工程材料(机械类)试题答案以及复习要点归纳汇总(完整版)

工程材料学试题答案以及复习重点汇总机械工程材料复习材料结构与性能材料的性能使用性能机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）；工艺性能热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。材料的晶体结构的性能纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）；纯金属体心立方（）、面心立方（），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高EFEF实际金属晶体缺陷（点间隙、空位、置换；线位错；面晶界、压晶界）各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。合金多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。单相合金组织合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成。多相合金组织由两个以上固相组成的合金。多相合金组织性能较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织的合金。材料的组织结构与性能。结晶组织与性能F、P、A、FE3C、LD；1）平衡结晶组织平衡组织在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。2）成分、组织对性能的影响硬度HBS随C,硬度呈直线增加，HBS值主要取决于组成相的相对量。CFE3抗拉强度C09范围内，先增加，C0910后，值显著下降。BB钢的塑性、韧性随着C,呈非直线形下降。KA3）硬而脆的化合物对性能的影响第二相强化硬而脆的化合物，若化合物呈网状分布则使强度、塑性下降；若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基体上则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。塑性变形组织与性能1）组织与性能的变化金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态的非平衡组织，非平衡组织向平衡组织转变可通过再结晶、时效及回火实现。加工硬化，物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性产生纤维状组织；晶粒破碎、位错密度增加；织构现象的产生；残余内应力。2变形金属在加热过程中组织和性能的变化回复（去应力退火）强度和硬度略有下降，塑性略有提高。电阻和内应力等理化性能显著下降再结晶形成细小的等轴晶粒。加工硬化消失，金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显，而塑性和韧性显著，性能完全恢复到变形前的水平。热处理组织与性能1贝氏体的机械性能上贝氏体铁素体片较宽塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断因此，强度和韧性都较差。下贝氏体铁素体针细小，碳化物分布均匀，所以硬度高，韧性好，综合机械性能好。2马氏体的形态及机械性能板条马氏体（又称位错马氏体。）碳含量023；机械性能不存在显微裂纹，淬火应力小，强度高，塑性、韧性好。针状马氏体碳含量10；（显微镜下呈针状）机械性能存在大量显微裂纹，较大的淬火应力，塑性和韧性均很差；混合组织马氏体碳含量在023一10之间时为板条和片状马氏体的混合组织。马氏体的硬度,含碳最增加，硬度升高含碳量达到06以后，其硬度的变化趋于平缓。合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。3）回火组织与性能回火类型回火温度组织性能及应用组织形态低温回火150250回火M（M）保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件过饱和碳化物CFEX中温回火350500回火屈氏体（T）硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度，用于弹性元件保留马氏体针形F细粒状FE3C高温回火500650回火索氏体（S）强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。多边形F粒状FE3C材料组织结构变化实现的性能强化固溶强化通过合金化加入合金元素组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化；细晶强化强度、硬度越高；其塑性、韧性越好。晶界处原子排列混乱，使其熔点低，易受腐蚀。由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现。加工硬化使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。第二相强化硬而脆的化合物（FE3C），若呈网状分布则使强度、塑性下降；若呈球状、粒状（球墨铸铁）使韧性及切削加工性提高；呈弥散分布于基体上使强度、硬度增加，塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；呈层片状分布于基体上强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。形变强化金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度；相变强化通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化。三、材料热处理、合金化与性能改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺（预先热处理）退火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火退火加热保温缓冷获得接近平衡状态组织。退火目的改善铸、锻、焊粗大不均匀的组织，降硬度，提高塑性，改善冷加工工艺性。消除成分不均匀，内应力。1）完全退火（加热AC3（2030）温度，保温、缓冷组织PF目的细化，均匀化粗大、的原始组织；降低硬度切削性；消除内应力；消除组织缺陷；应用（C0306）亚共折钢，共析钢和合金钢铸、锻、轧2）球化退火加热AC1（1030），保温、缓冷（或AR1（2030）等温）应用过，共析钢、高碳合金钢组织球状P（F球状CEM）目的FE3CII及FE3C共析球化HRC，韧性切削性为淬火作准备；球化退火前，正火处理，消除网状碳化物，以利于球化进行。3）扩散退火加热10501150，保温1020H,冷却炉冷组织PF或PFE3CII目的消除偏析后果粗晶、魏氏组织、带状组织，韧性、塑性较差，需完全退火或正火来细化晶粒。4）去应力退火（再结晶退火）加热AC1（100200）；保温炉冷；目的消除加工硬化，消除残余应力。正火正火亚共析加热AC3（3050）、过共析钢加热ACCM（3050）保温空冷，得到P类工艺。组织S或P（FFE3C）正火与完全退火的区别冷速较快，组织较细，得更高的强度和硬度；生产周期较短，成本较低。目的及应用预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。预先热处理工艺应用工具钢球化退火；结构钢正火，完全退火。表面强化处理的零件调质处理正火。改善冷塑性加工性能再结晶退火恢复变形前的组织与性能，恢复塑性，以便继续变形。改善机加工性能C040中低碳钢正火，提高硬度C04O060完全退火；C06的高碳钢球化退火，获得粒状珠光体。合金钢退火铸铁件白口层加热850950保温（炉冷空冷）。消除材料的加工应力去应力退火没有组织变化。工艺缓慢加热500650保温缓冷，钢铁的淬火淬火原则与淬透性目的提高硬度、强度、耐磨性。原则淬硬，获尽量完全的M；淬透，M组织表里如一；保证淬硬条件下，用缓冷介质，以防开裂。淬透性在规定淬火条件下得到M多少的能力，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性；是钢的属性。由A过稳定性决定，表现为的大小。KV淬透性评定用标准试样在规定条件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示。淬透层深度从表面至半M区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。影响因素I越小，淬透层越深；II工件体积越小，淬火时的冷速越快，淬透层越深；。水淬比油淬的淬KV透层深；淬硬性由M中C，钢的淬硬性越好。淬火工艺淬火加热温度亚共析碳钢（3050），组织均匀细小M组织C3A温度太高，M粗大，淬火应力，变形和开裂倾向增大。加热温度时，硬度降低。C3A共析和过共析碳钢加热（3050）。组织MFE3CIIAR，1若在ACM以上淬火，A粗大高碳M粗大力学性能，变形开裂C合金钢加热温度碳钢淬火方法单介质淬简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油双介质淬火先水，后油冷却。复杂高碳钢及大型合金钢工件。分级淬火稍高于MS的盐浴或碱浴中保温，再取空冷。用于小尺寸工件及刀具。贝氏体等温淬火稍高MS温度的盐浴或碱浴中冷却保温，获得B下。用于形状复杂和性能较高的较小零件。深冷处理在0以下的介质中冷却的热处理工艺。目的减少AR获最大数量M，提高硬度、耐磨性，稳定尺寸。用于精密工件，量具。表面淬火原理（交变磁场感应电流工件电阻加热，集肤效应表面加热）工艺水（乳化液）喷射淬火（180200）低温回火，感应加热表面淬火的分类1高频淬火淬硬层深度0525；中小零件。2中频淬火淬硬层深度210；大中模数齿轮,较大轴类零件等3工频淬火淬硬层深度1020；大直径零件。适用钢种中碳钢和中碳低合金钢碳素工具钢和低合金工具钢球铁、灰铸铁。表面淬火的特点加热速度快淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度23HRC，脆性。显著提高钢件的疲劳强度。钢的化学热处理化学热处理在加热和保温中使活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分和组织，改善表面性能。目的提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性；提高钢件的疲劳强度；抗蚀性和耐热性等。渗碳1）碳浓度表面C015030C10，机械性能经淬火回火，提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持良好的韧性和塑性。用途各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗碳钢。2）渗碳工艺温度900950；（渗碳加热到以上）3CA渗碳时间900950温度下，0203MM/H。3）低碳钢渗碳缓冷组织表层PFE3CII过共析相心部亚共析组织PF，中间过渡组织；4）渗碳后的热处理渗碳后淬火低温回火淬火后组织MA残，钢的合金化合金元素在钢中的作用提高钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的回火稳定性，防止回火脆性，二次硬化，固溶强化，第二相强化（弥散强化），增加韧性，提高钢的耐蚀性或耐热性。形成固溶体、产生固溶强化形成含部分金属键的金属（间）化合物，产生弥散强化（或第二相强化）溶入奥氏体，提高钢的淬透性提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性细化晶粒产生细晶强韧化形成钝化保护膜对奥氏体和铁素体存在范围的影响四、常用机械工程材料（工业用钢、铸铁）与合理选材（表四1）钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织低合金高强钢按S分6级低强度级别16MN一般工程结构中等强度级别15MNVN大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构高强度级别18MNMONB高压锅炉,高压容器高强度S300MPA高韧性1520，室温AK600KJ/M2800KJ/M2。良好焊接性能和冷成形性能低C02ME以MN为主、MN和SI固溶强化加入V、,NB,TI等元素细化F晶粒加入P细化珠光体加入CU抗腐蚀一般供应状态使用,不热处理焊接结构可进行一次正火,改善焊区性能铁素体索氏体合金渗碳钢低淬透性20CR,15CR小冲击载荷耐磨件,如活塞销,小齿轮中淬透性20CRMNTI高速较高载有冲击的耐磨件,重要齿轮,连轴器。高淬透性18CR2NI4WA重载大截面重要耐磨件,如柴油机曲轴,连杆渗层硬度高,耐磨,抗接触疲劳,且有适当塑性,韧性心部高韧性和足够强度良好的热处理工艺性能低C01025加入提高淬透性元素CR,、NI,、MN、,B加入MO,W,V,NB,TI等阻碍A晶粒长大和形成稳定的合金碳化物,提高耐磨性预先热处理（改善切削加工性能）锻压后正火最终热处理渗碳后淬火（直接或一次、二次淬火）低温回火20CRMNTI齿轮工艺路线下料锻造正火加工齿形渗碳930，淬火830低温回火200磨齿表层高碳M粒状CEMA心部淬透低碳M未淬透TMF少量钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织合金调质钢低淬性40CR,40MNB一般尺寸重要零件,DO3040中淬透性40CRNI,DO4060高淬透性40CRNIMOA大截面重载重要零件,DO60160高水平综合机械性能,能满足多种和较复杂的工作条件中C025050以04左右为主加入提高淬透性元素CR,NI,MN,SI,B加入MO,W消除回火脆一般油淬高温回火调质若要求表面耐磨调质后可进行表面淬火或氮化处理。表面淬火专门化学热处理如氮化38CRMOAL氮化钢S合金弹簧钢以SI,MN合化65MN,60SI2MN用于汽车,拖拉机,机车的板簧和螺旋弹簧以CR,V,W合金化50CVA350400以下重载,较大型弹簧,如高速柴油机气门弹簧高E和S,高屈强比高疲劳抗力足够塑韧性,能承受震动,冲击有较好淬透性,不易脱C,易绕卷成形中高C045070加入SI,MN提高淬透性也提高屈强比加入CR,W,V也提高淬透性加入SICR不易脱C加入CRV细化晶粒,耐冲击,高温强度好热成形法制弹簧热轧钢丝钢板卷弯曲成型淬火中温回火喷丸冷成形法制弹簧钢丝钢板淬火中温回火冷卷弯曲成型去应力喷丸T钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织滚珠轴承钢CR轴承钢GCR15中小型轴承,冷冲模,量具,丝锥添加MN,SI,MO,V的钢GCR15SIMO,GSIMNMOV制造大型轴承高接触疲劳强度高硬度和耐磨性足够的韧性和淬透性一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性高C095110CR基本元素提高淬透性细化CEM提高耐磨性和接触疲劳抗力CR04165加入SI,MN提高淬透性加入V耐磨性,防止过热纯度要求极高S002，P0027预先热处理（球化退火）正火消除CEM网球化退火便于切削,使细小均匀,为淬火作准备最终热处理（淬火（800840）低温回火（150170）冷处理精密零件尺寸稳定M粒状CEM少量A残余低合金刃具钢SICR系9SICR,低速切削刃具CR系CR,CR06如,铰刀,刮刀,锉刀等CRWMN系CRWMN如拉刀,冲模,样板,量规W和CRW系小麻花钻,低速切削刃具高硬度HRC60高耐磨性高热硬性足够塑性和韧性高C0911加入CR,MN,SI提高淬透性加入SI提高回火稳定性加入W,V提高耐磨性,并防止加热时过热，保持晶粒细小预备热处理锻造后进行球化退火。最终热处理淬火低温回火工艺路线锻造球化退火机加工淬火低温回火M粒状CEM少量A残余与碳素工具钢相比较，淬透性提高，可采用油淬火。变形和开裂倾向小。钢种典型钢号及其应用性能特点成分特点与合金化原则热处理特点使用态组织高速钢（高速工具速钢）W系W18CR4VWMO系W6MO5CR4V2作高速切削刃具铸造组织有鱼骨状共晶高硬度HRC60高耐磨性高热硬性足够塑性和韧性高C0715要保证能与W、CR、V等形成足够数量的CEM；有一定数量的C溶于A中，以保证M的高硬度。）加入CR提高淬透性铬的碳化物CR2C6在淬火加热时几乎全部溶于奥氏体中，增加A过冷的稳定性，钢的淬透性。属于莱氏体钢，锻造共晶莱氏体呈鱼骨胳状，热处理不能消除，只能热变形破碎，预热处理等温退火，消除内应力，改善切削，组织准备。最终热处理1270淬火560580回火三次若冷处理只需一次回火M少量A残余CEM。还提高抗氧化、脱碳能力加入W,MO提高热硬性（提高回火稳定性和热硬性的主要元素）加入V提高耐磨性V形成的碳化物VC或V4C3非常稳定，极难溶解，硬度较高回火三次消除内应力消除A残余齿轮铣刀生产过程的工艺路线如下下料锻造退火机械加工淬火回火喷砂磨加工成品。第二部分考试知识第一章金属的机械性能（了解）1低碳钢的拉伸图2材料的性能强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性。第二章材料的组成和内部结构特征掌握概念（名词解释）固溶体、固溶强化、枝晶偏析、A、F、P、FE3C合金中的基本相结构固溶体和金属间化合物固溶体产生晶格畸变，增加晶体位错移动的阻力，使滑移变形难以进行，使金属得到强化。金属化合物熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的FE3C。对钢的强度和耐磨性有重要的作用。金属化合物对固溶体基体的强化作用弥散硬化当金属间化合物以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上通常能提高合金的强度、硬度以及耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。掌握铁碳相图基本知识正确填写铁碳相图的相组成物相图两条水平线是什么线，能写出反应式，解释共晶、共析反应。正确填写铁碳相图的组织组成物相图第3章工程材料成型过程中的行为与性能变化掌握概念冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化掌握金属的凝固纯金属的结晶由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成存在有两种方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态有平面推进、树枝状生长两种；金属结晶过程缺陷的产生缩孔和疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶之间的间隙不能被填满，将形成缩孔和疏松等缺陷。合金结晶的特点合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起铸件力学性能恶化和抗腐蚀性能降低。晶粒大小和控制控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）掌握铸造过程中的材料行为及性能变化铸锭组织表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区铸锭结构中主要的缺陷。缩孔与缩松集中的缩孔金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。缩松（分散性缩孔）树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成细小而分散的缩孔。气孔非金属夹杂物外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；金属内部各种化学反应生成，非金属夹杂物很大的脆性，破坏金属晶体的连续性，促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。成分偏析枝晶偏析（微观偏析）局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析。可用扩散退火的方法来消除宏观偏折（或域偏析）同一铸件中，表面和中心、上层和下层的化学成分也可能存在不均匀，这种较大尺寸范围内出现的偏析。消除枝晶偏析扩散退火或均匀化退火把有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使固溶体中原子充分扩散以达到成分的均匀化。掌握冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化冷塑性变形对金属组织与性能的影响冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化掌握热塑性变形过程中的材料行为及性能变化金属的热加工和冷加工热塑性变形对金属组织和性能的影响第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性掌握概念P、S、T、B、M、S回、T回、M回、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化钢在加热时的转变（奥氏体的形成）转变温度共析钢加热超过PSK线（A1）时，完全转变为奥氏体，平衡状态下亚共析钢必须加热到GS线（A3）以上过共析钢必须加热到ES线（ACM）以上，才能全部获得奥氏体。）奥氏体的形成晶核形成、晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程。）影响奥氏体转变的因素加热温度提高加热温度，加速了奥氏体的形成。加热速度加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。钢中碳含量碳含量增加时，转变速度加快。合金元素大部分合余元素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。原始组织片状珠光体奥氏体形核长大快粒状珠光体。、钢的冷却转变（等温冷却）共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特性1）珠光体类转变组织高温转变区，在A1550之间2）贝氏体转变中温转变转变温度在550MS之间，550350上贝氏体半扩散型，FE不扩散，C原子有一定的扩散能力羽毛状碳化物在F间，韧性差350MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好3）低温转变（马氏体转变）温度MSMF，马氏体转变区、钢的冷却转变（连续冷却）1）转变产物冷却速度时，钢将转变为MA残KV冷却速度时，钢将全部转变为P类冷却速度之间例如油冷时MA残TK掌握钢在回火时的转变1）回火目的获得所需要的机械性能，稳定组织和尺寸消除内应力2）回火后组织低温回火150250，得M回。目的降低内应力和脆性，保持淬火后的高硬度中温回火350500。回火组织为T回，目的较高的弹性极限和屈服强度，并有一定的韧性。硬度高温回火500650。回火组织S回，性能特点保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。用于各种重要的结构零件调质处理淬火高温回火。用于重要结构件。高速钢需要进行23次回火，使组织充分转变。第5章常用金属材料及性能基本要求熟悉工业用钢、铸铁的分类和编号方法，从其牌号即可判断其种类、大致化学成分、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织，熟悉碳钢普通碳素结构钢Q215、Q235等；优质碳素结构钢20、45、60等；碳素工具钢T8、T10、T12等。1）熟悉合金钢主要钢种低合金结构钢Q34516MN、Q42015MNVN；渗碳钢20CR、20MNVB、20CRMNTI、18CR2NI4WA；调质钢40CR、40CRB、40CRNIMO、38CRSI；弹簧钢65MN、50CRV、60SI2MN；轴承钢GCR9、GCR15、GCR15SIMN；冷模具钢CR12MOV；热模具钢5CRMNMO、5CRNIMO、3CR2W8V低合金刃具钢9SICR、CRWMN；工具钢T8、T10、T12；高速钢W18CR4V；不锈钢1CR13、2CR13、3CR13、4CR13、1CR17、1CR18NI9TI；常用铸铁HT150、HT250、KT35010、KT4505、QT42010、QT8002等工业用钢、铸铁的分类、要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织见（表四1）重点复习题型要制造轻载齿轮、热锻模具、冷冲压模具、滚动轴承、高速车刀、重载机床床身、传动轴、后桥壳、量具、弹簧、汽轮机叶片、等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料，及选择对应的热处理方法（淬火、低温回火、中温回火、高温回火、退火）。T12HT300W18CR4VGCR1540CR20CRMNTICR12MOV5CRMNMO9SICR1CR1360SI2MNQT4001545Q235答有一个45号钢制的变速箱齿轮，其加工工序为下料锻造正火粗机加工调质精机加工高频表面淬火低温回火磨加工成品，试说明其中各热处理工序的工艺、目的及使用状态下的组织。轻载齿轮量具冷冲压模具滚动轴承高速车刀重载机床床身材料45T12CR12MOVGCR15W18CR4VHT300钢种调质钢炭素工具钢冷冲模具钢滚动轴承钢高速工具钢灰铸铁热处理淬火高温回火淬火低温回火淬火中温回火淬火低温回火淬火高温回火三次退火目的工艺组织某型号柴油机的凸轮轴要求凸轮表面有高的硬度（HRC50），心部具有良好的韧性（AK40）原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15钢，拟用15钢代替试说明原45钢各热处理工序的作用改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求为什么改用15钢后为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺答调质处理获得回火索氏体，以保证工件心部的强度和韧性凸轮表面进行高频淬火承受弯曲交变载荷或扭转交变载荷，提高耐磨性和承受冲击。低温回火是为了降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度一般为HRC5864和耐磨性。不能满足性能要求；因为高频淬火适用与中碳钢；中合金钢碳钢；工具钢；不能对低碳钢高频淬火、因碳量低，表面硬度难以提高。调质（淬火高温回火）渗碳淬火低温回火正火作为预先热处理改善切削加工性能加热到AC3（3050）保温空冷S或P（FFE3C）调质在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。淬火高温回火S回高频表面淬火提高表面硬度与高耐磨性，心部具有足够塑、韧性。感应加热水、乳化液喷射淬火低温回火。淬火后表面为细隐晶马氏体（极细马氏体），心部为原始组织。低温回火降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度一般为HRC5864和耐磨性。加热150250保温冷却M回第七章工程设计、制造与材料选择掌握零件失效与失效类型过量变形失效材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能弹性变形失效与选材材料力学指标弹性模量。选材易发生弹性变形失效时，应选用具有高弹性模量的材料。塑性变形失效与选材材料力学指标屈服强度。过量蠕变变形失效属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点也会缓慢产生塑性变形。断裂失效断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个部分或两个以上部分材料力学指标冲击韧性、断裂韧性。韧性断裂失效零件所受应力大于断裂强度，断裂前产生显著宏观塑性变形的断裂。低应力脆断构件所受名义应力低于屈服极限，在于明显塑性变形的情况下，产生的突然断裂脆断的原因低温环境、焊接质量、工作介质、预防低应力脆断的措施。疲劳断裂失在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂。蠕变失效与选材表面损伤主要指腐蚀失效及磨损失效、接触疲劳失效磨损失效相互接触的两个零件做相对运动时，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐渐脱落，使表面状态和尺寸改变而引起的失效。接触疲劳失效两个零件做相对滚动或周期性接触，由于压应力或接触应力的反复作用所引起的表面疲劳破坏现象。腐蚀失效金属零件或构件的表面在介质中发生的化学或化学作用而逐渐损坏的现象。掌握失效的原因（1）设计与失效结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源。零件的工作条件估计错误（应力计算错误）。热处理结构工艺性不合理（2）选材与热处理选材不当设计者选定指标不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，材料的的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。热处理工艺不当热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等；冶金缺陷夹杂、成分偏析、不良组织等加工缺陷冷加工有刀痕深、粗糙度大、圆角小、精度低；热加工缺陷回火软化、应力等装配与使用零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。掌握零件设计中的材料选择选材三原则1）使用性能原则，使用性能力学性能、物理性能、化学性能2）工艺性原则工艺性材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。是一个辅助性原则。3）经济性原则掌握热处理加工工艺路线中的位置1热处理在工艺路线中的位置的安排原则1最终热处理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2最终热处理可进行不止一次；3整体淬火和表面淬火在工艺路线中位置相同；4渗碳与淬火、回火在工艺路线上是近邻的；5局部渗碳方法不同，工艺不同；6零件表面软氮化和表面渗硫的减摩处理，渗C后不能进行任何切削处理；7高精度零件可增加去应力退火，精密零件甚至进行冷处理；8调质一般放在粗加工之后，半精加工之前。2热处理在工艺路线中的位置教材表72第八章常用零件选材掌握轴类零件选材轴常用材料调质钢（45、）、合金调质钢（40CR、40MNB、）、合金渗碳（20CRMNTI、）、专用氮化钢（38CRMOALA）、等机床轴按工作条件分为三类。1）轻载主轴低工作载荷小冲击载荷轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。45钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。2）中载主轴中等载荷磨损较严重有一定冲击载荷，例如铣床主轴。合金调质钢，如40CR钢，经调质处理，耐磨部位进行表面淬火强化。3）重载主轴工作载荷大磨损严重冲击载荷都严重，组合机床主轴。20CRMNTI钢制造，经渗碳、淬火处理。4）高精度主轴精密镗床的主轴。一般用38CRMOALA专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。重点掌握轴类零件加工工艺路线CM6140车床主轴轻载主轴工作载荷小，冲击载荷不大，轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。45钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。选材45钢热处理技术条件整体调质、硬度220250HBS；轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度5258HRC加工工艺路线下料锻造正火粗加工调质半精加工表面淬火及低温回火磨削加工主轴45钢采取各种热处理工艺锻造热加工，可以改善铸态组织，提高材料致密度和力学性能正火目的在于得到合适的硬度，便于切削加工；改善锻造组织，为调质做准备调质淬火高温回火，得到的组织为回火索氏体，使主轴得到较高的综合机械性能和疲劳强度，还为最终的高频表面淬火做准备。安排在粗加工之后，半精加工之前。轴颈和锥孔进行表面淬火低温回火，目的在于提高硬度，增加耐磨性。重点掌握齿轮类零件材料选择材料的要求高的接触疲劳强度、高的抗弯强度、良好的切削性能、淬火性能齿轮常用材料锻钢、优质碳素钢45、合金调制合金钢40CR、合金渗碳钢20CRMNTI、1）轻载齿轮低工作载荷小冲击载荷轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。45、45钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。2）中载齿轮中等载荷磨损较严重有一定冲击载荷，例如铣床主轴。合金调质钢，如40CR钢，经调质处理，耐磨部位进行表面淬火强化。3）重载齿轮工作载荷大磨损严重冲击载荷都严重，组合机床主轴。20CRMNTI钢制造，经渗碳、淬火处理。4）高精度齿轮精密镗床的主轴。一般用38CRMOAL专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。热处理软齿面大轮或大小轮硬度350HB正火调质硬齿面硬度350HB渗碳淬火氮化采用材料A20CRMNTI钢渗碳B40CR碳氮共渗20CRMNTI钢、渗碳热处理技术条件表层WC08105，渗碳层深度0813MM，齿面硬度5862HRC，心部硬度3345HRC加工工艺路线下料锻造正火粗加工、半精加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工各种热处理工艺正火950970，空冷，179217HBS，目的是为了得到合适的硬度，便于切削加工，改善锻造组织。渗碳及淬火920940，保温46H，预冷至830850，油淬。渗碳通过渗入碳原子可以同时改变零件化学成分和组织，达到从这两方面来提高零件硬度、耐磨性和高疲劳强度。淬火是为了获得高硬度的马氏体。回火低温回火18010，保温2H，得到回火马氏体，保持高硬度、高耐磨性，消除应力，降低脆性。40CR进行碳氮共渗热处理技术条件表层WC06509，碳氮总质量分数10125，渗层深度0204MM，齿面硬度5863HRC，心部硬度3742HRC加工工艺路线下料锻造正火粗加工、半精加工碳氮共渗、淬火及低温回火喷丸磨削加工热处理方法正火840870，空冷，187241HBS碳氮共渗及淬火830850，保温12H，直接油淬。回火低温回火18010，保温2H选材举例一、解释下列名词1淬透性与淬硬性2相与组织3组织应力与热应力；4过热与过烧；5回火脆性与回火稳定性6马氏体与回火马氏体7实际晶粒度与本质晶粒度8化学热处理与表面热处理9热硬性10共晶转变淬透性钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性，其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示淬硬性指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力相金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相组织显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。组织应力由于工件内外温差而引起的奥氏体（或A）向马氏体（M）转变时间不一致而产生的应力汽车齿轮镗床镗杆车辆缓冲弹簧机床床身高速车刀冷冲压模具材料20CRMNTI40CR50CRVHT200W18CR4VCR12MOV普通车床主轴滚动轴承自行车车架铣刀热作模具自来水管弯头材料45GCR1516MN9SICR5CRMNMOKTH30006热应力由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力过热由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象过烧由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象回火脆性在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性回火稳定性又叫耐回火性，即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。马氏体碳在FE中的过饱和固溶体称为马氏体。回火马氏体在回火时，从马氏体中析出的碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。本质晶粒度钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度实际晶粒度在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响钢的性能。化学热处理将工件置于待定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。表面淬火指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。二、判断题1（）合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。错。根据结构特点不同，可将合金中相公为固溶体和金属化合物两类。2（）实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的。对。3（）为调整硬度，便于机械加工，低碳钢，中碳钢和低碳合金钢在锻造后都应采用正火处理。对。对于低、中碳的亚共析钢而言，正火与退火的目的相同；即调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。对于过共析钢而言，正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。对于普通话结构钢而言，正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、硬度和韧性，作为最终热处理。4（）在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些，因而合金钢将向合金元素少量多元化方向发展。对。不同的元素对于钢有不同的效果。5（）不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。错。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，含碳增加，其硬度也随之提高。合金元素对马氏体的硬度影响不大，马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。6（）40CR钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。错。C曲线越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40CR为含碳量为04，含CR量为15左右的调质钢。T10为含碳量为1左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体，T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体，硬度比45钢高。7（）马氏体是碳在FE中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来的，因此马氏体与转变前的奥氏体含碳量相同。对。当奥氏体过冷到MS以下时，将转变为马氏体类型组织。但是马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留在马氏休中。马氏体转变的特点是高速长大、不扩散、共格切变性、降温形成、转变不完全。8（）铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。错。所有的铸铁都不可以进行锻造。9（）45钢淬火并回火后机械性能是随回火温度上升，塑性,韧性下降，强度,硬度上升。错。钢是随回火温度上升，塑性,韧性上升，强度,硬度提高。10（）淬硬层深度是指由工件表面到马氏体区的深度。错。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区（50马氏体50非马氏体组织）的深度。11（）钢的回火温度应在AC1以上。错。回火是指将淬火钢加热到A1以下保温后再冷却的热处理工艺。12（）热处理可改变铸铁中的石墨形态。错。热处理只能改变铸铁的基休组织，而不能改变石黑的状态和分布。13（）奥氏体是碳在FE中的间隙式固溶体。错。奥氏体是碳在FE中的间隙固溶体。用符号A或表示。14（）高频表面淬火只改变工件表面组织，而不改变工件表面的化学成份。对。高频表面淬火属于表面淬火的一种。表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。15（）过冷度与冷却速度有关，冷却速度越大，则过冷度越小。错。过冷度（T）是指理论结晶温度（T0）与实际结晶温度（T1）的差值，即TT0T1。但是冷却速度越大，则过冷度越大，。16（）所谓的本质细晶粒钢，是说它在任何条件下晶粒均不粗化。错。本质晶粒度是指钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为实际晶粒度，通常把钢加热到94010奥氏体化后，设法把奥氏体保留到室温来判断钢的本质晶粒度。17（）因为单晶体是各项异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。错。18（）钢中的杂质元素“硫”会引起钢的“冷脆”。错。钢中硫会引起热脆性，而磷有固溶强化作用，右提高强度硬度，但是却显著降低了钢的韧性塑性（叫冷脆性）19（）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值，因而是生产上常用的一种机械性能试验方法。对。20（）含碳量低于025的碳钢，退火后硬度低，切削时易粘刀并影响刀具寿命，工件表面光洁度差，所以常采用正火。对。21（）三种金属晶格类型中，体心立方晶格中原子排列最为紧密。错。原子排列紧密度与晶包的致密度有关，致密度越高，原子排列越紧密。休心立方的致密度为068,而面心立方和密排六方的为074。22（）金属中的固溶体一般说塑性比较好，而金属化合物的硬度比较高。对。与纯金属相比，固溶休的强度硬度高，塑性韧性低，但与金属化全物相比其硬度要低得多，而塑性韧性要高得多。23（）高速钢反复锻造的目的是为了锻造成型。错。高速工具钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状的莱氏休与树枝状的马氏体加托氏体组成。反复锻打是为了击碎鱼骨状碳化物，使其均匀的人布于基休中。24（）金属发生多晶型转变时，不仅晶格要发生变化，组织与性能也要发生变化。对。多晶型转变即同互异构转变，热处理的依据，25（）发生过烧的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化，而发生过热的工件只能报废。错。发生过热的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化，而发生过烧的工件只能报废。26（）含MO、W等合金元素的合金钢，其回火脆性倾向较小。对。在钢中加入W（约1）、MO（约05）可以有效的抑制回火脆性。27（）铸钢的铸造性能比铸铁差，但常用于制造形状复杂，锻造有困难，要求有较高强度和塑性并受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。对。29、T8钢比T12钢有更好的淬透性。（对）30、间隙固熔体一定是有限固熔体。（对）31、钢在淬火时都必须首先把温度加热到单相奥氏体区域。（错）32、马氏体是碳在FE中所形成的过饱和固溶体；当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生膨胀。（对）33、在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。（错）三、回答下列问题1零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求答（1）硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。（2）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，可用于成品件的检测，（3）硬度是一个综合力学性能指数，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。2说明WSN25的PBSN合金在下列各温度时有哪些相组成物有哪些组织组成物（1）高于300；（2）刚冷却至180，共晶转变尚未开始；（3）在183共晶转变刚完；（4）室温。答（1）高于300相液相，组织为PBSN溶化物（2）刚冷却至180，共晶转变尚未开始相为液相相，组织为PBSN溶化物回溶体（3）在183共晶转变刚完相为相和相，组织为（）共晶组织（4）室温相为相和相，组织为（）II。3图22为简化的铁碳合金状态图。试回答下列问题（1）以相组成物填写相图。（标注见课本P51）（2）填空碳在FE中的固溶体称铁素体，其符号为F或，晶格类型是体心立方晶格，性能特点是强度硬度低，塑性韧性好。（3）碳在FE中的固溶体称奥氏体，其符号为A或，晶格类型是面心立方晶格，性能特点是强度低，塑性好。（4）渗碳体是铁与碳的间隙固溶体，含碳量为669，性能特点是硬度很高，脆性韧性几乎为“零”。（5）ECF称共晶线线，所发生的反应称共晶反应，其反应式是L43211FE3C得到的组织为莱氏体（LE）。（6）PSK称共析线，所发生的反应称共析反应，其反应式是07700218FE3C得到的组织为珠光体（P）。（7）E是碳在中的FE最大溶解度点，P是碳在FE中的最大溶解度点，A1即PSK线，A3即GS线，ACM即ES线。4过共析钢的淬火温度是多少为什么要选择在这一温度答对于过共析钢而言，淬火温度为AC1（3050）5如下图所示，确定不同冷却速度下可能获得的组织，并比较其硬度值。答V1线是炉冷后空冷，得到的是珠光体（P），V2是加热后空冷，得到的是索氏体（S）或回火索氏体（S回）；V3得到的是下贝氏体、马氏体和过冷奥氏体（B下MA）；V4为水冷，得到的是马氏体和残余奥氏体MA。硬度值P830，即加热温度大于AC由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。（2）780C下未溶碳化物较多，（3）860下残余奥氏体量较多。（4）780C更适合淬火。T12是含碳量为12的碳素工具钢，是过共析钢，其淬火火为AC1（3050）C。845钢及T10钢小试件经850C水冷、850C空冷、760C水冷、720C水冷处理后的组织各是什么（45钢AC1730，AC3780C10钢AC1730C，ACCM800C）答850C水冷850C空冷760C水冷720C水冷45钢（淬炎）马氏体（正火）索氏体回炎索氏体组织不变T10钢马氏体颗粒碳化物索氏体马氏体残余奥氏体颗粒碳化物组织不变9一根直径为6MM的45钢圆棒，先经过840加热淬火，硬度为HRC55（未回火）然后从一端加热，依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示的温度。试问1各点部位的组织是什么（5分）2整个圆棒自图示各温度保温后缓冷至室温后，问各点的组织是什么若自图示各温度保温后水淬至室温，问各点的组织又是什么（10分）答ABCDE各点部位的组织奥氏体奥氏体铁素体奥氏体马氏体奥氏体马氏体各温度保温后缓冷至室温后铁素体珠光体铁素体珠光体马氏体铁素体回火索氏体回火马氏体各温度保温后水淬至室温淬火马氏体淬火马氏体马氏体铁索体回火索氏体回火马氏体10用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为锻造正火粗加工调质精加工高频感应加热表面淬火低温回火磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。答正火对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为铁素体加索氏体。调质提高力学性能，减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。使用组织回火索氏体。高频感应加热表面淬火提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。使用组织表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。低温回火减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。使用组织回火马氏体。11某汽车齿轮选用20CRMNTI材料制作，其工艺路线如下下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削加工。请分别说明上述、和项热处理工