工程材料作業(yè)習題及答案全

工程材料作業(yè)（1）

1、下列各種工件應該采用何種硬度實驗方法來測定其硬度？

鋰刀、黃銅軸套、供應狀態(tài)的各種非合金鋼材、硬質合金刀片、耐磨工件的表面硬化層、

調質態(tài)的機床主軸。

2、已知Cu（f.c.c）的原子直徑為2.56A,求Cu的晶格常數(shù)a,并計算Imnftu中的原子數(shù)。

3、已知金屬A（熔點600℃）與金屬B（熔點500℃）在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)30

0℃時A溶于B的最大溶解度為30%,室溫時為10%,但B不溶于A；在300℃時，

含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應。求：

①作出A-B合金相圖（請用尺子等工具，標出橫縱座標系，相圖各區(qū)域名稱，規(guī)范

作圖）

②寫出共晶反應式。

③分析20%A,45%A,80%A等合金的結晶過程，用結晶表達式表達。

4.一個二元共晶反應如下：

L（75%）-fa（15%B）+B（95%B）

（1）計算含50%B的合金完全凝固時

①初晶a與共晶（a+B）的重量百分數(shù)。

②a相和B相的重量百分數(shù)。

③共晶體中的a相和B相的重量百分數(shù)。

（2）若顯微組織中，測出初晶B相與（a+6）共晶各占一半，求該合金的成分。

5.有形狀，尺寸相同的兩個Cu-Ni合金鑄件,一個含Ni90%，另一個含N150%,

鑄件自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重，為什么？

工程材料作業(yè)（2）

1.何謂鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體和萊氏體，它們的結構，組織形態(tài)，性能等各有

何特點？

2.分析含碳量為0.3%,1.3%,3.0%和5.0%的鐵碳合金的結晶過程和室溫組織。

3.指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體，共晶滲碳體和共析

滲碳體。

4.寫出鐵碳合金的共晶反應式和共析反應式。

5.根據(jù)鐵碳相圖：

①分析0.6%C的鋼室溫下的組織，并計算其相對量。

②分析1.2%C的鋼室溫下的相組成，并計算其相對量。

③計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大含量。

6.對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，其中珠光體占93%,問

此鋼的含碳量大約為多少？

7.依據(jù)鐵碳相圖說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：

①含碳量為1.0%的鋼比含碳量為（）4%的鋼硬度高。

②在室溫下，退火的含碳0.8%的鋼其強度比含碳量1.2%的鋼高。

③變態(tài)萊氏體的塑性比珠光體的塑性差。

④在110CTC,含碳0.4%的鋼可以進行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造。

⑤鋼斜釘一般用低碳鋼制成

⑥綁扎物件一般采用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機起吊重物時都用鋼絲繩（6（）或65

鋼制成）

⑦鋸切T8,T10鋼料比10,20鋼費力，鋸條容易磨損。

⑧鋼適合壓力加工，而鑄鐵適合鑄造成型。

工程材料作業(yè)(3)

1、判斷下列說法是否正確:

(1)鋼在奧氏體化后，冷卻時形成的組織主要取決于鋼的加熱溫度。

(2)低碳鋼與高碳鋼工件為了便于切削加工，可預先進行球化退火。

(3)鋼的實際晶粒度主要取決于鋼在加熱后的冷卻速度。

(4)過冷奧氏體冷卻速度快，鋼冷卻后的硬度越高

(5)鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越高

(6)同一鋼種在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

(7)鋼經(jīng)過淬火后是處于硬脆狀態(tài)。

(8)冷卻速度越快，馬氏體的轉變點Ms和Mf越低。

(9)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度。

(10)鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量

2、將含碳量為1.2%的兩個試件，分別加熱到760℃和900℃,保溫時間相同，達到平衡狀

態(tài)后以大于臨界冷速的速度快速冷卻至室溫。問：

(1)哪個溫度的試件淬火后晶粒粗大。

(2)哪個溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。

(3)哪個溫度的試件淬火后馬氏體的含碳量較多。

(4)哪個溫度的試件淬火后殘余奧氏體量多。

(5)哪個試件的淬火溫度較為合理，為什么？

3、將20鋼和60鋼同時加入到860℃,并保溫相同的時間，問那種鋼奧氏體晶粒粗大些？

4、指出中10mm的45鋼經(jīng)下列溫度加熱并水冷后獲得的組織

700℃760℃860℃

5、指出下列鋼件正火的主要目的：20鋼齒輪，45鋼小軸，T12鋼鏗刀

6、指出下列工件淬火及回火溫度,并說明回火組織和硬度：

(1)45鋼小軸(要求綜合機械性能)

(2)65鋼彈簧

(3)T8鋼鍥刀

7,解釋索氏體和回火索氏體,馬氏體和回火馬氏體的主要區(qū)別。

8,45鋼調質后的硬度為240HBS,若再進行200℃回火，硬度能否提高？為什么？

該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57IIRC,若再進行高溫回火，其硬度可否降低，為什么？

9、T12鋼經(jīng)760℃加熱后，按照圖3-26所示的冷卻方式進行冷卻。問它們各獲得何種組織？

并比較它們的硬度。(圖3-26：龐國星教材P70)

10、一根直徑為6mm的45鋼棒，先經(jīng)860℃淬火，160℃低溫回火后的硬度55HRC,然后從

一端加熱，使鋼棒各點達到如圖3-27,所示溫度，問：(圖3-27：龐國星教材P70)

(1)各點的組織是什么？

(2)從各點的圖示溫度緩冷到室溫后的組織是什么？

(3)從各點的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么？

11、解釋T12和20CrMnTi鋼的淬硬性和淬透性之區(qū)別。

12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線(各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材

具有足夠淬透性)

(1)某汽車變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌，材料選用20鋼。

(2)某機床變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌要求不高，選用45鋼

(3)某車床主軸，要求良好的綜合機械性能，軸頸部分要求耐磨其硬度HRC50-55,其余

部分硬度為HRC20—25,請選材，并選擇熱處理方法，簡明的工藝路線。

13、用門2鋼制造鋰刀和用45鋼制造較重要的螺栓，工藝路線均為：

鍛造——熱處理一一機加工——熱處理——精加工。對兩工件：

(1)說明預備的工藝方法和作用

(2)制訂最終熱處理的工藝規(guī)范(加熱溫度、冷卻介質)，并指出最終熱處理的顯微

組織和大致硬度。

工程材料作業(yè)(4)

1.解釋下列現(xiàn)象：

(1)在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金鋼外,大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱

溫度都比碳鋼高。

(2)在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定

性。

(3)為何含C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr鋼屬于過共析鋼，含碳1.5%,含

CH2%的鋼屬于萊氏體鋼。

(4)高速鋼在熱軋或鍛造后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。

2.何謂合金滲碳鋼？為何滲碳鋼的含碳量都較低？合金滲碳鋼常用的合金元素

有哪些及其主要作用？為何滲碳后要進行淬火和低溫回火？

3.何謂合金調質鋼？為何調質鋼的含碳量中碳？合金調質鋼常用的合金元素有

哪些及其主要作用？

4.指出下列合金鋼的類別，用途，含碳量和合金元素的作用，熱處理特點：

20CrMnTi40MnB,60Si2Mn,9SiCr,GCrl5,W18Cr4V,Crl2MoV,5CrMnMo

5、龐國星教材P110：4-1

6、高速鋼鑄造后為什么反復鍛造？高速鋼切削加工前又為什么進行低溫奧氏體

化退火？該鋼淬火加熱溫度為什么高達1280℃?淬火后為何三次回火？高速鋼

560c回火是否屬于調質處理？為什么？

7、試比較分析T9碳素工具鋼與9SiCr合金工具鋼：

(1)為什么9SiCr鋼熱處理溫度比T9高?

(2)直徑為①30—40mm的9SiCr鋼在油中冷卻能淬透，相同尺寸的T9在油中

能否淬透？

(3)為什么T9制造的刀具刃部受熱至200——250℃其硬度和耐磨性迅速下降，

以至于失效，而9SiCr鋼刀具刃部在230——250℃條件下工作，硬度仍不低于

HRC60,且耐磨性能良好，尚可維持正常工作？

(4)為什么9SiCr鋼比較適合制造要求變形小的、硬度較高的(HRC60-63)、

耐磨性能良好的圓板牙等薄刃刀具？9SiCr鋼制圓板牙如何進行熱處理？試對其

熱處理工藝進行分析。

8、為下列工件選擇合適的材料和熱處理方法：

工件：發(fā)動機連桿螺栓、發(fā)動機排氣門彈簧、鑲床鍵桿、自行車車架、車輛緩沖

彈簧、車床未座頂尖、機用大鉆頭、螺絲刀、車床絲杠螺母、高速粗車鑄鐵的車

刀、普通機床地腳螺栓

材料：38CrMoAlA、40Cr>45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295>W18Cr4V、

60Si2Mn

工程材料作業(yè)(5)

1.試述石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響。

2.為何一般機器的支架，機床床身常采用灰口鑄鐵制造？

3.有一壁厚為15-30mm的零件，要求抗彎強度350Mpa,應選用何種牌號的灰

口鑄鐵制造為宜。

4.生產(chǎn)中出現(xiàn)下列不正常現(xiàn)象，應采取何種措施予以防治或改善：

(1)灰口鑄鐵磨床床身鑄造以后就進行切削加工，加工后發(fā)生了不允許的變形。

(2)灰口鑄鐵鑄件薄壁處出現(xiàn)白口組織，造成切削困難。

5.指出下列鑄鐵的類別，用途及性能的主要指標：

(1)HT150,HT400,

(2)KTH350-10,KTZ700-2,

(3)QT420-10,QT1200-1

6.不同鋁合金可通過哪些途徑達到強化目的？

7.何謂硅鋁明？屬于哪類鋁合金？為何具有良好的鑄造性能？變質處理前后的

組織和性能有何變化？硅鋁明的基本用途？

9.指出系列合金的類別，主要成分，基本性能特點和用途：

LY12,LD7,ZL109,ZL302,H62,QAll0-3-1.5,

ZchSnSbllCu6,ZchPbSbl6Snl6Cu2

工程材料作業(yè)(1)答案

1、下列各種工件應該采用何種硬度實驗方法來測定其硬度？

鋰刀：HRC,黃銅軸套：HB、HRB供應狀態(tài)的各種非合金鋼材：HB、HRB硬質合金刀片:

HV、耐磨工件的表面硬化層：HV(HRA)、調質態(tài)的機床主軸：HB、HRB、(HRC)

2、已知Cu的原子直徑為2.56A,求Cu的晶格常數(shù)a,并計算Imm'Cu中的原子數(shù)。

Cu是f.c.c,r=J2/4a,r=2.56A/2=1.28A；a=4r/V2=2/V2X2.56=3.62A

依據(jù)1個晶胞(a3：3.62\單位A)中有4個Cu原子，loin?的原子數(shù)？

a：4=1mm'：x,注意單位換算，x=4/a\x=4/3.62-8.4X10''

3、已知金屬A(熔點600℃)與金屬B(熔點500℃)在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)30

0°C時A溶于B的最大溶解度為30%,室溫時為10%,但B不溶于A；在300℃時,

含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應。求：

④作出A—B合金相圖：

請用尺子等工具，標出橫縱座標系，相圖各區(qū)域名稱，規(guī)范作圖

⑤寫出共晶反應式。

300℃

La=(a3O%A+A)

⑥分析20%A,45%A,80%A等合金的結晶過程，用結晶表達式表達。

20%A：L-?L+a-a-*a+A

-

45%A：L>L+a—a+(a3O%A+A)—>a+(a30%,、+A)+A

-

80%A：L*L+AfA+(a30%A+A)

4.?—個二元共晶反應如下：

L(75%B)-a(15%B)+B(95%B)

(3)計算含50%B的合金完全凝固時

④初晶a與共晶(a+B)的重量百分數(shù)。

屬于亞共晶組織

W..ms%=(75-50)/(75-15)=5/12=0.42*100%=42%

W共晶％=100加42%=58%

⑤a相和B相的重量百分數(shù)。

Wa%=(95-50)/(95-15)=9/16=0.56X100%=56%

W3%=100%-56%=44%

⑥共晶體中的a相和B相的重量百分數(shù)。

共晶體58%,其中的a相

W共晶a%=58%X((95-75)/(95-15))%=58%X25%=14.5%

或：W共晶：58%與WB%：44%之差：14%?

W共晶8%=58%X75%=43.5%

(4)若顯微組織中，測出初晶B相與(a+B)共晶各占一半，求該合金的成分。

屬于過共晶組織

8/(a+B)=1=(X-75)/(95-X)95-X=X-75,95+75=2X,X=85。

5.有形狀，尺寸相同的兩個Cu-Ni合金鑄件,一個含Ni90%，另一個含Ni50%,

鑄件自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重，為什么？

三大因素影響成份偏析：

(1)液相線與固相線的水平距離即成份間隔，即液相線與固相線之間的垂直距離和水平距

離愈大則先后結晶的各層固體之間的成份差異愈大，因而枝晶偏析程度愈大。

(2)溶質原子的擴散能力有關，如結晶溫度高，原子擴散系數(shù)高，擴散能力強，偏析小。

(3)冷卻速度，冷卻速度快，原子來不及擴散，偏析嚴重。但是若冷速極快，對小體積鑄

件來說就可能把液體過冷到接近固相線了，結晶出來的合金就很接近合金的原成份，偏析反

而小了。

由銅銀相圖可知，50%Ni合金的結晶溫度區(qū)間(范圍)大于90%Ni合金，90%Ni合金結

晶溫度高。因此，在鑄件自然冷卻過程中，結晶溫度范圍大的合金，成份變化大(成份間隔

大)，結晶溫度低的，偏析嚴重。

工程材料作業(yè)（2）答案

6.何謂鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體和萊氏體，它們的結構，組織形態(tài)，性能等各有

何特點？（最好列表總結）

序號名稱結構組織形態(tài)性能

01鐵素體Fb.b.c不規(guī)則多邊形晶粒強度低，硬度低，塑性良好

02奧氏體Af.c.c多邊形晶粒（高溫組織）強度低，硬度低塑性良好

03滲碳體Fe3C復雜晶格片狀，網(wǎng)狀，球狀，硬、脆

基體，長條狀

04珠光體PF+Fe3cF+Fe3c片狀相間有一定強度和塑性，硬度適中

05萊氏體LdP+Fe3cFe3C為基體其上分布P硬度高脆性大

7.分析含碳量為0.3%,1.3%,3.0%和5.0%的鐵碳合金的結晶過程和室溫組織。

含碳量結晶過程表達式室溫組織

0.3%A-A+Ff（A剩余—P）+FF+P

1.3%AfA+CmIIf（A剩余fP）+CmllP+CmII

3.0%LfL+AfLd+AfA+CmII+LdfP+CmII+Ld'P+Cmll+Ld'

8.指出下列名詞的主要區(qū)別:

序號名稱特點及區(qū)別

01一次滲碳體從液體中析出，呈長條狀。

02二次滲碳體從奧氏體中析出，呈網(wǎng)狀

03三次滲碳體從鐵素體中析出，呈小片狀

04共晶滲碳體液體的共晶產(chǎn)物，呈基體。

05共析滲碳體奧氏體共析產(chǎn)物，與鐵素體片狀相間分布

9.寫出鐵碳合金的共晶反應式和共析反應式。

名稱結晶過程表達式室溫組織

共析A0.77%-*(727℃)P(F0.02%+Fe3c6.69%)P

共晶L4.3%-(1148℃)Ld(A2.11%+Cm6.69%)-Ld，(P+Cm)(室溫)Ld,Ld，

10.根據(jù)鐵碳相圖：

(9)分析0.6%C的鋼室溫下的組織，并計算其相對量。

室溫下的組織：F+P

F%=(0.77-0.6)/(0.77-0.02)%=0.17/0.75%=23%

P%=100%-23%=77%

⑩分析1.2%C的鋼室溫下的相組成，并計算其相對量。

室溫下的相組成：F+Fe3c

F%=(6.69-1.2)/(6.69-0.20)%=5.49/6.67%=82.3%

Fe3C%=100%-82.3%=17.6%

@計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大含量。

二次滲碳體從奧氏體析出，最大溶解度2.11%,最小溶解度0.77%

Fe3C%=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)%=1.34/5.92%=22.6%

三次滲碳體從鐵素體中析出，最大溶解度為0.02%,最小溶解度0.0008%(0)

Fe3C%=(0.02-0.0008)/(6.69-0.0008)%=0.02/6.69%=0.3%

6.對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，其中珠光體占93%,問

此鋼的含碳量大約為多少？

組織為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，所以為過共析鋼

P%=93%=(6.69-X)/(6.69-0.77)%,X%=1.19%=1.2%

7.依據(jù)鐵碳相圖說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：

①含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.4%的鋼硬度高。

含碳量為1.0%的鋼，含碳量越高，F(xiàn)e3c的量越多，鋼的硬度越高。

②在室溫下，退火的含碳0.8%的鋼其強度比含碳量1.2%的鋼高。

退火的含碳0.8%的鋼組織為p,而含碳量1.2%的鋼組織為P+網(wǎng)狀Fe3C,脆性大。鋼的

強度是組織敏感，因此，含碳0.8%的鋼其強度比含碳量1.2%的鋼高。

③變態(tài)萊氏體的塑性比珠光體的塑性差。

變態(tài)萊氏體的組織是珠光體+滲碳體，其中滲碳體脆性大且是基體形式分布，而珠光體

的組織是鐵素體和滲碳體，且滲碳體是分布在鐵素體的條間，因此低溫萊氏體的塑性差。

?在1100℃,含碳0.4%的鋼可以進行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造。

在1100C時，含碳0.4%的鋼處在單相奧氏體區(qū)，奧氏體面心立方晶格，塑性好適合于

壓力加工。含碳4.0%的生鐵漢滲碳體多脆性大不能鍛造。

?鋼斜釘一般用低碳鋼制成

低碳鋼的鐵素體含量多，塑性好，適合制成鉀釘。

?綁扎物件一般采用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機起吊重物時都用鋼絲繩（60或65

鋼制成）

綁扎物件一般受力不大，主要目的是捆綁結實，所以采用鐵絲即可。而起重機起吊重物

時承受較大載荷，尤其是受較大拉力，因此，需要采用強度較高且有一定塑韌性的鋼材，采

用60或65鋼，含碳量較高，屬于中高碳，強度有保證，但又較70以上高碳鋼塑韌性好。

?鋸切T8,T10鋼料比10,20鋼費力，鋸條容易磨損。

T8,T10鋼料的含碳量高，滲碳體多，硬度高，而10,20鋼含碳量低，鐵素體多硬度

低，因此鋸切T8,T10鋼料比10,20鋼費力，鋸條容易磨損。

⑧鋼適合壓力加工，而鑄鐵適合鑄造成型。

在鐵碳相圖中鋼（＜2.11%C）存在著單相固溶體區(qū)（奧氏體），一般固溶體塑性較好，

適合于壓力加工。而相圖中鑄鐵（＞2.11%）存在共晶反應，一般共晶合金在恒溫下結晶，

金屬的流動性好，適合于鑄造工藝。

工程材料作業(yè)（3）答案

2、判斷下列說法是否正確：

（11）鋼在奧氏體化后，冷卻時形成的組織主要取決于鋼的加熱溫度。

錯誤，鋼在奧氏體化后，冷卻時形成的組織主要取決于鋼的冷卻速度。

（12）低碳鋼與高碳鋼工件為了便于切削加工，可預先進行球化退火。

錯誤，低碳鋼工件為了便于切削加工，預先進行熱處理應進行正火（提高硬度）或完

全退火。而高碳鋼工件則應進行球化退火（若網(wǎng)狀滲碳體嚴重則在球化退火前增加一次正

火），其目的都是為了將硬度調整到HB200左右并細化晶粒、均勻組織、消除網(wǎng)狀滲碳體。

（13）鋼的實際晶粒度主要取決于鋼在加熱后的冷卻速度。

錯誤，鋼的實際晶粒度主要取決于鋼的加熱溫度。

（14）過冷奧氏體冷卻速度快，鋼冷卻后的硬度越高

錯誤，鋼的硬度主要取決于含碳量。

（15）鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越高

錯誤，鋼的硬度主要取決于含碳量。

（16）同一鋼種在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正確。同一鋼種，其C曲線是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成馬氏體。

（17）鋼經(jīng)過淬火后是處于硬脆狀態(tài)。

基本正確，低碳馬氏體韌性要好些，而高碳馬氏體硬而脆。

（18）冷卻速度越快，馬氏體的轉變點Ms和Mf越低。

正確。

（19）淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度。

錯誤，淬火鋼回火后的性能主要取決于回火溫度。

（20）鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量

錯誤，鋼中的含碳量是否等于馬氏體的含碳量，要看加熱溫度。完全奧氏體化時，鋼的

含碳量等于奧氏體含碳量，淬火后即為馬氏體含碳量。如果是部分奧氏體化，鋼的含碳量一

部分溶入奧氏體，一部分是未溶碳化物，從而可以減輕馬氏體因含碳量過高的脆性，也能細

化晶粒，此時馬氏體含碳量要低于鋼的含糖碳量。

2、將含碳量為1.2%的兩個試件，分別加熱到760℃和900℃,保溫時間相同，達到平衡狀

態(tài)后以大于臨界冷速的速度快速冷卻至室溫。問：

（1）哪個溫度的試件淬火后晶粒粗大。900C粗大，處于完全奧氏體化區(qū)，對于過共析鋼易

造成晶粒粗大。

(2)哪個溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。900C,處于完全奧氏體化區(qū)。

(3)哪個溫度的試件淬火后馬氏體的含碳量較多。900℃,處于完全奧氏體化區(qū)，奧氏體的

含碳量即為馬氏體含碳量。

(4)哪個溫度的試件淬火后殘余奧氏體量多。900℃,奧氏體的含碳量越高，Ms和Mf就越

低，殘余奧氏體量就越多。

(5)哪個試件的淬火溫度較為合理，為什么？760C,處于部分奧氏體化區(qū)，加熱組織為奧

氏體+未溶碳化物(阻礙晶粒長大)，晶粒細小。同時控制了奧氏體含碳量，也就控制了馬氏

體含碳量，降低了馬氏體脆性。淬火組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，保證了強度、

硬度。

3、將20鋼和60鋼同時加熱到860℃,并保溫相同的時間，問那種鋼奧氏體晶粒粗大些？

20鋼和60鋼都屬于亞共析鋼，一般加熱時要求完全奧氏體化，加熱溫度應在A3以上。

依據(jù)鐵碳相圖，20鋼含碳量低，A3點高，60鋼，含碳量高，A3點低，因此，同樣加熱到

860℃,并保溫相同的時間,60鋼過熱度大，晶粒容易粗大。

4、指出中l(wèi)Ornm的45鋼經(jīng)下列溫度加熱并水冷后獲得的組織

700℃760℃860℃

700℃加熱，在A1以下，沒有相變，水冷仍為F+P

760℃加熱，在Al—A3之間，加熱組織：F+A,水冷，F(xiàn)+M

860℃加熱，在A3以上，加熱組織A,水冷，M

5、指出下列鋼件正火的主要目的：20鋼齒輪，45鋼小軸，T12鋼鋰刀

20鋼齒輪：20鋼，含碳量低，硬度低，通過正火(空冷)使得珠光體片間距減小即形成索

氏體或屈氏體，以提高硬度(IIB200左右)，滿足切削加工的要求。

45鋼小軸：45鋼，含碳量適中，綜合機械性能好，因此利用正火，即可作為最終熱處理，

滿足小軸的使用要求。

T12鋼鏗刀：含碳量1.2%,若采用退火會產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體，一般采用正火，利用快冷(空冷),

使得滲碳體網(wǎng)析出不完整，再配合球化退火，以徹底消除網(wǎng)狀滲碳體。

6、指出下列工件淬火及回火溫度,并說明回火組織和硬度：

(1)45鋼小軸(要求綜合機械性能)

淬火A3以上(860℃),回火600℃(高溫回火)?；鼗鸾M織：s回，HRC25

(2)65鋼彈簧

淬火A3以上（840℃）,回火400℃（中溫回火）?；鼗鸾M織：T回，HRC40

（3）T8鋼錘刀

淬火A1以上（780C）,回火200℃（低溫回火）。回火組織：M回+未溶碳化物+少量殘

余奧氏體,HRC600

7、解釋索氏體和回火索氏體,馬氏體和回火馬氏體的主要區(qū)別。

正火組織：索氏體S:屬于細珠光體，回火組織，淬火后高溫回火，碳化物從過飽和F中析出，

其中滲碳體呈片狀。稱為回火索氏體S回，呈粒狀滲碳體，塑、韌性更好

回火組織:淬火后低溫回火，碳化物開始從M中析出，

淬火組織:馬氏體:過飽和F

成為M回。保持高硬度，消除內應力，改善脆性。

8、45鋼調質后的硬度為240IIBS,若再進行200C回火，硬度能否提高？為什么？

該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC,若再進行高溫回火，其硬度可否降低，為什么？

45鋼調質后的硬度為240HBS,若再進行200℃回火，不能提高硬度。因為，回火溫度

越高，硬度下降越多，而調質工藝就是淬火+高溫回火，碳化物已經(jīng)析出，鐵素體回復，硬

度已經(jīng)下降了，不能再升高。

該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC,若再進行高溫回火，硬度可以。因為，回火溫度

越高，硬度下降越多。該鋼經(jīng)低溫回火，組織是回火馬氏體，碳化物還未析出，存在過飽和，

因此，可繼續(xù)提高回火溫度，使得硬度降低。這也是為何經(jīng)低溫回火處理的碳素工具鋼，不

能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生熱，切削溫度高于低于回火溫度后，就相

當于繼續(xù)回火。

9、T12鋼經(jīng)760C加熱后，按照圖3-26所示的冷卻方式進行冷卻。問它們各獲得何種組織？

并比較它們的硬度。（圖3-26：龐國星教材P70）

冷速1：相當于水冷，組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，硬度：IIRC60

冷速2：相當于油冷，組織：索氏體+未溶碳化物+馬氏體+殘余奧氏體，硬度：不均勻。

冷速3：相當于爐冷，組織：索氏體+未溶碳化物（二次滲碳體）硬度：HRC20-30

冷速4：同冷速3。已經(jīng)通過轉變完成線，保溫時間的延長，不影響組織，但可能晶粒粗大。

10、一根直徑為6mm的45鋼棒，先經(jīng)860℃淬火，160℃低溫回火后的硬度55IIRC,然后從

一端加熱，使鋼棒各點達到如圖3-27,所示溫度，問：（圖3-27：龐國星教材P70）

45鋼棒，先經(jīng)860℃淬火，160℃低溫回火后的硬度55HRC,組織：回火馬氏體

（1）各點的組織是什么？

150℃點：低于160℃,組織不變，回火馬氏體

550C點：高于160℃,低于A1線，相當于高溫回火，組織：回火索氏體。

750℃點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，組織：奧氏體+鐵素體。

840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。

950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。

（2）從各點的圖示溫度緩冷到室溫后的組織是什么？

150℃點：低于160℃,緩冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體

550℃點：高于160℃,低于A1線，相當于高溫回火，緩冷到室溫后，組織：回火索氏體。

750℃點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵

素體。

840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵素

體。

950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體+

鐵素體。

（3）從各點的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么？

150℃點：低于160℃,水冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體。

550℃點：高于160℃,低于A1線，相當于高溫回火，水冷到室溫后，組織：回火索氏體。

750C點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，水冷到室溫后，組織：馬氏體+鐵

素體。

840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。水冷到室溫后，組織：馬氏體

950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。水冷到室溫后，組織：粗大馬氏

體

11、解釋T12和20CrMnTi鋼的淬硬性和淬透性之區(qū)別。

鋼的淬硬性取決于鋼的含碳量（馬氏體含碳量），T12：含碳量1.2%,20CrMnTi鋼含碳量

0.2%,所以，H2鋼的淬硬性高，即淬火后獲得馬氏體的最高硬度高。

鋼的淬透性取決于C曲線的位置（過冷奧氏體區(qū)的大小，C越靠右側越好），20CrMnTi

是合金鋼，合金元素使得C曲線顯著右移，因此易于淬成馬氏體，淬透性好。

12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材

具有足夠淬透性）

（1）某汽車變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌，材料選用20鋼。

鍛造一正火一機加工f滲碳，淬火，低溫回火一精加工

（2）某機床變速齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌要求不高，選用45鋼

鍛造一完全退火f機加工一整體調質（淬火+高溫回火）一齒面高頻表面淬火，低溫回火~

精加工（磨齒）

（3）某車床主軸，要求良好的綜合機械性能，軸頸部分要求耐磨其硬度I1RC50-55,其余

部分硬度為HRC20—25,請選材，并選擇熱處理方法，簡明的工藝路線。

選擇45鋼,

鍛造f完全退火一機加工f軸整體調質一軸頸局部高頻表面淬火，低溫回火一精加工（磨削）

13、用T12鋼制造鏗刀和用45鋼制造較重要的螺栓，工藝路線均為：

鍛造一一熱處理一一機加工一一熱處理一一精加工。對兩工件：

（1）說明預備的工藝方法和作用

（2）制訂最終熱處理的工藝規(guī)范（加熱溫度、冷卻介質），并指出最終熱處理的顯微

組織和大致硬度。

T12鋼制造鏗刀：

鍛造——球化退火一一機加工一淬火+低溫回火一一精加工。

球化退火：消除網(wǎng)狀滲碳體，細化晶粒，便于切削加工.

淬火（760℃）+低溫回火（200℃）,水冷，回火馬氏體，HRC60。

45鋼制造較重要的螺栓：

鍛造——完全退火一一機加工一一淬火+高溫回火一一精加工。

完全退火：細化晶粒、均勻組織，便于切削加工。

淬火（860℃）+低溫回火（600℃）,水冷，回火索氏體,HRC20-25。

工程材料作業(yè)（4）答案

2.解釋下列現(xiàn)象：

（1）在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱

溫度都比碳鋼高。

奧氏體形成分為形核、長大、殘余滲碳體溶解，奧氏體均勻化4階段。多數(shù)

合金元素減緩A形成，Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳親和力大，形

成的合金元素的碳化物穩(wěn)定、難溶解，會顯著減慢碳及合金元素的擴散速度。但

為了充分發(fā)揮合金元素的作用，又必須使其更多的溶入奧氏體中，合金鋼往往需

要比含碳量相同的碳鋼加熱到更高的溫度，保溫更長時間。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的擴散速度，使奧氏體的形成

速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度的影響不大。

阻礙晶粒長大，合金鋼需要更高的加熱溫度，更長的保溫時間，才能保證奧

氏體均勻化。

（加熱溫度升高了，但一般不會引起晶粒粗大：大多數(shù)合金元素都有阻礙奧氏

體晶粒長大的作用。碳化物形成元素的作用最明顯，因其形成的碳化物高溫下穩(wěn)

定性高，很難完全溶入奧氏體，未溶的細小碳化物顆粒，分布在奧氏體晶界上，

有效的阻止晶粒長大，起到細化晶粒的作用。所以，合金鋼雖然熱處理加熱溫度

高，但一般不用擔心晶粒粗大。

強烈阻礙晶粒長大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻礙的：W、Mo、Cr；影

響不大的：Si、Ni、Cu；促進晶粒長大的：Mn、P、B）

（2）在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定

性。

回火過程一般分為：馬氏體分解、殘余奧氏體轉變、碳化物類型轉變和碳化

物長大。

合金元素在回火過程中，推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變（即在較高

溫度才出現(xiàn)分解和轉變），提高鐵素體的再結晶溫度，使碳化物難以聚集長大而

保持較大的彌散度。因此，提高了鋼對回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定

性。使得合金鋼在相同溫度下回火時，比同樣質量分數(shù)的碳鋼具有更高的硬度和

強度（對工具鋼，耐熱鋼更重要），或在保證相同強度的條件下，可在更高的溫

度下回火，而韌性更好（對結構鋼更重要。）

（3）為何含C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr鋼屬于過共析鋼，含碳1.5%,含

Crl2%的鋼屬于萊氏體鋼。

在合金元素的作用下，使得鐵碳相圖的S點（即<<0.77%）和E點（即<

<2.11%）因此，C大于0.4%,含Cr大于12%的Cr鋼屬于過共析鋼，含碳1.5%,

含Crl2%的鋼屬于萊氏體鋼。

（4）高速鋼在熱軋或鍛造后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。

高速鋼由于合金元素含量高，使得C曲線右移很多，即過冷奧氏體區(qū)很大,

淬火臨界冷卻速度大為降低，因此采取空冷即可獲得馬氏體組織。高速鋼俗稱“風

鋼”（鋒鋼）

2.何謂合金滲碳鋼？為何滲碳鋼的含碳量都較低？合金滲碳鋼常用的合金元素

有哪些及其主要作用？為何滲碳后要進行淬火和低溫回火？

經(jīng)過滲碳熱處理后使用的低碳合金結構鋼。

含碳量低是為了保證零件心部有足夠的塑性和韌性。

滲碳鋼常用的合金元素是：Cr,Ni,Mn,B,主要目的是提高淬透性。還加

入少量Ti,V,V,Mo等強碳化物形成元素，形成穩(wěn)定碳化物，提高耐磨性，

并阻礙晶粒長大。

滲碳僅是改變了低碳鋼表面的成分即表面為高碳鋼，若退火仍然是平衡組

織，沒有強化效果。只有經(jīng)過淬火+低溫回火后，才能實現(xiàn)表面的強化，而保持

心部的塑韌性。

3.何謂合金調質鋼？為何調質鋼的含碳量中碳？調質鋼常用的合金元素有哪些

及其主要作用？

經(jīng)過調質處理（淬火+高溫回火）后使用的中碳合金結構鋼。

選擇中碳是為了保證零件心部（整體）的綜合機械性能良好。

常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高鋼的淬透性，同時強化鐵素體，

提高基體強度。

4.指出下列合金鋼的類別，用途，含碳量和合金元素的作用，熱處理特點:

20CrMnTi40MnB,60Si2Mn,9SiCr,GCrl5,W18Cr4V,Crl2MoV,5CrMnMo

牌號名稱：合金滲碳鋼

成分：（1）含碳量：0.2%,低碳；

20CrMnTi（2）合金元素及作用：Cr,Mn：提高淬透性Ti：細化晶粒（滲碳

溫度高920℃）

熱處理特點：正火一滲碳+淬火+低溫回火

熱處理組織及硬度：心部表面

T,M回，F(xiàn)少回火M+合金滲碳體+A'少

HRC25HRC60

ak>700kJ/m2

用途舉例：汽車變速齒輪、凸輪軸，活塞銷等

40MnB名稱：合金調質鋼

成分：（1）含碳量：0.4%,中碳；

（2）合金元素及作用：Cr,Mn：提高淬透性

熱處理特點：

完全退火f整體調質（淬火（油）+高溫回火）一

（局部或表面）高頻加熱表面淬火+低溫回火（若要求表面耐磨）

熱處理組織及硬度：調質：S回HRC25

表面淬火+低回：M回HRC58

用途舉例：齒輪、軸類，連桿，螺栓等。

60Si2Mn名稱：合金彈簧鋼，專用結構鋼，制造彈簧和其他彈性零件。

成分：（1）含碳量：0.6%,中高碳（高于調質鋼）；

（2）合金元素及作用：Si,Mn：提高淬透性，也提高屈強比。

熱處理特點：完全退火一淬火+中溫回火一噴丸強化

熱處理組織及硬度：T回HRC40

用途舉例：汽車板簧、床墊彈簧

熱成型彈簧：如汽車板簧

扁鋼下料一加熱壓彎成型f淬火一中溫回火f噴丸強化

冷成型彈簧：螺旋彈簧

冷拉鋼絲（淬火中溫回火鋼絲）一冷卷成型一去應力退火一成品

9SiCr名稱：低合金工具鋼

成分：（1）含碳量：0.9%,高碳。

（2）合金元素及作用：Cr、Mn、Si,W、V：提高淬透性和回火穩(wěn)

定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。

熱處理特點：球化退火一淬火（油）+低溫回火

熱處理組織及硬度：M回+粒狀碳化物+A，HRC60-65

用途舉例：絲錐、板牙、量規(guī)。

GCrl5名稱：滾動軸承鋼

成分：（1）含碳量：0.95-1.05%,高碳，保證高硬度和耐磨性。

（2）合金元素及作用：Cr：1.30-1.65%,提高淬透性；形成合金滲

碳體，提高耐磨性，提高疲勞強度。

熱處理特點：球化退火-淬火（油）+低溫回火

熱處理組織及硬度：M回+粒狀碳化物+A，HRC60

用途舉例：滾珠、滾柱、滾針等；冷沖壓模具，量具，絲杠等。

W18Cr4V名稱：高速鋼

成分：（1）含碳量：071.5%,高碳，保證與合金元素形成足夠數(shù)量的碳

化物，同時保證有一定數(shù)量溶入奧氏體，保證馬氏體硬度。

（2）合金元素及作用：Cr、V：提高淬透性，W、Mo：保證紅硬

性。V：提高耐磨性，細化晶粒。

熱處理特點：多次鍛造一等溫退火一淬火（兩次預熱，分級淬火，

油冷）+低溫回火（560℃三次，每次1小時）

熱處理組織及硬度：

淬火組織：M+粒狀碳化物+A，（大量20—25%）HRC>63

回火組織：M回+粒狀碳化物+A，（少量1-2%）HRC63-66

用途舉例：絲錐、板牙、量規(guī)。

Crl2MoV名稱：冷作模具鋼

成分：（1）含碳量：>1.0%,高碳，保證高硬度和高耐磨性。

（2）合金元素及作用：Cr、V、W、M。形成難溶碳化物，提高耐

磨性，尤其是Cr,Crl2含Cr達到12%,提高耐磨性同時還顯著提高鋼

的淬透性。

熱處理特點：

一次硬化法：950-1000℃淬火-150-180C回火HRC61-64

二次硬化法：1100-11500C淬火一510-520"。三次回火HRC60-62（紅硬

性高400-450℃、耐磨,但韌性差）

熱處理組織及硬度：M回+粒狀碳化物+A，（少量1-2%）

用途舉例：冷沖模、壓印模、拉延模

5CrMnMo名稱：熱作模具鋼