金属工艺学(二版)练习与思考题参考答案

1、金属工艺学（二版）练习与思考题参考答案绪论 第120章，共309题。36页，约5。4万字金属工艺学（二版）练习与思考题参考答案绪论0-1 性质是一门以机械制造工艺为主的综合性技术基础课。主要内容是： （1）金属的力学性能、金属学基本知识、钢的热处理、金属材料、非金属材料、金属表面处理技术、工程材料的选用等。 （2）铸造、锻压、焊接、毛坯生产方法的选择等。（3）金属切削基础知识、金属切削机床及其加工、精密加工与特种加工、零件生产的基本知识及加工方法的综合分析等。0-2 教育目标是：（1）了解常用机械工程材料的类别和用途，初步具有正确使用金属材料的能力。（2）了解金属的常用热处理，主要冷、热加工方

2、法的基本原理，工艺特点和应用范围，金属毛坯和零件的常用加工方法，初步具有选用热处理、使用毛坯和确定机械加工工艺路线的能力。（3）了解机械产品制造过程、加工设备及工艺过程。（4）了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术、新设备及其发展趋势。0-3 一般过程是根据设计图，进行工艺准备、材料、毛坯准备、进行热处理和切削加工、制得零件，经装配、检验、得合格机械产品。毛坯制造方法有铸造、锻造、冲压、焊接和型材下料。切削加工主要方法有车削、钻削、铣削、创削、磨削等。0-4 （1）把课堂教学与实验、金工实习结合起来，联系生产实践，突出重点与应用；（2）学习工程材料要突出材料的类别与用途，学会正确使用材料；（

3、3）学习冷、热加工基础要突出金属加工工艺特点和应用范围，学会正确选用毛坯和加工工艺路线；（4）利用金工实习、现场参观、电化教学、网络课程等条件，增加感性知识，理论联系实际，培养分析问题，解决问题的能力。第一章 金属的力学性能1-1 力学性能是材料在力作用下所显示的性能（又指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能），主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。常用强度根据是屈服点和抗拉强度；塑性判据是断后伸长率和断面收缩率；硬度判据是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等；韧性判据是冲击吸收功；金属疲劳的判据是疲劳强度。 1-2 不正确。零件受到外力会否变形取决于外力大小（

4、严格讲为外力/零件受力横截面积，称应力）与零件材料力学性能高低，当应力小于该零件材料弹性极限时，则产生弹性变形；当应力超过屈服点时，则发行塑性变形（永久变形）。 1-3 1-4 短试样： 长试样： 长试样塑性好。因为同一材料的断后伸长率大小与试样尺寸有关，同一材料的；现两种材料的，则长试样的塑性应比短试样好。 1-5 屈服点没有达到要求 1-6 因为低碳钢塑性、韧性好，这些承载零件一旦超载即发生塑性变形，引起操作者注意，及时降载或更换零件，且低碳钢冷塑性变形后还产生加工硬化，可降低超载引起突然断裂的危险性。1-7 硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。常用的硬度试验方法有

5、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验法。1-8 布氏硬度原理：用直径D的淬火钢球或硬质合金球作压头，以相应用的试验力F压入试件表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，得到一直径为 d的压痕。用试验力除以压痕表面积，即得布氏硬度值。优点：试验数据准确、稳定。缺点：测试较麻烦；压痕大，不宜测薄件或成品件；球形压头会变形或损坏，不宜硬度高的材料。应用HBS测试硬度值小于450的材料；HBW测试硬度值在450650范围的材料。布氏硬度常用来测定铸铁、有色金属、经退火、正火和调质处理的钢材等硬度，如半成品和原材料。洛氏硬度原理：在初试验力和总试验力的先后作用下，将压头（顶角120的金刚石圆锥或1.588mm的

6、淬火钢球）压入试样表面，保持规定时间后，卸除主试验力，测量出残余压痕深度增量，用以计算硬度。优点：操作简便，迅速、压痕小，可测试成品表面及较硬、较薄的工件。缺点：因压痕小，对组织、硬度不均匀的材料，硬度值波动较大，准确性不如布氏硬度高。应用：主要应用于测定钢铁、有色金属、硬质合金等的硬度。1-9 查教材附录附表2（b）22HRC换算成234HBS，符合220250HBS图纸要求。1-10 （1）不正确，HBS适用于测量硬度值小于450的材料；（2）不正确，HBW用于测量硬度值在450650的材料，且硬度值一般不标单位；（3）不正确，HRC在用于测量硬度值2070的材料；（4）不正确，HRC用于

7、测量硬度值2070的材料；（5）不正确，应写成4550HRC；（6）不正确，HRC不应有单位，且应写成数字在前，硬度符号在后。1-11 （1）布氏硬度，HBS；（2）布氏硬度，HBS；（3）洛氏硬度，HRC；（4）洛氏硬度，HRA；（5）维氏硬度，HV。1-12 吸收AK是指试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。AK越大，材料韧性越好。 1-13 零件在循环压力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一事实上循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为金属疲劳。在零件的尖角、孔、槽、微裂纹、夹杂物、表面划痕、刀痕、局部应力集中处，在循环应力作用下易产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展，减

8、小了零件的有效承载面积，最后与截面减小至不能承受外力时，零件即发生突然断裂。提高零件疲劳强度的方法是合理设计零件结构，避免应力集中、降低表面粗糙度值、进行表面滚压、喷水处理、表面热处理等。第二章 金属的结构与结晶 2-1 晶体：是原子按一定几何形状作有规律排列的固体。如金刚石、石墨、金属与合金等。 晶格：用于描述原子在晶体中规律排列方式的空间格子称为结晶格子，简称晶格。晶格中直线交点称为结点。 单晶体：是晶体内部原子排列方向（称晶格位向）完全一致的晶体。 多晶体：由许多小晶体（单晶体）组成的晶体。 晶粒：多晶体材料内以晶界分开、晶格排列方向基本相同的小晶体，称为晶粒。晶界：多晶体材料中相邻晶粒

9、的界面称为晶界。合金：是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。组织：指用金相法看到的形态、尺寸和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。显微组织：指用光学显微镜或电子显微镜观察到的组织。固溶体：是指合金在固态下，组元间能互相溶解而形成的均匀相。金属化合物：是指合金组元间相互作用而生成的具有金属特性的一种新相。固溶强化：指溶质原子溶入溶剂晶格中导致固溶体晶格畸度，使合金强度、硬度升高的现象。弥散强化：指金属合化物细小均匀分布在固溶体基体上时，能显著提高合金的强度、硬度和耐磨性的现象。2-2体心立方晶格 晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和立方体的中心各有一个原子

10、面心立方晶格晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和立方体的六个面的中心各有一个原子密排六方晶格晶胞是一个六方柱体，六方柱体的各个角和上下底面中心各有一个原子，在顶面和底面间还有三个原子2-3 有点缺陷（晶格空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。通常，晶体缺陷造成晶格畸度，使金属的强度、硬度有所提高。2-4 生产中，金属的实际结晶温度t1要低于理论结晶温度t0，t0与t1之差（t0- t1）称为过冷度t。通常情况下，增加过冷度，使晶粒细化；使金属的强度增加，塑性、韧性也好。2-5 细晶粒金属的强度比粗晶粒高，塑性、韧性也好。细化晶粒的方法有增加过冷度、度质处理、附加振动。2-6 在固

11、态下，金属晶格类型随温度发生变化的现象称为同素异晶转度。Fe的相度湿度有三个：液相 1538 固相（ Fe）， ，。：体心站，：面心立方。2-7 在液态金属中加入少量变质剂（唯熔的固体微粒）充当人工晶核，使晶粒细化的处理方法称为变质处理。它的作用是细化晶粒。2-8 （1）金属模浇注铸件晶粒细；（2）浇注时采用振动晶粒细。2-9 （1）2；（2）1。2-10 合金是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。与纯金属相比，合金的强度、硬度较高，制造成本较低，种类繁多、性能各异，可满足不同的需要，应用广泛。因为合金中的固溶体有固溶强化作用，细小均匀分布的金属化合物有弥散

12、强化作用，不像纯金属要求较高的纯净度，固而制造成本较低。2-11 因为单晶体由原子是按一定几何形状作有规律排列的，不同方向上原子排列密度不同，因而性能不同，即各向异性。生产中使用的金属大多为多晶体，虽然多晶体中每个晶粒和单晶体一样具有各向异性，但一块金属包含有大量彼此位向不同的晶粒，不同方向的金属性能却是许多晶粒性能的平均值，故一般金属（多晶体）表现为各向同性。2-12 合金的结构因其他组元的加入，形成固溶体、金属化合物基本相，不同于纯金属的单一晶体结构。由于固溶体会产生固溶强化，金属化合物细小的均匀分布在固溶体上产生弥散强化，因而是强度、硬度比纯金属高。2-13 （1）有相的改变；（2）无邪

13、恶的改变。2-14 纯金属液在一定过冷变下，开始形成结晶核心，晶核依靠吸附周围液体中的原子长中。与此同时，在液态金属中又有新晶核产生、长大，直到全部结晶成固态金属。合金的结晶与纯金属相似处是都遵循生核与长大的规律，结晶过程都有潜热放出。不同处是纯金属结晶在某一恒温下进行，合金通常在某一温度范围内进行，且各相成分还发生变化，结晶比纯金属复杂。第三章 铁碳合金状态图3-1 铁碳合金状态图是表示平衡状态下，不同成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或组织的图形。3-2 在固态下，金属晶格类型随温度发生变化的现象称为同素异晶转变。铁的同素异晶转变是钢铁能进行热处理的基础，也是钢铁材料品种多样、应用广

14、泛的重要原因。3-3 随碳质量分数增加，铁碳合金室温组织中，F减少；Fe3C增多，且形态、分布有所不同，形成不同组织。0.021 80.770.770.774.34.34.3室温组织FF+PPP+P+3-4 铁素体：碳溶于-Fe的间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量很少，显微组织与纯铁相似，呈明亮的多边形晶粒；性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。臭氐体：碳溶于-Fe的间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行锻造。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物；Fe3C；具有复杂的晶体结构，wC=6.69%；它是钢

15、中的主要强化相，它的形态、大小、数量和分布对钢及铸铁的性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，、Ak接近于零，脆性很大。珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；P；由铁素体与渗碳体片层状交替排列的共转变组织，碳合量平均为wC=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成的机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体与珠光体相近，硬度很高，塑性很差。3-5 一定成分的液相，在恒温下同时转变成两个固相称为共晶转变，一定成分的固相，在恒温下同时转变成两个固相称为共折转变，。3-6 3-7 碳钢可以锻造，因处

16、于A区，塑性好；白口铸铁不能锻造，因存在硬脆的Ld相和液相。3-8 打洛氏硬度HRC，wC=0.20%，太软测不出HRC；wC=0.40%，HRC低；wC=1.2%，HRC中；wC=3.5%，HRC高。3-9 亚共折钢：0.021 8wC0.77%的钢，F+P；共折钢；wC=0.77%的钢，P；过共折钢：0.77%wC2.11%的钢，P+Fe3C。3-10 （1）钢铆钉使用时头部要被砸扁，不能太硬；（2）铁丝绑扎物件要缠绕，要软一点；钢丝绳吊重物要承受很大的拉伸力，要有高的强度；（3）wC=1.0%的钢硬度高，wC=0.1%的钢硬度低。Fe-Fe3C状态图（局部）及钢的组织转变示意图合金（wC

17、=0.45%）：t1以上，全部为Lt1时，开始从L相折出A，t1t2为L+A当达到t2时，全部变成A，t2t3，为A当低于t3时，为A中折出F，t3t4为F+A达到t4时，F成分为p，A成分为s（0.77），在727发生共折转变，AsFp+Fe3C，t4以下组织不再变化，室温组织为F+P；合金（wC=0.77%）：t1以上，全部为Lt1时，开始从L相折出A，t1t2为L+A当达到t2时，全部变成A，t2t3为A当达t3（727）时，成分s（0.77%）的A发生共折转变，AsFp+Fe3C，t3以下组织不再变化，室温组织为P（Fp+Fe3C）；合金（wC=1.0%）：t1以上全部为Lt1时，开始

18、从L相折出A，t1t2为L+A当达到t2时，全部变成A，t2t3为A当低于t3时，从A中折出Fe3C，t3t4为A+Fe3C达到t4，A成分为s（0.77%），在727发生共折转变，AsP（Fp+Fe3C），t4以下直至室温，组织为p+Fe3C。3-12 亚共折钢显微组织：F+P，过共折钢显微组织：p+Fe3C，由于F强度、硬度低，塑性、韧性好，Fe3C硬度很高，塑性、韧性很差，因此亚共折钢强韧性好，过共折钢硬度高，耐磨性好。3-13 浇灌钢筋混凝土用的钢筋要求有好的塑性、韧性和一定的强度，与高碳钢及铸件相比，只有低碳钢符合性能要求。3-14 不能，因为1148以上时，该合金处于L相不能锻造；

19、低于1148，结晶出Ld，是硬度很高、塑性很差，脆性很大的组织，不能锻造。第四章 非合金钢（碳钢） 4-1 碳钢是指wC2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。硅：与钢液中FeO生成炉渣，消除其对钢不良影响；溶于铁素体，产生固溶强化。在钢中有益，一般wsi0.4%。锰：将FeO还原成铁，改善钢质量；溶于铁素体，产生固溶强化；形成合金渗 碳体，起强化作用；生成MnS，减少硫对钢的有害作用。在钢中有益，一般wMn=0.25%0.80%。硫：与Fe形成低熔点（985）共晶体，造成热加工时钢热脆；易引起焊缝热裂。在钢中有害，应严格限制。磷：能全溶于铁素体，提高钢硬度、强度，但塑性、韧

20、性显著降低，造成冷脆。在钢中有害，应严格限制。 4-2 有以下四种：1按碳含量分类： （1）低碳钢 wC0.25%。（2）中碳钢 wC=0.25%0.60%。（3）高碳钢 wC0.60%。2按质量等级分类（1）普通质量碳钢 ws0.045%、wp0.045%。一般用碳素结构钢，碳素钢筋钢等。（2）优质碳钢 ws、wp比普通质量碳钢少。机械、工程结构用优质碳钢等。（3）特质质量碳钢 ws0.020%、wp0.020%。保证淬透性碳钢、碳素弹簧钢、工具钢等。3按用途分类（1）碳素结构钢 制造机械零件、工程结构件。一般属于低、中碳钢。（2）碳素工具钢 制造刃具、量具和模具。一般属于高碳钢。4按冶炼时

21、脱氧方法分类（1）沸腾钢（2）镇静钢（3）半镇静钢4-3 Q235-AF：碳素结构钢，Q235表示s235Mpa，质量等级为A级，F为沸腾钢，用于连杆、拉杆、轴、螺栓、齿轮等机械零件及角钢、槽钢、圆钢、工字钢等型材。20：优质碳素结构钢，wC0.20%，用于不需热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、螺母、拉杆、法兰盘等，渗碳后可制作齿轮、轴、凸轮、磨擦片等。45：优质碳素结构钢，wC0.45%，主要制作齿轮、连杆、轴类等零件，是应用广泛的钢号。T10：碳素工具钢，T10表示wC1.0%的碳素工具钢，用于低连刀具，如刨刀、丝锥、扳牙、锯条、卡尺、冲模、拉丝模等。4-4 60：优质碳素结构钢，wC0.

22、60%，用于弹性零件和易磨损零件，如弹簧、镜等。T12A：碳素工具钢，wC1.2%，A表示钢中硫、磷含量比较低，用于需高硬度、不受振动的低速刀具，如锉刀、刮刀、钻头、外科用刀具等。Q195：碳素结构钢，s195Mpa，用于载荷较小的钢丝、垫圈、铆钉、冲压件，焊接件等。ZG310-570：铸钢，s310Mpa、b570Mpa，用于载荷较大的耐磨件，如辊子、齿轮、制动轮等。4-5 碳是决定铁碳合金力学性能最主要的元素，当wC0.9%时，随wC增加，层片状Fe3C量不断增加，钢的强度、硬度不断升高，塑性、韧性不断降低。当wC0.9%时，在晶界形成网状Fe3C，虽然硬度仍在升高，但是强度下降，塑性、韧

23、性继续降低。为使钢有足够的强度、一定的塑性和韧性，工业上应用的碳钢，wC不超过1.4%。4-6 30，50，T7，T9。4-7 主要是碳素结构钢。成分特点是中、低含碳量（wC0.60%）。性能特点是低碳钢（wC0.25%，塑性、韧性好，有一定的强度，冷成型性、焊接性好，中碳钢（wC=0.25%0.60%）强度、塑性、韧性都较好，热处理后有良的综合力学性能。4-8 （1）弹簧弹不起来，缺乏弹性或使用中断裂；（2）强度不足，易变形和断裂；（3）太软，太锤变形，且锤击力减小。第五章 钢的热处理 5-1 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件（以下简称工件）进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性

24、能的工艺。热处理能显著提高钢的力学性能，满足零件使用要求和延长寿命；还可改善钢的加工性能，提高加工质量和劳动生产率，因此热处理在机械制造中应用很广。如汽车、拖拉机中有70%80%的零件要进行热处理；各种刀具、量具、模具等几乎100%要进行热处理。5-2 钢进行热处理的理论依据是铁的同素异晶转变、热处理工艺的制订要依据铁碳合金状态图。常用热处理方法按目的与作用不同有 整体热处理：退火、正火、淬火、回火等 表面热处理：火焰淬火、感应淬火等 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等5-3 A1、A3、Acm是共折钢、亚共折钢、过区折钢被缓慢加热时全部获得A组织，或它们被缓慢冷却时，开始从A中折出p

25、、F、Fe3C组织的平衡温度点。实际生产中，热处理的加热和冷却不是很缓慢，固态相变时都有不同程度的过热度和过冷度，因此将加热时各相变点用Ac1、Ac3、Accm表示（有过热度），冷却时各相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示（有过冷度）。5-4 共折钢加热目的是获得全部A组织。加热时，在F和Fe3C交界面上形成A晶核，依靠Fe、c原子扩散，A晶核长大，同时，又有新的A晶核形成与长大，直至F全部消失。其后是残余Fe3C的溶解。最后是A成分（C浓度）均匀化。5-5 转变类型转变温度转变产物符号组织形态硬度珠光体转变A1650珠光体P粗片状160250HBS约650600索氏体（细珠光体）S细片状25

26、35HBS约600550托氏体（极细珠光体）T极细片状3540HBS贝氏体转变约550350上贝氏体B上羽毛状4045HBS约350M下贝氏体B下黑片（针）状4555HBS5-6 工件淬火时可抑制非马氏体转变的最低冷却速度称为马氏体临界冷却速度。它越小，钢的淬透性越好，可以在较低的冷却速度小获得M，减少淬火应力、淬火变形与淬火裂纹。5-7 退火是将工件加热到适应温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。根据钢的成分和退火目的不同，退火有以下种类：完全退火：用于亚共折碳钢和合金钢的铸件、锻件、热轧型材，焊件等。等温退火：用于亚共折碳钢、合金钢、过共折碳钢、合金工具钢、轴承钢。球化退火：用于过

27、共折钢和合金工具钢、轴承钢等。去应力退火：于铸件、锻压件、焊件、切削加工件等。均匀化退火：用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件和锻坯等。5-8 正火与退火的目的基本相同，如均匀钢的成分，细化晶粒，消除残余应力，降低钢的硬度，提高塑性，改善切削加工和压力加工性能等。一般用作预备热处理，被安排在毛坯生产之后，粗加（或半精加工）之前。区别在于正火冷却速度较快，得到的珠光体晶粒较细，硬度和强度较退火的高；操作简便，生产周期短，成本较低。为改善切削加工性，高碳钢应选用退火，低、中碳钢应选用正火；过共折钢珠化退火前，应进行正火消除网状渗碳体，做好组织准备。对性能要求不高的零件，以及一些大型或形状复杂的零件，淬

28、火容易开裂时，也可用正火作最终热处理，而退火做不到。生产中达到正火、退火两可情况时，尽量选用正火。5-9 淬火是将工件加热臭氏体化后以适应方式冷却得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是为了得到马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度、强度和耐磨性。例如用T10A制造的手锯条、淬火，低于回火后，HRC62，它就可以锯削退火状态的T10A材料（HBS197，相当于20HRC。5-10 种类单介质淬火双介质淬火马氏体分级淬火贝氏体等温淬火特点 操作简便、易机械化、自动化 可减小淬火应力，减小变形，防止开裂，对操作技术要求较高 可显著减少工件的变形和开裂应力和变形很小，工件强度、韧性、耐磨性

29、较好，但生产率低应用范围 一般碳钢水淬，合金钢及尺寸较小的碳钢件油淬 形状复杂的高碳钢工件、尺寸较大的合金钢工件 形状复杂的碳钢和合金钢小型工件 形状复杂，要求尺寸精确、较高韧性的小型工模具和弹簧等5-11 （1）当时，例如共折钢情况F，说法是正确的，因为共折钢水冷得M+少量A，油冷得M+T，空冷得S。当时，例如高速钢情况下，说法是不正确，因为水冷、油冷、空冷时高速钢得到的都是M+A，三者硬度接近。（2）当零件尺寸较大，钢的渗透性不高时，说法可能是正确的，如40钢、40cr（低渗透性）、40CrNiMoA（高渗透性），钢中合金元素多了，钢的淬透性提高了，在同样条件下淬火，M量增加，非M组织减少

30、或消失，因而硬度增加。当零件尺寸很小，或钢的淬透性较高时，无论合金元素多少，钢都能淬透时，说法不正确，因为M硬度决定于它的含碳量，而与合金元素量无关。5-12 1-M，2-M，3-M，4-M+T，5-B下。5-13 回火是工件淬硬后加热到AC1下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。目的：消除工件淬火时产和的残留应力，防止变形和开裂；调正工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。回火一般紧接着淬火进行，是工件获得所需性能的最后一道重要工序。5-14 1p+Fe3C，+Fe3C，Fe3C，回火+Fe3C，回火+Fe3C5-15 4

31、5钢淬火温度是840，其余不正确；T12钢淬火温度是770，其余不正确；原因有二点：一是45钢淬火得M+F组织，F很软，且M中wC为中碳；二是T12钢淬火得M+Fe3C组织，Fe3C很硬，且M中wC为高碳，M的硬度由M中含碳量决定，含碳量高，M硬。5-16 低碳钢齿轮：渗碳、淬火、低温回火，表面层获得回火高碳马氏体、具有高的硬度和耐磨性；心部仍保持原有低碳钢的成分和组织，具有高的塑性和韧性。中碳钢齿轮：调质（淬火，高温回火），高频 应淬火，低温回火。表层获得回火中碳马氏体，具有较高的硬度和耐磨性，心部为回光索氏体，具有良好的综合力学性能。5-17 （1）不正确，低碳M硬度达不到5662HRC；

32、（2）不正确，T8，T10A淬硬后可达6265HRC，但达不到6770HRC。5-18 甲厂正火得S组织，乙厂调质后得回火S组织，因为回火S有较好的综合力学性能，所以乙厂处理的零件性能更好。5-19 700加热，组织未变化，仍为原来的晶粒大小不均匀的F+P组织；840加热，得晶粒细小，均匀的F+P组织；1100加热，得晶粒粗大的F+P组织。应选840加热。5-20 因为高硬度工具的最终热处理是淬火+低温回火后获得的低温马氏体+Fe3C组织，在砂轮上磨削会升高工具温度，经常用冷水冷却可防止烫手，最主要的是防止工具发生中温、高温回火转变，导致硬度下降，降低或丧失工具使用性能。5-21 不能提高硬度

33、。因为调质后硬度是经淬火500600高温回火后得到的，若进行200回火，其组织不再变化，因此硬度不会提高。5-22 表面淬火是仅对工件表层进行的淬火。因为表层被快速加热臭氏体化，然后喷水冷却，表面淬硬或马氏体；而心部未被加热，因而组织、性能不变。整体淬火没有渗透是里外都被加热臭氏体化了，由于钢的淬透性差或工件体积过大，整体淬火时表层冷却快，u表冷uK面淬硬成M，而心部u心冷uK未被淬硬成M。5-23 渗碳目的是提高低碳工件表层的含碳量。渗碳后经过淬火加低温回火，表层才能获得回火高碳马氏体组织，达到高硬度高耐磨性的渗碳最终目的。5-24 轴的表层组织：回火马氏体+少量细粒状 = 次序碳体+残留臭

34、氏体；心部组织：铁素体和珠光体。5-25 高频淬火是利用高频感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。基本原理：将工件置于铜管制的感应器中，当感应器有交流电通过时，使工件的相应部位产生感应电流，使表层迅速加热到预定的淬火温度，喷水器立即喷水（或乳化液等）冷却，将工件表层淬硬成马氏体，心部保持低温，仍为原始组织。交流电频率越高，淬硬层深度越浅。特点：感应淬火零件变形小，组织细，硬度高，表面质量好；生产率高，节能，成本低，易机械化、自动化，大批量流水生产。但设备昂贵，维修、调整较困难，不适于复杂零件及单件生产。应用：主要用于wC=0.4%0.5%的中碳结构钢，也可用

35、于工具钢。5-26 （1）840淬火，600回火，回火索氏体，200250HBS；（2）800淬火，400回火，回火托氏体，4050HRC；770淬火，200回火，回火马氏体，5864HRC。5-27 将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理称为化学热处理。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。5-28 （1）调质处理后得回火索氏体组织，使心部有良好的韧性和综合力学性能，也为最终热处理作组织准备；高频淬火使表面得马氏体，有高的硬度，低温回火得回火马氏体，既保持表面高的硬度和耐磨性，又降低淬火残留应力和脆性。（2）应修改

36、热处理工序，采用渗碳、淬火、低温回火。第六章 低合金钢和合金钢 6-1 钢按化学成分可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。 6-2 对力学性能影响： （1）溶于铁素体，产生固溶强化。（2）与碳形成合金碳化物，起弥散强化作用。（3）细化晶粒，起细晶强化作用，并能提高合金工具钢的热硬性。（4）最重要的作用是提高了钢的淬透性，保证钢淬火能获得马氏体组织，起马氏体强化作用。6-3 对工艺性能的影响：（1）一般会降低铸造时金属流动性，增加偏析倾向，使铸造性能变差。（2）许多合金钢，在锻造时塑性降低、变形抗力增加，锻造性能明显下降。（3）合金元素不同，对焊接性影响不同，总的说来，合金钢的焊接性不如碳钢。（

37、4）合金钢与碳钢相比，淬透性提高，淬火变形开裂倾向增加，热处理过热敏感性降低。（5）合金钢强韧性较高，切削性能一般比碳钢差；但适量硫、磷、铅等元素，能改善切削加工性。6-4 主要是提高强度，提高热硬性、提高耐磨性，耐蚀性和耐热性和热强性。6-5 （1）按主要质量等级分类普通质量低合金钢（ws0.045%，wp0.045%） 一般用途低合金钢等。优质低合金钢（w、wp比普通质量低合金钢低） 如可焊接高强度结构钢等。特殊质量低合金钢（ws0.020%，wp0.020%） 如低温用低合金钢等。（2）按主要性能和使用特性分类，可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢等。6-6 表示方法同碳素结构钢，如

38、Q390，表示s390 Mpa的低合金高强度结构钢。6-7 性能：强度高，塑性、韧性好，焊接性好，冷成形性好，较好的耐蚀性，较低的韧脆转变温度。用途：用于制造各种强度较高的工程结构件，大型钢结构，一般在热轧后经退火或正火状态下供应，使用时不再进行热处理。如Q345用于制造各种大型船舶、铁路车辆、桥梁、管道、压力容器、石油储罐、水轮机壳、起重及矿山机械、电站设备、厂房构架等承受动载荷的各种焊接结构件，一般金属构件、零件等。6-8 （1）按主要质量等级分类：优质合金钢 生产中要特别控制质量和性能，如一般工程结构用合金钢、硅锰弹簧钢等。特殊质量合金钢 生产中要特别严格控制质量和性能，如合金结构钢、合

39、金工具钢等。（2）按主要性能和使用特性分类：工程结构用合金钢、机械结构用合金钢，轴承钢、工具钢等。6-9 调质处理合金结构钢，表面硬化合金结构钢和合金弹簧钢编号为两位数字 +元素符号+数字 （+A） 碳含量的百分数 所含合金元素 该元素含量百分数 硫磷含量少，质量高如：60Si2CrA。6-10 合金工具钢 量具刃具钢、冷作模具钢和热作模具钢的编号表示方法与合金弹簧钢相似，差别在于：当钢中wC1%时，牌号前的数字表示含碳量的千分数；当wC=1%时，牌号前不标出含碳量。如9SiCr。（若不与6-9题连在一起，则要复述合金弹簧钢的编号方法。）高速工具钢 编号表示方法与合金工具钢相似，差别是高速工具

40、钢的wC1%时，也不标出数字如W18Cr4V，其wC=0.7%0.8%不标出。6-11 Q235A：S235 Mpa的碳素结构钢，Q表示屈服噗，A表示质量等级，Ws0.050%，Wp0.045%，用于拉杆、螺栓等；Q345B：S345 Mpa的低合金高强度结构钢，B表示质量等级，Ws0.040%，Wp0.040%，桥梁、厂房钢架等；A3：旧牌号，对应于Q235；16Mn：旧牌号，对应于Q345；40Cr：WC=0.40%、WCr1.5%的合金调质钢，齿轮，轴等；20CrMnTi：WC=0.20%、WCr、WMn、Wti均1.5%的合金渗碳钢，汽车齿轮、齿轮轴；38CrMoA1：WC0.38%、

41、WCr、Wmo、WA1均1.5%的合金调质钢，是氮化零件专业钢，精密丝杆、精密等；60Si2Mn：WC=0.060%、WSi2%、WMn1.5%的合金弹簧钢，板簧，卷簧等；GCr15：WC=1.0%、WCr=1.5%的轴承钢，G表示“滚”的汉语拼音字首，套圈、滚珠等；ZGMn13-1：高锰耐磨钢，ZG表示铸钢，WMn=13%，1为顺序号，wC=0.90%1.5%齿板、铲齿等。6-12 合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢，用以制造渗碳零件。其wC=0.10%0.25%，以保证零件心部有良好的塑性和韧性，钢的表面经渗碳、淬火、低温回火后，有高的硬度和耐磨性。零件渗碳后不能直接应用，必须淬火，低温向火

42、后使用。6-13 合金调质钢又称调质处理合金结构钢，用以制造经调质处理的零件。其wC=0.25%0.50%，以保证零件淬火、高温回火后，有良好的综合力学性能。主要用作重要的齿轮、轴、曲轴、连杆等。6-14 合金弹簧钢是用以制造弹簧零件的合金结构钢。WC=0.50%0.70%，以保证弹簧经淬火、中温回火后，具有高强度、韧性、弹性和抗疲劳破坏能力，以满足使用要求。通过淬火，250500的中温回火来达到使用性的要求。6-15 不可以。汽车变速齿轮承载和传递功率大，在换档和汽车紧急刹车，起动时，所受冲击力和磨擦力大，20CrMnTi在使用时经渗碳、淬火和低温回火，表面层为高碳回火马氏体组织，有很高的硬

43、度和耐磨性，心部为低碳成分组织，具有好的塑性和韧性。其表层和心部性能，都是中碳钢、中碳合金钢经高频淬火后达不到的，因此不可以。6-16 轴承钢主要用来制造各种滚动轴承的滚动体和内、外套圈。滚动轴承在高速转动和强烈磨擦情况下工作，承受很大的局部交变应力，要求轴承钢有高硬度、高耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和耐蚀性。因此，轴承钢含碳量较高（wC=0.95%1.15%），并加入铬、硅、锰、钼、钒等合金元素，以提高钢的淬透性、弹性极限、接触疲劳强度和耐磨性能。通过球化退火、淬火和低温回火达到使用性能的要求。6-17 9SiCr含碳量与T9相近，但9SiCr中加入3Cr、Mn、Si元素，

44、提高了渗透性、耐回火性和热硬性，主要是提高了热硬性，使9SiCr寿命长。6-18 钳工用手锯条由T10A制造，在浇水、低温回火后使用，烧红后，回火马氏体分解成非马氏体组织，空冷后，就变软了。机用锯条用WT8Cr4V高速钢制造，有高的热硬性，烧红后，原先的碳化物不会立即分解，回火M变成了A，由于高速钢含有大量合金元素，淬性高，在空冷条件下仍能得到马氏体组织，仍有高的硬度。6-19 该钢wC=1.0%1.45%，wMn13%，当加热到高温（10601100）时，碳化物全部溶于臭氏体，水冷可得到均匀单一的臭氏体，塑性、韧性好。当使用时遇到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面层转变为马氏体，产生加工硬化，

45、硬度和耐磨性大大提高，而心部仍保持臭氏体良好的塑性和韧性。它在水韧状态下使用。应用在受强烈冲击、巨大压力和要求耐磨的零件，如齿板、铲齿、球磨和*板等。6-20 9SiCrwC=0.90%、wSi、wCr均1.5%的含金刃具钢，丝锥、扳手；W18Cr4VwC=0.70%0.80%，wW=18%，wCr40%、wV1.5%的高速工具钢，高速切削车刀、铣工等；CrwMnwC=1.0%、wCr、wW、wMn均1.5%的合金刃具钢，拉刀、扳牙、量规、高精度冷冲模；Cr12MoVwC1%、wCr=12%、wMo、wV均1.5%的冷作模具钢，冲孔模、切边模等；5CrNiMo：wC=0.5%、wCr、wNi、

46、wMo均1.5%的热作模具钢、大中型热锻模；1Cr18Ni9：wC=0.1%，wCr=18%，wNi=9%的不锈钢，生产硝酸、化肥的设备零件，1Cr17wC=0.1%，wCr=17%的不锈钢，食品加工设备、家庭用具；1Cr13wc=0.1%、wCr=13%的不锈钢，汽轮和叶片，阀；0Cr17Ni7A1wC0.08%、wCr=17%、wNi=7%、wA11.5%的不锈钢、弹簧、势圈等；00Cr18Ni10NwC0.03%、wCr=18%、wNi=10%、wN1.5%的不锈钢，化学、化肥等化工设备零件。6-21 wC=0.50%0.60%，含有Cr、Mn、Mo等合金元素，经最终热处理淬火，回火后，

47、可得到均匀的回火索氏体或回火托氏体组织，在高温下有较高的强度、韧性、足够的硬度、耐磨性，良好的热导性，耐热疲劳性，以满足热作模具（如热锻模）工作时受到较大的冲击力、摩擦、冷热交变热应力的使用要求。6-22 含碳量高，wC=0.70%1.6%，加入大量（总量大于10%）钨、钼、铬、钒等合金元素，使它具有高的硬度、耐磨性和热硬性、很好的韧性和抗弯强度的成分基础。热处理特点是淬火温度高、回火温度高和多次回火。淬火温度高使碳和合金元素能较充分地溶入臭氏体中，回火温度高使它有很好的韧性，多次回火能尽量减少残余臭氏体和产生二次硬化，提高其硬度和耐磨性。此外， 火加热时要经过预热，采取分级淬火或等温淬火，以

48、减少淬火变形。6-23 Cr12钢，高速钢都属于莱氏体钢，毛坯要进行反复锻打，击碎粗大的硬而脆的碳化物，使磷化物细化并均匀分布在基体上，锻造后进行退火，清除内应力，降低硬度，改善切削加工性，以利毛坯的后续加工。6-24 不锈钢是指能抵抗大气或其他介质腐蚀的钢，如1Cr18Ni9，制造生产硝酸、化肥等化工设备零件；1Cr13，制造汽轮机叶片、日常生活用品等。耐热钢是指在高温下具有抗氧化和热强性的钢，如1Cr17，制造900以下耐氧化部件，散热器，炉用部件；4Cr9Si2，制造内燃机进气阀，轻负荷发动机的排气阀。6-25 臭氏体不锈钢的固溶处理，是将钢加热到10501150高温，使碳化物全部溶入臭

49、氏体，然后水淬快冷至室温，得到单相臭氏体组织。经固溶处理后臭氏体不锈钢具有高的耐蚀性，好的塑性和韧性。高温耐磨钢的水韧处理，是将钢加热到10601100高温，碳化物全部溶于臭氏体，水冷可得到均匀单一的臭氏体，此时硬度不高、塑性、韧性好，当使用时遇到强烈摩擦，巨大压力和冲击时，表面层转变为马氏体，产生加工硬化，硬度和耐磨性大大提高，而心部仍保持臭氏体良好的塑性和韧性。一般钢淬火，加热是为了得到臭氏体，温度没这么高，水冷（或油冷）后得到马氏体，提高强度和硬度，经回火消除脆性，保持强韧性和硬度，以满足零件的使用要求。6-26 磨床主轴40Cr，扳弹簧60Si2Mn，滚珠GCr15，汽车变速齿轮20C

50、rMnTi，汽轮机叶片1Cr13，酸槽1Cr18Ni9Ti。6-27 扳牙9SiCr，车刀w18Cr4V，冷冲模9Mn2V，热挤压模4CrWzSi医疗手术刀4Cr13。第七章 铸铁 7-1 铸铁是在凝固过程中经历共晶转变，用于生产铸件的铁基合金的总称。根据碳的存在形式，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁三类。根据石墨形态不同，灰口铸铁又分为铸铁、球墨铸铁，可锻铸铁和 墨铸铁四类。 7-2 优点：良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性、低的缺口敏感性、制造容易、价格便宜；缺点：强度、塑性、韧性较差。原因是铸铁中存在石墨，石墨的强度、硬度、塑性、韧性极低，铸铁组织中存在石墨，犹如存在

51、空洞，对铸铁性能影响很大。 7-3 有三种：F+片状G；F+P+片状G；P+片状G。P+片状G组织的强度提高。 7-4 在灰铸铁浇注前向铁水中加入少量原存剂（如硅铁、硅钙合金），得到细珠光体和细小均匀分布片状石墨组织，称为孕育处理。目的是提高灰铸铁的力学性能。 7-5 不能。因为灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布，而石墨对灰铸铁力学性能的影响是巨大的。7-6 石墨的力学性能极低，石墨的存在犹如空洞，使铸铁具有良好的减振性、减摩性、低的缺口敏感性、优良的铸造性和切削加工性。当石墨以片状存在时，如灰铸铁中，片状石墨的尖端易造成应力等中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性

52、比钢低很多，石墨片数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，则灰铸铁力力学性能越差。当石墨以球状存在时，如球墨铸铁中，球状石墨的割裂基体和尖口敏感作用最小，因此球墨铸铁的力学性能比灰铸铁高得多，强度与钢接近，是铸铁中力学性能最高的。因絮状石墨、 石墨形态介于片状和球状之间，因此，可锻铸铁、蝠墨铸铁的力学性能介于球墨铸铁和灰铸铁之间。7-7 因为灰铸铁的抗压强度、硬度与相同基体的钢相近，但有良好的减振性、减摩性、低的缺口敏感性、优良的铸造性和切削加工性。符合床身支架的使用要求和加工要求。7-8 球墨铸铁是在铁水浇注前，加入一定量的球化剂（稀土镁合金等）和少量的孕育剂（硅铁或硅钙合金），凝固后得到呈球状石

53、墨的铸铁。由于石墨球状，对基体的割裂和类口敏感作用大大减少，力学性能比灰铸铁高得多。但球墨铸铁收缩率较大，白口倾向大，流动性稍差，故对原材料和熔炼、铸造工艺的要求比灰铸铁高。7-9 球墨铸铁能进行热处理，与钢相似。其目的有四个：退火：消除铸造应力，得到F基体提高塑性和韧性；正火增加珠光体数量，提高强度和耐磨性；调质处理，得到回火S基体，获得较高的综合力学性能；等温淬火，得下B基体，获得高硬度、高强度和和较好的韧性。7-10 HT250：灰铸铁，b250 Mpa；QT500-7；球墨铸铁，b500 Mpa，7%；KTH370-12：黑心可锻铸铁，b370 Mpa，12%；RuT340：蠕墨铸铁，

54、b340 Mpa；KTZ 550-04：b550 Mpa，4%。7-11 可锻铸铁适宜制造 壁铸件，因为可锻铸铁流动性比球墨铸铁好，最主要的是将壁铸件容易得到白口铸铁组织，是球墨铸铁要避免的，却是可锻铸铁需要的白口铸铁坯件，再经石墨化退火可锻铁件。7-12 设法用于锤它们敲断，白口铸铁断口呈白色；灰铸铁断口呈灰色；低碳钢韧性好，敲不断。7-13 车床床身：灰铸铁；加热炉底板：耐热铸铁；柴油机曲轴：球墨铸铁；轧辊：球墨铸铁；污水管：球墨铸铁；化工容器：耐蚀铸铁；手轮：灰铸铁。7-14 （1）床身铸造后应进行去应力退火，再切削加工；（2）进行消除白口、降低硬度退火，改善切削加工性。7-15 不正确

55、。因为灰铸铁牌号标示的性能，是用30mm的单铸试样棒加工成试样测定的，因此壁厚为5 mm、20mm的铸件，选用HT150制造，能达到b=150 Mpa的力学性能要求。而壁厚52 mm的铸件，固尺寸大，力学性能下降，仍选用HT150制造，达不到b=150 Mpa，要选用HT200等性能较高的灰铸铁，才有可能达到b=150 Mpa的力学性能要求。第八章 有色金属及其合金 8-1 铝合金按其成分和工艺特点不同分为变形铝合金（其成分在冷却过程不发生其晶转变）和铸造铝合金（其成分在冷却过程发生其晶反应）两类。变形铝合金又分为不能热处理强化铝合金（室温平衡组织单相）和能热处理强化铝合金（室温平衡组织为+相）。8-2 Al-Si系铸造铝合金应用最广。常用变质处理提高其机械性能。通过变质处理使原先粗大针状硅晶体与固溶体组成的共晶体铸造组织，转变成塑性好的初晶固溶体加细粒状共晶体组织，力学性能（又称机械性能）显著提高。8-3 可分为四类：防锈铝合金，耐蚀性好，强度适中，塑性优良，可通过冷变形进行强化，属于不能热处理强化合金。以下三类属于能热处理强化合金，硬铝合金，经固溶和时效后，强度，硬度较高。超硬铝合金，固溶时效后，强度高达600 Mpa，是强度最高的铝合金。锻铝合金，力学性能与硬铝相近，热塑