金屬材料學課后答案(較全)第一章1.為什么說鋼中的S、P雜質元素在一般情況下總是有害的？答：S、P會導致鋼的熱脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，導致合金鋼的第二類高溫回火脆性，高溫蠕變時的晶界脆斷。S能形成FeS，其熔點為989℃，鋼件在大于1000℃的熱加工溫度時FeS會熔化，所以易產生熱脆；P能形成Fe3P，性質硬而脆，在冷加工時產生應力集中，易產生裂紋而形成冷脆。2.鋼中的碳化物按點陣結構分為哪兩大類？各有什么特點？答：簡單點陣結構和復雜點陣結構簡單點陣結構的特點：硬度較高、熔點較高、穩定性較好；復雜點陣結構的特點：硬度較低、熔點較低、穩定性較差。3.簡述合金鋼中碳化物形成規律。答：①當rC/rM>0.59時，形成復雜點陣結構；當rC/rM<0.59時，形成簡單點陣結構；②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、電化學因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復合碳化物。③NM/NC比值決定了碳化物類型④碳化物穩定性越好，溶解越難，析出難越，聚集長大也越難；⑤強碳化物形成元素優先與碳結合形成碳化物。4.合金元素對Fe-C相圖的S、E點有什么影響？這種影響意味著什么？答：A形成元素均使S、E點向_____移動，F形成元素使S、E點向_____移動。S點左移意味著_____減小，E點左移意味著出現_______降低。（左下方；左上方）（共析碳量；萊氏體的C量）5.試述鋼在退火態、淬火態及淬火-回火態下，不同合金元素的分布狀況。答：退火態：非碳化物形成元素絕大多數固溶于基體中，而碳化物形成元素視C和本身量多少而定。優先形成碳化物，余量溶入基體。淬火態：合金元素的分布與淬火工藝有關。溶入A體的因素淬火后存在于M、B中或殘余A中，未溶者仍在K中。回火態：低溫回火，置換式合金元素基本上不發生重新分布；>400℃，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度取決于回火溫度和時間。6.有哪些合金元素強烈阻止奧氏體晶粒的長大？阻止奧氏體晶粒長大有什么好處？答：Ti、Nb、V等強碳化物形成元素（好處）：能夠細化晶粒，從而使鋼具有良好的強韌度配合，提高了鋼的綜合力學性能。7.哪些合金元素能顯著提高鋼的淬透性？提高鋼的淬透性有何作用？答：在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面可以使工件得到均勻而良好的力學性能，滿足技術要求；另一方面，在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。8.能明顯提高回火穩定性的合金元素有哪些？提高鋼的回火穩定性有什么作用？答：提高回火穩定性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si作用：提高鋼的回火穩定性，可以使得合金鋼在相同的溫度下回火時，比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強度；或者在保證相同強度的條件下，可在更高的溫度下回火，而使韌性更好些。9.第一類回火脆性和第二類回火脆性是在什么條件下產生的？如何減輕和消除？答：第一類回火脆性:脆性特征：①不可逆；②與回火后冷速無關；③斷口為晶界脆斷。產生原因：鋼在200-350℃回火時，Fe3C薄膜在奧氏體晶界形成，削弱了晶界強度；雜質元素P、S、Bi等偏聚晶界，降低了晶界的結合強度。防止措施：①降低鋼中雜質元素的含量；②用Al脫氧或加入Nb（鈮）、V、Ti等合金元素細化奧氏體晶粒；③加入Cr、Si調整溫度范圍；④采用等溫淬火代替淬火回火工藝。第二類回火脆性：脆性特征：①可逆；②回火后滿冷產生，快冷抑制；③斷口為晶界脆斷。產生原因：鋼在450-650℃回火時，雜質元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界，形成網狀或片狀化合物，降低了晶界強度。高于回火脆性溫度，雜質元素擴散離開了晶界或化合物分解了；快冷抑制了雜質元素的擴散。防止措施：①降低鋼中的雜質元素；②加入能細化A晶粒的元素（Nb、V、Ti）③加入適量的Mo、W元素；④避免在第二類回火脆性溫度范圍回火。10.就合金元素對鐵素體力學性能、碳化物形成傾向、奧氏體晶粒長大傾向、淬透性、回火穩定性和回火脆性等幾個方面總結下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答：Si：①Si是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）②Si是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Si鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；③Si量少時，如果以化合物形式存在，則阻止奧氏體晶粒長大，從而細化A晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性；④Si提高了鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。⑤Si提高鋼的低溫回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑥Si能夠防止第一類回火脆性。①Mn強化鐵素體，在低合金普通結構鋼中固溶強化效果較好；（強度增加，韌性減小）②Mn是奧氏體形成元素，促進A晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；③Mn使A等溫轉變曲線右移，提高鋼的淬透性；④Mn提高鋼的回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑤Mn促進有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼回火脆性的傾向。①Cr是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）②Cr是碳化物形成元素，能細化晶粒，改善碳化物的均勻性；③Cr阻止相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透性；④Cr提高回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑤Cr促進雜質原子偏聚，增大回火脆性傾向；Mo:（W類似于Mo）①是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）②是較強碳化物形成元素，所以能細化晶粒，改善碳化物的均勻性，大大提高鋼的回火穩定性；③阻止奧氏體晶粒長大，細化A晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性；④能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。⑤能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或減輕鋼第二類回火脆性的有效元素。:（Ti、Nb類似于V）①是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）②是強碳化物形成元素，形成的VC質點穩定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強性和回火穩定性；③阻止A晶粒長大的作用顯著，細化A晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性；④提高鋼的淬透性，消除回火脆性。Ni:①是奧氏體形成元素，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；（強度增加，韌性增加）②是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Ni鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；③對A晶粒長大的影響不大；④能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。⑤提高回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；⑥促進鋼中有害元素的偏聚，增大鋼的回火脆性。總結：11.根據合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回火穩定性、奧氏體晶粒長大傾向、韌性和回火脆性等方面比較下列鋼號的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo答：①淬透性：40CrNiMo>40CrMn>40CrNi>40Cr（因為在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金元素的復合作用更大。）②回火穩定性：40CrNiMo>40CrMn>40CrNi>40Cr③奧氏體晶粒長大傾向：40CrMn>40Cr>40CrNi>40CrNiMo④韌性：40CrNiMo>40CrNi>40CrMn>40Cr（Ni能夠改善基體的韌度）⑤回火脆性：40CrNi>40CrMn>40Cr>40CrNiMo（Mo降低回火脆性）12.為什么W、Mo、V等元素對珠光體轉變阻止作用大，而對貝氏體轉變影響不大？答：對于珠光體轉變，不僅需要C的擴散和重新分布，而且還需要W、Mo、V等K形成元素的擴散，而間隙原子碳在A中的擴散激活能遠小于W、Mo、V等置換原子的擴散激活能，所以W、Mo、V等K形成元素擴散是珠光體轉變時碳化物形核的控制因素。V主要是通過推遲碳化物形核與長大來提高過冷奧氏體的穩定性W、Mo除了推遲碳化物形核與長大外，還增大了固溶體原子間的結合力、鐵的自擴散激活能，減緩了C的擴散。貝氏體轉變是一種半擴散型相變，除了間隙原子碳能作長距離擴散外，W、Mo、V等置換原子都不能顯著地擴散。W、Mo、V增加了C在y相中的擴散激活能，降低了擴散系數，推遲了貝氏體轉變，但作用比Cr、Mn、Ni小。13.為什么鋼的合金化基本原則是“復合加入”？試舉兩例說明合金元素復合作用的機理。答：因為合金元素能對某些方面起積極的作用，但許多情況下還有不希望的副作用，因此材料的合金化設計都存在不可避免的矛盾。合金元素有共性的問題，但也有不同的個性。不同元素的復合，其作用是不同的，一般都不是簡單的線性關系，而是相互補充，相互加強。所以通過合金元素的復合能夠趨利避害，使鋼獲得優秀的綜合性能。例子：①Nb-V復合合金化：由于Nb的化合物穩定性好，其完全溶解的溫度可達1325-1360℃。所以在軋制或鍛造溫度下仍有未溶的Nb，能有效地阻止高溫加熱時A晶粒的長大，而V的作用主要是沉淀析出強化。②Mn-V復合：Mn有過熱傾向，而V是減弱了Mn的作用；Mn能降低碳活度，使穩定性很好的VC溶點降低，從而在淬火溫度下VC也能溶解許多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩定性。14.合金元素V在某些情況下能起到降低淬透性的作用，為什么？而對于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，為什么？答：釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應的穩定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時，降低淬透性。15.怎樣理解“合金鋼與碳鋼的強度性能差異，主要不在于合金元素本身的強化作用，而在于合金元素對鋼相變過程的影響。并且合金元素的良好作用，只有在進行適當的熱處理條件下才能表現出來”？16.合金元素提高鋼的韌度主要有哪些途徑？答：①細化奧氏體晶粒-----如Ti、V、Mo②提高鋼的回火穩定性-----如強K形成元素③改善基體韌度-----------Ni④細化碳化物-------------適量的Cr、V⑤降低或消除鋼的回火脆性—W、Mo⑥在保證強度水平下，適當降低含碳量，提高冶金質量⑦通過合金化形成一定量的殘余奧氏體17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼，其油淬臨界淬透直徑Dc分別為25-30mm、40-60mm、60-100mm，試解釋淬透性成倍增大的現象。答：在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。Cr、Ni、Mo都能提高淬透性，40Cr、40CrNi、40CrNiMo單一加入到復合加入，淬透性從小到大。較多的Cr和Ni的適當配合可大大提高鋼的淬透性，而Mo提高淬透性的作用非常顯著。18.鋼的強化機制有哪些？為什么一般鋼的強化工藝都采用淬火-回火？答：四種強化機制：固溶強化、位錯強化、細晶強化和第二相彌散強化。因為淬火+回火工藝充分利用了細晶強化,固溶強化、位錯強化、第二相強化這四種強化機制。(1)淬火后獲得的馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和間隙固溶體,碳原子起到了間隙固溶強化效應。(2)馬氏體形成后，奧氏體被分割成許多較小的取向不同的區域，產生了細晶強化作用。(3)淬火形成馬氏體時，馬氏體中的位錯密度增高，從而產生位錯強化效應。(4)淬火后回火時析出的碳化物造成強烈的第二相強化，同時也使鋼的韌性得到了改善。綜上所述：無論是碳鋼還是合金鋼，在淬火-回火時充分利用了強化材料的四種機制，從而使鋼的機械性能的潛力得到了充分的發揮。所以獲得馬氏體并進行相應的回火是鋼的最經濟最有效的綜合強化手段。19.試解釋40Cr13已屬于過共析鋼，而Cr12鋼中已經出現共晶組織，屬于萊氏體鋼。答：①因為Cr屬于封閉y相區的元素，使S點左移，意味著共析碳量減小，所以鋼中含有Cr12%時，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不銹鋼就屬于過共析鋼。②Cr使E點左移，意味著出現萊氏體的碳含量減小。在Fe-C相圖中，E點是鋼和鐵的分界線，在碳鋼中是不存在萊氏體組織的。但是如果加入了12%的Cr，盡管含碳量只有2%左右，鋼中卻已經出現了萊氏體組織。20.試解釋含Mn稍高的鋼易過熱；而含Si的鋼淬火加熱溫度應稍高，且冷作硬化率較高，不利于冷變形加工。答：Mn是奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；Si是鐵素體形成元素，提高了鋼的A1溫度，所以含Si鋼往往要相應地提高淬火溫度。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。合金元素溶入基體，點陣產生不同程度的畸變，使冷作硬化率提高，鋼的延展性下降。21.什么叫鋼的內吸附現象？其機理和主要影響因素是什么？答：合金元素溶入基體后，與晶體缺陷產生交互作用，使這些合金元素發生偏聚或內吸附，使偏聚元素在缺陷處的濃度大于基體中的平均濃度，這種現象稱為內吸附現象。機理：從晶體結構上來說，缺陷處原子排列疏松、不規則，溶質原子容易存在；從體系能量角度上分析，溶質原子在缺陷處的偏聚，使系統自由能降低，符合自然界最小自由能原理。從熱力學上說，該過程是自發進行的，其驅動力是溶質原子在缺陷和晶內處的畸變能之差。影響因素：①溫度：隨著溫度的下降，內吸附強烈；②時間：通過控制時間因素來控制內吸附；③缺陷類型：缺陷越混亂，畸變能之差越大，吸附也越強烈；④其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有優先吸附的問題；⑤點陣類型：基體的點陣類型對間隙原子有影響。22.試述鋼中置換固溶體和間隙固溶體形成的規律答：置換固溶體的形成的規律：決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點陣結構、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似.①Ni、Mn、Co與y-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似，即無限固溶；②Cr、V與α-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似，形成無限固溶體；③Cu和γ-Fe點陣結構、原子半徑相近，但電子結構差別大——有限固溶；④原子半徑對溶解度影響：ΔR≤±8%，可以形成無限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度極小。間隙固溶體形成的規律：①間隙固溶體總是有限固溶體，其溶解度取決于溶劑金屬的晶體結構和間隙元素的原子尺寸；②間隙原子在固溶體中總是優先占據有利的位置；③間隙原子的溶解度隨溶質原子的尺寸的減小而增大；④同一溶劑金屬不同的點陣結構，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。23.在相同成分的粗晶粒和細晶粒鋼中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？24.試述金屬材料的環境協調性設計的思路答：金屬材料的使用，不僅要考慮產品的性能要求，更應考慮材料在生命周期內與環境的協調性。將LCA方法應用到材料設計過程中產生的新概念，它要求在設計時要充分兼顧性能、質量、成本和環境協調性，從環境協調性的角度對材料設計提出指標及建議。盡量不使用環境協調性不好的元素，即將枯竭性元素和對生態環境及人體有害作用的元素。25.什么叫簡單合金、通用合金？試述其合金化設計思想及其意義。答：簡單合金：組元組成簡單的合金系。設計化思想：通過選擇適當的元素，不含有害元素、不含枯竭元素和控制熱加工工藝來改變材料的性能。簡單合金在成分設計上有幾個特點：合金組元簡單，再生循環過程中容易分選；原則上不加入目前還不能精煉方法除去的元素；盡量不適用環境協調性不好的合金元素。意義：不含對人體及生態環境有害的元素，不含枯竭性元素，并且主要元素在地球上的儲量相當大，并且容易提取。所生產的材料既具有良好的力學性能，又有好的再生循環性。通用合金：是指通過調整元素含量能在大范圍內改變材料性能，且元素數最少的合金系。設計思想：合金的種類越多，再生循環就越困難。最理想的情況是所有金屬制品用一種合金系來制造，通過改變成分配比改變材料性能。意義：這種通用合金能滿足對材料要求的通用性能，如耐熱性、耐腐蝕性和高強度等。合金在具體用途中的性能要求則可以通過不同的熱處理等方法來實現。通過調整成分配比開發出性能更加優異、附加值更高的再生材料。26.與碳素鋼相比，一般情況下合金鋼有哪些主要優缺點？答：優點：晶粒細化、淬透性高、回火穩定性好；缺點：合金元素的加入使鋼的冶煉以及加工工藝性能比碳素鋼差，價格也較為昂貴。而且回火脆性傾向也較大。第二章工程結構鋼1.敘述構件用鋼一般的服役條件、加工特點和性能要求。答：服役條件：①工程結構件長期受靜載；②互相無相對運動受大氣（海水）的侵蝕；③有些構件受疲勞沖擊；④一般在-50~100℃范圍內使用；加工特點：焊接是構成金屬結構的常用方法；一般都要經過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝。性能要求：①足夠的強度與韌度（特別是低溫韌度）；②良好的焊接性和成型工藝性；③良好的耐腐蝕性；2.低碳鋼中淬火時效和應變時效的機理是什么？對構件有何危害？答：構件用鋼加熱到Ac1以上淬火或塑性變形后，在放置過程中，強度、硬度上升，塑性、韌性下降，韌脆轉變溫度上升，這種現象分別稱為淬火時效和應變時效。產生的原因：C、N等間隙原子偏聚或內吸附于位錯等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。危害：在生產中的彎角、卷邊、沖孔、剪裁等過程中產生局部塑形變形的工藝操作，由于應變時效會使局部地區的斷裂抗力降低，增加構件脆斷的危險性。應變時效還給冷變形工藝造成困難，往往因為裁剪邊出現裂縫而報廢。3.為什么普低鋼中基本上都含有不大于2.0%w(Mn)？答：加入Mn有固溶強化作用，每1%Mn能夠使屈服強度增加33MPa。但是由于Mn能降低A3溫度，使奧氏體在更低的溫度下轉變為鐵素體而有輕微細化鐵素體晶粒的作用。Mn的含量過多時，可大為降低塑韌性，所以Mn控制在<2.0%。4.為什么貝氏體型普低鋼多采用0.5%w(Mo)和微量B作為基本合金化元素？答：鋼中的主要合金元素是保證在較寬的冷卻速度范圍內獲得以貝氏體為主的組織。當Mo大于0.3%時，能顯著推遲珠光體的轉變，而微量的B在奧氏體晶界上有偏析作用，可有效推遲鐵素體的轉變，并且對貝氏體轉變推遲較少。因此Mo、B是貝氏體鋼中必不可少的元素。5.什么是微合金化鋼？微合金化元素的主要作用是什么？答：微合金化鋼是指化學成分規范上明確列入需加入一種或幾種碳氮化物形成元素的鋼中。作用：Nb、V、Ti單元或復合是常用的，其作用主要有細化晶粒組織和析出強化。微合金元素通過阻止加熱時奧氏體晶粒長大和抑制奧氏體形變再結晶這兩方面作用可使軋制后鐵素體晶粒細化，從而具有較好的強韌度配合。6.在汽車工業上廣泛應用的雙相鋼，其成分、組織和性能特點是什么？為什么能在汽車工業上得到大量應用，發展很快？答：主要成分：~0.2%C，1.2~1.5%Si，0.8~1.5%Mn，~0.45%Cr，~0.4%Mo，少量V、Nb、Ti。（質量分數）組織：F基體上分布不連續島狀混合型M（<20%）。F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中.性能特點：低σs，且是連續屈服，無屈服平臺和上、下屈服；均勻塑變能力強，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后σs可達500~700MPa。因為雙相鋼具有足夠的沖壓成型性，而且具備良好的塑性、韌度，一定的馬氏體還可以保證提高鋼的強度。7.在低合金高強度工程結構鋼中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它們的主要作用是什么？答：Nb、V、Ti單元或復合是常用的，其作用主要有細化晶粒組織和析出強化。微合金元素通過阻止加熱時奧氏體晶粒長大和抑制奧氏體形變再結晶這兩方面作用可使軋制后鐵素體晶粒細化，從而具有較好的強韌度配合。第三章3-2為什么說淬透性是評定鋼結構性能的重要指標？結構鋼一般要經過淬火后才能使用。淬透性好壞直接影響淬火后產品質量3-3調質鋼中常用哪些合金元素？這些合金元素各起什么作用？Mn：↑↑淬透性，但↑過熱傾向，↑回脆傾向；Cr：↑↑淬透性，↑回穩性，但↑回脆傾向；Ni:↑基體韌度，Ni-Cr復合↑↑淬透性，↑回脆；Mo：↑淬透性,↑回穩性，細晶,↓↓回脆傾向；V：有效細晶，(↑淬透性)，↓↓過熱敏感性。3-4機械制造結構鋼和工程結構鋼對使用性能和工藝性能上的要求有什么不同？工程結構鋼：1、足夠的強度與韌度（特別是低溫韌度）；2、良好的焊接性和成型工藝性；3、良好的耐腐蝕性；4、低的成本機械制造結構鋼：1具有良好的力學性能不同零件，對鋼強、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求2具有良好冷熱加工工藝性如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等3-5低碳馬氏體鋼在力學性能和工藝性上有哪些優點？在應用上應注意些什么問題？力學性能：抗拉強度σb，1150~1500MPa；屈服強度σs,950~1250MPaψ≥40%；伸長率δ，≥10%；沖擊韌度AK≥6J。這些性能指標和中碳合金調質鋼性能相當，常規的力學性能甚至優于調質鋼。工藝性能：鍛造溫度淬火加自回火局限性：工作溫度<200℃;強化后難以進行冷加工\焊接等工序;只能用于中小件;淬火時變形大,要求嚴格的零件慎用.3-6某工廠原來使用45MnNiV生產直徑為8mm高強度調質鋼筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,熱處理工藝是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因該鋼缺貨，庫存有25MnSi鋼。請考慮是否可以代用。熱處理工藝如何調整？能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火3-7試述彈簧的服役條件和對彈簧鋼的主要性能要求。為什么低合金彈簧鋼中碳含量一般在0.5%~0.75%（質量分數）之間？服役條件：儲能減振、一般在動負荷下工作即在沖擊、振動和長期均勻的周期改變應力下工作、也會在動靜載荷作用下服役；性能要求：高的彈性極限及彈性減退抗力好，較高的屈服比；高的疲勞強度、足夠的塑性和韌度；工藝性能要求有足夠的淬透性；在某些環境下，還要求彈簧具有導電、無磁、耐高溫和耐蝕等性能，良好的表面質量和冶金質量總的來說是為了保證彈簧不但具有高的彈性極限﹑高的屈服極限和疲勞極限（彈簧鋼含碳量要比調質鋼高），還要有一定的塑性和韌性（含碳量太高必然影響塑性和韌性了）。3-8彈簧為什么要求較高的冶金質量和表面質量？彈簧的強度極限高是否也意味著彈簧的疲勞極限高，為什么？要嚴格控制彈簧鋼材料的內部缺陷，要保證具有良好的冶金質量和組織均勻性；因為彈簧工作時表面承受的應力為最大，所以不允許表面缺陷，表面缺陷往往會成為應力高度集中的地方和疲勞裂紋源，顯著地降低彈簧的疲勞強度不一定高。強度極限是在外力作用下進一步發生形變.是保持構件機械強度下能承受的最大應力，包括拉伸、壓縮和剪切強度，不一定指彈性極限3-9有些普通彈簧冷卷成型后為什么進行去應力退火？車輛用板簧淬火后，為什么要用中溫回火？去應力退火的目的是：a)消除金屬絲冷拔加工和彈簧冷卷成形的內應力；b)穩定彈簧尺寸，利用去應力退火來控制彈簧尺寸；c)提高金屬絲的抗拉強度和彈性極限；回火目的：（1）減少或消除淬火內應力，防止工件變形或開裂。（2）獲得工藝要求的力學性能。（3）穩定工件尺寸回火工藝選擇的依據是彈性參數和韌性參數的平衡和配合3-10大型彈簧為什么要先成形后強化，小型彈簧先強化后成形?為了方便成型，大彈簧強化后就很難改變形狀了，所以要先成型再強化。反之小彈簧就可以先強化再成型3-11直徑為25mm的40CrNiMo鋼棒料，經正火后難切削為什么？40CrNiMo屬于調質鋼，正火得到的應該是珠光體組織。由于該鋼的淬透性較好，空冷就能得到馬氏體，不一定是全部，只要部分馬氏體就會使硬度提高很多，而變得難以切削。3-12鋼的切削加工型與材料的組織和硬度之間有什么關系？為獲得良好的切削性，中碳鋼和高碳鋼各自經過怎樣的熱處理，得到什么樣的金相組織？硬度由高到低的組織：馬氏體、珠光體和鐵素體，硬度高切削性能差。中碳鋼：淬火加高溫回火，回火后得回火索氏體高碳鋼：淬火加低溫回火，回火后得回火馬氏體少量碳化物和殘余奧氏體3-13用低淬鋼做中、小模數的中、高頻感應加熱淬火齒輪有什么特點？不改變表面化學成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；表面局部加熱，零件的淬火變形小；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現象；在表面形成殘余壓應力，提高疲勞強度。小齒輪：得到沿著輪廓分布硬化層→“仿形硬化”（關鍵）3-14滾動軸承鋼常含哪些元素、為什么含Cr量限制在一定范圍？①高碳、鉻、硅、錳等合金元素②它可以提高淬透性、回火穩定性、硬度、耐磨性、耐蝕性。但如果質量分數過大（大于1.65%）會使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度、尺寸穩定性降低，同時增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性3-15滾動軸承鋼對冶金質量、表面質量和原始組織有那些要求，為什么？要求：純凈和組織均勻，不允許缺陷存在原因：1軸承鋼的接觸疲勞壽命隨鋼中的氧化物級別增加而降低；非金屬夾雜物可破壞基體的連續性，容易引起應力集中，可達很高數值；2碳化物的尺寸和分布對軸承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化物具有高的硬度和脆性、密集的碳化物影響鋼的冷熱加工性，降低鋼的沖擊韌度3-16滾動軸承鋼原始組織中碳化物的不均勻性有哪幾種情況？應如何改善或消除？液析碳化物、帶狀碳化物和網狀碳化物消除措施：液析碳化物：采用高溫擴散退火，一般在1200℃進行擴散退火帶狀碳化物：需要長時間退火網狀碳化物：控制中扎或終鍛溫度、控制軋制后冷速或正火3-17在使用狀態下，的最佳組織是什么？在工藝上應如何保證？組織特點：細小均勻的奧氏體晶粒度5~8級；M中含0.5~0.6%C；隱晶M基體上分布細小均勻的粒狀K，體積分數約7~8%，一般可有少量AR熱處理工藝：球化退火→為最終淬火作組織準備；淬回火工藝參數對疲勞壽命有很大影響；一般采用保護氣氛加熱或真空加熱；160℃保溫3h或更長回火，硬度62~66HRC；如要求消除AR→淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。3-18分析機床主軸的服役條件、性能要求。按最終熱處理工藝分類機床主軸有哪幾種？每種主軸可選用那些鋼號？其冷熱加工工藝路線是怎樣的？服役條件：①傳遞扭矩，交變性，有時會承受彎曲、拉壓負荷；②都有軸承支承，軸頸處受磨損，需要較高的硬度，耐磨性好；③大多數承受一定的沖擊和過載性能要求：足夠的強度；一定的韌度和耐磨性分類：輕載主軸：采用45鋼，整體經正火或調質處理，軸頸處高頻感應加熱淬火；中載主軸：一般用40Cr等制造，進行調質處理，軸頸處高頻感應加熱淬火。如沖擊力較大，也可用20Cr等鋼進行滲碳淬火重載主軸：可用20CrMnTi鋼制造，滲碳淬火高精度主軸：一般可用38CrMoAlA氮化鋼制造，經調質后氮化處理，可滿足要求冷熱加工工藝路線：毛坯→預先熱處理→機械粗加工→最終熱處理（淬火回火或滲碳淬火等)→精加工。3-19分析齒輪的服役條件、性能要求。在機床、汽車拖拉機及重型機械上，常分別采用哪些材料做齒輪？應用那些熱處理工藝？服役條件：機床齒輪：載荷不大，工作平穩，一般無大的沖擊力，轉速也不高汽車、拖拉機上的變速箱齒輪屬于重載荷齒輪。航空發動機齒輪和一些重型機械上的齒輪承受高速和重載性能要求：較高的彎曲疲勞強度、高的接觸疲勞抗力、足夠的塑性和韌度、耐磨性好機床齒輪：常選用調質鋼制造，如45、40Cr、42SiMn等鋼，熱處理工藝為正火或調質，高頻感應加熱淬火汽車、拖拉機上的變速箱齒輪：一般都采用滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，進行滲碳熱處理。航空發動機齒輪和一些重型機械上的齒輪：一般多采用高淬透性滲碳鋼，如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等鋼。3-20高錳耐磨鋼有什么特點，如何獲得這些特點，在什么情況下適合使用這類鋼？特點：高碳、高錳。鑄件使用。特點獲得手段：1材質方面：控制碳含量、錳含量、加入適量合金元素2熱處理方面：①水韌處理加熱T應＞Acm，一般為1050~1100℃，在一定保溫時間下，K全部溶入A中②緩慢加熱、避免產生裂紋③鑄件出爐至入水時間應盡量縮短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水溫不宜超過30℃，水冷后水溫應小于60℃④水韌處理后不宜再進行250~350℃的回火處理，也不宜在250~350℃以上溫度環境中使用。應用：廣泛應用于承受大沖擊載荷、強烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機的襯板、顎板、磨球，挖掘機斗齒、坦克的履帶板等3-21為什么ZGMn13型高錳耐磨鋼咋淬火時能得到全部奧氏體組織，而緩冷卻得到了大量的馬氏體？①由于高錳鋼的鑄態組織為奧氏體，碳化物及少量的相變產物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌性，為消除碳化物，將鋼加熱至奧氏體區溫度（1050-1100℃，視鋼中碳化物的細小或粗大而定）并保溫一段時間（每25mm壁厚保溫1h），使鑄態組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中進行淬火，從而得到單一的奧氏體組織②Mn元素的存在降低了Ms點，在冷卻過程中Mn元素會析出以使Ms點升高。淬火時冷卻速度較快Mn來不及析出，所以Ms點較低，得到的是奧氏體組織；緩慢冷卻時Mn可以析出，Ms點上升，得到的就是大量馬氏體組織。3-22一般說硫（S）元素在鋼中的有害作用是引起熱脆性，而在易切削鋼中為什么有有意的加入一定量的S元素？硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續性，在切削時促使斷屑形成小而短的卷曲半徑，而易于排除，減少刀具磨損，降低加工表面粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。3-2320Mn2鋼滲碳后是否適合直接淬火，為什么？不能，原因：20Mn2不是本質細晶粒鋼，Mn元素在低碳鋼中減小的是珠光體晶粒尺寸，高碳鋼中增大的也是珠光體晶粒，而粗晶粒鋼是加熱時（在一定范圍內，對本質晶粒鋼是在930以下）隨溫度升高晶粒變大，細晶粒鋼是變小，或者不易長大，Mn雖然可以細化珠光體，但是卻可以增大奧氏體長大的傾向，對20Mn2，含錳較高，這樣大大增加奧氏體長大的傾向，所以是本質粗晶粒鋼，不能直接淬火。3-24在飛機制造廠中，常用18Cr2Ni4WA鋼制造發動機變速箱齒輪。為減少淬火后殘余應力和齒輪的尺寸變化，控制心部硬度不致過高，以保證獲得必需的沖擊吸收能量，采用如下工藝：將滲碳后的齒輪加熱到850℃左右，保溫后淬入200~220℃的第一熱浴中，保溫10min左右，取出后立即置于500~570℃的第二熱浴中，保持1~2h，去出空冷到室溫。問此時鋼表、里的組織是什么？（已知該鋼的Ms是310℃，表面滲碳后的Ms約是80℃）表層：回火馬氏體加少量殘余奧氏體心部：回火索氏體3-25某精密鏜床主軸用38CrMoAl鋼制造，某重型齒輪銑床主軸選擇了20CrMnTi制造，某普通車床材料為40Cr鋼。試分析說明它們各自采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織和性能特點（不必寫出熱處理工藝具體參數）。熱處理工藝：38CrMoAlA氮化鋼制造某精密鏜床主軸，經調質后氮化處理，可滿足要求。20CrMnTi鋼制造某重型齒輪銑床主軸，滲碳淬火。40Cr鋼制造某普通車床材料，進行調質處理，軸頸處高頻感應加熱淬火最終組織和性能特點：38CrMoAlA氮化鋼含氮層，回火索氏體；有高的表面硬度、耐磨性及疲勞強度，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高20CrMnTi表面一般是殘余奧氏體+馬氏體+碳化物（有時無）的混合組織，心部是低碳馬氏體、低碳馬氏體+上貝氏體、或低碳馬氏體+上貝氏體+鐵素體的混合組織；具有較高的強度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當好40Cr鋼表面馬氏體，心部回火索氏體；40Cr鋼一定的韌性、塑性和耐磨性3-26試述微合金非調質鋼的成分、組織及性能特點成分：①微合金非調質鋼是通過微合金化、控制軋制（鍛制）和控制冷卻等強韌化方法，取消了調質處理達到或接近調質鋼力學性能的一類優質或特殊質量結構鋼②微合金化元素：Ti、Nb、V、N等元素，V是主要的。多元適量，復合加入原則組織：主要是F+P+彌散析出K性能特點：①微合金非調質鋼獲得了晶內析出鐵素體(IGF)組織,細化了晶粒,熱鍛后的晶粒度可達8級以上。具有高強度、高韌性；②鍛后空冷,抗拉強度、沖擊韌度都很高3-27材料選用的基本原則有哪些？①滿足使用性能要求；②滿足工藝性能要求③要經濟適用④其他因素：考慮外形和尺寸特點；合金化基本原則：多元適量，復合加入。3-28論述選擇材料的基本思路和方法。①分析材料的工作條件、尺寸形狀和應力狀態，科學合理的確定零件的技術要求；②通過分析分析或實驗，結合同類型零件失效分析結果，找出實際工作時零件的主要和次要失效抗力指標作為選材的基本依據；③根據所要求的主要力學性能，選擇材料④綜合考慮鋼種是否滿足次要失效抗力指標的可能性和可能采用的工藝措施⑤審查所選鋼種是否滿足所有工藝性基本要求和組織生產的可能性，進一步考慮材料的經濟性和生產成本⑥盡量選擇簡化加工工藝的材料、要考慮零件的綜合成本、保證淬透性鋼的合理選擇第六章耐熱鋼1.在耐熱鋼的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是強化元素？哪些是奧氏體形成元素？說明其作用機理。答：①Cr：提高鋼抗氧化性的主要元素，Cr能形成附著性很強的致密而穩定的氧化物Cr2O3，提高鋼的抗氧化性。②Al：是提高鋼抗氧化性的主要元素，含鋁的耐熱鋼在其表面上能形成一層保護性良好的Al2O3膜，它的抗氧化性能優于Cr2O3膜。③Si：是提高抗氧化性的輔助元素，效果比Al還要有效。高溫下，在含硅的耐熱鋼表面上形成一層保護性好、致密的SiO2膜。鋼中含硅量達1％～2％時，就有較明顯的抗氧化效果。④Mo、W：是提高低合金耐熱鋼熱強性能的重要元素，Mo溶入基體起固溶強化作用，能提高鋼的再結晶溫度，也能析出穩定相，從而提高熱強性。W的作用于Mo相似。⑤Ti、Nb、V：是強碳化物形成元素，能形成穩定的碳化物，提高鋼的松弛穩定性，也提高熱強性。當鋼中有Mo、Cr等元素時，能促進這些元素進入固溶體，提高高溫強度。⑥Ni：是奧氏體形成元素，獲得奧氏體組織。2.為什么鍋爐管子用珠光體熱強鋼的含C量都較低（<0.2%）？有一鍋爐管子經運行兩年后，發現有“起瘤”現象，試分析原因，并提出改進設想。答：因為含碳量高了，使珠光體球化和聚集速度加快，石墨化傾向增大，合金元素的再分配加速，并且鋼的焊接、成型等工藝性能有所降低。在保證有足夠強度的前提下，盡可能降低碳量。3.提高鋼熱強性的途徑有哪些？答：(1)強化基體：耐熱溫度要求越高，就要選用熔點越高的金屬作基體。合金元素的多元適量復合加入，可顯著提高熱強性。(2)強化晶界:①凈化晶界:在鋼中加入稀土、硼等化學性質比較活潑的元素；②填充晶界空位：晶界上空位較多，原子易快速擴散。B易偏聚于晶界，減少晶界空位。(3)彌散相強化：金屬基體上分布著細小、穩定、彌散分布的第二相質點，能有效地阻止位錯運動，而提高強度。獲得彌散相的方法有直接加入難熔質點和時效析出兩種。(4)熱處理：珠光體耐熱鋼進行熱處理，一方面可獲得需要的晶粒度，另一方面可以提高珠光體熱強鋼的蠕變強度。4.為什么y-Fe基熱強鋼比a-Fe基熱強鋼的熱強性要高？答：因為金屬或合金的晶格類型也影響原子間結合力。對Fe基合金來說，面心立方晶體的原子間結合力較強，體心立方晶體較弱。所以奧氏體型鋼要比鐵素體型鋼、馬氏體型鋼、珠光體型鋼的蠕變抗力高。因為奧氏體晶體y-Fe的原子排列比較致密，合金元素在y-Fe晶體中不容易擴散，并且y-Fe晶界上原子有序度比較好，晶界強度較高。5.什么叫抗氧化鋼？常用在什么地方？答：抗氧化鋼：在高溫下有較好的抗氧化能力且具有一定強度的鋼。常用于工業爐子中的構件、爐底板、料架、爐罐等。6.為什么低合金熱強鋼都用Cr、Mo、V合金化？答:因為Cr是提高鋼抗氧化性的主要元素，Cr能形成附著性很強的致密而穩定的氧化物Cr2O3，提高鋼的抗氧化性。Cr也能固溶強化，提高鋼的持久強度和蠕變極限。Mo是提高低合金耐熱鋼熱強性能的重要元素，Mo溶入基體起固溶強化作用，能提高鋼的再結晶溫度，也能析出穩定相，從而提高熱強性。V是強碳化物形成元素，能形成穩定的碳化物，提高鋼的松弛穩定性，也提高熱強性。當鋼中有Mo、Cr等元素時，能促進這些元素進入固溶體，提高高溫強度。第八章鑄鐵1、鑄鐵與碳鋼相比，在成分、組織和性能上有什么區別？（1）白口鑄鐵：含碳量約2.5%,硅在1%以下白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（Fe3c）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業應用方面很少直接使用，只用于少數要求耐磨而不受沖擊的制件，如拔絲模、球磨機鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料（2）灰口鑄鐵；含碳量大于4.3％，鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡單，成本低、廣泛用于制造結構復雜鑄件和耐磨件。（3）鋼的成分要復雜的多，而且性能也是各不相同鋼是含碳量在0.04%-2.3%之間的鐵碳合金。我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等，而且鋼還根據品質分類為①普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）②優質鋼（P、S均≤0.035%）③高級優質鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化學成分又分①碳素鋼：.低碳鋼（C≤0.25%）.中碳鋼（C≤0.25~0.60%）.高碳鋼（C≤0.60%）。②合金鋼：低合金鋼（合金元素總含量≤5%）.中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）.高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。2、C、Si、Mn、P、S元素對鑄鐵石墨化有什么影響？為什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的鑄鐵易出現白口？（1）合金元素可以分為促進石墨化元素和阻礙石墨化元素，順序為：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb為中性元素，向左促進程度加強，向右阻礙程度加強。C和Si是鑄鐵中主要的強烈促進石墨化元素，為綜合考慮它們的影響，引入碳當量CE=C%+1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶點。S是強烈阻礙石墨化元素，降低鑄鐵的鑄造和力學性能，控制其含量。（2）鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過程中易產生白口組織和裂紋。白口組織是由于在鑄鐵補焊時，碳、硅等促進石墨化元素大量燒損，且補焊區冷速快，在焊縫區石墨化過程來不及進行而產生的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的鑄鐵焊接材料或鎳基合金、銅鎳合金、高釩鋼等非鑄鐵焊接材料，或補焊時進行預熱緩冷使石墨充分析出，或采用釬焊，可避免出現白口組織，。3、鑄鐵壁厚對石墨化有什么影響？冷速越快，不利于鑄鐵的石墨化，這主要取決于澆注溫度、鑄型材料的導熱能力及鑄件壁厚等因素。冷速過快，第二階段石墨化難以充分進行。4、石墨形態是鑄鐵性能特點的主要矛盾因素，試分別比較說明石墨形態對灰鑄鐵和球墨鑄鐵力學性能及熱處理工藝的影響。墨的數量、大小和分布對鑄鐵的性能有顯著影響。如片狀石墨，數量越多對基體的削弱作用和應力集中程度越大。石墨形狀影響鑄鐵性能：片狀、團絮狀、球狀。對于灰鑄鐵，熱處理僅能改變基體組織，改變不了石墨形態，熱處理不能明顯改善灰鑄鐵的力學性能。球墨鑄鐵是石墨呈球體的灰鑄鐵，簡稱球鐵。由于球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，對基體的割裂作用大為減少，球鐵比灰鑄鐵及可鍛鑄鐵具有高得多的強度、塑性和韌性。5、球墨鑄鐵的性能特點及用途是什么？球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用于制造內燃機、汽車零部件及農機具等.。珠光體型球墨鑄鐵——柴油機的曲軸、連桿、齒輪；機床主軸、蝸輪、蝸桿；軋鋼機的軋輥；水壓機的工作缸、缸套、活塞等。鐵素體型球墨鑄鐵——受壓閥門、機器底座、汽車后橋殼等。6、和剛相比，球墨鑄鐵的熱處理原理有什么異同？球墨鑄鐵的熱處理主要有退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么鑄鐵？數字代表什么意義？各具有什么樣的基體和石墨形態？說明他們的力學性能特點及用途。（1）灰鑄鐵常用型號為HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350球墨鑄鐵常用型號為黑心可鍛鑄鐵常用牌號為其中KTH300-06適用于氣密性零件,KTH380-08適用于水暖件，KTH350-10適用于閥門、汽車底盤。（2）牌號中代號后面只有一組數字時，表示抗拉強度值；有兩組數字時，第一組表示抗拉強度值，第二組表示延伸率值。兩組數字中間用“一”隔開。抗拉強度隨壁厚而變化，壁厚越大抗拉強度越小。3）①灰口鑄鐵：灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。灰鑄鐵價格便宜，應用廣泛，其產量約占鑄鐵總產量的80%以上。1.牌號：常用的牌號為HT100、HT150、HT200、……、HT3502.組織灰鑄鐵的組織是由液態鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。灰鑄鐵的顯微組織如下圖所示。為提高灰鑄鐵的性能，常對灰鑄鐵進行孕育處理，以細化片狀石墨，常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。經孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。3.熱處理熱處理只能改變鑄鐵的基體組織，但不能改變石墨的形態和分布。由于石墨片對基體的連續性的破壞嚴重，產生應力集中大，因而熱處理對灰鑄鐵的強化效果不大，其基體強度利用率只有30%-50%。灰鑄鐵常用的熱處理有：消除內應力退火、消除白口組織退火和表面淬火。4.用途灰鑄鐵主要用于制造承受壓力和振動的零部件，如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等。②球墨鑄鐵：球墨鑄鐵是指石墨呈球形的灰口鑄鐵，是由液態鐵水經石墨化后得到的。與灰鑄鐵相比，它的碳當量較高，一般為過共晶成分，這有利于石墨球化。1.牌號：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、QT700-02、QT800-02、QT1200-012.組織球墨鑄鐵是由基體+球狀石墨組成，鑄態下的基體組織有鐵素體、鐵素體加珠光體和珠光體3種。球狀石墨是液態鐵水經球化處理得到的。加入到鐵水中能使石墨結晶成球形的物質稱為球化劑，常用的球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。鎂是阻礙石墨化的元素，為了避免白口，并使石墨細小且分布均勻，在球化處理的同時還必須進行孕育處理，常用的孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。3.性能由于球狀石墨圓整程度高，對基體的割裂作用和產生的應力集中更小，基體強度利用率可達70%-90%。接近于碳鋼，塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高。4.熱處理由于球狀石墨危害程度小，因而可以對球墨鑄鐵進行各種熱處理強化。球墨鑄鐵的熱處理主要有退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。5.用途球墨鑄鐵在汽車、機車、機床、礦山機械、動力機械、工程機械、冶金機械、機械工具、管道等方面得到廣泛應用，可代替部分碳鋼制造受力復雜，強度、韌性和耐磨性要求高的零件。③可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經石墨化退火后獲得的，其石墨呈團絮狀。可鍛鑄鐵中要求碳、硅含量不能太高，以保證澆注后獲得白口組織，但又不能太低，否則將延長石墨化退火周期。1.牌號：KTHKTBKTZ分別表示黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號2.組織可鍛鑄鐵的組織與第二階段石墨化退火的程度有關。當第一階段石墨化充分進行后（組織為奧氏體+團絮狀石墨），在共析溫度附近長時間保溫，使第二階段石墨化也充分進行，則得到鐵素體+團絮狀石墨組織，由于表層脫碳而使心部的石墨多于表層，斷口心部呈灰黑色，表層呈灰白色，故稱為黑心可鍛鑄鐵。若通過共析轉變區時，冷卻較快，第二階段石墨化未能進行，使奧氏體轉變為珠光體，得到珠光體+團絮狀石墨的組織，稱為珠光體可鍛鑄鐵。3.性能由于可鍛鑄鐵中的團絮狀石墨對基體的割裂程度及引起的應力集中比灰鑄鐵要小，因而其強度、塑性和韌性均比灰鑄鐵高，接近于鑄鋼，但不能鍛造，其強度利用率達到基體的40%-70%。4.用途可鍛鑄鐵常用于制造形狀復雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件如用鑄鋼制造則鑄造性能差，用灰鑄鐵則韌性等性能達不到要求。8、如何理解鑄鐵在一般的熱處理過程中，石墨參與相變，但是熱處理并不能改變石墨的形態和分布。鑄鐵的熱處理目的在于兩方面：一是改變基體組織，改善鑄鐵性能，二是消除鑄件應力。值得注意的是：鑄件的熱處理不能改變鑄件原來的石墨形態及分布，即原來是片狀或球狀的石墨熱處理后仍為片狀或球狀，同時它的尺寸不會變化，分布狀況不會變化。鑄鐵件熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態及分布，機械性能的變化是基體組織的變化所致。普通灰口鑄鐵(包括孕育鑄鐵)石墨片對機械性能(強度、延性)影響很大，灰口鑄鐵經熱處理改善機械性能不顯著。還需要注意的是鑄鐵的導熱性較鋼差，石墨的存在導致缺口敏感性較鋼高，因此鑄鐵熱處理中冷卻速度(尤其淬火)要嚴格控制。9、某廠生產球墨鑄鐵曲拐。經澆注后，表面常出現“白口”，為什么？為消除白口，并希望得到珠光體基體組織，應采用什么樣的熱處理工藝？鑄件冷卻時，表層及薄截面處，往往產生白口。白口組織硬而脆、加工性能差、易剝落。因此必須采用退火（或正火）的方法消除白口組織。退火工藝為：加熱到550－950℃保溫2～5h，隨后爐冷到500—550℃再出爐空冷。在高溫保溫期間，游高滲碳體和共晶滲碳體分解為石墨和A，在隨后護冷過程中二次滲碳體和共析滲碳體也分解，發生石墨化過程。由于滲碳體的分解，導致硬度下降，從而提高了切削加工性。10、解釋機床底座常用灰鑄鐵制造的原因。工藝問題,這些零件形狀復雜,除鑄造用其他方法難以得到毛坯,而灰口鑄鐵具有十分優秀的鑄造性能.而鋼的鑄造性很差.其一,價格便宜,這些產品的重量很重.其二,減震,灰鑄鐵中含碳量比較高，石墨在鑄鐵中的吸振能力或阻止振動傳播的作用，使灰鑄鐵有優良的減振性，鋼材沒有這個特性.其三,減磨.灰鑄鐵中石墨有儲油的作用，在有潤滑的條件下，加上石墨本身是良好的潤滑劑和冷卻劑，所以灰鑄鐵有很好的減磨作用，從而灰鑄鐵比結構鋼耐。其四,對缺口敏感性很低,灰鑄鐵本身的顯微結構石墨是呈現細片狀結構，千瘡百孔的,再加幾個缺口不要緊.鋼要是有缺口,十分容易在缺口處疲勞破壞。11、影響鑄態組織的主要因素是什么？鑄鐵的組織取決于石墨化進行的程度，為了獲得所需要的組織，關鍵在于控制石墨化進行的程度。實踐表明，鑄鐵的化學成分和結晶時的冷卻速度是主要因素。第九章鋁合金1、試述鋁合金的合金化原則。為什么以硅、銅、鎂、錳、鋅等元素為主加元素，而以鈦、硼、稀土等作為輔加元素。鋁具有一系列比其他有色金屬、鋼鐵和塑性等更優良的性能，如密度小，僅為2.7，約為鋼或銅的1/3；優良的導電性、導熱性；良好的耐蝕性；優良的塑性和加工性能等。但純鋁的力學性能不高，不適合作為承受較大載何的結構零件。為了提高鋁的力學性能，在純鋁中加入某些合金元素，制成鋁合金。鋁合金仍保持純鋁的密度小和耐蝕性好的特點，且力學性能比純鋁高得多。經熱處理后的鋁合金的力學性能可以和鋼鐵材料相媲美。鋁合金中常加入的元素為硅、銅、鎂、錳、鋅元素等。這些合金元素在固態鋁中的溶解度一般都是有限的。2、鋁合金熱處理強化和鋼淬火強化的主要區別是什么？鋁合金的熱處理強化不發生同素異構轉變。鋁合金的淬火處理稱為固溶處理，由于硬脆的第二相消失，所以塑性有所提高。過飽和的ａ固溶體雖有強化作用，但是單相的固溶強化作用是有限的，所以鋁合金固溶處理強度、硬度提高并不明顯，而塑性卻有明顯提高。鋁合金經固溶處理后，獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時，第二相從過飽和固溶體中析出，引起溫度、硬度以及物理和化學性能的顯著變化，這一過程稱為時效。鋁合金的熱處理強化實際上包括了固溶處理與時效處理兩部分。3、以Al-Cu合金為例，簡要說明鋁合金時效的基本過程。①形成溶質原子偏聚區－G·P（Ⅰ）區。在新淬火狀態的過飽和固溶體中，銅原子在鋁晶格中的分布是任意的、無序的。時效初期，即時效溫度低或時效時間短時，銅原子在鋁基體上的某些晶面上聚集，形成溶質原子偏聚區，稱G·P（Ⅰ）區。G·P（Ⅰ）區與基體α保持共格關系，這些聚合體構成了提高抗變形的共格應變區，故使合金的強度、硬度升高。②G·P區有序化－形成G·P（Ⅱ）區。隨著時效溫度升高或時效時間延長，銅原子繼續偏聚并發生有序化，即形成G·P（Ⅱ）區。它與基體α仍保持共格關系，但尺寸較G·P（Ⅰ）區大。它可視為中間過渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）區周圍的畸變更大，對位錯運動的阻礙進一步增大，因此時效強化作用更大，θ”相析出階段為合金達到最大強化的階段。③形成過渡相θ′。隨著時效過程的進一步發展，銅原子在G·P（Ⅱ）區繼續偏聚，當銅原子與鋁原子比為1：2時，形成過渡相θ′。由于θ′的點陣常數發生較大的變化，故當其形成時與基體共格關系開始破壞，即由完全共格變為局部共格，因此θ′相周圍基體的共格畸變減弱，對位錯運動的阻礙作用亦減小，表現在合金性能上硬度開始下降。由此可見，共格畸變的存在是造成合金時效強化的重要因素。④形成穩定的θ相。過渡相從鋁基固溶體中完全脫溶，形成與基體有明顯界面的獨立的穩定相Al2Cu，稱為θ相此時θ相與基體的共格關系完全破壞，并有自己獨立的晶格，其畸變也隨之消失，并隨時效溫度的提高或時間的延長，θ相的質點聚集長大，合金的強度、硬度進一步下降，合金就軟化并稱為“過時效”。θ相聚集長大而變得粗大。4、鋁合金的成分設計要滿足哪些條件才能有時效強化？一種合金能否通過時效強化，首先取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的程度。如硅、錳在鋁中的固溶度比較小，且隨溫度變化不大，而鎂、鋅雖然在鋁基固溶體中有較大的固溶度，但它們與鋁形成的化合物的結構與基體差異不大，強化效果甚微。因此，二元鋁－硅、鋁－錳、鋁－鎂、鋁－鋅通常都不采用時效強化處理。而有些二元合金，如鋁－銅合金，及三元合金或多元合金，如鋁－鎂－硅、鋁－銅－鎂－硅合金等，它們在熱處理過程中有溶解度和固態相變，則可通過熱處理進行強化。為獲得良好的時效強化效果，在不發生過熱、過燒及晶粒長大的條件下，淬火加熱溫度高些，保溫時間長些，有利于獲得最大過飽和度的均勻固溶體。另外在淬火冷卻過程不析出第二相，否則在隨后時效處理時，已析出相將起晶核作用，造成局部不均勻析出而降低時效強化效果。5、硬鋁合金有哪些優缺點？說明2A12（LY12）的熱處理特點。硬鋁屬于Al-Cu-Mg系合金，具有強烈的時效強化作用，經時效處理后具有很高的硬度、強度，故Al-Cu-Mg系合金總稱為硬鋁合金。這類合金具有優良的加工性能和耐熱性，但塑性、韌性低，耐蝕性差，常用來制作飛機大梁、空氣螺旋槳等。硬鋁合金的熱處理特性是強化相的充分固溶溫度與（α+β+S）三元共晶的熔點507℃.因此，硬鋁淬火加熱的過燒敏感性很大，為了獲得最大固溶度的過飽和固溶體，2A12合金最理想的淬火溫度為500℃±3℃，但實際生產條件很難做到，所以2A12合金常用的淬火溫度為495～500℃。6、試述鑄造鋁合金的類型、特點和用途。鑄造鋁合金一般分為以下4個系列:Al-Si合金該系合金又稱為硅鋁明,一般Si的質量分數為4%-22%。Al-Si合金具有優良的鑄造性能,如流動性好、氣密性好、收縮率小和熱裂傾向小,經過變質和熱處理之后,具有良好的力學性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的機加工性能,是鑄造鋁合金中品種最多,用途最廣的一類合金。Al-Cu合金該系合金中Cu的質量分數為3%-11%,加人其他元素使室溫和高溫力學性能大幅度提高,如ZL205A(T6)合金的標準性能σb為490MPa,是目前世界上強度最高的鑄造鋁合金之一,ZL206、ZL207和ZL208合金具有很高的耐熱性能。ZL207中添加了混合稀土,提高了合金的高溫強度和熱穩定性,可用于350-400℃下工作的零件,缺點是室溫力學性能較差,特別是伸長率很低。Al-Cu合金具有良好的切削加工和焊接性能,但鑄造性能和耐腐蝕性能較差。這類合金在航空產品上應用較廣,主要用作承受大載荷的結構件和耐熱零件。Al-Mg合金該系合金中Mg的質量分數為4%-11%,密度小,具有較高的力學性能,優異的耐腐蝕性能,良好的切削加工性能,加工表面光亮美觀。該類合金熔煉和鑄造工藝較復雜,除用作耐蝕合金外,也用作裝飾用合金。Al-Zn合金Zn在Al中的溶解度大,當Al中加人Zn的質量分數大于10%時,能顯著提高合金的強度,該類合金自然時效傾向大,不需要熱處理就能得到較高的強度。這類合金的缺點是耐腐蝕性能差,密度大,鑄造時容易產生熱裂,主要用做壓鑄儀表殼體類零件。7、試解釋：鋁合金的晶粒粗大，不能靠重新加熱