工程材料及机械制造基础复习思考题含答案（6-9章）(6)

磨→成品

（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回

火→精磨→成品

（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品 36.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用；

（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ （3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？

答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得

高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。

（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成

表面脱落。 （3）渗碳。

37.有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？

答：不能。本质晶粒度是在930±19℃,保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点Acl以上直到930℃晶粒并未显著长大。超过

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此温度后,由于阻止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 ℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。

38.为什么用铝脱氧的钢及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？ 答：铝脱氧及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素会形成高温难溶

的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。

39.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却,来不及发生扩散

分解而发生无扩散型的相变。 马氏体相变的特点为：

(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后,组织中固溶的碳浓度没有变化,马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致,仅发生晶格改变,因而马氏体的转变速度极快。

(2)有共格位向关系。马氏体形成时,马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的,既属于马氏体,又属于奥氏体,称这种关系为共格关系。

(3)在通常情况下,过冷奥氏体向马氏体转变开始后,必须在不断降温条件下转变才能继续进行,冷却过程中断,转变立即停止。

40.说明共析钢 C 曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响 C 曲线形状和位置的主要因素。

答：过冷奥氏体等温转变曲线说明：

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1)由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线;由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。A 1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;A1线以下,转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。

2)过冷奥氏体在各个温度等温转变时,都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说,转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖,它所对应的温度称为鼻温。 3)共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:在C曲线鼻尖以上部分,即A1~550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变,转变产物是珠光体,故又称珠光体转变;在C曲线鼻尖以下部分,即550℃~Ms之间,过冷奥氏体发生贝氏体转变,转变产物是贝氏体,故又称贝氏体转变;在Ms点:以下,过冷奥氏体发生马氏体转变,转变产物是马氏体,故又称马氏体转变。

亚共析和过共析钢的等温转变C曲线,与共析钢的不同是,亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。

影响 C 曲线形状和位置的主要因素有：

凡是提高奥氏体稳定性的因素,都使孕育期延长,转变减慢,因而使C曲线右移。-反之,使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关,在亚共析钢中,随着含碳量的增加,钢的C曲线位置右移。在过共析钢中,随着含碳量的增加,c曲线又向左移。除此之外,钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长,奥氏体晶粒愈粗大,则C曲线的位置愈右移。

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41.将 20 钢及 60 钢同时加热至 860 ℃，并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？

答：60 钢奥氏体晶粒粗大些。

第六章 合 金 钢

1.为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？ 答： 碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一

些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。 (1) 如上所述合金钢的淬透性高 (2)合金钢回火抗力高

碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。 (3)合金钢能满足一些特殊性能的要求

如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）。

2.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和MS点有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？

答：除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，

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碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外，还将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms点降低，残余奥氏体量增多。

由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移, 从而使退火状态组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度增加, 塑性下降。 由于过冷奥氏体稳定性增大, 合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性, 促进马氏体的形成, 使强度大为增加但焊接性能变坏。 3.合金元素对回火转变有何影响？

答；合金元素对回火转变及性能的影响如下：

1.产生二次硬化

由于合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,还阻碍碳化物的聚集和长大,因而合金钢中的碳化物在较高的回火温度时,仍能保持均匀弥散分布的细小碳化物的颗粒。强碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量较高及在一定回火温度下,还将沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体上,并与马氏体保持共格关系,阻碍位错运动,使钢的硬度反而有所提高,这就形成了二次硬化。钢的硬度不仅不降低,反而再次提高。

在合金钢中,当含有W、Mo、Ti、V、Si等,它们一般都推迟a相的回复与再结晶和碳化物的聚集,从而可抑制钢的硬度、强度的降低。

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