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第五章金属材料及热处理

第五章答案

1.什么是合金钢?与碳钢相比有哪些优点?为什么合金钢的热处理变

形小?为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高?

答:在铁碳合金中特意加入锰、铬、硅、镍、钨、钒、铝、硼、铝、铜和稀土等合金元素,所获得的钢种,称为合金钢。碳素钢的淬透性比较

差,强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损

以及特殊电磁性等方面往往较差,不能满足特殊使用性能的需求。而合金

钢,由于合金元素与铁、碳以及合金元素之间的相互作用,改变了钢的内

部组织结构,从而能提高和改善钢的性能。

2.比较说明亚共析钢、共析钢、过共析钢完全奥氏体化的过程。答:亚共析钢完全奥氏体化的过程:加热至 A1 线温度时,珠光体向奥

氏体转变,珠光体向奥氏体转变的四个阶段: a. 形核(优先在相界(F,

Fe3C)); b. 长大;c. 渗碳体完全溶解;d. 碳的均匀化。

同时组织中还存在 F,继续加热至 A3 线温度时,铁素体向奥氏体转变,

至 912℃以上铁素体全部转变为奥氏体。

共析钢完全奥氏体化的过程:加热至 A1 温度时,珠光体向奥氏体转变,

珠光体向奥氏体转变的四个阶段: a. 形核(优先在相界(F,Fe3C));

b. 长大;

c. 渗碳体完全溶解;

d. 碳的均匀化。

过共析钢完全奥氏体化的过程:加热至 A1 线温度时,珠光体向奥氏体

转变,珠光体向奥氏体转变的四个阶段: a. 形核(优先在相界(F,Fe3C)); b. 长大; c. 渗碳体完全溶解; d. 碳的均匀化。

同时组织中还存在 Fe3CⅡ,继续加热至 A CM 线温度时,二次渗碳体向奥

氏体转变,至 1148℃以上二次渗碳体全部转变为奥氏体。

3.“马氏体硬而脆”这句话对吗?为什么?

答:马氏体的硬度主要取决于其中的含碳量,含碳量越高,马氏体硬度也就越高,随着马氏体含碳量的增加,c/a 增大,马氏体的硬度也随之

增高。马氏体的塑性和韧性也与其含碳量有关。高碳马氏体的含碳量高,

晶格的正方崎变大,淬火内应力也较大,往往存在许多显微裂纹。片状马

氏体中的微细孪晶破坏了滑移系,也使脆性增大,所以脆性和韧性都很差。

低碳板条状马氏体中的高密度位错是不均匀分布的,存在低密度区,为位

错提供了活动余地,由于位错运动能缓和局部应力集中,因而对韧性有利;

此外,淬火应力小,不存在显微裂纹,裂纹通过马氏体条也不易扩展,所

以板条马氏体具有很高的塑性和韧性。

4.45 钢及 T10 钢小试样经 850℃水冷、850℃空冷、760℃水冷,720℃

水冷处理后各是怎样的组织?

解:

钢号 850℃水冷 850℃空冷 760℃水冷 720℃水冷

45 钢 M+A’ S+T M+A’+F M+A’+F

T10 M+A’ S+T M+A’+Fe3CⅡM+A’+Fe3CⅡ

5.将两 T12 钢小试样分别加热到 780℃和 860℃,经保温后以大于Vk

的速度冷却至室温,试问:

(1)哪个温度?淬火后晶粒粗大

(2)哪个温度淬火后未熔碳化物较多?

(3)哪个温度淬火后残余奥氏体量较多?

(4)哪个淬火温度合适?为什么?

答:(1)860℃比 780℃淬火后晶粒粗大。

(2)780℃比 860℃未熔碳化物较多。

(3)860℃比 780℃残余奥氏体量较多。

(4)780℃淬火温度合适。在这个温度下虽然未熔碳化物较 860℃多,但奥氏体晶粒比较还未长大所以这个淬火温度合适。

6.对一批 45 钢零件进行热处理,不慎将淬火件与调质件弄混,如何

用最简便的方法将它们区分开?为什么?

答:淬火的目的是:为了获得细小均匀的马氏体组织。硬度高。调质的目的是:为了获得回火索氏体组织。综合机械性能好,硬度较淬火低。

所以可做硬度试验。

7.用 20 钢进行表面淬火和用 45 钢进行渗碳处理是否合适,为什么?

答:不合适。20 钢是低碳钢。表面淬火后,虽然在表面层可获得板条

状的马氏体体组织,但淬硬性差。

45 钢是中碳钢,含碳量高,如果再进行渗碳处理,使表面层的含碳量

更高,淬透性差。

8.分析以下几种说法是否正确?为什么?

(1)过冷奥氏体的冷却速度大于 Vk 时,则冷却速度越快,冷却后钢

的硬度越高;×

(2)钢中合金元素含量越高,淬火后的硬度也越高;×

(3)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细。×(4)同一钢材在相同的加热条件下,总是水冷比油冷的淬透性好;小

件比大件的淬透性好。×

9.现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只,为了使齿轮表面具有高的硬

度和耐磨性,问各应怎样热处理?比较热处理后它们在组织与性能上的异

同点。

答:低碳钢齿轮,由于含碳量低,塑性和韧性较高,硬度和耐模性差,所以使用表面渗碳热处理,在表面层可获得板条状的马氏体体组织,心部

仍然是较高塑性和韧性。

中碳钢齿轮,由于含碳量较高,整体的综合机械性能都比较好,因此要提高硬度和耐磨性,进行表面淬火即可。