《金属学及热处理》_郭海华 习题及解答.docx

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1、习题1（第一章力学性能）1 .塑性指标在工程上有哪些实际意义？型性是指材料在破坏前所能产生的最大塑性变形旎力,也性好的材料可以旭利地进行锻压、轧阴等加工：在超教情况下不至突然断裂而提高了工作安全性.2 .提高金属材料的强度有什么实际工程意义？材料抵抗变形和破坏的能力称为强度,强度指标的具体含义是材料单位面枳上所旎承受力的能力，强度的提高，建味着在同样外力的情况下，材料的横嵌面积可以减小，Iti终可以节约材料，降低成本；同理，强变的提高,在相同横岐面枳的情况下，材料承受外力的能力提高了，可以用于要求更高、更重要的加工制造.3 .金,弧疲劳Wr裂fI哪些特点？防止金尿疲劳断裂的方法有哪些？在交变力

2、作用下，金属会发生疲劳断裂现象，材料抗疲劳断裂的能力称为疲劳强度，疲劳利度是指在交变力作用下.材料经无限次应力荷环而不断裂的的大应力值.这个最大应力值往往低于材料的屈服强度（如很多材料是其屈服强度的0.30.6倍），这说明交变力比静力具有更大的破坏性：其次疲劳断裂没有明显电性变形的过程突然断裂具有更大的危险性。防止措施有：合现选材，然少氧化、脱碳、裂纹、夹杂等缺陷；改善零件结构形状：减少开孔、挖槽、缺”等，尽展避免尖角和裁面突变，避免引起应力集中：降低零件表面粗糙度，应一景减少刀痕、第痕、擦伤、腐蚀等表面加工扭伤：采用各种表面强化处理如沙碳、沙躯、表面淬火喷丸和浪JK等在材料表面形成一定深度的

3、残余H加力.4,某厂购入一批40钢,按相关标准规定其力学性能指标应为：RAN340MPa.RmH54OMPa.Z45%.验收时.IR样将其制成心Iomm的试样做拉伸试验,测得双.4KN,M7.1KN,断后口.径流=Z3m,请计算相大力学性能，判断该批钢材是否合格.答：氏广9计算得该材料AU=400MPaSORn=-计算得该材料屈-600MPa*Z=务二区X1.oO%计算得该材料Z=46.7%(I)结晶过程如下：由图4-7：含碳依045%的钢为亚共析剂，合金在冷却至GS践之前，己结晶出全部的奥氏体(WC=O.45%).当冷到GS线上时,开始在A品界上析出F.并随温度的下降,I：量不断增多,A家不

4、断减少.F含磁及沿GP线变化，而剌余奥氏体碳含量则沿GS线变化”当温度至727C时，F的成分达到P点，剩余A含域到达S点发生共析转变，形成珠光体,此时.铜的组织就由先共析铁索体和珠光体组成.共折线温度以下.铁素体将析出三次海硬体.但其数限很少，可以忽略.故该合金的室温组织可以认为是铁素体与珠光体.(2)相和如妲组成物的占比1)姐织如成物的相对含地：组织：帙素体珠光体.铁素体含量用QF表示,珠光体含筮用Qr表示，室淑株素体含碳Ift为0.0008%：QF=(0.77-0.45)/(0.77-0.0008)11.6%Qp=1.-41.6%=58.4%2)相组成物的相对量铁碳合佥均由铁索体7卷碟体两

5、相组成，铁素体用QF发示，海碳体用QEIC表示，室温铁素体含碳最为0.0008%；QF=(6.69-0.45)/(6.69-0.0008)=93.3%Qm=I-93.3%=6.7%3、某钢材仓库积压了许多钢材(退火态)，由于钢材混杂，铜的化学成分未知，取其中一根经金相组织分析后,其组织为P中e3C.P占93%.试根据帙碳相图计算此钢材含碳量:大约是多少？由组织P+Fe3C,可知该钢属于过共析剂设其含碳处为戒，根据铁碳相图及杠杠定律：Qr=,应采用轲林热处理?大桥纲结构Q345出厂时已正火处理汽车齿轮20CrYnTi海碳+泮火+低潮回火钺床钺杆38CrYoR1.A调质+渗翅汽车发动机气阀弹费50

6、CrV淬火中温回火凸轮轴40Cr调鲂收割机刀片T1.oA或9SiCr淬火+低温回火汽轮机叶片20Cr1.3淬火+高温回火硫酸、硝酸容渊06Cr1.8Ni1.1.Ti固溶处理习题8（铸铁）I.龄铁和碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么主要区别？成分：碳炳0.02%WHCW2.11%,铸铁含碳量更高：vc2.11%；组织：碳钢F+F3C（少铸铁：F+FcC（多）或：F+G、P+G、F+P+G性能：铸铁因为组织中存在更多的Fc3C.具行硬度高、耐磨性更好的特点.但其强度、咽性、韧性、疲劳抗力均比钢更低。2. C,Si、MtuP、S元篇对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（CSi,Mn1.tt）一高（S

7、高）的锌帙易出现白口?（1C和Si对铸铁石墨化起决定性作用，是强烈促进石墨化的元素，C、SiW1.if.石鬓化越容易进行.Si对石墨化影响大约为C的三分之一.P是做崩促进石期化的元素.但由于转帙中含P量低.对石墨化的影眄并不显著S是强烈阻碍石瓶化的元素，它促使济铁出现白口组织。Mn是阻碍石墨化的元素，但由于Mn能部分抵消S的有害影响，可以间接起到促进石矍化的作用.因此,促进石化的元素GSi以及Mn含/越低，强烈阻碍石融化的S而,石要化越不容易进行，也就是易出现白口了，3. H果形态是影响铸铁性能特点的E要因素.试分别比蛟说明不同的石墨形态对灰铸帙和琼墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响.锌钛中最常

8、用的是灰口铸铁，其中石盘形态主要有片状（灰铁、团然状（可锻铸铁）、球状（球墨铸铁等,在石爰总数加相当的情况下,精秩的性能主要受石墨形态的影响.灰铸铁的石城呈片状，它引起的应力集中程度最大，球墨铸铁中石黑呈球状，应力集中程度最小，对翦体的制裂作用也JR小（相同体积的条件卜，球形的表面积最小）.因此，琼铁比灰铸铁具有更高的强度和韧性.可锻铸铁介于二者之间.热处理仅能改变铸铁场体殂织，不住质变石来形态，因此它为灰铸铁力学性能的改善是有限的,灰铸铁常用的热处理有退火、自然时效、表面热处理.由于球鬓铸铁石展对基体影响大为然少,通过热处理可使基体组织充分发挥作用,球铁拥有与钢相似的多种热处理，有退火、正火

9、、调质、等湿淬火等，可以获得不同性能满足不同的应用需求.4. 在灰铸铁石墨化过程中，若第、第：阶段完全石墨化，第三阶段石果化完全进行、部分进行、没有迸行时，分别获得什么组织的铸铁？当第三阶段石墨化完全迸行时：铁素体十石墨：部分进行时：铁素体+珠光体+石墨没有诳行时：珠光体+石舞.5,球携铸铁的性能特点及用途是什么？球里恃帙是通过球化和孕育处理御到球状石矍.球状石墨对基体的刈裂作用和应力集中作用更小，与片状石展和团IR状石班相比,球摄铸铁的力学性能最好，夔体强度的利用率高达7O%9O%,球墨铸铁可与相应基体组织的铸钢相媲美，对于承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替铸钢.特别利于形状打架零件的成型,与

10、可俄的帙相比，还具有生产刑期短、不受铸件尺寸限制等特点。球墨钝狭中的石墨球愈小、愈分散，球果钝铁的强度、理性、与切件愈好.球墨铸秩还具有其他的优良性能,如铸造性能、减摩性、切削加工性等.球名恃帙能通过各种然处理改变其性能.上妾川于各种曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、一合器片、液压缸体等等部件.6 .和钢相比，现墨铸铁的拄处抻有什么异同？钢的组织本质上是以铁素体为基体，混合浅碳体或其他碳化物构成，这些暖化物都是从奥氏体中首先析出之后形成的，组织中没有从液体直接结晶形成的碳化物，所以热处理即可改变基体.也可改变其中碳化物的形态和分布.球级铸帙是灰11t铁中的一种，它的组织本质上是钢的基体+球状石

11、舞,而灰门铸铁是第一阶段、第二阶段均石墨化的铸铁，其中第二阶段从奥氏体中析出的石矍相对较少,因此.宜接从液体中形成的石墨（一阶段）更多.这些石墨的形态、分布是不旎通过热处理改变的，因此，球铁的热处理主要是改变她体的热处理。7 .HT200.HT350、KTH30Of6、QT100.QT600各是什么铸铁？各具有什么样的基体和石里形态？说明它们的力学性能特点及用途.HT200是灰铸铁，延体为珠光体，粗大的片状石？S.其抗拉强度不低于2OOMPa,用于承受大坡荷和整理要的零件,如气缸体、齿轮、齿轮箱、机座、飞轮、缸套、活塞、联轴器、轴承座等.HT35O为孕方灰铸铁，基体为珠光体，细小的片状石墨。其

12、抗拉强度不低于350MPa.用于承受高敦荷的理要零件,如重要设备床身、机座、受力较大的齿轮、凸轮、高压油缸、滑阀壳体等。KTIBOO-06为级心可锻铸铁,基体为铁索体，团JK状石墨，其抗拉强度不低于300MPa.伸长率不低于6%,用于弯头、三通管件,中低压阳门等.QT400为球柔体铁，电体为铁素体，球状石墨。其抗拉演度不低于400MPa,用于承受冲击、振动的零件.如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥无、拨叉.压缩机高低出气缸.电机外克.齿轮箱、机器底座、电动机架等.QT600为球疆铸铁，旗体为珠光体+铁素体，球状石墨,其抗抗强度不低于6（K）MPa.用于承受大我荷、受力红杂的零件.如汽车、拖拉机的曲轴

13、、连杆、凸轮轴.部分磨床、铳床的主轴，小型水轮机主轴等。习题9（有色金属及硬质合金）1.填空题（1）根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可以将其分为变形铝合金与%造铝合金两大类.（2）将铝合金进行固溶处理以茯也过饱和固溶体.通过时效过程获得细小弥侬分布的笫：相，使母相产生品格嗡变，阻碍位错运动，引起强哎和硬度显著增高。（3）超硬铝合金具有良好的J型性但疲劳性能较差,耐热性和耐蚀性也不高.（4）铸造铝硅合金Z1.Si1.2的组织为极大叶状的硅晶体,通过变质处理细化组织，可显著提高合金强度和蝴性。（5）钺声钢能通过固溶处理和人工时效进行强化,以获得高的舛性极限、疲劳抗力和耐蚀性、耐磨性及耐低温特性。

14、（6）在铁合金中加入含金元素提高合金的耐蚀性（或耐热性等性能：通过固溶处埋+时效处埋的热处埋强化提高强度.（7）钛在8S2C时会进行-Ti向B-Ti的转变，晶格类型从密C六方晶格转变为体心立方品格.（8） +B型钛合金越只。型钛合金和型钛合金的优点,强僮高，空性好，具有良好的热强性、耐饨性和低温韧性，其中应刖G为广泛的是TC4。（9）变形铝合金按能否热处理强化可以分为可热处理给合金和不可热处理船令金.（10铜合金按成形方法分类变形铜台色和铸造铜介北。（11）常见轴承合金根堀主要成分可分为锡基轴承合金、铅基轴承合金和铭基轴承合金2.简答题（D何种铝合金宜果用时效强化?何种铝合金宜采用变形强化?硬

15、铝合金及超硬铝合金采用时效强化,防锈铝合金采用变形强化。（2）变形铝合金包括哪儿类？航空发动机活塞、飞机大梁，E机蒙皮应选用哪种裙合金？我国传统变形铝合金的分类方法是依据其性能特点来分的，分为四类,即防钠铝合金、硬铝合金、超硬用合金和锻铝合金。航空发动机活潴：依造铝合金飞机大梁：切硬铝合金飞机蒙皮：WJ愕合金（3）脱落是些合金时效强化过程中出现的现叔.试说明脱得过程的析出相转变过程步骤,并说明合金的性能的变化。时效脱溶简称时效.，固溶体自高温急冷到固态溶轿度曲线以下，出于冷却速度快,第二相（如铝合金B相）来不及析出，形成了过饱和固溶体，然后在较低的温度下这种不稳定的过饱相固溶体将逐渐向稳定状态

16、转变，的希时间变化发生脱溶分解,随时效温度和固溶体合金成分的不同，时效脱溶过程中会析出各种弥散分布的亚稳定沉淀相（如书合金0”相.这种亚棺定沉淀和与母相共格或局部共格,（史母相产生晶格的变.阻码位错运动，引起强度和硬度显著地高,但塑性、韧性则降低，时效脱溶是一种金属的强化方法,也称时效强化或沉淀硬化.（4）下列零件分别应选择哪种钢合金:弹壳、钟表齿轮、海级精密弹簧、发动机轴承？弹壳：普通黄铜H68钟表齿轮：特殊黄桐HAI59-3-2高级精密弹黄：铝青铜QAr7、倍者铜QBe2发动机轴承：特殊黄铜HPb59、镀青铜QBe2习题10（机械零件选材及工艺路线分析）1 .以你在金I.实习中用过的几种零

17、件或具为例，简要说明它们的选材方法.榔头：T7T8冲击力大含碳盘相对最低；据条：T1.O冲击力相对更小含碳St相对更高一些：建刀：T12T13冲击力相对进一步减小，含碳及相对最高。2 .有一根45蝌制造的轴,使用过程中出现磨损，表面组织为Nm+T,硬度约45HRa心部组织为F,S.硬度约20HRC,其制造工艺为:锻造一正火一机械加工一,勺频去面淬火（油冷）一低温回火一机械制加工试分析其磨损原因,提出改进办法.磨损主要是衣面硬度不够，45钢经部火和低温I可火后硬度可达55HRC左右.窕我原因是表面纲织中除了M外还有一部分T,这是淬火冷速不够造成的。在油冷状态由于45铜是碳素纲,泮透性不高.冷却时

18、只有以外层冷速大于材料临界冷速Vk获得了4氏体（经低温回火为MG,表层其余组织为T。改进办法是调节好高短淬火版率控制好加热深度,然后采用水冷.如果还不能湎足使用要求，还可以换成港碳钢，将表层最终硬度提高到60HRC左右.3 .某结构划架的热作模具，其蚀收要求为5055HRC,试选用合适的材料，确定其加工工艺漉程并加以说明其中热处理的作用.热作模具因为在高温下工作，材料必须具有高的热硬性，而高的热硬性是通过高温回火来获得的(500-650X?)；热作模具因为要提环热疲劳抗力的原因.含瓶量不能过高,一般为中碳能围1.般WCQo30.5%).因此现度5055HRC同于高硬度要求.为获得此高埋度要求,

19、首先要选择热作模具中的高含碳量，其次，材料中应含有充分的产生二次硬化的合金元素.W,Mo,V等.其次，考虑到是“结构复杂的热作模具”，其对淬透性的要求高(以保证低的变形度和育精度)、变形抗力要求也喜。应该选择含有有效提高淬透性的元素，如：Cr.Mo等.综上，可选择高合金热作模具制4Cr3Mo3W4VNb-4 .按表中所列工件在备选材料中选择合适的材料，并确定其最终热处理方法，备选材料：38CrMoA1.40Cr.45.Q235、T7、T1.O、50CrV.16Mn.W18Cr4VKTII30006、60Si2Mn,Z1.102、ZCuSnIOPkYGI5、HT2(X)序号工件材料K热处理1车辆谖冲弹簧60Si2Mn淬火+中温回火2蝶丝刃T7淬火+低温回火3发动机连杆螺栓IOCr泮火+高温I可火4车床屋架顶针T1.O泮火+低温回火5自行车车架16Mn不需6电风麻机充Z1.102不需7车床丝杠螺用45调质+表面淬火+低温回火8自来水管对头KTH300-06石墨化退火9机床床身HT200时效+表面淬火10镣床镣杆38CrMOA1.A调桢+表面漆氮11机用大钻头W18CrV淬火+多次御温回火12普速机床地脚螺栓Q235不需13发动机抻气典弹簧50CrVA滓火+中温回火14高速粗车铸铁军刀YG15不需