机械工程材料课后习题答案 2

（ 6）、5CrNiMo：热作模具钢。用来制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具用钢。碳： 0.50％C，保证一定的强度、硬度和耐磨性；铬：主要是提高淬透性，并能提高回火稳定性，形成的合金碳化物还能提高耐磨性，并使钢具有热硬性；镍：镍与铬共同作用能显著提高淬透性，镍固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时还增加钢的韧性。锰：在提高淬透性方面不亚于镍，但Mn固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时使钢的韧性有所降低。钼：其主要作用是防止产生第二类回火脆性。另外钼也有细化晶粒，增加淬透性，提高回火稳定性等作用。热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。 （ 7）、1Crl3：马氏体型不锈钢。用于要求韧性较高与受冲击载荷下的耐腐蚀的结构钢零件。铬：能在阳极区表面上形成一层富Cr的氧化物保护膜，这层氧化膜会阻碍阳极区域的电化学反应，并能增加钢的电极电位而使其电化学腐蚀过程减缓，从而使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。热处理采用淬火＋高温回火，得到回火索氏体组织。

（ 8）、1Cr18Ni9Ti：奥氏体型不锈钢。含碳量很低，属于超低碳范围，这是因为含碳量增高对耐蚀性是不利的。合金元素铬主要产生钝化膜，阻碍阳极电化学腐蚀反应，增加钢的耐蚀性；含约9％Ni主要作用是扩大γ区并降低Ms点(降低至室温以下)。使钢在室温时具有单相奥氏体组织。热处理：固溶处理，让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快速冷却，不让奥氏体在冷却过程中有碳化物析出或发生相变，在室温下获得单相的奥氏体组织，提高耐蚀性。

（ 9）、ZGMnl3：高锰耐磨钢。用于制造有强烈摩擦或撞击时的抗磨损的工件。Mn:C比值不小于10。为了使高锰钢全部获得奥氏体组织须进行“水韧处理”。

化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？ 答：(1)化学成分

1)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。

2)锰。锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。

3)硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。 (2)冷却速度

生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。

4)磷。磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。

三、试述石墨形态对铸铁性能的影响。

灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。

可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。

球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。

总之，石墨的形状越接近于球形，铸铁的强度、塑性及韧性越高。

2.何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？

答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合

金，具有优良的铸造性能。在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。钠还能使

相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。

铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。 补充： 名词解析:

珠光体：层比较大的铁素体与渗碳体的机械混合物。 索氏体：层片间距较小的铁素体与渗碳体的机械混合物。 屈氏体：层片间距较小的铁素体与渗碳体的机械混合物。 贝氏体：过饱和的铁素体和碳化物的机械混合物。 马氏体：碳在α—Fe中的过饱和固溶体。 （3）奥氏体：碳溶在γ—Fe中的间隙固溶体。

过冷奥氏体：钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到A r1以下，成为热力学不稳定状态的过冷奥氏体。

残余奥氏体：过冷奥氏体向马氏体转变时，冷至室温或Mf点尚未转变的奥氏体。 15、指出下列组织的主要区别：（1）索氏体与回火索氏体（2）屈氏体与回火屈氏体（3）马氏体与回火马氏体

索氏体：正火所得，层片状，HB和回火索氏体相当，屈服强度，冲击韧性都比或会索氏体略低。

回火索氏体：调质所得，铁素体+细小颗粒碳化物，综合机械性能优越。 屈氏体：6000-500℃范围内所得，层片状，硬度330-400HBS。

回火屈氏体：350-500℃回火所得，硬度为35-45HRC，又较高的弹性和屈服极限，同时有一定韧性。

马氏体：钢在Ms点以下发生无扩散转变所得，高强度高硬度，塑性、韧性较差。 回火马氏体易于腐蚀，金相显微镜下为暗黑针片状，HRC58-64.

1）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体； 答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。

二次渗碳体：从A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。 三次渗碳体：从F中析出的Fe3C称为三次渗碳体Fe3CⅢ。

共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳

体。

共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳

体。

2） 热脆与冷脆。

答：热脆：S在钢中以FeS形成存在，FeS会与Fe形成低熔点共晶，当钢材在

1000℃~1200℃压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。

冷脆：P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所

升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。

冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操

作。

时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工

时效处理，以使组织稳定。

5）淬火临界冷却速度（Vk），淬透性,淬硬性；

答：淬火临界冷却速度（Vk）：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。

淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。 淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 6）再结晶、重结晶；

答：再结晶：金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，

使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

重结晶：由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改

变，称为重结晶。

7）调质处理、变质处理。

答：调质处理：淬火后的高温回火。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量

可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。

一、名词解释：

1．白口铸铁：碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合

态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色，故称为白口铸铁。

2．灰口铸铁：碳大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁