工程材料与技术成型基础课后习题答案

工程与技术成型基础课后第一章1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的?答:强度和韧性.强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:伸长率,断面收缩率.1-21-3锉刀:HRC黄铜轴套:HB供应状态的各种非合金钢钢材：HB硬质合金刀片：HRA,HV耐磨工件的表面硬化层：HV调质态的机床主轴：HRC铸铁机床床身：HB铝合金半成品：HB1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS800HV>45HRC>240HBS>90HRB1-7材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。第二章2-2答:因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74;γ-Fe冷却到912°C后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成α-Fe体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。（2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小（3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。（2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。（3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种：①提高结晶时的冷却速度增加过冷度②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。（2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。（3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。2-6答(1)金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质;(2)金属化合物的晶格类型和性能不同与组元,具有熔点高,硬度高,脆性大的特点.他在合金中能提高其硬度强度,但降低其塑性韧性.(3)如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基本相上,则将使合金的轻度硬度耐磨性明显提高,这一现象称弥散强化.2-10看落在单相区还是双相区,若是单相区,就是本身的质量分数,若是双相区利用杠杆定理看)1)0.4%:1400℃0.4%;1100℃0.4%;800℃0.45%2)0.77%:1400℃0.77%;1100℃0.77%;800℃0.77%3)1.2%:1400℃0.77%;1100℃1.20%；800℃1.0%2-12答：1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比0.4%刚硬度高。含碳超过0.9%，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状2-12答：1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比0.4%的刚硬度高。含碳超过0.9%时，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得刚脆性增加，硬度下降，因而比1.2%的强度高。2）铆钉的使用场合要求有一定的强度，但是最重要的要求是有一定的塑性，所以需要少量渗碳体以保持铆钉有足够的强度，保留大部分铁素体以保持铆钉的塑性，因此，铆钉就必须选择低碳钢来制造。3）因为铁丝含碳量低，所以塑性好，易变性适用于绑扎。同理钢丝绳强度高，耐磨性好，弹性好适应于吊重物。4）含碳量0.4%的钢在1000摄氏度时处于奥氏体区，奥氏体是面心立方结构，晶体滑移系比较多，容易发生塑性变形，适于锻造。含碳量4%生铁在1000摄氏度时候属于硬而脆的物质，塑性变形能力很差，因而不能进行锻造。5）T8,T10,T12是碳素工具钢，含碳量分别为0.8%，1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高，退火状态下的布氏硬度大于300；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，布氏硬度低于155.手工锯条为T20材质，淬火后硬度加大，因此钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。6）因为含碳量在0.02%~2.11%之间，塑性比较大，抗拉性能比较好，流动性不好;铸铁含碳量在2.11%~6.69%脆性比较大，抗拉性能比较好，流动性很好，所以说钢适宜压力加工成型而铸铁适宜铸造成型2-12答：1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比0.4%的刚硬度高。含碳超过0.9%时，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得刚脆性增加，硬度下降，因而比1.2%的强度高。2）铆钉的使用场合要求有一定的强度，但是最重要的要求是有一定的塑性，所以需要少量渗碳体以保持铆钉有足够的强度，保留大部分铁素体以保持铆钉的塑性，因此，铆钉就必须选择低碳钢来制造。3）因为铁丝含碳量低，所以塑性好，易变性适用于绑扎。同理钢丝绳强度高，耐磨性好，弹性好适应于吊重物。4）含碳量0.4%的钢在1000摄氏度时处于奥氏体区，奥氏体是面心立方结构，晶体滑移系比较多，容易发生塑性变形，适于锻造。含碳量4%生铁在1000摄氏度时候属于硬而脆的物质，塑性变形能力很差，因而不能进行锻造。5）T8,T10,T12是碳素工具钢，含碳量分别为0.8%，1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高，退火状态下的布氏硬度大于300；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，布氏硬度低于155.手工锯条为T20材质，淬火后硬度加大，因此钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。6）因为含碳量在0.02%~2.11%之间，塑性比较大，抗拉性能比较好，流动性不好;铸铁含碳量在2.11%~6.69%脆性比较大，抗拉性能比较好，流动性很好，所以说钢适宜压力加工成型而铸铁适宜铸造成型第三章3-1解释下列名词1）奥氏体：碳在γ——Fe中形成的间隙固溶体。过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体被称为过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织迟早要发生转变。随过冷度不同过冷奥氏体将发生珠光体转变，贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。残余奥氏体：即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称为残余奥氏体。2）马氏体是钢淬火后的主要组织，低碳马氏体为板条状，高碳马氏体为针状。马氏体存在有内应力，容易产生变形和开裂。马氏体是不稳定的，在工作中会发生分解，导致零件尺寸发生变化，高碳马氏体脆而硬，韧性很低3）答：淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。一般规定由工件表面到马氏体区的深度作为淬硬层深度淬硬性钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。硬度高的钢淬透性不一定高，硬度低的钢有时候淬透性却很高。淬透性是钢本身特有的特性，对一定成分的钢种来说是完全正确的实际工件淬硬层深度在不同条件下是变化的。4）答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热温度条件下所得到的晶粒尺寸（3）本质晶粒度：根据标准试验方法在930±10℃保温足够时间后测定的钢中晶粒的大小。3-2(1)钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度，（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。错误，低碳钢弓箭为了便于切削加工预先进行热处理或完全退火。而高碳钢工件应该进行球化退火，其目的都是将硬度调整到HB200左右并且细化晶粒，均匀组织，消除网状渗碳体。（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度（4）过冷奥氏体冷却速度快，冷却后的硬度越高。错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（5）钢的合金元素越多，钢淬火后的硬度越高。错误，钢的硬度主要取决于含碳量（6）同一种钢在相同加热条件下，水淬比油淬淬透性好，小件比大件淬透性好。正确，同一种钢，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。（7）钢经淬火后处于脆硬状态。正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。（8）冷却速度快，马氏体的转变点Ms点Mf点越低。错误，马氏体的转变点Ms点Mf点的位置和冷却速度无关。（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度（10）钢的含碳量就等于马氏体的含碳量错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化后，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量，一部分融入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含碳量。3-3答：马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。有两种，板条马氏体和片状马氏体。奥氏体转变后，所产生的m的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6-1.0%之间的为板条与针状混合的马氏体；含碳量大于1%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随含碳量增加，逐渐从体心立方向面心立方转变。含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的机械综合性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生很多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。随着含碳量的增加，钢的硬度增加。但当Wc＞0.6%以后，硬度会随含碳量增加而升高的趋势不明显。过冷A转变为马氏体是低温转变过程，转变温度在Ms~Mf之间，基本特点如下：（1）过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变。铁和碳原子都不进行扩散。马氏体就是碳α-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使α-Fe的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。（2）马氏体的形成速度很快。奥氏体冷却到MS以下后，无孕育期，瞬时转变为马氏体。（3）马氏体的转变是不彻底的。总要残留少量奥氏体。奥氏体中碳质量分数越高，则Ms，Mf越低，残余A质量分数越高。（4）马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大内应力，严重时导致开裂。随着含碳量增加，马氏体转变温度下降，但碳含量对Ms和Mf点的影响并不完全一致，对Ms点的影响基本上呈连续下降的趋势，对Mf点的影响在碳含量＜0.6%时，比Ms下降更为显著，因此扩大了马氏体的温度转变范围;当含碳量＞0.6%时，Mf下降很缓慢，且因Mf点已下降到零度以下，致使这类钢在淬火冷至室温的组织中将存在较多的残余奥氏体。3-4答：回火是将淬火钢加热到A1一下某温度保温后再冷却的热处理工艺。回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并具有一定的性能。常用的回火操作有低温回火，中温回火，高温回火。淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度而非冷却速度。低温回火得到的组织是回火马氏体。硬度58-64HRC，内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及表面渗碳和表面淬火的零件。中温回火得到的组织是回火托氏体。硬度35-45HRC，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火组织主要应用于各类弹簧零件的热处理。高温回火得到的组织是回火索氏体，其硬度为25-35HRC，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于重要受力件。3-5（1）因为900℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒粗大（2）因为加热温度900℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因而加热淬火后未溶碳化物较少。（3）因为加热温度900℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。（4）因为加热温度900℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms、Mf点，淬火后残余奥氏体增多。（5）760℃加热淬火后合适。因为含碳量1.2%碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30~50℃），而760℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有较好的强度、硬度、耐磨性，而且具有较好的韧性。3-7答：冷速1：相当于水冷，组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，硬度60HRC冷速2：相当于油冷，组织：索氏体+未溶碳化物+马氏体+残余奥氏体，硬度：不均匀冷速3：相当于炉冷，组织：索氏体+未溶碳化物，硬度：20~30HRC冷速4：同冷速3.已经通过转变完成线，保温时间的延长，不影响组织，但可能晶粒粗大。3-9答：（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧材料选用20钢。锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用40钢锻造→完全退火→机加工→整体调质→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工3-10答：T12钢制造锉刀：锻造→球化退火→机加工→淬火+低温回火→精加工球化退火：消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工。淬火（760℃）+低温回火（200℃），水冷，回火马氏体，60HRC45钢制造较重要的螺栓：锻造→完全退火→机加工→淬火+低温回火→精加工。完全退火：均匀组织、细化晶粒，便于切削加工。淬火（860℃）+高温回火（600℃），水冷，回火索氏体，20~25HRC