金属学第三章习题答案

思考题与习题答案

3-2

3-3W18Cr4V钢制铣刀加工工艺路线如下：下料→锻造→退火→机械加工→淬火→回火→喷砂→磨削加工→成品。

高速钢的淬火加热温度非常高，就W18Cr4V钢而言，其加热温度高达1270℃～1280℃。因为高速钢淬火后所具有的热硬性及回火稳定性的高低，主要取决于马氏体中的合金元素含量，也即在加热时溶于奥氏体中的合金元素的含量。淬火加热温度高，能使钨、钼、钒等元素尽可能多地溶于奥氏体中，以增加钢的热硬性及回火稳定性。

高速钢淬火后一般都要进行三次550℃～570℃的回火，其主要原因是由于高速钢的淬火组织中含有大量的残余奥氏体，一次回火难以全部消除，必须经过三次回火才能使钢中的残余奥氏体降至最低含量，使钢达到最高硬度。

不能用一次长时间回火来代替三次高温回火。

3-5要提高钢的耐蚀性，主要途径是合金化。往钢中加入Cr、Ni等合金元素。

加入合金元素的主要目的是：

①使合金在室温下呈单一均匀的组织；

②提高材料本身的电极电位；

③使金属表面形成致密的氧化膜。

因此常在钢中加入较多数量的Cr、Ni等合金元素，使电极电位得以提高。在不锈钢中同时加入铬和镍，能形成单一奥氏体组织。

3-6

耐磨钢基本上都是铸造成型，因而将其钢号写成ZGMn13。在高锰钢铸件的铸态组织中存在着大量的碳化物，因而表现出硬而脆、耐磨性差的特性，不能实际应用。实践证明，高

锰钢只有在全部获得奥氏体组织时，才呈现出最为良好的韧性和耐磨性。高锰钢的淬火处理即“水韧处理”，其方法是把钢加热至临界点温度以上（约在1000℃～1100℃），保温一定的时间，使钢中碳化物全部溶入奥氏体，然后迅速地把钢淬于水中进行冷却。由于冷却速度非常快，碳化物来不及从奥氏体中析出，因而保持了均匀的奥氏体状态。因此与一般钢的淬火目的不同。一般钢的淬火目的是为了获得马氏体组织。

耐磨钢的耐磨原理与工具钢有很多差别，高锰钢水韧处理后，其组织为单一的奥氏体，其硬度并不高，约为180～220HBW左右。高锰钢制件在使用过程中，必须伴随外来的压力和冲击作用，表面层的奥氏体将迅速产生加工硬化，并伴有马氏体及ε碳化物沿滑移面形成，从而使表面层硬度提高到450～550HBW，才获得高的耐磨性，否则高锰钢是不耐磨的。

3-7钢的耐回火性又称回火稳定性，是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力。

二次硬化：某些合金钢在回火时出现硬度回升的现象，称为二次硬化。

在实际应用中，高的回火稳定性和二次硬化，使得合金钢具有很好的高温强度，如红硬性，这种性能对于高速切削刀具及热变形模具等具有重要意义。

3-8按铸铁中石墨形态分类可将铸铁分为以下四种。其最基本的区别是铸铁中石墨的形状。

①灰铸铁石墨呈片状。

②球墨铸铁石墨呈球状。

③可锻铸铁石墨呈团絮状。

④蠕墨铸铁石墨呈短小的蠕虫状。

3-9影响铸铁石墨化的主要因素，是化学成分和结晶过程中的冷却速度。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的含量愈高，就越容易石墨化。在化学成分相同的情况下，铸铁结晶时，厚壁处由于冷却速度慢，有利于石墨化，薄壁处由于冷却速度快，不利于石墨化。因此在实际生产中，同一铸件厚壁处为灰铸铁，而薄壁处出现白口铸铁。

3-10灰铸铁组织中石墨片比较粗大，因而它的力学性能较差。为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常进行孕育处理。孕育处理就是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨组织的工艺过程。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。

3-11灰铸铁牌号中的数字，前一组表示其允许的最低抗拉强度值，后一组表示最低伸长率值。

3-12

（1）机床床身灰铸铁可进行消除铸件白口的退火处理（有利于切削）

（2）柴油机曲轴球墨铸铁可进行退火处理（有利于切削）和调质处理（提高综合力学性能）

（3）液压泵壳体灰铸铁可进行消除铸件内应力的退火处理（防止铸件变形和开裂）（4）犁铧球墨铸铁可进行等温淬火（提高铸件耐磨性）

（5）球磨机衬板白口铸铁

3-13铝硅系铸造铝合金又称为硅铝明，其特点是铸造性能好，线收缩率小，流动性好，热裂倾向小，具有较高的抗蚀性和足够的强度。

这类合金最常见的是ZL102，硅含量W Si=10%～13%，相当于共晶成分，铸造后几乎全部为（α+Si）共晶体组织。所以它的最大优点是铸造性能好。

3-14黄铜是以锌为主要合金元素的铜-锌合金。其中不含其他合金元素的黄铜称普通黄铜（或简单黄铜），含有其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜（或复杂黄铜）。

普通黄铜的组织和性能受含锌量的影响。当锌含量小于32%时，合金的组织由单相面心

立方晶格的α固溶体构成，塑性好。而且随Zn含量的增加，强度和塑性均增加。当Zn含量超过45%之后，组织中产生了大量的β’相，其强度和塑性急剧下降。所以，工业黄铜中锌含量一般不超过45%。

3-15铜锡合金称为锡青铜。锡含量低于8%的锡青铜称为压力加工锡青铜，锡含量大于10%的锡青铜称为铸造锡青铜。

锡青铜在大气、海水、淡水以及水蒸气中抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸及氨水中的抗蚀性较差。

3-16滑动轴承合金应具有良好的减摩性；具有足够的力学性能；滑动轴承合金还应具有良好的导热性、小的热膨胀系数、良好的耐蚀性和铸造性能。

金相组织应由多个相组成，如软基体上分布着硬质点，或硬基体上嵌镶软颗粒。

3-17粉末冶金是将几种金属粉末或金属与非金属粉末混匀后压制成型，再经过烧结而获得材料或零件的加工方法。

在工业生产中利用粉末冶金法，可以制成多种机械零件和工具，如刀具、精密齿轮、含油轴承、衬套、摩擦片、过滤器等。

3-18常用的硬质合金按成分与性能特点可分为三类，其代号、成分与性能如下：

①钨钴类硬质合金的主要化学成分为碳化钨及钴。这类合金刀具切削韧性材料时的耐磨性较差，适合加工铸铁、青铜等脆性材料。

②钨钴钛类硬质合金的主要化学成分为碳化钨、碳化钛及钴。这类硬质合金刀具切削韧性材料时较耐磨，适合加工钢材。

③通用硬质合金是以碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）取代YT类合金中的一部分TiC。在硬度不变的条件下，取代的数量越多，合金的抗弯强度越高。它适用于切削各种钢材，特别对于不锈钢、耐热钢、高锰钢等难于加工的钢材，切削效果更好。