工程材料複習題
簡答題1、金屬晶體的常見晶格有哪三種？α-fe、γ-fe各是什麼晶格？
體心、麵心、密排六方 α-fe：體心立方結構 γ-fe：麵心立方結構
2、什麼是固溶強化？造成固溶強化的原因是什麼？
溶質原子使固溶體的強度和硬度公升高的現象稱固溶強化。
固溶強化的原因是晶格畸變。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形更加困難，提高了金屬的強度和硬度。
3、實際金屬晶體中存在哪些晶體缺陷？它們對效能有什麼影響？
實際金屬晶體中存在點缺陷（空位、間隙原子、置換原子）、線缺陷（位錯）、面缺陷（晶
界、亞晶界）三類晶體缺陷。
點缺陷造成晶格畸變，使材料強度增加。
位錯密度增加，材料強度增加。
晶界越多，晶粒越細，金屬強度越高，同時塑性越好。
4、fe—c合金中基本相有哪些？基本組織有哪些？
基本相：鐵素體（f）、滲碳體（fe3c）、奧氏體（a）
基本組織：鐵素體（f）、滲碳體（fe3c）、奧氏體（a）、珠光體（p）、萊氏體（ld）
5、簡述鋼的硬度、強度、塑性、韌性與含碳量的關係
隨著鋼中含碳量的增加，塑性、韌性下降，硬度增加。當含碳量小於0.9％時，含碳量增加，鋼的強度增加。
而當含碳量大於0.9％時，滲碳體以網狀分布於晶界或以粗大片狀存在，使得強度隨之下降。
6、m有何特徵？它的硬度取決於什麼因素？低碳m有何特徵？
m是碳在α-fe中的過飽和固溶體。
它的硬度主要取決於m的含碳量，含碳越高，m的強度、硬度越高。
低碳m是板條狀m，它具有良好的塑性和韌性，較高的斷裂韌度和較低的韌脆轉變溫度。
7、進行退火處理的目的是什麼？
(1)降低鋼的硬度以便於進行切削加工；
(2)消除殘餘應力，以穩定鋼件尺寸，並防止其變形和開裂；
(3)使化學成分均勻，細化晶粒，改善組織，提高鋼的力學效能。
(4)改善組織，為最終熱處理作好組織準備
8、淬火鋼中的殘餘奧氏體對工件效能有何影響？如何防止？
殘餘奧氏體降低鋼的硬度和耐磨性；工件使用過程中，由於殘餘奧氏體發生轉變，使工件尺寸發生變化，從而降低工件的尺寸精度。
將淬火工件冷卻到室溫後，隨即放到零下溫度的冷卻介質中冷卻，即進行冷處理；
回火處理。
9、為什麼亞共析鋼經正火後，可獲得比退火高的強度和硬度。
亞共析鋼退火後的組織為大量的f+少量p，而亞共析鋼經正火後的組織是數量較多且細小的珠光體組織。由於珠光體的強度和硬度比鐵素體高，因此亞共析鋼正火後可獲得比退火高的強度和硬度。
10、亞共析鋼、過共析鋼正火加熱溫度範圍是什麼？低碳鋼切削加工前和高碳鋼球化退火前正火的目的是什麼？
亞共析鋼正火加熱溫度：ac3+50～70℃。
過共析鋼正火加熱溫度：accm+50～70℃。
低碳鋼切削加工前正火目的：增加珠光體含量，使鋼的硬度提高，便於切削加工。
高碳鋼球化退火前正火目的：消除過共析鋼中的網狀二次滲碳體。
11、亞共析鋼的淬火加熱溫度是什麼？加熱溫度過高或過低會產生哪些問題？
加熱溫度為ac3+（30～70）℃
加熱溫度過高：a晶粒粗化，使淬火後m組織粗大；且氧化脫碳嚴重。
加熱溫度過低：淬火組織中將有f，使淬火硬度下降。
12、共析鋼淬火加熱溫度範圍是什麼？如加熱溫度過高會產生哪些有害影響？
應為727 +（30～70）℃。如加熱溫度過高，有下列危害：
（1）、奧氏體晶粒粗化，淬火後m粗大，脆性增大。
（2）、氧化、脫碳傾向增大，表面質量降低。
（3）、淬火應力大，工件變形、裂紋傾向增大。
13、過共析鋼淬火加熱溫度範圍是什麼？如加熱溫度過高會產生哪些有害影響？
應為ac1 +（30～70）℃。
如加熱溫度過高，超過acm，有下列危害：
（1）、fe3c完全溶入奧氏體，使奧氏體含碳量增加，ms降低。淬火後殘餘奧氏體量增加，降低鋼的硬度和耐磨性。
（2）、奧氏體晶粒粗化，淬火後m粗大，脆性增大。
（3）、氧化、脫碳傾向增大，鋼的表面質量降低。
（4）、淬火應力大，增加了工件變形、裂紋的傾向。
14、水作為淬火介質有何優缺點？
水作為淬火介質的優點是具有較強的冷卻能力，**低廉。
其主要缺點是：
①在需要快冷的650～500℃範圍內（碳鋼過冷奧氏體最不穩定區域），它的冷卻能力低；
②在300～200℃需要慢冷時，它的冷卻能力太強，易使零件產生變形，甚至開裂；
③水溫對水的冷卻能力影響大。
15、為什麼通常碳鋼在水中淬火，而合金鋼在油中淬火？若合金鋼在水中淬火會怎樣？
碳鋼件淬火時難以使馬氏體轉變充分，而水的冷卻能力強，使鋼易於獲得馬氏體。
合金鋼淬透較好，在油中冷卻能獲得馬氏體。
合金剛導熱能力差，若在水中淬火，會使工件產生裂紋和變形。
16、淬火鋼進行回火的目的是什麼？
得到所需要的組織與效能通過適當回火可改變淬火組織，調整和改善鋼的效能。
穩定工件尺寸回火使不穩定的淬火組織轉變為穩定組織。
消除或減少淬火內應力
17、鋼經淬火後為何一定要回火？鋼的效能與回火溫度有何關係？
鋼經淬火後回火有如下目的：(1)獲得工件所需的組織和效能
(2)穩定組織，穩定工件尺寸
(3)消除、減少淬火應力
隨著回火溫度的提高，鋼的強度指標(σb、σs)和硬度逐漸下降,塑性指標（ψ、δ）與韌性指標逐漸提高。而回火溫度在300～400℃附近，彈性極限出現峰值。
18、什麼是鋼的回火脆性？如何避免？
隨著回火溫度的公升高，通常強度、硬度下降，而塑性、韌性提高。但某些溫度範圍內回火，鋼的韌性不但沒有提高，反而顯著下降，這種脆化現象稱回火脆性。
300℃左右回火產生的回火脆性是第一類回火脆性，它是不可逆的。一般不在此溫度範圍內回火。
含有cr、ni、mn等合金元素的合金鋼，在450～650℃回火或經更高溫度回火後緩慢冷卻通過該溫度區間時，產生第二類回火脆性。它是可逆的。防止辦法：
儘量減少鋼中雜質元素含量；加入w或mo等能抑制晶界偏析的元素；對中小件，可通過回火後快冷來抑制回火脆性。
19、為什麼高頻淬火零件的表面硬度、耐磨性及疲勞強度均高於一般淬火？
由於高頻感應加熱速度快、時間短，使得加熱後所獲得的a晶粒細小而均勻，淬火後可在表層獲得極細的馬氏體或隱針馬氏體，因而表面硬度、耐磨性高於一般淬火。
一般淬火工件的表面存在殘餘拉應力，而高頻淬火後工件表層存在殘餘壓應力。殘餘壓應力能抵消在變動載荷作用下產生的拉應力，因此高頻淬火零件的疲勞強度均高於一般
淬火。四、工藝分析題
4、汽車半軸要求具有良好的強韌性，且杆部、花鍵處硬度要求≥52hrc。現選用40cr鋼製造，其工藝路線如下：下料（棒料）→鍛造毛坯→熱處理①→校直→粗加工→熱處理②→精加工→熱處理③、④→磨削。
指出其工藝過程路線中應選用的熱處理方法及目的，並說明杆部、花鍵處的最終熱處理組織。
熱處理①：正火。其目的為：消除鍛造應力；調整鍛後的硬度，改善切削效能；細化晶粒，為淬火作好組織準備。
熱處理②：調質。其目的為：獲得良好的強韌性，即良好的綜合力學效能。
熱處理③：表面淬火。其目的是：獲得m，提高杆部、花鍵處表面硬度。
熱處理③：低溫回火。其目的為：消除表面淬火應力及脆性，得到高的硬度和耐磨性
表層為回火m，心部為索氏體（s）
5、一般精度的gcr15滾動軸承套圈，硬度60-65hrc。
(1)壓力加工成形後、切削加工之前應進行什麼預備熱處理？其作用是什麼？
(2)該零件應採用何種最終熱處理？有何作用？ p162
（1）球化退火降低硬度，球化fe3c，以利於切削，並為淬火作好組織準備。
（2）淬火+低溫退火
淬火：獲得高硬度m
低溫退火：去除脆性、應力，穩定組織。
6、用w18cr4v w6mo5cr4v2al鋼製造銑刀，其加工工藝路線為：下料→鍛造毛坯→熱處理①→機械加工→去應力退火→熱處理②、③→磨削。
請指出其工藝過程路線中熱處理方法、目的及組織。
熱處理①為球化退火：消除鍛造應力；降低硬度，利於切削加工；為淬火作組織準備。
組織：s+粒狀碳化物
熱處理②為淬火：獲得m。 組織： m+未溶細粒狀碳化物+大量殘餘a
熱處理③為高溫回火（多次）：消除淬火內應力，降低淬火鋼脆性；減少殘餘a含量；具有二次硬化作用，提高熱硬性。
最終組織：回火m+粒狀合金碳化物+少量殘餘a
7、工具機床頭箱傳動齒輪，45鋼，模鍛製坯。要求齒部表面硬度52～56hrc，齒輪心部應具有良好的綜合機械效能。其工藝路線為：
下料→鍛造→熱處理①→機械粗加工→熱處理②→機械精加工→齒部表面熱處理③+低溫回火→精磨。
指出熱處理①、②、③的名稱及作用
熱處理①：正火。消除鍛造應力；調整鍛後的硬度，改善切削加工效能; 細化晶粒，為淬火作好組織準備。 組織：s
熱處理②：調質（或淬火加高溫回火）。獲得良好的綜合機械效能。組織：回火s
熱處理③：齒部表面淬火。獲得m。
11、用20crmnti鋼製造汽車齒輪，要求齒面硬度為58～62hrc，心部硬度為35～40hrc。其工藝路線為：
下料→鍛造→熱處理①→機械加工→熱處理②、③、④→噴丸→磨削
（1）指出熱處理①、②、③、④的名稱及作用
（2）齒輪表層和心部的最終組織是什麼？p263
用20crmnti鋼製造汽車變速箱齒輪，齒輪要求強韌性好，齒面硬度要求62～64hrc，心部硬度為35～40hrc。其工藝路線如下：下料→鍛造→熱處理①→切削加工→熱處理②、③、④→磨削。
指出其工藝過程路線中應選用的熱處理方法及目的，並說明齒輪的最終熱處理組織。
熱處理①為正火。其目的為：消除鍛造應力，調整鍛後的硬度，改善切削加工效能；
組織：s+少量f
熱處理②為滲碳。其目的為：使低碳鋼件表面得到高碳。
熱處理③為淬火。其目的為：獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強度及
較高的塑性、韌性。
表層組織：m + 碳化物 + 殘餘a。
心部組織：低碳m +鐵素體
熱處理④為低溫回火。其目的為：消除表面淬火內應力和脆性,得到高的硬度。
表層最終組織： 針狀回火m + 粒狀碳化物 + 少量殘餘a。
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