【正文】 將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，這種強(qiáng)化方式為彌散強(qiáng)化。共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。②為選材提供成分依據(jù)：相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能的好壞。碳素鋼中亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成，其中珠光體中的滲碳體以細(xì)片狀分布在鐵素體基體上，隨著含碳量的增加，珠光體的含量增加，則鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。% C：合金在1~2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。Wp=()/()*100%=55% WFe3CⅡ=155%=45%Wα=（）/（）*100%=79% WFe3C=179%=21%16．根據(jù) FeFe3C 相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：1）含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高；答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體是硬脆相，因此含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高。普通螺釘：它要保證有一定的機(jī)械性能，用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，如Q19Q21Q235。T10A：%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。6）再結(jié)晶、重結(jié)晶； 答：再結(jié)晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。 Arcm：實(shí)際冷卻時碳在奧氏體中的溶解度曲線。下貝氏體的形成溫度在350℃～Ms，下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀，在電鏡下觀察是由針葉狀的鐵素體和分布在其上的極為細(xì)小的滲碳體粒子組成的。熱處理可以顯著提高鋼的機(jī)械性能，延長機(jī)器零件的使用壽命。屈氏體：冷卻至600～550℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到屈氏體組織。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。②冷速快，組織細(xì)，強(qiáng)度和硬度有所提高。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細(xì)小晶粒，選何種工藝最合適？答：（1）因其未達(dá)到退火溫度，加熱時沒有經(jīng)過完全奧氏體化，故冷卻后依然得到組織、晶粒大小不均勻的鐵素體和珠光體。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？答。這種由于熱處理過程中各部位冷速的差異使工件各部位相轉(zhuǎn)變的不同時性所引起的應(yīng)力,稱為相變應(yīng)力(組織應(yīng)力)。對于碳鋼，鋼中含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右，臨界冷卻速度愈小，則淬透性愈好，即亞共析鋼的淬透性隨含碳量增加而增大，過共析鋼的淬透性隨含碳量增加而減小。？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。并說明其技術(shù)條件的標(biāo)注方法。~%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。，工藝路線為：鍛造—熱處理—機(jī)加工—熱處理—磨加工（1） 試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2） 指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（3） 制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）答：（1）工藝路線為：鍛造—退火—機(jī)加工—淬火后低溫回火—磨加工。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？答：化學(xué)熱處理是把鋼制工件放置于某種介質(zhì)中，通過加熱和保溫，使化學(xué)介質(zhì)中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分，使心部與表層具有不同的組織與機(jī)械性能。由奧氏體直接分解的屈氏體及索氏體中的碳化物是片狀的,而由馬氏體分解的回火屈氏體與回火索氏體中碳化物是顆粒狀的。不同鋼種有不同的淬透性曲線，工業(yè)上用鋼的淬透性曲線幾乎都已測定，并已匯集成冊可查閱參考。不同的鋼在同樣的條件下淬硬層深不同，說明不同的鋼淬透性不同，淬硬層較深的鋼淬透性較好。工件在加熱和(或)冷卻時由于不同部位存在著溫度差別而導(dǎo)致熱脹和(或)冷縮不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。760℃：它的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。？說明它們的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和索氏體。由于T12鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？答：（1）將鋼件加熱到Ac1以上30～50℃，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600℃后出爐空冷。162。？試?yán)L出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。上貝氏體和下貝氏體。 AC3：實(shí)際加熱時奧氏體析出鐵素體的開始線。 時效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110~150℃經(jīng)過6~36小時的人工時效處理，以使組織穩(wěn)定。 ：1）奧氏體的起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。20R：%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，容器專用鋼。TTT1用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。11．根據(jù) FeFe3C 相圖，計(jì)算：1）室溫下，含碳 % 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少；2）室溫下，含碳 % 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少；3）鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。不同點(diǎn)：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。+包晶反應(yīng)：冷卻到1495℃時具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分的固相δ反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相A。在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。2．為什么γFe 和α Fe 的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γFe →αFe ）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？答：因?yàn)棣肍e和α Fe原子排列的緊密程度不同，γFe的致密度為74%,α Fe的致密度為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γFe →αFe ）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。 在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能。枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。8．已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為3380℃、1538℃、327℃、232℃，試計(jì)算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鎢和鐵在1100℃下的加工、鉛和錫在室溫（20℃）下的加工各為何種加工？答：T再=；鎢T再=[*（3380+273）]273=℃。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。②變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。工程材料思考題參考答案第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1．解釋下列名詞點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯，單晶體，多晶體，過冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種處理方法即為變質(zhì)處理。③機(jī)械振動、攪拌。如冷拉鋼絲拉過?？椎牟糠郑捎诎l(fā)生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過?？椎牟糠?，這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過?？锥尚?。 鐵T再=[*（1538+273）]273=℃。比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。6. 何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點(diǎn).答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應(yīng)。（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)？答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。 +共晶反應(yīng)：1148℃時具有C點(diǎn)成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。 % 、 % 、 % 、 % 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織.答：%C:在1~2點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。答：1）Wp=()/()*100%=74% Wα=174%=26%2）Wp=()/()*100%=70% WFe3CⅡ=170%=30%3）WFe3CⅡ=()/()*100%=23% W Fe3CⅢ=*100%=33%12．某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占 80% ，問此鋼材的含碳量大約是多少？答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。當(dāng)Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。T1T1鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀等。20G：%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鍋爐專用鋼。（2）實(shí)際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。5）淬火臨界冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性；答：淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。 Acm：實(shí)際加熱時碳在奧氏體中的溶解度曲線。（2）上貝氏體的形成溫度在600～350℃。答：等溫冷卻：把奧氏體迅速冷卻到Ar1以下某一溫度保溫，待其分解轉(zhuǎn)變完成后，再冷至室溫的一種冷卻轉(zhuǎn)變方式。5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。 （2）過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。 （3）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，為球化退火做組織準(zhǔn)備，消除內(nèi)應(yīng)力。答：常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級淬火法。840℃：它的加熱溫度在Ac3以上，加熱時全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。熱應(yīng)力引起工件變形特點(diǎn)時：使平面邊為凸面，直角邊鈍角，長的方向變短，短的方向增長，一句話，使工件趨于球形。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度。由淬透性曲線就可比較出不同鋼的淬透性大小?；鼗鹚魇象w和回火屈氏體相對于索氏體與屈氏體其塑性和韌性較好?；瘜W(xué)熱處理的過程：1 分解：化學(xué)介質(zhì)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體或化合物；3 擴(kuò)散：被工件吸收的活性原子，從表面想內(nèi)擴(kuò)散形成一定厚度的擴(kuò)散層。應(yīng)用范圍：（1）高頻感應(yīng)加熱表面淬火應(yīng)用于中小模數(shù)齒輪、小型軸的表面淬火。退火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi)應(yīng)力。(3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火工頻感應(yīng)加熱主要用于大直徑鋼材穿透加熱和要求淬硬深度深的大直徑零件,例如火車車輪、軋轆等的表面淬火?；鼗瘃R氏體是過飽和的α固溶體（鐵素體）和與其晶格相聯(lián)系的ε碳化物所組成，其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性得到降低。鋼的成分波動愈小，淬透性帶愈窄，其性能愈穩(wěn)定，因此淬透性帶愈窄愈好。影響淬透性的因素：① 化學(xué)成分C曲線距縱坐標(biāo)愈遠(yuǎn)，淬火的臨界冷卻速度愈小，則鋼的淬透性愈好。工件淬火時各部位馬氏體轉(zhuǎn)變先后不一致,因而體積膨脹不均勻。%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時間，使之達(dá)到平衡狀態(tài)，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。但其缺點(diǎn)是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。（尺寸Φ15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。？生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火及退火？答：與退火的區(qū)別是①加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在Ac1以上30～50℃而正火加熱溫度在Accm以上30～50℃。，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；答：再結(jié)晶退火。索氏體：冷卻至650～600℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到索光體組織。9．為什么要對鋼件進(jìn)行熱處理？答：通過熱處理可以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而改善鋼的性能。其硬度較高，可達(dá)HRC40～45，但由于其鐵素體片較粗，因此塑性和韌性較差。 Ar3：實(shí)際冷卻時奧氏體析出鐵素體的開始線。