机械工程材料 第三版 王运炎 编写 部分课后练习 考试重点习题和答案

第五章
1．定义：马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相的亚稳组织。

淬透性：钢在淬火时能获得淬硬深度的能力，它是刚才本身固有的属性。

淬硬性：钢在淬火后能达到最高硬度的能力，它主要取决于马氏体的含碳量。

2．热处理加热的目的是什么：消除毛胚中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工艺做组
织准备；更重要的是热处理能显著提高钢的力学性能，从而充分发挥刚才的潜能，提高工件
的使用性能和使用寿命。

（得到奥氏体）
3．马氏体有几种类型？性能特点如何？含碳量分别为0.1%，0.2%，0.4%，0.7%，
1.0%的钢淬火后分别得到何种马氏体：马氏体组织形态主要有片状和板条状两种基本
类型；片状马氏体（高碳马氏体）硬度大，塑性，韧性差。

板条状马氏体（低碳马氏体）有
良好的塑性和韧性，有较高的断裂韧度和较低的韧脆转变温度等特点；0.1%，0.2%为板条状
马氏体，0.4%，0.7%为两种马氏体的混合组织，1.0%为片状马氏体。

（0.2%以下为板条状马
氏体，1.0%以上为片状马氏体）
4．生产中常用的退火方法有哪些？退火的目的，加热温度，获得的组织及应用？
含碳0.6%，0.8%，1.2%的钢,具有晶内偏析的铸件或铸锭，存在内应力的铸件或
铸锭分别应该采用哪种退火？加热温度是多少？得到何组织？退火分为完全退火，
均匀退火，球化退火，去应力退火；1。

完全退火：主要运用于亚共析成分的碳钢和合金钢
的铸件，锻件，热轧型材和焊接结构件。

目的是细化晶粒，消除内应力和组织缺陷，降低硬
度，为随后的切削加工和淬火做好组织准备。

加热到Ac3以上30-50℃，保温一段时间，随
炉缓慢冷却到600℃以下，在出炉在空气中冷却。

2。

球化退火：主要运用于共析或过共析
成分的碳钢和合金钢。

目的是使钢中的碳化物球化，以降低硬度，改善切削加工性，并为淬
火做好组织准备。

加热到Ac1以上10-20℃，保温一段时间，随炉缓慢冷却到600℃以下，
在出炉在空气中冷却。

3。

均匀化退火：主要运用于合金钢铸锭和铸件，目的是为了消除铸
造中产生的枝晶偏析，使成分均匀化。

加热到Ac3以上150-200℃，保温10-15h，随炉缓冷
到350℃，在出炉冷却。

4。

去应力退火：主要用于消除合金钢铸锭和铸件，焊接件，冷冲
压件以及机加工工件中的残余应力。

缓慢加热到Ac1以下100-200℃，保温一段时间，随炉
冷却到200℃再出炉冷却；0.6%为完全退火，0.8%，1.2%为球化退火，具有晶内偏析的铸件
或铸锭为均匀退火，存在内应力的铸件或铸锭为去应力退火。

5．生产中应用的回火有哪几种？加热温度，获得的组织，性能特点如何:
1。

低温回火（150-250℃）低温回火所得组织为回火马氏体。

其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性。

主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件。

2。

中温回火（350-500℃）中温回火所得组织为回火托氏体。

其目的是获得高的屈强比，弹性极限和较高的韧性。

主要用于各种弹簧和模具的处理。

3。

高温回火（500-650℃）高温回火所得组织为回火索氏体。

习惯上，将淬火和高温回火相结合的热处理称为调质处理。

其目的是获得强度，硬度，塑性，韧性都较好的综合力学性能。

光反应运用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。

6．机床主轴，弹簧，滚动轴承淬火后应采用哪种回火？机床主轴采用高温回火加低温回火；弹簧采用中温回火；滚动轴承采用低温回火。

7．渗碳的目的，渗碳后工件表面及心部含碳量各为多少，渗碳后还应进行何种热处理：经渗碳和淬火，低温回火后，可在零件的表层和心部分别获得高碳和低碳组织，使高碳和低碳钢的不同性能结合在一个零件上，满足了零件的使用性能要求；表层含碳量0.85%-1.05%，心部含碳量0.10%-0.25%；1。

直接淬火法：淬火加低温回火。

表面：高碳回火马氏体加残留奥氏体。

心部：低碳回火马氏体加铁素体。

2。

一次淬火法。

3。

二次淬火法。

8．正火适用于哪些钢？正火的目的是什么？加热温度为多少？冷却方式和得到的组织：亚共析钢和过共析钢；温度一般为Ac3或Acm以上30-80℃。

1。

作为普通结构零件的最终热处理。

因为正火可以消除铸造或锻造中产生的过热缺陷，细化组织，提高力学性能。

2。

改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。

可以使其硬度提高，从而改善切削加工性。

3。

作为中碳结构钢制作的较重要零件的预备热处理，可消除热加工所造成的组织缺陷，改善切削加工性，提高淬火质量。

4。

消除过共析钢中二次渗碳体网，为球化退火做好组织准备。

5。

特定情况下代替淬火，回火。

习题3．比较45钢，T12钢经过不同热处理后硬度值得高低，并说明其原因
习题 6.将含碳量 1.0%，1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，淬火后各为什么组织？哪一种钢淬火后的耐磨性更好，为什么？都是M+A`+Fe3粒；T12更好，因为Fe3粒更多。

习题15.T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图所
示，若该刚在620℃进行等温转变，并经过不同时
间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度冷
至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回
火，又获得什么组织？
1--M+残A 2--S+T+M+残A 3,4--S
1--回M 2--T+回T 3,4--S
第六章
1.名词解释：加工硬化：由于塑性变形度增加，使金属的强度，硬度提高，而塑性下降的现象叫做加工硬化。

冷变形加工：凡是金属的塑性变形是在再结晶温度下进行的，称为冷变形加工。

在冷变形加工时，必产生加工硬化。

热变形加工：在再结晶温度以上进行的塑性变形则称为热变形加工。

在热变形加工时，产生的加工硬化可以随时被再结晶所消除。

2．简述冷塑性变形对金属性能的影响：金属材料经冷塑性变形后，强度和硬度显著提高，而塑性则很快下降。

变形度越大，性能的变化也越大。

3．为什么重要的零件都用锻造钢制造：通过热变形加工可以使金属铸锭中的气孔和疏松焊合；在温度和压力作用下，原子扩散速度加快，可消除部分偏析；将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小均匀的等轴晶粒；改善夹杂物，碳化物的形态，大小，分布，可以使金属材料致密度提高。

可见，经热塑性变形后，钢的强度，塑性，冲击韧性均较铸态高。

故工程上受力复杂，载荷较大的工件大多数要通过热变形加工来制造。

第七章
1.指出下列钢的类别，其中子母的含义，含碳量及合金元素含量。

Q235
20CrMnTi
45
60Si2Mn
GCr15
5CrMnMo
9SiCr
1Cr18Ni9Ti
W18Cr4V
Cr12MoV
3Cr13
T10A
2.比较渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢采用的热处理，得到的组织及性能。

渗碳体----淬火+低回表面：回M+残A 心部：回M+F
表面：高强度，高耐磨性心部：较高的强度和韧性
调质钢----淬火+高回回S 具有高的综合力学性能
弹簧钢----淬火+中回回T 具有高的弹性极限和疲劳强度
滚动轴承----淬火+低回极细的回M，均匀分布的碳化物和少量残余A 具有高硬度高耐磨性，满足轴承性能要求
3．某厂要制汽车齿轮、螺旋弹簧，机床主轴，滚动轴承，请在下列材料中为这些零件选材，制定热处理工艺，得到的组织及性能。

45 60Si2Mn 20CrMnTi GCr15
答：1.齿轮20CrMnTi
加工工艺：下料→锻造→正火→机械粗加工、半精加工（内孔及端面留磨量）→渗碳（孔防渗）淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→珩（heng）（或磨）齿
表面组织高碳回火马氏体+少量残余奥氏体，具有高耐磨性，高疲劳强度满足齿面性能要求。

心部低碳回火马氏体+铁素体，具有足够高强度，良好塑性、韧性，满足齿轮心部性能要求。

2.机床主轴45
加工工艺：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频感应淬火与低温回火→磨削
正火得到细的铁素体+珠光体，目的消除锻造的组织缺陷，细化晶粒，改善切削加工性。

调质（淬火+高温回火）目的具有良好的综合力学性能，满足工件高强韧性要求。

高频感应淬火与低温回火，使工件表面得到极细的回火马氏体，满足工件表面高硬度，高耐磨性，高疲劳强度要求。

3.滚动轴承GCr15
预备热处理（球化退火）得到粒状珠光体，目的是降低锻造后钢的硬度以利于切削加工，并为淬火作好组织上的准备。

最终热处理（淬火与低温回火）得到组织应为极细的回火马氏体、细小而均匀分布的碳化物及少量残余奥氏体。

具有高硬度，高耐磨性，满足轴承力学性能要求。

习题 4.现有20CrMnTi钢制造的汽车齿轮，要求齿面硬化层δ=1.0-1.2mm,齿面硬度为58-62HRC,心部硬度为35-40HRC，请确定其最终热处理方式及最终获得的表层和心部组织。

答：加工工艺：下料→锻造→正火→机械粗加工、半精加工（内孔及端面留磨量）→渗碳（孔防渗）淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→珩（heng）（或磨）齿
表面组织高碳回火马氏体+少量残余奥氏体，具有高耐磨性，高疲劳强度满足
齿面性能要求。

心部低碳回火马氏体+铁素体，具有足够高强度，良好塑性、韧性，满足齿轮心部性能要求。

习题 3.现有40Cr刚制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200~300HBW),轴颈处要求硬而耐磨（54~58HRC），试问
1.应进行哪种预备热处理和最终热处理
2.热处理后获得甚么组织
3.各热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排
答：加工工艺：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频感应淬火与低温回火→磨削
正火得到细的铁素体+珠光体，目的消除锻造的组织缺陷，细化晶粒，改善切削加工性。

调质（淬火+高温回火）目的具有良好的综合力学性能，满足工件高强韧性要求。

高频感应淬火与低温回火，使工件表面得到极细的回火马氏体，满足工件表面高硬度，高耐磨性，高疲劳强度要求。

习题10.高速工具钢经铸造后为什么要反复锻造
高速工具钢铸态组织中出现了莱氏体，属于莱氏体钢。

铸造高速工具钢的莱氏体中，共晶碳化物经过高温轧制和锻压，可被粉碎并重新分布，但其分布不均匀性仍不能完全消除。

高速工具钢中的碳化物偏析，将使刃具的强度、硬度、耐磨性、热硬性均下降，从而使刃具在使用过程中容易崩刀和磨损。

粗大而不均匀的碳化物，是不能用热处理来消除的，只能用锻造的方法（改锻），使碳化物细化并分布均匀。

第八章
按石墨形态不同，铸铁分为几类，性能及应用情况（重）
1.灰铸铁铸铁中石墨呈片状存在，这类铸铁的力学性能不高，但它的生产工艺简单，价格低廉，故工业上应用最广。

2.球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在。

它不仅力学性能比灰铸铁高，而且还可以通过热处理进一步提高力学性能，所以它在生产中的应用日益广泛。

3.蠕墨铸铁它是20世纪70年代发展起来的一种新型铸铁，石墨形态介于片状与球状之间，故性能也介于灰铸铁与球墨铸铁之间。

4.可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在。

其力学性能（特别是韧性和塑性）较灰铸铁高，并接近于球铸铁。