赵乾胜 10机本一班
第一章 金属学基础
一、名词解释
1.过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
2.均质成核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 3.非均质成核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 4.冷变形：金属在再结晶温度以下一定温度进行的塑性变形。 5.热变性：金属加在再结晶温度以上一定温度进行的塑性变形。
6.加工硬化：随着冷变形的增加，金属的强度、硬度增加；塑性、韧性下降的现象。
7.再结晶：冷变形后的金属被加热到较高的温度时，破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
8.纤维组织：在塑性变形中，随着变形量的增加，其内部各晶粒的形状将沿受力方向伸长，由等轴晶粒变为扁平形或长条形晶粒。当变形量较大时，晶粒被拉成纤维状，此时的组织称为“纤维组织”。
9.锻造流线：在锻造时,金属的脆性杂质被打碎 ,顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布 , 这样热锻后的金属组织称为锻造流线。
10.同素异构转变：某些金属，在固态下随温度或压力的改变,发生晶体结构的变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。
11.变质处理：在液态金属结晶前，人为加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
二、单选题
1. 表示金属材料延伸率的符号是（ A ） A.δ B.ψ C.σe D.σb 2. 表示金属材料弹性极限的符号是（ A ） A.σe B.σs C.σb D.σ-1
3. 金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ A ） A.强度 B.韧性 C.塑性 D.弹性 4. 晶体中的位错属于（ C ） A.体缺陷 B.面缺陷 C.线缺陷 D.点缺陷 5. 在晶体缺陷中，属于线缺陷的有（ B ） A.间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔 6. 变形金属再结晶后，（ D ） A.形成等轴晶，强度增大 B.形成柱状晶，塑性下降 C.形成柱状晶，强度增大 D.形成等轴晶，塑性升高 7. 表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做（ B ） A.晶胞 B.晶格 C.晶粒 D.晶向 8. 晶格中的最小单元叫做（ A ） A.晶胞 B.晶体 C.晶粒 D.晶向
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9. 属于（ B ）的金属有γ-Fe、铝、铜等 A.体心立方晶格 B.面心立方晶格 C.密排六方晶格 D.简单立方晶格 10. 晶体结构属于体心立方的金属有（ C ） A.γ-Fe、金、银、铜等 B.镁、锌、钒、γ-Fe等 C.α- Fe、铬、钨、钼等 D.α- Fe、铜、钨、铝等 11 晶体结构属于面心立方的金属有（ A ） A.γ-Fe、铝、铜、镍等 B.镁、锌、钒、α- Fe等 C.铬、钨、钼、铝 等 D.铬、铜、钼、铝 等 12. 属于密排六方晶格的金属是（ D ） A.δ-Fe B.α-Fe C.γ—Fe D.Mg 13. 属于（ A ）的金属有α-Fe、钨、铬等 A.体心立方 B.面心立方 C.密排六方 D.简单立方 14 Cu属于（ C ） A.密排六方结构金属 B.体心立方结构金属 C.面心立方结构金属 D.复杂立方结构金属 15. 实际金属的结晶温度一般都（ C ）理论结晶温度 A.高于 B.等于 C.低于 D.都有可能 16. γ-Fe、铝、铜的晶格类型属于（ D ） A.体心立方 B.简单立方 C.密排六方 D.面心立方 17. 属于面心立方晶格的金属是（ B ） A.δ-Fe B. Cu C.α-Fe D.Zn
18. 在金属结晶时，向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒，以达到改善其机械性能的目的，这种细化晶粒的方法叫做（ B ） A.时效处理 B.变质处理 C.加工硬化 D.调质 19. 金属的滑移总是沿着晶体中原子密度（ B ）进行 A.最小的晶面和其上原子密度最大的晶向 B.最大的晶面和其上原子密度最大的晶向 C.最小的晶面和其上原子密度最小的晶向 D.最大的晶面和其上原子密度最小的晶向
20. 下面关于加工硬化的说法中正确的是（ B ） A.由于塑性变形而使金属材料强度和韧性升高的现象 B.加工硬化是强化金属的重要工艺手段之一；
C.钢的加工硬化可通过500～550℃的低温去应力退火消除； D.加工硬化对冷变形工件成形没有什么影响。 21. 每个体心立方晶胞中包含有（ B）个原子。 A.1 B.2 C.3 D.4 22. 每个面心立方晶胞中包含有（ D）个原子。 A.1 B.2 C.3 D.4 23. 属于面心立方晶格的金属有（C ）。 A.α-Fe，铜 B.α-Fe，钒 C.γ-Fe，铜 D.γ-Fe，钒 24. 属于体心立方晶格的金属有（B ）。 A.α-Fe,铝 B.α-Fe,铬 C.γ-Fe,铝 D.γ-Fe,铬 25. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A ）。 A.间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔
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26. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： B A.越高 B.越低 C.越接近理论结晶温度 D.没变化 27. 为细化晶粒，可采用： B A.快速浇注 B.加变质剂 C.以砂型代金属型 D.时效处理 28. 铸锭剖面由表面到中心的晶粒特点依次为： A
A.表面等轴粗晶粒层，中间柱状晶粒层，心部细晶粒层。 B.表面细晶粒层，中间柱状晶粒层，心部等轴粗晶粒层。 C.表面等轴粗晶粒层，中间细晶粒层，心部柱状晶粒层。 D.表面等轴粗晶粒层，中间柱状晶粒层，心部等轴粗晶粒层。 29. 下列三种方法制造紧固螺栓，哪一种比较理想（ B ）。 A.直接用圆钢切削加工而成； B.将圆钢局部镦粗，然后再加工； C.用一厚钢板切削加工而成。
30. 对重要受力零件，纤维组织的方向应该是与（ C ）。 A.最大正应力和最大剪应力平行； B.最大正应力垂直和最大剪应力平行； C.最大正应力平行和最大剪应力垂直。 D.最大正应力和最大剪应力垂直
31. 表示金属材料屈服强度的符号是（ B ） A.σe B.σs C.σb D.σ-1 32 表示金属材料抗拉强度的符号是（ D ） A.δ B.ψ C.σe D.σb
三、填空题（本大题共18小题，每小题2分，共36分）
1.常见金属的晶体结构有（ 体心立方晶格）、（ 面心立方晶格 ）与密排六方晶格。 2.晶体缺陷主要可分为（ 点缺陷 ）,（ 线缺陷 ）和面缺陷三类。
3.每个面心立方晶胞在晶核中实际含有（ 4 ）原子，致密度为（ 0.74 ）。 4.面缺陷主要指的是（ 晶界 ）和（ 亚晶界 ）。 5.最常见的线缺陷有（ 位错 ）和（ 挛晶 ）。
6.每个体心立方晶胞在晶核中实际含有（ 2 ）原子，致密度为（ 0.68 ）。 7.随着过冷度的增大，晶核形核率N（ 增大 ）,长大率G（ 增大 ）。 8.细化晶粒的主要方法有（ 提高过冷度 ）、（ 变质处理 ）和机械振动。 9.纯铁在1200℃时晶体结构为（ 面心立方晶格 ），在800℃时晶体结构为（体心立方晶格 ）。 10.金属的结晶过程是（ 形核 ）与（ 长大 ）的过程。 11.在工业生产中，金属的晶粒形状大都呈（ 等轴 ）状。
12.晶粒的大小取决于（ 形核 ）速率与（ 长大 ）速率。
13.钨在1000℃变形加工属于（ 冷 ）加工，锡在室温下变形加工属于（ 热 ）加工。（钨的熔点3410℃、锡的熔点232℃）
14.随着冷变形程度的增加，金属材料的强度、硬度（ 升高 ），塑性、韧性（下降 ）。 15.铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（ 表面等轴粗晶粒区 ），（ 中间柱状晶粒区 ）和心部等轴晶粒区。
16.金属塑性的指标主要有（ 延伸率 ）和（ 断面收缩率 ）两种。 17.常用测定硬度的方法有（ 布氏硬度 ）、（ 洛氏硬度 ）和维氏硬度测试法。
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18.对重要受力零件，纤维组织的方向应该是与最大正应力（ 平行 ），与最大剪应力的剪切平面（ 垂直 ）。
四、判断题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）
1. 金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。 本题答案：错误
2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。 本题答案：错误
3. 在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 本题答案：错误
4. 晶粒度级数数值越大，晶粒越细。 本题答案：正确
5. 间隙相的性能特点是硬度高，熔点低。 本题答案：错误
6. 晶粒度级数数值越大，晶粒越粗。 本题答案：错误
7. 再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。 本题答案：错误
8. 同一金属，结晶时冷却速度愈大，则过冷度愈大，晶粒越细小。 本题答案：正确
9. 把在实际晶体中出现的刃型位错和螺型位错的缺陷叫做面缺陷。 本题答案：错误
10. 把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。 本题答案：正确
11. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率。 本题答案：正确
12. 钨、铁、锡的熔点分别为3410℃、1538℃、232℃，钨在1000℃、铁在900℃、锡在100OC下的变形加工均属于热加工。 本题答案：错误
13. 冷变形强化是指金属材料在冷变形后，产生碎晶，位错密度增加，使其强度、硬度提高的现象。
本题答案：正确
14. 体心立方晶格的致密度为0.74，面心立方晶格的致密度为0.68。所以，纯铁在发生同素异晶转变时，体积发生变化，从而产生一定的内应力。 本题答案：错误
15.在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。 本题答案：错误
16. 金属结晶的必要条件是要有一定的过冷度。 本题答案：正确
17. 非晶体具有各向异性。 本题答案：正确
18. 每个体心立方晶胞中实际包含有2个原子。 本题答案：正确
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19. 每个面心立方晶胞中实际包含有2个原子。 本题答案：错误
20. 每个面心立方晶胞中实际包含有4个原子。 本题答案：正确
21. 每个体心立方晶胞中实际包含有4个原子。 本题答案：错误
22. 单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。 本题答案：正确
23. 晶体具有各向同性。 本题答案：错误
24. 单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 本题答案：错误
25. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 本题答案：错误
26. 金属结晶后晶体结构不再发生变化。 本题答案：错误
27. 在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。 本题答案：正确
28. 液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。
本题答案：错误
29. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为凝固。 本题答案：正确
30. 液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。 本题答案：错误
六、简答题
1.液态金属结晶的必要条件是什么？细化晶粒的途径有哪些？晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？
答案：液态金属结晶的必要条件是：过冷度
细化晶粒的途径有：①提高过冷度，如提高冷却速度和降低浇注温度。②变质处理。③机械振动、搅拌。
晶粒大小对金属材料的机械性能的影响：晶粒越细，金属材料的强度硬度越高，塑性和韧性越好
2.什么是加工硬化？试分析加工硬化的利与弊。
答案： ①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。
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3.何谓金属的同素异构转变？并以纯铁来说明。
答案： 同一种金属元素随着外界条件（如温度、压力）的变化而转变成不同晶格类型的晶体结构，称为同素异构转变。如，纯铁，从液态经1538℃结晶后是体心立方晶格，称为δ-Fe。在1394℃以下转变为面心立方晶格，称为γ-Fe。冷却912℃到时又转变为体心立方晶格，称为α-Fe。
4．用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃保温，保温后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。
答案： 因为钢丝绳经冷拔后发生了加工硬化，具有很高的强度和硬度，故可以用来吊装工件。当它随工件一起加热到1000℃保温后，钢丝绳内部发生了再结晶，其强度和硬度大幅度下降，塑性和韧性恢复到冷拔前的状态，因而当其再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂。
5.分析铸锭结晶后可形成三个不同晶粒区的成因。
答案： 金属浇入铸锭时，铸锭结液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发成核的作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的等轴细晶区；细晶区形成的同时，锭模温度升高，液态金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速度降低，但此时长大速度受到的影响较小，结晶过程进行的方式主要是，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往外垂直模壁的方向）的反方向一致的晶核，向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区；结晶进行到铸锭中心时，液相内外温度差减小，锭模已成为高温外壳，加上放出结晶潜热，使液态金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，内部温度趋于均匀，散热逐渐失去方向性，进入过冷状态后，凝固成了等轴的粗晶粒。
第二章 合金相图
一、名词解释
1.珠光体 ：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。 2.奥氏体 ：奥氏体是碳在γ-Fe 中形成的间隙固溶体 3.铁素体 ：铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体
4.固溶体： 合金组元通过相互溶解形成一种成分和性能均匀且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。
5.固溶强化： 溶质原子溶入到溶剂晶格中形成固溶体，并使溶剂晶格产生畸变，而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
6.金属化合物： 合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。
7.共晶反应： 指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
8.共析反应： 由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。
9.匀晶： 组成合金的组元在液态时无限互溶，在固态时也无限互溶，并形成单一的固溶体。
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二、选择题
1. 铁素体是碳溶解在（ A ）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B .γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 2.奥氏体是碳溶解在（B ）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 3.渗碳体是一种（C ）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．非金属化合物 4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。 A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％ 5.莱氏体是一种（ C）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D ）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C ）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（D）。 A．A1线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线 9.珠光体是一种（C ）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 10.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（B ）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 11.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（D）。 A．724℃ B．725℃ C．726℃ D．727℃ 12.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（ B）。 A.0.67％ B．0.77％ C．0.8％ D．0.87％
13.根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至750℃时的组织为（ C ） A) P+Fe3CⅡ+Ld′ B) A+Fe3CⅡ+Ld′ C) A+Fe3CⅡ+Ld D.P+Fe3CⅡ+Ld 14.40钢中，珠光体的含量大约 C 。
A.20％ B.35％ C.50％ D.70％ 15. 固溶体的晶体结构（A ） A.与溶剂相同 B.与溶质相同 C.为其他晶型 D.都有可能
16. 根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至室温的组织为（D ） A.P+Fe3CⅡ+Ld B.A+Fe3CⅡ+Ld′ C.A+Fe3CⅡ+Ld D.P+Fe3CⅡ+Ld′ 17. 根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为4.3%的合金平衡冷却至室温的组织为（C ） A.P+Fe3CⅡ+Ld′ B.A+Fe3CⅡ+Ld′ C.Ld＇ D.Ld 18. 共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为（C ） A.L+F→A B.A→F+Fe3C C. L→A+Fe3C D. A→P 19. 铁素体的机械性能特点是（C ） A.强度高、塑性好、硬度低 B.强度低、塑性差、硬度低 C.强度低、塑性好、硬度低 D.强度高、塑性好、硬度低 三、填空题
1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（ 置换固溶体）和 （ 间隙固溶体 ）。
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2. 相是指合金中（具有相同的物理和化学性能 ）与（ 其他部分以界面分开的 ）均匀一致的组成部分。
3. 合金的晶体结构大致可以有三种类型：（ 固溶体 ），化合物和（ 机械混合物 ）。合金的基本相结构有（ 固溶体 ）和（ 化合物 ）两种类型。 4. 组成合金的（ ），（ ）物质称为组元。
5. 珠光体是（ 铁素体 ）和（渗碳体 ）混合在一起形成的机械混合物。 6. 碳溶解在（ ?-Fe ）中所形成的（ 固溶体 ）称为铁素体。 7. 在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3 ），共析点的含碳量为（ 0.77 ）。 8. 低温莱氏体是（ 珠光体 ）和（ 渗碳体 ）组成的机械混合物。 9. 高温莱氏体是（ 奥氏体 ）和（ 渗碳体 ）组成的机械混合物。 10. 在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（ 1148 ），共析转变温度是（ 727 ）。 11．碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148℃时溶解度为（ 2.11 ）％，在727℃时达（ 0.77 ）％。
12．填写下列组织的符号：奥氏体（ A,）、铁素体（ F）、渗碳体（ Fe3C）、珠光体（ P ）、高温莱氏体（Ld）
13．奥氏体和渗碳体组成的共晶组织称为（ 高温莱氏体），其含碳量为（ 4.3）％，当温度低于723. 7℃，转变为珠光体加渗碳体，又称为（ 低温莱氏体 ） 。 14.碳在α--Fe中的固溶体称为（ 铁素体 ），在γ--Fe中的固溶体称为（ 奥氏体 ）。其中溶碳能力大的是（ 奥氏体 ）
四．判断题
1. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3％的铁碳合金才能发生共晶反应。 本题答案：错误
2. 合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。 本题答案：错误
3. 铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的置换固溶体。 本题答案：错误
4. 铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。 本题答案：错误
5. 渗碳体是一种不稳定化合物，容易分解成铁和石墨。 本题答案：错误
6. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。 本题答案：错误
7. 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。 本题答案：正确
8. ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。 本题答案：正确
9. ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。 本题答案：错误
10. 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。 本题答案：错误
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11. 在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。 本题答案：错误
12共析钢结晶的过程是：L—L+A—A—P。 本题答案：正确
13. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A1线。 本题答案：错误
14. 铸铁在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。 本题答案：正确
15. 铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。 本题答案：正确
16. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。 本题答案：错误
17. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。 本题答案：正确
18. 奥氏体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。 本题答案：错误
19. ES线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。 本题答案：错误
20. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。 本题答案：正确
21. 金属化合物的性能特点时硬度高，熔点低、脆性大。 本题答案：错误
22. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少 本题答案：错误
23. 合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。 本题答案：错误
24. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77％的铁碳合金才能发生共析反应。 本题答案：错误
25. 在亚共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。 本题答案：错误
26. 铁碳合金的室温的相组成为铁素体和渗碳体。 本题答案：正确
27. 在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。 本题答案：错误
28. 一个合金的室温组织为α+ βⅡ+ (α+ β)， 它由三相组成。 本题答案：错误
29. 亚共析钢的冷却转变过程是：L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ 本题答案：错误
30. 45钢冷却过程中组织转变是：L→L+A→A→A+F→P+ F 本题答案：正确
31. 过共析钢结晶的过程是：L—→L+A—→A—→A+Fe3CⅡ—→P+ Fe3CⅡ。 本题答案：正确
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32. T12钢冷却过程中组织转变是：L—→L+A—→A—→A+Fe3CⅡ—→P+ Fe3CⅡ 本题答案：正确
33. 莱氏体的含碳量为6.69％。 本题答案：错误
34. 珠光体的含碳量为0.77％。 本题答案：正确
35. 珠光体的含碳量为6.69％。 本题答案：错误
36. 铁素体是碳在γ- Fe 中的间隙固溶体。 本题答案：错误
37. 亚共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。 本题答案：错误
五．简答题（本大题共24小题，每小题10分，共240分） 1、
根据铁碳合金相图填表 本题答案： 钢温显微组温
显微组织 温度℃ 显微组织
号 度 ℃ 织 度℃ 20 700 F+P 800 F+A 920 A 45 700 F+P 750 F+A 850 A T12 700 P+Fe3C 780 A+Fe3C 920 A 2.合金中固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？
答案：在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。
在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。
3.铁碳合金中基本相有哪几相？
答案：铁碳合金中基本相有3个：铁素体（F）,奥氏体（A）,渗碳体（Fe3C）
4.铁碳合金中基本组织是哪些？并指出哪个是单相组织、哪个是双相混合组织。 答案：铁碳合金中基本组织有6个：F,A,Fe3C,P,Ld’,Ld
单相组织有3个：F,A,Fe3C 双相混合组织有3个：P,Ld’,Ld
5.试写出T12钢冷却时的结晶过程转变表达式，计算该钢在室温下的组织组成物的相对百分含量，并估算此钢的大致硬度。(已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB) 答案：（1）结晶过程转变表达式：
L→L+A→A→A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ（2）T12钢室温下组织为：P，Fe3C
计算珠光体和二次渗碳体的相对百分含量：mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7%
（3）此碳钢的大致硬度为：93%*240+7%*800=279.2HB 6.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：第一块：珠光体占40%，
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铁素体60%。第二块：珠光体占95%，二次渗碳体占5%。试问它们的含碳量约为多少？（铁素体含碳量可思略不计）
答案：第一块：Wc=40%*0.77%=0.308% 第二块：Wc=95%*0.77%+5%*6.67%=1.08%
7.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。 答案：共晶反应：LE?Ld(A+Fe3C)。产物名称：高温莱氏体 共析反应：AS?P(F+Fe3C)。产物名称：珠光体
8.请填写出Fe—Fe3C相图上1-7处的组织。
本题答案：1：L+A；2：L+Fe3CⅠ； 3：A； 4：P+F；5：P+Fe3CⅡ；6：Ld′+P+Fe3CⅡ； 7：Ld′+Fe3CⅠ
9.试分析含碳量为0.6%的铁碳含金在室温下相的相对含量和组织相对含量。 本题答案：
（1）室温下组织为：P和F mp=0.6/0.77*100%=78% mF= 1-78%=22% （2）室温下相为： F和Fe3C mF=（6.67-0.6）/6.67*100%=91% mFe3C = 1-91%=9%
10.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。
答案：A1：即PSK线，共析转变线，在这条线上发生共析转变，转变产物为珠光体 A3：即GS线，奥氏体冷却时析出铁素体的开始线 Acm：即ES线，碳在奥氏体中的溶解度曲线
11.试计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量，并估算此碳钢的大致硬度。
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（已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB） 答案：
（1）T10钢室温下组织为：P，Fe3C
（2）计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量 mp=（6.67-1.0）/（6.67-0.77）*100%=96% mFe3C = 1-96%=4%
（2）此碳钢的大致硬度为： 96%*240+4%*800=262.4HB
12.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下： 第一块：珠光体占30%，铁素体70%；
第二块：珠光体占93%，二次渗碳体占7%。
试问它们的含碳量约为多少？（铁素体中含碳量可忽略不计） 答案：（1）第一块：Wc=30%*0.77%=0.23%
（2）第二块：Wc=80%*0.77%+20%*6.67%=1.2%
13.一块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：珠光体占40%，铁素体60%。请问它的含碳量约为多少？试写出该钢在冷却过程中的组织转变表达式。（铁素体含碳量可忽略不计） 本题答案：（1）此钢含碳量大约为： Wc=40%*0.77%=0.308%
（2）转变表达式：L→L+A→A→A+F→P+F
14.根据Fe —Fe3C相图计算： 20钢和T12钢室温下组织组成物的相对质量百分比（铁素体含碳量忽略不计）。 答案：（1）20钢：室温下组织为：P和F mp=0.2/0.77*100%=21% mF= 1-21%=79% （2）T12钢：室温下组织为：P和Fe3C
mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7%
15.根据Fe —Fe3C相图计算： 60钢和T10钢室温下组织组成物的相对质量百分比（10分）（铁素体含碳量忽略不计） 答案：（1）60钢：
室温下组织为：P和F mp=0.6/0.77*100%=78% mF= 1-78%=22%
（2）T10钢：室温下组织为：P和Fe3C mp=（6.67-1.0）/（6.67-0.77）*100%=96% mFe3C = 1-96%=4%
16.45钢退火状态，已知其珠光体硬度240HB，试计算45钢的硬度并估算其强度。 本题答案：（1）室温下组织为：P和F mp=0.45/0.77*100%=58%
mF= 1-58%=42%（2）此碳钢的大致硬度为：58%*240+42%*80=172.8HB （3）此碳钢的大致强度为：σb=3.5×172.8=605MPa
17.某退火态的碳钢，经金相分析，其组织为珠光体和二次渗碳体，二次渗碳体约占7.5%，
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问此钢材含碳量大约是多少？可能是哪种牌号的钢？（10分） 本题答案：（1）此钢含碳量大约为：Wc=92.5%*0.77%+7.5%*6.67%=1.212% （2）可能是T12钢
18.试计算20钢退火态室温下组织相对含量，并估算其硬度。已知：铁素体的硬度80HB, 珠光体的硬度240HB。（10分） 本题答案：20钢：（1）室温下组织为：P和F mp=0.2/0.77*100%=21% mF= 1-21%=79%（2）大此钢致硬度为：21%*240+79%*80=113.6HB
19.铁碳合金室温基本相有哪几相？铁碳合金室温基本组织是哪些？ 本题答案：（1）室温基本相：F和Fe3C（2）室温基本组织：F，P，Fe3C，Ld’ 20.下图为铁碳合金相图，请回答下列问题：(共10分)
1）相图中液相线为 ，固相线为 。（2分）
2）图中ECF线为 线，成分在EF范围间的合金在 ℃会发生 反应，反应产物叫 。（4分）
3）图中PSK线为 线，成分在PK范围间的合金在 ℃会发生 反应，反应产物叫 。（4分）
答案：1)ACD，AECF 2)共晶，1148，共晶，高温莱氏体 3)共析，727，共析，珠光体
21.已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态 300℃时A溶于 B 的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。现要求： 1）作出A-B 合金相图；
2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。 本题答案：
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（1）
（2）20%A合金如图中①：合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出α固溶体，至2点结束，2～3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A， 因此最终显微组织：α+AⅡ
mAⅡ=（90-80/90）*100%=11% mα=1-A%=89% 相组成物: α+A mA=（90-80/90）*100%=11% mα=1-A%=89%
45%A合金如图中②： 合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出α固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+α）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相AⅡ，因而合金②室温组织：AⅡ+α+(A+α) 相组成物:A+α 组织： m（A+α）=（70-55）/(70-40）*100%=50%
mα= [1- m（A+α）]*70/100*100%=50%×70%×100%=35% AⅡ=1- m（A+α）- mα=1-50%-35%=15%
相：mA=（90-55）/90*100%=50% mα=1-A%=50% 80%A合金如图中③：
合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点，发生共晶反应，形成(A+α)共晶体，因而合金③的室温组织：A+ (A+α) 相组成物：A+α
组织：mA=（40-20）/40*100%=50% m(A+α)=1-A%=50% 相A=（90-20）/90*100%=78% α=1-A%=22%
22.某合金相图如图所示。
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1）试标注①—④空白区域中存在相的名称； 2）指出此相图包括哪几种转变类型；
3）说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。
本题答案：1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+(α+β) ④: β+αⅡ 2)匀晶转变；共析转变 3）
合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至2点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体中析出α固溶体,冷至4点时合金全部由α固溶体所组成,4～5之间全部由α固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度, 从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织: α+βⅡ
23.有形状、尺寸相同的两个 Cu-Ni 合金铸件，一个含 90% Ni ，另一个含 50% Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？
本题答案：含 50% Ni的Cu-Ni 合金铸件偏析较严重。在实际冷却过程中，由于冷速较快，使得先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含 50% Ni的Cu-Ni 合金铸件固相线与液相线范围比含 90% Ni铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含 90% Ni的Cu-Ni 合金铸件严重。
24.根据 Fe-Fe3C 相图，说明产生下列现象的原因： 1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高； 2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高；
3）在 1100℃，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造； 4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、 65 、 70 、 75 等钢制成）；
5）钳工锯 T8 ， T10，T12 等钢料时比锯 10，20 钢费力，锯条容易磨钝；
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6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。
本题答案：1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高；
钢中随着含碳量的增加，渗碳体的含量增加，渗碳体是硬脆相，因此含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高。
2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高；
答：因为在钢中当含碳量超过1.0%时，所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使钢的脆性增加，导致强度下降。因此含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高。 3）在 1100℃，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造；
答：在 1100℃时，含碳 0.4% 的钢的组织为奥氏体，奥氏体的塑性很好，因此适合于锻造；含碳 4.0% 的生铁的组织中含有大量的渗碳体，渗碳体的硬度很高，不适合于锻造。 4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、 65 、 70 、 75 等钢制成）；
答：绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而60 、 65 、 70 、 75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。
5）钳工锯 T8 ， T10，T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝；
答：T8 ， T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%，1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，因此钳工锯 T8 ， T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。 6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。
答：因为钢的含碳量范围在0.02%~2.14%之间，渗碳体含量较少，铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑韧性，因而钢适宜于压力加工；而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体，渗碳体是硬脆相，因而铸铁适宜于通过铸造成形。
六、实验分析题
1.实验中观察了20钢、45钢、T8钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称，分析比较三种钢的力学性能（σb、HB、δ、αk）。（15分） 本题答案：
（1）金相照片对应的钢号及各组织如下图： （2）三种钢的力学性能比较如下：
σb和HB由大到小依次为：T8，45，20 δ和αk由大到小依次为： 20，45，T8
2.实验中观察了工业纯铁、45钢、T12钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称（10分），并计算T12钢中珠光体和Fe3CⅡ的相对含量（10）。
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本题答案：
（1）金相照片对应的钢号及各组织如下图：
（2）计算T12钢中珠光体和Fe3CⅡ的相对含量
mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7%
第三章 钢的热处理自主测试
一、名词解释（本大题共13小题，每小题3分，共39分）
1.淬透性 ：钢在淬火时获得马氏体的能力，也反映了钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度大小的能力，它是钢的固有属性。
2.调质处理 ：淬火加高温回火以获得综合力学性能好的回火索氏体的热处理工艺操作即为调质处理。
3.本质晶粒度 ：本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-5小时）后测定的钢中晶粒的大小。
4.马氏体 ：马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。
5.回火索氏体 ：回火索氏体是马氏体在高温回火时形成的铁素体和粒状碳化物（包括渗碳体）的机械混合物。
1.过冷奥氏体 ：在临界温度（A1）以下存在的不稳定的且将要发生转变的奥氏体，称为过冷奥氏体。
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2.淬火临界冷却速度 ：保证过冷奥氏体不发生分解而全部转变成马氏体的最小冷却速度。 3.正火 ：正火就是将钢加热至Ac3(亚共析钢)或Accm（过共析钢）以上30-50℃保温，完成奥氏体转变，然后在空气中冷却并完成组织转变的一种热处理操作。 4.完全退火 ：完全退火是将亚共析钢工件加热至Ac3以上30-50℃保温，完成奥氏体转变，然后随炉缓慢冷却至500℃以下取出，在空气中冷至室温的一种操作。 5.球化退火 ：球化退火是将过共析钢工件加热至Ac1以上20-40℃保温后，随炉缓慢冷却至500℃再出炉空冷的一种热处理操作。 1.淬硬性 ：淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示。 2.冷处理 ：冷处理是指钢件淬火冷却到室温后，继续在0℃以下的介质中冷却以减少残余奥氏体的热处理工艺。
3.回火 ：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种热处理工艺即为回火。 二、选择题
1. 钢的低温回火的温度为（D ）。 A.550℃ B.450℃ C.350℃ D.250℃ 2. 可逆回火脆性的温度范围是（D ）。 A.150℃～200℃ B.250℃～400℃ C.400℃～500℃ D.500℃～650℃ 3. 不可逆回火脆性的温度范围是（B ）。 A.150℃～200℃ B.250℃～400℃ C.400℃～550℃ D.550℃～650℃ 4. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B ）。 A.均匀的基体组织 B.奥氏体组织 C.均匀的珠光体组织 D.均匀的马氏体组织 1. 钢的高温回火的温度为（A ）。 A.500℃ B.450℃ C.400℃ D.350℃ 2. 碳钢的中温回火的温度为（A ）。 A.400℃ B.300℃ C.250℃ D.200℃
3. 碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（D ）。
A.随炉冷却 B.在风中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却 4. 正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C ）。 A.随炉冷却 B.在油中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却 1. 完全退火主要用于（A ）。 A.亚共析钢 B.共析钢 C.过共析钢 D.所有钢种 2. 共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（C ）。 A.P B.S C.B D.M
3. 退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A ）。 A.随炉冷却 B.在油中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却 4. 钢的本质晶粒度是指（C ）。
A.钢在加热过程中刚完成奥氏体转变时的奥氏体晶粒大小 B.钢在各种具体热加工后的奥氏体晶粒大小
C.钢在规定加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低 D.钢在供应状态下的晶粒大小 1. T8钢加热为奥氏体后，在580℃等温转变完成后的组织为（ B ）。 A.贝氏体 B.托氏体 C.马氏体 D.珠光体 2. 下面几种说法中正确的是（ C ）。
A.软氮化又称低温氮碳共渗，是以渗碳为主的一种热处理工艺。
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B.调质处理就是调整钢的成分，从而改变钢的性能的一种热处理工艺。
C.生产中对精密量具采用冷处理，即将工件淬火冷却至室温后，随即放在零度以下的冷却介质中冷却的一种处理方法。
D.渗碳工件渗碳之后必须进行淬火+高温回火才能保证心部的高韧性和表面的高硬度。 3. 若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将（ C ）。 A.有时提高有时降低 B.降低 C.提高 D.不变 4. 奥氏体向珠光体的转变是（ B ）。 A.非扩散型转变 B.扩散型转变 C.半扩散型转变 D.切变型转变 1. 钢经调质处理后获得的组织是（ D ）。 A.回火马氏体 B.回火托氏体 C.下贝氏体 D.回火索氏体 2. 下贝氏体是由（ B ）转变来的。 A.珠光体 B.奥氏体 C.马氏体 D.索氏体 3. 马氏体的硬度主要取决于（ C ）。 A.冷却介质 B.加热温度 C.碳含量 D.合金元素含量 4. 亚共析钢的正常淬火加热温度是（ C ）。
A.Ac1以上30-50℃ B.Ac3以下30-50℃ C.Ac3以上30-50℃ D.Accm以上30-50℃ 1. 球化退火主要用于（ C ）。
A.低碳钢 B.中碳钢 C.高碳钢 D.各种含碳量的钢
2. 钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于（ B ）。
A.奥氏体的本质晶粒度 B.奥氏体的实际晶粒度 C.奥氏体的起始晶粒度 D.奥氏体的含碳量
3. 过共析钢的正常淬火加热温度是（ C ）。
A.Accm以上30-50℃ B.Ac1以下30-50℃ C.Ac1以上30-50℃ D.Ac3以上30-50℃ 4. T12钢的正火处理就是将钢加热到（ B ）保温，然后空冷的工艺操作。
A.Ac1以上30～50℃ B.Accm以上30～50℃ C.Accm以下30～50℃ D.Ac3以上30～50℃ 1. T12钢的淬火处理就是将钢加热到（ D ）保温，然后水冷的工艺操作。
A.Ac1以下30～50℃ B.Accm以上30～50℃ C.Ac3以下30～50℃ D.Ac1以上30～50℃ 2. 粗加工前，为改善20钢切削加工性，应进行（ A ）。 A.正火处理 B.退火处理 C.调质处理 D.渗碳处理 3. 共析钢加热到AC1+30～50℃，水冷后组织为（ D ）。 A.马氏体+贝氏体 B.马氏体+铁素体+残余奥氏体 C.贝氏体+残余奥氏体 D.马氏体+残余奥氏体 4. 为消除T12钢中严重的网状Fe3C组织，应进行（ A ）。 A.正火处理 B.球化处理 C.调质处理 D.表面淬火处理
1. 小试样的亚共析钢加热到AC1～AC3之间某温度，水冷后组织为（ D ）。 A.马氏体+珠光体 B.马氏体+残余奥氏体 C.马氏体+渗碳体+残余奥氏体 D.马氏体+铁素体+残余奥氏体 2. 下列材料中，淬硬性高的是（ B ）。 A.45 B.9SiCr C.12Cr2Ni4WA D.20CrMnTi
3. 钢的回火处理是在（ C ）。 A.退火后进行 B.正火后进行 C.淬火后进行 D.淬火前进行 4. 共析钢过冷奥氏体在550℃～350℃等温转变时，所形成的组织是（ D ）。 A.索氏体 B.马氏体 C.下贝氏体 D.上贝氏体
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1. 钢的淬透性主要决定于（ C ）。 A.冷却介质 B.加热温度 C.淬火临界冷却速 D.工件大小 2. 中碳碳钢淬火后再经560℃的温度下回火，组织为（A ）。 A.回火索氏体 B.回火托氏体 C.回火马氏体 D.奥氏体 3. 中碳碳钢淬火后再经180℃的回火，组织为（ C ）。
A.回火索氏体 B.回火屈氏体 C.回火马氏体+残余奥氏体 D.回火马氏体+碳化物 4. （ B ）主要用于各种弹簧淬火后的处理。 A.低温回火 B.中温回火 C.高温回火 D.调质处理 1. 渗碳工件最终热处理是（ C ）。 A.淬火+高温回火+渗碳 B.渗碳+淬火+高温回火 C.渗碳+淬火+低温回火 D.淬火+低温回火+渗碳 2. 下列材料中，淬透性高的是（ B ）。 A.38CrMoAl B.W18Cr4V C.45钢 D.20钢 3. 在连续冷却和等温冷却中都能获得贝氏体组织的碳钢成分是（ D ）。 A.各种成分的碳钢 B.共析钢 C.过共析钢 D.亚共析钢 4. 直径为10mm的45钢小轴的常规淬火温度大约为（ B ）（Ac3 = 780℃） A.750℃ B.840℃ C.920℃ D.1270℃ 1. 淬硬性好的钢具有（ C ）。
A.高的合金元素含量 B.低的合金元素含量 C.高的含C量 D.低的含C量 2. T8钢加热为奥氏体后，在230℃～350℃的的温度区间等温转变完成后的组织为（ D ）。 A.上贝氏体 B.托氏体 C.马氏体 D.下贝氏体 3. 共析钢的过冷奥氏体在600℃～650℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是（ A ）。 A.索氏体 B.下贝氏体 C.上贝氏体 D.马氏体
三、判断题（本大题共53小题，每小题1分，共53分） 1. 完全退火是将低碳钢工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。 本题答案：错误
2. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。 本题答案：错误
3. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。 本题答案：正确
4. 淬火临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。 本题答案：错误
5. 弹簧经淬火和中温回火后的组织是回火索氏体。 本题答案：错误
6. 低碳钢和某些低碳合金钢，经正火后能获得合适的硬度，改善切削加工性。 本题答案：正确
7. 完全退火主要应用于过共析钢。 本题答案：错误
8. 去应力退火是将工件加热到Ac3线以上，保温后缓慢地冷却下来的热处理工艺。 本题答案：错误
1. 降低硬度的球化退火主要适用于过共析钢。 本题答案：正确
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2. 在生产中，习惯把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为变质处理。 本题答案：错误
3. 除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。 本题答案：错误
4. 马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。 本题答案：错误
5. 晶粒度是用来表示晶粒可承受最高温度的一种尺度。 本题答案：错误
6. 钢件的最终性能既取决于钢的化学成分，又取决于钢的热处理。 本题答案：正确
7. 钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。 本题答案：错误
8. 热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 本题答案：错误
1. 过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。 本题答案：错误
2. 淬火钢在某些温度区间回火时，钢的韧性值明显降低，这种现象称为回火脆性。 本题答案：正确
3. 调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 本题答案：错误
4. 马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。 本题答案：错误
5. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度一定越大。 本题答案：错误
6. 当奥氏体向马氏体转变时，体积要膨胀。 本题答案：正确
7. 当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，则转变产物组织越细。 本题答案：正确
8. 马氏体的硬度取决于碳含量。 本题答案：正确
1. 钢的淬透性高，则其淬透层的硬度也越大。 本题答案：错误
2. 同一种钢材在相同的加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小尺寸零件比大尺寸零件的淬透性好
本题答案：错误
3. 渗碳处理后的工件可直接交付使用。 本题答案：错误
4. 渗碳件经淬火处理后用布氏硬度计测量表层硬度 。 本题答案：错误
5. 在相同的工艺条件下，钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。 本题答案：正确
6. 当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。 本题答案：错误
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7. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S 组织，具有良好的综合机械性能。 本题答案：错误
8. 渗碳工件的处理是将活性碳原子渗入工件表层，然后再进行淬火和高温回火。 本题答案：错误
1. 回火索氏体的组织特征是在铁素体基体上均匀分布着细粒状渗碳体。 本题答案：正确
2. 马氏体的硬度取决于淬火时的冷却速度。 本题答案：错误
3. 奥氏体向马氏体的转变是扩散型转变。 本题答案：错误
4. 淬火变形和开裂是由于热应力和相变应力复合作用的结果。当淬火内应力大于钢的屈服极限时工件发生变形，大于钢的抗拉强度时工件发生开裂。 本题答案：正确
5. 锻造后的T12钢为了改善切削加工性能，要进行正火处理。 本题答案：错误
6. 去应力退火一般在A1以下进行，因此该退火过程是没有相变的。 本题答案：正确
7. 调质处理就是调整钢的成分，从而改变钢的性能的一种热处理工艺。 本题答案：错误
8. 软氮化又称低温氮碳共渗，是以渗氮为主的一种热处理工艺。 本题答案：正确
1. 渗碳处理是将活性碳原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。 本题答案：正确
2. 渗氮钢的热处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和高温回火。 本题答案：错误
3. 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。 本题答案：错误
4. 钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的组织，从而改善钢的性能的一种工艺方法。
本题答案：正确
5. 本质细晶粒钢在加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。 本题答案：错误
6. 在室温下，退火态T12钢的强度和硬度比退火态T8钢的强度和硬度高些。 本题答案：错误
7. 有严重网状Fe3C组织的T12钢为了保证球化退火质量，要进行正火处理。 本题答案：正确
8. 马氏体是C在α- Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。 本题答案：错误
1. 当把亚共析钢加热到 Ac1 和 Ac3 之间的某一温度时，将获得由F和A构成的两相组织，在平衡条件下，其中A的含碳量总是大于钢中的含碳量。 本题答案：正确
2. 经淬火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。 本题答案：正确
3. 完全退火主要应用于亚共析钢。
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本题答案：正确
4. 过共析钢正火后能消除网状渗碳体。 本题答案：正确
5. 马氏体硬度主要取决于过冷奥氏体的稳定性。 本题答案：错误
四、填空题（本大题共19小题，每小题2分，共38分） 1.共析钢中奥氏体的形成过程是：（ 奥氏体晶核的形成 ），（ 奥氏体晶核的长大 ），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。
2.碳氮共渗是将（ 碳 ）和（ 氮 ）同时渗入工件表面的一种化学热处理方法，它以渗（ 碳 ）为主。
3.软氮化，即氮碳共渗，它是指钢件在渗入（ 氮 ）的同时还有少量的（ 碳 ）渗入。
4.马氏体是碳在（ α-Fe ）中的（ 过饱和固溶体 ）组织。 5.钢的中温回火的温度范围在（ 350～500℃ ），回火后的组织为（ 回火托氏体 ）。 1.共析钢中奥氏体的形成过程是：奥氏体形核，奥氏体长大，（ 残余渗碳体的溶解 ），（奥氏体成分均匀化）。
2.钢的低温回火的温度范围在（ 150～250℃ ），回火后的组织为（ 回火马氏体和残余奥氏体 ）。
3.钢在回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段：马氏体的分解，残余奥氏体的转变，（ 回火托氏体的形成 ），（ 渗碳体的聚集长大及回火索氏体的形成 ）。
4.钢的高温回火的温度范围在（ 500～650℃ ），回火后的组织为（ 回火索氏体 ）。 5.常见钢的退火种类有：完全退火，（ 球化退火 ）和（ 去应力退火 ）。
1.根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有（ 珠光体型 ），（ 贝氏体型 ）和马氏体型组织。
2.材料在一定的淬火剂中能被淬透的（ 深度 ）越大，表示（ 淬透性 ）越好。 3.钢的热处理是通过钢在固态下（ 加热 ）、保温和（ 冷却 ）的方法来改变（ 组织 ），从而获得所需要的性能的工艺方法。 4.共析钢的马氏体转变温度Ms约为（ 230℃ ），马氏体的显微组织与含碳量有关，含碳量高的马氏体呈（ 片 ）状，含碳量低的马氏体呈（ 板条 ）状。 5.常用淬火冷却介质有（ 水 ）、（ 油 ）和各种低温盐浴、碱浴等。 1.共析钢的等温转变曲线中，高温转变温度在（ A1～550℃ ），转变产物分别为（ 珠光体 ）、（ 索氏体 ）和（ 托氏体 ）；中温转变温度为（ 550℃～Ms ），转变产物分别为（ 上贝氏体 ）和（ 下贝氏体 ）。 2.钢的回火按回火温度及所得组织可分为（低温回火 ）、（中温回火）和（高温回火）三类。
3.钢材切削加工最佳硬度为170~210HB，生产中为提高低碳钢的硬度，往往采用（ 正火）的热处理工艺；为降低高碳钢的硬度，采用（球化退火 ）的热处理工艺。
4.钢的热处理包括三个阶段，即（加热 ）、保温和（冷却 ）
五、简答题（本大题共20小题，每小题10分，共200分） 1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传动齿轮（2）综合力
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学性能要求不高的45钢小轴（3）T12钢制造铣刀。 答案：（1）目的：预先热处理，细化晶粒，均匀组织，消除内应力，为最终热处理做组织准备。另外，提高硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。 （2）目的：正火使晶粒细化，组织均匀，力学性能较退火高，正火作为力学性能要求不高的小轴的最终热处理。另外，正火可调整硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的铁素体和索氏体。
（3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备。组织：索氏体。
2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质处理，试问：（1）调质处理的作用。（2）调质处理加热温度范围。
答案：1）调质处理的作用：获得回火索氏体，使主轴具有良好的综合力学性能，满足使用要求。（2）调质处理加热温度范围：淬火：840±10℃，高温回火：580-640℃
3.什么叫回火？淬火钢为什么要进行回火处理？
本题答案：回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。
钢淬火后获得的组织是马氏体和残余奥氏体，马氏体和残余奥氏体是不稳定的组织，它们有向较稳定组织转变的趋势，这将影响着零件的尺寸精度及性能稳定；淬火钢的性能特点是硬度高，脆性大，内应力大，直接使用很容易破断损坏。因此，淬火后要进行适当的回火处理，以稳定组织，稳定尺寸，消除或减小钢的残余应力，提高韧性。
4.什么叫淬火？其主要目的是什么？
答案：淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。
淬火的目主要是为了使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体组织，并配以不同温度回火获得各种需要的性能。
5.淬火钢采用低温、中温和高温回火各获得什么组织？其主要应用在什么场合？
答案：（1）低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。
（2）中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度35-45HRC，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。
（3）高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度25-35HRC，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于含碳0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。
1.亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。
答案：亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果亚共析碳钢加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，
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使钢的强度、硬度降低。所以，加热温度应在Ac3以上。但温度不能超过Ac3过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。 过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。如果加热温度超过Accm，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。淬火温度过高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。
2.何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？ 答案：（1）将钢件加热到Ac1以上20～40℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃后再出炉空冷。
（2）过共析钢不能采用完全退火，因为加热温度超过A ccm后，过共析钢的组织为单一的奥氏体，如果随后再缓慢地冷却，将得到层片状珠光体+网状二次渗碳体，不仅硬度高，难以切削加工，而且钢的脆性大，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性，并为随后的淬火做好组织准备。
3.确定下列钢件退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：
（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度 （2）ZG270-500的铸造齿轮 （3）锻造过热的45钢锻坯 （4）具有片状渗碳体的T12钢坯 答案：（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；
答：再结晶退火。目的：使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。组织：铁素体和珠光体。 （2）ZG270-500的铸造齿轮
答：完全退火。因为铸造后的齿轮通常晶粒比较粗大，存在残余内应力。目的：细化晶粒，消除内应力。组织：铁素体和珠光体。 （3）锻造过热后的45钢锻坯；
答：完全退火。目的：细化晶粒，消除过热组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织：铁素体和珠光体。
（4）具有片状渗碳体的T12钢坯；
答：球化退火。目的：使层片状渗碳体和少量二次渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性，并为随后的淬火做好组织准备。组织：粒状珠光体。
4.某厂模锻锤锤杆，原采用45Cr钢油淬，650℃高温回火，硬度低，冲击韧性高，后改为淬火后450~500℃中温回火后其使用寿命大幅度提高。试分析原因。 答案：锻锤锤杆的断裂属于较小能量的多次冲击破坏，其寿命取决于材料的多冲抗力而不是冲击韧性。如图所示，45Cr钢油淬后经650℃高温回火，其冲击韧性αk值最高，但硬度和多冲抗力却低。45Cr淬火后在450－500℃进行中温回火多冲抗力最大。所以锤杆的寿命得到提高。
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5.由于保管员失职，不慎将45钢和T10钢混同当45钢发出，制成一批重要紧固螺钉，螺钉头部需经淬火回火处理，以得50-54HRC。问这批螺钉在使用过程中将可能产生什么后果？试从热处理工艺方面分析原因。
答案：按照螺钉头部的硬度要求，45钢的淬火加热温度是840℃，回火温度是280℃，而T10钢的淬火加热温度是780℃，当T10钢按照45钢的工艺参数进行热处理时，淬火加热温度高，奥氏体晶粒粗大，淬火后所得马氏体也粗大，脆性大，易淬裂。回火后的硬度为56-58HRC，韧性低，使用中易出现脆断，造成重大的设备损坏和人身伤亡事故。
1.45钢淬火后硬度为55HRC(约为538HBS），经高温回火后的硬度下降为240HBS，若再进行200℃低温回火，能否使其硬度升高？为什么？淬火后进行低温回火，硬度为53HRC（约为515HBS），若再进行400℃中温回火，能否使其硬度降低？为什么？ 答案：（1）不能，因为组织决定性能。45钢淬火后硬度为55HRC(538HBS)，经高温回火后的硬度下降为240HBS，其组织为回火索氏体，是稳定的组织，若再进行200℃低温回火，组织不会发生改变,所以硬度不会升高。
（2）能，因为组织决定性能。45钢淬火后进行低温回火，硬度为53HRC（515HBS），其组织为回火马氏体和残余奥氏体，不是稳定的组织，当温度升高时组织会发生转变。所以，再进行400℃中温回火，组织会转变为回火托氏体，硬度会降低。
2.分析45钢得到下列组织的热处理工艺 （1）粗片状珠光体+铁素体； （2）细片状珠光体+少量铁素体； （3）细小的粒状索氏体；
（4）表面是回火马氏体，心部是回火索氏体。 答案：（1）因为粗片状珠光体是奥氏体缓慢冷却转变中获得的，所以采用完全退火；（2）细片状珠光体是奥氏体较快的冷却转变中获得的，所以采用正火；（3）粒状索氏体是淬火加高温回火获得，所以采用调质处理；（4）调质处理可获得回火索氏体，而表面淬火只改变表面的组织，使表面成为马氏体，再进行低温回火即可获得表面的回火马氏体。所以采用调质处理+表面淬火+低温回火。
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3.共析钢加热到相变点以上，用图1 的冷却曲线冷却，各属于何种热处理方法？各应得到什么组织？
答案：
a是水冷淬火，组织是马氏体+残余奥氏体；b是分级淬火，组织是马氏体+残余奥氏体；c是油冷淬火，组织是托氏体+马氏体；d是等温淬火，组织是下贝氏体；e是正火，组织是索氏体；f是球化退火，组织是球状珠光体；g是等温球化退火，组织是球状珠光体。
4.T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。
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答案：a得到的组织是马氏体+残余奥氏体；b得到的组织是下贝氏体+马氏体+残余奥氏体；c得到的组织是下贝氏体。
5.一批45钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；
（1）加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温； （2）加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温； （3）加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？
答案：（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过奥氏体化，故冷却后依然是组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。
（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。
要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。
1.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度冷却至室温。试问： （1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ （2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？ （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ （4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
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（5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？ 答案：（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ 答;因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。 （2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
答：因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。 （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
答：因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残余奥氏体增多。 （4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
答：因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少
（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？
答：780℃加热淬火合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。
2.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度： （1）45钢小轴（要求综合力学性能）； （2）65钢小弹簧； （3）T12钢锉刀。 答案：（1）45钢小轴（要求综合力学性能），工件的淬火温度为830-840℃，回火温度为500℃～650℃，其回火后获得的组织为回火索氏体 ，大致的硬度270-220HB。
（2）65钢小弹簧，工件的淬火温度为840℃左右，回火温度为500℃左右，其回火后获得的组织为回火托氏体 ，大致的硬度35～40HRC。
（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。
3.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。
答案：700℃：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。 760℃：它的加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。 840℃：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。
1100℃：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体和少量残余奥氏体。
4.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； （3） 制定最终热处理工艺规范（温度、冷却介质）。
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答案：（1）工艺路线为：锻造—球化退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。球化退火可细化组织，降低硬度，改善切削加工性并为淬火做组织准备；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）最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160℃～180℃，保温时间1～2小时，硬度为61～63HRC。
5.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=3），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。 答案：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→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→轴颈部表面淬火+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
六、实验题（本大题共11小题，每小题15分，共165分）
1.实验中对45钢试样进行了一系列热处理操作及硬度测试，试将实验数据填入下表中。 热处理工艺
本题答案： 热处理工艺 加热温度(℃) 保温时间(分) 冷却方式 热处理后硬度
840 10 退火 炉冷 840 10 正火 空冷 840 10 淬火 水冷 840 10 油冷 油冷
2.实验中对45钢试样进行了一系列热处理操作及硬度测试，试将实验数据填入下表中。 热处理工艺 本题答案：
热处理前硬度热处理后硬度
热处理工艺 加热温度(℃) 保温时间(分)
(HRC) (HRC)
840 10 水淬
200 60 低温回火
550 30 高温回火
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3.识别20钢淬火、65Mn等温淬火和45钢退火金相照片，并用箭头标明图中各组织名称。
本题答案：
4实验中观察了20钢和45钢退火及20钢淬火的金相组织，其金相照片如下，试指出各照 片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称。已知珠光体硬度240HB，铁素体硬度80HB，试计算退火状态的45钢硬度比退火状态的20钢高多少
本题答案：（1）照片的钢号及各组织名称如图所示：
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（2）45钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
45钢珠光体和铁素体的相对含量为： P%=0.45/0.77*100%=58% ， F%= 1-58%=42% 45钢的大致硬度为： 58%*240+42%*80=173HB 20钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
20钢珠光体和铁素体的相对含量为：P%=0.20/0.77*100%=26% ， 20钢的大致硬度为： 26%*240+74%*80=122HB
（3）计算退火状态的45钢硬度比退火状态的20钢高出多少： 173-122=51HB 5.
识别T12钢和45钢退火金相照片，并用箭头标明图中各组织名称。本题答案：
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F%= 1-26%=74%
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1.
实验中观察了退火状态的20钢、45钢和等温淬火的65Mn钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称。计算退火状态的20钢、45钢组织中珠光体含量，并结合金相照片进行对比分析。
本题答案：
1） 各照片的钢号及各组织名称如图所示：
（2）45钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
P%=0.45/0.77*100%=58% F%= 1-58%=42%
20钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F） P%=0.20/0.77*100%=26% F%= 1-26%=74%
2.实验中对退火后的45钢试样进行了一系列热处理操作及硬度测试。试将实验数据填入下表并分析冷却速度对该钢性能的影响。简述测试硬度操作步骤。
组淬火加热温冷却45钢 别 度（℃）及方式 处理处理后
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1 2 3
保温时间（min） 840℃×15mi
n 840℃×15mi
n 840℃×15mi
n
前硬度
水冷 空冷 油冷
硬度
本题答案：
（2）冷却速度对该钢性能的影响：空冷、油
（1）填表
冷、水冷的冷速依次增大，随冷速的增大，
淬火加热温45钢
硬度增大。
组度（℃）及冷却处理
处理后（3）测试硬度操作步骤如下：将热处理的试
别 保温时间方式 前硬
硬度 样用粗砂纸磨去两端的氧化皮和脱碳层，在
（min） 度
洛氏硬度机上测试硬度，压头是淬火钢球或
840℃×15mi1 水冷 金刚石。首先施加10公斤力的预载荷，调整
n
刻度盘，对准起点，然后施加主载荷并保持
840℃×15mi2 空冷 一定时间之后再卸除主载荷，读数。每个试
n
样测三点，取其平均值。
840℃×15mi3 油冷
n
3.
识别退火状态的T12钢、20钢和淬火状态的20钢金相照片，指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称；计算T12钢中二次渗碳体的相对含量，并与T12钢金相照片进行对比。
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本题答案：
（1） 各照片的钢号及各组织名称如图所示：
（2）T12钢：
T12钢室温下组织为：珠光体（P）+渗碳体（Fe3CⅡ）
珠光体和二次渗碳体的相对含量为：P%=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% , Fe3CⅡ= 1-93%=7%
4.
实验中观察了20钢、T8钢及亚共晶白口铸铁的金相组织，其金相照片如下。试填写出各照片的材料名称，并用箭头标明图中各组织名称。分析比较三种材料的硬度和塑性。
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本题答案：
（1） 各照片的钢号为：a）亚共晶白口铸铁，b）20钢，c）T8钢 组织名称如图所示：
（2）三种材料的硬度由大到小依次为：亚共晶白口铸铁， T8钢，20钢
三种材料的塑性由大到小依次为： 20钢，T8钢，亚共晶白口铸铁
5.
实验中观察了45钢、T12钢和过共晶白口铸铁金相组织，其金相照片如下。试指出各照片的材料名称，并用箭头标明图中各组织名称。计算T12钢在室温下组织和相的相对含量。
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本题答案：
（1） 各照片的钢号为：a）过共晶白口铸铁，b)T12钢，c)45钢 组织名称如图所示：
（2）T12钢室温下组织为：珠光体（P）和二次渗碳体（Fe3CⅡ）
P%=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93%
Fe3CⅡ% = 1-93% =7% T12钢室温下相为：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）
F% =（6.67-1.2）/6.67*100%=82% Fe3C % = 1-82%=18%
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1.
实验中观察了退火状态的45钢、T8钢及调质状态的GCr15钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，分析比较三种钢的组织形态特征，已知珠光体硬度240HB，铁素体硬度80HB，试计算退火状态的45钢硬度并估算强度。
本题答案：
（1） 各照片的钢号及组织名称如图所示。
退火状态的T8钢是片状珠光体，调质状态的GCr15钢是细小粒状的碳化物分布在铁素体的基体上，退火状态的45 钢由片状珠光体与铁素体组成。
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（2）45钢室温下组织为：珠光体（P）和铁素体（F）
P% =0.45/0.77*100%=58% , F%= 1-58%=42%
45钢试样的大致硬度为： 58%*240+42%*80=172.8HB 45钢试样的大致强度为： σb=3.5×172.8=605MPa
第四章结构钢及其选用
一、名词解释（本大题共2小题，每小题3分，共6分）
1.回火脆性 ：淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。
2.回火稳定性 ：回火稳定性是指淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。 二、单选题（本大题共23小题，每小题1分，共23分） 1. 影响钢的冷脆性的主要元素是( B )。 A.S B.P C.Mn D.Si
2. 20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（ A ）使用。 A.合金渗碳钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.滚动轴承钢
3. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（ C ）。 A.Mn,P B.Mn,Ti C.Ti,V D.V,P
4. 除（ A ）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
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A.Co B.Cr C.Mn D.Ti 5. 20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是 C 。 A.强化铁素体 B.提高淬透性 C.细化晶粒 D.提高回火稳定性 6. 合金渗碳钢渗碳后必须进行 C 热处理。
A.淬火+高温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+低温回火 D.淬火+退火 7. 要制造一批锉刀，请选择合适的材料 C 。 A.45 B.9Mn2V C.T12 D.7Cr17 8. 下列材料中淬硬性高的是 B 。 A.18CrNi3 B.9Mn2V C.40Cr D.50 9. 下列材料中油淬临界直径最大的是 A 。 A.25Cr2Ni4W B.20MnVB C.40Cr D.65Mn 10. 钢中强碳化物形成元素是（C ） A.Fe、Mn B.Cr、Co C.V、Ti D.Si、Mn 11. 影响钢的热脆性的主要元素是（A ） A.S B.P C.Mn D.Si 12. 制造手用锯条应当选用（A ） A.T12钢经淬火和低温回火 B.Cr12Mo钢经淬火低温回火 C.65钢淬火后中温回火 D.T8钢经淬火和高温回火 13. 二次硬化是指（B ）的硬化现象。 A.渗碳处理后的二次淬火 B.某些钢在回火后硬度进一步提高 C.变形过程中强度、硬度升高 D.某些钢在淬火后硬度提高 14. 40MnVB钢中V元素的主要作用是（B ） A.强化铁素体 B.细化晶粒 C.提高回火稳定性 D.提高淬透性 15. 40Cr钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（ C ）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 16 对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（A ） A.高淬透性钢 B.中淬透性钢 C.低淬透性钢 D.对淬透性能没有要求 17. 60Si2Mn钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（B ）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 18. 对38CrMoAl钢进行渗氮处理，渗氮时的加热温度为（B ） A.Ac1以上 B.Ac1以下 C.Ac3以上 D.Accm以上
19. 40钢和40Cr钢加热到AC3以上保温，随炉冷后组织为铁素体+珠光体，两种钢中珠光体的相对含量（C ） A.相等 B.40钢比40Cr钢多 C.40Cr 钢比40钢多 D.珠光体含量与Cr元素无关 20. 以下属于中合金钢的是（C ）（WE为合金元素的总含量） A.3％≤WE≤5％ B.4％≤WE≤8％ C.5％≤WE≤10％ D.6％≤WE≤15％ 21. 20CrMnTi钢的渗C温度范围是（A ）
A.900～930℃ B.800～820℃ C.600～650℃ D.1000～1050℃ 22. 合金元素不能做到（D ）
A.提高钢的回火稳定性 B.改变C曲线的位置 C.改变S点的位置 D.消除第一类回火脆性 23. 中碳钢的含碳量为（B ）
A.0.2％≤Wc≤0.3％ B.0.25％≤Wc≤0.6％ C.0.4％≤Wc≤1.0％ D.0.35％≤Wc≤0.8％ 三、填空题（本大题共6小题，每小题1分，共6分）
1.碳素钢按含碳量来分类，可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，其含碳量分别为：（Wc＜
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0.25％ ）、（ 0.25％≤Wc≤0.6％）、（Wc＞0.6％ ）（注：请对应填写）。 2.汽车齿轮通常用20CrMnTi钢制造，其含碳量为（ 0.2%），锻造之后切削加工之前进行（ 正火）热处理，最终热处理为（ 渗碳+淬火+低温回火）。 3.下列渗碳钢中低淬透性的是（20Cr,20Mn2 ），中淬透性的是（ 20CrMnTi,,20MnTiB ），高淬透性的是（18Cr2Ni4WA ）。20CrMnTi,20Cr,20Mn2,20MnTiB,18Cr2Ni4WA 4.渗碳钢一般含碳量为（0.1—0.25% ），调质钢一般含碳量为（0.25—0.5% ），弹簧钢一般含碳量为（ 0.5—0.9%）。
5.合金结构钢中常加入的合金元素有：Cr,Ni,Si,Mn,Mo,B,Ti,V,W等。其中强烈阻止奥氏体晶粒长大的有（ Ti,V, ），能消除高温回火脆性的有（ Mo,W ）。 6.下列钢中属于低合金结构钢的是（16Mn,15MnV ），属于渗碳钢的是（ 20CrMnTi ），属于弹簧钢的是（40Cr,40MnVB,40CrNiMo ），属于调质钢的是（60Si2Mn,65Mn ）。40Cr,20CrMnTi,40MnVB,16Mn,60Si2Mn,15MnV,40CrNiMo,65Mn 四、判断题
1. 20钢比T12钢的碳质量分数要高。 本题答案：错误
2. 在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。 本题答案：错误
3. 大部分合金元素溶于奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。 本题答案：正确
4. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 本题答案：错误
5. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 本题答案：错误
6. T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。 本题答案：错误
7. T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 本题答案：错误
8. 调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。 本题答案：错误
9. 合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。 本题答案：错误 10. 40Cr钢是合金渗碳钢。 本题答案：错误 11. 20CrMnTi钢是合金调质钢。 本题答案：错误 12. GCr15是专用的合金工具钢。 本题答案：错误 13. 钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。 本题答案：正确 14. 钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。 本题答案：错误 15. 钢中的含磷量增加，其钢的冷脆性增加。 本题答案：正确 16. 60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 本题答案：错误 17. 20CrMnTi中Cr和Mn的作用是提高钢的淬透性。 本题答案：正确 18. 在退火状态20钢比65钢的塑性和强度都高。 本题答案：错误
19. 钳工锯T8、T12等钢料时比锯10、20钢要费力，且锯条易磨钝。 本题答案：正确
20. 合金结构钢中常用的合金元素有Mn、、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、 B等，其中主加元素是Mn、、Si、Cr、Ni。 本题答案：正确
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21. 钢中合金元素愈多，则淬火后的硬度就愈高。 本题答案：错误 22. 除Co以外，几乎所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 本题答案：正确
23. GCr15是专用的滚动轴承钢。 本题答案：正确
五、简答题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）
1.欲做下列零件：小弹簧、螺钉、手锯条、齿轮，试为其各选一材料（待选材料：Q195、45、65Mn、T10）。
本题答案：小弹簧：65Mn；螺钉：Q195；手锯条：T10；齿轮：45
2.某汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度≥58HRC，试选一材料，制定预备热处理和最终热处理工艺，指出热处理后的组织。（待选材料：T10、40Cr、GCr15、Q235） 本题答案：选择材料：40Cr
预备热处理工艺：正火处理，加热到860～900℃保温，空冷。硬度在175～225HB，组织为均匀分布的片状珠光体和铁素体。
最终热处理工艺：气体碳氮共渗（820～850℃，表面 C=0.7～1.0%，N=0.2～0.4%），共渗后直接淬火+低温回火。 最终组织为：共渗层表面组织由细片状回火马氏体、适量的粒状碳氮化合物以及少量的残余奥氏体组成。
3.连杆螺栓，硬度要求30～38HRC，试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。（待选材料：20CrMnTi、GCr15、T10、40Cr、Q235） 本题答案：连杆螺栓是发动机上的一个重要连接件。工作时承受冲击性的周期交变拉应力和装配预应力作用。要求连杆螺栓要有足够的强度、冲击韧度和疲劳强度，硬度在30～38HRC范围。在待选的材料中40Cr的力学性能满足要求，且具有较好的切削加工工艺性能和较好的淬透性，是较理想的材料。
最终热处理工艺：调质处理 840～860℃油冷淬火+520～560℃回火（水或油冷） 最终热处理后的组织为回火索氏体。
4.指出下列钢的类别，其含碳量约多少？ 20、40Cr、20CrMnTi、T10A、GCr15、65
本题答案：20：优质碳素结构钢，ωc=0.2%；40Cr:合金调质钢，ωc=0.4%；20CrMnTi：合金渗碳钢，ωc=0.2%；T10A：高级优质碳素工具钢，ωc=1.0%；GCr15：滚动轴承钢，ωc=0.9-1.05%；65：碳素弹簧钢，ωc=0.65%
5.有20CrMnTi、38CrMoAl、T12、45等四种钢材，请选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮（高速中载受冲击），并写出工艺路线，说明各热处理工序的作用。 本题答案：选择材料：20CrMnTi
汽车变速箱齿轮的工作条件比较繁重，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面要求较高，选用20CrMnTi钢制造可满足其力学性能要求。20CrMnTi的加工工艺性能和淬透性也较好适合制作高速中载受冲击的汽车变速箱齿轮。
工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨 正火目的是为了细化晶粒， 改善锻造状态的不正常组织，调整硬度，以利切削加工。 渗碳可使工件表面含碳量增高。 渗碳之后淬火加低温回火是为了使表面获得高碳回火马氏
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体，硬度高，耐磨；心部获得韧性好，耐冲击的索氏体+细珠光体+低碳回火马氏体的组织。
六、分析题（本大题共4小题，每小题15分，共60分）
1.给下列齿轮零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。
1)45钢车床齿轮 ，速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求高。 2)38CrMoAl精密齿轮， 承受中等载荷，精度要求高。 本题答案：
1）45钢车床齿轮，工作时运转速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求一般在52-58HRC。 机床齿轮的工作条件与动力机械中的齿轮相比较，机床齿轮还是属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。生产实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应淬火，所得到的硬度、耐磨性、强度以及韧性均能满足要求，而且高频感应淬火变形小，生产率高。根据工作条件制定工艺流程如下：
锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨
正火改善切削加工性。调质可以使齿轮具有较高力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的组织为回火索氏体，在表面淬火时变形更小。高频淬火低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高，耐磨。
2）38CrMoAl精密齿轮，承受中等载荷，精度要求高。工艺流程如下：
锻造→退火→粗车→调质→半精滚齿→去应力处理→精滚齿→剃齿→渗氮→珩齿
退火改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，提高切削加工性。调质可获较高的强度和韧性，调质后的组织为回火索氏体。去应力退火是为了消除切削加工中产生的应力，减小变形，退火温度应低于调质时的回火温度而高于渗氮温度20-30℃。渗氮之后，表层有0.5mm左右的氮化层，硬度高（约950HV），耐磨性好，可保持齿轮在长期运转中的高精度。
2.给下列主轴零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。（轴颈要求耐磨）
1)20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨） 2)40Cr车床主轴 3)38CrMoAlA主轴 本题答案：
1）20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨）工艺流程： 锻造→正火→切削加工→渗碳→车螺纹→淬火+低温回火→精磨。
正火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为渗碳处理作准备。渗碳之后使表面的含碳量提高到0.8%-1.0%，淬火+低温回火后轴表面和内锥孔表面是高碳的回火马氏体组织，硬度高（58-60HRC），耐磨性好。心部由铁素体、珠光体和低碳回火马氏体组成，韧性好，耐冲击。适用于中等载荷，心部强度要求不高，但转速很高的场合。 2）40Cr车床主轴工艺流程： 锻造→退火→粗加工→调质→轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火→精磨。
退火是为了改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性。同时，为调质处理
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作组织上的准备。调质后主轴有较高的强度和韧性,组织是回火索氏体。轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高（52-57HRC），耐磨性好。心部组织不变，为回火索氏体。
3)38CrMoAlA坐标镗床主轴的工艺流程：
锻造→完全退火→粗加工→调质→半精加工→低温退火→粗磨→氮化→半精磨→油煮定性→精磨→油煮定性→研磨
退火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为调质处理作准备。调质是为了获得综合力学性能好的回火索氏体组织。低温退火（550—600℃，保温3-4h）是为了消除切削加工造成的内应力，减小最终热处理变形，退火温度要低于调质的回火温度20-30℃。在精加工工序中安排的油煮定性（亦称人工时效，140-160℃，18-20h），其目的也是为了消除应力、稳定组织。氮化处理是为了获得高硬度，高耐磨性的表面氮化层，以保证机床在长期运转中的高精度。
3.镗床镗杆（Φ60mm ），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。该零件应采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？热处理后的组织分别是什么？
本题答案：预先热处理：1）锻坯退火，降低硬度，改善切削加工性。2)粗加工后进行调质。由于氮化层很薄（约0.5mm），且较脆，因此要有较高强度的心部组织需通过调质处理。38CrMoAlA钢属高淬透性的调质钢，940±10℃加热保温后油冷,620-650℃回火空冷，可使心部获得综合力学性能好的回火索氏体组织。
最终热处理 ：磨削加工后进行渗氮处理，以使表面获得高硬度的渗氮层。
热处理后心部主要是回火索氏体，表面是高硬度的氮化层。
4.某汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度高（耐磨），心部韧性好（耐冲击），同时具有高的抗弯强度（承受重载）,待选材料：H70 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr15 、 60Si2Mn 、Q390 、 2Cr13 、 LC4 、Cr12MoV 1）试为其选择正确的材料 2）钢中合金元素的主要作用 3）钢中含碳量为_________
4）根据工序正确安排生产过程的工艺路线：
喷丸、锻造、正火、渗碳、下料、粗加工、淬火加低温回火、精磨 5）热处理目的 正火目的— 渗碳目的—
淬火加低温回火的目的—
本题答案：1）选择材料：汽车变速箱齿轮的工作条件比较繁重，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面要求较高，选用20CrMnTi钢制造并经渗碳淬火低温回火处理后使用是比较合理的。另外，汽车齿轮的批量大，对材料的工艺性能要给以足够的重视。20CrMnTi正火后的切削加工性较好，也有较好的淬透性，可采用油冷淬火，过热倾向不大，渗碳后可预冷直接淬火。从工艺性方面考虑选用20CrMnTi钢也是合理的。
2）钢中合金元素的主要作用：Cr,Mn提高钢的淬透性；Ti是强碳化物形成元素，Ti加入钢中有细化晶粒，抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。 3）钢中含碳量为0.2% 4）工艺路线：
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下料→锻造→正火→粗加工→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨 5）热处理目的
正火目的— 改善锻造状态的不正常组织，调整硬度，以利切削加工。 渗碳目的— 使工件表面含碳量增高。
淬火加低温回火的目的— 使表面获得高碳回火马氏体，硬度高，耐磨；心部获得韧性好，耐冲击的索氏体+细珠光体+低碳回火马氏体的组织。
第五章 其他金属材料自主测试
一、名词解释（本大题共4小题，每小题3分，共12分）
1.二次硬化 ：某些合金钢中含有Cr，Mo，V，Ti，Nb等碳化物形成元素，经淬火并在500-600℃之间回火时，硬度不降低，反而升高，这种强化效应，称为合金钢的二次硬化。 2.红硬性 ：红硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力。
3.变质处理 ：在浇注前往液态合金中加入变质剂以达到细化晶粒，提高金属的力学性能的一种工艺操作。
二、单选题（本大题共32小题，每小题1分，共32分） 1. 欲要提高18－8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过（C ）。 A.时效强化方法 B.固溶强化方法 C.冷加工硬化方法 D.马氏体强化方法 2. 淬火加时效处理是（ A ）合金强化的主要途经。 A.形变铝合金 B.铸造铝合金 C.黄铜 D.青铜 3. 以下黄铜又称商业黄铜的是（B ） A.H90 B.H62 C.H68 D.H80 4. 常用的灰口铸铁的组织就是（ C ）分布在钢的基体上。 A.球状的石墨 B.团絮状的石墨 C.片状的石墨 D.蠕虫状石墨 5. 高速钢淬火后通常要在560℃的温度下回火三次，回火后的组织为（ C ）。 A.回火索氏体+少量残余奥氏体+碳化物； B.回火屈氏体+少量残余奥氏体+碳化物； C.回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物。 D.淬火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物
6. Cr12MoV钢根据对红硬性要求的不同有两套淬火回火工艺方案，两套淬火回火的温度分别是（ A ）
A.960～1050℃淬火+250～270℃回火、1100～1150℃淬火+510～520℃回火 B.960～1050℃淬火+250～270℃回火、1100～1150℃淬火+250～270℃回火 C.960～1050℃淬火+510～520℃回火、1100～1150℃淬火+250～270℃回火 D.960～1050℃淬火+510～520℃回火、1100～1150℃淬火+510～520℃回火 7. 石墨呈团絮状分布在钢的基体上是（ B ）的组织特征 A.球墨铸铁 B.可锻铸铁 C.蠕墨铸铁 D.灰口铸铁 8. 下列材料中，红硬性最高的是（ A ） A.YG8 B.W18Cr4V C.T10 D.45
9. 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 是马氏体型不锈钢，其性能有 C 的变化规律。 A.硬度和耐蚀性依次增高 B.硬度依次降低，耐蚀性依次增高 C.硬度依次增高，耐蚀性依次降低 D.硬度和耐蚀性依次降低 10. 高速钢W18Cr4V制作刀具的最终热处理是（ C ） A.1280±10℃ 淬火+180℃ 回火 B.Ac1以上30～50℃淬火+180℃回火
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C.1280±10℃ 淬火+560℃ 回火 D.Ac1以上30～50℃淬火+560℃回火
11. ZL102是铸造铝合金，其铸造组织中有粗大针状的Si晶体，强度低，浇注前应向液态合金中加入（B ）
A.球化剂进行球化处理 B.复合钠盐进行变质处理 C.硅铁合金进行孕育处理 D.稀土镁进行调质处理 12. 以下黄铜又称弹壳黄铜的是（C ） A.H62 B.H80 C.H68 D.H90 13 淬火后的铝合金其强度、硬度随时间延长而增加的现象叫（ C） A.加工硬化 B.固溶强化 C.时效硬化 D.弥散强化 14 常用的蠕墨铸铁的组织就是（D ）分布在钢的基体上 A.球状的石墨 B.团絮状的石墨 C.片状的石墨 D.蠕虫状的石墨 15. 常用的球墨铸铁的组织就是（A ）分布在钢的基体上 A.球状的石墨 B.团絮状的石墨 C.片状的石墨 D.蠕虫状的石墨 16. 可锻铸铁中石墨的形态为（ B） A.片状 B.团絮状 C.蠕虫状 D.球状 17. 石墨呈片状分布在钢的基体上是（A ）的组织特征。 A.灰口铸铁 B.蠕墨铸铁 C.可锻铸铁 D.球墨铸铁 18. 常用于制造热锻模的钢为（A ） A.5CrMnMo B.C12MoV C.9SiCr D.T12 19. 常用于制造冷作模具的钢为（B ） A.5CrMnMo B.C12MoV C.5CrNiMo D.YG8 20.T10 钢的碳的质量分数为（B ） A.0.1 % B.1.0 % C. 10 % D.0.01 % 21. 高速钢的红硬性取决于（B ） A.马氏体的多少 B.淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量 C..钢中的碳含量 D.钢中合金元素含量 22. 下列材料中，红硬性最高的是（C ） A.9SiCr B.W18Cr4V C.YG8 D.20CrMnTi
23. 下列材料中，红硬性最高的是（B ） A.T8 B.YG15 C.W18Cr4V D.20CrMnTi 24. 采用复合钠盐进行变质处理是（D ）合金强化的主要途经 A.形变铝合金 B.青铜 C.黄铜 D.铸造铝硅合金 25. 铝合金的时效强化效果与（B ）有关 A.时效温度 B.时效温度和时效时间 C. 时效时间 D.冷却方式 26. 0Cr18Ni9Ti钢中Ti元素的主要作用是（ C） A.强化奥氏体 B.提高淬透性 C.防止晶间腐蚀 D.细化晶粒 27. 高锰耐磨钢适合制作（B ）的耐磨件 A.高温下使用 B.常温并有很大压力条件下使用 C.精度高需切削加工 D.高温并有很大压力条件下使用 28. （ C），铸铁的石墨化倾向越大。 A. C、Si含量越低，冷速越慢 B.C、Si含量越低，冷速越快 C.C、Si含量越高，冷速越慢 D.C、Si含量越高，冷速越快 29. 粗加工前，为改善9SiCr钢切削加工性，应进行（B ）
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A.正火 B.球化退火 C..完全退火 D.扩散退火 30. 铝合金的固溶--时效强化的效果与（B ） A..时效温度无关 B.时效温度和时效时间都有关 C.只与时效温度有关 D. 时效时间无关 31. 球墨铸铁中石墨的形态为（A ），可制造（ ） A.球状，曲轴、连杆 B.蠕虫状，热交换器 C.片状，床身、导轨 D.团絮状，管接头、阀门 32. 可锻铸铁中石墨的形态为（ D），可制造（ ）。 A.球状，曲轴、连杆 B.蠕虫状，热交换器 C.片状，床身、导轨 D.团絮状，管接头、阀门
三、判断题（本大题共29小题，每小题1分，共29分） 1. W18Cr4V钢在560℃回火后获得的组织为回火索氏体 本题答案：错误
2. 在1100℃温度下，40钢和含碳量为4.0%的白口铸铁都能锻造 本题答案：错误
3. C、Si含量越高，冷速越慢，铸铁的石墨化倾向就越大 本题答案：正确
4. T10钢的碳的质量分数为1.0％。 本题答案：正确 5. 可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。 本题答案：错误
6. 高锰钢加热到1000-1100℃,淬火后可获得单相马氏体组织。 本题答案：错误
7. 1Cr18Ni9钢是一种奥氏体不锈钢。 本题答案：正确 8. 5CrNiMo钢是合金结构钢。 本题答案：错误
9. 1Cr13钢是奥氏体不锈钢。 本题答案：错误 10. W18Cr4V钢是不锈钢。 本题答案：错误
11. 形变铝合金牌号中，字首用“LY”表示硬铝合金。 本题答案：正确 12. 铜合金牌号中，字首“H”表示青铜。 本题答案：错误 13. 形变铝合金牌号中，字首“LD”表示超硬铝合金。 本题答案：错误 14. 形变铝合金牌号中，字首“LD”表示锻铝合金。 本题答案：正确 15. 铜合金牌号中，字首“Q”表示青铜。 本题答案：正确 16. 普通黄铜是铜和锌组成的二元合金。 本题答案：正确 17. 高速钢需反复锻造是因为硬度高不易成形 本题答案：错误
18. 18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入奥氏体中，从而提高钢的红硬性 本题答案：正确 19. T12钢900℃淬火时比780℃淬火时残余奥氏体多 本题答案：正确 20. 灰口铸铁是不可以锻造的 本题答案：正确 21. 可锻铸铁是可以锻造的 本题答案：错误 22. 1Cr13、2Cr13、Cr12钢都是不锈钢 本题答案：错误 23. 0Cr18Ni9Ti的含碳量小于0.08% 本题答案：正确 24. 高锰耐磨钢适合制作精度高且在高温下使用的耐磨件 本题答案：错误
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25. T8钢的淬硬性和淬透性都比20MnVB钢低 本题答案：错误 26. 奥氏体型不锈钢可采用加工硬化提高强度 本题答案：正确 27. 高速钢既具有良好的淬透性，也具有良好的红硬性 本题答案：正确
28. 奥氏体型不锈钢的热处理是淬火后获得奥氏体，然后低温回火获得回火马氏体处理 29. 可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工 本题答案：错误
四、简答题（本大题共6小题，每小题10分，共60分） 1.试述下列零件进行时效处理的作用：
a.形状复杂的大型铸件在500～600℃进行时效处理； b.铝合金件淬火后于140℃进行时效处理；
c.GCr15钢制造的高精度丝杠于150℃进行时效处理。
本题答案：a：消除应力 b：时效硬化，提高强度 c:稳定化处理，提高尺寸的稳定性
2.简述固溶强化、弥散硬化、时效硬化产生的原因及它们之间的区别。
本题答案：固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。
时效硬化：固溶处理后的金属强度和硬度随时效时间延长而显著升高的现象。
区别：尽管三者都是利用合金的组成相来强化合金，但固溶强化是通过产生晶格畸变，使位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；时效硬化是通过时效过程中产生很多细小的过渡相，在这些过渡相周围产生很大的应力场，使合金中位错运动阻力增大来强化合金；三者相比，通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，弥散强化得到的强度、硬度最高，但塑韧性最差，时效硬化介于两者之间。
3.1、W18Cr4V的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+（30—50）℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？
本题答案：若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，既1280℃左右。18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这是为消除残余奥氏体。
4.生产球墨铸铁时加入球化剂和孕育剂的目的分别是什么？ 本题答案：加入球化剂目的：使石墨呈球状析出。 加入孕育剂目的：为了避免白口，防止稀土镁球化剂的反石墨化影响，并使石墨球更加细小、更加圆整。
5.高速钢在空冷即可变硬，为什么还要进行淬火和三次高温回火？
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本题答案：尽管高速钢中含有大量的合金元素，过冷奥氏体非常稳定，因而钢的淬透性很高， 经空冷可获得马氏体组织。但高速钢的优越性只有在正确的淬火和回火后才能发挥出来。 淬火原因：高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1000℃以上才能分解并使合金元素充分溶于奥氏体中，以保证淬火、回火后获得高的热硬性，因此，高速钢的淬火加热温度非常高，一般为1280±10℃。高速钢淬火后的组织为淬火马氏体、合金碳化物和大量残余奥氏体。
回火目的：高速钢淬火后的回火是为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。
高温回火原因：高速钢在500～600 ℃的温度内回火时，硬度上升并达到最高，这是因为从淬火马氏体中析出了一系列弥散分布的合金碳化物，使钢产生二次硬化现象的缘故。同时，在500～600 ℃之间，残余奥氏体压应力松弛，且析出了部分碳化物，使残余奥氏体中的合金元素含量减少，奥氏体稳定性降低，Ms点升高，致使这种合金贫化的残余奥氏体在回火后的冷却过程中转变成马氏体，使钢的硬度提高。 三次回火原因：虽然在回火过程中残余奥氏体可转变成马氏体，但高速钢淬火后残余奥氏体的数量很多，其质量分数为30%左右，经过一次回火难以将其完全转变为马氏体，而必须在560℃下经三次回火才能使之绝大部分转变为马氏体。实验表明，每次回火后残余奥氏体剩余的质量分数依次为15%～18%、3%～5%、1%～2%。
6.T9和9SiCr钢都属于工具钢，含碳量基本相同，它们在使用上有什么不同？下列工具应分别选用它们中的哪一种？
机用丝锥，木工刨刀，钳工锯条，铰刀，钳工量具。
本题答案：T9和9SiCr钢都属于工具钢，含碳量基本相同，但9SiCr因含有合金元素Si和Cr，提高了该钢的淬透性和回火稳定性，红硬性比T9钢高。 因此在使用上：
T9钢主要用于制造刃部受热不高的手用工具或低速、小走刀量的机用工具。9SiCr钢则主要用于制造刃部受热稍高的机用工具和各种薄刃刀具。 机用丝锥: 9SiCr 木工刨刀：T9 钳工锯条：T9 铰刀： 9SiCr 钳工量具：T9
五、分析题
1.拟用T10A钢制造铣刀,其工艺过程如下：
下料→锻造→热处理1→机加工→热处理2→精加工。请写出各热处理工序的名称和作用 本题答案：
热处理1：球化退火。目的是降低硬度，以利切削加工，改善组织为淬火做组织准备。 热处理2：淬火+低温回火。目的是获得高碳回火马氏体+细粒状碳化物的组织，提高硬度（＞60HRC）和耐磨性。
2.盘形齿轮铣刀通常用W18Cr4V钢制造，试问：
（1）W18Cr4V含碳量为多少？合金元素的平均含量及其作用是什么？ （2）试制定其正确的热处理工艺（画出热处理工艺曲线），并加以分析。 本题答案：（1）含碳量：0.7%～0.8%
各合金元素的含量及作用： W：18%，提高红硬性 Cr：4%，提高淬透性 V：1%，细化晶粒，提高强韧性 （2）预先热处理工艺曲线如下：
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最终热处理工艺曲线如下：
分析： 高速钢锻造后的预先热处理一般也是采用等温退火工艺，其目的不仅是降低硬度，消除应力，以改善切削加工性能，而且也为以后淬火作组织上的准备。退火后的组织为索氏体和均匀细小的粒状碳化物，其硬度为207～255HBS。
高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1000℃以上才能分解并使合金元素充分溶于奥氏体中，以保证淬火、回火后获得高的热硬性，因此，高速钢的淬火加热温度非常高，一般为1280±10℃。高速钢淬火后的组织为淬火马氏体、合金碳化物和大量残余奥氏体。高速钢淬火后还必须进行回火以消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。高速钢在500～600 ℃的温度内回火时，硬度上升并达到最高，这是因为从淬火马氏体中析出了一系列弥散分布的合金碳化物，使钢产生二次硬化现象的缘故。同时，在500～600 ℃之间，残余奥氏体压应力松弛，且析出了部分碳化物，使残余奥氏体中的合金元素含量减少，奥氏体稳定性降低，Ms点升高，致使这种合金贫化的残余奥氏体在回火后的冷却过程中转变成马氏体，使钢的硬度提高。由于高速钢淬火后残余奥氏体的数量很多，其质量分数为30%左右，经过一次回火难以将其完全转变为马氏体，而必须在560℃下经三次回火才能使之绝大部分转变为马氏体。实验表明，每次回火后残余奥氏体剩余的质量分数依次为15%～18%、3%～5%、1%～2%。
3.选用 W18Cr4V钢制造盘形齿轮铣刀，试分析：（1）钢中碳和合金元素的含量；（2）画出最终热处理（淬火回火）的工艺曲线，进行淬火回火工艺分析，指出所获得的组织；（3）根据工序正确安排生产过程的工艺路线。
机加工 下料 锻造 磨削 退火 淬火多次回火 喷丸 本题答案：
（1）钢中碳和合金元素的含量：C：0.7%～0.8% ；W：18% ；Cr：4%；V：1% （2）最终热处理（淬火回火）的工艺曲线如下： 淬火回火工艺分析及所获得的组织：
高速钢的淬火加热温度非常高，一般为1280±10℃。原因：高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1000℃以上才能分解并使合金元素充分溶于奥氏体中，以保证淬火、回火后获得高的热硬性。高速钢淬火后的组织为淬火马氏体、合金碳化物和大量残余奥氏体。
560℃三次回火。回火目的：高速钢淬火后的回火是为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。高温回火原因：高速钢在500～600 ℃的温度内回火时，硬度上升并达到最高，这是因为从淬火马氏体中析出了一系列弥散分布的合金碳化物，使钢产生二次硬化现象的缘故。同时，在500～600 ℃之间，残余奥氏体压应力松弛，且析出了部分碳化物，使残余奥氏体中的合金元素含量减少，奥氏体稳定性降低，Ms点升高，致使这种合金贫化的残余奥氏体在回火后的冷却过程中转变成马氏体，使钢的硬度提高。三次回火原因：虽然在回火过程中残余奥氏体可转变成马氏体，但高速钢淬火后残余奥氏体的数量很多，其质量分数为30%左右，经过一次回火难以将其完全转变为马氏体，而必须在560℃下经三次回火才能使之绝大部分转变为马氏体。实验表明，每次回火后残余奥氏体剩余的质量分数依次为15%～18%、3%～5%、1%～2%。 （3）根据工序正确安排生产过程的工艺路线。 下料 锻造 退火 机加工 淬火多次回火 喷丸 磨削
4.1. 盘形铣刀通常用W18Cr4V钢制造，试问：
1）W18Cr4V含碳量为多少？ 2）各合金元素的作用是什么?
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