工程材料课后习题答案(2)(3)

8、什么是加工硬化？试述金属在塑性变形中发生加工硬化的原因？试分析加工硬化的利与弊。P74

答：加工硬化：金属在塑性变形过程中，随着变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称加工硬化（也叫形变强化）。 加工硬化的原因：金属变形过程主要是通过位错沿着一定的晶面滑移实现的。在滑移过程中，位错密度大大增加，位错间又会相互干扰相互缠结，造成位错运动阻力增加，同时亚晶界的增多，从而出现加工硬化现象。

利与弊：加工硬化加大了金属进一步变形的抗力，甚至使金属开裂，对压力加工产生不利的影响。因此需要采取措施加以软化，恢复其塑性，以利于继续形变加工。但是，对于某些不能用热处理方法强化的合金，加工硬化又是一种提高其强度的有效的强化手段。

第4章 改善材料性能的热处理、合金化及改性

思考题与习题P113

3、说明共析钢过冷奥氏体在不同温度等温冷却所得的转变组织及其性能的主要特征。

A1～550℃为珠光体转变区（P区），奥氏体分解为铁素体和渗碳体相间的片层状组织，它是靠Fe与C原子长距离扩散迁移，铁素体和渗碳体交替形核长大而形成的，为全扩散型转变。稍低于A1的等温转变产物的片层间距较大。而随着转变温度下降，过冷度加大，过冷奥氏体稳定性变小，孕育期变短，转变产物也变细。P区产物按转变温度的高低分别称为珠光体P（A1～650℃）、索氏体S（650～600℃）和屈氏体T（600～550℃）。这三种组织仅片层粗细不同，并无本质差异，片层越细，硬度、强度越高，它们统称为珠光体类型转变组织。

从550℃到Ms的范围内，过冷奥氏体发生贝氏体转变（B区）。由于转变温度较低，Fe几乎不扩散，仅C原子作短距离扩散，故转变产物的形态、性能及转变过程都与珠光体不同，是含过饱和碳的铁素体和渗碳体的非片层状混合物，为半扩散型转变。按组织形态的不同，将贝氏体分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。共析钢的B上在550～350℃形成，是自原奥氏体晶界向晶内生长的稍过饱和铁素体板条，具有羽毛状的金相特征，条间有小片状的Fe3C。在350～240℃形成的B下，其典型形态是呈一定角度的针片状更过饱和铁素体与其内部沉淀的超细小不完全碳化物（Fe2.4C）片粒，在光学显微镜下常呈黑色针状形态。

C曲线图低温区的两条水平线Ms、Mf之间是马氏体转变区域（M区）。马氏体转变是无扩散型相变，母相成分不变，得到所谓的马氏体组织，相变速度极快。马氏体实质上是含有大量过饱和碳的α固溶体（也可近似看成含碳极度过饱和的针或条状铁素体），产生很强的固溶强化。马氏体转变是在一定温度范围内进行的，共析钢的M转变约在240～-50℃进行。随着温度不断降低，M转变量不断增加，但是即使冷却到马氏体转变终了温度Mf点，也总有一部分剩余，称为残余奥氏体（A′）。钢中的wC越高，A′数量越多，共析钢的A′可达到5%～8%。M组织中少量的A′（≤10%）不会明显降低钢的硬度，反而可以改善钢的韧性。在钢中马氏体有板条马氏体和针状马氏体两种形态，当wC：低于0.20%时，为板条马氏体，也称低碳马氏体或位错马氏体，大多强韧；高于1.0%时，则为针状马氏体，也称高碳马氏体或孪晶马氏体，大多硬脆；0.2%～1.0%时，为两者的混合组织。钢中的碳含量越多，则所得的马氏体硬度越高，但残余奥氏体量也增多，综合结果使硬度趋于恒定。 5、试说明下列钢件应采用何种退火、退火的目的及退火后的组织： （1）经冷轧的15钢钢板，要求降低硬度；答：再结晶退火 （2）铸造成形的机床床身；答：去应力退火

（3）经锻造过热（晶粒粗大）的wC=0.60%的锻件；答：完全退火或等温退火 （4）具有细片状渗碳体组织的T12钢件，要求改善其切削性能。答：球化退火

7、试说明预先热处理与最终热处理的主要区别，以及它们之间的联系。

答：预先热处理常用的工艺方法有退火、正火、调质。通过预先热处理获得的无成分偏析、无热加工缺陷的稳定组织，还有利于零件在最终淬火（最终热处理）时各个部分均得到同等程度的淬火效果，使零件整个截面上的力学性能均匀一致；而且还可以减少零件淬火时尺寸和形状的变化等热处理缺陷。此外，良好的预先热处理组织还可为表面硬化零件提供心部的强韧性。因此，预先热处理可以为零件的最终热处理和表面强化处理做好组织准备。

最终热处理----保证零件的性能（图纸要求），工艺方法主要是淬火、回火，还有化学热处理和其他表面改性处理。

9、钢淬火后为什么一定要回火？说明回火的种类及主要应用范围。

答：淬火钢一般不能直接使用，这是由于：①零件处于高应力状态（可达300～500MPa以上），在室温下放置或使用时很易引起变形和开裂；②淬火态（M+A′）是亚稳定状态，使用中会发生组织、性能和尺寸变化；③淬火组织中的片状马氏体硬而脆，不能满足零件的使用要求。回火能使这些状

况得到改善，获得所要求的力学性能。由于在回火过程中随着温度的提高逐渐发生了各种组织变化，钢的性能也会逐渐改变。根据回火温度可以分为三类回火，如下表所示：

回火温度 组织和硬度 类别 回火目的 应用举例 /℃ /HRC 保持高硬度高耐回火马氏体 冲模、量具、渗碳件、低温回火 150～250 磨性，消除应力，58～64 表面淬火件、轴承 降低脆性 中温回火 高温回火

13、简述钢中主要合金元素的作用。哪些杂质损害钢材性能？

答：合金元素在钢中的作用如下：

（1）形成固溶体，产生固溶强化

（2）形成细小第二相，产生弥散强化（或第二相强化） （3）溶入奥氏体，提高钢的淬透性

（4）提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性 （5）细化晶粒，产生细晶强韧化 （6）形成钝化保护膜

（7）对奥氏体和铁素体存在范围的影响

20、有低碳钢齿轮和高碳钢齿轮各一个，要求齿面具有高的硬度和耐磨性，应分别采用怎样的热处理？并比较它们在热处理后组织与性能上的差别。

答：高碳钢齿轮应采用感应加热淬火和低温回火！！！热处理后的组织为“回火马氏体+少量残余奥氏体”；

低碳钢齿轮应正火后进行渗碳，然后进行淬火和低温回火，热处理后表层为高碳回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体，有很高的硬度和强度，而心部保持低碳钢的高韧性及高塑性，达到表硬心韧。

23、有两种共析钢试样，分别加热到780℃和880℃，并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于临界冷却速度的冷速冷至室温。试问： （1）那种加热温度的马氏体晶粒粗大？

答：880℃ （2）那种加热温度马氏体的含碳量较高？

答：880℃ （3）那种加热温度的残余奥氏体较多？

答：880℃ （4）那种加热温度的未溶解渗碳体较少？

答：880℃

（5）那种加热温度淬火最合适？为什么？

答780℃，因为该加热温度淬火后马氏体晶粒比较细小，马氏体含碳量较低从而组织应力较小，残余奥氏体量较少，加上未溶解碳化物，有利于提高钢的硬度和耐磨性。

350～500 500～650 回火屈氏体 35～50 回火索氏体 25～35 获得高的屈服强度和弹性极限 得到高的综合机械性能 弹簧、弹簧夹头、模锻锤杆、热作模具 连杆、轴、等重要结构件 第5章 常用金属材料及性能

习题答案P160

3、何谓渗碳钢？试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点，并列举其典型钢种。

答：渗碳钢是指经 …… 此处隐藏：3626字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……