工程材料課后習(xí)題

《工程材料學(xué)》習(xí)題

一、解釋下列名詞

1.淬透性與淬硬性；2.相與組織；3.組織應(yīng)力與熱應(yīng)力；

4.過熱與過燒；5.回火脆性與回火穩(wěn)定性6.馬氏體與回火馬氏體

7.實(shí)際晶粒度與本質(zhì)晶粒度8.化學(xué)熱處理與表面熱處理

淬透性：鋼在淬火時(shí)獲得的淬硬層深度稱為鋼的淬透性，其高低用規(guī)定條件

下的淬硬層深度來表示

淬硬性：指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力

相：金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有晶只界分開的

均勻組成部分稱為相

組織：顯微組織實(shí)質(zhì)是指在顯微鏡下觀察到的各相晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小

和分布的組合。

組織應(yīng)力：由于工件內(nèi)外溫差而引起的奧氏體（丫或A）向馬氏體（M）轉(zhuǎn)

變時(shí)間不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力

熱應(yīng)力：由于工件內(nèi)外溫差而引起的脹縮不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力

過熱：由于加熱溫度過高而使奧氏體晶粒長大的現(xiàn)象

過燒：由于加熱溫度過高而使奧氏體晶粒局部熔化或氧化的現(xiàn)象

回火脆性：在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱為回

火脆性

回火穩(wěn)定性：又叫耐回火性，即淬火鋼在回炎過程中抵抗硬度下降的能力。

馬氏體：碳在a-Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體。

回火馬氏體：在回火時(shí)，從馬氏體中析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏

體基礎(chǔ)上的組織稱為回火馬氏體。

本質(zhì)晶粒度：鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大傾向稱為本質(zhì)晶粒度

實(shí)際晶粒度：在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱為實(shí)際晶粒度，它直接影響鋼

的性能。

化學(xué)熱處理：將工件置于待定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件

表層，從而改變工件表層化學(xué)成分與組織，進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。

表面淬火：：指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下，利用快速加熱

將表面奧氏休化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。

二、判斷題

1.()合金的基本相包括固溶體、金屬化合物和這兩者的機(jī)械混合物。

錯(cuò)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，可將合金中相公為固溶體和金屬化合物兩類。

2.()實(shí)際金屬是由許多位向不同的小晶粒組成的。

對(duì)。

3.()為調(diào)整硬度，便于機(jī)械加工，低碳鋼，中碳鋼和低碳合金鋼在鍛造

后都應(yīng)采用正火處理。

對(duì)。對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火與退火的目的相同；即調(diào)整硬度，

便于切削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)

力，防止在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開裂或形變。對(duì)于過共析鋼而言，正火是

為了消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。對(duì)于普通話結(jié)構(gòu)鋼而言，

正火可增加珠光體量并細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度、硬度和韌性，作為最終熱處理。

4.()在鋼中加入多種合金元素比加入少量單一元素效果要好些，因而合金

鋼將向合金元素少量多元化方向發(fā)展。

對(duì)。不同的元素對(duì)于鋼有不同的效果。

5.()不論含碳量高低，馬氏體的硬度都很高，脆性都很大。

錯(cuò)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，含碳增加，其硬度也隨之提高。合

金元素對(duì)馬氏體的硬度影響不尢馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和引起的固溶體

強(qiáng)化。

6.()40Cr鋼的淬透性與淬硬性都比T10鋼要高。

錯(cuò)。C曲線越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40Cr為含碳量為0.4%,含

Cr量為1.5%左右的調(diào)質(zhì)鋼。門0為含碳量為1%左右的碳素工具鋼。但是淬火后

45鋼香到馬氏體，T10鋼得到馬氏體加少量殘余奧氏體，硬度比45鋼高。

7.()馬氏體是碳在a-Fe中的過飽和固溶體，由奧氏體直接轉(zhuǎn)變而來的，

因此馬氏體與轉(zhuǎn)變前的奧氏體含碳量相同。

對(duì)。當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。但是馬氏體轉(zhuǎn)

變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留在馬氏休中。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是高速長大、不擴(kuò)

散、共格切變性、降溫形成、轉(zhuǎn)變不完全。

8.()鑄鐵中的可鍛鑄鐵是可以在高溫下進(jìn)行鍛造的。

錯(cuò)。所有的鑄鐵都不可以進(jìn)行鍛造。

9.()45鋼淬火并回火后機(jī)械性能是隨回火溫度上升，塑性，韌性下降，

強(qiáng)度,硬度上升。

錯(cuò)。鋼是隨回火溫度上升，塑性，韌性上升，強(qiáng)度，硬度提高。

10.()淬硬層深度是指由工件表面到馬氏體區(qū)的深度。

錯(cuò)。淬硬層深度是指由工件表面到米馬氏體區(qū)(50%馬氏體+50%非馬氏體組

織)的深度。

11.()鋼的回火溫度應(yīng)在Ac1以上。

錯(cuò)。回火是指將淬火鋼加熱到A1以下保溫后再冷卻的熱處理工藝。

12.()熱處理可改變鑄鐵中的石墨形態(tài)。

錯(cuò)。熱處理只能改變鑄鐵的基休組織，而不能改變石黑的狀態(tài)和分布。

13.()奧氏體是碳在a-Fe中的間隙式固溶體。

錯(cuò)。奧氏體是碳在Y-Fe中的間隙固溶體。用符號(hào)A或丫表示。

14.()高頻表面淬火只改變工件表面組織，而不改變工件表面的化學(xué)成份。

對(duì)。高頻表面淬火屬于表面淬火的一種。表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成

分及心部組織的情況下，利用快速加熱將表面奧氏休化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表

面的熱處理方法。

15.()過冷度與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，則過冷度越小。

錯(cuò)。過冷度(AT)是指理論結(jié)晶溫度(T。)與實(shí)際結(jié)晶溫度(TQ的

差值，即△T=TO-T1。但是冷卻速度越大，則過冷度越大，。

16.()所謂的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，是說它在任何條件下晶粒均不粗化。

錯(cuò)。本質(zhì)晶粒度是指鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大傾向稱為實(shí)際晶粒度，通

常把鋼力口熱至U940±10℃奧氏體化后，設(shè)法把奧氏體保留到室溫來判斷鋼的本質(zhì)

晶粒度。

17.()因?yàn)閱尉w是各項(xiàng)異性的，所以實(shí)際應(yīng)用的金屬材料在各個(gè)方向

上的性能也是不同的。

錯(cuò)。

18.()鋼中的雜質(zhì)元素“硫”會(huì)引起鋼的“冷脆”。

錯(cuò)。鋼中硫會(huì)引起熱脆性，而磷有固溶強(qiáng)化作用，右提高強(qiáng)度硬度，但是卻

顯著降低了鋼的韌性塑性(叫冷脆性)

19.()硬度試驗(yàn)操作簡便，迅速，不會(huì)破壞零件，根據(jù)測(cè)量的硬度值還

可以估計(jì)近似的強(qiáng)度值，因而是生產(chǎn)上常用的一種機(jī)械性能試驗(yàn)方法。

對(duì)。

20.()含碳量低于0.25%的碳鋼，退火后硬度低，切削時(shí)易粘刀并影響

刀具壽命，工件表面光潔度差，所以常采用正火。

對(duì)。

21.()三種金屬晶格類型中，體心立方晶格中原子排列最為緊密。

錯(cuò)。原子排列緊密度與晶包的致密度有關(guān)，致密度越高，原子排列越緊密。

休心立方的致密度為0.68,而面心立方和密排六方的為0.74。

22.()金屬中的固溶體一般說塑性比較好，而金屬化合物的硬度比較高。

對(duì)。與純金屬相比，固溶休的強(qiáng)度硬度高，塑性韌性低，但與金屬化全物相

比其硬度要低得多，而塑性韌性要高得多。

23.()高速鋼反復(fù)鍛造的目的是為了鍛造成型。

錯(cuò)。高速工具鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀的萊氏休

與樹枝狀的馬氏體加托氏體組成。反復(fù)鍛打是為了擊碎魚骨狀碳化物，使其均勻

的人布于基休中。

24.()金屬發(fā)生多晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，不僅晶格要發(fā)生變化，組織與性能也要發(fā)

生變化。

對(duì)。多晶型轉(zhuǎn)變即同互異構(gòu)轉(zhuǎn)變，熱處理的依據(jù)，

25.()發(fā)生過燒的工件可以通過重新加熱后緩慢冷卻使晶粒細(xì)化，而發(fā)生

過熱的工件只能報(bào)廢。

錯(cuò)。發(fā)生過熱的工件可以通過重新加熱后緩慢冷卻使晶粒細(xì)化，而發(fā)生過燒

的工件只能報(bào)廢。

26.()含乂0、W等合金元素的合金鋼，其回火脆性傾向較小。

對(duì)。在鋼中加入W(約1%)、Mo(約0.5%)可以有效的抑制回火脆性。

27.()鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵差，但常用于制造形狀復(fù)雜，鍛造有困難，

要求有較高強(qiáng)度和塑性并受沖擊載荷，鑄鐵不易達(dá)到的零件。

對(duì)。

三、回答下列問題

1.零件設(shè)計(jì)時(shí)圖紙上為什么常以其硬度值來表示材料力學(xué)性能的要求？

答：(1)硬度是指材料抵抗局部塑性變形的能力。

(2)硬度試驗(yàn)操作簡便，迅速，不會(huì)破壞零件，可用于成品件的檢測(cè)，

(3)硬度是一個(gè)綜合力學(xué)性能指數(shù)，根據(jù)測(cè)量的硬度值還可以估計(jì)近似的強(qiáng)度

值等。

2.說明Wsn=25%的Pb—Sn合金在下列各溫度時(shí)有哪些相組成物？有哪些組織

組成物？(1)高于300℃；(2)剛冷卻至180℃,共晶轉(zhuǎn)變尚未開始；(3)

在183℃共晶轉(zhuǎn)變剛完；(4)室溫。

答：(1)高于300℃：相：液相，組織為Pb—Sn溶化物

(2)剛冷卻至180℃,共晶轉(zhuǎn)變尚未開始：相為液相+a相，組織為Pb—Sn

溶化物+a回溶體

(3)在183c共晶轉(zhuǎn)變剛完：相為a相和§相，組織為(a+B)共晶組織

(4)室溫：相為a相和B相，組織為a+(a+P)+PIIo

3.圖2—2為簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖。試回答下列問題：

(1)以相組成物填寫相圖。(標(biāo)注見課本P51)

(2)填空：碳在a-Fe中的固溶體稱鐵素體,其符號(hào)為」

或a，晶格類型是體心立方晶格，性能特點(diǎn)是強(qiáng)度硬度

造，塑性韌性好。

(3)碳在丫-Fe中的固溶體稱奧氏體,其符號(hào)為A或丫，晶格

類型是面心立方晶格，性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低，塑性好。

(4)滲碳體是鐵與碳的間隙固溶體，含碳量為6.69%,

性能特點(diǎn)是硬度很高，脆性韌性幾乎為“零”。

(5)ECF稱共晶線線,所發(fā)生的反應(yīng)稱共晶反應(yīng),其反應(yīng)式是

L.LYzu+Fe3c得到的組織為萊氏體(Le)。

(6)PSK稱共析線,所發(fā)生的反應(yīng)稱反應(yīng)，其反應(yīng)式是

Y。.”-a0.M8+Fe￡得到的組織為珠光體（P）。

（7）E是碳在中的a-Fe最大溶解度點(diǎn),P是碳在丫-Fe中的最大溶解度

點(diǎn)，Ai即PSK線,A,即GS線，Ai即ES線。

4.過共析鋼的淬火溫度是多少？為什么要選擇在這一溫度？

答：對(duì)于過共析鋼而言，淬火溫度為A豆+（30~50）℃

5.如下圖所示，確定不同冷卻速度下可能獲得的組織，并比較其硬度值。

答：VI線是爐冷后空冷，得到的是珠光體（P）,V2是加熱后空冷，得到的

是索氏體（S）或回火索氏體（S回）；V3得到的是下貝氏體、馬氏體和過冷奧氏

體（B”M+/V）;V4為水冷，得到的是馬氏體和殘余奧氏體（M+A，）。

硬度值:P<S<BT<M+N

6.共析鋼C曲線與冷卻曲線如圖

（1）指出圖中各點(diǎn)的組織

（2）并奧氏體化后各冷卻方式下的熱處理工藝名稱

答：（1）1：過冷奧氏體；2：過冷奧氏體和珠光體；3:珠光體（P）；4：

過冷奧氏體；5:過冷奧氏體和索氏體；6:索氏體（S）;7：淬火馬氏體+殘余

奧氏體（M淬卜）;8：過冷奧氏體；9：過冷奧氏體和貝氏體；10：貝氏體（B）。

（2）VI：等溫退火；V2：正火；V3等溫回火；V4：淬火。

7.將一T12鋼小試樣分別加熱到780°C和860℃,經(jīng)保溫后以大于Vk的速度冷

卻至室溫，試問：（T12鋼Aci=73O°CAccm=83O℃）

（1）、哪個(gè)溫度淬火后晶粒粗大？

（2）、哪個(gè)溫度淬火后未溶碳化物較多？

（3）、哪個(gè)溫度淬火后殘余奧氏體量較多？

（4）、哪個(gè)淬火溫度合適？為什么？

答：（1）860℃下淬火后晶粒更細(xì)。860℃>830℃,即加熱溫度大于ACcm由

于奧氏體晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后馬氏體晶粒也粗大，且殘余奧氏體量

增多，使鋼的硬度、耐磨性下降，脆性和變形開裂傾向增加。

（2）7801下未溶碳化物較多，

（3））860℃下殘余奧氏體量較多。

（4）780。（：更適合淬火。T12是含碳量為1.2%的碳素工具鋼，是過共析鋼,

其淬火火為AC1+（30-50）℃0

8.45鋼及T1O鋼小試件經(jīng)850°C水冷、850°C空冷、7601水冷、720℃水冷處

理后的組織各是什么？（45鋼：AC1=73O°,AC3=780℃;10鋼:A（.,=730℃,A?.=800

℃）

答：

850。C水冷850°C空冷760℃水冷720°C水冷

45鋼（淬炎）馬氏體（正火）索氏體回炎索氏體組織不變

T10鋼馬氏體+顆粒碳索氏體馬氏體+殘余奧氏體組織不變

化物+顆粒碳化物

9..一根直徑為6mm的45鋼圓棒，先經(jīng)過840℃加熱淬火，硬度為HRC55（未

回火）然后從一端加熱，依靠熱傳導(dǎo)使45鋼圓棒上各點(diǎn)達(dá)到如圖所示的溫

度。試問：

（1）各點(diǎn)部位的組織是什么？（5分）

（2）整個(gè)圓棒自圖示各溫度保溫后緩冷至室溫后，問各點(diǎn)的組織是什么？若自

圖示各溫度保溫后水淬至室溫，問各點(diǎn)的組織又是什么？（10分）

答：

ABCDE

各點(diǎn)部位的組奧氏體奧氏體鐵素體+奧氏馬氏體+奧馬氏體

織體氏體

各溫度保溫后鐵素體+鐵素體+馬氏體+鐵素回火索氏體回火馬氏

緩冷至室溫后珠光體珠光體體體

各溫度保溫后淬火馬氏淬火馬氏馬氏體+鐵索回火索氏體回火馬氏

水淬至室溫體體體體

10.用45鋼制造機(jī)床齒輪，其工藝路線為：鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加

工一高頻感應(yīng)加熱表面淬火一低溫回火一磨加工。說明各熱處理工序的目的及使

用狀態(tài)下的組織。

答：正火：對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火的目的是調(diào)整硬度，便于切

削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)力，防止

在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開裂或形變。使用組織為：鐵素體加索氏體。

調(diào)質(zhì)：提高力學(xué)性能，減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。使用組織：

回火索氏體。

高頻感應(yīng)加熱表面淬火：提高表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性和搞疲勞極限，獲得

所需的力學(xué)性能，使心部組織具有足夠的塑韌性。使用組織：表面為回火馬氏體

或鐵素體加索氏體。

低溫回火：減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，獲得工藝所要的力學(xué)性

能。使用組織：回火馬氏體。

11.某汽車齒輪選用20CrMnTi材料制作，其工藝路線如下：

下料——鍛造一一正火①切削加工一一滲碳②淬火③低溫回火④噴丸——磨削

加工。請(qǐng)分別說明上述①、②、③和④項(xiàng)熱處理工藝的目的及組織。

答：1正火：對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火的目的是調(diào)整硬度，便于

切削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)力，防

止在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開裂或形變。使用組織為：鐵素體加索氏體。

2滲碳：提高工件表面硬度、耐磨性及其疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持工件心部良好

的韌性和塑性。使用組織：表層為高碳回火馬氏體+顆粒碳化物+少量殘余奧氏

體，心部為低碳回火馬氏體+鐵素體。

3淬火：獲得馬氏體組織，提高工件的硬度，獲得相應(yīng)的力學(xué)性能。使用組

織：淬火馬氏體。

4低溫回火：減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，獲得工藝所要的力學(xué)

性能。使用組織：回火馬氏體。

12.合金鋼與碳鋼相比，為什么它的力學(xué)性能好？熱處理變形小？

答：(1)在鋼中加入合金元素，溶于鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用；合金元素

進(jìn)入滲碳體中，形成合金滲碳體；

(2)幾乎所有合金元素都使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，在退火狀態(tài)下，相同含碳量

的合金鋼組織中的珠光體量比碳鋼多，從而使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。

(3)除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素均使C曲線右移，淬透性的提高,

這有利于減少零件的淬火變形和開裂傾向。

(4)除Co、Al外，所有溶于奧氏體的合金元素都使Ms、Mf1點(diǎn)下降，使鋼

在淬火后的殘余奧氏體量增加。

(5)合金鋼的回火溫度比相同含碳量的碳鋼高，有利于消除內(nèi)應(yīng)力，有效

的防止了工件開裂與變形。

(6)含有高興Mo、Cr、V等元素的鋼在淬火后回火加熱時(shí)，產(chǎn)生二次硬化。

二次硬化使鋼具有熱硬性，這對(duì)于工具鋼是非常重要的。

(7)一在鋼中加入W、Mo可防止第二類回火脆性。

13.按刃具鋼的工作條件，其性能要求是什么？

答：高硬度、高耐磨性、高熱應(yīng)性、足夠的韌性。

14.有人提出用高速鋼制伸刀，用碳素工具鋼制鉆木材的“10的鉆頭，你認(rèn)為合

適嗎？說明理由.

答：不合理。挫刀是手用工具，其工作時(shí)的溫度不高，速度不快，力學(xué)性能

要求不高，用碳素工具鋼就可以。而鉆頭是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工具，要求有高的熱應(yīng)性

與硬度、耐磨性，要用低合金工具鋼或高速工具鋼。

15.畫出W18Cr4V鋼的淬火、回火工藝曲線，并標(biāo)明溫度；淬火溫度為什么要選

那么高？回火溫度為什么要選560℃?為什么要進(jìn)行三回火？處理完的最后組

織是什么？

答：W18Cr4V高速工具鋼，其導(dǎo)熱性較差，淬火加熱時(shí)應(yīng)預(yù)熱兩次，以防止

變形和開裂，常委會(huì)火時(shí)選1280℃,以使更多的合金元素溶入奧氏體中，達(dá)到

淬火后獲得高合金元素含量馬氏體的目的。

回火時(shí)要進(jìn)行三次，主要目的是減少殘余奧氏體量，穩(wěn)定組織，并產(chǎn)生二次

硬化。

16.說出下列鋼號(hào)的含義？并舉例說明每一鋼號(hào)的典型用途。

Q235,20,45,T8A,40Cr,GCrl5,60Si2Mn,W18Cr4V,ZG25,HT200

答：Q235為含碳量低的屈服強(qiáng)度為235的碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于結(jié)構(gòu)件、鋼

板、螺栓、螺母、聊釘?shù)?/p>

20為含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，，強(qiáng)度、硬度低，韌性塑性好，主要

用來做沖壓件、鍛造件、焊接件、和滲碳件，用做齒輪、銷釘、小軸、螺母等。

45:為含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼綜合力學(xué)性能好，主要用于制造齒

輪軸件，如曲軸，傳動(dòng)軸，連桿。

T8A：含碳量為0.8%左右的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼.其承受沖擊、韌性較好，硬度適

當(dāng)，可用作扁鏟、手鉗、大錘、木工工肯等。

GCrl5:為含碳量為1.5%左右、含Cr量為1.5%左右的滾動(dòng)軸承鋼，主要用天

各種滾動(dòng)體，壁厚《12mm,外徑4250mm的軸承套，模具，精密量具等。

60Si2Mn：含碳量為0.6%左右、含Si為2%左右、含Mn為1.5%左右的彈簧鋼，

主要用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車的板簧