1、簡答題：
1．已知某優質碳素結構鋼經完全退火後珠光體的體積分數為59%。
（1）計算該鋼含碳量並給出鋼號。
（2）該鋼能否製造直徑為φ30mm的軸類零件？為什麼？
（3）能否製造直徑為φ300mm的軸類零件？為什麼？
答：（1）該鋼含碳量為：0.59×0.77%=45.43%。45鋼。
（2）能。因該鋼的水淬臨界直徑d0=16mm，用水淬該軸基本可淬透。
（3）不能。因該鋼的水淬臨界直徑d0=16mm，用水淬該軸件也不能淬透，從而其效能不能滿足使用要求.
ps;在20c的水中，45鋼的d=16mm，40cr鋼的d=36mm,40crnimo鋼d=87mm,在礦物油中，45鋼的d=8mm,40cr的d=20mm,40crnimo的d=66mm.
2．蒸汽閥門的閥杆對綜合力學效能要求較高，同時要求具有一定的耐腐蝕性。
（1）在1cr18ni9ti、2cr13、45和20crmnti四種鋼中選擇一種合適的材；
（2）畫出最終熱處理工藝曲線（註明溫度範圍）。
答：（1）選2cr13鋼較合適。
（2）如下圖所示
2cr13鋼的最終熱處理工藝曲線示意圖
3．某尺寸較大的軸承套圈試生產時選用gcr15，淬火後心部總出現較多的屈氏體組織不能滿足要求。
（1）分析出現屈氏體的原因；
（2）改用哪種鋼比較合適？
（3）畫出預先熱處理和最終熱處理工藝曲線。
答：（1）由於尺寸較大，該鋼的油淬臨界直徑小，心部淬不透所致。
（2）改用gcr15simn鋼較合適。
（3）預先熱處理和最終熱處理工藝曲線如下圖所示
預先熱處理等溫球化退火工藝曲線示意圖
最終熱處理工藝曲線示意圖
4．某零件用45鋼製造，淬火時用水作冷卻介質，淬硬層深度不能滿足要求。倉庫中有40cr、50、40和60si2mn四種材料。
（1）選用哪種鋼比較合適？
（2）淬火時選用哪種淬火介質比較合適？
（3）回火溫度選在什麼溫度範圍內比較合適？
答：(1)選40cr鋼。（2）淬火介質用油。（3）回火溫度550℃±20℃。
5．針對汽車或拖拉機傳遞動力的齒輪回答以下問題。
（1）分析主要失效形式和對效能的主要要求；
（2）在45、16mn、crwmn和20crmnti中選擇一種合適的材料並寫出簡明加工路線。滲碳鋼
答：（1）其主要失效形式有：彎曲疲勞；接觸疲勞；磨損；斷齒等。
（2）選20crmnti鋼。
其簡明加工路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳、淬火、低溫回火→噴丸→精磨→裝配
6．乙個直徑為φ60mm的軸，要求抗拉強度大於900mpa且綜合力學效能較好，目前倉庫中有25、40cr、gcr15、9sicr四種材料可供選用。問：
滲碳鋼，調質鋼（中淬），軸承鋼，低合金工具鋼
（1）選哪種材料最合適（簡要說明理由）；
（2）畫出最終熱處理工藝曲線（要求給出溫度範圍），為什麼要選用這種工藝？
答：（1）40cr。該鋼的淬透性好，φ60mm的軸淬火後心部可獲得良好的效能。
（2）最終熱處理工藝曲線示意圖如下：
用該工藝處理後其組織為回火索氏體，能使其具有良好的綜合力學效能。
7．一種零件需要切削加工，批量很大，要求材料具有良好加工效能，抗拉強度大於450mpa，延伸率大於30%，其他效能沒有要求。回答：
（1）選擇一種最合適的材料；
（2）寫出簡明加工路線；
（3）所選材料與45鋼相比有哪些優點。
答：（1）選y20鋼。
（2）下料→機加工→檢查→包裝
（3）所選材料與45鋼相比其切削性好、一般不需進行熱處理。
8．某零件用45鋼製造，淬火時用水作冷卻介質，要求淬硬層深度為8mm，實際得到的淬硬層深度為3mm。倉庫中有40crmn、50、40和5crmnmo四種材料熱鍛模鋼
（1）選用哪種鋼比較合適？
（2）淬火時選用哪種淬火介質比較合適？
（3）回火溫度選在什麼溫度範圍內比較合適？cr主要是提高淬透性，強度有所提高，
對塑性、韌性影響不大；
mo、v不僅能提高淬透性，還能細化組織，防止第二類回火脆性，提高塑性和韌性；
cr-mn鋼中同時加入cr、mn兩種元素，能更好的提高鋼的淬透性和強度。
如：40cr 、35crmo、42crmo
答：（1）選40crmn鋼較合適。
（2）淬火介質選用20#機油較合適。
（3）回火溫度在500~520℃。
9．說明高碳鋼常用的預先熱處理工藝（畫出工藝曲線並進行簡要分析）；說明預先熱處理的目的。
答：高碳鋼常用的預先熱處理工藝為球化退火。其工藝曲線見下圖所示。
加熱溫度選在ac1＋(20~30)℃，目的是保留部分滲碳體，為在ar1－(10~20)℃等溫時形成球狀滲碳體作為核心。
預先熱處理（球化退火）的目的：降低硬度，使滲碳體呈球狀，不僅便於機加工，也為最終熱處理作好組織準備。
10．某工具機主軸（直徑約φ40mm），要求有良好的綜合力學效能，軸頸部分要求耐磨（50~55hrc），選擇一種比較合適的材料；寫出簡明加工工藝路線；說明工藝路線中各個熱處理環節的目的。
答：選45鋼。
其簡明加工路線為：下料→鍛造→預先熱處理（退火或正火）→機加工1（粗）→淬火+高溫回火（調質）→機加工2（精）區域性高頻淬火（軸頸部分）→磨削→包裝。
預先熱處理是為了消除鍛造應力、降低硬度、便於機加工，為調質作好組織準備。調質處理是為了使主軸具有高的綜合力學效能和疲勞強度。區域性高頻淬火使軸頸部分獲得高硬度、高耐磨性。
二、分析比較crwmn合金工具鋼與t10碳素工具鋼。
1．crwmn鋼的淬火加熱溫度與t10鋼相比哪個高？為什麼？
答：crwmn鋼的淬火加熱溫度比t10鋼的高。
因該鋼中加入了能提高鋼的相變點的合金元素cr、w，且cr、w易與碳形成較高熔點的合金碳化物，為使其中的合金元素溶入奧氏體中， 充分發揮合金元素的固熔強化作用，故該鋼的加熱溫度要比t10鋼的高些。
2．直徑均為φ30mm的t10鋼和crwmn鋼，加熱透燒後均在油中冷卻，獲得的淬硬層深度相同嗎？為什麼？
答：不同，t10鋼的淬硬層較crwmn鋼的薄，因為t10鋼的淬透性差（與crwmn鋼相比而言），它又是碳素工具鋼，不能用冷卻能力較差的油作淬火介質。
3．為什麼用t10鋼製造的刀具刃部受熱至200~250℃其硬度和耐磨性已迅速下降，以致於失效；而crwmn鋼製造的刀具刃部在230~250℃條件下工作，硬度仍不低於60hrc，且耐磨效能良好，尚可維持正常工作？
答：t10鋼屬碳素工具鋼，其抗回火穩定性差，熱硬性低，刃部受熱至200~250℃時淬火馬氏體就會分解，使其硬度和耐磨性大大降低，以致於失效；而crwmn鋼中的合金元素w能提高回火穩定性和熱硬性，其刃部受熱至200~250℃時淬火馬氏體不易分解，故硬度仍不低於60hrc，且耐磨效能良好，尚可維持正常工作。
4．若用crwmn鋼製造圓板牙或絲錐等薄刃刀具，應採用何種熱處理工藝（包括預先熱處理和最終熱處理）？試分析各熱處理工藝的作用及其所得組織。
答：預先熱處理採用球化退火工藝。其作用是：消除鍛造應力、降低硬度，使滲碳體呈球狀，不僅便於機加工，也為最終熱處理作好組織準備。組織為p球狀。
最終熱處理採用淬火+低溫回火工藝。淬火處理後使其具有高的硬度、耐磨性和熱硬性，足夠的強度，一定的韌性。其組織為：
淬火馬氏體+粒狀合金滲碳體。低溫回火的作用是降低淬火應力、穩定組織、穩定尺寸、調整硬度。其組織為：
回火馬氏體+粒狀合金滲碳體。
三、根據fe－fe3c相圖，說明產生下列現象的原因。
1．完全退火後含碳量為1.0％的鋼比含碳量為0.5％的鋼硬度高。
答：因組織及其硬度不同所致。即含碳量為1.
0％的鋼經完全退火後組織為p+fe3cⅱ網狀，而含碳量為0.5％的鋼經完全退火後組織為p+f，且f含量約35%。由於fe3c的硬度比f的高，故完全退火後含碳量為1.
0％的鋼比含碳量為0.5％的鋼硬度高。
2．鉗工用手工鋸鋸t10、t12鋼料時比鋸10、20鋼料費力，鋸條容易磨鈍。
答：一般情況下t10、t12鋼料供貨狀態為球化退火態，其組織為球狀珠光體（即細小粒狀的滲碳體均勻分布在鐵素體基體上），而10、20鋼料供貨狀態為退火態，其組織為塊狀的珠光體+鐵素體，且鐵素體含量較多。滲碳體與鐵素體相比，前者硬度高、耐磨性好，故用手工鋸鋸t10、t12鋼料時比鋸10、20鋼料費力，鋸條容易磨鈍。
3．在室溫下，含碳量為0.8％的鋼其強度比含碳量為1.2％的鋼高。
答：在室溫下，含碳量為0.8％的鋼其組織為p。含碳量為1.2％的鋼其組織為p+fe3c。而fe3c是乙個硬脆相，故它的存在使含碳量為1.2％的鋼的強度降低。
4．含碳量為0.45％的鋼加熱到1200℃開始鍛造，冷卻到800℃停止鍛造。
答：45鋼在1200~800℃鍛造恰巧是在其塑性良好的單相奧氏體區進行，若開鍛溫度＞1200℃，由於其奧氏體晶粒易長大，使其塑性變差，易產生鍛造缺陷；若停鍛溫度＜800℃，落在45鋼的p+f兩相區，其塑性也變差，也易產生鍛造缺陷（如鍛造裂紋）。
5．鐵絲易折彎，鑄鐵易破裂，為什麼？
答：鐵絲一般為低碳鋼絲，室溫組織為p+f，硬度低、塑性好，抗彎能量差，故易折彎。鑄鐵含碳量高，室溫組織由p+ fe3cⅱ網狀+l'd組成，硬度高、脆性大、抗裂紋擴充套件能力差，故易破裂。
6．為什麼鋼鉚釘用低碳鋼（ωc=0.25%)製作？
答：ωc=0.25%的鋼製鉚釘通常在正火態下使用，其室溫組織為細小塊狀的細珠光體加鐵素體，該組織具有一定的強度和良好的韌性，即具有良好的綜合力學效能，故能滿足使用效能（如較好的抗衝擊、抗剪能力等）的要求。
7．為什麼綁紮物體一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲）， 而起重機鋼絲繩卻用60鋼（ωc=0.60%)製成？
答：鍍鋅低碳鋼絲，其硬度低、塑性好、易折彎，故容易將物體綁緊。而起重機鋼絲繩的力學效能需較高的抗拉強度，用60鋼經淬火加中溫回火，可獲得具有高強度的回火屈氏體組織，故製作鋼絲繩用60鋼。
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