【文章內(nèi)容簡介】 火是鋼的最經(jīng)濟和最有效的綜合強化方法。 為什么碳質(zhì)量分數(shù)為 %，鉻質(zhì)量分數(shù)為 12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而碳質(zhì)量分數(shù)為%、鉻質(zhì)量分數(shù)為 12%的鋼屬于萊氏體鋼？ 答：因加入 12%鉻，使共析點 S 和 E 點碳質(zhì)量分數(shù)降低，即 S 點和 E 點左移，使合金鋼的平衡組織發(fā)生變化（不能完全用 FeFe3C來分析），碳質(zhì)量分數(shù)為 %、鉻質(zhì)量分數(shù)為 12%的鉻鋼出現(xiàn)了二次碳化物，因而屬于過共析鋼；而碳質(zhì)量分數(shù)為 %、鉻質(zhì)量分數(shù)為 12%的鋼已具有萊氏體鋼。 4 用 T10 鋼制造形狀簡單的車刀，其工藝路線為： 鍛造一熱處理一機 加工 一熱處理一磨加工。 ① 寫出其中熱處理工序的名稱及作用。 ② 制定最終熱處理 (磨加工前的熱處理 )的工藝規(guī)范，并指出車刀在使用狀態(tài)下的顯微組織和大致硬度。 答： ① 鍛造一正火一球化退火一機加工一淬火、低溫回火一磨加工。 正火：得到 S+二次滲碳體、細化組織，消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做準備。 球化退火：使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化，得到球 狀珠光 體。改善機加工性能，同時為淬火做組織準備。 淬火：得到馬氏體十粒狀滲碳體十殘余奧氏體。提高硬度，提高車刀的耐磨性。 低溫回火：得到回火馬氏體十粒狀滲碳體十殘余奧氏體，降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，同時保證淬火后的高硬度和 高耐磨性。 ② 淬火：加熱溫度 760℃ ，保溫后水冷 低溫回火：加熱溫度 150— 250℃ ，保溫后 (＜ 2h)爐冷或空冷。 成品組織：回火馬氏體十碳化物十殘余奧氏體 ； 硬度： 58— 64HRC 第三章 說出 Q235A、 1 4 6 T T12 等鋼的鋼類、碳的質(zhì)量分數(shù)，各舉出一個應(yīng)用實例。 答：如表 11 所示 鋼 類 碳質(zhì)量分數(shù) 應(yīng)用實例 Q235A 碳素結(jié)構(gòu)鋼 %～ % 鋼筋、鋼板、鋼管等 15 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 約 % 沖壓件及焊接件，經(jīng)熱處理后可制造軸、銷等零件 45 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 %～ % 齒輪、軸類、套筒等零件 65 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 %～ % 彈簧 T8 碳素工具鋼 %～ % 沖頭、鑿子、錘子等工具 T12 碳素工具鋼 %～ % 銼刀、刮刀等刃具和量規(guī)、樣套等量具 為什么低合金高強鋼用錳作為主要的合金元素 ? 答：我國的低合金結(jié)構(gòu)鋼基本上不用貴重的 Ni、 Cr 等元素，而以資源豐富的 Mn 為主要元素。錳除了產(chǎn)生較強的固溶強化效果外，因它大大降低奧氏體分解溫度，細化了鐵素體晶粒，并使珠光體片變 細，消除了晶界上的粗大片狀碳化物，提高了鋼的強度和韌性，所以低合金高強鋼用錳作為主要的合金元素。 試述滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼的合金化及熱處理特點。 答：滲碳鋼的合金化特點是加入提高淬透性的合金元素如 Cr、 Ni、 Mn等，以提高熱處理后心部的強度和韌性；加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素如 Ti、 V、 W、 Mo 等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。并增加滲碳層的硬度，提高耐磨性。熱處理特點是滲碳后直接淬火，再低溫回火，得到的表面滲碳層組織由合金滲碳體與回火馬氏體及少量殘余奧氏體組成，心部多數(shù)情況為屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體。調(diào)質(zhì)鋼 的合金化特點是加入提高淬透性的合金元素如Cr、 Mn、 Ni、 Si、 B 等，并可提高鋼的強度，加入防止第二類回火脆性的元素如 Mo、 W；熱處理特點是淬火 (油淬 )后高溫回火，得到的組織是回火索氏體。 有兩種高強螺栓，一種直徑為 10mm，另一種直徑 30mm，都要求有較高的綜合機械性能：σ b≥ 800MPa，α k≥ 600KJ/m2。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝？ 答：為滿足機械性能要求，應(yīng)考慮材料的淬透性能。對于直徑為 30mm的螺栓，選擇 40Cr，該鋼有較好的滲透性。熱處理工藝為 850℃油淬， 520℃回火；對于直徑 位為 10mm 的螺栓，選擇 45 鋼代替 40Cr，可節(jié)約 Cr 且達到基本要求，熱處理工藝為 840℃水淬， 600℃回火。 為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素 ?為什么要進行中溫回火 ? 答：硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性，同時提高屈強比。進行中溫回火的目的在于獲得回火屈氏體組織，具有很高的屈服強度，彈性極限高，并有一定的塑性和韌性。 軸承鋼為什么要用鉻鋼？為什么對非金屬夾雜限制特別嚴格？ 答：鉻能提高淬透性，形成合金滲碳體（ Fe, Cr） 3C呈細密、均勻分布，提高鋼的耐磨性，特別是疲勞強度，因此軸承鋼 以鉻作為基本合金元素。軸承鋼中非金屬夾雜物和碳化物的不均勻性對鋼的性能，尤其是對接觸疲勞強度影響很大，因為夾雜物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點，因此，軸承鋼對非金屬夾雜物限制特別嚴格。 簡述高速鋼的成分、熱處理和性能特點，并分析合金元素的作用。 答：高速鋼的成分特點是：（ 1）高碳，其碳質(zhì)量分數(shù)在 %以上，最高可達 %左右，它一方面能保證與 W、 Cr、 V 等形成足夠數(shù)量的碳化物；另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度。（ 2）加入 W、 Cr、 V、 Mo 等合金元素。加入 Cr 提高淬透性， 幾乎所有高速鋼的鉻質(zhì)量分數(shù)均為 4%。鉻的碳化物 Cr23C6 在淬火加熱時差不多全部溶于奧氏體中，增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，大大提高鋼的淬透性。鉻還能提高鋼的抗氧化、脫碳的能力。加入 W、 Mo 保證高的熱硬性，在退火狀態(tài)下， W、 Mo 以型碳化物形式存在。這類碳化物在淬火加熱時較難溶解，加熱時，一部分碳化物溶于奧氏體，淬火后 W、Mo 存在于馬氏體中，在隨后的 560℃回火時，形成 W2C或 Mo2C彌散分布，造成二次硬化。這種碳化物在 500～ 600℃溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，不易聚集長大，從而使鋼具有良好的熱硬性；未溶得碳化物能起到阻 止奧氏體晶粒長大及提高耐磨性的作用。 V能形成 VC（或 V4C3），非常穩(wěn)定，極難熔解，硬度極高（大大超過的硬度）且顆粒細小，分布均勻，能大大提高鋼的硬度和耐磨性。同時能阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒。熱處理特點是 1220～ 1280℃淬火 +550～ 570℃三次回火，得到的組織為回火馬氏體、細粒狀碳化物及少量殘余奧氏體。性能特點是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韌性。其在高速切割中刃部溫度達 600℃時，其硬度無明顯下降。 W18Cr4V 鋼的 Ac1 約為 820℃，若以一般工具鋼 Ac1+（ 30～ 50）℃的常規(guī)方法 來確定其淬火加熱溫度，最終熱處理后能否達到高速切削刀具所要求的性能？為什么？其實際淬火溫度是多少？ 答：若按照 Ac1+（ 30～ 50）℃的常規(guī)方法來確定 W18Cr4V 鋼淬火加熱溫度，淬火加熱溫度為 850～ 870℃，不能達到高速切削刀具要求的性能。因為高速鋼中含有大量的 W、 Mo、Cr、 V 的難溶碳化物，它們只有在 1200℃以上才能大量地溶于奧氏體中，以保證鋼淬火、回火后獲得高的熱硬性，因此其淬火加熱溫度非常高，一般為 1220～ 1280℃。 不銹鋼的固溶處理與穩(wěn)定化處理的目的各是什么？ 答：不銹鋼固溶處理的目 的是獲得單相奧氏體組織，提高耐蝕性。穩(wěn)定化處理的目的是使溶于奧氏體中的碳與鈦以碳化鈦的形式充分析出，而碳不再同鉻形成碳化物，從而有效地消除了晶界貧鉻的可能，避免了晶間腐蝕的產(chǎn)生。 試分析 20CrMnTi 鋼和 1Cr18Ni9Ti 鋼中 Ti 的作用。 答： 20CrMnTi 鋼種 Ti 的作用是阻止?jié)B碳時奧氏體晶粒長大、增加滲碳層硬度和提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti 鋼中 Ti 的作用是優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定化合物，避免晶界貧鉻，防止晶間腐蝕，提高耐蝕性。 1試分析合金元素 Cr 在 40Cr、 GCr1 CrWMn、 1Cr1 1Cr18Ni9Ti、 4Cr9Si2 等鋼中的作用。 答：在 40Cr 中：提高淬透性，形成合金鐵素體，提高鋼的強度。 在 GCr15中：提高淬透性，形成合金滲碳體（ Fe, Cr） 3C 呈細密、均勻分布，提高鋼的耐磨性，特別是疲勞強度。 在 CrWMn 中：提高淬透性。 在 1Cr13 中：提高鋼基體的電極電位，使鋼的耐蝕性提高。 在 1Cr18Ni9Ti 中：提高基體的電極電位，在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，形成致密和穩(wěn)定的氧化膜，提高耐蝕性、抗氧化性，并有利于熱強性，提高淬透性。 在 4Cr9Si2 中：提高抗氧化性，并有利于熱 強性，提高淬透性。 1試就下列四個鋼號： 20CrMnTi、 6 T 40Cr 討論下列問題。在加熱溫度相同的情況下，比較其淬透性和淬硬性，并說明理由；各種鋼的用途、熱處理工藝、最終的組織。 答： (1) 加 熱 溫 度 相 同 的 情 況 下 ， 淬 透 性 20CrMnTi40CrT865 ，淬硬性T86540Cr20CrMnTi。決定淬透性的因素是碳質(zhì)量分數(shù)和合金元素， Cr、 Mn 等能顯著提高淬透性，合金鋼的淬透性一般要好于碳鋼。決定淬硬性的因素主要是馬氏體的碳質(zhì)量分數(shù)。 (2) 如下表所示。 用途 熱處理工藝 最終組織 20CrMnTi 汽車、拖拉機上的變速箱齒輪等重要零件 滲碳 — 淬火 — 低溫回火（ 870℃油淬 +200℃回火） 表面為合金滲碳體、回火 M 和少量殘余奧氏體，心部多數(shù)情況下為T、回火 M 和少量鐵素體 65 彈簧 淬火 +中溫回火 回火 T T8 沖頭、鑿子、錘子等工具 淬火 +低溫回火 回火 M 40Cr 連桿螺栓、進氣閥、重要齒輪、軸類件 870℃油淬 +520℃回火 調(diào)質(zhì)處理 +表面淬火 +低溫回火 回火 S 表面回火 M、心部回火 S 1要使球墨鑄鐵的基本組織為鐵素體、珠光體 或 下貝氏體，工藝上應(yīng)如何控制 ? 答：要得到鐵素體基體的球墨鑄鐵，應(yīng)進行退火處理；要得到珠光體基體的球墨鑄鐵，應(yīng)進行正火處理；要得到下貝氏體基體的球墨鑄鐵，則進行等溫淬火。 1有一灰口鑄鐵鑄件，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)石墨化不完全，尚有滲碳體存在。試分析其原因．并提出使這一鑄件完全化的方法。 答：原因可能是鑄鐵結(jié)晶時冷卻速度太快，碳原子不能充分擴散以石墨的形式析出，析出了滲碳體。要使該鑄件完全石墨化，應(yīng)進行高溫退火，使?jié)B碳體分解成石墨。如為共析滲碳體，可加熱到 550℃ 以上并長時間保溫，將共析滲碳體分解為石墨和鐵素體。 1試述石墨形態(tài)對鑄鐵 性能的影響。 答：石墨強度、韌性極低，相當于鋼基體上的裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。普通灰鑄鐵和孕育鑄鐵的石墨呈片狀，對基體的嚴重割裂作用使其抗拉強度和塑性都很低。球墨鑄鐵的石墨呈球狀，對基體的割裂作用顯著降低，具有很高的強度，又有良好的塑性和韌性，其綜合機械性能接近于鋼。蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)為蠕蟲狀，雖與灰鑄鐵的片狀石墨類似，但石墨片的長厚比較小，端部較鈍，對基體的割裂作用減小，它的強度接近于球墨鑄鐵，且有一定的韌性，較高的耐磨性。可鍛鑄鐵的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小，具有較高的 強度、一定的延伸率。 1試比較各類鑄鐵之間性能的優(yōu)劣順序，與鋼相比較鑄鐵性能有什么優(yōu)缺點？ 答：鑄鐵性能優(yōu)劣排序為：球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵、灰鑄鐵。與鋼相比，鑄鐵具有以下性能特點： (1) 由于石墨的存在，造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異； (2) 鋼鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減小了鑄件體積的收縮，降低了鑄件中的內(nèi)應(yīng)力； (3) 石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性能； (4) 石墨對振動的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗震性能； (5) 大量石墨的割裂作用 ，使鑄鐵對缺口不敏感。其主要缺點是韌性、塑性較低。 1為什么一般機器的支架、機床的床身常用灰口鑄鐵制造 ? 答：鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單。價格便宜，并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，其中灰口鑄鐵是應(yīng)用最廣泛的，盡管其抗拉強度和塑性都較低，但其良好的減振性能，能夠滿足一般機器的支架、機床的床身等使用場合。 1鋁硅合金為什么要進行變質(zhì)處理？ 答：一般情況下，鋁硅合金的共晶體由粗針狀硅晶體和 α固溶體組成，強度和塑性都較差；經(jīng)變質(zhì)處理后的組織是細小均勻的共晶體加初生α固溶體，合金的強度和塑性顯著提高，因此，鋁硅合金要進行變質(zhì)處理。 指出下列銅合金的類別、用途： H80、 H6 HPb63 HNi65 、 QBe2。 答：如下表所示。 合金牌號 類 別 用 途 H80 單相黃銅 薄壁管、裝飾品 H62 雙相黃銅 機械及電氣零件、鉚釘、螺帽、墊圈、散熱器及焊接件、沖壓件 HPb633 鉛黃銅 鐘表零件、汽車、拖拉機及一般機器零件 HNi655 鎳黃銅 船舶用冷凝管、電機零件 錫青銅 精密儀器中的耐磨零件盒抗磁元件、彈簧、藝術(shù)品 QBe2 鈹青銅 重要的彈簧及彈性元件、耐磨元件、高壓高速高溫軸承、鐘表齒輪、 羅盤零件 第 8 章 機械零件正確選材的基本原則是什么 ? 答：機械零件選材的最基本原則有： ①使用性能原則：優(yōu)異的使用性能，材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。 ②工藝性能原則：保證零件便于加工制造，材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。 ③經(jīng)濟性原則：便宜的價格，采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟材效益。