工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。1-3与、。和「含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：Qs—Ps/F0,屈服强度，用于塑性材料。。一P/F。,产生0.2%残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。。b—Pb/Fo,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。比强度－材料的强度与其密度之比。比刚度—材料的弹性模量与其密度之比。思考1—1、1—2.2-3晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷一一空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。⑵线缺陷一一位错，是导致加工硬化的主要原因。⑶面缺陷一一晶界，是细晶强化的主要原因。2-5控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。2-8在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。思考题铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？*⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。因为随碳质量百分数的增加，渗碳体量增加而硬度增加，铁素体量减少而塑性减少。即硬度只与渗碳体量多少有关，塑性只与铁素体量多少有关。⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性均降低。因为网状渗碳体破坏了基体的连续性导致强度下降。⑶塑性主要与铁-碳合金中的铁素体相含量多少有关，铁素体相含量越多塑性越好。钢含碳量低（3C<2.11%）铁素体相含量多形成综合力学性能好的珠光体为基体而有塑性，白口铁含碳量高（3C>2.11%）,渗碳体相含量高形成硬而脆的莱氏体为基体而几乎没有塑性。⑷共晶点成分合金（3c=%）的熔点最低，奥氏体区（GSEJNG）塑性最好（面心立方晶格）。*⑸C点共晶成分（3。=4.3%）、组元纯铁Fe（3c=0%）及渗碳体Fe3c（«c=6.69%）的结晶间隔最小（为零），E点（3。=2.11%）成分结晶间隔最大。2.简述3c=0.4%的钢从液态冷却到室温时的结晶过程及组织。答：3c=0.4%的钢属于亚共析钢，结晶过程为：LfL+AfAfA+FfP+F思考2—2 2—4 2—6第二章：3-1什么是珠光体、贝氏体、马氏体？它们的组织及性能有何特点？答：珠光体（P）—铁碳合金平衡状态下，在PSK线（727℃）发生共析转变的转变产物，即铁素体片和渗碳体片交替排列的机械混合物组织。强度比铁素体和渗碳体都高，塑性、韧性和硬度介于铁素体和渗碳体之间。热处理后可得到在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的粒状珠光体，综合性能更好。贝氏体（B）—从550℃到乂$范围内中温转变、半扩散型转变的非平衡组织，即含过饱和碳的铁素体和渗碳体的非片层状混合物组织。按组织形态不同分羽毛状的上贝氏体（B上）和针片状的下贝氏体（B下）。上贝氏体脆性大无实用价值，下贝氏体的铁素体针细小，过饱和度大，碳化物弥散度大，综合性能好。马氏体（M）—Ms-Mf之间低温转变、非扩散型转变的非平衡组织，即过饱和碳的a固溶体。体心正方晶格，分板条马氏体（低碳马氏体3c<0.20%,位错马氏体），强韧性较好；针状马氏体（高碳马氏体3c>1.0%,孪晶马氏体），大多硬而脆；3c在0.2%〜1.0%之间为两者的混合组织。马氏体的含碳量越多，硬度越高，马氏体有弱磁性。A-M,体积要膨胀，产生较大的内应力。3-8什么是淬火？淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？说明各种淬火方法的优缺点及其应用范围。答：淬火一将钢加热到高温奥氏体化后以大于临界冷却速度Vk冷却获得马氏体或贝氏体的工艺。淬火的目的是使钢获得高硬度的组织。常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火。单介质淬火操作简单但淬火应力大，双介质淬火可降低淬火应力，但经验要求高，分级淬火操作易控制且能有效降低淬火应力，但受尺寸限制只宜小件，等温淬火获得下贝氏体组织，强韧性好且变形小，同样受尺寸限制。适用于处理形状复杂、要求变形小或韧性高的合金钢零件。3-10钢淬火后为什么一定要回火？说明回火的种类及主要应用范围。答：钢淬火后一般不能直接使用，因为：①零件处于高应力状态（>300〜500MPa）,放置或使用时很容易变形和开裂；②淬火态的组织（M+A）是极端非平衡的亚稳定状态，有向稳定组织转变的自发趋向，放置或使用中组织转变，引起性能和尺寸变化；③淬火状态一般是同种钢最硬状态，但不一定是使用所要求的状态。回火的目的：①降低或消除淬火应力；②回火的种类及主要应用范围见下表。类别回火温度/℃组织和硬度/HRC回火目的主要应用范围低温回火150〜250M回，58〜64保持高硬度，高耐磨性，消除应力，降低脆性刃具，冷作模具，量具，渗碳件，表面淬火件，滚动轴承等中温回火350〜500T回，35〜50获高的屈服强度和弹性极限弹簧，模锻锤杆，热作模具等高温回火500〜650S回，25〜35获高的综合机械性能连杆，轴等思考题1.试说明下列钢件应采用何种退火工艺、退火的目的及退火后的组织：⑴经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；⑵铸造成形的机床床身；⑶经锻造过热（晶粒粗大）的3c=0.60%的锻件；⑷具有片状渗碳体组织的T12钢件。正火与退火的主要区别有哪些？生产中应如何选择？答： ⑴再结晶退火，消除加工硬化；⑵去应力退火，消除铸造应力；⑶完全退火，细化晶粒；⑷球化退火，改善切削加工性能和为最终热处理作组织准备。正火与退火的主要区别是： ⑴冷却速度不同，正火冷却速度比退火快；⑵退火分相变退火和不相变退火，正火必须加热到奥氏体区；⑶组织性能，正火比退火的析出相（F、Fe3C）少,组织细，强度硬度高，塑性韧性也好。生产中选择⑴改善切削加工性能，一般3c<0.5%的钢用正火，提高硬度，3c>0.5%的钢用退火，降低硬度；⑵消除过共析钢网状二次渗碳体只能用正火;⑶在许可情况下优先用正火，提高生产率和经济效率。2. 在什么情况下采用表面淬火、表面化学热处理、表面形变强化及其他表面处理？用20（3c=0.20%）钢进行表面淬火和用45（3c=0.45%）钢进行渗碳处理是否合适？为什么？答：表面淬火是使表面获得高硬度高耐磨性的淬火组织而工件内部仍保持原有组织与性能。使零件整体获得“表硬心韧”的性能，用于要求能承受一定冲击并且表面承受摩擦磨损的零件（如齿轮的轮齿，机床的道轨，轴及花键轴等）。表面淬火只能少量提高表面硬度，一般用于中碳结构钢和中碳低合金结构钢，有时也用于冲击较小的高碳钢刃具、模具及铸铁件。表面化学热处理是通过改变表层化学成分来改变表层组织、性能。同样获得“表硬心韧”的性能，化学热处理和表面淬火都属于表面热处理，但化学热处理能更有效地提高表层性能。渗碳用于承受冲击更大，耐磨性要求更高的零件，用低碳结构钢和低碳合金结构钢。渗氮用于显著提高表面硬度和耐磨性，疲劳强度和抗蚀性，氮化温度低，变形小，但周期长，成本高，只用于对耐磨性和精度要求更高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴等。氮化用中碳合金结构钢（38CrMoAl是氮化专用钢）。表面形变强化是通过对零件表面产生塑性变形，产生加工硬化，提高表面性能，产生较大的残余应力，提高疲劳强度，并可清除表面氧化皮，延长使用寿命。特别适用于有缺口的零件、零件的截面变化处、圆角、沟槽及焊缝区等部位的强化。广泛用于弹簧、齿轮、叶片、飞机零件等。其他表面处理有高能束表面改性（激光、电子束）、电镀及化学镀、气相沉积技术、热喷涂技术、化学转化膜技术等。主要目的是对材料表面进行特殊的强化或作某些功能处理，以提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性，或提高零件的装饰性，或改变表面的电、磁性能等。表面改性技术一般不改变基体材料的成分或组织。20钢进行表面淬火不合适，低碳钢表面淬火后表面硬度并不高（W50HRC）,不耐磨;45钢进行渗碳处理以不合适，中碳钢渗碳热处理后心部的韧性不够，不能承受较大的冲击。思考3—3 3—4 3—6 3-7 3-114-2 何谓调质钢？从钢号如何判别是否为调质钢?合金调质钢中常加入的合金元素有哪些？为达到调质钢相近的强韧性能，还可选用哪些钢种？答：调质钢是指在调质处理（淬火＋高温回火）状态下使用的钢种。一般为中碳结构钢和中碳合金结构钢。从钢号判别调质钢主要从①含碳量的表示方法，必须用两位数表示的，说明是结构钢；②含碳量的高低，必须是中碳钢范围，即3c=0.25%〜0.55%。合金调质钢中常加入合金元素有:①提高淬透性并产生固溶强化的主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等；②形成稳定碳化物，阻止加热时奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化作用的辅加元素Ti、V、W、Mo等，Mo、W还能防止产生高温回火脆性。合金元素可明显提高钢的抗回火能力。为达到调质钢相近的强韧性，①部分中碳钢钢种（如45MnV、35MnS）通过控制锻造工艺参数直接生产零件，可达调质的性能；②部分低、中碳钢钢种（如20CrMnTi、20MnV、15MnVB、27SiMn、20SiMnMoV等）处理成低碳马氏体（淬火低温回火）或下贝氏体（等温淬火），可代替调质钢。*4-4高碳刃具钢、高碳滚动轴承钢、高碳冷作模具钢的热处理方法、使用状态组织及性能有何异同处？答：用表分析：钢种热处理方法使用状态组织性能相同处不同处高碳刃具钢①②淬火低高碳M回+碳高硬度，高①含碳量均①刃具钢有①碳素工温回火；化物+少量残耐磨性，高为高碳；热硬性要具钢；③淬火余奥氏体的热硬性，②热处理方求；②低合金560℃三适量的强法基本相②滚动轴承刃具次回火韧性同；钢对抗腐钢；（仍是低③使用组织蚀性、抗③高速温回火）相同；压强度和钢。④高硬度和接触疲劳高碳滚动轴淬火低温回极细的M回+高的抗压高耐磨性强度有要承钢火细粒状碳化物强度和接要求相求；十少量残余奥触疲劳强同。③冷作模具氏体度，高的硬钢对淬透度和耐磨性要求较性，一定的高；韧性和抗④刃具钢、腐蚀性冷作模具高碳冷作模①②淬火低高碳M回+碳高强度，高钢有优质具钢温回火；化物+少量残硬度，高耐钢和高级①碳素工③高温淬火余奥氏体磨性，一定优质钢之具钢；510〜520℃的韧性和分，滚动

②低合金多次回火（仍是低温回较高的淬透性轴承钢只有高级优工具钢；③高碳高火）；质钢一铬钢；④空冷淬火种；④空冷淬回火；⑤冷作模具火冷作⑤同高速钢钢使用的模具钢；钢种类型⑤基体钢多。4-7填写表4-、符号和数字的含义、组织特点和用途。表4—21铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点和用途铸铁牌号符号和数字的含义类别组织特点用途HT200HT-灰铁，200-最低抗拉强度为200MPa灰口铸铁基体（F+P、P）+G片主要用于承压件和受力较小的不重要零件KTH350-10KTH-黑心可铁，350-最低抗拉强度为350MPa,10-最低延伸率为10%.黑心可锻铸铁基体（F）+G团絮用于形状复杂、承受一定冲击的薄壁件RuT300RuT-蠕墨铸铁，300-最低抗力强度为300MPa蠕墨铸铁基体+G蠕虫用于结构复杂、承受热循环载荷、组织致密、强度要求高的铸件QT600-3QT-球铁，600-最低抗力强度为600MPa3-最低延伸率为3%球墨铸铁基体（P+F）+G球用于受力复杂、对强度、韧性和耐磨性要求高的零件4-8填写表4-22，指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途。表4-22 金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途材料牌号或代号类别牌号或代号含义特性用途5A05防锈铝合金5-Al-Mg系合金，A-原始合金，05-产品代号。代号LF5良好的耐蚀性、塑性、及低温韧性。单相固溶体不能热处理强化。宜作压力加工、焊接、冷变形件。2A12硬铝合金2-Al-Cu-Mg系合金，A-原始合金，12-产品代号。代号LY12高强度（ob三300MPa）,比强度接近高强钢。热处理强化，形变强化。H68黄铜H-黄，加工普通黄铜，Cu-Zn合金，单相a黄铜，适合冷、热变形加形状复杂的深冲零件，散热器外

3Cu=68%,余量Zn。工。壳，装潢件。HPb60-1特殊黄铜H-同上，Pb-合金元素，铅黄铜，«cu=60%,3Pb=1%,余量锌。比普通黄铜强度高，耐蚀性、耐磨性较好。一般机器结构零件（衬套、喷嘴）ZAiSi12铸造铝硅合金Z-铸，3Si=12%,余量为铝。代号ZL102。良好的铸造性能，密度小，耐蚀、耐热性及焊接性较好，强度低，不可热处理强化。变质处理细化晶粒提高强度。形状复杂的零件（飞机、仪表的零件，抽水机外壳）*ZCuSn10Pbi铸造青铜Z-铸，3Sn=10%,3Pb=1%,余量铜。代号ZQSn10-1。铅改善铸造性、切削加工性，提高机械性能和耐磨性。重要轴承、齿轮、轴套等耐磨零件。*ZCuPb30铸造铅青铜Z-铸，3Pb=30%,余量铜。代号ZQPb30。疲劳强度高，导热性好，低的摩擦系数。做承受高载荷、高速度及在高温下工作的轴承。QBe2铍青铜Q-青，3Be=2%,余量铜。时效强化效果极佳，强度、弹性极高，耐磨、耐蚀、耐低温性能很好，导电、导热好，无磁性，受冲击无火花，冷、热加工性及铸造性好。重要的弹簧及弹性元件，耐磨零件，防爆工具等。思考题2.不锈钢耐蚀的原理是什么？试比较1Cr13、1Cr18Ni9及1Cr18Ni9Ti的耐蚀性及强度。实际使用中该如何选用？答：⑴加31>12%提高基体的电极电位；⑵形成致密、稳定、牢固的Cr2O3氧化膜，减小或阻断腐蚀电流；⑶在室温下形成单相铁素体或奥氏体。含碳量越低或含铬量越高越耐腐蚀。三者含碳量相同，故耐蚀性1Cr18Ni9Ti>1Cr18Ni9>1Cr13，Ti防止晶间腐蚀。强度1Cr13为马氏体不锈钢强度高，后二者为奥氏体不锈钢强度低。实际使用中按使用时对耐蚀性和对强度的要求选用。思考4-1第三章5-1 热固性与热塑性塑料的区别和特点大致有哪些?分别简述你常用（或常接触）的三种热固性与热塑性塑料的特性及用途。

答：热固性与热塑性塑料的区别大致有：热塑性塑料①线型（含支链型）分子结构；②受热软化可再生。热固性塑料①体网型分子结构；②固化后不溶、不熔，不可再生。特点有：热塑性塑料具有较高的机械性能，加工成型简便，缺点为耐热性和刚性差；热固性塑料具有耐热性高，受压不易变形，结构便宜，缺点是生产率低。常见热塑性和热固性塑料的特性及用途见下表：种类材料名称主要特性主要用途热塑性塑料聚乙烯（PE）结构最简单，吸水小，耐蚀性和电绝缘性能极好，无毒无味，良好的耐低温性、化学稳定性、加工性；耐热性低只能在＜80℃下使用。薄膜、瓶类、电绝缘护套；化工耐蚀管道、圆珠笔芯；医用软管；人工关节、防弹衣、小齿轮等。聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃，PMMA）透光率比玻璃高，耐紫外线和大气老化，强度比玻璃高得多（7〜18倍），成形性很好（可切削加工、吹塑、注射、挤压、浇铸成形等），染色性很好；但表面硬度较低而耐磨性较差。防弹玻璃、飞机窗玻璃、风挡、透明的装饰面板、仪表板、容器、灯罩、光盘、光纤、眼镜、假牙、工艺美术品等。聚四氟乙烯（PTFE或F4）最优良的耐高、低温性能（一260℃~250℃长期使用），耐蚀性强（耐强酸、强碱、强氧化剂），化学稳定性高，摩擦系数最小、介电损耗最小、吸水最小。无毒、无味、g/cm3）。不粘锅、不粘油的抽油烟机涂层，密封“生料带”减摩密封零件，耐高频绝缘零件，耐强腐蚀场合设备衬里及零件，人造血管，人工心脏，人工食道等。热固性塑料酚醛树脂（PF）原料价格便宜，生产工艺简单，成形加工容易，制品尺寸稳定，电绝缘性好，化学稳定性好（耐酸不太耐碱），耐热性突出，有阻燃性及低烟释放和低燃烧毒性，制品硬而耐磨，但性能较脆，颜色单调。灯头、开关、插座、锅勺手把，粘接剂，涂料，火箭、宇宙飞船外壳的耐烧蚀保护层材料。环氧塑料（EP）较强韧，固化收缩率低，耐水、耐化学腐蚀（特别是碱），耐溶剂，粘接牢固，介电性能优良。胶粘剂，配制防腐材料，制模具等。有机硅塑料（SI）不燃，优良的电绝缘性，耐高低温性（一100〜300℃）,耐臭氧，突出的憎水防潮性，良好的耐大气老化性及生理惰性。用于高频绝缘件，耐热件，防潮零件等。思考5-35-46-7根据下列零件的性能要求及技术条件，试选择热处理工艺方法并说明理由。①用45钢制作的某机床主轴，其轴颈部分与轴承接触，要求耐磨，52〜56HRC,硬化层深1mm。②用20CrMnTi制作的某汽车传动齿轮，要求表面具有高硬度及高耐磨性，58〜63HRC,硬化层深0.8mm。③用65Mn制作直径为5mm的某弹簧，要求具有高弹性，38〜40HRC,回火屈氏体组织。④用HT200制作减速器壳，要求具有良好的刚度、强度、尺寸稳定性。答：①预先热处理正火，最终热处理调质加轴颈部分表面淬火低温回火。调质使整体获得良好的综合机械性能，高频感应加热表面淬火低温回火使轴颈部分获得高硬度、高耐磨性。②预先热处理正火，最终热处理渗碳淬火低温回火。渗碳使表面为高碳钢，淬火低温回火获得高硬度，高耐磨性。淬火中温回火，获得回火屈氏体，具有高弹性。去应力退火，消除铸造应力。6-8汽车、拖拉机变速箱齿轮多用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多采用调质钢制造，原因何在？答：汽车、拖拉机变速箱齿轮承受冲击力较大，多用渗碳钢制造经渗碳淬火低温回火后使用；而机床变速箱齿轮受力平稳冲击载荷小，多采用调质钢制造经调质表面淬火低温回火后使用。思考题*1.指出下列零件在选材和制定热处理技术条件中的错误，并说明理由及改进意见①直径30mm、要求良好综合力学性能的传动轴，材料用20钢，热处理技术条件：调质40〜45HRC。转速低、表面耐磨及心部强度要求不高的齿轮，材料用45钢，热处理技术条件：渗碳+淬火，58〜62HRC。弹簧（直径①15mm）,材料用45钢，热处理技术条件：淬火十回火，55〜60HRC。机床床身，材料用QT400-15,采用正火热处理。表面要求耐磨的凸轮，选用45钢，热处理技术条件：淬火、回火，60〜63HRC。答：①分析：要求良好综合力学性能的传动轴，应选中碳结构钢（或中碳合金结构钢）调质热处理。材料用20钢（低碳钢）不对，强度不够，要求40〜45HRC指标高了（25〜35HRC）,调质达不到。改进：根据题目要求结合本题条件，材料选40Cr钢（D0油=20〜40mm）,850℃油淬+520℃回火，30〜35HRC。转速低,表面耐磨及心部强度要求不高的齿轮,应选中碳结构钢（或中碳合金结构钢）,正火或调质，表面淬火+低温回火。正火心部硬度为160〜200HBS,调质心部硬度为200〜280HBS,表面淬火低温回火后表面硬度为50〜55HRC。材料选用是可以的，但渗碳十淬火不对,成本太高。 改进： 材料用45钢,正火＋表面淬火＋低温回火,心部硬度160〜200HBS,表面硬度为50〜55HRC。分析：弹簧应选高碳结构钢或中碳合金结构钢及高碳合金结构钢,淬火＋中温回火,35〜50HRC。选45钢（中碳结构钢）不对，弹性极限低，55〜60HRC只能淬火+低温回火才能达到且太脆。 改进：材料选65Mn钢（截面W15mm）,830℃油淬+540℃回火，45〜50HRC。机床床身,受压且要求消振性好,铸铁受压性能都好,但消振性灰铸铁最好,灰铸铁是机床床身的首选材料。材料用QT400-15不对。改进： 材料用HT200即可。⑤表面要求耐磨的凸轮，应选中碳结构钢或中碳合金结构钢，正火或调质，表面淬火＋低温回火。改进：材料用45钢，正火十表面淬火+低温回火，58〜62HRC。第四章7-1 *铸造的成形原理是什么？这种成形原理有什么特点？答：铸造的成形原理是“液态成形”—即将金属液注入铸型型腔中，冷却凝固后获得所需的铸件。特点有：①适应性很广，工艺灵活性大（合金种类、形状、大小、生产批量等几乎不受限制）。②成本较低，原辅材料广泛（铸件与零件形状相似、尺寸相近，降低成形和加工成本）。缺点是：铸造工艺过程较繁杂，生产周期长，易产生铸造缺陷（缩孔、缩松、气孔、夹渣、变形等）；铸件品质不够稳定，性能比锻造低得多，对环境有污染，劳动环境较差。7-3何谓合金的铸造性能？若合金的铸造性能不好，会引起哪些铸造缺陷？答：合金的铸造性能—是指合金材料对一定铸造工艺的适应程度即获得形状完整、轮廓清晰、品质合格的铸件的能力。若合金的铸造性能不好，会带来铸造生产成本提高或无法得到合格铸件的后果。7-6铸造应力有哪几种？从铸件结构和铸造技术两方面考虑，如何减小铸造应力、防止铸件变形和裂纹？答：铸造应力主要有热应力和机械应力两类。从铸件结构和铸造技术两方面考虑，减小铸造应力，防止铸件变形的措施有：⑴对体收缩小的合金，铸造工艺上采用“同时凝固原则”减小各部位间的温差减小热应力；⑵对铸件结构尽可能减小壁厚差异，增加铸件刚度;⑶采用反变形法减小变形；⑷去应力退火。防止裂纹的措施：⑴良好的型砂（芯砂）的退让性；⑵限制S、P含量防止冷、热脆性。⑶降低内应力防止变形的措施。7-10*比较熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造与砂型铸造，它们各有何特点？其应用的局限性为何？答：熔模铸造与砂型铸造相比：①铸件精度高，表面质量好；②可制造形状复杂铸件；③铸造合金种类不受限制；④生产批量基本不受限制。缺点是工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般＜25Kg。主要用于生产汽轮机和燃气轮机的叶片，泵的叶轮，切削刀具及中、小型零件金属型铸造与砂型铸造相比：①尺寸精度高，表面粗糙度小，机械加工余量小；②晶粒细，力学性能好；③可一型多铸，提高劳动生产率，且节约造型材料。但缺点有金属型的制造成本高，用于大批量生产，不宜生产大型（尺寸在300mm以内，质量W8Kg）、形状复杂和薄壁铸件；冷却快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适用，用于铜合金、铝合金铸件大批量生产。压力铸造与砂型铸造相比：①尺寸精度高，表面质量好；②可压铸薄壁、形状复杂及很小孔和螺纹的铸件；③铸件强度和表面硬度较高；④生产率高。缺点易产生皮下气孔，压铸件不能热处理，也不能在高温工作；易产生缩孔和缩松；不宜小批量生产。主要用于生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件。离心铸造与砂型铸造相比：①不用型芯即可铸出中空铸件；②离心力提高金属充填铸型的能力，可使一些流动性较差的合金和薄壁铸件用离心铸造生产；③产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的概率较小；④节约金属（无浇注系统和冒口）。缺点是铸件的内表面上尺寸不精确，质量较差；易产生成分（密度）偏析。主要用于铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、无缝管坯、造纸机滚筒等。

思考7-77-10思考7-77-108-2为什么金属材料的固态塑性成形不像铸造那样具有广泛的适应性？答：金属材料的固态塑性成形原理是在外力作用下金属材料通过塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件。要实现金属材料的固态塑性变形必须金属材料要具备一定的塑性且有外力作用其上。金属材料的固态塑性成形受到内、外两方面因素的制约，内因指金属本身能否进行固态塑性变形和可形变的能力大小；外因指需要多大的外力及外界条件（温度、变形速度、应力状态等）的影响。故金属材料的固态塑性变形不如铸造成形那样具有广泛的适应性，不能压力加工脆性材料（铸铁、铸铝合金等）和形状特别复杂（尤其是内腔形状复杂）或体积特别大的毛坯或零件，此外，压力加工设备和模具投资较大。8-5提高金属材料可锻性最常用且有效的方法是什么？为何这样？答：提高金属材料可锻性最常用且有效的方法是提高塑性变形温度。随温度升高，金属材料的塑性（3、巾）增加，变形抗力降低。*8-9下列图示零件（图8.77、图8.78、图8.79）2若各自分别按单件小批量、成批量和大批量的锻造生产毛坯，试解答：⑴根据生产批量选择锻造方法。⑵由选取的锻造方法绘制出相应的锻造过程图（锻件图）。⑶确定所选锻造过程的工序，并计算坯料的质量和尺寸。答：⑴单件小批量锻造生产均选自由锻、成批量锻造生产均选模锻、大批量锻造生产分别选辊环轧制、齿轮齿形轧制和楔横轧。⑵、⑶略。8-10落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构及间隙Z有何不同？为什么？答：落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构在于落料或冲孔的凹、凸模有锋利的刃口切断材料而拉深过程凹、凸模有适当的圆角；拉深过程凹、凸模间隙Z（Z^0.1s）比落料或冲孔凹、凸模间隙Z（Z处1.1s）大得多，容材料。思考8-6 8-7 8-9第五章9-1颗粒状材料的成形原理是什么？这种成形原理有什么特点？答：颗粒状材料的成形原理—用金属粉末做原料，经压制成形后烧结而制造出各种类型的零件和产品的成形方法。粉末（颗粒材料）兼有液体和固体的双重特性，即整体具有一定的流动性和每个颗粒本身的塑性。粉末压制具有以下特点：⑴能够生产其他方法不能或很难制造的制品。可制取难熔、极硬和特殊性能的材料（钨丝、硬质合金、耐热材料等）及生产净形和近似净形的优质机械零件（多孔含油轴承、精密齿轮等）；⑵材料利用率很高（接近100％）；⑶其他方法可以制造但粉末冶金法更经济；⑷适宜大批量生产的零件。思考9-2*10-1什么是焊接热影响区？为什么会产生焊接热影响区？焊接热影响区对焊接接头有何影响？如何减小或消除这些影响？答：焊接热影响区—指熔化焊在电弧热的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织或性能变化的区域。是由于各处受热不同引起的。焊接热影响区各处受热不同，其组织变化不同，性能不同。分过热区、正火区和部分相变区，过热区奥氏体晶粒急剧长大，性能很差。在保证焊接接头品质的前提下，增加焊接速度或减少焊接电流（减少热量）都能使熔合区、过热区变小，减小或消除其影响。10-2产生焊接应力和变形的原因是什么？防止焊接应力和变形的措施有哪些？答：产生焊接应力的原因是焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，使焊件各个部分的热胀冷缩极不一致而产生相互制约形成的。当焊接应力超过材料的屈服强度时（。焊>QS）就会造成焊件变形。减小焊接应力的措施：主要从焊缝结构设计和焊接过程两方面考虑。⑴合理地设计焊接构件（核心问题是焊缝布置），在保证结构承载能力下，尽量减少焊缝数量、焊缝长度及焊缝截面积；要使结构中所有焊缝尽量处于对称位置；对厚大件应开两面坡口进行焊接，避免焊缝交叉或密集。此外，提高材料的塑性或降低刚性也能降低焊接应力。⑵采取必要的焊接技术措施，①选择合理的焊接顺序（使焊缝自由收缩）；②焊前预热（减小温差使其较均匀的收缩同时可适当提高塑性）；③加热“减应区”（反向变形减少焊缝收缩约束）；④反变形法（用反方向变形来抵消焊接变形）；⑤焊后热处理（消除焊接应力）。减小变形的措施：降低焊接应力或提高材料的屈服强度或刚度（刚性夹持法），能减小变形。已产生焊接变形的可通过矫正方法减小变形。10-5焊接低合金高强度结构钢时，应采取哪些措施防止冷裂纹的产生？答：焊接低合金高强度结构钢时，应采取①尽可能选低氢型焊条或碱度高的焊剂和适当的焊丝配合。②焊前预热，温度三150℃。③焊后缓冷，去应力退火。思考10-4 10-6思考11-1思考12-1 12-6第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。 7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。 8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。23．腐蚀：材料因化学侵蚀而损坏的现象。二、填空题。.工程材料通常分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料和功能材料。.金属材料通常分为钢铁合金和非铁合金材料。.高分子材料通常分为纤维、橡胶和塑料。.复合材料按其基体分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。.塑料通常分为通用塑料、三程塑料、特种塑料和胶黏剂。6工程材料的性能分为使用性能和工艺性能。.工程材料的使用性能包括力学性能、,物理性能和化学性能。.金属材料常用的力学性能指标有：瓜表示抗拉强度；6s表示屈服强度;H表示硬度;伸长率6和断面收缩率中表示塑性；ak表示冲击韧性。三、判断题。.布氏硬度试验的优点氏压痕面积大，数据稳定，因而适用于成品及薄壁件检验。（X）.压头为硬质合金球时，用HBW表示布氏硬度。 （，）.压头为硬质合金球时，用HBS表示布氏硬度。 （X）.洛氏硬度的测定操作迅速，简便，压痕面积小，数据波动大，适用于半成品检验。（X）四、问答题：见教材、习题集及补充题。第二章材料的组织结构.晶体：晶体是原子或分子在三维空间做有规律的周期性重复排列的固体。.晶格：为便于理解和描述，常用一些假想的连线将各原子的中心连接起来，把原子看做一个点，这样形成的几何图形称为晶格。.各向同性：.各向异性：.晶胞：晶格中的一个基本单元。.晶向：晶格中各原子列的位向。.单晶体：由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的称为单晶体。.晶体缺陷：偏离晶体完整性的微观区域称为晶体缺陷。9．空位：是指未被原子占据的晶格节点。10．间隙原子：是指位于晶格间隙中的原子。11．晶面：在晶格中由一系列原子组成的平面。12．位错线：是指在晶体中，某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。13．晶界：晶界是位向不同，相邻晶粒之间的过渡层。14．合金：是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的，具有金属特性的物质。15．组元：组成合金最基本的独立物质。16．合金系：一系列相同组员组成的不同成分的合金称为合金系。17．合金化：采用合金元素来改变金属性能的方法称为合金化。18．相：合金中具有相同化学成分，相同晶体结构和相同物理或化学性能并与该系统其余部分以界面相互隔开的均匀组成部分。19．固溶体：是指溶质组员溶入溶剂晶格中而形成的单一的均匀固体。20．置换固溶体：置换固溶体是指溶质原子取代了溶剂晶格中某些节点上的原子。21．间隙固溶体：间隙固溶体是溶质原子嵌入溶剂晶格间隙中，不占据晶格节点位置。22．有限固溶体：在一定条件下，溶质组员在固体中有一定的限度，超过这个限度就不再溶解了。23．无限固溶体：若溶质可以任意比例融入溶剂，即溶质的的溶解度可达%100，则固溶体称为无限固溶体。24．固溶强化：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而提高合金的强度和硬度。25.金属化合物：两组元A和B组成合金时，除了可形成以A或以B为基的固溶体外，还可能相互作用化和形成新相，这种新相通常是化合物，一般可用AmBn表示。26．晶体相：晶体相是一些以化合物或以化合物为基的固溶体，是决定陶瓷材料物理，化学和力学性能的主要组成物。27.玻璃相：P1228．气相：气象是指陶瓷材料中的气孔。29．单体：可以聚合成大分子链的小分子化合物称为单体。30.聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。.结晶温度：金属结晶时都存在着一个平衡结晶温度Tm,液体中的原子结晶到晶体上的数目，等于晶体上的原子溶入液体中的数目。.过冷度：实际结晶温度与平衡结晶温度Tm之差称为过冷度。.细晶强化：金属的强度，塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称为细晶强化。.同素异构：P17.同分异构：化学成分相同而分子中原子排列不同的现象称为同分异构。.共晶反应：共晶反应是指从某种成分固定的合金溶液中，在恒温下同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相反应。.共析反应：共析反应是指由一种固相在恒温（共析温度）下同时转变成两种新的固相。.铁素体：是碳在a—Fe中形成的间隙固溶体。39.奥氏体：是碳在丫一Fe中形成的间隙固溶体。.渗碳体：是铁和碳的金属化合物（Fe3C）,其碳的质量分数为6.69%。.珠光体：是铁素体与渗碳体的机械混合物。.莱氏体：.工业纯铁：.共析钢： 碳的质量分数为0.77%，组织是珠光体。.亚共析钢： 碳的质量分数小于0.77%，组织是珠光体和铁素体。.过共析钢： 碳的质量分数大于0.77%，组织是珠光体和二次渗碳体。

47．共晶铸铁：碳的质量分数为4.3%，组织是莱氏体。48．亚共晶铸铁：碳的质量分数小于4.3%，组织是莱氏体、珠光体和二次渗碳体。49．过共晶铸铁：碳的质量分数大于4.3%，组织是莱氏体和一次渗碳体。二、填空题。.实际金属中存在着的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。.世界金属中晶体的点缺陷分为空位和间隙原子两种。.常见合金中存在的相可以归纳为固溶体1口金属化合物两大类。.固溶体按照溶质原子在溶剂原子中的位置可以分为置换固溶体和间隙固溶体。.固溶体按照溶解度的大小可以分为有限固溶体和无限固溶体。.固溶体按溶质原子在溶剂晶格中分布的特点分为无序固溶体和有序固溶体。.线型无定型高聚物随温度不同可处于玻璃态、高弹态和黏流态。.实际结晶温度总是低于平衡结晶温度，两者之差称为过冷度。.共析钢随温度下降至727C时发生共析反应，有奥氏体中析出珠光体和三次渗碳体.共晶铸铁随温度下降至1148c时发生共晶反应，有液体中同时析出莱氏体和珠光体。.典型的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。.纯铁具有同素异构性，当加热到912C时，将由体心立厂晶格的a-Fe转变为面心立方晶格的丫-Fe,加热到1394C时，又由面心立方晶格的丫-Fe转变为体心立方晶格的§-Feo.液态金属冷却到平衡结晶温度以下才开始结晶的现象称为有效结晶现象。.金属的 平衡结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度.实际金属结晶时，其行核方式有自发行核和非自发行核两种，其中，非自发行核又称为变质处理。 16.金属结晶后的晶粒越细小，强度、塑性和韧性越高。.合金是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质，组成合金最基本的独立物质称为组员。18.由于构成合金各组员之间的相互作用不同，合金的结构有固溶体和金属化合物两大类。19.铁碳合金是由铁和碳组成的二元合金，其基本组织有铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体基本组织有铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体、莱氏体。三、判断题。.晶体具有各向异性的特点。.非晶体具有各向异性的特点。.金属的实际晶体结果是多晶体。.金属是多晶体结构，具有晶体的各向异性特点。.晶体缺陷的存在可以提高金属的强度。.晶体缺陷的存在可以提高金属的耐腐蚀性能。.金属化合物的晶格类型与组元的晶格完全不同。.金属化合物一般具有高熔点，高硬度，高韧性。.金属化合物一般具有高熔点，高硬度，脆性大的特点。.陶瓷材料通常熔点高，硬度高，耐腐蚀，塑性差的特点。.陶瓷材料是多晶体，同金属一样具有各向异性的特点。.陶瓷材料是多晶体，同金属一样具有晶界面。.陶瓷材料中气相所占比例增加时，使强度增加。.陶瓷材料中气相所占比例增加时，陶瓷密度减小，绝热性好。.线型无定型高聚物处于黏流态是其工作状态。.线型无定型高聚物处于黏流态是加工成形的工艺状态。(V)(x各向同性)(V)(x各向同性)(V)(x降低耐腐蚀性)(V)(x低韧性，即高脆性)(V)(V)(x各向同性)(V)(x强度减小)(V)(x是其加工的工艺状态)(V).高分子材料在热、光、化学、生物和辐射等的作用下，性能稳定，结构不变。（X结构和性能变化很大）.许多橡胶在空气中氧的作用下会发生进一步的交联而变硬，变脆失去弹性。（，）19．一般情况下，金属的强度，塑性和韧性随晶粒的细化而降低。 （X增强）TOC\o"1-5"\h\z20.具有同素异构特点的金属材料可以应用热处理的方法改变性能。 （，）21．共晶成分的铸铁的铸造性能较差。 （X较好）22.铁碳合金随着碳的质量分数的增加，硬度高的渗碳体增多，硬度增高。 （，）23．铁碳合金随着碳的质量分数的增加，硬度低的铁素体增多，硬度减少。 （X硬度增强）24.亚共析钢的强度与组织的细密度有关，组织越细密则强度越高。 （，）25．铁碳合金的塑性随碳的质量分数的增加而提高。 （X减小）26.铁碳合金的冲击韧性对组织及其形态最为敏感。 （，）27．铁碳合金的冲击韧度随碳的质量分数增加而提高。 （X减小）四、问答题：见教材、习题集及补充题。.简述金属三种典型晶体结构的特点。答：体心立方晶格：在立方体的8个顶角上和立方体中心各有1个原子；面心立方晶格：在立方体的8个顶角上和6个面的中心各有1个原子；密排六方晶格：在六棱柱的上、下六角形面的顶角上和面的中心各有1个原子，在六棱柱体的中间有3个原子。.金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？答：金属的实际晶体中存在三种晶体缺陷：点缺陷——空位和间隙原子；线缺陷——位错线；面缺陷——晶界；影响：一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，而且金属缺陷常常降低金属的耐腐蚀性能，可以通过腐蚀观察金属的各种缺陷。.合金元素在金属中的存在形式有哪几种？它们各自具有什么特性？答：合金元素在金属中的存在形式有两种：固溶体和金属化合物特性： 固溶体，保持溶剂的晶格结构，但会引起溶剂晶格不同程度的畸变，试晶体处于高能状态，从而提高合金个强度和硬度。金属化合物，一般都具有高熔点、高硬度，但很脆，可提高合金的强度、硬度及耐磨性能。.什么事固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：固溶强化：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而合金的强度和硬度，即为固溶强化。5、6、7（略，为第2.2节非金属内容）.金属结晶的基本规律是什么？答：结晶时首先是从液体中形成一些称之为晶核的细小晶体开始的，然后已形成的晶核按各自不同的位向不断长大。同时，在液体中有产生新的晶核并逐渐长大，直至液体全部消失，形成由许多位向不同、外形不规则的晶粒所组成的多晶体。.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小（1）金属型浇注与砂型浇注（2）铸成薄件与铸成厚件（3）浇注时采用振动与不采用振动答：砂型浇注比金属型浇注的晶粒小：因为砂型浇注中有杂质渗入，形成晶粒细化；铸成薄件比铸成厚件的晶粒小：以为薄件的冷却速度快，冷却度大，使得晶粒细化；浇注时采用振动比不采用振动的晶粒小：因为浇注时振动具有细化晶粒的作用。.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：冷却速度越快，冷却度越大。使晶核生成速度大于晶粒长大速度，因而使晶粒细化。11.何谓共晶反应、匀晶反应和共析反应？试比较三种反应的异同点。

答：共晶反应：指从某种成分固定的合金溶液中、在恒温下同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相的反应；匀晶反应：从液相中结晶出固溶体的反应；共析反应：由一种固相在恒温下同时转变成两种新的固相。P14.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？答：铸造合金常选用接近共晶成分的合金是因为接近共晶成分的合金熔点低，结晶范围小，流动性好，具有良好的铸造性能。进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金是因为单相固溶体成分的合金有良好的塑性，变形抗力小，具有良好的可锻性。a、Y、Fe3C、P、A、Ld(Ld,)?它们的结构、组织形态、力学性能有何特点？答：a一铁素体： 为体心立方结构，因溶碳能力差，故强度、硬度不高，塑性、韧性良好；Y、A—奥氏体：为面心立方结构，有一定的溶碳能力，一般硬度较低而塑性较高；Fe3C一渗碳体：为铁和碳的金属化合物，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零；P—珠光体： 铁素体和渗碳体的机械混合物，因渗碳体的强化作用，故具有良好的力学性能；Ld(Ld')一莱氏体(低温莱氏体)：莱氏体为奥氏体和渗碳体的化合物，低温莱氏体为珠光体和渗碳体的产物，二者因渗碳体较多，属脆性组织。.碳钢、铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。答：碳钢：碳的质量分数0.02%-2.11%的铁碳合金，组织为：亚共析钢(号＜0.77%)、共析钢(、=0.77%)、过共析钢(号＞0.77%),性能：具有良好的塑性和韧性，宜于锻造；铸铁：碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，组织：亚共晶铸铁(,＜4.3%)、共晶铸铁(号=4.3%)、过共晶铸铁(号＞4.3%)性能：具有较强高的强度和硬度，有良好的铸造性能。.分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过室温组织为：F+Fe室温组织为：F+Fe3c皿室温组织为：F+P室温组织为：P+Fe3Cn室温组织为：P+Fe3Cn一般硬度较低而塑性较高；答：3c=0.20%时，结晶过程：A—A+F—F—F+Fe3c皿w=0.60%时，结晶过程：A—A+F—F+Pcwc=0.80%时，结晶过程：A—A+Fe3Cn—P+Fe3Cnwc=1.0%时，结晶过程：A—A+Fe3Cn—P+Fe3CnA—奥氏体： 为面心立方结构，有一定的溶碳能力F—铁素体： 为体心立方结构，因溶碳能力差，故强度、硬度不高，塑性、韧性良好；P—珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物，因渗碳体的强化作用，故具有良好的力学性能;Fe3C一渗碳体：为铁和碳的金属化合物，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零;.渗碳体有哪5种基本形态，它们的来源和形态有何区别？答：(1)一次渗碳体：从液体中直接析出，呈长条状；(2)二次渗碳体：从奥氏体中析出，沿晶界呈网状；(3)三次渗碳体：从铁素体中析出，沿晶界呈小片或粒状；(4)共晶渗碳体：同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体；(5)共析渗碳体：同铁素体交互形成，呈交替片状。£相图，说明产生下列现象的原因(1)碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高；(2)低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；（3）捆扎物体一般用铁丝（镀锌的碳钢丝），而起重机起吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；（4）一般要把刚才加热的高温（约1000-1250℃）下进行热轧或锻造；（5）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。答：（1）3c=1.0%的钢成分是F+P,而3c=0.5%的钢成分是P+Fe3CnoFe3C硬度高，脆性大，而F因溶碳能力差，强度、硬度低。所以碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高；（2）低温莱氏体为珠光体和渗碳体的混合物，因为渗碳体硬度高，脆性大，所以比珠光体的塑性差；（3）铁丝中含有较多的珠光体和渗碳体，强度高，但质脆。而钢丝中含有铁素体和渗碳体，不但强度满足要求，还具有较好的韧性；（4）把刚才加热的高温（约1000-1250℃）时，其内部组织转化为奥氏体，塑性较高，易于塑性成形，适合进行热轧或锻造；（5）钢含有较多的铁素体，含碳量较低，塑性和韧性好，所以宜于通过压力加工成形，而铸铁含有较多的珠光体和渗碳体，熔点低，结晶范围小，具有良好的铸造性能。五、选择题：.珠光体是下述（C）的产物。.过共析钢在冷却过程中遇到ES线时，将发生的反应是（A）o.Fe—Fe3c相图中的GS线是（A）。C的开始线3第三章金属热处理及表面改性1.热处理：通过加热、保温和冷却改变金属内部组织或表面组织，从而获得所需性能的工艺方法；2.过热：热处理中，实际加热的临界温度和相图的平衡临界温度相比存在一定的滞后，即为过热；3.奥氏体：热处理中，把钢件加热到临界温度人1线以上，其内部组织转变成新的组织即为奥氏体;4.等温转变：指过冷奥氏体在不同过冷温度下的等温过程中进行组织转变；.索氏体：按照组织中层片的尺寸，把在650-600℃之间的温度转变的组织称为索氏体；.托氏体：按照组织中层片的尺寸，把在600-550℃之间的温度转变的组织称为托氏体；.贝氏体：按照组织中层片的尺寸，把在550-230℃之间的温度转变的组织称为贝氏体；.马氏体：在230℃时过冷奥氏体转变成的组织即为马氏体；.高碳马氏体:碳的质量分数大于1%时得到的马氏体；.低碳马氏体:碳的质量分数小于0.2%时得到的马氏体；.连续冷却:将已奥氏体化的钢冷却，使其在温度连续下降的过程中发生组织转变，称为连续冷却；12.退火:将偏离平衡状态的金属或合金，先加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却，以达到接近平衡状态的热处理工艺称为退火；.正火:将钢加热到Ac3或Accm线以上30-50℃,适当保温后在空气中冷却至室温，得到珠光体类型的组织，这种热处理工艺称为正火。.完全退火：完全退火是将钢加热到人口线以上30-50℃,保温一段时间，再缓慢冷却下来。.不完全退火：不完全退火是将钢加热到AC1线以上20-30℃,经适当保温后缓慢冷却。.去应力退火:将钢加热到AC1线以下某一温度，保温后缓慢冷却。17．球化退火:过共析钢的不完全退火又称球化退火。.淬火：将钢加热到人^或人^线以上30-50℃,保温一段时间，再快速冷却，以获得马氏体、贝氏体等非平衡组织的热处理工艺。.回火：淬火后的钢先加热到AC1先以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。20．高温回火：高温回火的加热温度为500-650℃。21．中温回火：中温回火的加热温度为250-500℃。22．低温回火：低温回火的加热温度为150-250℃。23．调质处理：生产中把淬火和高温回火相结合的热处理工艺称为调质。24．淬透性：钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。25．淬硬性：钢的淬硬性是指钢在淬火时所能获得的最高硬度。26．表面淬火：通过快速加热，在零件表面很快达到淬火温度而内部还没有达到临界冷却温度时迅速冷却使零件表面获得马氏体组织而心部仍保持塑性、韧性较好的原始组织的局部淬火方法。27．表面化学热处理：将工件放在一定的活性介质中加热保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能的工艺方法。28．渗碳：渗碳是向工件表面层渗入碳原子。29．渗氮：渗碳是向工件表面层渗入氮原子，形成富氮的表面硬化层的过程。30.碳氮共渗：碳氮共渗是将碳、氮原子同时渗入工件表层，形成碳氮共渗层的化学热处理。^m致密的氧化膜。.磷化处理：将钢铁零件浸入磷酸盐溶液中，在其表面形成一层5-15^m厚的磷化膜。.钝化处理：经阳极氧化或化学氧化方法等处理后的金属零件，由活泼状态转变为不活泼状态的过程，简称钝化。.电火花表面强化：电火花表面强化是通过电火花放电的作用，把一种导电材料涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变后者表面物理和化学性能的工艺方法。.喷丸表面强化：喷丸表面强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面，使其表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度的强化层表面。.钢的普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。.钢的退火根据材料与目的要求分为短全退火 、不完全退火和去应力退火。.钢的淬火分为单液淬火、 双介质淬火、分级淬火和 贝氏体等温淬火。.淬火后的钢根据加热温度的不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火。.常用的表面化学热处理有 渗碳、渗氮 和碳氮共渗。.常用的表面热处理可分为表面淬火和表面化学热处理。二、判断题。.金属热处理就是加热、冷却改变金属内部组织火表面组织，从而获得所需要TOC\o"1-5"\h\z所性能的工艺方法。 （X）.热处理中加热冷却速度较快，实际的临界温度和相图中的平衡温度相比存在一定的滞后现象。 （X）.奥氏体晶粒的大小对冷却后钢的组织和性能没有很大影响。 （X）.奥氏体晶粒的大小主要取决与加热温度和保温时间。 （，）.冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变及其钢的最终性能没有影响。 （X）.索氏体与托氏体同为片层状珠光体，他们之间的仅有厚薄的差别。 （X）.完全退火工艺适用于过共析钢。 （X）.球化退火工艺适用于亚共析钢。 （X）.完全退火工艺适用于亚共析钢。 （，）10•球化退火工艺适用于过共析钢。 （，）.低碳钢为便于切削加工，预备热处理常用退火，以降低硬度。 （，）.低碳钢为便于切削加工，预备热处理常用正火，以适当提高硬度。 （X）.钢的淬透性就是钢的淬硬性。 （X）.钢的淬透性是由钢材本身的属性所决定，所固有。 （，）15．钢的淬透性取决于外部工艺条件的影响。 （X）16.钢的淬硬性取决于钢的含碳量，含碳量越高，硬度越高。 （，）17．临界冷却速度对钢的淬透性无任何影响。 （X）18．感应加热表面淬火工艺加热快，生产率高，适用于单件少量生产。 （X）19.感应加热表面淬火工艺加热快，生产率高，适用于大批量生产。 （，）20．火焰加热表面淬火设备简单，适用于大批量生产。 （X）21.火焰加热表面淬火设备简单，适用于单件或小批量生产。 （，）22．低碳钢零件渗碳后含碳量增加，硬度自动升高。 （X）23.低碳钢零件渗碳后，仅表层含碳量增加，经淬火后硬度才能升高。 （，）24．低碳钢零件经渗氮后，仅表层化学成分改变，硬度不变。 （X）25．渗氮处理的零件耐热性好，耐磨性好。 （X）.发黑处理主要消除内应力。 （，）.发黑处理形成的氧化膜，可以防止金属腐蚀和机械磨损。 （，）.发黑处理主要作为装饰性加工工艺。 （X）.磷化处理膜使金属基体表层的吸附性，耐热性和减磨性得到改善。 （，）三、问答题：见教材、习题集及补充题。下述钢中强度最高的是（D）。A.T8钢 B.45钢 C.65钢下述钢中硬度最高的是（ D）。A.40钢 B.30CrMnSi C.T8钢Q235A属于（B）A.合金钢 B.普通碳素结构钢T12A属于（D）.A.合金钢 B.工具钢 C.优质碳素结构钢40CrNiMo是一种合金结构钢，元素符号前面的40表示的是（B）。A.钢中含碳量的千分数9Mn2V是一种合金工具钢，元素符号前面的数字9表示的是（ B）。A.钢中含碳量的百分数第四章 钢铁材料及其用途.低碳钢：碳的质量分数小于0.25％的碳钢。.中碳钢：碳的质量分数为0.25%~0.60%的碳钢。.高碳钢：碳的质量分数大于0.60%的碳钢。.普通碳素结构钢：s的质量分数三0・050%,p的质量分数三0・045%.优质碳素结构钢：s的质量分数和p的质量分数均三0・035.高级优质碳素结构钢：s的质量分数三0・020%「的质量分数三0・030%.特级优质碳素结构钢：s的质量分数三0・015%「的质量分数三0・025%8．红硬性：红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。9．白口铸铁：白口铸铁中碳的绝大部分以渗碳体的形式存在，断口呈银白色10．灰口铸铁：碳的大部分或是全部以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色11．石墨化：通常把铸铁中的石墨形成过程成为石墨化过程二．常用材料牌号识别：Q195：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，195为屈服强度数值。Q235：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，235为屈服强度数值。Q235F：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，235为屈服强度数值。F表示沸腾钢。Q255Z：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，255为屈服强度数值。Z表示镇静钢。25：优质碳素结构钢，25表示平均含碳量为0.25％。35：优质碳素结构钢，35表示平均含碳量为0.35％。.45：优质碳素结构钢，45表示平均含碳量为0.45％。65：优质碳素结构钢，65表示平均含碳量为0.65％。T7:碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，7表示平均含碳量为0.7%。T8： 碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，8表示平均含碳量为0.8%。T10：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，10表示平均含碳量为1.0%。T13：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，13表示平均含碳量为1.3%。T13A：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，13表示平均含碳量为1.3%,A表示高级优质钢。T10A：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，10表示平均含碳量为1.0%,A表示高级优质钢。ZGMn13：2Cr13：铬不锈钢，2表示平均含碳量为0.2%,Cr为铬的元素符号，13表示含铬量为13%。3Cr13：铬不锈钢，3表示平均含碳量为0.2%,Cr为铬的元素符号，13表示含铬量为13%。20CrMnTi：合金结构钢中的合金渗碳钢。20表示平均含碳量为0.2%,Cr、Mn、Ti为合金元素铬,锰,钛的元素符号,其含量平均小于1.0%。18Cr2Ni4WA：40Cr：合金结构钢中的调质钢，40表示平均含碳量为0.40%,Cr为合金元素铬的元素符号，其平均含量小于1.0%。35CrMo：合金结构钢中的调质钢，35表示平均含碳量为0.35%,Cr、Mo为合金元素铬、钼的元素符号,其平均含量小于1.0%。40CrNiMo：合金结构钢中的调质钢，40表示平均含碳量为0.40%,Cr、Ni、Mo为合金元素铬、镍、钼的元素符号,其平均含量小于1.0%。38CrMoAl：合金结构钢中的调质钢，38表示平均含碳量为0.38%,Cr、Mo、Al为合金元素铬、钼、铝的元素符号,其平均含量小于1.0%。65Mn：合金结构钢中的弹簧钢，65表示平均含碳量为065%,Mn为合金元素锰的元素符号，其平均含量小于1.0%。50CrVA：合金结构钢中的弹簧钢，50表示平均含碳量为0.50%,Cr、V为合金元素铬、钒的元素符号，其平均含量小于1.0%。A表示高级优质钢。W18Cr4