机械工程材料 - 习题集答案201207013

3. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 4. 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。铁素体 5. 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。珠光体 6. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。含碳量在0.0218%～0.77%范围内增加

7. 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。一次渗碳体和低温莱氏体 8. 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。下降

9. 在铁碳合金相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。2.11%

10.碳溶解在α-Fe中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在727℃时为0.0218%。铁素体 11.在铁碳合金相图中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达2.11%。0.0218%

12.在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。二次渗碳体 13.碳溶解在γ-Fe中所形成间隙固溶体称为铁素体，其溶碳能力在727℃时为0.77%。奥氏体 14.亚共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 15.奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。珠光体

16.在铁碳合金相图中，ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。γ-Fe Acm

四、简答题

1.铁碳合金中基本相有哪几相？室温下的基本相是什么？

答：基本相有液相L高温铁素体相δ、铁素体相α、奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C

室温下的基本相是 2.试分析含碳量为0.6%。铁碳含金从液态冷却到室温时的结晶过程。 答： 3.试分析含碳量为1.2%铁碳合金从液体冷却到室温时的结晶过程。

答：合金在1～2点转变为 ? , 到 3 点, 开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈网状分布。温度下降, Fe3CⅡ量增加。到4点， ? 成分沿ES线变化到S点，余下的? 转变为P。P53

4.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。 答：A1为PSK水平线，即共析线，在该线温度（727℃）下发生共析转变

A3为GS线，即γ?α固溶体转变线 Acm为ES线，即碳在γ-Fe中的固溶线 5.简述碳钢中碳含量变化对机械性能的影响。

答：亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高, 塑性、韧性下降.

0.77%C时, 组织为100% P, 钢的性能即P的性能。

＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续网状，强度下降, 但硬度仍上升。 ＞2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le’,合金太脆

6.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。

5

答：共晶:L4.3→γ

共析：γ

0.77

2.11

＋Fe3C,产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。

0.0218

→α+Fe3C,产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。

7.在Fe—Fe3C相图上空白处填写上组织。 8.简述Fe—Fe3C相图应用是在哪些方面？

答：铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织及性能之间

关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造工艺的依据。 五、计算题

1.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下： 第一块：珠光体占40%，铁素体60%。 第二块：珠光体占95%，二次渗碳体占5%。

试问它们的含碳量约为多少？（铁素体含碳量可忽略不计）

解：∵铁素体含碳量忽略不计∴第一块：C％=P面积％×0.77%=QP×0.77%=0.31% 第二块：C%=QP×0.77%+QFe3CⅡ×2.11%=0.84%

2.已知铁素体的σb=180-230MPa，δ=30%-50%，HB=50-80；珠光体的σb=770MPa，δ=20%-35%，HB=180；,试计算45钢的硬度,抗拉强度和伸长率。 解：由已知可得45钢中Qp=58.4%，Qα=41.6% ∵?混 = ??? Q? + ?β? Qβ

∴45钢的σb=σb(F)×Qα+Qp×σb（P）=230×41.6%+770×58.4%=545.36MPa δ=δF×Qα+Qp×δp= 0.5×41.6%+0.35×58.4%=41.24%

HB=HB(F) ×Qα+ Qp×HB(p)=80×41.6%+180×58.4%=138.4 3.室温下45钢（含碳量0.45%）中铁素体和珠光体的相对重量百分比。 解：由杠杆定理有Qp=（0.45-0.0008）/(0.77-0.0008)×100%=58.4% 则Qα=100%-58.4%=41.6%

4.某锅炉钢板，图纸要求用20钢制作。显微组织观察发现，组织中珠光体的量占30%，问钢板是否符合图纸要求。（20钢含碳量范围为0.17-0.23%） 解：由已知可求的C%=Qp×0.77%=23%

又∵20钢含碳量范围为0.17-0.23% ∴钢板符合图纸要求

5. 用Pb-Sb合金制造轴瓦，要求其组织在共晶体上分布有10%Sb作硬质点，试求该合金的成分和硬度，（Pb-Sb合金相图如下所示，纯Pb的硬度为HB=3，纯Sb的硬度为HB=30）。

温度℃ 解：由已知可得 252℃ ∵HB混 = HB? ? Q? +HBβ? Qβ

∴ HB=

↑ Pb 11.1 Sb Pb-Sb合金相图

Sb,%→

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第5章 钢的热处理 一、 选择题

1.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B ）。

A．均匀的基体组织 B．均匀的A体组织 C．均匀的P体组织 D．均匀的M体组织 2.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为（A ）（D ）（B ）。 A．500℃ B．200℃ C．400℃ D．350℃

3.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（D ）。 A．随炉冷却 B．在风中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却

4.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C ）。 A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却 5.完全退火主要用于（A ）。

A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．所有钢种 6.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（ C）。 A．P B．S C．B D．M

7.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A ）。 A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却 二、是非题

1. 完全退火是将工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。√

2. 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。×

3. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。× 4. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。× 三、填空题

1. 共析钢中奥氏体形成的四个阶段是：（ 奥氏体晶核形成 ），（ 奥氏体晶核长大 ），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。

2. 化学热处理的基本过程，均由以下三个阶段组成，即（介质分解 ），（工件表面的吸收 ），活性原子继续向工件内部扩散。

3. 马氏体是碳在（ α-Fe ）中的（过饱和溶液 ）组织。

4. 在钢的热处理中，奥氏体的形成过程是由（ 加热 ）和（ 保温 ）两个基本过程来完成的。

5. 钢的中温回火的温度范围在（350～500 ℃ ），回火后的组织为（回火托氏体 ）。 6. 钢的低温回火的温度范围在（ 150～250 ℃ ），回火后的组织为（回火马氏体 ）。 7. 在钢的回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段：马氏体的分解，残余奥氏体的转变，（ 铁素体中析出 Fe3C ），（铁素体多边形化 ）。

8. 钢的高温回火的温度范围在（ 500～ 650℃ ），回火后的组织为（ 回火索氏体 ）。 9. 常见钢的退火种类有：完全退火，（等温退火 ）和（ 球化退火 ）。

10. 根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有（P型组织 ），（S型组织 ）和马氏体型组织。

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11. 材料在一定的淬火剂中能被淬透的（ 淬硬层深度越大 ）越大，表示（ 淬透性 ）越好。 四、改正题

1. 临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。 最小 2. 弹簧经淬火和中温回火后的组织是回火索氏体。 回火托氏体

3. 低碳钢和某些低碳合金钢，经球化退火后能适当提高硬度，改善切削加工。 降低 4. 完全退火主要应用于过共析钢。 亚共析钢

5. 去应力退火是将工件加热到Ac3线以上ˇ，保温后缓慢地冷却下来地热处理工艺。 30～50℃ 6. 减低硬度的球化退火主要适用于亚共析钢。 共析钢和过共析钢

7. 在生产中，习惯把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为预备热处理。 调制处理 8. 除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。右移 9. 马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。 含碳量 10.晶粒度是用来表示晶粒可承受最高温度的一种尺度。

11.钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。 组织结构

12.钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。 组织结构

13.热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 奥氏体成分 14.过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。 球化退火 15.淬火钢随着ˇ回火温度的升高，钢的硬度值显著降低，这种现象称为回火脆性。 某些范围内 冲击韧性

16.调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 回火索氏体 17.马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。 下降 五、简答题

1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。 （1）20CrMnTi制造传动齿轮 （2）T12钢制造铣刀

答：⑴调整硬度，便于切削加工；细化晶粒，为淬火作准备；消除残余内应力。正火后组织为F和S.⑵正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备，同时正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、硬度和塑性，并作为最终热处理。正火后组织为索氏体。

2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质处理 试问：（1）调质处理的作用。（2）调质处理加热温度范围。

答：⑴调制处理可以使材料具有良好的综合力学性能，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。⑵500～650℃

3.热处理的目是什么？有哪些基本类型？

答：目的是改变钢的组织结构，从而获得所需要的性能。

根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，可分为下面几类： ⑴普通热处理。退火、正火、淬火和回火。 ⑵表面热处理。表面淬火和化学热处理。

⑶其他热处理。真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。

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