材料工程基础第三、四章习题答案

1、何为冷变形、热变形和温变形？

冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。

热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。

温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。

2、简述金属的可锻性及其影响因素。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态 或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

(1)内在因素

(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；

(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。 (2)外在因素

(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂 (b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度

(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。

3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？

自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。

2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。 3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。

模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

模锻具有如下特点： (1)生产效率高。劳动强度低。 (2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。 (3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。 (4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。 (5)模锻需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。另外，锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。不适合于单件或小批量生产。 4、板料冲压的基本工序有哪些？

分离工序和成形工序，分离：剪切、冲裁、整修等。成形：弯曲、拉深、胀形、翻边、缩口等。

5、如何确定冲裁模具中凸、凹模的尺寸？

如果是冲孔，冲头尺寸=孔尺寸，冲头尺寸+间隙=凹摸尺寸 如果是下料，凹摸尺寸=料件尺寸，凹摸尺寸-间隙=冲头尺寸 6、金属材料强化的实质是什么？其方式有哪些？ 阻止位错运动

形变强化、细晶强化、固溶强化、第二相强化、钢的相变强化 7、绘制共析钢等温转变曲线并标注每条曲线的含义。

8、简述影响过冷奥氏体等温转变的因素。

(1)碳的影响。随着钢中碳含量的增加，亚共析钢的奥氏体等温转变图向右移，而过共析钢的奥氏体等温转变图向左移。

(2)合金元素的影响。合金元素对钢的奥氏体等温转变图的影响很大，几乎所有的合金元素（除Co以外）都能增加奥氏体的稳定性，使奥氏体等温转变图右移。

(3)奥氏体化温度和保温时间的影响。提高加热温度，延长保温时间，会使奥氏体等温转变图右移。这是由于奥氏体晶粒的长大和未溶碳化物的减少，使晶界减少，从而使成核数量减少，提高了奥氏体的稳定性，从而使奥氏体等温转变图右移。

9、何为钢的退火？其目的是？

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。

(1) 降低硬度，改善切削加工性.

(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； (3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 (4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。 10、解释完全退火、均匀化退火、球化退火。

完全退火是指将亚共析钢加热到Ac3以上20~30℃，保温后随炉冷却到500℃以下在空气中冷却，以获得接近平衡组织 的热处理工艺。通过完全退火来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。

均匀化退火是将钢加热到略低于固相线温度（Ac3或Acm以上150-300℃），长时间保温（10-15h），然后随炉冷却，以使钢的化学成分和组织均匀化。进行均匀化退火时，合金中的元素进行固态扩散，可以消除或减轻晶内偏析，从而改善铸锭或铸件的性能。

球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，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。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，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。

11、淬火的目的是什么？试比较各种淬火方法的优缺点。

经过奥氏体化的钢以大于临界冷却速度vk进行冷却，获得不平衡组织（马氏体或下贝氏体）的热处理工艺

单液淬火法:缺点： 水淬则淬火应力大，容易产生变形与开裂； 用油淬则不易淬硬，容易产生软点。 优点： 操作简单，容易实现机械化和自动化。

双液淬火法：优点：即可以保证工件得到马氏体组织，又可以降低工件在马氏体区的冷却速度，减小组织应力，从而减小工件的变形，开裂的倾向。 缺点：操作复杂，对工人技术水平要求高。

分级淬火:优点：淬火时工件内部温度均匀，组织转变几乎同时进行，因而减小了内应力， 显著降低了变形开裂倾向。

缺点：液态介质（熔盐等）的冷却能力有限

等温淬火：优点：工件的强度、硬度高，塑性、韧性好 淬火应力小，变形小 缺点：生产周期长

12、何为钢的淬透性和淬硬性？其各自的影响因素分别是什么？

淬透性： 指钢在淬火时形成马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示。

影响淬透性的因素：(1) 碳含量 (2) 合金元素 (3) 奥氏体化温度 (4) 钢中未溶第二相 淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力。 影响淬硬性的因素：马氏体中的含碳量。

13、什么是回火？钢经过淬火后为什么一定要进行回火？ 回火：钢的回火是将淬火后的钢再加热到相变点以下的温度，保温后以适当的冷却速度冷却的热处理工艺。

回火可以稳定组织，减小或消除淬火应力提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。 14、试述钢的回火分类，各类回火的应用。

按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火、高温回火和高温软化回火。 (1)低温回火

工件在250℃以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火

工件在250～500 ℃之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。 预先热处理

回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。

(3)高温回火

工件500℃以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。力学性能：200～350HBS，较好的综合力学性能。应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。 （4）高温软化回火

回火温度低于A120~40℃，得到回火珠光体，主要应用于马氏体钢的软化和高碳合金钢的淬火返修品，以代替球化退火。

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