金属材料及热处理2.docx
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金属材料及热处理2.docx
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金属材料及热处理2
本次作业是本门课程本学期的第2次作业,注释如下:
一、单项选择题(只有一个选项正确,共15道小题)
1.二元合金在发生共晶转变时,其相组成是()。
(D) 三相共存
2.实际金属结晶时,通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶粒的大小,在下列()情况下获得粗大的晶粒:
(B) N/G很小时
3.常温铁素体是碳溶解在()中所形成的间隙固溶体。
(A) α-Fe
4.()属于冶金缺陷。
(D) 缩孔
5.铁素体的机械性能特点是()
(C) 高塑性、低强度
6.共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时,其反应式为()。
(C) LA+Fe3C
7.()为共晶体。
(A) 莱氏体
8.在Fe-Fe3C相图中,Acm线也称为()。
(D) 固溶度线
9.下列铁碳合金在室温平衡状态,()成分的强度最高。
(B) 0.8%
10.铸铁的含碳量一般为()。
(C) 2.11~6.69%
11.钢的含碳量一般为()。
(A) 0.0218~2.11%
12.脆性相以()析出的危害最大。
(A) 网状
13.热处理能使钢的性能发生变化,其根本原因是()。
(A) 铁有同素异构转变
14.比较以下()的强度最高。
(D) S
15.钢经调质处理后获得的组织是()。
(C) 回火索氏体
二、不定项选择题(有不定个选项正确,共10道小题)
16.渗碳体的机械性能特点是()[不选全或者选错,不算完成]
(C) 高硬度
(D) 高脆性
17.()是碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体。
[不选全或者选错,不算完成]
(A) 铁素体
(B) 奥氏体
18.马氏体组织有()形态。
[不选全或者选错,不算完成]
(C) 板条状
(D) 针状
19.铸铁的力学性能可取决于()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A) 基体组织
(B) 石墨的形态
(C) 变质处理
(D) 石墨化程度
20.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用,其中细化晶粒作用最为显著的有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(B) Ti
(D) V
21.含有合金元素()较多的钢可能是本质粗晶钢。
[不选全或者选错,不算完成]
(A) Mn
(C) P
22.钢中常含有的有益元素主要有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A) Mn
(D) Si
23.钢经调质处理后的机械性能()[不选全或者选错,不算完成]
(B) 强度比正火高
(C) 塑性比正火更好
(D) 韧性比正火更好
24.齿轮类零件的主要失效形式有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(B) 疲劳断裂
(C) 过载断裂
(D) 表面损伤
25.选材的主要原则有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A) 使用性能原则
(B) 工艺性能原则
(C) 经济性原则
(D) 环境与资源原则
三、判断题(判断正误,共10道小题)
26. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
()
正确答案:
说法错误
27. 非晶体是各向同性的。
()
正确答案:
说法正确
28. 单晶体和多晶体都表现为各向异性。
()
正确答案:
说法错误
29. 合金中凡成分相同、结构相同,并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为组织。
()
正确答案:
说法错误
30. 固溶体的强度和硬度,比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。
()
正确答案:
说法正确
31. 在平衡结晶条件下,由于匀晶转变在整个结晶过程中,固相的成分沿着固相线变化,因此,结晶完成后,得到固体的成分是不均匀的。
()
正确答案:
说法正确
32. 无限固溶体一定是置换固溶体。
()
正确答案:
说法正确
33. Fe3CI与Fe3CⅡ的形态和晶体结构均不相同。
()
正确答案:
说法错误
34. 在Fe-Fe3C相图中,含碳量大于2.11%的成分在结晶过程中均会发生共晶反应。
()
正确答案:
说法正确
35. 只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应。
()
正确答案:
说法错误
四、主观题(共20道小题)
36. 现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金,它们的碳含量分别为0.2%,0.4%,1.2%,3.5%的合金。
根据你所学的知识,可有哪些方法区别它们?
参考答案:
答:
测量四块合金的硬度,其硬度随含碳量增加而升高。
观察四块合金的金相,0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢,其组织为珠光体+铁素体,珠光体的量随含碳量增加而增加;1.2%的合金为过共析钢,其组织为珠光体+二次渗碳体;3.5%的合金为亚共晶白口铁,其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
观察四块合金与砂轮磨出的火花,随着含碳量的增加,流线数量和爆花数量都急剧增多,碳含量超过0.8%以后,增多的趋势逐渐缓和。
37. 根据铁碳相图解释下列现象:
含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高;在室温平衡状态下,含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高;室温下莱氏体比珠光体塑性差。
参考答案:
1) 含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高;
钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成,随着含碳量的提高,钢中渗碳体的量提高,因此硬度提高。
2) 在室温平衡状态下,含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高;
钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标,细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度,因此提高珠光体的比例可改善钢的强度,而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。
0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢,同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体,故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。
3) 室温下莱氏体比珠光体塑性差;
室温下莱氏体Fe3C+P,即珠光体分布渗碳体相的基底上,而渗碳体基底的脆性极大,莱氏体表现为脆性的,几乎不能塑性变形。
38. 将含碳量分别为0.2%和0.6%的碳钢加热到860℃,保温相同时间,使奥氏体均匀化,问哪一种钢奥氏体晶粒易粗大?
为什么?
参考答案:
0.2%和0.6%的碳钢加热到860℃,均为完全奥氏体化,其奥氏体中的含碳量分别为0.2%和0.6%,由于奥氏体中C%↑→ 晶粒长大↑,故含碳量为0.6%的碳钢奥氏体晶粒易粗大。
39. 试比较S和S’、M和M’在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。
参考答案:
答:
形成条件
金相形态
性能特点
S
正火
铁素体和渗碳体相间分布呈细层片状
S’的强度、硬度、韧性、塑性均高于S
S’
淬火+高温回火
细小弥散的渗碳体粒分布在铁素体基体(等轴晶)上
M
淬火
低碳M呈板条状,高碳M呈针状(竹叶状)
M’保持了M的高硬度,同时降低了M的脆性及残余应力。
M’
淬火+低温回火
亚稳定的ε-Fe2.4C碳化物分布于过饱和的α’( 板条或针状)上
40. 试说明淬火钢回火的必要性。
参考答案:
答:
必要性——淬火组织的问题:
a.消除淬火应力,降低脆性
b.稳定工件尺寸,由于M,残余A不稳定
c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。
41. 为什么钢淬火后回火是钢最有效的强化手段?
参考答案:
答:
①淬火形成M:
固溶强化:
过饱和C和Me,
位错强化:
高密度位错
细晶强化:
极细小、不同取向的马氏体束
②回火
第二相强化:
析出细小碳化物粒子
基本保持了淬火态的细小晶粒、高密度位错及一定的固溶强化作用。
42. 确定下列钢件的退火方法及退火后的组织
1) 经冷轧后的15钢钢板。
要求降低硬度
2) 65钢切削加工前
3) 改善T12钢的切削加工性能
4) ZG35的铸造齿轮铸造后存在枝晶偏析
参考答案:
答:
1)再结晶退火,退火后的组织——F+P
2)完全退火,退火后的组织——F+P
3)球化退火,退火后的组织——球状渗碳体分布于铁素体基体上
4)扩散退火,退火后的组织——F+P
43. 指出下列工件的回火温度,并说明回火后的组织
1) 45钢轴
2) 60钢弹簧
3) T12钢锉刀
参考答案:
答:
1)560~600℃,回火后的组织——S’
2)350-500℃,回火后的组织——T’
3)150-250℃,回火后的组织——M’
44. 写出下列零件的最终热处理方式及其组织:
(1)60Si2Mn弹簧;
(2)高速钢车刀。
参考答案:
答:
60Si2Mn弹簧
高速钢车刀
最终热处理方式(各3分)
淬火+中温回火
淬火+550-570(600)℃回火三次
最终组织(各2分)
T’
M’+K
45. 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理在适用钢种、性能、应用等方面的差别。
参考答案:
答:
适用钢种
性能特点
应用
表面淬火——通过快速加热,使刚件表面很快到淬火的温度,在热量来不及穿到工件心部就立即冷却,实现局部淬火。
中碳钢、合金调质钢
获得高硬度,高耐磨性的表面,而心部仍然保持的良好韧性。
机床主轴,齿轮,发动机的曲轴等
渗碳处理——使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层,再经过淬火和低温回火,使工件的表面层具有高硬度和耐磨性,而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
低碳钢、合金渗碳钢
更高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
氮化处理——指在一定温度(一般在AC1)以下,使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
氮化温度低、变形小。
中碳钢、合金调质钢
优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温。
钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺杆、连杆、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等
46. 钢的回火脆性有哪几类?
其发生是否可逆?
如何避免?
参考答案:
答:
回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。
回火脆性可分为第一类回火脆性(250~400℃)和第二类回火脆性(450~650℃)。
第一类回火脆性与碳化物片沿M晶界析出有关,具有不可逆性,与回火后的冷却速度无关。
因此只能避免在此温度回火。
第二类回火脆性与P等元素在原A晶界偏聚有关,具有可逆性,与回火后的冷却速度有关,回火保温后,缓冷出现,快冷不出现,出现脆化后可重新加热后快冷消除。
因此可提高钢材的纯度(↓P等杂质元素含量);加入适量的Mo、W等有益的合金元素;采用回火后快冷的方法。
47. 为什么过共析钢的淬火温度不选择在ACCM以上?
参考答案:
答:
如过共析钢的淬火温度选择在ACCM以上,
(1)淬火温度过高→A粗大→M粗大,从而→①力学性能↓,→②淬火应力↑→变形,开裂↑;
(2)A中C%↑→M中C%↑→残余A↑→M脆性↑、HRC↓、耐磨性↓。
因此过共析钢的淬火温度不选择在ACCM以上。
48. 试分析金属的主要强化机制。
参考答案:
答:
(1)固溶强化:
溶质原子 → 晶格畸度 → 与位错相互作用 → 阻碍位错运动→强化。
(2)细晶强化:
晶界 → 阻碍位错运动 → 强化
(3)位错强化:
位错 → 增殖并相互作用 → 阻碍位错运动 → 强化
(4)第二相强化:
第二相粒子 → 阻碍位错运动 → 强化
49. 合金元素对钢的等温转变“C”曲线有哪些影响?
又是如何影响淬透性的?
参考答案:
答:
①“C”曲线位置:
除Co以外的合金元素均使“C”曲线右移,因此提高淬透性。
②“C”曲线形状:
碳化物形成元素(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)使“C”曲线上下分离成两个C形
③M转变临界温度:
除Co、Al以外的合金元素均使M转变临界温度下降。
50. 合金元素对钢的回火转变有哪些影响?
参考答案:
答:
(1)提高回火稳定性:
V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co;
(2)产生二次硬化:
沉淀硬化:
V、Mo、W、Cr(Ni、Co协同);(3)影响回火脆性:
(第二类回火脆性——450-600oC高温,与P有关):
增大第二类回火脆性:
Mn、Cr、Ni,消除第二类回火脆性:
Mo(0.5%)、W(1%)
51. 为何要向不锈钢中加入大量的Cr和Ni?
参考答案:
答:
加入Cr:
↑电极电位——含量>12.5%电极电位跃升(如马氏体不锈钢);
形成单相F——Cr量>12.7%→单相F(如铁素体不锈钢);
加入Ni:
形成单相A(如奥氏体不锈钢)
52. 手工锯条、普通螺钉、机床主轴分别用何种碳钢制造?
参考答案:
答:
手工锯条——T12;普通螺钉——Q235;机床主轴——45
53. 试对比渗碳钢和调质钢的合金化和热处理特点
参考答案:
答:
合金化特点
热处理特点
渗碳钢
①低C:
0.1%~0.25%
②加入提高淬透性元素:
Cr,Ni,Mn,B
③加入Mo、W、V、Nb、Ti等阻碍A晶粒长大和形成k(碳化物)提高耐磨性
④Ni增加渗层塑、韧性
正火——渗碳——淬火——低温回火
调质钢
①中C:
0.25%~0.50%,以0.4左右为主
②主:
加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B
③辅:
加入Mo,W消除回火脆性
正火——淬火——高温回火(——表面淬火)
54. 简述高速钢的热处理和性能特点,并说明合金元素的作用。
参考答案:
答:
高速钢的性能特点:
①高硬度:
HRC>60;②高耐磨性;③高热硬性;④足够塑性和韧性。
靠加入的合金元素的作用来保证:
①高C:
0.7%~1.5%→↑M硬度,形成高硬度的碳化物;②加入Cr(4%)提高淬透性→保证获得M;③加入W,Mo,形成二次硬化→保证高的热硬性;加入V形成高硬度的碳化物→提高耐磨性。
如W系——W18Cr4V热硬性突出;W-Mo系——W6Mo5Cr4V2热塑性、韧性突出。
55. 请分析高速钢工具的最终热处理中需回火三次的原因及使用态组织。
参考答案:
答:
淬火时1220-1280oC高温加热使合金元素充分溶解于奥氏体中,显著提高回火稳定性,550-570oC回火仍然处于低温回火阶段,三次回火后碳化物的充分析出,形成显著的二次硬化效应。
最终组织:
M'+K+A'
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- 金属材料 热处理