课后习题

第一章纯金属的晶体结构与组织答案1.晶粒是如何形成的？晶粒大小对机械性能有何影响？影响晶粒大小的因素是什么？答：晶粒是经过形核和晶核长大两个阶段形成的。

晶粒越细，强度、硬度、塑性和韧性越大。

影响晶粒大小的因素是形核率和晶核长大速度。

2. 如果其它条件相同，比较下列条件下铸件晶粒的大小：（1）金属型与沙型浇铸——金属型，冷速大，晶粒细。

（2）高温与低温浇铸——低温浇铸，冷速大，晶粒细。

（3）薄铸件与厚铸件——薄铸件，冷速大，晶粒细。

（4）变质处理与不变质——变质处理，形核率高，晶粒细。

（5）浇铸时采用震动与不震动——采用震动，形核率高，晶粒细。

[思考题]1. 在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着什么关系？答：晶面与晶向相互垂直。

2. 晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？答：晶体缺陷有点缺陷、位错和面缺陷。

晶体缺陷使其周围的晶格产生畸变，引起材料性能发生明显的变化。

第二章二元合金的相结构与组织答案1. 一个二元共晶反应为：L(75%B) → α (15%B) + β(95%B)(1) 求含50%B 的合金完全凝固时a. 初晶α 与共晶(α + β)的重量百分数；b. α 相及β 相的重量百分数；c. 共晶体中α 相与β 相的重量百分数。

(2) 若显微组织中测出β 初晶与(α + β)共晶各占一半，求该合金成分。

答：(1) 50%B 为亚共晶成分，合金完全凝固时组织为α +（α + β ）。

(2) 合金成分2. 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金，而压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?答：铸造合金常选用接近共晶成分的合金，是因为其结晶温区小，铸造流动性好，可获得较好的铸件质量。

而压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金，是因为其塑性好，变形抗力小，易于加工成型。

3. 分析含碳量为0.4 % 的亚共折钢的结晶过程，并计算其在室温下组织组成物和相组成物的相对重量。

答：结晶过程: L → L+A → A → A+F → A+P+F → P+F组织组成物：F % =（0.77 - 0.4）/（0.77–0.0218）· 100 % ≈ 49 %P % = 1 - F % ≈ 1 - 49 % = 51 %相组成物：F % =（6.69–0.4）/ 6.69 · 100% ≈ 94 %Fe3C % = 1 - F % ≈ 1 - 94 % = 6 %4. 金相观察测得，某种碳钢在室温组织中珠光体占70%，试问这种钢的含碳量是多少？答：(1) 假定该碳钢为亚共析钢，则C % = F% · 0.0218% + P% · 0.77%=（1 - 70%）* 0.0218% + 70% * 0.77% ≈ 0.54 %(2) 假定该碳钢为过共析钢，则C % = Fe3C% · 6.69% + P% · 0.77%=（1 - 70%）* 6.69% + 70% * 0.77% ≈ 2.55% ＞ 2.11% 显然，(2)不符题意。

所以，该碳钢为含碳量0.54 % 的亚共析钢。

[思考题]1. 为什么要生产合金？与纯金属相比，合金有哪些优越性？答：与纯金属相比，合金具有更高的强度、硬度；接近共晶成分的合金还具有熔点低、铸造性能好的优点。

2. 在固溶体中，当溶质元素含量增加时，其晶体结构和性能会发生什么变化？答：溶质元素含量增加时，晶格畸变程度增加，固溶强化作用更明显。

3. 试比较共晶反应和共析反应的异同点。

答：两者都是三相、恒温反应，反应时三个相的成分是固定的，生成物都是两个固相；不同之处是，反应物分别是液、固相。

4. 现有四块形状尺寸完全相同的平衡状态的铁碳合金，其含碳量分别为0.2%、0.40%、1.2%、3.5%，据学过的理论，有哪些方法可以区分它们？答：硬度法－测定并比较各合金的硬度，即可区分之。

硬度由小到大的铁碳合金含碳量分别为：0.2%、0.40%、1.2%、3.5%。

金相法－将各合金做成金相试样，观察并比较其显微组织可区分之。

含碳量由小到大的各合金显微组织分别为：F+P（P 较少）；F+P（P 较多）；P+Fe3CⅡ；P+Fe3CⅡ+Le’。

第三章金属的塑性变形与再结晶答案1. 已知Cu的熔点为1083℃，Pb的熔点为327℃，在20℃条件下压力加工，Cu、Pb各为何种压力加工？答：Cu、Pb的再结晶温度所以，Cu为冷压力加工；Pb为热压力加工。

2.用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

答：第三种方法较为理想，因为由圆棒锻成圆饼，再加工成的齿轮，其各个轮齿上纤维分布方向与其个工作时承受的切应力方向相垂直，承载能力最大。

3.金属铸件往往晶粒粗大，能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？答：发生再结晶的条件之一是，再结晶退火前，金属需经过足够量的预变形，所以，未经冷变形的铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。

[思考题]1.冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？答：冷加工与热加工后金属的显微组织有明显的差别，前者的晶粒呈拉长的纤维状，而后者的晶粒为等轴状且其夹杂物呈纤维状分布在晶界上。

所以，可以根据其显微组织加以区别。

2.铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。

答：铁具有同素异构性，加热到一定温度时可发生由BCC转变为FCC晶格的重新结晶过程，生成细小的新晶粒。

而铜不具有同素异构性，只能通过冷加工并经再结晶第四章评价应力、介质作用下的性能指标答案1.金属热加工与冷加工的区别是(加热温度在再结晶以上称热加工，以下称冷加工。

)2.金属材料的静载荷指标有(刚度、弹性、强度、塑性、硬度。

)3.纤维组织使金属的机械性能具有一定的方向性.因此在设计和制造零件时,应尽量使正应力方向与零件组织的纤维方向(平行) 。

4.45钢淬火后测量硬度宜采用的硬度计是：(HRC) 。

的方法细化晶粒。

第五章改善钢的组织与性能的基本途径答案1. 共析钢加热到相变点以上，用图1的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？答：a ——M + A′；单液淬火b ——M + A′；分级淬火c ——T + M + A′油冷淬火d —— B下；等温淬火e —— S ；正火f —— P ；完全退火g —— P ；等温退火2. T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。

答：a ——M + A′+ Fe3CⅡb ——B下+ M +A′+ Fe3CⅡc —— B下+ Fe3CⅡ3. 残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？答：残余奥氏体降低钢的硬度、耐磨性及钢件的尺寸稳定性。

减少残余奥氏体的数量的方法——回火及冷处理。

4. 45钢经调质处理后要求硬度为HB220～250，但热处理后发现硬度偏高，问能否依靠减慢回火时的冷却速度使其硬度降低？若热处理后硬度偏低，能否靠降低回火时的温度，使其硬度提高？说明其原因。

答：不能依靠减慢回火时的冷却速度使其硬度降低，因为回火时的冷却速度对回火组织基本上没有影响。

可以通过降低回火温度的方法，使硬度提高。

因为回火温度越低，M分解和碳化物长大的速度越慢，硬度下降就越小。

[思考题]1. 淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？答：淬硬性——钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M 中C%，C%↑→淬硬性↑。

淬透性——淬火条件下得到M组织的能力，取决于VK（临界冷却速度）。

2. 淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？答：淬火内应力分为热应力和组织应力，与工件尺寸、形状、冷速，以及材料的成分（淬透性）等因素有关。

热应力——由工件表里冷速不同引起。

组织应力——由工件表里相变时间先后不同引起。

第六章机器零件用钢答案1.指出下列各钢的类别，平均化学成份，用途范围及使用状态的组织。

40Cr，45，GCr15，16Mn，20CrMo，60Si2Mn答案见下表材料类别平均化学成份，%用途范围使用状态的组C Si Mn C Mr o织40 Cr 调质钢.4-- -- 1--齿轮、主轴等S′45 调质钢0.45-- ------齿轮、主轴等S′GC r15 滚动轴承钢1.-- --1.5--滚动轴承M′＋细K＋少量A′16 Mn 普通低合金钢.16-- 1----一般工程构件S＋F20Cr Mo 渗碳钢.2-- -- 11齿轮、主轴等表层：K＋M′＋A′心部：低C的M′+T60Si2 Mn 弹簧钢.62 1----弹簧T′2.已知某机床的主轴的材料为40Cr钢，其生产工艺路线为：下料→ 1200～800℃锻造→ 正火→ 粗车→ 调质→ 精车→ 锥部整体淬火→ 回火（HRC = 43）→ 粗磨→ 140～160℃人工时效→ 精磨请说明每道热处理工序的作用。

答：正火: 消除锻造应力，细化组织。

调质：获得良好的综合力学性能。

锥部整体淬火：提高锥部硬度、耐磨性。

回火（HRC = 43）：调整锥部硬度，消除锥部淬火应力，降低脆性。

140～160℃人工时效：消除残余应力，提高尺寸稳定性。

[思考题]1. 分别说明45钢正火齿轮，40Cr钢调质后表面淬火齿轮，20CrMnTi钢渗碳后淬火，回火齿轮的组织，并比较它们的性能差别。

答：45钢: 组织，S + F ；心部韧性、表面耐磨性较差。

40Cr：组织，表层：M′；心部：回火S；心部韧性、表面耐磨性较好。

20CrMnTi：组织，表层：K＋M′＋A′；心部：低C的M′+T；心部韧性、表面耐磨性最好。

第七章工具材料答案1. 试就下列四个钢号：20CrMnTi，65，T8，40Cr 讨论如下问题：a. 在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；b. 各种钢的用途，热处理工艺，最终的组织。

答：材料淬透性淬硬性用途举例热处理工艺使用状态的组织20Cr最最汽车，拖拉机变速箱渗碳+ 淬火+ 表层：K＋MoTi好差齿轮低温回火M′＋A′心部：低C的M′+T65最差次好截面<15mm的小弹簧淬火+中温回火T′T8次差最好木工刀具，锤子，錾子，带锯球化退火+淬火+低温回火M′＋粒状Fe3C + A′40Cr次好次差轴，齿轮，连杆，螺栓，螺杆调质S′淬透性：通常合金含量高则淬透性好，碳钢中共析钢淬透性最好。

淬硬性：含碳量高则淬硬性好。

2. W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+ 30～50℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削工具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后为什么要进行560℃三次回火？答：若以Ac1+ 30～50℃确定其淬火加热温度，合金元素不能充分溶入A，热硬性不能有效提高，所以不能达到高速切削工具所要求的性能。