工程材料学 答案

工程材料作业（3）答案
1、判断下列说法是否正确：
（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，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。

而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、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，钢冷却后的硬度越高
错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高
错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正确。

同一钢种，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）钢经过淬火后是处于硬脆状态。

基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。

（8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。

正确。

（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）钢中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。

完全奥氏体化时，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，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以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糖碳量。

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。

问：
（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。

900℃粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢易
造成晶粒粗大。

（2）哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。

900℃，处于完全奥氏体化区。

（3）哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。

900℃，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体含碳量。

（4）哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。

900℃，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就越低，残余奥氏体量就越多。

（5）哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？760℃，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大），晶粒细小。

同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。

淬火组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。

3、将20钢和60钢同时加热到860℃,并保温相同的时间,问那种钢奥氏体晶粒粗大些?
20钢和60钢都属于亚共析钢，一般加热时要求完全奥氏体化，加热温度应在A3以上。

依据铁碳相图，20钢含碳量低，A3点高，60钢，含碳量高，A3点低，因此，同样加热到860℃,并保温相同的时间,60钢过热度大，晶粒容易粗大。

4、指出Ф10mm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织
700℃760℃860℃
700℃加热，在A1以下，没有相变，水冷仍为F+P
760℃加热，在A1—A3之间，加热组织：F+A，水冷，F+M
860℃加热，在A3以上，加热组织A，水冷，M
5、指出下列钢件正火的主要目的：20钢齿轮，45钢小轴，T12钢锉刀
20钢齿轮：20钢，含碳量低，硬度低，通过正火（空冷）使得珠光体片间距减小即形成索氏体或屈氏体，以提高硬度（HB200左右），满足切削加工的要求。

45钢小轴：45钢，含碳量适中，综合机械性能好，因此利用正火，即可作为最终热处理，满足小轴的使用要求。

T12钢锉刀：含碳量1.2%，若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷（空冷），使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。

6、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度:
(1)45钢小轴(要求综合机械性能)
淬火A3以上（860℃），回火600℃（高温回火）。

回火组织：s回，HRC25
(2)65钢弹簧
淬火A3以上（840℃），回火400℃（中温回火）。

回火组织：T回，HRC40
(3)T8钢锉刀
淬火A1以上（780℃），回火200℃（低温回火）。

回火组织：M回+未溶碳化物+少量残余奥氏体，HRC60。

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：HRC60
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（二次渗碳体）硬度：HRC20-30
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。

10、一根直径为6mm的45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，然后从一端加热，使钢棒各点达到如图3-27，所示温度，问：（图3-27：庞国星教材P70）
45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，组织：回火马氏体
（1）各点的组织是什么？
150℃点：低于160℃，组织不变，回火马氏体
550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，组织：回火索氏体。

750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织：奥氏体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。

950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。

（2）从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？
150℃点：低于160℃，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体
550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：回火索氏体。

750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。

缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。

缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。

（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？
150℃点：低于160℃，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。

550℃点：高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织：回火索氏体。

750℃点：高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织：马氏体+铁素体。

840℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。

水冷到室温后，组织：马氏体950℃点：高于A3线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。

水冷到室温后，组织：粗大马氏体
11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

钢的淬硬性取决于钢的含碳量（马氏体含碳量），T12：含碳量1.2%,20CrMnTi钢含碳量0.2%，所以，T12钢的淬硬性高，即淬火后获得马氏体的最高硬度高。

钢的淬透性取决于C曲线的位置（过冷奥氏体区的大小，C越靠右侧越好），20CrMnTi 是合金钢，合金元素使得C曲线显著右移，因此易于淬成马氏体，淬透性好。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够淬透性）
（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45钢
锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）
（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50—55，其余部分硬度为HRC20—25，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。

选择45钢，
锻造→完全退火→机加工→轴整体调质→轴颈局部高频表面淬火，低温回火→精加工（磨削）13、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为：
锻造——热处理——机加工——热处理——精加工。

对两工件：
（1）说明预备的工艺方法和作用
（2）制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质），并指出最终热处理的显微组织和大致硬度。

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，HRC60。

45钢制造较重要的螺栓:
锻造——完全退火——机加工——淬火+高温回火——精加工。

完全退火：细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。

淬火（860℃）+低温回火（600℃），水冷，回火索氏体，HRC20-25。