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金属工艺学（二版）练习和思索题参考答案绪论 第120章，共309题。36页，约5。4万字金属工艺学（二版）练习和思索题参考答案绪论0-1 性质是一门以机械制造工艺为主综合性技术基础课。关键内容是： （1）金属力学性能、金属学基础知识、钢热处理、金属材料、非金属材料、金属表面处理技术、工程材料选择等。 （2）铸造、锻压、焊接、毛坯生产方法选择等。（3）金属切削基础知识、金属切削机床及其加工、精密加工和特种加工、零件生产基础知识及加工方法综合分析等。0-2 教育目标是：（1）了解常见机械工程材料类别和用途，初步含有正确使用金属材料能力。（2）了解金属常见热处理，关键冷、热加工方法基础原理，工艺特点和应用范围，金属毛坯和零件常见加工方法，初步含有选择热处理、使用毛坯和确定机械加工工艺路线能力。（3）了解机械产品制造过程、加工设备及工艺过程。（4）了解和本课程相关新材料、新工艺、新技术、新设备及其发展趋势。0-3 通常过程是依据设计图，进行工艺准备、材料、毛坯准备、进行热处理和切削加工、制得零件，经装配、检验、得合格机械产品。毛坯制造方法有铸造、铸造、冲压、焊接和型材下料。切削加工关键方法有车削、钻削、铣削、创削、磨削等。0-4 （1）把课堂教学和试验、金工实习结合起来，联络生产实践，突出关键和应用；（2）学习工程材料要突出材料类别和用途，学会正确使用材料；（3）学习冷、热加工基础要突出金属加工工艺特点和应用范围，学会正确选择毛坯和加工工艺路线；（4）利用金工实习、现场参观、电化教学、网络课程等条件，增加感性知识，理论联络实际，培养分析问题，处理问题能力。第一章 金属力学性能1-1 力学性能是材料在力作用下所显示性能（又指金属在力作用下所显示和弹性和非弹性反应相关或包含应力-应变关系性能），关键有强度、塑性、硬度、韧性和疲惫强度等。常见强度依据是屈服点和抗拉强度；塑性判据是断后伸长率和断面收缩率；硬度判据是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等；韧性判据是冲击吸收功；金属疲惫判据是疲惫强度。 1-2 不正确。零件受到外力会否变形取决于外力大小（严格讲为外力/零件受力横截面积，称应力）和零件材料力学性能高低，当应力小于该零件材料弹性极限时，则产生弹性变形；当应力超出屈服点时，则发行塑性变形（永久变形）。 1-3 1-4 短试样： 长试样： 长试样塑性好。因为同一材料断后伸长率大小和试样尺寸相关，同一材料；现两种材料，则长试样塑性应比短试样好。 1-5 屈服点没有达成要求 1-6 因为低碳钢塑性、韧性好，这些承载零件一旦超载即发生塑性变形，引发操作者注意，立即降载或更换零件，且低碳钢冷塑性变形后还产生加工硬化，可降低超载引发忽然断裂危险性。1-7 硬度是指材料抵御局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕能力。常见硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验法。1-8 布氏硬度原理：用直径D淬火钢球或硬质合金球作压头，以对应用试验力F压入试件表面，经要求保持时间后，卸除试验力，得到一直径为 d压痕。用试验力除以压痕表面积，即得布氏硬度值。优点：试验数据正确、稳定。缺点：测试较麻烦；压痕大，不宜测薄件或成品件；球形压头会变形或损坏，不宜硬度高材料。应用HBS测试硬度值小于450材料；HBW测试硬度值在450650范围材料。布氏硬度常见来测定铸铁、有色金属、经退火、正火和调质处理钢材等硬度，如半成品和原材料。洛氏硬度原理：在初试验力和总试验力前后作用下，将压头（顶角120金刚石圆锥或1.588mm淬火钢球）压入试样表面，保持要求时间后，卸除主试验力，测量出残余压痕深度增量，用以计算硬度。优点：操作简便，快速、压痕小，可测试成品表面及较硬、较薄工件。缺点：因压痕小，对组织、硬度不均匀材料，硬度值波动较大，正确性不如布氏硬度高。应用：关键应用于测定钢铁、有色金属、硬质合金等硬度。1-9 查教材附录附表2（b）22HRC换算成234HBS，符合220250HBS图纸要求。1-10 （1）不正确，HBS适适用于测量硬度值小于450材料；（2）不正确，HBW用于测量硬度值在450650材料，且硬度值通常不标单位；（3）不正确，HRC在用于测量硬度值2070材料；（4）不正确，HRC用于测量硬度值2070材料；（5）不正确，应写成4550HRC；（6）不正确，HRC不应有单位，且应写成数字在前，硬度符号在后。1-11 （1）布氏硬度，HBS；（2）布氏硬度，HBS；（3）洛氏硬度，HRC；（4）洛氏硬度，HRA；（5）维氏硬度，HV。1-12 吸收AK是指试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收功。AK越大，材料韧性越好。 1-13 零件在循环压力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一实际上循环次数后产生裂纹或忽然发生完全断裂过程，称为金属疲惫。在零件尖角、孔、槽、微裂纹、夹杂物、表面划痕、刀痕、局部应力集中处，在循环应力作用下易产生疲惫裂纹，裂纹不停扩展，减小了零件有效承载面积，最终和截面减小至不能承受外力时，零件即发生忽然断裂。提升零件疲惫强度方法是合理设计零件结构，避免应力集中、降低表面粗糙度值、进行表面滚压、喷水处理、表面热处理等。第二章 金属结构和结晶 2-1 晶体：是原子按一定几何形状作有规律排列固体。如金刚石、石墨、金属和合金等。 晶格：用于描述原子在晶体中规律排列方法空间格子称为结晶格子，简称晶格。晶格中直线交点称为结点。 单晶体：是晶体内部原子排列方向（称晶格位向）完全一致晶体。 多晶体：由很多小晶体（单晶体）组成晶体。 晶粒：多晶体材料内以晶界分开、晶格排列方向基础相同小晶体，称为晶粒。晶界：多晶体材料中相邻晶粒界面称为晶界。合金：是指两种或两种以上金属元素，或金属和非金属元素组成含有金属特征物质。组织：指用金相法看到形态、尺寸和分布方法不一样一个或多个相组成总体。显微组织：指用光学显微镜或电子显微镜观察到组织。固溶体：是指合金在固态下，组元间能相互溶解而形成均匀相。金属化合物：是指合金组元间相互作用而生成含有金属特征一个新相。固溶强化：指溶质原子溶入溶剂晶格中造成固溶体晶格畸度，使合金强度、硬度升高现象。弥散强化：指金属合化物细小均匀分布在固溶体基体上时，能显著提升合金强度、硬度和耐磨性现象。2-2体心立方晶格 晶胞是一个立方体，在立方体八个顶角和立方体中心各有一个原子面心立方晶格晶胞是一个立方体，在立方体八个顶角和立方体六个面中心各有一个原子密排六方晶格晶胞是一个六方柱体，六方柱体各个角和上下底面中心各有一个原子，在顶面和底面间还有三个原子2-3 有点缺点（晶格空位、间隙原子）、线缺点（位错）和面缺点（晶界）。通常，晶体缺点造成晶格畸度，使金属强度、硬度有所提升。2-4 生产中，金属实际结晶温度t1要低于理论结晶温度t0，t0和t1之差（t0- t1）称为过冷度t。通常情况下，增加过冷度，使晶粒细化；使金属强度增加，塑性、韧性也好。2-5 细晶粒金属强度比粗晶粒高，塑性、韧性也好。细化晶粒方法有增加过冷度、度质处理、附加振动。2-6 在固态下，金属晶格类型随温度发生改变现象称为同素异晶转度。Fe相度湿度有三个：液相 1538 固相（ Fe）， ，。：体心站，：面心立方。2-7 在液态金属中加入少许变质剂（唯熔固体微粒）充当人工晶核，使晶粒细化处理方法称为变质处理。它作用是细化晶粒。2-8 （1）金属模浇注铸件晶粒细；（2）浇注时采取振动晶粒细。2-9 （1）2；（2）1。2-10 合金是指两种或两种以上金属元素，或金属和非金属元素组成含有金属特征物质。和纯金属相比，合金强度、硬度较高，制造成本较低，种类繁多、性能各异，可满足不一样需要，应用广泛。因为合金中固溶体有固溶强化作用，细小均匀分布金属化合物有弥散强化作用，不像纯金属要求较高纯净度，固而制造成本较低。2-11 因为单晶体由原子是按一定几何形状作有规律排列，不一样方向上原子排列密度不一样，所以性能不一样，即各向异性。生产中使用金属大多为多晶体，即使多晶体中每个晶粒和单晶体一样含有各向异性，但一块金属包含有大量相互位向不一样晶粒，不一样方向金属性能却是很多晶粒性能平均值，故通常金属（多晶体）表现为各向同性。2-12 合金结构因其它组元加入，形成固溶体、金属化合物基础相，不一样于纯金属单一晶体结构。因为固溶体会产生固溶强化，金属化合物细小均匀分布在固溶体上产生弥散强化，所以是强度、硬度比纯金属高。2-13 （1）有相改变；（2）无邪恶改变。2-14 纯金属液在一定过冷变下，开始形成结晶关键，晶核依靠吸附周围液体中原子长中。和此同时，在液态金属中又有新晶核产生、长大，直到全部结晶成固态金属。合金结晶和纯金属相同处是全部遵照生核和长大规律，结晶过程全部有潜热放出。不一样处是纯金属结晶在某一恒温下进行，合金通常在某一温度范围内进行，且各相成份还发生改变，结晶比纯金属复杂。第三章 铁碳合金状态图3-1 铁碳合金状态图是表示平衡状态下，不一样成份铁碳合金，在不一样温度时所含有状态或组织图形。3-2 在固态下，金属晶格类型随温度发生改变现象称为同素异晶转变。铁同素异晶转变是钢铁能进行热处理基础，也是钢铁材料品种多样、应用广泛关键原因。3-3 随碳质量分数增加，铁碳合金室温组织中，F降低；Fe3C增多，且形态、分布有所不一样，形成不一样组织。0.021 80.770.770.774.34.34.3室温组织FF+PPP+P+3-4 铁素体：碳溶于-Fe间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量极少，显微组织和纯铁相同，呈明亮多边形晶粒；性能和纯铁相同，即强度、硬度低，塑性、韧性好。臭氐体：碳溶于-Fe间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行铸造。渗碳体：铁和碳形成金属化合物；Fe3C；含有复杂晶体结构，wC=6.69%；它是钢中关键强化相，它形态、大小、数量和分布对钢及铸铁性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，、Ak靠近于零，脆性很大。珠光体：由铁素体和渗碳体组成机械混合物；P；由铁素体和渗碳体片层状交替排列共转变组织，碳合量平均为wC=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定塑性。莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体和珠光体相近，硬度很高，塑性很差。3-5 一定成份液相，在恒温下同时转变成两个固相当为共晶转变，一定成份固相，在恒温下同时转变成两个固相当为共折转变，。3-6 3-7 碳钢能够铸造，因处于A区，塑性好；白口铸铁不能铸造，因存在硬脆Ld相和液相。3-8 打洛氏硬度HRC，wC=0.20%，太软测不出HRC；wC=0.40%，HRC低；wC=1.2%，HRC中；wC=3.5%，HRC高。3-9 亚共折钢：0.021 8wC0.77%钢，F+P；共折钢；wC=0.77%钢，P；过共折钢：0.77%wC2.11%钢，P+Fe3C。3-10 （1）钢铆钉使用时头部要被砸扁，不能太硬；（2）铁丝绑扎物件要缠绕，要软一点；钢丝绳吊重物要承受很大拉伸力，要有高强度；（3）wC=1.0%钢硬度高，wC=0.1%钢硬度低。Fe-Fe3C状态图（局部）及钢组织转变示意图合金（wC=0.45%）：t1以上，全部为Lt1时，开始从L相折出A，t1t2为L+A当达成t2时，全部变成A，t2t3，为A当低于t3时，为A中折出F，t3t4为F+A达成t4时，F成份为p，A成份为s（0.77），在727发生共折转变，AsFp+Fe3C，t4以下组织不再改变，室温组织为F+P；合金（wC=0.77%）：t1以上，全部为Lt1时，开始从L相折出A，t1t2为L+A当达成t2时，全部变成A，t2t3为A当达t3（727）时，成份s（0.77%）A发生共折转变，AsFp+Fe3C，t3以下组织不再改变，室温组织为P（Fp+Fe3C）；合金（wC=1.0%）：t1以上全部为Lt1时，开始从L相折出A，t1t2为L+A当达成t2时，全部变成A，t2t3为A当低于t3时，从A中折出Fe3C，t3t4为A+Fe3C达成t4，A成份为s（0.77%），在727发生共折转变，AsP（Fp+Fe3C），t4以下直至室温，组织为p+Fe3C。3-12 亚共折钢显微组织：F+P，过共折钢显微组织：p+Fe3C，因为F强度、硬度低，塑性、韧性好，Fe3C硬度很高，塑性、韧性很差，所以亚共折钢强韧性好，过共折钢硬度高，耐磨性好。3-13 浇灌钢筋混凝土用钢筋要求有好塑性、韧性和一定强度，和高碳钢及铸件相比，只有低碳钢符合性能要求。3-14 不能，因为1148以上时，该合金处于L相不能铸造；低于1148，结晶出Ld，是硬度很高、塑性很差，脆性很大组织，不能铸造。第四章 非合金钢（碳钢） 4-1 碳钢是指wC2.11%，并含有少许硅、锰、硫、磷等杂质元素铁碳合金。硅：和钢液中FeO生成炉渣，消除其对钢不良影响；溶于铁素体，产生固溶强化。在钢中有益，通常wsi0.4%。锰：将FeO还原成铁，改善钢质量；溶于铁素体，产生固溶强化；形成合金渗 碳体，起强化作用；生成MnS，降低硫对钢有害作用。在钢中有益，通常wMn=0.25%0.80%。硫：和Fe形成低熔点（985）共晶体，造成热加工时钢热脆；易引发焊缝热裂。在钢中有害，应严格限制。磷：能全溶于铁素体，提升钢硬度、强度，但塑性、韧性显著降低，造成冷脆。在钢中有害，应严格限制。 4-2 有以下四种：1按碳含量分类： （1）低碳钢 wC0.25%。（2）中碳钢 wC=0.25%0.60%。（3）高碳钢 wC0.60%。2按质量等级分类（1）一般质量碳钢 ws0.045%、wp0.045%。通常见碳素结构钢，碳素钢筋钢等。（2）优质碳钢 ws、wp比一般质量碳钢少。机械、工程结构用优质碳钢等。（3）特质质量碳钢 ws0.020%、wp0.020%。确保淬透性碳钢、碳素弹簧钢、工具钢等。3按用途分类（1）碳素结构钢 制造机械零件、工程结构件。通常属于低、中碳钢。（2）碳素工具钢 制造刃具、量具和模具。通常属于高碳钢。4按冶炼时脱氧方法分类（1）沸腾钢（2）镇静钢（3）半镇静钢4-3 Q235-AF：碳素结构钢，Q235表示s235Mpa，质量等级为A级，F为沸腾钢，用于连杆、拉杆、轴、螺栓、齿轮等机械零件及角钢、槽钢、圆钢、工字钢等型材。20：优质碳素结构钢，wC0.20%，用于不需热处理低负荷零件，如螺栓、螺钉、螺母、拉杆、法兰盘等，渗碳后可制作齿轮、轴、凸轮、磨擦片等。45：优质碳素结构钢，wC0.45%，关键制作齿轮、连杆、轴类等零件，是应用广泛钢号。T10：碳素工具钢，T10表示wC1.0%碳素工具钢，用于低连刀具，如刨刀、丝锥、扳牙、锯条、卡尺、冲模、拉丝模等。4-4 60：优质碳素结构钢，wC0.60%，用于弹性零件和易磨损零件，如弹簧、镜等。T12A：碳素工具钢，wC1.2%，A表示钢中硫、磷含量比较低，用于需高硬度、不受振动低速刀具，如锉刀、刮刀、钻头、外科用刀具等。Q195：碳素结构钢，s195Mpa，用于载荷较小钢丝、垫圈、铆钉、冲压件，焊接件等。ZG310-570：铸钢，s310Mpa、b570Mpa，用于载荷较大耐磨件，如辊子、齿轮、制动轮等。4-5 碳是决定铁碳合金力学性能最关键元素，当wC0.9%时，随wC增加，层片状Fe3C量不停增加，钢强度、硬度不停升高，塑性、韧性不停降低。当wC0.9%时，在晶界形成网状Fe3C，即使硬度仍在升高，不过强度下降，塑性、韧性继续降低。为使钢有足够强度、一定塑性和韧性，工业上应用碳钢，wC不超出1.4%。4-6 30，50，T7，T9。4-7 关键是碳素结构钢。成份特点是中、低含碳量（wC0.60%）。性能特点是低碳钢（wC0.25%，塑性、韧性好，有一定强度，冷成型性、焊接性好，中碳钢（wC=0.25%0.60%）强度、塑性、韧性全部很好，热处理后有良综协力学性能。4-8 （1）弹簧弹不起来，缺乏弹性或使用中止裂；（2）强度不足，易变形和断裂；（3）太软，太锤变形，且锤击力减小。第五章 钢热处理 5-1 热处理是采取合适方法对金属材料或工件（以下简称工件）进行加热、保温和冷却以取得预期组织结构和性能工艺。热处理能显著提升钢力学性能，满足零件使用要求和延长寿命；还可改善钢加工性能，提升加工质量和劳动生产率，所以热处理在机械制造中应用很广。如汽车、拖拉机中有70%80%零件要进行热处理；多种刀具、量具、模具等几乎100%要进行热处理。5-2 钢进行热处理理论依据是铁同素异晶转变、热处理工艺制订要依据铁碳合金状态图。常见热处理方法按目标和作用不一样有 整体热处理：退火、正火、淬火、回火等 表面热处理：火焰淬火、感应淬火等 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等5-3 A1、A3、Acm是共折钢、亚共折钢、过区折钢被缓慢加热时全部取得A组织，或它们被缓慢冷却时，开始从A中折出p、F、Fe3C组织平衡温度点。实际生产中，热处理加热和冷却不是很缓慢，固态相变时全部有不一样程度过热度和过冷度，所以将加热时各相变点用Ac1、Ac3、Accm表示（有过热度），冷却时各相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示（有过冷度）。5-4 共折钢加热目标是取得全部A组织。加热时，在F和Fe3C交界面上形成A晶核，依靠Fe、c原子扩散，A晶核长大，同时，又有新A晶核形成和长大，直至F全部消失。其后是残余Fe3C溶解。最终是A成份（C浓度）均匀化。5-5 转变类型转变温度转变产物符号组织形态硬度珠光体转变A1650珠光体P粗片状160250HBS约650600索氏体（细珠光体）S细片状2535HBS约600550托氏体（极细珠光体）T极细片状3540HBS贝氏体转变约550350上贝氏体B上羽毛状4045HBS约350M下贝氏体B下黑片（针）状4555HBS5-6 工件淬火时可抑制非马氏体转变最低冷却速度称为马氏体临界冷却速度。它越小，钢淬透性越好，能够在较低冷却速度小取得M，降低淬火应力、淬火变形和淬火裂纹。5-7 退火是将工件加热到适应温度，保持一定时间，然后缓慢冷却热处理工艺。依据钢成份和退火目标不一样，退火有以下种类：完全退火：用于亚共折碳钢和合金钢铸件、锻件、热轧型材，焊件等。等温退火：用于亚共折碳钢、合金钢、过共折碳钢、合金工具钢、轴承钢。球化退火：用于过共折钢和合金工具钢、轴承钢等。去应力退火：于铸件、锻压件、焊件、切削加工件等。均匀化退火：用于质量要求高合金钢铸锭、铸件和锻坯等。5-8 正火和退火目标基础相同，如均匀钢成份，细化晶粒，消除残余应力，降低钢硬度，提升塑性，改善切削加工和压力加工性能等。通常见作预备热处理，被安排在毛坯生产以后，粗加（或半精加工）之前。区分在于正火冷却速度较快，得到珠光体晶粒较细，硬度和强度较退火高；操作简便，生产周期短，成本较低。为改善切削加工性，高碳钢应选择退火，低、中碳钢应选择正火；过共折钢珠化退火前，应进行正火消除网状渗碳体，做好组织准备。对性能要求不高零件，和部分大型或形状复杂零件，淬火轻易开裂时，也可用正火作最终热处理，而退火做不到。生产中达成正火、退火两可情况时，尽可能选择正火。5-9 淬火是将工件加热臭氏体化后以适应方法冷却得马氏体或（和）贝氏体组织热处理工艺。淬火目标是为了得到马氏体（或贝氏体）组织，提升钢硬度、强度和耐磨性。比如用T10A制造手锯条、淬火，低于回火后，HRC62，它就能够锯削退火状态T10A材料（HBS197，相当于20HRC。5-10 种类单介质淬火双介质淬火马氏体分级淬火贝氏体等温淬火特点 操作简便、易机械化、自动化 可减小淬火应力，减小变形，预防开裂，对操作技术要求较高 可显著降低工件变形和开裂应力和变形很小，工件强度、韧性、耐磨性很好，但生产率低应用范围 通常碳钢水淬，合金钢及尺寸较小碳钢件油淬 形状复杂高碳钢工件、尺寸较大合金钢工件 形状复杂碳钢和合金钢小型工件 形状复杂，要求尺寸正确、较高韧性小型工模具和弹簧等5-11 （1）当时，比如共折钢情况F，说法是正确，因为共折钢水冷得M+少许A，油冷得M+T，空冷得S。当时，比如高速钢情况下，说法是不正确，因为水冷、油冷、空冷时高速钢得到全部是M+A，三者硬度靠近。（2）当零件尺寸较大，钢渗透性不高时，说法可能是正确，如40钢、40cr（低渗透性）、40CrNiMoA（高渗透性），钢中合金元素多了，钢淬透性提升了，在一样条件下淬火，M量增加，非M组织降低或消失，所以硬度增加。当零件尺寸很小，或钢淬透性较高时，不管合金元素多少，钢全部能淬透时，说法不正确，因为M硬度决定于它含碳量，而和合金元素量无关。5-12 1-M，2-M，3-M，4-M+T，5-B下。5-13 回火是工件淬硬后加热到AC1下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温热处理工艺。目标：消除工件淬火时产和残留应力，预防变形和开裂；调正工件硬度、强度、塑性和韧性，达成使用性能要求；稳定组织和尺寸，确保精度；改善和提升加工性能。回火通常紧接着淬火进行，是工件取得所需性能最终一道关键工序。5-14 1p+Fe3C，+Fe3C，Fe3C，回火+Fe3C，回火+Fe3C5-15 45钢淬火温度是840，其它不正确；T12钢淬火温度是770，其它不正确；原因有二点：一是45钢淬火得M+F组织，F很软，且M中wC为中碳；二是T12钢淬火得M+Fe3C组织，Fe3C很硬，且M中wC为高碳，M硬度由M中含碳量决定，含碳量高，M硬。5-16 低碳钢齿轮：渗碳、淬火、低温回火，表面层取得回火高碳马氏体、含有高硬度和耐磨性；心部仍保持原有低碳钢成份和组织，含有高塑性和韧性。中碳钢齿轮：调质（淬火，高温回火），高频 应淬火，低温回火。表层取得回火中碳马氏体，含有较高硬度和耐磨性，心部为回光索氏体，含有良好综协力学性能。5-17 （1）不正确，低碳M硬度达不到5662HRC；（2）不正确，T8，T10A淬硬后可达6265HRC，但达不到6770HRC。5-18 甲厂正火得S组织，乙厂调质后得回火S组织，因为回火S有很好综协力学性能，所以乙厂处理零件性能愈加好。5-19 700加热，组织未改变，仍为原来晶粒大小不均匀F+P组织；840加热，得晶粒细小，均匀F+P组织；1100加热，得晶粒粗大F+P组织。应选840加热。5-20 因为高硬度工具最终热处理是淬火+低温回火后取得低温马氏体+Fe3C组织，在砂轮上磨削会升高工具温度，常常见冷水冷却可预防烫手，最关键是预防工具发生中温、高温回火转变，造成硬度下降，降低或丧失工具使用性能。5-21 不能提升硬度。因为调质后硬度是经淬火500600高温回火后得到，若进行200回火，其组织不再改变，所以硬度不会提升。5-22 表面淬火是仅对工件表层进行淬火。因为表层被快速加热臭氏体化，然后喷水冷却，表面淬硬或马氏体；而心部未被加热，所以组织、性能不变。整体淬火没有渗透是里外全部被加热臭氏体化了，因为钢淬透性差或工件体积过大，整体淬火时表层冷却快，u表冷uK面淬硬成M，而心部u心冷uK未被淬硬成M。5-23 渗碳目标是提升低碳工件表层含碳量。渗碳后经过淬火加低温回火，表层才能取得回火高碳马氏体组织，达成高硬度高耐磨性渗碳最终目标。5-24 轴表层组织：回火马氏体+少许细粒状 = 次序碳体+残留臭氏体；心部组织：铁素体和珠光体。5-25 高频淬火是利用高频感应电流经过工件所产生热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却淬火。基础原理：将工件置于铜管制感应器中，当感应器有交流电经过时，使工件对应部位产生感应电流，使表层快速加热到预定淬火温度，喷水器立即喷水（或乳化液等）冷却，将工件表层淬硬成马氏体，心部保持低温，仍为原始组织。交流电频率越高，淬硬层深度越浅。特点：感应淬火零件变形小，组织细，硬度高，表面质量好；生产率高，节能，成本低，易机械化、自动化，大批量流水生产。但设备昂贵，维修、调整较困难，不适于复杂零件及单件生产。应用：关键用于wC=0.4%0.5%中碳结构钢，也可用于工具钢。5-26 （1）840淬火，600回火，回火索氏体，200250HBS；（2）800淬火，400回火，回火托氏体，4050HRC；770淬火，200回火，回火马氏体，5864HRC。5-27 将工件置于合适活性介质中加热、保温，使一个或多个元素渗透它表层，以改变其化学成份、组织和性能热处理称为化学热处理。常见化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。5-28 （1）调质处理后得回火索氏体组织，使心部有良好韧性和综协力学性能，也为最终热处理作组织准备；高频淬火使表面得马氏体，有高硬度，低温回火得回火马氏体，既保持表面高硬度和耐磨性，又降低淬火残留应力和脆性。（2）应修改热处理工序，采取渗碳、淬火、低温回火。第六章 低合金钢和合金钢 6-1 钢按化学成份可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。 6-2 对力学性能影响： （1）溶于铁素体，产生固溶强化。（2）和碳形成合金碳化物，起弥散强化作用。（3）细化晶粒，起细晶强化作用，并能提升合金工具钢热硬性。（4）最关键作用是提升了钢淬透性，确保钢淬火能取得马氏体组织，起马氏体强化作用。6-3 对工艺性能影响：（1）通常会降低铸造时金属流动性，增加偏析倾向，使铸造性能变差。（2）很多合金钢，在铸造时塑性降低、变形抗力增加，铸造性能显著下降。（3）合金元素不一样，对焊接性影响不一样，总说来，合金钢焊接性不如碳钢。（4）合金钢和碳钢相比，淬透性提升，淬火变形开裂倾向增加，热处理过热敏感性降低。（5）合金钢强韧性较高，切削性能通常比碳钢差；但适量硫、磷、铅等元素，能改善切削加工性。6-4 关键是提升强度，提升热硬性、提升耐磨性，耐蚀性和耐热性和热强性。6-5 （1）按关键质量等级分类一般质量低合金钢（ws0.045%，wp0.045%） 通常见途低合金钢等。优质低合金钢（w、wp比一般质量低合金钢低） 如可焊接高强度结构钢等。特殊质量低合金钢（ws0.020%，wp0.020%） 如低温用低合金钢等。（2）按关键性能和使用特征分类，可焊接低合金高强度结构钢、低合金耐候钢等。6-6 表示方法同碳素结构钢，如Q390，表示s390 Mpa低合金高强度结构钢。6-7 性能：强度高，塑性、韧性好，焊接性好，冷成形性好，很好耐蚀性，较低韧脆转变温度。用途：用于制造多种强度较高工程结构件，大型钢结构，通常在热轧后经退火或正火状态下供给，使用时不再进行热处理。如Q345用于制造多种大型船舶、铁路车辆、桥梁、管道、压力容器、石油储罐、水轮机壳、起重及矿山机械、电站设备、厂房构架等承受动载荷多种焊接结构件，通常金属构件、零件等。6-8 （1）按关键质量等级分类：优质合金钢 生产中要尤其控制质量和性能，如通常工程结构用合金钢、硅锰弹簧钢等。特殊质量合金钢 生产中要尤其严格控制质量和性能，如合金结构钢、合金工具钢等。（2）按关键性能和使用特征分类：工程结构用合金钢、机械结构用合金钢，轴承钢、工具钢等。6-9 调质处理合金结构钢，表面硬化合金结构钢和合金弹簧钢编号为两位数字 +元素符号+数字 （+A） 碳含量百分数 所含合金元素 该元素含量百分数 硫磷含量少，质量高如：60Si2CrA。6-10 合金工具钢 量具刃具钢、冷作模具钢和热作模具钢编号表示方法和合金弹簧钢相同，差异在于：当钢中wC1%时，牌号前数字表示含碳量千分数；当wC=1%时，牌号前不标出含碳量。如9SiCr。（若不和6-9题连在一起，则要复述合金弹簧钢编号方法。）高速工具钢 编号表示方法和合金工具钢相同，差异是高速工具钢wC1%时，也不标出数字如W18Cr4V，其wC=0.7%0.8%不标出。6-11 Q235A：S235 Mpa碳素结构钢，Q表示屈服噗，A表示质量等级，Ws0.050%，Wp0.045%，用于拉杆、螺栓等；Q345B：S345 Mpa低合金高强度结构钢，B表示质量等级，Ws0.040%，Wp0.040%，桥梁、厂房钢架等；A3：旧牌号，对应于Q235；16Mn：旧牌号，对应于Q345；40Cr：WC=0.40%、WCr1.5%合金调质钢，齿轮，轴等；20CrMnTi：WC=0.20%、WCr、WMn、Wti均1.5%合金渗碳钢，汽车齿轮、齿轮轴；38CrMoA1：WC0.38%、WCr、Wmo、WA1均1.5%合金调质钢，是氮化零件专业钢，精密丝杆、精密等；60Si2Mn：WC=0.060%、WSi2%、WMn1.5%合金弹簧钢，板簧，卷簧等；GCr15：WC=1.0%、WCr=1.5%轴承钢，G表示“滚”汉语拼音字首，套圈、滚珠等；ZGMn13-1：高锰耐磨钢，ZG表示铸钢，WMn=13%，1为次序号，wC=0.90%1.5%齿板、铲齿等。6-12 合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢，用以制造渗碳零件。其wC=0.10%0.25%，以确保零件心部有良好塑性和韧性，钢表面经渗碳、淬火、低温回火后，有高硬度和耐磨性。零件渗碳后不能直接应用，必需淬火，低温向火后使用。6-13 合金调质钢又称调质处理合金结构钢，用以制造经调质处理零件。其wC=0.25%0.50%，以确保零件淬火、高温回火后，有良好综协力学性能。关键用作关键齿轮、轴、曲轴、连杆等。6-14 合金弹簧钢是用以制造弹簧零件合金结构钢。WC=0.50%0.70%，以确保弹簧经淬火、中温回火后，含有高强度、韧性、弹性和抗疲惫破坏能力，以满足使用要求。经过淬火，250500中温回火来达成使用性要求。6-15 不能够。汽车变速齿轮承载和传输功率大，在换档和汽车紧急刹车，起动时，所受冲击力和磨擦力大，20CrMnTi在使用时经渗碳、淬火和低温回火，表面层为高碳回火马氏体组织，有很高硬度和耐磨性，心部为低碳成份组织，含有好塑性和韧性。其表层和心部性能，全部是中碳钢、中碳合金钢经高频淬火后达不到，所以不能够。6-16 轴承钢关键用来制造多种滚动轴承滚动体和内、外套圈。滚动轴承在高速转动和强烈磨擦情况下工作，承受很大局部交变应力，要求轴承钢有高硬度、高耐磨性、高弹性极限和接触疲惫强度，足够韧性和耐蚀性。所以，轴承钢含碳量较高（wC=0.95%1.15%），并加入铬、硅、锰、钼、钒等合金元素，以提升钢淬透性、弹性极限、接触疲惫强度和耐磨性能。经过球化退火、淬火和低温回火达成使用性能要求。6-17 9SiCr含碳量和T9相近，但9SiCr中加入3Cr、Mn、Si元素，提升了渗透性、耐回火性和热硬性，关键是提升了热硬性，使9SiCr寿命长。6-18 钳工用手锯条由T10A制造，在浇水、低温回火后使用，烧红后，回火马氏体分解成非马氏体组织，空冷后，就变软了。机用锯条用WT8Cr4V高速钢制造，有高热硬性，烧红后，原先碳化物不会立即分解，回火M变成了A，因为高速钢含有大量合金元素，淬性高，在空冷条件下仍能得到马氏体组织，仍有高硬度。6-19 该钢wC=1.0%1.45%，wMn13%，当加热到高温（10601100）时，碳化物全部溶于臭氏体，水冷可得到均匀单一臭氏体，塑性、韧性好。当使用时碰到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面层转变为马氏体，产生加工硬化，硬度和耐磨性大大提升，而心部仍保持臭氏体良好塑性和韧性。它在水韧状态下使用。应用在受强烈冲击、巨大压力和要求耐磨零件，如齿板、铲齿、球磨和*板等。6-20 9SiCrwC=0.90%、wSi、wCr均1.5%含金刃具钢，丝锥、扳手；W18Cr4VwC=0.70%0.80%，wW=18%，wCr40%、wV1.5%高速工具钢，高速切削车刀、铣工等；CrwMnwC=1.0%、wCr、wW、wMn均1.5%合金刃具钢，拉刀、扳牙、量规、高精度冷冲模；Cr12MoVwC1%、wCr=12%、wMo、wV均1.5%冷作模具钢，冲孔模、切边模等；5CrNiMo：wC=0.5%、wCr、wNi、wMo均1.5%热作模具钢、大中型热锻模；1Cr18Ni9：wC=0.1%，wCr=18%，wNi=9%不锈钢，生产硝酸、化肥设备零件，1Cr17wC=0.1%，wCr=17%不锈钢，食品加工设备、家庭用具；1Cr13wc=0.1%、wCr=13%不锈钢，汽轮和叶片，阀；0Cr17Ni7A1wC0.08%、wCr=17%、wNi=7%、wA11.5%不锈钢、弹簧、势圈等；00Cr18Ni10NwC0.03%、wCr=18%、wNi=10%、wN1.5%不锈钢，化学、化肥等化工设备零件。6-21 wC=0.50%0.60%，含有Cr、Mn、Mo等合金元素，经最终热处理淬火，回火后，可得到均匀回火索氏体或回火托氏体组织，在高温下有较高强度、韧性、足够硬度、耐磨性，良好热导性，耐热疲惫性，以满足热作模具（如热锻模）工作时受到较大冲击力、摩擦、冷热交变热应力使用要求。6-22 含碳量高，wC=0.70%1.6%，加入大量（总量大于10%）钨、钼、铬、钒等合金元素，使它含有高硬度、耐磨性和热硬性、很好韧性和抗弯强度成份基础。热处理特点是淬火温度高、回火温度高和数次回火。淬火温度高使碳和合金元素能较充足地溶入臭氏体中，回火温度高使它有很好韧性，数次回火能尽可能降低残余臭氏体和产生二次硬化，提升其硬度和耐磨性。另外， 火加热时要经过预热，采取分级淬火或等温淬火，以降低淬火