5．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12钢的硬度 低 ，强度 高 。 6．奥氏体是 碳在 γ-Fe 的间隙固溶体，它的晶体结构是 面心立方晶格 。 7．铁素体是 碳在 α-Fe 的间隙固溶体，它的晶体结构是 体心立方晶格 。 8．珠光体是 铁素体和 渗碳体 的机械混合物。 9．碳钢按相图分为 共析钢 、 亚共析钢、 过共析钢。

10．铁碳合金的室温显微组织由 固溶体和 金属间化合物 两种基本相组成。 二、判断题

1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。 （ × ） 2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。 （ √ ） 3．合金中凡成分相同、晶体结构相同，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分叫做相。 （ × ） 4．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应。 （ × ） 5．退火碳钢的硬度与强度随ω（C）的增高而不断增高。 （ × ） 6．钢材的切削加工性随ω（C）增加而变差。 （ × ） 7．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。 （ √ ） 8．钢铆钉一般用低碳钢制成。 （ √ ） 9．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。 （ √ ） 10．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 （ √ ） 三、选择题 1．二元合金中，共晶成分的合金（ A ）。 A、铸造性能好 B、锻造性能好 C、焊接性能好 D、热处理性能好 2．铁素体的机械性能特点是具有良好的（ C ）。 A、硬度与强度 B、综合机械性能 C、塑性和韧性 D、切削性和铸造性 4．装配工使用的锉刀宜选用（ C ）。 A、低碳钢 B、中碳钢 C、高碳钢 D、过共晶白口铁 5．在下述钢铁中，切削性能较好的是（ B ）。 A、工业纯铁 B、45 C、白口铸铁 D、T12A 四、问答题 1．根据铁碳相图，说明产生下列现象的原因： （1）在1100℃，ω（C）=0.4%，的钢能进行锻造，而ω（ω）=4.0%的生铁则不能锻造； 答：在1100℃，ω（C）=0.4%钢的组织为单相奥氏体，塑性较好，适合锻造，而ω（ω）=4.0%生铁的组织为奥氏体加莱氏体，塑性较差，不适宜锻造。 2）绑扎物件一般采低碳钢丝，而起重机吊重物时则采用ω（C）=0.60~0.75%的钢丝绳； 答：绑扎物件铁丝要求塑性好，因此应选择含铁素体多的低碳钢制造；而起重机吊重物用的钢丝绳要求承受较大的载荷的同时，又应具有一定的韧性，防止冲击断裂，因此采用ω（C）=0.60~0.75%的钢； （3）用做汽车挡板的材料与用做锉刀的材料为什么不同。

答：用做汽车挡板的材料要求塑性好，便于压力加工成型，因此，应选择含铁素体多的低碳钢制造；而用做锉刀的材料要求硬度高，保证耐磨性能，因此，采用ω（C）=1.2%的高碳钢制造；

2．根据Fe-Fe3C相图，从相和组织上解释以下现象：1）T8钢比40钢的强度、硬度高，塑性、韧性差。 答：由于T8的含碳量（0.8%C）比40钢（（0.4%C）含碳量高，其铁素体含量低，渗碳体含量高，因此，T8钢比40钢的硬度高，而塑性、韧性差；又由于T8钢中含珠光体量高，因此，其强度比40钢的强度高。 （2）T12钢比T8钢的硬度高，但强度反而低。

答：这是由于T12钢中的Fe3CⅡ连成网状，导致晶界强度下降，而T8钢中的Fe3CⅡ呈短杆状，起第二相强化作用。

30.化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？

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答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表

层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。

化学热处理的过程：1 分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子；2 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；3 扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。31.试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。答：一般渗碳件的工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品

32.氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。

答：在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高工

件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化的主要特点为：1)工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),渗氮层的硬度一般可达950~1200HV(相当于68-72HRC),且渗氮层具有高的红硬性(即在600~650℃仍有较高硬度)。2)工件经渗氮后渗氮层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度显着提高。3)渗氮层的致密性和化学稳定性均很高,因此渗氮工件具有高的耐蚀性。4)渗温度低,渗氮后又不再进行热处理,所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。 渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴(如锺轴、磨床主轴)、分配式液压泵转子,交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件(高速柴油机曲轴),以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件(阀门)等。 33.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。 答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4~0.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件,例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件,例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。 渗碳钢都是含0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。渗碳层深度一般都在0.5~2.5mm。 钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%C范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。 渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。 氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点： 1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。 2）表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。

3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。 4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。

氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。

34.拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为： 锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工

（1） 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； （2） 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；

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（3） 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，

改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。 （2）终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。

（3）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。

35.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢； （2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45钢； （3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心

部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。

答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品 （2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品 （3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品 36.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明： （1）原45钢各热处理工序的作用； （2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ （3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？ 答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。 （2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。 （3）渗碳。 37.有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？ 答：不能。本质晶粒度是在930±19℃,保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点Acl以上直到930℃晶粒并未显着长大。超过此温度后,由于阻止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 ℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。 38.为什么用铝脱氧的钢及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？ 答：铝脱氧及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素会形成高温难溶的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。 39.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？ 答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却,来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。

马氏体相变的特点为：

(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后,组织中固溶的碳浓度没有变化,马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致,仅发生晶格改变,因而马氏体的转变速度极快。

(2)有共格位向关系。马氏体形成时,马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的,既属于马氏体,又属于奥氏体,称这种关系为共格关系。

(3)在通常情况下,过冷奥氏体向马氏体转变开始后,必须在不断降温条件下转变才能继续进行,冷却过程中断,转变立即停止。

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