工程材料答案

金属化合物是组元间发生相互作用而生成的一种新相，其晶格类型完全不同于任一组元，一般可以用分子式来大致表示其组成。性能：金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬度高，但脆性较大。固溶体强度硬度较高，具有一定的塑性和韧性。 （4）、什么叫合金相图？指出相图中液相线与固相线的金属学意义？ 相图——相图是表示合金系中合金在平衡条件下各相的存在状态与温度，成分之间关系的图解。因此，它又称之为状态图或平衡图。

其中液相线表示冷却时开始结晶的温度或加热时融化终了的温度。AB为固相线表示合金冷却时结晶终了温度或加热时融化开始的温度。 （5）、指出间隙化合物与间隙固溶体在晶体结构与性能上有什么区别.

间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格间隙形成的结构与溶剂组员相同，强度高有一定的韧性。

间隙化合物是非金属元素有规律的分布在新晶格的间隙形成了新的结构，硬度高而脆性差。 6、何谓共晶转变，共析转变？是比较两种转变的异同点。 共晶转变：在一定的温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的转变，成为共晶转变。 共析转变：在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两种成分一定且不相同的新固相的转变，成为共析转变。

相同：1、恒温进行2、三相共存

不同：共晶——液相析出两种固相。共析——固相析出两种固相。

7、为什么靠近共晶成分的合金具有优良的铸造性能？而单相固溶体成分合金当液相线与固相线间隔较大时铸造性能不佳，却适合于压力加工？

在具有共晶转变的合金系中，靠近恭敬成分的合金流动性最好因此具有良好的铸造性能。 液固相线间距离较大，树枝晶越发达，枝晶相互交错，将形成很多封闭的微小区域，经书结晶收缩时得不到外来液体的补充，将导致分散缩孔的形成，分散锁孔就小，而集中缩孔越大，此外结晶温度区间大的合金，铸造时有较大的热烈倾向。

单相固溶体的塑性较好，变形阻力较小，变形均匀，不易开裂故压力加工性能好。

8、有形状，尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni，铸后自然冷却，问哪个铸件的枝晶偏析较严重？对合金性能有何影响？如何才能消除枝晶偏析？ （1）50%偏析严重；（2）强度、硬度变高，塑性韧性降低，也使合金的抗腐蚀性降低（3）。在固相线下100——200度长时间回火

9、间隙固溶体能否形成无限固溶体？为什么？

不能。在间隙固溶体中，溶质原子都比溶剂原子晶格间隙尺寸大，所以随着溶质原子融入量的增加，固溶体劲歌将发生严重的正畸变，这将导致晶格不稳定，结果使溶质原子溶入一定数量后便不可能继续溶入固溶体中。所以，间隙固溶体只能是有限固溶体，而且溶解度也不可能很大。

10、Cu-Ni合金系中，什么成分的合金硬度最高？硬度最高的合金铸造性能好不好？请对以上现象加以解释？

Ni=50%的合金硬度高。不好，枝晶偏析严重，流动性差，铸造性能差

第四章 铁碳合金

（1） 何谓金属的同素异构转变？

某些固态金属由于温度或压力改变而发生的从一种晶格向另一种晶格的转变

（2） 为什么α—Fe和γ-Fe的比容（单位质量所占的体积，是密度的倒数）不同？一块质量一定的纯铁发生γ-Fe《==》α—Fe转变时，其体积如何变化？

因为其致密度不同，α—Fe致密度为0.68，γ-Fe致密度为0.74，所以α—Fe的比容大 当由γ-Fe向α—Fe转变时，体积变大，反方向变小

（4） 何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分、组织和力学性能有何差别？ 碳钢：ｗｃ0.0218%—2.11% 白口铁：ｗｃ2.11%—6.69%

碳钢为含有珠光体，渗碳体，铁素体搞成，硬度高，塑性好；白口铁渗碳体多，含有莱氏体，硬度高，脆性大

（5） 试回答下列名词的主要区别 A 莱氏体与低温莱氏体

莱氏体由渗碳体和奥氏体组成，低温莱氏体由珠光体和渗碳体组成 B 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体

一次渗碳体为条状，从液相中结晶而得；二次渗碳体为网状，从奥氏体中析出；三次渗碳体为点状、小片状，从铁素体中析出 C 铁素体和α—Fe

铁素体为碳溶于α—Fe中所形成的间隙固溶体；α—Fe为体心立方的纯铁 D 奥氏体与γ-Fe

奥氏体为碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体；γ-Fe为面心立方的纯铁 （6） 根据Fe—Fe3C相图，说明产生下列现象的原因 A T10钢比10钢硬度高 因为T10钢渗碳体含量高

B 在室温下，T8钢比T12钢的抗拉强度（σb）高

T8钢没有网状渗碳体，T12钢由珠光体和二次网状渗碳体组成 C Ld’比P的塑性差

Ld’渗碳体多，而且组织基体为渗碳体

D 在1100℃，40钢能进行锻造，含碳4.0%的白口铁不能锻造

40钢即含碳量为0.4%，由单相奥氏体组成；而4.0%的白口铁存在大量莱氏体，其基体为渗碳体

E 一般要把钢材加热到1000—1250℃的温度下进行热轧或锻造 加热到高温能得到塑性良好的单相奥氏体 F 一般采用低碳钢来制造钢铆钉

低碳钢铁素体含量比较高，塑性变形能力强 G 绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重需采用60、65或70、75钢制成的钢丝绳

因为铁丝塑性好，弹性低，不松动；60、65或70、75钢制成的钢丝绳强度高，不变形 H 钢适宜于压力加工成形，但其铸造性能不佳；而铸铁适宜于通过铸造成形，但不能通过压力加工成形

钢加热到高温能得到塑性较好的单相奥氏体，因此可锻性良好，但熔点高；铸铁熔点低，但渗碳体含量多 （7） 说明铁碳合金中共析转变的产物是什么？它在显微镜下的形态如何？它的机械性能怎样？

产物为珠光体，形态为片状，机械性能强度高，具有较好的塑性韧性 （8）铁碳合金中的渗碳体有几种形态？它们都在什么条件下存在？指出在Fe—Fe3C相图各区域中都有几种渗碳体存在？这些渗碳体的分布特征如何？

渗碳体有一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体；一次渗碳体从共晶白口铁中析出，为条状，二次渗碳体从奥氏体中析出，为网状，三次渗碳体从铁素体中析出，为点状，共晶渗碳体从液相中析出，为基体，共析渗碳体从奥氏体中析出，为片状； （9） 什么叫做工业纯铁，亚共析钢，共析钢，过共析钢，亚共晶白口铁，共晶白口铁和过共晶白口铁？怎样从含碳量和组织上区别它们？

工业纯铁为工业上应用的ｗｃ<0.0218的碳及其他杂质的纯铁,有α—Fe、γ-Fe和δ—Fe；亚共析钢ｗｃ在0.0218%—0.77%,室温下平衡组织F+P；共析钢ｗｃ0.77%,室温下平衡组织P；过共析钢ｗｃ0.77%—2.11%,室温下平衡组织P+Fe3CⅡ；亚共晶白口铁ｗｃ2.11%—4.3%,室温下平衡组织P+ Fe3CⅡ+Ld’；共晶白口铁ｗｃ4.3% ，室温下平衡组织Ld’；过共晶白口铁ｗｃ4.3—6.69% 室温下平衡组织Fe3C1+ Ld’

第五章 钢的热处理

1、示意画出共析碳钢C曲线，并说明共析碳钢C曲线各个区、各线条的意义，进而指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

答：在转变开始线左方为过冷奥氏体区，转变终了线右方为转变产物区，两线之间为转变进

行区，水平线MS为马氏体转变开始温度，水平线Mf为马氏体变终止温度。MS与Mf之间为马氏体转变区。

A1~550℃之间为珠光体转变区；550℃~MS之间为贝氏体转变区；MS~Mf之间为马氏体转变区。 主要影响因素： （1）含碳量的影响 从C曲线位置来看，亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而右移，过共析钢的C曲线随含碳量的增加而左移。在碳钢中，以共析钢的C曲线最为靠左。 （2）合金元素的影响

合金元素的影响除Co以外，所有的合金元素溶入奥氏体后，都增大其稳定性，使C曲线右移。Mo最为强烈。某些碳化物形成元素改变C曲线的形状。

（3）奥氏体状态的影响 晶粒越粗大，C曲线右移。是淬透性增加。

2、何谓钢的临界冷却速度？它的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？ 答：临界冷却温度是获得全部马氏体组织的最小冷却温度。

影响因素：1.含碳量对亚共析钢含C量越大，曲线右移；对过共析钢，含碳量升高，C曲线左移。2.合金元素，除了Co以外所有的合金元素都会使C曲线右移。3.奥氏体状态的影响，晶粒越大，C曲线右移。

关系：临界冷却速度越小，钢的淬透性越好。 3、共析碳钢加热到变相点以上经保温后，按下图所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？其中1、2、3、4、5、6、7、8、9属于何种热处理方法？ 答：1——单液淬火 马氏体M+残余奥氏体A’ 2——淬火+冷处理 M 3——分级淬火 M+A’ 4——双液淬火 M+A’

5——油淬（可获得混合组织）屈氏体T+M+（A’） 6——等温淬火 B下

7——空冷（正火）索氏体S 8——等温退火 S 9——退火 P 另附图

4、何谓钢的表面淬火？在生产中哪些情况下应用表面淬火？实施表面淬火的零件为什么通常采用中碳钢制造？ 答：（1）表面淬火是指利用快速加热装置将工件表面迅速加热至淬火温度，而不等热量传至

中心，便立即进行淬火冷却的一种热处理工艺方法。 （2）如齿轮和轴类零件是在弯曲、扭转、冲击载荷下工作，因此表面要求高硬度，耐磨性，而心部要求具有较好的韧性。而一般采用淬火，回火无法达到这种要求。

（3）如果提高含碳量，则会增加淬硬层脆性，降低心部的韧性，塑性，并增加淬火开裂的倾向；相反，如果降低含碳量，会降低铸件表面淬硬层的硬度和耐磨性

5、说明45钢（Ac1=725℃,Ac3=780℃）试样（直径为10mm）经下列温度加热，保温并在盐水中冷却后得到的室温组织：700℃、760℃、840℃、1100℃. 答：700℃——F+P 760℃——F+M

840℃——M 1100℃——M（粗大的）

6、两个碳含量为1.2%的碳钢薄试样（Ac1=730℃,Ac3=820℃）分别加热到780℃和860℃并保温相同时间奥氏体化后，以大于临界冷却速度至室温。试分析： （1） 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ 860℃

（2） 哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较高？ 860℃较高

（3） 哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ 860℃较多

（4） 哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？

860℃

（5） 你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？

780℃ 原因 1）温度低，晶粒小 2）有较多的渗碳体，硬度高（3）780的时候残余奥氏体少；

7、两根45钢制造的轴，直径分别为10mm和40mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的？（45钢Do水=13~17mm） 答：全部M 表层M，心部（F+T）

8钢的正火与退火的主要区别是什么？生产中对于不同含碳量的钢应如何选择正火与退火？

答：冷却方法不同：正火一般是低碳钢空冷，退火是中碳钢在炉内缓冷。 低碳钢——正火；中碳钢——完全退火；高碳钢——球化退火。 综合分析

1、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织： A 经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度。 答：再结晶退火 F+P B 锻造过热的60钢锻坯

答：完全退火，降低钢件的硬度，改善其切削加工性能。细化晶粒，均匀组织，得到铁素体和珠光体组成的接近平衡状态的组织。

C 具有片状渗碳体及较厚的渗碳体网的T12钢坯：

答：先正火再球化退火。正火：消除网状渗碳体；得到铁素体加球状渗碳体。 D 高速钢刀具的锻坯：

答：等温退火，缩短生产周期，得到适合切削加工的索氏体。

2、T12钢经球化退火后，加热到Ac1+30℃，保温后用下图所示6种方法冷却，分析其所得到的组织分别是什么？

答：1——淬火+冷处理 M+球状渗碳体 2——分级淬火 M+A’+球状渗碳体 3——等温淬火 B下+M+球状渗碳体+A’ 4—— B下+球状渗碳体 5—— P+球状渗碳体

3、指出下列工件的淬火剂回火温度，并说出回火后获得的组织及性能特点。 （1）45钢小轴（要求综合机械性能好）； 答：Ac3+30~50° 高温回火（500~600℃），回火索氏体，获得强度，塑性韧性都较好的综合力学性能

（2）60钢弹簧

答：Ac3+30~50° 中温回火（300~500℃），回火T，弹性高 （3）T12钢锉刀

答：Ac1+30~50° 低温回火（150~250℃），回火马氏体，硬度高

4、有一个45钢制造的变速齿轮箱，其加工工序为：下料→锻造→正火→粗机加工（车）→调质→精机加工（车、插）→高频表面淬火→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及性能特点。

答：正火：细化晶粒，提高切削性能 索氏体

调质：获得强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能 回火索氏体

高频表面淬火：表面高的硬度耐磨性，心部较好的韧性，表层耐磨马氏体，心部回火索氏体 低温回火：降低淬火内应力和脆性保持较高硬度，得到回火马氏体 5、用15钢制作一要求耐磨的小轴（直径40mm），其工艺路线为：下料→锻造→热处理①→机加工→化学热处理②→热处理③→热处理④→磨加工。 （1） 写出其中各热处理工序的名称及作用： 答： ①正火 提高硬度，提高切削性能。 ②渗碳 表面增加碳含量