金属学热处理（下册）答案.docx

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1、第八章扩散8-1何为扩散固态扩散有哪些种类答：扩散是物质中原子或分子的迁移现象，是位置传输的一种方式。根据扩散过程是否发生浓度变化可分为：自扩散、互扩散根据扩散方向是否与浓度梯度的方向一样可分为：下坡扩散、上坡扩散根据扩散过程是否出现新相可分为：原子扩散、反响扩散8-2何为上坡扩散和下坡扩散举例说明。答：下坡扩散：原子或分子沿浓度降低的方向进展扩散，使浓度趋于均匀化。比方 铸件的均匀化退火、工件的外表渗碳过程均属于下坡扩散。上坡扩散：原子或分子沿浓度升高的方向进展扩散，即由低浓度向高浓度方向 扩散，使浓度趋于两极分化。例如奥氏体向珠光体转变过程中，碳原子从浓度 较低的奥氏体中向浓度较高的渗碳体

2、中扩散。8-3扩散系数的物理意义是什么影响因素有哪些答：扩散系数的物理意义：浓度梯度为1时的扩散通量。D越大，扩散速度越 快。影响因素：1、温度：扩散系数与温度呈指数关系，随温度升高，扩散系数急剧增大。2、键能和晶体构造：键能高，扩散激活能大，扩散系数减小；不同的晶体构造 具有不同的扩散系数：例如从晶体构造来考虑，碳原子在铁素体中的扩散系 数比在奥氏体中的大。3、固溶体类型：不同类型的固溶体，扩散激活能不同，间隙原子的扩散激活能 比置换原子的小，扩散系数大。4、晶体缺陷：晶体缺陷处，自由能较高，扩散激活能变小，扩散易于进展。5、化学成分：当合金元素提高合金熔点，扩散系数减小；假设降低合金熔点，

3、扩 散系数增加8-4固态合金中要发生扩散必须满足那些条件为什么答：1、扩散需有驱动力。扩散过程都是在扩散驱动力的作用下进展的，如没有扩散 驱动力，也就不能发生扩散。2、扩散原子要固溶。扩散原子在基体中必须由一定的固溶度，形成固溶体，才 能进展固态扩散。3、温度要足够高。固态扩散是依靠原子热激活而进展的，温度越高，原子的热 振动越剧烈，原子被激活发生迁移的可能性就越大。4、时间要足够长。原子在晶体中每跃迁一次最多只能移动的距离， 只有经过相当长的时间才能形成物质的宏观定向迁移。8-5铸造合金均勺化退火前的冷塑性变形对均勺化过程有和影响是加速还是减 缓为什么答：加速。原因：铸造合金经非平衡结晶后，

4、会出现不同程度的枝晶偏析。根据扩散第二 定律可得知，铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数 成反比。所以在退火前对合金进展冷塑性变形可破碎枝晶，减小枝晶间距，另 外塑形变形使金属内部的位错密度增加，缺陷越多，扩散系数D越大，扩散越 快，因此可以缩短均匀化的时间。碳体，降低奥氏体含碳量，然后再淬火可以得到碳含量较低的细小片状马氏 体，以及局部板条马氏体，从而得到以片状马氏体为主加粒状碳化物以及部 分板条马氏体组织，使钢具有高的强度并且具有良好的韧性。2、适当的降低淬火冷却速度，因为冷却速度越大，形成片状马氏体的含碳量越 低，不易形成板条马氏体。9-17若何把含碳0.8%的碳钢的

5、球化组织转变为：1、细片状珠光体；2、粗片状 珠光体；3、比原来组织更小的球化组织。答：获得细片状珠光体工序：正火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至Ar1以下较低温度保温一段 时间后缓冷至室温。获得粗片状珠光体工序：完全退火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至略低于Ar1以下某一温 度保温然后在随炉缓慢冷却至室温。获得更小的粒状珠光体工序：调质亚温淬火+高温回火：将粒状珠光体钢加热至AC1-ACcm之间某一温度 保温，得到细小的奥氏体晶粒和未溶的渗碳体颗粒后，淬火成马氏体组织，再 将马氏体组织钢加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到 针状铁素体加细粒状渗碳体的粒状珠光

6、体组织978若何把含碳0.4%的退火碳钢处理成：1、在大块游离铁素体和铁素体基体 上分布着细球状碳化物；2、铁素体基体上分布着细球状碳化物。答：第1种组织热处理工艺：球化退火：由于是退火亚共析钢，其原始组织为块状先共析铁素体加片状珠光 体，因此只需加珠光体中的片状渗碳体处理成球状渗碳体。可以将退火碳钢加 热至AC1-AC3之间保温，保存先共析块状铁素体和局部未溶渗碳体质点，得到 碳含量不均匀的奥氏体组织，然后在A门 以下较高温度保温球化，获得在大块 游离铁素体和铁素体基体上分布着细球状碳化物的组织此工艺是亚温退火的 原理。或者先加热到a + 丫，再淬火成a+M,最后回火使M分解、析出细粒状 渗

7、碳体，得到块状铁素体和铁素体基体加细球状渗碳体组织。原理自己仿照上 述方法自己整理第2种组织热处理工艺：调质：将退火碳钢加热到AC3温度以上完全奥氏体化，淬火成马氏体，再将马 氏体组织加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到铁素体 基体加细球状渗碳体组织。9-19假定将已淬火而未回火的含碳0.8%的碳钢件马氏体组织放入800炉 内，上述组织对800奥氏体化时间有什么影响如果随后淬火发现零件 上油裂纹，试解释裂纹产生的原因。答：马氏体组织对奥氏体化时间影响：会加快奥氏体化时间。原因：因为将淬火钢加热到奥氏体温度时，淬火马氏体 处于非常不稳定状态，通常首先在马氏体相界面上形成奥氏体晶

8、核，这是因为 相界面上碳浓度不均匀、原子排列不规则易于产生促进形核的浓度起伏和构造 起伏。所以当原始组织为片状马氏体时，马氏体片越细，它们的相界面越多，则形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成，缩 短奥氏体化时间。裂纹产生的原因：这是因为含碳0.8%的碳钢件淬火时形成片状马氏体，马氏体片形成速度很快， 在其相互碰撞或与奥氏体晶界相碰撞时产生很大的应力场，片状马氏体本身也 很脆，不能通过滑移或挛生变形使应力得到松弛，因此容易产生淬火显微裂 纹。这些显微裂纹在随后的再次淬火过程中受到较大内应力的作用，裂纹尖端 应力集中，从而使裂纹得到扩展，最终在零件外表形成宏观裂纹。在组织

9、应力 和热应力的作用下皆可产生裂纹，在解热时，假设钢的导热性能差，内外温差大 也可形成裂纹，如合金钢要采用预热防止裂纹，同学考研时尽可能答复全面和 具体第十章钢的热处理工艺10-1何谓钢的退火退火种类及用途若何答：钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后 随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包 括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去 应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。退火用途：1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30,保温

10、足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高 塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳构造 钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3亚共析钢或AC1- ACcm过共析钢之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡 状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布适宜，则可 采用不完全退火代替完全退火到达消除内应力、降低硬度的目的。对于过共 析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬 度，

11、改善切削加工性能。3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加 工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除 铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀 化。5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶 粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到

12、冷变形前的 状态。6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留内应力主要是第一类内应力，以提高尺寸稳 定性，减小工件变形和开裂的倾向。10-2何谓钢的正火目的若何有何应用答：钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进展 完全奥氏体化以后，以较快速度空冷、风冷或喷雾冷却，得到珠光体类组 织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除内应力、调整硬度、消除魏氏组织、 带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理

13、提供适宜的组织状态。 应用：1、改善低碳钢的切削加工性能。2、消除中碳钢的热加工缺陷魏氏组织、带状组织、粗大晶粒。3、消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火，为淬火做好组织准备。4、作为最终热处理，提高普通构造件的力学性能。10-3在生产中为了提高亚共析钢的强度，常用的方法是提高亚共析钢中珠光体 的含量，问应该采用什么热处理工艺答：应该采用正火工艺。原因：亚共析钢过冷奥氏体在冷却过程中会析出先共析铁素体，冷却速度越 慢，先共析铁素体的含量越多，从而导致珠光体的含量变少，降低亚共析钢的 硬度和强度。而正火工艺的实质就是完全奥氏体化加上伪共析转变，可以通过 增大冷却速度降低先共析铁素体的含量，使亚

14、共析成分的钢转变成共析组织， 即增加了珠光体的含量，从而可以提高亚共析钢的强度和硬度。（此题问的是工 艺，这样答复就可以了，假设问采用什么措施除了以上内容要再加一点，参加 微量的合金元素，也就是书上的低合金高强度构造钢，不能参加过多的合金元 素，因为合金元素多会影响构造钢的焊接性，参加合金元素提高强度的原因， 除了合金元素的固溶强化外，还有就是合金元素使S点左移，使亚共析钢形成 伪共析组织更容易，增力口 P的量）10-4淬火的目的是什么淬火方法有几种对比几种淬火方法的优缺点 答：淬火的目的：获得尽量多的马氏体，可以显著提高钢的强度、硬度、耐磨性， 与各种回火工艺相配合可以使钢在具有高强度高硬度

15、的同时具有良好的塑韧性 将钢加热至临界点AC3或AC1以上一定温度，保温适当时间后以大于临界冷 却速度的冷速冷却得到马氏体或下贝氏体的热处理工艺叫做淬火。淬火方法：按冷却方式可以分为：单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等 有优缺点对比淬火方法优点缺点单液淬火法操作简单、应用广泛1、只适用于小尺寸且形状简单的工件2、淬火应力大3、不容易选择冷却能力和冷却特性较合适的冷却介质双液淬火法1、降低组织应力，减小工件 变形、开裂的倾向2、适用于尺寸较大的工件操作不容易控制，需要求丰富的经验和熟练的技术分级淬火法1、降低热应力和组织应力，减 小工件变形、开裂的倾向2、 操作相对容易控制只适用于尺寸较小的

16、工件等温淬火法1、降低热应力和组织应力， 显著减小工件变形、开裂倾向2、适宜处理形状复杂、尺寸 要求精密的工件只适用于尺寸较小的工件10-5试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。为什么过共析钢淬火 加热温度不能超过Accm线答：淬火加热温度选择原则：以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便获得细小 的马氏体组织。亚共析钢通常加热至AC3以上30-50,过共析钢加热至AC1 以上 30-50.1、过共析钢的淬火加热温度超过Accm线，碳化物全部溶入奥氏体中，使奥氏 体的含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残留奥氏体量增多，会降低钢 的硬度和耐磨性2、过共析钢淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化

17、、含碳量又高，淬火后易得到有显 微裂纹的粗针状马氏体，降低钢的塑韧性3、高温淬火时淬炽热应力大，氧化脱碳严重，也增大钢件变形和开裂的倾向。 10-6何谓钢的淬透性、淬硬性影响钢的淬透性、淬硬性及淬透层深度的因 素答：淬透性：钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，它反映 过冷奥氏体的稳定性，与钢的临界冷却速度有关。其大小以钢在一定条件下淬 火获得的淬透层深度和硬度分布来表示。淬硬性：钢的淬硬性是指奥氏体化后的钢在淬火时硬化的能力，主要取决于马 氏体中的含碳量，用淬火马氏体可能到达的最高硬度来表示。淬透层深度：淬透层深度是指钢在具体条件下淬火时测定的半马氏体区至工件 外表的深度。它

18、与钢的淬透性、工件形状尺寸、淬火介质的冷却能力有关。10-7有一圆柱形工件，直径35mm,要求油淬后心部硬度大于45HRC,能否采 用40Cr钢答：解答此题需用到40Cr的淬透性曲线图端淬曲线图根据手册可以查到40Cr端淬曲线图，直径35mm圆柱工件在油淬后的心部硬度 范围为34-50HRC钢的淬透性受化学成分、晶粒度、冶炼情况等因素素影 响，一条淬透性曲线实际上是一条淬透性带，也就是是说心部硬度有可能大于 45HRC,也有可能小于45HRC,所以不建议使用40Cr钢。10-8有一 40Cr钢圆柱形工件，直径50mm,求油淬后其横截面的硬度分布答：解答此题需用到40Cr的淬透性曲线图端淬曲线图

19、根据手册可以查到40Cr端淬曲线图，查图可得：油淬后中心硬度范围:28-43. 5HRC油淬后距中心3/4R硬度范围:33.5-50 HRC油淬后外表硬度范围：45-57HRC10-9何谓调质处理回火索氏体比正火索氏体的力学性能为何较优越 答：调质处理：习惯上将淬火加高温回火称为调质处理，其目的是为了获得既有较 高的强度、硬度，又有良好的塑性及冲击韧性的综合力学性能。性能对比：在一样硬度条件下，回火索氏体和正火索氏体抗拉强度相近，但回火索氏体的 屈服强度、塑性、韧性等性能都优于正火索氏体。这是因为，回火索氏体是由淬火马氏体分解而得到，其组织为铁素体加颗粒状 碳化物。而正火索氏体是由过冷奥氏体直

20、接分解而来，其组织为铁素体加片状 碳化物。正火索氏体受力时，位错的运动被限制在铁素体内，当位错运动至片 状碳化物界面时形成很大的平面位错塞积群，使基体产生很大的应力集中，易 使碳化物脆断或形成微裂纹。而粒状碳化物对铁素体的变形阻碍作用大大减 弱，塑性和韧性得到提高，当粒状碳化物均匀地分布在塑性基体上是，由于位 错和第二相粒子的交互作用产生弥散强化或沉淀强化，提高钢的塑性变形抗 力，从而提高强度。因此相对比正火索氏体，回火索氏体具有更好的强度、塑性、韧性等性能。10-10为了减少淬火冷却过程中的变形和开裂，应当采取什么措施 答：变形和开裂原因：由于冷却过程中工件内外温度的不均匀性以及相变的不同时

21、 性造成工件中产生的内应力，淬火内应力分为热应力和组织应力两种。当淬火 应力超过材料的屈服强度时，就会产生塑性变形，当淬火应力超过材料的断裂 强度时，工件则发生开裂。应采取的措施工艺角度：1、控制淬火加热温度不宜过高：加热温度高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗 大的马氏体，应力和脆性均显著增大。而且高温加热，氧化脱碳严重，也增 大钢件变形和开裂倾向。2、选择适当的冷却方法：降低马氏体转变时的冷却速度，可以降低马氏体的转 变速度，减少淬火应力，降低工件变形和开裂的倾向。3、选择适宜的淬火冷却介质：具有理想冷却特性珠光体转变点以上冷速较 慢，快速通过C曲线鼻尖，在Ms点以下缓慢冷却的冷却介质可以在获

22、得 马氏体组织前提下减少淬火应力，降低工件变形和开裂的倾向。10-11现有一批45钢普通车床传动齿轮，其工艺路线为锻造-热处理-机械加工- 高频感应加热淬火一回火。试问锻后应进展何种热处理为什么 答：锻后热处理：调质热处理原因：调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的构造 零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。由于调质 后外表硬度较低，不耐磨。可用调质+外表淬火提高零件外表硬度。中碳构造钢铸件、锻轧件中，可能存在魏氏组织、带状组织、晶粒粗大等缺 陷，粗大魏氏组织显著降低钢塑性和韧性，带状组织使钢的性能具有方向性。 可以先正炽热处理，细化晶粒，消除内应力，

23、消除魏氏组织和带状组织缺陷。 10-12有一直径10mm的20钢制工件，经渗碳热处理后空冷，随后进展正常的 淬火、回火处理，试分析渗碳空冷后及淬火、回火后，由外表到心部的组 织。答：渗碳空冷后：表层：P+Fe3cli中部：P心部：Q+P淬火后：表层：M+y / +Fe3C中部：M+丫 /心部：a+M说明：由于外表渗碳后过共析钢成分，因此淬火加热的温度是AC1以上30- 50.在此温度下，心部是a + Y, 20号钢直径10mm可判断能淬透，因此淬火 后为a+M,假设直径再大些为a+T+M,假设直径更大，则保存原始组织a+P 回火后：表层：M回+丫 / +Fe3c中部：M回+丫 /心部：q+M回

24、说明：渗碳后钢制工件采用低温回火工艺10-13设有一种490柴油机连杆，直径12mm,长77mm,材料为40Cr,调质处 理。要求淬火后心部硬度大于45HRC,调质处理后心部硬度为22-33HRCo试制定热处理工艺。答：解答此题需要40Cr临界相变点AC3和淬透性曲线通过查手册： AC3=782热处理工艺：奥氏体化温度二AC3+30-50，取820保温时间二KD二 15min, K=1.5mm/min根据40Cr的淬透性曲线可以得出，直径12mm的40Cr钢油淬后的心部硬度最 低为47 HRCo查手册可以发现40Cr在650回火，其硬度为25-30HRC,符合心部硬度要 求。回火时间=KD=2

25、4min, K=2mm/min,为防止产生回火脆性回火后冷却可采 用空冷或水冷。热处理工艺为：将连杆加热至820保温15min,油淬至室温，再加热至650 保温24min,空冷至室温。10-14写出20Cr2Ni4A钢重载渗碳齿轮的冷、热加工工序安排，并说明热处理 所起的作用。答：冷、热加工工序安排：冶炼-铸造-扩散退火-锻造-完全退火-粗加工-渗碳-淬火 +低温回火-精加工热处理所起作用：扩散退火：消除凝固过程的枝晶偏析和区域偏析，均匀化学成分和组织。完全退火：细化晶粒、均勺钢的化学成分和组织、消除内应力和加工硬化、消 除魏氏组织和带状组织等缺陷、改善钢的切削加工性能。渗碳：使活性碳原子渗入

26、齿轮外表，获得一定深度高碳渗层一般碳含量：0. 85-1.05%,渗层深度：0. 5-2mm 淬火-低温回火：使齿轮外表获得高碳细针状回火马氏体组织+少量残留奥氏 体，具有高硬度、良好的耐磨性以及接触疲劳强度；使心部获得低碳板条回火 马氏体+少量铁素体组织，具有较高的强度和良好的塑韧性。10-15指出直径10mm的45钢退火状态，经以下温度加热并水冷所获得的组 织：700、760 840o答：解答此题需找到45钢的临界相变点AC1和AC3可查手册得知： AC1=724, AC3=780 J700:将45钢加热至700未发生珠光体组织向奥氏体转变，因此水冷时无 奥氏体向马氏体转变，所以水冷后的组

27、织仍为退火状态的原始组织：珠光体十块状铁素体760: 760介于AC1和AC3之间，在此温度加热保温，珠光体组织转变为 奥氏体，但保存一局部先共析铁素体，水冷时发生奥氏体向马氏体的转变，所 以水冷后的组织为：马氏体十块状铁素体840:在此温度下保温，铁素体+珠光体组织将全部转变为奥氏体，水冷后的 组织为马氏体45号钢残留奥氏体可以不计，只有钢的含碳量大于0.5%后为马 氏体+剩余奥氏体10-16T10钢经过何种热处理能获得下述组织：1粗片状珠光体+少量球状渗碳体2细片状珠光体3细球状珠光体4粗球状珠光体答：热处理工艺：1粗片状珠光体+少量球状渗碳体：加热到ACcm线附近退火下限温度完全 退火2

28、细片状珠光体：正火处理3细球状珠光体：淬火+中温回火或循环球化退火工艺4粗球状珠光体：淬火+高温回火或球化退火工艺10-17 一零件的金相组织是：在黑色的马氏体基体上分布有少量的珠光体组织，问此零件原来是若何热处理的答：油淬后低温回火由于油的冷却能力差，不能完全淬透，因此油淬后的组织是亮白色马氏体基体上分布有少量黑色的珠光体组织托氏体，黑色的马氏体基体就是回火马 氏体，因此为低温回火工艺，低温回火时亮白色马氏体变为黑色的马氏体，珠 光体组织不发生变化而保存下来。第十一章工业用钢说明：考研时，同学要仿照以前几章的样子答复的尽可能详细，我只把要点给出！ 11-1此题主要考察工程构造钢的强化答：影响

29、材料强度因素1晶粒粗细细晶强化2合金元素，强化基体细晶强化，第二相强化弥散强化，沉淀强化3金属内部缺陷特别是位错，结合金属塑性变形 章答复位错的塞挤和缠结提高强度，还有淬火时板条马氏体大量的位错和板条 马氏体内大量的挛晶途径：细晶强化，合金强化微合金化正火冷速快组织硬，s点左移，P增 多，强碳化物形成元素还可细化晶粒，加工强化构造钢用挤压、轧制方法成 型，相变强化用正火处理，假设是机器用钢可以用淬火等热处理强化 11-2答：影响塑性因素：1化学成分，杂质，越多塑性越差，合金元素，参加越多塑性越差，纯金属塑 性最好2组织构造，面心立方塑性最好，细晶强化，单相比多相和出现第二相时塑 性好，单相固溶

30、体塑性好，钢的压力加工要加热到单相奥氏体区进展面心， 单相3变形温度，越高塑性越好4变形速度：速度不大时，速度越高塑性越差，当速度较大时如空气锤锻 造，速度越大，塑性越好5应力状态：压应力提高塑性11-3答：1零件本身的构造，缺口如键槽等和裂纹降低韧性2材料的组织状态，晶粒细小提高韧性如S比P韧性好，粒状比片状 韧性好S回比S片好，B下优于B上可表达下每种组织的构造特征，板 条马氏体优于针片马氏体见教材P322页图1174以上的举例可表达下每种 组织的构造特征，说明组织决定性能的观点，钢中的组织缺陷如魏氏组织、 带状组织，铸锭中枝晶偏析和区域偏析降低韧性。3温度，温度越高，韧性越好4冶炼方法和

31、钢材轧制工艺细述见教材P315页5合金元素细述见教材P316页图11-13, P323页图11-17,11-18,11-19 J 11-9答：渗碳钢是低碳钢，经渗碳后外表是高碳钢成分，而心部为低碳钢成分，渗碳后采用淬火+高温回火的热处理工艺，其表层组织为：M回+丫 / +Fe3C, 高碳细针状M回表达下高碳马氏体形成的原来和构造特点和颗粒状分布的碳化物 有极高的硬度和耐磨性，心部组织为：a+M回，低碳的M回表达下低碳马氏体形 成的原理和构造特点教材P253页位错马氏体的优点和韧性好的铁素体组成。中碳钢 制造齿轮采用的热处理工艺是，先调质，使组织变为回火索氏体，然后外表淬 火+低温回火，经过这样

32、的处理，零件的外表是中碳的M回，心部为中碳的s回， 因此可以看出，渗碳件的外表更硬，心部更韧。汽车、拖拉机变速箱齿轮和后 桥齿轮在工作时受力更大，车辆行驶时的冲击也更大，而机床齿轮相对受力 小，收到的冲击也小的多，因此得出此题的结论。11-10答：可以替代原工艺的钢号是中碳的合金钢，热处理工艺是淬火+中温回火，现在采用低 碳合金钢热处理工艺淬火+低温回火，得到低碳马氏体型构造钢参看教材331 页的表11-9的钢25SiMn2MoV的热处理工艺和力学性能和原钢号对比11-13答：主要考察合金元素的作用，这些合金钢中的Cr、Ni的合金元素使共析 线上的共析点左移，因此正火时珠光体增多且片层间距变细

33、，而软韧的铁素体 减少，因此难以机加工，使组织变软的工艺有：调质、完全退火等，而最为经 济的是完全退火。假设是5CrMnMo和3Cr2W8V则是过共析钢要用球化退火工 艺，而此题的两个钢号假设还是亚共析钢，降低硬度要完全退火11-14答：以以以下图是铁碳相图的一局部，假设T12钢用45号钢的热处理工艺，则热处 理加热时为完全奥氏体化，因此T12退火后为片状珠光体，淬火后的组织是马 氏体和剩余奥氏体，T12正常热处理加热时为非完全奥氏体化，退火后是粒状 珠光体，淬火后为马氏体、未溶的渗碳体和剩余奥氏体11-15(2)9SiCr工艺路线，保温时间可以不写，因为保温时间与化学成分、尺 寸、批量和装炉

34、方式有关11-16答：全部加热完全奥氏体化后，将螺钉旋具的顶端淬入水中，而杆部裸露 在空气中冷却变为索氏体，即细珠光体，然后将整个零件加热到200左右低温 回火，马氏体就变为回火马氏体，而索氏体不发生变化。11-17答：再次将零件加热后淬火，测量零件的外表硬度，假设仍然硬度不够，则 为脱碳，假设硬度合格，则为淬火时冷却不当。11-19答：通过淬炽热处理可以将内孔缩小，此题主要考察钢发生马氏体转变时 体积膨胀，可以解释下体积膨胀的原因，以及教材285页的表10-1,材料在热 应力和组织应力的作用下淬火的变形。11-21答：由于存在剩余奥氏体，剩余奥氏体组织不稳定，在随后的温度上升等 外部条件下会

35、发生分解，由于组织不稳定而导致尺寸不稳定，因此尺寸会变 化。采取的措施有：下限温度淬火，加热温度越低，奥氏体中的含碳量越 少，剩余奥氏体也越少时效处理，原因见教材深冷工艺后两点表达见教 材第十二章铸铁12-1答：石墨的形态有四种：灰铸铁中的片状石墨，可锻铸铁中的团絮状石 墨，球墨铸铁中的球状石墨，蠕墨铸铁中的蠕虫状石墨，其中片状石墨对基体 的削弱强度和应力集中程度最大，因此其强度最低，塑性和韧性最差；团絮状 石墨对基体的割裂作用降低，因而假设铸铁基体一样时，与灰铸铁对比，其强度 增大，塑性明显提高。球墨铸铁对基体的割裂作用最小，强度最高，塑性和韧 性也有改善。石墨越小，其强度越高，塑性和韧性也

36、越好。细晶强化原理如 孕育铸铁的强度更高。数量上石墨数量越多，对基体的削弱作用越大，抗拉强 度和塑、韧性越差，当数量和尺寸一定时，石墨分布不均勺，有方向性排列， 强度和韧性显著下降，当形成封闭网络时，力学性能最低。基体组织有三种： 铁素体基，铁素体一珠光体基，珠光体基。铁素体基铸铁的强度最低，珠光体 基的强度高，双基体介于二者之间。12-2答：这个高硬外表层的组织是白口铁，由于是薄壁铸件，铸件的冷却速度 大，而冷却速度小时才有利于石墨的析出，铸件冷却速度大时，石墨的第一石 墨化阶段难以进展，碳以渗碳体的形式存在，即是所谓的白口组织。消除灰铸 铁的白口组织有退火和正火两种工艺，退火得到的是铁素体

37、基，或铁素体一珠 光体基灰铸铁，其强度较低，正火得到珠光体基灰铸铁，其强度、硬度较高， 耐磨性较好，通过热处理消除了白口组织，改善了切削加工性能。当零件要求 耐磨性高时，希望得到白口铁，如机床导轨，用外表淬火得到马氏体，然后用 低温回火得到回火马氏体，提高外表强度和耐磨性，再如压路机，挖掘机和农 业机械零件的外表都希望有一层硬化层来提高耐磨性。12-3答：选用灰铸铁中的孕育铸铁HT300或HT350,热处理工艺：铸造后消除 内应力退火具体工艺见教材370页，假设有薄壁处白口组织用退火或正火工 艺，最后用外表淬火+低温回火来提高耐磨性。要答出具体工艺过程见教材。12-4答：第一个石墨化阶段决定铸

38、铁的种类，假设完全进展是灰口铁，没进展是 白口铁，局部进展是马口铁。而此题第一个石墨化阶段完成因此是灰口铁，第 二个石墨化阶段决定基体的类型，完全石墨化是铁素体基，局部石墨化是铁素 体一珠光体基双基体型，未石墨化是珠光体基灰口铸铁。12-5答：170HBW是灰铸铁，其牌号为HT150,金相：铁素体一珠光体基体+ 粗片状石墨，由铁液缓慢冷却通过石墨化过程形成的。340HBW可能是孕育铸铁HT300,由铁液中参加硅铁和硅钙孕育剂经孕育 处理得来的，组织由西片状的珠光体基体加细片状的石墨形成的。由铁液中加 入硅铁和硅钙孕育剂经孕育处理缓慢冷却得来的。也可能是可锻铸铁KTH300- 06,金相是铁素体

39、基体+团絮状石墨组成，是由白口铸铁经长时间石墨化退火得 到的。此题只有硬度因此有两种可能性，假设再给出塑性指标，塑性好的为可锻 铸铁，差的为灰口铁中的孕育铸铁。50HRC为白口铁，组织为低温莱氏体，莱氏体和马氏体同学容易搞混， 莱氏体是含碳量高的铸铁的成分是铸造时形成的属于液态相变，马氏体是碳量 低的钢的成分，是热处理淬火形成的属于固态相变，是铁液冷速较快时形成 的。12-6答：白口铸铁的组织是低温莱氏体P+Fe3C，经过可锻化退火则变为可锻 铸铁，当渗碳体全部变为团絮状石墨变和铁素体，最后得到铁素体基可锻铸铁F+G。12-7答：铸铁焊接时要防止出现白口组织而导致焊缝变脆出现裂纹，进展预热 是

40、为了减少焊缝冷却时的冷却速度，防止冷速过快而出现白口组织。焊接后完 全退火可得到铁素体基铸铁，8-6计算扩散系数答:477时 D750=2.8X10 -11 cm 2 /s,497 时 D770=4.9X10 -11 cm 2 /s8-7消除枝晶偏析时间计算答：477时 t=4.15X10 5 s=115h497 时 t=2. 35X10 5 s=67h8-8可否用铅代替铅锡合金做对铁进展钎焊的材料，试分析说明之答：不能。原因：因为钎焊过程只是钎料熔化，母材仍处於固体状态。因此要求钎料与用材不但 液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠他们之间的互扩散形成结实的金属结 合。而铅是不固溶于铁的，因此

41、如果以铅来做钎料，铁做母材，则铅是无法扩 散到母材中的，无法起到钎焊的效果。8-9答：在压力使两块板实现分子间贴合，高温长时间加热发生扩散现象，因此两 块板子会焊接在一起压力焊原理，根据相图纯铜板结合处室温下组织是a + q + B，纯银板结合处室温下组织是B+ q + BB,由此可见内部出现了 共晶组织，共晶组织的熔点低，分布在晶界处，易熔化而出现过烧现象，因此 工艺要通过控制温度和时间来控制相互溶解的量，防止出现共晶组织。8-10渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件外表，然后以下坡扩散的 方式使碳原子从表层向内部扩散的热处理方法。试问：1温度上下对渗碳速度有何影响2渗碳应在奥氏体中还

42、是铁素体中进展3空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响答：1温度越高，渗碳速度越快。因为扩散系数随温度升高，急剧增大。2在奥氏体中进展。虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把 钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏 体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。3空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。因为缺陷处能量较高，扩散激活 能降低，增大扩散系数。晶粒越小，渗碳速度越快。因为晶粒越小，晶界面 积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。第九章钢的热处理原理9-1金属固态相变有哪些主要特征哪些因素构成相变的阻力答：固体相变主要特征：1、相变阻力大2、新相晶核与

43、母相晶核存在一定的晶体学位向关系。3、母相中的晶体学缺陷对相变其促进作用。4、相变过程中易出现过渡相。相变阻力构成：1、外表能的增加。2、弹性应变能的增加，这是由于新旧两相的比体积不同，相变时必然发生体积 的变化，或者是由于新旧两相相界面的不匹配而引起弹性畸变，都会导致弹性应变能的增加。3、固态相变温度低，原子扩散更困难，例如固态合金中原子的扩散速度为10 -7 10 -8 cm/d,而液态金属原子的扩散速度为10 -7 cm/so9-2何谓奥氏体晶粒度说明奥氏体晶粒大小对钢的性能影响答：奥氏体晶粒度：是奥氏体晶粒大小的度量。当以单位面积内晶粒的个数或每个 晶粒的平均面积与平均直径来描述晶粒大

44、小时，可以建设晶粒大小的概念。通 常采用金相显微镜100倍放大倍数下，在645mm2范围内观察到的晶粒个数来 确定奥氏体晶粒度的级别。对钢的性能的影响：奥氏体晶粒小：钢热处理后的组织细小，强度高、塑性好，冲击韧性高。奥氏体晶粒大：钢热处理后的组织粗大，显著降低钢的冲击韧性，提高钢的韧 脆转变温度，增加淬火变形和开裂的倾向。当晶粒大小不均匀 时，还显著降低钢的构造强度，引起应力集中，容易产生脆性断裂。9-3试述珠光体形成时钢中碳的扩散情况及片、粒状珠光体的形成过程 答：珠光体形成时碳的扩散：珠光体形成过程中在奥氏体内或晶界上由于渗碳体和 铁素体形核，造成其与原奥氏体形成的相界面两侧形成碳的浓度差

45、，从而造成 碳在渗碳体和铁素体中进展扩散，简言之，在奥氏体中由于碳的扩散形成富碳 区和贫碳区，从而促使渗碳体和铁素体不断地交替形核长大，直至消耗完全部 奥氏体。片状珠光体形成过程：片状珠光体是渗碳体呈片状的珠光体。完全奥氏体化且 冷速缓慢如炉冷时形成片状珠光体首先在奥氏体晶界形成渗碳体晶核，核刚形成时与奥氏体保持共格关系，为减 小形核的应变能而呈片状。渗碳体长大的同时，使其两侧的奥氏体出现贫碳 区，从而为铁素体在渗碳体两侧形核创造条件，在渗碳体两侧形成铁素体后， 铁素体长大的同时造成其与奥氏体体界面处形成富碳区，这又促使形成新的渗 碳体片。渗碳体和铁素体如此交替形核长大形成一个片层相间大致平行

46、的珠光 体区域，当其与其他部位形成的珠光体区域相遇并占据整个奥氏体时，珠光体 转变完毕，得到片状珠光体组织。粒状珠光体的形成过程：粒状珠光体是渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上。非完全奥氏体化且冷速缓慢如炉冷时形成粒状珠光体粒状珠光体可以有过冷奥氏体直接分解而成（如组织为a+p的亚共析钢，加热 到a + Y时，假设短时间保温Y成分不均匀中有贫碳区和富碳区，富碳区就是渗碳 体的形核部位），也可以由片状珠光体球化而成（如组织为P+Fe3c的过共析钢， 加热到Y+Fe3c时，在缓冷时形成粒状珠光体，还可以由淬火组织回火形成如 回火索氏体。原始组织不同，其形成机理也不同。这里只介绍由过冷奥氏体直接分解得

47、到粒状珠光体的过程：要由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体，必须使奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散 的渗碳体晶核，即控制奥氏体化温度，使奥氏体内残存大量未溶的渗碳体颗 粒；同时使奥氏体内碳浓度不均匀，存在高碳区和低碳区。再将奥氏体冷却至 略低于Ar1以下某一温度缓冷，在过冷度较小的情况下就能在奥氏体晶粒内形 成大量均匀弥散的渗碳体晶核，每个渗碳体晶核在独立长大的同时，必然使其 周围母相奥氏体贫碳而形成铁素体，从而直接形成粒状珠光体。9-4试对比贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。答：贝氏体转变：是在珠光体转变温度以下马氏体转变温度以上过冷奥氏体所发生 的中温转变。与珠光体转变的异同点：一样点：相变都有碳的扩散现象；相变产物都是铁素体+碳化物的机械混合物 不同点：贝氏体相变奥氏体晶格向铁素体晶格改组是通过切变完成的，珠光体 相变是通过扩散完成的。并且贝氏体中铁素体中碳的过饱和度大，上贝氏体碳 化物是不连续的短杆状，下贝氏体的碳化物分布在铁素体内原因：产物的温