机械制造基础第五章碳素钢与钢的热处理习题解答

第五章碳素钢与钢的热处理

习题解答

5-1 在平衡条件下，45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度、塑性、韧性哪个大、哪个小? 变化规律是什么? 原因何在?

答：平衡条件下，硬度大小为：45钢T8钢>T12钢。

变化规律为：随着碳含量的增加钢的硬度提高，塑性和韧性则下降，因为随着含量的增加组织中硬而脆的渗碳体的量也在增加；随碳含量增加，强度也会增加，但当碳含量到了0.9%后，强度则会随碳含量的增加而下降，因为碳含量超过0.9%后，钢的平衡组织中出现了脆而硬的网状二次渗碳体，导致了强度的下降。

5-2 为什么说碳钢中的锰和硅是有益元素? 硫和磷是有害元素?

答：锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性；锰还能与硫形成MnS，以减轻硫的有害作用。硅的脱氧能力比锰强，在室温下硅能溶人铁素体，提高钢的强度和硬度。

硫在钢中与铁形成化合物FeS，FeS与铁则形成低熔点(985℃) 的共晶体分布在奥氏体晶界上。当钢材加热到1100～1200℃进行锻压加工时，晶界上的共晶体己熔化，造成钢材在锻压加工过程中开裂，这种现象称为“热脆”。磷可全部溶于铁素体，产生强烈的固溶强化，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”。磷在结晶时还容易偏析，从而在局

部发生冷脆。

5-3 说明Q235A、10、45、65Mn、T8、T12A各属什么钢? 分析其碳含量及性能特点，并分别举一个应用实例。

答：Q235A属于碳素结构钢中的低碳钢；10钢属于优质碳素结构钢中的低碳钢；45钢属于优质碳素结构钢中的中碳钢；65Mn属于优质碳素结构钢中的高碳钢且含锰量较高；T8属于优质碳素工具钢；T12A属于高级优质碳素工具钢。

Q235A的w C =0.14% ~ 0.22%，其强度、塑性等性能在碳素结构钢中居中，工艺性能良好，故应用较为广泛，如用于制造机器中受力不大的螺栓。

10钢的w C =0.07% ~ 0.14%，其强度、硬度较低，塑性、韧性良好，用作焊接件、冲压件和锻件时的工艺性能良好，可用于制造机器中的垫圈、销钉等零件。

45钢的w C =0.42% ~ 0.50%，其力学性能在优质碳素结构钢中居中，具有良好的综合力学性能，应用广泛，如可用于制造内燃机的曲轴等零件。

T8钢的w C =0.75% ~ 0.84%，其强度、硬度和耐磨性较高，塑性、韧性较低，可用于制造承受冲击的冲头等零件。

T12A钢的w C =1.15% ~ 1.24%，其强度、硬度和耐磨性较高，塑性、韧性比T8钢低，可用于制造不受冲击的铰刀或丝锥等工具。

5-4 什么是热处理? 它由哪几个阶段组成? 热处理的目的是什么?

答：1、钢的热处理是通过加热、保温和冷却来改变钢的内部组织或表面组织，从而获得所需性能的工艺方法。

2、热处理由加热、保温和冷却组成。

3、热处理可以充分发挥钢材的潜力，显著提高钢的力学性能，延长零件的使用寿命；还可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，为后续工序作好组织准备。

5-5 钢热处理加热后保温的目的是什么?

答：热处理加热后保温的目的，一是为了使工件热透，组织转变完全；二是为了获得成分均匀的奥氏体，以便冷却后得到良好的组织与性能。

5-6 解释下列名词：

过冷奥氏体、残余奥氏体、马氏体、下贝氏体、托氏体；淬透性、淬硬性、临界冷却速度、调质处理；实际晶粒度、本质晶粒度。

过冷奥氏体——在A1温度以下暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体——过冷奥氏体在连续冷却转变为马氏体的过程中，由于奥氏体的碳含量过高使转变不能进行到底，即使过冷到M f以下温度，仍有一定量的奥氏体存在，这部分奥氏体称为残余奥氏体。

马氏体——过冷奥氏体在M s至M f之间的转变产物为马氏体。马氏体实质上是碳在α-Fe中过饱和固溶体。

下贝氏体——过冷奥氏体在350℃～Ms点温度范围内等温转变形成的贝氏体称为下贝氏体（下贝氏体呈黑色针片状形态，其中含过

饱和碳的铁素体呈针片状，微细的ε碳化物(Fe2、4 C)均匀而有方向地分布在针片状铁素体的内部）。

托氏体——过冷奥氏体在600℃~ 550℃等温转变时分解为铁素体与渗碳体的片层状混合物（一种珠光体组织）。

淬透性——淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。

淬硬性——淬硬性是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。

临界冷却速度——只发生马氏体转变的最小冷却速度，称为临界冷却速度。

调质处理——淬火与高温回火相结合的热处理工艺，称为“调质”。

实际晶粒度——在某一具体热处理或热加工条件下，实际获得的奥氏体晶粒度。

本质晶粒度——将钢加热到930±10℃，保温8h冷却后测得的晶粒度。

5-7 画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线。为了获得以下组织，应采用什么冷却方法? 并在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。

(1) 索氏体+珠光体

(2) 全部下贝氏体

(3) 托氏体+马氏体+残余奥氏体

(4) 托氏体+下贝氏体+马氏体+残余奥氏体

(5) 马氏体+残余奥氏体

答：T8 钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图。

(1) 用速度较慢的连续冷却方式（如随炉冷却，曲线1），使开始转变点在珠光体转变区中，转变终了点在索氏体转变区中；

(2) 用等温转变方式，快冷至下贝氏体转变温度区，等温冷却至转变结束，再冷却到室温（曲线2）；

(3) 用连续冷却方式，使开始转变点在托氏体转变区，在未完全转变为托氏体时冷却到上马氏体点以下（曲线3）；

(4) 先进行冷却，使开始转变点在托氏体转变区，在未完全转变为托氏体时冷却到上马氏体点以上的下贝氏体转变区，进行等温冷却，在转变未完全进行时再快冷到上马氏体点以下（曲线4）；

(5) 用大于临界冷却速度的连续冷却方式进行冷却（曲线5）。

5-8 钢中碳含量对马氏体硬度有何影响? 为什么?