【正文】 ?？紤]到對(duì)表面硬度的要求，可采用氮化處理。 高精度磨床主軸，要求變形小，表面硬度高（ 900HV），心部強(qiáng)度高，并有一定韌性。滲碳表面處理的目的是增加表面層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)并獲得一定的濃度梯度 ，通常表面的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到約 ％ ，隨后的淬火 +低溫回火，使得表面組織為高碳回火馬氏體 +碳化物 +殘余奧氏體，強(qiáng)度特別是疲勞強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌度均能達(dá)到相當(dāng)高的程度，而心部組織為低碳回火馬氏體，具有良好的韌性和塑性。 答：汽車齒輪通常受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度及沖擊韌度等性能指標(biāo)均較高。低溫回火可以消除淬火引起的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形與開裂，以及保證工件的尺寸精度，同時(shí)保持所需的機(jī)械性能。精加工后輪齒還要經(jīng)過高頻淬火及低溫回火處理，這是由于高頻淬火后，表面組織為隱晶馬氏體，提高了表面硬度，提高了耐磨性。細(xì)化和均勻組織，改善切削性能。 第九章 機(jī)床變速齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼制造，它的工藝路線為：下料 － 鍛造 － 正火 － 粗加工 － 調(diào)質(zhì) － 精加工 － 輪 齒高頻淬火及低溫回火 － 精磨，試分析正火處理、調(diào)質(zhì)處理和高頻淬火及低溫回火的目的。 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。 答：如下表所示。 1鋁硅合金為什么要進(jìn)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(qiáng)度和塑性都較差；經(jīng)變質(zhì)處理后的組織是細(xì)小均勻的共晶體加初生α固溶體，合金的強(qiáng)度和塑性顯著提高，因此，鋁硅合金要進(jìn)行變質(zhì)處理。 1為什么一般機(jī)器的支架、機(jī)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(jiǎn)單。與鋼相比，鑄鐵具有以下性能特點(diǎn)： (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(shí)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(chǔ)存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性能； (4) 石墨對(duì)振動(dòng)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(duì)缺口不敏感?？慑戣T鐵的石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的割裂作用較小，具有較高的 強(qiáng)度、一定的延伸率。球墨鑄鐵的石墨呈球狀，對(duì)基體的割裂作用顯著降低，具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，其綜合機(jī)械性能接近于鋼。 答：石墨強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)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。如為共析滲碳體，可加熱到 550℃ 以上并長時(shí)間保溫，將共析滲碳體分解為石墨和鐵素體。 答：原因可能是鑄鐵結(jié)晶時(shí)冷卻速度太快，碳原子不能充分?jǐn)U散以石墨的形式析出，析出了滲碳體。 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。 (2) 如下表所示。決定淬透性的因素是碳質(zhì)量分?jǐn)?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。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。 在 4Cr9Si2 中：提高抗氧化性，并有利于熱 強(qiáng)性，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 GCr15 中：提高淬透性，形成合金滲碳體（ Fe, Cr） 3C 呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性，特別是疲勞強(qiáng)度。 1試分析合金元素 Cr 在 40Cr、 GCr1 CrWMn、 1Cr1 1Cr18Ni9Ti、 4Cr9Si2 等鋼中的作用。 答： 20CrMnTi 鋼種 Ti 的作用是阻止?jié)B碳時(shí)奧氏體晶粒長大、增加滲碳層硬度和提高耐磨性。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。因?yàn)楦咚黉撝泻写罅康?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℃。其在高速切割中刃部溫度達(dá) 600℃時(shí)，其硬度無明顯下降。熱處理特點(diǎn)是 1220～ 1280℃淬火 +550～ 570℃三次回火，得到的組織為回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量殘余奧氏體。 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(xì)小，分布均勻，能大大提高鋼的硬度和耐磨性。這類碳化物在淬火加熱時(shí)較難溶解，加熱時(shí)，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(shí)，形成 W2C 或 Mo2C 彌散分布，造成二次硬化。鉻還能提高鋼的抗氧化、脫碳的能力。加入 Cr 提高淬透性， 幾乎所有高速鋼的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為 4%。 答：高速鋼的成分特點(diǎn)是：（ 1）高碳，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 %以上，最高可達(dá) %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。軸承鋼中非金屬夾雜物和碳化物的不均勻性對(duì)鋼的性能，尤其是對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度影響很大，因?yàn)閵A雜物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點(diǎn)，因此，軸承鋼對(duì)非金屬夾雜物限制特別嚴(yán)格。進(jìn)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(qiáng)度，彈性極限高，并有一定的塑性和韌性。熱處理工藝為 850℃油淬， 520℃回火；對(duì)于直徑 位為 10mm 的螺栓，選擇 45 鋼代替 40Cr，可節(jié)約 Cr 且達(dá)到基本要求，熱處理工藝為 840℃水淬， 600℃回火。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝？ 答：為滿足機(jī)械性能要求，應(yīng)考慮材料的淬透性能。調(diào)質(zhì)鋼 的合金化特點(diǎn)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(qiáng)度，加入防止第二類回火脆性的元素如 Mo、 W；熱處理特點(diǎn)是淬火 (油淬 )后高溫回火，得到的組織是回火索氏體。并增加滲碳層的硬度，提高耐磨性。 試述滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼的合金化及熱處理特點(diǎn)。 答：如表 11 所示 鋼 類 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 應(yīng)用實(shí)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(qiáng)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。 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。提高硬度，提高車刀的耐磨性。改善機(jī)加工性能，同時(shí)為淬火做組織準(zhǔn)備。 正火：得到 S+二次滲碳體、細(xì)化組織，消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。 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。 4 用 T10 鋼制造形狀簡(jiǎn)單的車刀，其工藝路線為： 鍛造一熱處理一機(jī) 加工 一熱處理一磨加工。所以，獲得馬氏體并對(duì)其回火是鋼的最經(jīng)濟(jì)和最有效的綜合強(qiáng)化方法。 3為什么說得到馬氏體隨后回火處理是鋼的最經(jīng)濟(jì)而又最有效的強(qiáng)韌化方法？ 答：淬火形成馬氏體時(shí)，馬氏體中的位錯(cuò)密度增高，而屈服強(qiáng)度是與位錯(cuò)密度成正比的?；鼗鸷罂炖?(通常用油冷 )，抑制雜質(zhì)元素在晶界偏聚，可防止其發(fā)生。提高鐵元素的再結(jié)晶溫度，使碳化物難以聚集長大而保持較大的彌散度，因此提高了鋼對(duì)回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形態(tài)均勻、彌散分布在合金中使合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。這增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，也使滑移抗力增加。另一方面第二相質(zhì)點(diǎn)本身就是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙物，位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)不能直接越過第二相質(zhì)點(diǎn)。 彌散強(qiáng)化原理：許多金屬材料的組織由基體 (常為固溶體 )和第二相組成，第二相一般為金屬化合物。金屬發(fā)生塑性變形，隨變形度的增大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。另一方面由于晶粒破碎細(xì)化，晶界增多。這種通過形成固溶體使 金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。凡是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素都使金屬材料強(qiáng)化。 答：金屬材料的強(qiáng)度 (主要指屈服強(qiáng)度 )反映金屬材料對(duì)塑性變形的抗力。由于氮化工藝復(fù)雜，時(shí)間長，成本高