用及热处理后材料由表及里的组织形态。

答：

正火的目的是改善锻造不良组织和切削加工性，组织为F+S。

渗碳的目的提高表面含碳量,由表及里为过共析钢、共析钢、亚共析钢。

淬火+低温回火，为的是保证表面获得高硬度和高耐磨性，心部具有良好配合的强度和韧性。

心部，M回+F。

表层，M回+颗粒状碳化物+A’（少量）。

用T10钢制造形状简单的车刀，其加工路线为：

锻造→预备热处理→切削加工→最终热处理→磨加工。

试写出各热处理工艺名称、热处理后组织及作用。

预备热处理：

球化退火（粒状珠光体）或正火处理（索氏体），作用是降低硬度，改善切屑加工性。

最终热处理：

淬火+低温回火（回火马氏体），稳定组织，减小脆性和应力，达到所需要的硬度、强度、耐磨性，从而提高车刀的加工性能。

返回测验列表

合金2.晶体3.晶格4.晶胞1．回复2.再结晶3．结晶4．过冷度5．加工硬化

固溶体2.金属化合物3.固溶强化4．弥散强化5.细晶强化

铁素体2.奥氏体3.渗碳体4．珠光体5.莱氏体6.马氏体7.索氏体8.托氏体9.贝氏体1．热处理2调质3．退火4.正火5.淬火6.回火

水韧处理

1．过冷度

答案关键:

晶体的理论结晶温度与实际结晶温度的差值被称为过冷度。

2．变质处理：

变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。

3．再结晶：

当冷变形金属被加热至较高温度时，由于原子活动能力增强，金属的显微组织将发生明显变化，由原来破碎、被拉长或压扁的晶粒变为新的均匀、细小的等轴晶粒。

新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程复合形核和晶核长大的规律，故称为再结晶。

4．马氏体

“碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体。

”

5．球化退火：

“使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。

将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

2.加工硬化：

3.冲击韧性：

4.弥散强化：

是指金属在塑性变形过程中，随着变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化（也叫形变强化）。

金属材料在冲击载荷下抵抗破坏的能力。

当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金强度、硬度和耐磨性明显提高的现象。

大项1,题目1（填空）

按Fe-Fe3C相图中碳的含量及室温组织的不同，钢分为____　、　____和　____　

亚共析钢　

共析钢　和　过共析钢

大项1,题目2（填空）

室温下wC=0.9%的碳钢比wC＝1.2%的碳钢强度____　　

　高

大项1,题目3（填空）

按回火温度不同回火分为____、____和____；

分别得到的组织为____、____和____。

低温回火

中温回火

高温回火

回火马氏体

回火托氏体

回火索氏体

大项1,题目4（填空）

根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为　____　、　____　和　____　。

白口铁

灰口铁

麻口铁

大项1,题目5（填空）

金属结晶的过程是一个　　____　　　　和　____　　　　　　的过程。

形核

晶核长大

大项1,题目6（填空）

常见的力学性能指标有____、____、____、____、____。

强度

硬度

塑性

韧性

疲劳强度

大项1,题目7（填空）

生产中为细化晶粒，提高金属的力学性能，常采用以下方法____、____、____

增加过冷度

变质处理

附加震动

大项1,题目8（填空）

三种常见的典型晶体结构是　____　、____和　____　

体心立方晶格

　面心立方晶格　

密排立方晶格

1.按Fe-Fe3C相图中碳的含量及室温组织的不同，钢分为　____。

答案：

亚共析钢　、　共析钢和　过共析钢

2.按回火温度不同回火分为____。

低温回火、中温回火和高温回火

3.按照溶质原子在溶剂中位置的不同,固溶体分为____。

置换固溶体和间隙固溶体

4.根据石墨形态，灰口铸铁可分为____。

灰铸铁　、　可锻铸铁　、球墨铸铁和　蠕墨铸铁　

5.生产中为细化晶粒，提高金属的力学性能，常采用以下方法____。

增加过冷度、变质处理、附加震动

6.材料牌号QT600-3中,600____。

表示最低抗拉强度为600MPa,3表示最低伸长率为3%

7.典型铸锭结构的三个晶区分别为____。

表面细晶等轴晶区、柱状晶区和中心等轴晶区

1．纯铁的多晶型转变是____。

同素异晶转变

2．面心立方晶胞中实际原子数为____。

3

3．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着____关系。

相互垂直

18．影响铸铁石墨化的因素是____。

化学成分和冷却速度

5．固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为____。

间隙固溶体、置换固溶体

4．过冷度与冷却速度的关系为____。

17．为了消除奥氏体不锈钢的晶间腐蚀采取的措施有____。

稳定化处理、去应力退火

7．热加工对金属组织和性能的影响有____。

晶粒细化、形成纤维组织、气孔焊合

大项1,题目9（填空）

6．金属单晶体滑移的特点是____

滑移只能在切应力作用下才会发生、位错运动造成滑移、滑移总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍、滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面（密排面）和其上密度最大的晶向（密排方向）进行。

大项1,题目10（填空）

14．40Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造弹簧零件的钢为____。

60Si2Mn

大项1,题目11（填空）

11．钢获得马氏体的条件是____。

快速冷却、无扩散型的相变

12．钢经调质处理后获得的组织是____。

大项1,题目13（填空）

13．金元素Cr、Mo、V对C曲线的影响____。

C曲线右移且分成两条

10．贝氏体类型的组织有____。

上贝氏体、下贝氏体

大项1,题目15（填空）

9．常见的普通热处理有____。

退火、正火、淬火、回火

16．W18Cr4V中W的主要作用是____，Cr的主要作用是____，V的主要作用是____。

提高钢的硬度、耐磨性和热硬性

提高淬透性

15．渗碳钢____（直接淬火，一次淬火，二次淬火）后性能最好。

二次淬火

大项1,题目18（填空）

8．金属材料的力学性能包括____。

强度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度

大项1,题目19（填空）

1.三种常见的典型晶体结构是　____。

体心立方晶格　、　面心立方晶格　和　密排立方晶格　

2.根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为　____。

白口铁　、　灰口铁　和　麻口铁

3.按Fe-Fe3C相图中碳的含量及室温组织的不同，钢分为____。

亚共析钢　、　共析钢　和　过共析钢　

4.按钢中含碳量高低，可将其分为____。

低碳钢、中碳钢、和高碳钢

5.典型铸锭结构的三个晶区分别为____。

表面细晶等轴晶区、柱状晶区和中心等轴晶区

杠杆定理

45钢的平衡结晶组织是什么？

可否用杠杆定律计算各组织百分含量，若能，请计算。

现甲、乙两厂生产同一种零件，均选45钢，硬度要求220HB～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。

答：

F+P，可用杠杆定律计算各组织百分含量。

WF=（0.77-0.45）/（0.77-0.0218）×

100%=42%WP=1-WF=57.2%

甲厂产品的正火组织为少量铁素体+珠光体，具有较高强度和一定塑韧性。

乙厂产品的调质组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。

金相观察测得，某种碳钢在室温组织中珠光体占70%，试问这种钢的含碳量是多少？

Wp=（Wc-0.0218）/（0.77-0.0218）=70%解得：

Wx=0.55

题目1of1

1.什么是金属的力学性能？

金属力学性能主要有哪些评价指标？

2.硬度表示方法有哪些？

各适用于什么情况？

举出生产生活中的例子。

3.疲劳断裂产生原因？

如何提高零件的疲劳强度？

题目1of7

1．金属的塑性变形对金属的组织与性能有何影响？

（1）晶粒沿变形方向被拉长，形成纤维组织，性能趋于各向异性。

（2）晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化。

（3）形成形变织构，性能趋于各向异性。

2.何谓本质细晶粒钢？

本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

本质细晶粒钢在一定温度范围不长大晶粒的钢，当超过一定温度出现急剧粗大的钢成为本质细晶粒钢。

不一定。

本质晶粒度只代表钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。

本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒，而本质细晶粒钢若在较高温度下加热也会得到粗晶粒。

3.甲、乙两厂生产同一种零件，均选45钢，硬度要求220HB～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。

甲厂采用正火处理后获得的组织为索氏体，为片状珠光体和铁素体的混合物。

乙厂采用调质处理后获得的组织为回火索氏体。

尽管硬度都达到了要求，但调质处理后材料的塑性和韧性更好。

4.正火和退火的主要区别是什么？

（1）主要区别是冷却速度。

退火是让工件缓慢冷却，通常是随炉冷却或保温冷却，正火通常是让工件在空气中冷却。

因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。

另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

（2）目的不同。

退火的目的：

降低硬度，改善切削加工性；

消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹向；

细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

　正火目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。

（3）产物不同。

退火后的组织：

亚共析钢为F+P，共析钢为P，过共析钢为粒状珠光体=铁素体+粒状渗碳体。

正火后的组织：

亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。

5．分析高速钢W18Cr4V中合金元素的作用。

（１）钨的作用，钨是使高速钢具有红硬性的元素。

（２）钒的作用，钒是高速钢中提高红硬性的主要元素，其作用比钨还强。

高速钢的含钒量增加，红硬性和耐磨性提高，但是提高含钒量必须提高含碳量，以保证形成各种碳化物。

高速钢中含钒量为1%~5%，随含钒量增加，高速钢的切削加工性能下降。

（3）铬的作用，各种高速钢的铬含量一般都是4%左右，这是由于铬作用的两个方面决定的：

铬显著地提高钢的淬透性，加热时铬基本上全部溶入奥氏体中增加奥氏体的稳定性，铬也是碳化物形成元素，高速钢中的铬主要形成Cr23C6型碳化物；

铬的另一个重要作用是显著增加奥氏体向马氏体转变的体积膨胀量，因此具有增大残余奥氏体的倾向，铬含量过高，淬火残余奥氏体数量会明显地增多。

6．为什么绑扎物体一般用铁丝（低碳镀锌钢丝），而起吊重物缺用钢丝绳（含碳量0.6、0.65、0.7）?

绑轧物件一般所需强度不大，韧性和塑性要求好。

铁丝主要成分为铁素体，塑韧性好。

所以用铁丝。

起吊重物要求强度高，韧性也有要求，耐磨性也要好，钢丝绳的主要组织为珠光体，综合力学性能好，所以要用高碳钢。

7．化学成分和冷却速度对铸件石墨化和基体组织有何影响？

（1）化学成分灰铸铁除含碳元素外，还有硅、锰、硫和磷等元素，它们对铸铁石墨化的影响如下：

碳和硅碳和硅是强烈促进石墨化的。

碳是形成石墨的元素，含碳量愈高，析出的石墨就愈多、愈粗大，而基体中的铁素体含量增多，珠光体减少；

反之，石墨减少且细化。

锰和硫硫严重阻碍石墨化的元素。

含硫量高时，铸铁有形成白口的倾向，使铸铁具有热脆性，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。

锰能抵消硫的有害作用，故属于有益元素。

磷磷的影响不显著，可降低铁液的粘度而提高铸铁的流动性。

（2）冷却速度：

冷却速度过快会影响铸铁石墨化和基体组织的转化，形成白口铸铁。

题目1of17

什么是冷变形强化,在生产中具有什么重要的实际意义？

金属在发生塑性变形时，晶粒破碎为细碎的亚晶粒，变形量越大，晶粒被破碎得越严重，亚晶界越多，变形量越大，晶粒被破碎得越严重，亚晶界越多，位错密度越大，金属强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象为加工硬化。

其意义：

1.强化手段。

2.变形均匀。

3.提高构件安全性。

题目2of17

通过什么热处理工艺可使20Cr钢表面是回火马氏体和碳化物，心部是板条回火马氏体？

下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火（6分）

题目3of17

简述奥氏体形成过程？

1.奥氏体的形核和长大。

2.残余渗碳体的溶解。

3.奥氏体成分均匀化。

（6分）

题目4of17

在1100℃时，Wc＝0.4％的钢能进行锻造，而Wc＝4.0％的铸铁不能进行锻造？

在1100℃时，Wc＝0.4％的钢的组织是单相奥氏体，综合性能好，且变形均匀，而Wc＝4.0％的铸铁在1100℃时的组织为变态莱氏体和渗碳体，变态莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，所以脆性相多，且不是单相，变形不均匀，受力后易断裂，所以不能锻造。

5.简述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁在组织上的根本区别，对力学性能的影响？

灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁由基体组织和石墨组成，相同的基体组织，但是不同形态的石墨，力学性能则不同，由于石墨的存在，割裂了基体的连续性，减小了基体的有效承载截面，所以灰口铁的抗拉强度比相应基体的钢低，塑韧性极低。

灰铸铁中石墨形态为片状，尖角处易产生应力集中，球墨铸铁中石墨为球形，对基体的割裂和引起的应力集中明显减少，所以力学性能比灰铸铁要好得多，而可锻铸铁的石墨是团絮状，引起的应力集中要比灰铸铁小的多，但不如球墨铸铁，所以力学性能介于两者之间。

题目5of17

绑扎物体用低碳钢丝（15等），吊重物的钢丝绳却用高碳钢制成（70等）？

绑扎物体用钢丝要求材料塑、韧性好，强、硬度

绑扎物体用钢丝要求材料塑、韧性好，强、硬度低，而低碳钢的室温组织为F+P，且F量多，所以塑、韧性好，强、硬度低，符合性能要求。

起吊重物用钢丝要求强、硬度偏高，好的塑韧性，而高碳钢的室温组织为F+P，且P量多，所以强、硬度要偏高，符合性能要求。

题目6of17

为什么高速工具钢淬火温度为1280℃，并要经560℃三次回火？

560℃回火是否是调质？

为什么？

为使W、Mo、V尽可能多的溶入奥氏体，以提高热硬性。

淬火后组织为马氏体，粒状碳化物和残留奥氏体（20％～30％），为减少淬火后组织中的残留奥氏体，须进行多次回火，使残留奥氏体量从20％～30％减少到1％～2％，在回火过程中，从马氏体中析出弥散的特殊碳化物形成“弥散强化”，提高钢的硬度，同时从残留奥氏体中析出合金碳化物，降低残留奥氏体中合金浓度，使Ms升高，在随后冷却过程中残留奥氏体转变为马氏体，也使钢硬度提高，造成二次硬化，提高热硬性。

560℃回火不是调质，因为组织是回火马氏体、合金碳化物和少量残留奥氏体。

题目7of17

为什么室温下Wc＝0.9％的碳钢比Wc＝1.2％的碳钢强度高？

Wc＝0.9％的碳钢室温组织为P+Fe3CⅡ,Fe3CⅡ量少，但Wc＝1.2％的碳钢室温组织为P+Fe3CⅡ，由于含碳量高，Fe3CⅡ已形成完整的网格，脆性相分布在珠光体的晶界处，导致强度降低。

题目8of17

简述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁在组织上的根本区别，对力学性能的影响？

灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁由基体组织和石墨组成，相同的基体组织，但是不同形态的石墨，力学性能则不同，由于石墨的存在，割裂了基体的连续性，减小了基体的有效承载截面，所以灰口铁的抗拉强度比相应基体的钢低，塑韧性极低。

题目9of17

分析高速钢W18Cr4V中合金元素的作用。

若用其制造盘形铣刀，为什么要进行反复锻打？

为什么要进行三次560℃回火？

W18Cr4V成分

（1）W保证高的红硬性。

（2）Cr提高淬透性。

（3）V形成的碳化物具有很高的硬度，提高了耐磨性，阻碍了奥氏体的长大从而细化晶粒。

高速钢的碳及合金元素质量分数皆较高，属于莱氏体钢，铸态莱氏体组织为粗大、鱼骨状的共晶碳化物，分布不均匀，会使强度下降，脆性增加，并且不能通过热处理来改变碳化物分布，只有通过锻造将其击碎，使其均匀分布，锻后必须缓冷。

W18Cr4V钢淬火组织是马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物，其残余奥氏体量高达30％。

一次回火不能完全消除残余奥氏体，第一次回火后，残余奥氏体量由30％降为15％左右，第二次回火后还有5％～7％，第三次回火后残余奥氏体减少为1％一2％。

而且，后一次回火可消除前一次回火时马氏体转变产生的内应力。

题目10of17

为什么含碳量1.2％的碳钢强度反而下降呢？

铁丝成分为铁素体加珠光体，铁素体居多，塑性、韧性好，强度低，符合绑