机械工程材料第1-6章习题及参考答案

第1章 材料的结构和金属的结晶

一、选择题

1. 材料的结构层次包括：（）。

（a）原子结构和原子结合键、原子的空间排列、相和组织

(b) 原子结构和电子结构、原子的空间排列、相和组织 (c) 原子结构、电子结构、相和组织 (d) 原子、电子、质子

2. 金属中正离子与电子气之间强烈的库仑力使金属原子结合在一起，这种结合力叫做（ ）。

（a）离子键 （b）共价键 （c）金属键 （d）氢键 3. 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键叫做（ ）。

（a）离子键 （b）氢键 （c）共价键 （d）金属键 4. 金属具有良好的导电性和导热性与（ ）有密切关系。

（a）金属有光泽 （b）金属不透明 （c）金属塑性好 （d）金属中自由电子数量多

5. 金属键没有方向性，对原子没有选择性，所以在外力作用下发生原子相对移动时，金属键不会被破坏，因而金属表现出良好的（ ）。

（a）脆性 （b）塑性 （c）绝缘性 （d）刚性

6. 金属加热时，正离子的振动增强，原子排列的规则性受到干扰，电子运动受阻，电阻增大，因而金属具有（ ）。

（a）正的电阻温度系数 （b）高强度 （c）高塑性 （d）绝缘性 7. 固态物质按原子（离子或分子）的聚集状态分为两大类，即（ ）。

（a）晶体和非晶体 （b）固体和液体 （c）液体和气体 （d） 刚体和质点 8. 原子（离子或分子）在空间规则排列的固体称为（ ）。

（a）气体 （b）液体 （c）晶体 （d） 非晶体 9. 原子（离子或分子）在空间不规则排列的固体称为（ ）。

（a）气体 （b）液体 （c）晶体 （d）非晶体 10. 晶体具有（ ）的熔点。

（a）不定确定 （b）固定 （c）可变 （d）无法测出 11. 非晶体（ ）固定的熔点。

（a）没有 （b）有

12. 在晶体中，通常以通过原子中心的假想直线把它们在空间的几何排列形式描绘出来，这样形成的三维空间格架叫做（ ）。

（a）晶胞 （b）晶格 （c）晶体 （d）晶核

13. 从晶格中取出一个能完全代表晶格特征的最基本的几何单元叫做（ ）。

（a）晶胞 （b）晶格 （c）晶体 （d）晶核 14. 晶胞中各个棱边长度叫做（ ）。

（a）原子间距 （b）原子半径 （c）晶格常数 （d）原子直径 15. 晶胞各棱边之间的夹角称为（ ）。

（a）晶面夹角 （b）棱间夹角 （c）晶向夹角 （d）轴间夹角 16. 通过晶体中原子中心的平面叫（ ）。

（a）对称平面 （b）几何平面 （c）晶面 （d）晶面族

17. 为了分析各种晶面上原子分布的特点，需要给各种晶面规定一个符号，这就是（ ）。

（a）方向指数 （b）晶面指数 （c）晶向指数 （d）符号指数

1

18. 晶胞中所包含的原子所占体积与该晶胞的体积之比称为（ ）。

（a）配位数 （b）原子比 （c）致密度 （d）密度 19. 晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数称为（ ）。

（a）致密度 （b）配位数 （c）等距离原子数 （d） 相邻原子数 20. 一个体心立方晶胞中共有（ ）个原子。

（a）1 （b）2 （c）3 （d）9 21. 一个面心立方晶胞中共有（ ）个原子。

（a）1 （b）2 （c）4 （d）14 22. 一个密排六方晶胞中共有（ ）个原子。

（a）3 （b）4 （c）5 （d）6 23. 体心立方晶格中原子的配位数是（ ）。

（a）2 （b）8 （c）4 （d）6 24. 面心立方晶格中原子的配位数是（ ）。

（a）8 （b）6 （c）12 （d）15 25. 晶体中原子排列方式相同但位向不同的晶面称为（ ）。

（a）平行晶面 （b）一族晶面 （c）交叉晶面 （d）相交晶面 26. 在体心立方晶格中，原子密度最大的一族晶面是（ ）。

（a）{111} （b）{110} （c）{211} （d）{112} 27. 在面心立方晶格中，原子密度最大的一族晶面是（ ）。

（a）{111} （b）{110} （c）{211} （d）{112} 28. 通过晶体中原子中心的直线方向叫做（ ）。

（a）原子列 （b）晶向 （c）晶面方向 （d）晶面 29. 晶体中原子排列方式相同但位向不同的晶向称为（ ）。

（a）平行晶向 （b）一族晶向 （c）交叉晶向 （d）相交晶向 30. 在体心立方晶格中，原子密度最大的一族晶向是（ ）。

（a）<110> （b）<111> （c）<211> （d）<122> 31. 在面心立方晶格中，原子密度最大的一族晶向是（ ）。

（a）<110> （b）<111> （c）<211> （d）<122>

32. 晶体在不同方向上常表现出不同的物理、化学和力学性能，即表现出（ ）的特征。

（a）各向异性 （b）各向同性 （c）伪等向性 (d)分散性 33. 非晶体一般不具有（ ）。

（a）各向异性 （b）各向同性 （c）伪等向性 (d)分散性 34. 由许多位向不同的单晶体组成的晶体叫做（ ）。

（a）单晶体 （b）晶粒 （c）多晶体 （d）非晶体 35. 晶粒之间的界面称为（ ）。

（a）亚晶界 （b）晶界 （c）曲面 (d) 小角度晶界 36. 如果晶体内的所有原子都是规则排列的，这种晶体称为（ ）。

（a）晶体 （b）多晶体 （c）理想晶体 （d）绝对晶体

37. 实际晶体中总会存在不完整的、原子排列偏离理想状态的区域，这些区域称为（ ）。

（a）不完整晶体 （b）晶体缺陷 （c）非理想晶体 （d）非晶体 38. 晶体缺陷按几何形态分为三类，即（ ）。

（a）空位、线缺陷和晶界 （b）置换原子、位错和亚晶界 （c）点缺陷、线缺陷和面缺陷 （d）理想晶体 39. （ ）就是没有原子的结点。

2

（a）置换原子 （b）空位 （c）间隙原子 (d)交点 40. 位于晶体间隙中的原子称为（ ）。

（a）置换原子 （b）杂质原子 （c）间隙原子 (d)小直径原子 41. 处在结点上的异类原子称为（ ）。

（a）置换原子 （b）杂质原子 （c）间隙原子

42. 由两种或两种以上的金属原素或金属与非金属元素经过冶炼、烧结或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质称为（ ）。

（a）合金钢 （b）合金 （c）铸造合金 （d）固溶体

43. 合金结晶时若组元相互溶解所形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，则这类固相称为（ ）。

（a）固溶体 （b）化合物 （c）晶体 （d）非晶体 44. 固溶体中含量较多的组元称为（ ）。

（a）溶质 （b）溶剂 （c）基体 (d)基元 45. 固溶体中含量较少的组元称为（ ）。

（a）溶质 （b）溶剂 （c）基体 (d)基元 46. 固溶体的晶格类型与（ ）组元的晶格类型相同。

（a）溶质 （b）溶剂 （c）基体

47. （ ）是指肉眼或借助显微镜所观察到的合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。

（a）相 （b）组织 （c）晶格 （d）晶粒

48. 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为（ ）。

（a）组织 （b）固溶体 （c）相 （d）珠光体

49. 合金结晶时若组元相互溶解所形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，则这类固相称为（ ）。

（a）组织 （b）固溶体 （c）相 （d）珠光体

50. （ ）是指溶质原子占据了溶剂原子晶格中的某些结点位置而形成的固溶体。

（a）置换固溶体 （b）间隙固溶体 （c）有序固溶体 （d）无序固溶体 51. 不利于细化晶粒的工艺是（ ）。

（a）提高过冷度 （b）变质处理 （c）振动搅拌 （d）减小过冷度 52．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将（ ）。

（a）越高 （b） 越低 （c）越接近理论结晶温度 （d）没有变化 53．铸件从表面到心部三个典型的区域是（ ）。

（a）细等轴晶粒区、粗等轴晶粒区、柱状晶粒区 （b）细等轴晶粒区、柱状晶粒区、粗等轴晶粒区 （c）柱状晶粒区、细等轴晶粒区、粗等轴晶粒区 （d）粗等轴晶粒区、柱状晶粒区、细等轴晶粒区 54. 合金液在凝固冷却过程中，其液态收缩和凝固收缩如不能得到补偿，则在铸件最后凝固处会形成孔洞，容积大而集中者称为（ ），小而分散者称为缩松。 （a）孔洞 （b）缺陷 （c）缩孔 （d）真空 55. 与固溶体相比，金属间化合物的性能特点是（ ）。

（a）硬度高，塑性高 （b）熔点高，硬度低 （c）熔点高，硬度高 （d）硬度低， 塑性低 1 a c a

3

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 c c d b a a c d b a b a c b c b c b b d a b a c b b a b b a b b c b b b a a d a b a b c c b c c b c b c 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 二、判断题

1. 金属具有较高的强度、塑性、导电性和导热性。（ ） 2. 化合物比金属的塑性好。（ ）

3. 分子间的作用力与化学键相比一般比较小。（ ）

4. 高分子聚合物通常属于绝缘体，这一特性与高分子聚合物属于共价键无关。（ ） 5. 离子晶体比金属的导电性好。（ ） 6. 固态金属都属于晶体。（ ）

7. 高分子材料既有晶体也有非晶体。（ ） 8. 石英（SiO2）一定是晶体。（ ）

9. 在置换固溶体中，置换原子质量分数越高，其固溶强化作用越大。（ ） 10. 晶体的点缺陷主要指空位、置换原子和间隙原子和位错。（ ） 11. 在间隙固溶体中，间隙原子质量分数越高，其固溶强化作用越大。（ ） 12. 实际金属的强度通常随位错密度的增大而提高。（ ） 13 .通过塑性变形可以提高位错密度，因而可以提高强度。（ ） 14. 晶粒越细小，面缺陷越多，因而其强度越低。（ ） 15. 室温下，金属的晶粒越细小，则强度越高，塑性越低。（ ） 16. 液态金属的冷却速度越快，过冷度就越小。（ ） 17. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ ）

18. 在相同溶质浓度条件下，间隙固溶体的固溶强化效果大于置换固溶体的固溶强化效果。（ ） 19. 固溶体中溶质原子含量越高其强度越低。（ ）

20. 无论溶质原子直径比溶剂原子直径大或小，都能起到固溶强化作用。（ ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 √ × √ × × × √ × √ × √ √ √ × × × × √ × √ 三、问答题

1.常见的金属晶格类型有哪几种？画出它们的晶胞。

答：常见的金属晶格类型有三种：体心立方、面心立方和密排六方。

体心立方 面心立方 密排六方

2.在立方晶胞中画出下列晶面和晶向：（101）、（111）、[011]、[111]。

(111) [011] [111] (101)

3.为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？

答：在单晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子间的结合力就不同，因而晶体在不同方向上性能各异。而多晶体是由许多位向不同的单晶体组成的，各个晶粒在整块金属内的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值，所以一般不显示各向异性。 4.在实际晶体中存在哪几种晶体缺陷?它们对金属的力学性能有何影响？

答：实际晶体中主要存在3种晶体缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷。其中点缺陷包括空位、间隙原子和置换

4

原子；线缺陷也称为位错，包括刃型位错、螺型位错和复合位错；面缺陷包括晶界、亚晶界和相界。

随间隙原子或置换原子浓度的提高，材料的强度、硬度和耐磨性提高，塑性下降（韧性可能升高也可能下降）；随位错密度的提高，材料的强度、硬度和耐磨性提高而塑性和韧性下降；随晶粒细化，材料的强度、硬度、耐磨性、塑性和韧性提高。

5.金属结晶的基本规律是什么？工业生产中采用哪些措施细化晶粒？

答：金属结晶的基本规律是：当液态金属冷到结晶温度以下时，开始形核和长大，最终结晶成晶体。

工业生产中细化晶粒措施主要包括：（1）提高冷却速度增大过冷度，如用金属型代替砂型铸造；（2）振动和搅拌；（3）变质处理。

第二章 金属的塑性变形与再结晶

一、选择题

1. 金属变形的三个阶段分别是（ ）。

（a）弹性变形、粘流变形和断裂 （b）弹性变形、弹塑性变形和断裂 （c）弹性变形、高弹变形和断裂 （d）高弹变形、弹塑性变形和断裂 2. 发生明显塑性变形后而发生的断裂称为（ ）。

（a）韧性断裂 （b）脆性断裂 （c）疲劳断裂 （d）延时断裂 3. 断裂前无明显塑性变形的断裂称为（ ）。

（a）韧性断裂 （b）脆性断裂 （c）疲劳断裂 （d）延时断裂

4. （ ）是晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对的滑动，是晶体发生塑性变形的主

要方式。

（a）攀移 （b）滑移 （c）位错 （d）剪切 5. 单晶体塑性变形的基本方式有( )。

（a）滑移和孪晶 （b）滑移和孪生 （c）滑动和孪生 （d）错动和孪生 6. 当作用在滑移系上的（ ）达到某一临界值时，滑移才能开始。

（a）拉应力 （b）切应力 （c）正应力 （d）分切应力 7. α-Fe晶体在受力时发生滑移，其滑移系为( )。

（a）{110}[111] （b）{110}〈111〉 （c）{111}〈110〉 （d）{110}[110] 8. γ-Fe晶体在受力时发生滑移，其滑移系为( )。

（a）{110}[111] （b）{110}〈111〉 （c）{111}〈110〉 （d）{110}〈110〉 9. 滑移的本质是( )。

（a）晶格错动 （b）位错运动 （c）晶格转动 （d）孪生

10. 变形量很大时，各晶粒会被拉长成细长条和纤维状，这种组织被称为（ ）。

（a）纤维组织 （b）拉长晶粒 （c）变形组织 （d）长条状组织

11. 经过大量塑性变形后，由于位错密度增大和发生交互作用，位错分布不均，并使晶粒分化成许多位向略

有差异的亚晶块，称为（ ）。

（a）小晶粒 （b）亚晶粒 （c）晶粒 （d）位错晶粒

12. 在塑性变形量很大时，伴随着晶粒的转动，各个晶粒的滑移面和滑移方向都会逐渐与形变方向趋于一致，

从而使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间位向上呈现—定程度的一致性，这种现象称为择优取向，这种组织称为（ ）。

（a）择优组织 （b）变形组织 （c）形变织构 （d）拉长组织 13. 加工硬化使金属( )。

5

14.

15.

16.

17.

（a）强度升高、塑性降低 （b）强度降低、塑性降低 （c）强度升高、塑性升高 （d）强度降低、塑性升高

经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程称为（ ）。

（a）恢复 （b）回复 （c）再结晶 （d）结晶

当冷变形金属的加热温度高于回复温度时，在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代全部变形组织，这个过程称为（ ）。 （a）恢复 （b）回复 （c）再结晶 （d）结晶 变形后的金属加热发生再结晶，再结晶后的金属( )。

（a）强度、硬度升高，塑性、韧性降低 （b）强度、硬度降低，塑性、韧性降低 （c）强度、硬度升高，塑性、韧性升高 （d）强度、硬度降低，塑性、韧性升高 多晶体的塑性变形具有（ ）。

（a）不变性、同时性和协调性 （b）不同时性、不均匀性和相互协调性 （c）在一个晶粒内的变形是均匀的特性 （d）各个晶粒的变形相等的特性 2 a 3 b 4 b 5 b 6 d 7 b 8 c 9 b 10 11 12 13 14 15 16 17 a b c a b c d b 1 b 二、判断题

1. 二次再结晶会导致材料晶粒粗大，降低材料的强度、塑性和韧性。（ ） 2. 冷变形黄铜部件采用回复退火可避免应力腐蚀开裂。（ ）

3. 变形金属回复后的力学性能变化不大，只有内应力和电阻率明显降低。（ ） 4. 变形后的金属再结晶退火温度越高，退火后的晶粒越粗大。 5. 滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（ ） 6. 金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（ ） 7. 再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（ ） 8. 金属的热加工必须是在再结晶温度以下的变形加工。（ ）

9. 金属变形时产生的织构引起材料的各向异性，对材料的性能总是不利的。（ ） 10. 晶体的滑移是在正应力的作用下发生的。（ ） 11. 变形金属再结晶后的强度、硬度变化不大。（ ） 12. 金属的冷变形量越大，其开始再结晶的温度越高。（ ）

13. 加工硬化或形变强化的本质是位错密度随变形量增大而增大，使位错运动更加困难。（ ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ √ √ √ √ × × × × × × × √ 三、问答题

1. 塑性变形的实质是什么？它对金属的组织与性能有何影响？

答：塑性变形的实质是晶体的一部分相对于另一部分做了相对位移，主要通过位错的运动和孪生两种方式实现。金属经过塑性变形后，晶粒被拉长，形成纤维组织，亚结构细化，位错密度提高，强度和硬度提高，而塑形和韧性降低。

2. 多晶体的塑性变形与单晶体的塑形变形有何异同？

6

答：多晶体和单晶体的塑形变形都是通过位错的滑移和孪生方式进行的，不同点是，多晶体由于位向不同，不能同时开始滑移，晶粒之间需要相互协调，各个晶粒的变形大小也不相同，晶界对位错运动有较大的阻碍作用。

3. 为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越高？

答：晶粒越细小，晶界数量越多，对位错的阻碍作用越大，所以，强度和硬度越高。晶粒越细小，变形时越容易协调，不易产生裂纹，所以，塑性和韧性也好。 4. 用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理，为什么？

答：用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应进行再结晶退火处理。经过冷拔变形使铜丝的电阻率增大，塑性降低，经过再结晶退火，提高了导电性和塑性。

5. 已知金属W、Fe、Cu的熔点分别为3380℃、1538℃、1083℃，试估算这些金属的再结晶温度范围。 答：W、Fe、Cu的再结晶温度范围分别是：

0.4×（3380+273）-273=1188℃ 0.4×（1538+273）-273=451℃ 0.4×（1083+273）-273=269℃

6. 为获得细小的晶粒组织，应根据什么原则制定塑性变形及退火工艺？ 答：尽可能大的塑性变形量和在尽量低的温度下进行再结晶退火。

7. 用一冷拔钢丝绳（新的、无瑕疵）吊装一大型工件入炉，并随工件一起被加热到1000℃，保温后再次吊装工件时发生断裂，试分析原因。

答：1）发生了再结晶使强度降低；2）再结晶温度高发生二次再结晶；3）在1000℃下其强度远远低于室温下的强度。

8.说明产生下列现象的原因：

（1）滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向； （2）晶界处滑移阻力最大；

（3）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小很多； （4）Zn、?-Fe和Cu的塑性不同。 答：（1）位错的运动可以看作是剪切变形，滑移面之间的距离越大，滑移方向上原子间距越小，则位错移动一个柏氏矢量的变形减小，需要的切应力最小，所以，滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向。

（2）因为两个晶粒之间存在大的位相差，所以，位错不能直接通过晶界，成为了位错运动的阻力。 （3）理论计算是按照整体滑移假设计算的，而实际晶体由于内部存在大量位错，是在滑移面上通过位错的运动实现的，需要的切应力比理论计算的要小几个数量级。

（4）Zn、?-Fe和Cu的晶体结构类型不同，分别为密排六方、体心立方和面心立方，所以塑性依次增大。

第三章 二元合金相图

一、选择题

1. 一种合金冷却时只发生L→α转变，则该合金（ ）。

（a）冷却速度越慢越容易腐蚀 （b）冷却速度越快越容易腐蚀 （c）属于共晶合金 （d）属于包晶合金 2. 一种合金冷却时发生L→α+β转变，（ ）。

（a）这种合金称为共析合金 （b）这种合金称为共晶合金 （c）这种合金称为包晶合金 （d）这种合金称为包析合金 3. 一种合金冷却时发生L+α→β转变，（ ）。

（a）这种合金称为共析合金 （b）这种合金称为共晶合金

7

（c）这种合金称为包晶合金 （d）这种合金称为包析合金 4. 一种合金冷却时发生γ→α+β转变，（ ）。

（a）该转变得到的组织称为共晶组织 （b）该转变得到的组织称为共析组织 （c）这种合金称为包晶合金 （d）这种合金称为包析合金 5. A、B两组元在固态时能形成无限固溶体，则（ ）。

（a）固溶体的熔点比A、B组元的熔点低 （b）固溶体的导电性比A、B组元的高 （c）A、B组元的晶体结构相同 （d）A、B组元的原子半径相差比较大 6. A、B两组元在固态时能形成无限固溶体，其中A组元的质量分数为50%的合金在600℃时液相的质量分数为40%，液相中A组元的质量分数为60%，可以知道（ ）。

（a）A组元的熔点比B组元的熔点低 （b）A、B组元的熔点均低于600℃

（c）A组元的熔点高于600℃ （d）固相中A组元比B组元的质量分数小 7. 两组元在液态和固态均无限互溶时的二元合金相图称为（ ）。

（a）共晶相图 （b）匀晶相图 （c）包晶相图 （d）二元相图 8. 从液相结晶出单相固溶体的结晶过程称为（ ）。

（a）匀晶转变 （b）共晶转变 （c）包晶转变 （d）共析转变 9. 合金从液态无限缓慢冷却、原子扩散非常充分，冷却过程中每一时刻都能达到相平衡条件的结晶称为（ ）。

（a）匀晶结晶 （b）平衡结晶 （c）非平衡结晶 （d）凝固

10. 在非平衡结晶情况下，在一个晶粒内部出现化学成分不均匀的现象称为（ ）。

（a）晶内偏析 （b）不均匀结晶 （c）成分不均匀 （d）晶间偏析 11. 由液相同时结晶出两种固相的结晶过程称为（ ）。

（a）匀晶转变 （b）匀晶反应 （c）共晶转变 （d）包晶转变 12. 共晶转变所得产物称为（ ）。

（a）固溶体 （b）共晶组织 （c）包晶组织 （d）共析组织 13. 包晶转变所得产物称为（ ）。

（a）固溶体 （b）共晶组织 （c）包晶组织 （d）共析组织 1 b 2 b 3 c 4 b 5 c 6 a 7 b 8 a 9 b 10 11 12 13 a c b c 二、判断题

1. 由于纯铝的强度低于纯铜的强度，所以，在铜中加入少量铝形成固溶体时，固溶体的强度低于纯铜的强度。（ ）

2. 在相同溶质原子含量情况下，置换原子的强化效果大于间隙原子的强化效果。（ ） 3. 晶体缺陷对材料的力学性能有害而无益。（ ）

4. 间隙化合物的晶体结构一般比纯金属的晶体结构复杂。（ ） 5. 一般来说，化合物的硬度比较高，耐磨性好。（ ）

6. 相同成分的合金平衡结晶比非平衡结晶具有更高的强度。（ ） 7. 结晶速度越快，结晶后的成分偏析越大。（ ）

8. 通过热处理方法无法减小或消除结晶时产生的成分偏析。（ ） 9. 在共晶点成分附近，共晶合金的结晶温度最低。（ ） 10. 与共晶反应最相似的反应是包晶反应而不是共析反应。（ ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 × × × √ √ √ √ × √ × 8

三、问答题

1. 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。

答：溶质原子在晶体的间隙位置形成间隙固溶体或代替节点上的原子形成置换固溶体都增加了晶格畸变，增加了位错运动阻力，产生的强化效应称为固溶强化。

通过塑性变形使位错密度增大，造成位错与林位错之间的交互作用，增大位错运动阻力，使强度硬度提高的现象称为加工硬化。

当位错遇到可变形弥散质点时，位错切过质点增加新表面，能量增大；或位错绕过不可变形第二相质点留下位错环增加能量，从而造成强化的现象叫弥散强化。

可见，三者造成强化的原因和机理都不相同。

2. 有尺寸和形状完全相同的两个Ni-Cu合金铸件，一个含?Ni10%，另一个含?Ni50%，铸后缓冷，问固态铸件中哪个偏析严重，为什么？怎样消除偏析？

答：含?Ni50%的固态铸件偏析严重。因为含?Ni50%的合金比含?Ni10%合金的液相与固相的成分差大，所以，容易造成成分偏析。

将铸件加热到1050~1100℃进行扩散退火可消除成分偏析。

3. 共晶点与共晶线有何关系？共晶组织一般是什么形态，如何形成？

答：共晶线的两端对应共晶组织中在共晶温度下两相的成分，而共晶点是只发生共晶反应的合金成分即共晶合金的成分。共晶组织多数为层片状形态，也有点状、棒状等形态。共晶组织中的两相在共晶转变时交替形成，形成两相机械混合物。

4. 为什么铸造合金常选用具有共晶成分或接近共晶成分的合金？用于压力加工的合金选用何种成分的合金为好？

答：共晶成分或接近于共晶成分合金的液相和固相的成分差小，结晶温度范围小，流动性好，铸造性能好，所以，铸造合金常选用该类合金。

而用于压力加工的合金需要具有良好的塑性，需要选用单相固溶体或加热到单相固溶体区后进行压力加工。

5. 在Pb-Sn合金中，指出合金组织中：①含?Ⅱ最多的合金；②共晶体最多的合金；③最容易和最不容易产生成分偏析的合金。

答：①含?Ⅱ最多的合金是?Sn19%；②共晶体最多的合金是?Sn61.9%；③最容易产生成分偏析的合金是?Sn19%和最不容易产生成分偏析的合金纯铅、纯锡和共晶合金。

6. 利用Pb-Sn相图，分析含?Sn30%的合金在下列各温度时有哪些相和组织组成物，并计算相和组织组成物的相对含量。

①高于300℃；②刚冷到183℃,共晶转变尚未开始；③在183℃，共晶转变完毕；④冷至室温。 答： ①高于300℃为单相液相。 ②液相和?相。

61.9?30?74.4% 61.9?19?L?1????25.6%??? ③相：?相和?相

97.5?30?86% 97.5?19???1????14%???组织：初生?和（?+?）共晶。

9

61.9?30?74.4% 61.9?19?(???)?1????25.6%??? ④相：?相和?相

100?30?71.4% 100?2???1????28.6%??? 组织：初生?+?Ⅱ和（?+?）共晶。

61.9?3019?2??12.9%??61.9?19100?261.9?30 ?????????61.5a.9?19?(???)?1????25.6%???9.已知A组元的熔点为1000℃，B组元的熔点为700℃，?B=25%的合金在500℃结晶完毕，并由73.33%的先共晶相?相与26.67%的（?+?）共晶体所组成；?B=50%的合金也在500℃结晶完毕，但它是由40%的先共晶相?相与60%的（?+?）共晶体所组成，而此时合金中?相的总量为50%。试根据上述条件作出A-B合金概略的二元共晶相图。 答：

x y z B A

y?25%?73.33%y?xy?50%?40%

y?xz?50%?50%z?x解上述方程组得：

x=5% y=80% z=95%

10

第四章 铁碳合金

一、选择题

1. 纯铁冷却过程中，在912℃发生（ ）。

（a）吸热现象 （b）放热现象 （c）α-Fe→γ-Fe转变 （d）δ-Fe→γ-Fe转变 2. 纯铁加热过程中，在912℃发生（ ）。

（a）吸热现象 （b）放热现象 （c）γ-Fe→α-Fe转变 （d）δ-Fe→γ-Fe转变

3. 某Fe-C合金在平衡冷却条件下，在800℃开始发生A→F转变，727℃发生A→P转变，可以知道（ ）。

（a）该合金的含碳量 （b）该合金属于过共析合金 （c）该合金含碳量大于0.77% （d）其耐磨性比工业纯铁的低 4. 某Fe-C合金在平衡冷却条件下，在800℃开始发生A→Fe3C转变，727℃发生A→P转变，可以知道（ ）。

（a）该合金属于亚共析合金 （b）该合金属于过共析合金 （c）该合金含碳量小于0.02% （d）其耐磨性比工业纯铁的低

5. 已知某优质碳素钢经完全退火后铁素体的体积分数为52%，其钢号是（ ）。

（a）30 （b）40 （c）45 （d）50

6. 已知某优质碳素钢经完全退火后铁素体的体积分数为33%，其钢号是（ ）。

（a）15 （b）20 （c）25 （d）50

7. 已知某优质碳素钢经完全退火后Fe3CⅡ的体积分数为3.5%，其钢号是（ ）。

（a）30 （b）50 （c）T7 （d）T10 8. 在Fe-C合金中，固态可能存在的相是（ ）。 （a）L、δ、γ、α、Fe3C （b）δ、γ、F、Fe3C （c）δ、γ、α、Fe3C （d）δ、A、α、Fe3C 9. Fe-Fe3C相图上有（ ）恒温转变。

（a）1 （b）2 （c）3 （d）4

10. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，发生如下反应：L→γ，γ→γ′+Fe3CⅡ，γ→α+Fe3C，该合金的含碳量范围是（ ）。

（a）<0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）>0.77% （d）>2.1%

11. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，组织中有莱氏体，该合金的含碳量范围是（ ）。

（a）>0.77% （b）<2.11% （c）>2.11%且<6.69% （d）>4.3%

12. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为F+P，该合金的含碳量范围是（ ）。

（a）>0.77% （b）<2.11% （c）>0.02%且<0.77% （d）>2.1%

13. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为P，该合金的含碳量范围是（ ）。

（a）>0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）0.77% （d）>2.1%

14. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为P+Fe3CⅡ，该合金的含碳量范围是（ ）。

（a）<0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）0.77% （d）>2.1% 15. 在45钢中加入Mn形成45Mn，Mn起到的作用是（ ）。

（a）只有固溶强化作用 （b）溶强化和提高淬透性 （c）细化晶粒 （d）二次硬化 16. 在钢中加入大量的W和V能（ ）。

（a）降低成本 （b）产生二次硬化效应、提高耐磨性 （c）提高塑性 （d）提高导电性 17. 属于非碳化物形成元素是（ ）。

（a）Mn、Si、V （b）B、Si、P、Cr （c）Si、B、Ni、Co （d）Si、Mn 18. 不能提高钢的淬透性的合金元素是（ ）。

（a）Co （b）Si、Mn （c）Co、Cr （d）V、Si、Ni 19. 40Cr的含碳量约为（ ）。

11

（a）0.2% （b）0.4% （c）0.6% （d）0.8% 20. 5CrMnMo的含碳量约为（ ）。

（a）0.2% （b）0.3% （c）0.5% （d）0.7% 21. GCr15的含碳量约为（ ）。

（a）0.6% （b）0.8% （c）1.0% （d）1.5% 22. GCr15的含铬量约为（ ）。

（a）0.6% （b）0.8% （c）1.0% （d）1.5% 23. 经过热处理后耐磨性最好的钢是（ ）

（a）20 （b）W18Cr4V （c）20CrMnTi （d）38CrMoAl 24. 经过热处理后韧性最好的钢是（ ）

（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 25. 价格最高的钢是（ ）。

（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 26．属于中碳钢的是（ ）。

（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 1 b c 2 a d 3 a d 4 b c 5 b b 6 d c 7 d 8 c 9 c 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 b c c c b b b c a b c 21 22 23 24 25 26 二、判断题

1. 描述工业纯铁的组织参数主要是铁素体的晶粒大小和形状。（ ） 2. 由于工业纯铁的强度低，所以无实用价值。（ ） 3. 通过冷变形可以提高工业纯铁的塑性变形能力。（ ） 4. 在退火状态下，随含碳量增加，钢的强度总是提高的。（ ） 5. 在退火状态下，随含碳量增加，钢的硬度总是提高的。（ ） 6. 高碳钢的耐磨性总高于低碳钢的耐磨性。（ ） 7. 钢的耐磨性不仅与成分有关，还与其组织有关。（ ） 8. 当过共析钢中出现网状渗碳体时，其强度和塑性比较高。（ ） 9. 白口铸铁在工业上的应用价值不大。（ ） 10. 在优质钢中，S、P元素总是有害元素。（ ） 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ × × × √ × √ × √ √ 三、问答题

1.何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和变态莱氏体？分别写出它们的符号和性能特点。 答：碳溶解到?-Fe所形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示，其强度低，塑性和韧性高。

碳溶解到?-Fe所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用A表示，其强度较低，塑性和韧性高。

碳与铁形成的间隙化合物称为渗碳体，用Fe3C表示，其强度、塑性几乎为0，硬度高，耐磨性高。 ?相和渗碳体所形成的机械混合物称为珠光体，用P表示，其强度高，塑性和韧性较高。 ?相和渗碳体所形成的机械混合物称为莱氏体，用Ld表示，其强度较高，塑性和韧性很差。 莱氏体到727℃以下，?→P后的组织称为室温或变态莱氏体，用Ld′表示，其强度低，塑性和韧性极差。

12

2.分析含碳量为?C0.2%，?C0.77%和?C1.20%的碳钢的平衡结晶过程及室温平衡组织，并根据组织分析它们Rm、HBW和A的高低。

答：?C0.2%的平衡结晶过程：L→?，?H+LB→?J，L→?，?→?（F），?→P(?+Fe3C)，?（F）→Fe3CⅢ（通常可忽略）；室温平衡组织：F+P(忽略Fe3CⅢ)。

?C0.77%的平衡结晶过程：L→?，?→P(?+Fe3C)，；室温平衡组织：P

?C1.20%的平衡结晶过程：L→?，?→Fe3CⅡ，?→P(?+Fe3C)；室温平衡组织：P+ Fe3CⅡ

由于F的强度?C0.2%的Rm；由于Fe3CⅡ降低强度，所以，?C0.77%的Rm>?C1.2%的Rm。

Fe3C使硬度（HBW）提高，所以，?C0.2%的硬度最低，而?C1.2%的硬度最高，?C0.77%的硬度略低于?C1.2%的硬度。

由于F的塑性最好，所以，?C0.2%的延伸率（A）最大，而?C1.2%的最小。 3.计算碳含量为?C0.2%的碳钢在室温时珠光体和铁素体的相对量。 解：?P=0.2/0.77=26%（忽略F中的碳）

?F=1-?P =74%(忽略Fe3CⅢ)

4.某工厂仓库积压了许多碳钢（退火态），由于管理不善，钢材混杂，经金相分析后发现其中铁素体占（体积分数）60%，珠光体占40%，试确定该钢材的碳含量为多少？并写出其钢号。 解：题意分析：

① 因为是退火态，可以看作是平衡组织，因而可以按杠杆定律进行计算； ② F和P的密度差别不大，因而体积分数=质量分数； ③ 忽略F中的含碳量，而P中的含碳量为0.77%； ④ 钢号有10、15、20、25、?间隔为0.05%。 ?C=40%×0.77%=0.308% 其钢号为30。

5.已知珠光体的硬度=180HBW，A=20%铁素体的硬度=80HBW，A=50%，试计算碳含量为?C0.45%碳钢的硬度和伸长率。

解：题意分析：对F+P或其他聚合性组织，可以近似按线性关系计算强度、硬度和延伸率。

对45钢，?P=0.45/0.77=58%，?,F=42% 45钢的硬度=180×58%+80×42%=138HBW 45钢的延伸率=20%×58%+50%×42%=33%

6.一块低碳钢，一块白口铁，它们的形状、大小一样，请说出有哪些简便的方法把它们区分开来。 答：题意分析：根据低碳钢和白口铁的物理、化学和力学性能的不同点进行区分。

① 铁不钢更容易吸收振动能量（铸铁的消振性），可以用敲击的方法，敲击声音长者为低碳钢，短的为

白口铸铁。

② 测硬度，白口铸铁的硬度比低碳钢的硬度高。

③ 破坏性试验，白口铁容易砸碎，断口平齐，无塑性变形，而低碳钢在断裂前发生较大塑性变形。 7.根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因：

（1）低碳钢具有较好的塑性，而高碳钢具有较好的耐磨性； （2）钢中碳含量一般不超过?C1.35%；

（3）钢适宜锻压成型，而铸铁不能锻压，只能铸造成型；

（4）碳含量为?C0.45%的碳钢要加热到1200℃开始锻造，冷却到800℃停止锻造。 答：（1）钢中的C无论是固溶在?相中或形成Fe3C都降低其塑性，提高耐磨性，所以，低碳钢具有较好的塑性，而高碳钢具有较好的耐磨性。

（2）钢中碳含量过高，严重降低其塑性和韧性，由于塑性和韧性的降低，其耐磨性增加不大甚至会降低，所以，含碳量不能过高。

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（3）单相固溶体具有良好的塑性，可以发生较大的塑性变形而不开裂，所以，将钢加热到单相奥氏体区进行锻压成型，不仅变形抗力小，而且不容易开裂；而铸铁在固态下都是两相，其中Fe3C几乎不能变形，其组织几乎不能发生塑性变形，所以，不能用锻压方法成型，只能铸造成型。

（4）钢锻压时需要加热到单相奥氏体区，温度越高，变形抗力越小，越容易变形，但过高的温度容易使奥氏体晶粒长大，甚至局部（晶界处）低熔点杂质可能熔化，如果温度过低，变形抗力增大，甚至进入F+P两相区而显著降低其塑性，所以，加热到1200℃开始锻造，冷却到800℃停止锻造。

8.从流动性、收缩率和偏析倾向考虑，哪种成分的铁碳合金铸造合金性能最好？试分析?C0.45%的碳钢铸造性能如何。

答：熔点低、共晶成分的合金流动性好，结晶温度范围小的合金收缩率小，而纯金属和共晶合金的成分偏析小。所以，钢和接近共晶成分的合金铸造性能好。?C0.45%的碳钢的铸造性能虽然不如共晶合金，但也是比较好的。

9.“高碳钢的质量比低碳钢的质量好”，这种说法对吗?碳钢的质量好坏主要按什么标准确定？为什么？ 答：“高碳钢的质量比低碳钢的质量好”，这种说法不对。因为钢的质量主要根据钢中S、P的质量分数确定质量等级。S、P含量越高，钢中夹杂物数量增加，严重降低钢的塑性和韧性。由于高碳钢本身塑性韧性差，所以，通常对高碳钢的S、P含量要更低些。 10.总结合金元素在钢中的主要作用。 答：（1）固溶强化（主要是Mn、Si和Ni）；（2）细化晶粒（W、Mo、V、Ti等）；（3）形成碳化物提高强度和耐磨性（W、Mo、V、Ti等）；（4）提高淬透性（除Co以外的合金元素）；（5）提高回火稳定性（绝大多数合金元素）；（6）二次硬化和提高红硬性（主要W、Mo、V）。

第五章 钢的热处理

一、选择题

1. 把固态金属材料加热到预定温度，保温一段时间后，以一定的速度冷却，从而改变材料的组织结构和性能的热加工工艺叫做（ ）。

（a）退火 （b）淬火 （c）热处理 （d）热加工 2. 珠光体向奥氏体的转变包括（ ）个阶段。

（a）1 （b）2 （c）3 （d）4

3. 亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同，当加热温度仅超过Ac1时，原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳体，该过程称为（ ）。

（a）完全奥氏体化过程 （b）不完全奥氏体化过程 （c）单相区加热 （d）珠光体转变 4. 在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为（ ）。

（a）奥氏体 （b）残余奥氏体 （c）过冷奥氏体 （d）不稳定奥氏体

5. 钢从奥氏体化状态快速冷却，在较低温度下（低于Ms点）发生的转变称为（ ）。

（a）珠光体转变 （b）马氏体转变 （c）上贝氏体转变 （d）下贝氏体转变

6. 将钢加热到临界温度Ac1以上或以下温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（如炉冷、坑冷、灰冷）获得接近平衡组织的热处理工艺，称为（ ）。

（a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火

7. 将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温一定时间使之完全奥氏体化后，在空气中冷却（大件也可采用鼓风或喷雾），得到珠光体类型组织的热处理工艺称为（ ）。 （a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火 8. 把钢加热到临界温度（Ac1或Ac3以上），保温一定时间使之奥氏体化后快速冷却从而获得马氏体组织的热处理工艺叫做（ ）。

（a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火

14

9. 在一定的温度下，在不同的活性介质中，向钢的表面同时渗入一种或几种元素，从而改变表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺称为（ ）。

（a）渗碳 （b）渗氮 （c）化学热处理 （d）渗金属 10. 45钢常用的淬火加热温度是（ ）。

（a）727℃ （b）840℃ （c）880℃ （d）912℃ 11. T10钢常用的淬火加热温度是（ ）。

（a）727℃ （b）780℃ （c）850℃ （d）912℃ 12. 45钢常用的淬火冷却介质是（ ）。

（a）空气 （b）油 （c）水 （d）油+水 13. 40Cr钢常用的淬火冷却介质是（ ）。

（a）空气 （b）油 （c）水 （d）盐水

14. 共析碳钢过冷奥氏体最容易发生转变的温度是（ ）。

（a）727℃ （b）650℃ （c）550℃ （d）450℃ 15. 共析碳钢过冷奥氏体发生下贝氏体转变的温度是（ ）。

（a）727℃ （b）550℃ （c）300℃ （d）100℃ 16. 共析碳钢过冷奥氏体发生上贝氏体转变的温度是（ ）。

（a）600℃ （b）550℃ （c）450℃ （d）300℃ 17. 在F、P、S、T组织中，强度由低到高的顺序是（ ）。

（a）T→S→P→F （b）F→S→T→P （c）S→P→T→F （d）F→P→S→T 18. 对同一种钢，S回、T回、M回的强度由高到低的顺序是（ ）。

（a）S回→T回→M回 （b）S回→M回→T回 （c）T回→M回→S回 （d）M回→T回→S回 19. 含碳量为0.2%的钢淬火后得到马氏体，这种马氏体称为（ ）。

（a）孪晶马氏体 （b）位错马氏体 （c）混合马氏体 （d）蝶状马氏体 20. Ms表示（ ）。

（a）马氏体转变结束温度 （b）贝氏体转变开始温度 （c）贝氏体转变结束温度 （d）马氏体转变开始温度 21. 减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（ ）。

（a）提高加热温度 （b）降低加热温度 （c）采用水冷 （d）采用油冷 22. 减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（ ）。

（a）提高加热温度 （b）采用水冷 （c）淬火后立即进行冷处理 （d）采用油冷 23. 经过冷轧后的15钢钢板，要求低硬度和高塑性，应该采用的合适热处理方法是（ ）。

（a）淬火+高温回火 （b）完全退火 （c）高温回火 （d）再结晶退火 24. ZG35的铸造齿轮应该采用的合适退火工艺是（ ）。

（a）完全退火 （b）不完全退火 （c）再结晶退火 （d）球化退火 25. 具有较严重网状碳化物的T12钢应采用的预先热处理工艺是（ ）。

（a）球化退火 （b）完全退火 （c）正火+球化退火 （d）正火+完全退火 26. 具有较严重网状碳化物的GCr15钢应采用的预先热处理工艺是（ ）。

（a）球化退火 （b）正火+完全退火 （c）正火+球化退火 （d）完全退火 27. 某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和轫性要求不高，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

（a）5CrMnMo，调质处理 （b）20CrMnTi渗碳+淬火+低温回火 （c）45钢感应加热淬火 （d）45钢退火处理

28. 某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50~55HRC），比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

15

（a）45钢淬火+高温回火 （b）20CrMnTi渗碳+淬火+低温回火

（c）45钢感应加热淬火 （d）45钢先调质，然后轴颈处进行感应加热表面淬火

29. 机床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

（a）45钢先调质，然后轴颈处进行感应加热表面淬火 （b）38CrMoAl钢先调质，然后进行渗氮处理 （c）38CrMoAl钢先渗氮处理，然后进行调质 （d）45钢渗氮处理 1 c 21 b 2 d 22 c 3 b 23 d 4 c 24 a 5 b 25 c 6 b 26 c 7 a 27 c 8 c 28 d 9 c 29 b 10 b 11 b 12 c 13 b 14 b 15 c 16 c 17 d 18 d 19 b 20 D 二、判断题

1. 原始组织越细小，越有利于奥氏体的形成。（ ） 2. 对同一种钢来说，奥氏体晶粒越粗大，淬透性越好。（ ） 3. 对同一种钢来说，奥氏体晶粒越粗大，其力学性能越好。（ ） 4. 在A1~550℃之间等温，随等温温度升高，其强度提高。（ ） 5. 粒状珠光体的强度比片状珠光体的强度高。（ ）

6. 因为上贝氏体具有优良的力学性能，所以在生产上得到广泛应用。（ ） 7. 下贝氏体比上贝氏体的硬度高。（ ） 8. 下贝氏体比回火马氏体的塑性韧性好。（ ）

9. 在相同强度情况下，位错马氏体的韧性比孪晶马氏体的韧性好。（ ） 10. 一般来说，合金元素含量越高，钢的淬透性越好。（ ） 11. 根据TTT图可以知道钢在平衡冷却条件下的组织及其含量。（ ）

12. 根据钢的TTT图可以确定该钢得到下贝氏体所需要的等温温度和等温时间。（ ） 13. 对同一种钢，退火后的硬度总比正火后的硬度高。（ ） 14. 正火也可以用作最终热处理。（ ）

15. 过共析钢的预先热处理一般都包含有球化退火工艺。（ ） 16. 等温球化退火没有连续冷却球化退火工艺的球化效果好。（ ） 17. 感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可以用来进行局部淬火。（ ） 18. 先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和开裂。（ ） 19. 先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和开裂。（ ）

20. 分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小形状复杂零件在淬火时的变形。（ ）

21. 对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬火。（ ） 22. 无论是低温回火还是高温回火都能消除部分残余应力，但回火温度越高，残余应力消除的越多。（ ） 23. 无论那种钢，回火后的硬度总是随温度升高而降低的。（ ） 24. 回火温度不同，析出的碳化物类型没有任何变化。（ ） 25. 低温回火主要用于低碳钢和高碳钢制零件的回火。（ ） 26. 中温回火常用于弹簧的回火。（ ）

27. 对综合力学性能要求高的零件一般采用高温回火。（ ）

28. 高温回火可能产生第二类回火脆性而降低韧性，因而对韧性要求高的零件不宜采用高温回火。（ ） 29. 冷却速度越快，温度越不均匀，容易产生残余应力而降低零件的力学性能，因而，所有淬火钢如果采用高温回火，保温后一定要缓慢冷却。（ ）

30. 因为碳素钢也能获得100%马氏体，所以合金元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ）

16

31. 因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。（ ）

32. 淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。（ ）

33. 在感应加热表面淬火中，要求的硬化层深度越深，需要选择的频率越高。（ ） 34. 在频率不变的情况下，感应加热所选功率越小，其淬硬层越浅。（ ） 35. 一般情况下，零件尺寸越大，要求的硬化层越深。（ ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 √ √ × √ × × √ √ √ √ × √ × √ √ × × × √ √ 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 √ √ × × √ √ √ × × × × √ × × √ 三、问答题

1.何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

答：本质晶粒度反映奥氏体化时奥氏体晶粒长大的倾向，在一定温度以下，长大倾向小的称为本质细晶粒钢，长大倾向大的称为本质粗晶粒钢。奥氏体晶粒大小与实际加热温度有关，所以，本质细晶粒钢的奥氏体晶粒不一定比本质粗晶粒钢的细。

2.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续冷却曲线的异同点。

答：连续冷却曲线在等温冷却曲线的右下方，并且，对碳钢，连续冷却曲线没有贝氏体转变区。 3.vk值受哪些因素影响？它与钢的淬透性和零件的淬透层深度有何关系？ 答：vk称为临界冷却速度，当v>vk时得到100%(M+A′)。

钢的淬透性指钢淬火时获得马氏体的能力，因此，可以用vk的大小表示钢的淬透性，即vk越大，钢的淬透性越小，反之亦然。影响钢的淬透性的因素主要是合金种类及其含量，其次是含碳量、奥氏体化温度及保温时间。

零件的淬透层深度指从表面到50%M的深度。与淬透性、零件尺寸、冷却介质有关。当淬透性一定时，零件尺寸越大、冷却介质的冷却能力越小，零件的冷却速度越小，淬透层深度越小，反之亦然。

4.将?5mm的共析碳钢加热至760℃，保温足够时间，问采用什么热处理工艺可得到如下组织：P、S、T+M、B下、M+A′，在C曲线上画出各热处理工艺的冷却曲线，注明热处理工艺名称。 答：P：退火，即随炉冷却。 727℃ S：正火，即出炉空冷。 T+M：用油冷却，即淬火。

退火 B下：在300℃左右等温一定时间后空冷，即等温淬火。

M+A′：用水冷淬火。 正火 Ms

水冷 油冷 等温淬火

5.确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。

（1）经冷轧后的15钢钢板，要求低硬度； （2）ZG270-500（ZG35）的铸造齿轮； （3）锻造过热的60钢锻坯；

（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。 答：（1）再结晶退火。降低硬度，提高塑性。 （2）退火（完全退火）。消除铸造应力，减小变形，细化组织。 （3）退火。细化组织。

（4）球化退火。降低硬度，提高切削加工性能和为淬火作组织准备。

17

6.说明45钢试样（?5mm）经下列温度加热、保温后并在水中冷却得到的室温组织：700℃,760℃，840℃，1100℃。

答：700℃：F+P(低于A1温度，为原始组织)

760℃：F+M(两相区加热，F+A) 840℃：M

1100℃：粗大M

7.有两个碳含量为?C1.2%的试样，分别加热到780℃和860℃，并保温相同时间使之达到平衡状态，然后以大于vk的速度冷至室温。试问：

（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒粗大？ （2）哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？ （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ （4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？ （5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？ 答：（1）~（4）860℃。

（5）780℃加热淬火合适。马氏体细小且碳含量较少，使韧性较高。 8.化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？

答：化学热处理包括：渗剂分解出活性原子，活性原子在表面吸附和在工件内扩散三个基本过程。常用的化学热处理方法包括气体渗、液体渗和固体渗。 9.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性）。

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢。 （2）某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50~55HRC），材料选用45钢。 （3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAl。 答：（1）预先热处理：正火 最终热处理：整齿感应加热淬火+低温回火或自回火。 工艺路线：下料→锻造→正火→机加工→感应加热自回火

（2）预先热处理：正火 最终热处理：调质+轴颈处感应加热淬火+低温回火或自回火

工艺路线：下料→锻造→正火→机加工→调质→精加工→轴颈感应加热淬火低温回火或自回火 （3）预先热处理：退火 最终热处理：调质+渗氮

工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→调质→精加工→去应力退火→渗氮→精磨

10.45钢调质处理后硬度为240HBW，若再进行200℃回火，能否使其硬度提高？为什么？又45钢经淬火、低温回火后硬度为57HRC，若再进行560℃回火，能否使其硬度降低？为什么？ 答：调质后再进行低温回火不能提高硬度。经过回火不能提高硬度。

低温回火后再进行高温回火可以降低硬度，因为低温回火后的组织没有高温回火后的组织稳定，所以，再经过高温回火，得到的是高温回火的组织。 11.以下说法是否正确？为什么？

（1）过冷奥氏体的冷却速度大于vk时，则冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高； （2）钢中合金元素越多，则淬火后硬度越高；

（3）同一种钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好； （4）冷速越快，马氏体转变点Ms、Mf越低；

（5）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度； （6）为了改善碳素工具钢的切削加工性能，应采用完全退火。 答：（1）不正确。过冷奥氏体的冷却速度大于vk时得到马氏体，马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量，与冷却速度基本无关。

（2）不正确。淬火后硬度主要取决于马氏体的含碳量，与合金元素基本无关。

18

（3）不正确。淬透性是钢本身的属性，与冷却速度无关（因而与零件大小也无关）。但是，在不能全淬透的情况下，水淬比油淬的淬硬层深，小件比大件的淬硬层深（当冷却速度不同时，淬硬层和淬透性属于不同概念）。

（4）不正确。Ms、Mf是材料属性，与冷速无关。

（5）不正确。淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。对具有回火脆性的钢，高温回火后的冷却速度对韧性有影响。

（6）不正确。高碳钢采用退火硬度仍然高，不便于切削加工，而球化退火后硬度低，适合于切削加工。 12.什么叫第一类、第二类回火脆性？其产生原因及防止方法如何？

答：在某些温度范围内回火时，淬火钢出现冲击韧性显著下降的现象称为回火脆性。其中在250~350℃回火时出现的脆性称为第一类回火脆性；在500~650℃回火时出现的脆性称为第二类回火脆性。

第一类回火脆性一般认为是残余奥氏体的分解和碳化物的析出造成的，无法完全消除，一般不在该温度范围内进行回火。

第二类回火脆主要发生在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的结构钢中。一般认为与Sb、Sn、P等杂质元素在晶界上偏聚有关。回火后快速冷却或在钢中加入W、Mo等元素也可以消除。

第六章 合金钢

一、选择题

1.在工业上凡是用于制造各种机械零件以及用于建筑工程结构的钢称为（ ）。

(a)工具钢 (b)弹簧钢 (c)结构钢 (d)模具钢 2．09Mn2、14MnNb、16Mn、15MnTi等是常用的（ ）。

(a)高合金钢 (b)低合金结构钢 (c)合金钢 (d)中合金钢 3．油罐、机车车辆、桥梁、船舶、压力容器等常用的钢属于（ ）。

(a)高合金钢 (b)低合金结构钢 (c)合金钢 (d)中合金钢 4．焊接船舶用的钢板，应该选用的合适材料是（ ）。

(a)45 (b)16Mn (c)CrWMn (d)1Cr18Ni9Ti 5．焊接压力容器用的钢板，应该选用的合适材料是（ ）。

(a)Y15 (b)15MnV (c)45 (d)GCr9

6. 某零件需要切削加工，批量很大，要求材料具有良好加工性能，抗拉强度大于650MPa，延伸率大于14%，其他性能没有要求，选择一种最合适的材料，其钢号为（ ）。

(a)45 (b)38CrMoAl (c)Q450 (d)Y40Mn 7．一种零件需要切削加工，批量很大，要求材料具有良好加工性能，抗拉强度大于450MPa，延伸率大于30%，其他性能没有要求，选择一种最合适的材料，其钢号为（ ）。

(a)45 (b)38CrMoAl (c)Y20 (d)Q450

8．一个直径为20mm的轴，要求抗拉强度大于700Mpa且综合力学性能较好。从经济角度考虑，同时又能满足性能要求，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

(a)45钢淬火+中温回火 (b)45钢淬火+低温回火 (c)40Cr调质处理 (d)45钢调质处理 9．一个直径为200mm的轴，要求综合力学性能好，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

(a)45钢调质处理 (b)40CrMnMo加热到单相A区，水冷，最后高温回火 (c)40CrMnMo加热到A区，油冷，最后高温回火 (d)45钢加热到A区，水冷，最后高温回火 10．制造厚度为10mm的板状弹簧，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

(a)5CrNiMo调质处理 (b)45钢淬火+中温回火 (c)60Si2Mn淬火+中温回火 (d)60Si2Mn调质处理 11．造直径为10mm的螺旋弹簧，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。

(a)5CrNiMo调质处理 (b)45钢淬火+中温回火 (c)60Si2Mn淬火+中温回火 (d)60Si2Mn调质处理

19

12．一个直径为70mm的轴，要求抗拉强度大于900Mpa且综合力学性能较好，比较合适的选材和热处理工

艺是（ ）。

(a)45钢淬火+中温回火 (b)45钢淬火+低温回火 (c)40Cr调质处理 (d)45钢调质处理

13．直径约20mm的连杆螺栓是内燃机中的关键部件，要求综合力学性能非常高，比较合适的选材和热处理

工艺是（ ）。

(a)20Cr渗碳+淬火+低温回火 (b)45钢淬火+中温回火 (c)GCr15调质处理 (d)40Cr调质处理 14．某零件用40Cr制造，在强度、淬透性方面还不能满足要求，改用（ ）可能能满足要求。

(a)50 (b)45 (c)42CrMo (d)5CrMnMo

15．某零件用45钢制造，淬硬层深度不能满足要求，改用（ ）可能能满足要求。

(a)40Cr (b)50 (c)40 (d)60Si2Mn

16．某零件用40Cr钢制造，淬硬层深度不能满足要求，改用（ ）可能能满足要求。

(a)40钢 (b)42Mn2V (c)40CrNiMo (d)20CrMnTi

17．某轴承套圈试生产时选用GCr15，发现淬透性不能满足要求，需要改用（ ）。

(a)GCr9 (b)GCr15SiMn (c)ZG45 (d)ZG50 18．GCr15锻造后出现较严重的网状碳化物，预先热处理应该采用（ ）。

(a)正火 (b)球化退火 (c)正火+球化退火 (d)完全退火+球化退火 19．GCr15SiMn锻造后为细片状珠光体组织，预先热处理应该采用（ ）。

(a)正火 (b)完全退火 (c)球化退火 (d)不需要进行 20．GCr15SiMn锻造后应该采用的热处理工艺是（ ）。

(a)780~810℃加热保温后随炉冷到500℃出炉空冷 (b)820~840℃加热保温后随炉冷到500℃出炉空冷 (c)780~810℃加热保温后出炉空冷

(d)780~810℃加热保温后随炉冷到710~720℃保温，然后炉冷到500℃出炉空冷 21．GCr9锻造后应该采用的热处理工艺是（ ）。

(a)780~810℃加热保温后随炉冷到500℃出炉空冷 (b)820~840℃加热保温后随炉冷到500℃出炉空冷 (c)780~810℃加热保温后出炉空冷

(d)780~810℃加热保温后随炉冷到710~720℃保温，然后炉冷到500℃出炉空冷 22．精密轴承的生产工艺路线是（ ）。

(a)锻造→球化退火→机加工→淬火和低温回火→磨削加工

(b)锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→磨削加工

(c)锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→磨削加工→时效→抛光（研磨） (d)锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火→冷处理→磨削加工→时效 23．用于制造各种刃具、模具、量具和其他工具的钢称为（ ）。

（a）结构钢 （b）工具钢 （c）耐磨钢 （d）刃具钢 24．精密量具的生产工艺路线是（ ）。

(a)锻造→球化退火→机加工→淬火和低温回火→磨削加工

(b)锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→磨削加工 (c)锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→磨削加工→时效 (d)锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火→冷处理→磨削加工→时效 25. 9SiCr钢板牙的生产工艺路线是（ ）。

(a)锻造→球化退火→机加工→淬火+低温回火→磨削加工

(b)下料→球化退火→机加工→淬火+低温回火→磨平面→抛槽→开口 (c)锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→磨削加工→时效

20

(d)锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火→冷处理→磨削加工→时效 26．冲硅钢片用的模具可选用的材料是（ ）。

(a)45 (b)CrWMn (c)Cr12MoV (d)42CrMo 27. 形状简单的小冲头可选用的材料是（ ）。

(a)45 (b)CrWMn (c)35 (d)42CrMo 28．压铸铝合金用的模具，其合适的材料和热处理工艺是（ ）。

(a)45 调质 (b)5CrMnMo淬火低温回火 (c)3Cr2W8V调质+渗氮 (d) W18Cr4V淬火+200℃回火 29．手工使用的錾子、凿子、冲子等多采用( )。

（a）50 （b）T7和T8A （c）CrWMn （d）W18Cr4V 30．锉刀、刨刀等要求硬度和耐磨性高的刃具多采用（ ）。

（a）T7 （b）T12A、T13A （c）1Cr18Ni9Ti （d）60Si2Mn 31．小钻头、丝锥、低速车刀等多采用（ ）。

（a）5CrMnMo （b）W18Cr4V （c）T9～T11(A) （d）42CrMo

32．板牙、拉刀、长丝锥、长铰刀以及一些精密量具（如游标卡尺、块规等）和形状复杂的冷作模具可以选

用（ ）。

（a）CrWMn （b）T7 （c）45 （d）60Si2Mn 33．高速切削的刃具选用（ ）。

（a）CrWMn （b）W18Cr4V （c）9SiCr （d）GCr15 34．重载的冲孔落料模可以选用（ ）。

（a）CrWMn （b）GCr15 （c）Cr12MoV （d）9SiCr 35．重载的拉丝模可以选用（ ）。

（a）CrWMn （b）GCr15 （c）Cr12 （d）9SiCr 36．重载的冲孔用的冲头可以选用（ ）。

（a）CrWMn （b）GCr15 （c）W18Cr4V （d）9SiCr 37.热锻模可以选用（ ）。

（a）CrWMn （b）5CrMnMo （c）40Cr （d）45 38．蒸汽阀门的阀杆对力学性能要求较高，同时要求具有一定的耐腐蚀性，其合适的材料和热处理工艺是（ ）。

(a)1Cr18Ni9Ti固溶处理 (b)2Cr13淬火+高温回火 (c)45钢调质 (d)20CrMnTi渗碳 39．加工餐具用的钢板可以选用（ ）。

(a)1Cr18Ni9Ti (b)1Cr13 (c)20钢 (d)工业纯铁

40．长期在700℃温度下使用的构件，承受一定的应力作用，可选用的材料是（ ）。

(a)45 (b)5CrMnMo (c)1Cr18Ni9Ti (d)42CrMo 41．拖拉机履带板可以选用（ ）。

(a)45 (b)ZGMn13 (c)ZG45 (d)CrWMn

42．用W6Mo5Cr4V2高速钢制刀具加工不锈钢时寿命比较短，换用材料（ ）能提高刀具的寿命。

(a)42CrMo (b)W18Cr4V (c)40Cr (d)YG6X 43．要求强度高，同时要求耐腐蚀的零件可以选用（ ）。

（a）Cr12MoV （b）42CrMo （c）4Cr13 （d）40Cr 1 c 21 d 41

2 b 22 c 42 3 b 23 b 43 4 b 24 c 5 b 25 b 6 d 26 c 7 c 27 b 8 d 28 c 9 c 29 b 10 c 30 b 11 c 31 c 12 c 32 a 13 d 33 b 14 c 34 c 15 a 35 c 16 b 36 c 17 b 37 b 18 c 38 b 19 c 39 a 20 d 40 C 21

b d c 二、判断题

1．齿轮的模数越大，需要的硬化层越深。（ ）

2．低碳钢制造的齿轮需要经过渗碳或碳氮共渗后才使用。（ ）

3．塑料、黄铜、低碳钢、中碳钢等材料都可以用来制造齿轮，但对一种具体的齿轮来说这几类材料不一定都合适。（ ）

4．多数合金元素可以提高钢的淬透性、回火稳定性，但不会影响钢的临界温度。（ ） 5．强碳化物形成元素都能提高钢的耐磨性。（ ） 6．40Cr比42CrMo的淬透性好。（ ）

7．焊接件多选用低碳低合金钢而受力很大的冷作模具多选用高碳高合金钢。（ ） 8．S在滚动轴承钢及其他优质钢中是有害元素，但在易切削钢中却是有益元素。（ ） 9．Mo、W等合金元素具有防止第二类回火脆性的作用，所以被加入到渗碳钢中。（ ） 10．Mo、W、Ti等合金元素具有防止奥氏体晶粒长大作用，所以被加入到渗碳钢中。（ ） 11．对综合力学性能要求高的零件选用调质钢制造，45钢是调质钢，制造要求综合力学性能好的直径为300mm

的轴可以选用45钢。（ ）

12．弹簧无论是用碳素钢还是合金钢制造的，一般淬火时都用油作为冷却介质。（ ） 13．GCr15只能用来制造滚动轴承。（ ）

14．因为Cr、V等元素能提高材料在高温下的组织稳定性，所以在高温下使用的弹簧钢往往加入这类合金元素。（ ）

15．因调质钢经过表面淬火后能提高其耐磨性，对整体韧性影响不大，所以常常在需要局部要求耐磨同时要

求整体综合性能好的零件上使用。（ ） 16．刃具钢属于高碳钢。（ ）

17．刃具钢的预先热处理绝大多数是球化退火。（ ）

18．高速钢中加热合金元素多的主要目的是为了提高淬透性。（ ）

19．在高速钢中加热W、Mo、V等合金元素的目的是为了提高热硬性和耐磨性。（ ） 20．GCr15轴承钢不能用于制造刃具。（ ） 21．高碳钢的预先热处理一般采用球化退火。（ ） 22．W18Cr4V高速钢不能用来制造冷冲模具。（ ） 23．高速钢的淬火加热温度不能低于1150℃。（ ）

24．对高碳钢来说，在相同保温时间条件下，淬火加热温度愈高，淬火后残余奥氏体愈高。（ ）

25．为了减少残余奥氏体含量，高碳钢在淬火后应及时进行冷处理，如果在回火后进行冷处理，其效果不如

回火前进行冷处理。（ ）

26．40CrNiMo等调质钢制造冷模具，经过表面渗碳也是可以的。（ ） 27．一种零件的选材不是惟一的，往往有多种材料可以选择。（ ）

28．为了防止复杂零件在加热过程中因为热应力产生变形和开裂，可以采用分段加热的方法予以防止。（ ） 29．常用的冷模具钢是Cr12或Cr12MoV。（ ）

30．高碳低合金钢常常用来制造性能要求较高的量具。（ ）

31．不锈钢中都含有较高含量的Cr元素，这是因为Cr与O2反应生成Cr2O3具有很高的耐磨性而防止了氧化磨损。（ ）

32．硬质合金具有比高速钢更高的耐磨性和热硬性。（ ）

33．降低奥氏体不锈钢中的C能提高其耐蚀性，因此1Cr18Ni9、0Cr18Ni9和00Cr18Ni9的耐蚀性依次增加。

（ ）

22

34．在耐热钢中加入Cr、Mo、Si等元素能提高高温抗氧化性。（ ）

35．因为耐磨钢（高锰钢）不经过淬火处理在室温就可以得到马氏体组织，所以具有很高的耐磨性。（ ） 36．奥氏体具有大的加工硬化能力，所以在室温时奥氏体的钢切削加工困难。（ ） 37．拔丝模用Cr12制造寿命比较短，改用硬质合金能提高其寿命。（ ）

38．在固溶体基体上均匀分布一定量的第二相硬质点不仅能提高其强度和耐磨性，而且也能提高其耐蚀性。（ ）

39. 铁素体不锈钢能抗大气、硝酸和盐水溶液的腐蚀。（ ） 40．奥氏体不锈钢的价格比马氏体和铁素体的价格低。（ ）

41．钨钴钛类比钨钴类硬质合金有较高的硬度和较好的耐磨性及热硬性。（ ）

42．高速钢钢结硬质合金适用于制造各种形状复杂的刀具如麻花钻头、铣刀等，也可制造在较高温度下工作

的模具和耐磨零件。（ ） 1 √ 21 √ 41 √ 2 √ 22 × 42 √ 3 √ 23 × 4 × 24 √ 5 √ 25 √ 6 × 26 √ 7 √ 27 √ 8 √ 28 √ 9 × 29 √ 10 √ 30 √ 11 × 31 × 12 √ 32 √ 13 × 33 √ 14 √ 34 × 15 √ 35 √ 16 √ 36 √ 17 √ 37 √ 18 × 38 × 19 √ 39 √ 20 × 40 × 三、问答题

1.通过对45钢和40Cr钢的性能分析，说明化学成分对钢的性能、热处理工艺的影响。

答：虽然45钢的含碳量比40Cr的高，但淬火并在相同温度回火后前者的强度不一定比后者高。因为Cr具有固溶强化和提高回火稳定性的作用。另外，Cr提高淬透性，当零件尺寸较小时可以用油作为冷却介质冷却。 2.说明高速钢中合金元素的作用及其对性能的影响。

答：C：固溶在马氏体中提高其硬度、强度和耐磨性；形成碳化物提高耐磨性。

Cr：提高淬透性。

W、M、V：形成碳化物提高耐磨性，提高回火稳定性；产生二次硬化提高耐磨性和红硬性。 3.指出下列合金钢的类别、用途及热处理特点：

40Cr；60Si2Mn；GCr15；9SiCr；40CrNiMo；Cr12MoV；5CrMnMo；1Cr18Ni9Ti。 答：40Cr、40CrNiMo：调质钢；重要的机器零件；调质处理。

5CrMnMo：热作模具钢；热锻模具；调质处理。

60Si2Mn：弹簧钢；较大尺寸的弹簧；淬火+中温回火。

GCr15：滚动轴承钢；滚动轴承、刃具；球化退火，淬火+低温回火。

9SiCr、GCr15：低合金刃具钢；低速刃具、冷作模具；球化退火，淬火+低温回火。 1Cr18Ni9Ti：奥氏体不锈钢；耐腐蚀件；固溶处理。

4.对拖拉机曲轴，根据其工作条件，如何选材？其热处理工艺如何制定？

答：曲轴工作时受交变弯曲应力、扭转应力和摩擦力，造成磨损和断裂。对功率较小的柴油机曲轴可选用球墨铸铁铸件，较大功率的一般选用45钢锻件。热处理采用调质处理+轴颈表面淬火。

5.汽车变速箱齿轮是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，对于这类构件，应如何选材和制定热处理工艺？

答：一般选用渗碳钢经过渗碳-淬火-低温回火处理。根据尺寸大小（主要是模数）选择不同淬透性的钢，一般选用中淬透性的20CrMnTi、20CrMnMo渗碳钢。根据模数大小确定渗层深度，根据渗层深度确定渗碳时间。 6．模数m为4.5的汽车圆柱直齿轮，承受大的冲击，要求心部性能：Rm＞900MPa，Re＞700MPa，Ku＞50J；要求表面硬度达到58~60HRC，问选用哪一种钢制造为宜？其生产工艺路线如何安排？并说明其热处理工艺

23

方法及主要目的。

答：材料选用中淬透性渗碳钢如20CrMnTi. 生产工艺路线：

下料→锻造→正火→机加工→渗碳预冷淬火+低温回火（→喷丸）→精加工

预先热处理采用正火，主要目的是得到合适的硬度便于机加工，消除锻造应力防止变形。 最终热处理采用渗碳预冷淬火+低温回火工艺。通过渗碳提高表层含碳量，经淬火低温回火后表面具有高硬度、高耐磨性、高的接触疲劳强度、高的疲劳强度，而心部具有较高强度和塑性、韧性，满足使用性能要求。 7．某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（>50HRC），而心部具有良好的韧性（Ku>40J），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15钢，拟用15钢代替。试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用及其热处理后得到的组织；

（2）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？

（3）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：（1）调质处理使整体具有良好的综合力学性能，凸轮表面采用感应加热表面淬火和低温回火使其表面具有高硬度和高耐磨性。

（2）不能。由于低碳钢淬火高温回火后强度低，满足不了强度和硬度要求，凸轮表面经感应淬火低温回火后硬度和耐磨性低满足不了对耐磨性要求。

（3）渗碳预冷淬火加低温回火。经该处理后凸轮表面具有高硬度和高耐磨性，而心部为低碳回火马氏体具有较高强度和塑性、韧性。 8． 已知直径为Φ65mm的轴，要求心部硬度为30~40HRC，轴颈表面硬度为50~55HRC，现库存45、20CrMnTi、40CrNi、40Cr四种钢，问选用哪种钢制造为宜？其生产工艺路线如何安排？说明其中的热处理工序的主要目的及画出其工艺曲线，注明加热温度、冷却介质。

答：40Cr，选用45钢淬透性低，20CrMnTi为渗碳钢（优先需用调质钢）。 工艺路线：

下料→锻造→退火→机加工→调质→精加工→轴颈处感应加热表面淬火+低温回火→精加工

预处理采用退火工艺，目的是为了细化组织、降低硬度提高切削机工性能，消除锻造应力防止变形和开裂。

最终热处理采用调质处理使整体具有良好的综合力学性能，轴颈表面采用感应加热表面淬火和低温回火使其表面具有高硬度和高耐磨性。

热处理工艺如下： 840~870℃ 840~860℃ 炉冷 550~650℃ 油冷 油冷 时间 时间

9．对于高速铣刀，回答以下问题。

温度 温度 24

（1）选用何种材料（T10A，W18Cr4V，Cr12MoV）？ （2）在该材料中各合金元素的主要作用是什么？

（3）画出预处理工艺曲线（注明加热温度）和最终热处理（淬火+回火）工艺曲线（注明加热温度）。 （4）为什么要采用多次回火？ 答：（1）选用W18Cr4V。

（2）C：固溶在马氏体中提高其硬度、强度和耐磨性；形成碳化物提高耐磨性。

Cr：提高淬透性和耐磨性。

W、V：形成碳化物提高耐磨性，提高回火稳定性；产生二次硬化提高耐磨性和红硬性。

（3）见教材图7-16、图7-18

（4）多次回火的目的是减少残余奥氏体量，提高硬度和耐磨性。

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