工程材料实验报告(中国石油大学)(4300字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2018.4.11

工程材料实验报告中国石油大学

综合实验报告

班级:装控 班

工程材料实验报告中国石油大学

实验日期:

工程材料综合实验

----碳钢成分-组织-性能实验

● 金相显微镜的构造及使用

● 金相显微试样的制备

● 铁碳合金平衡组织观察

● 碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定

一、实验目的

1、别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织;

2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响,加深理解成分、组织与性能之间的相互关系;

3、了解碳钢的热处理操作;

4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响;

5、观察热处理后钢的组织及其变化;

6、了解常用硬度计的原理,初步掌握硬度计的使用。

二、实验设备及材料

1、

2、

3、 显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等; 金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等; 三个形状尺寸基本相同的碳钢试样(低碳钢20#、中碳钢45#、高碳钢T10)。

三、实验内容概述

1.钢的热处理

热处理是将钢加热到一定温度,经过一定时间的保温,然后以一定速度冷却下来的操作,通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒,亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是AC3+30~50℃,过共析钢的球化退火及淬火加热温度是

AC1+30~50℃,过共析钢的正火温度是ACcm+30~50℃,保温时间根据钢种,工件尺寸大小,炉子加热类型等由经验公式决定。 碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变,形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体(P),细片状珠光体——索氏体(S)和极细片状珠光体——屈氏体(T)之分。硬度随片距的减小(转变温度的降低)而升高。 碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变,生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体(B上)。在光学显

微镜下呈黑色羽毛状特征。过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体(B下),它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。

过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度,将发生马氏体转变,生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。常见的有板条马氏体(碳<0.2%)、针(片)状(碳>1.0%)马氏体以及由它们构成的混合组织(碳为0.2%~1.0%)。

随转变温度的降低钢的硬度升高。

普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火,得到接近平衡态的组织。奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火,得到先共析钢铁素体(或渗碳体)加伪珠光体。过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火,得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变,随回火温度的升高分别得到回火马氏体,回火屈氏体和回火索氏体。

随冷却速度增加,钢的硬度升高。

硬度是指材料对另一更硬物体(钢球或金刚石压头)压入其表面所表现的抵抗力。硬度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性意义。由于测量的方法不同常用的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和显微硬度(HV)。

布氏硬度适用于硬度较低的金属,如退火、正火的金属、铸铁及有色金属的硬度测定。洛氏硬度又有HRA、HRB、HRC三种,其中

HRC适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的硬度。维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确,可以测定从极软到极硬的各种材料的硬度,但测定过程比较麻烦。显微硬度用于测定显微组织中各种微小区域的硬度,实质就是小负荷(≤9.8N)的维氏硬度试验,也用HV表示。

2.试样制备

要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影,必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样

(1) 手工磨样

试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀,待磨面上旧磨痕消失,新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸,并且试样转90o再磨。一般磨制到4号(粒度800)砂纸即可。

(2) 抛光

本实验采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。PG-2金相制样抛光机

化学抛光:靠化学药剂对试样表面不均匀溶解而得到光亮的抛光面,凸起部分溶解速度快,而凹下部分溶解速度慢。具体操作是用竹筷夹住浸有抛光剂的棉球均匀的擦试磨面,待磨痕基本去掉后,立即用水冲洗。

机械抛光:在专用的抛光机上进行,抛光织物(如呢料、金丝绒等)固定在抛光盘上,洒以抛光粉悬浮液,试样轻压于旋转的抛光盘上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用,得到平整、光亮无划痕的磨面。

(3) 化学浸蚀

试样在浸蚀剂作用下,组织中电位低的部分为阳极,电位高的部分为阴极,低电位处于溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀。

3.观察金相显微组织

四. 实验步骤设计及数据记录与金相显微组织图样处理:

1、实验中对低碳钢20#、中碳钢45#、高碳钢T10进行如下表热处理

表1 实验中钢热处理工艺参数

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2、实验中测量三种钢的热处理前后硬度值如下表所示 表2 实验中样品硬度测试参数

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3、制备金相试样(包括磨制、抛光和腐蚀,具体步骤如实验内容概述中2所示)

4、组织观察与显微摄影

制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时,动作轻、速度慢,由低倍到高倍进行观察,结合试样热处理工艺,观察与分析组织。

选择能说明组织特征的典型视场,确定合适的放大倍数及图象采集。

五、实验结果处理

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1X400纯铁 含碳量<0.02% 2 X400i铁素体+珠光体 含碳量0.02%~0.77% 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液

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3 X400铁素体+珠光体(F+P) 含碳量0.02%~0.77% 4X400铁素体+珠光体(网状F+P) 4%硝酸酒精溶液 含碳量0.02%~0.77%

4%硝酸酒精溶液

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5X400珠光体(P) 含碳量0.8% 6X400珠光体+网状渗碳体(P+Fe3C)

含碳量0.8%~2.06%

4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液

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7X400亚共晶白口铸铁 含碳量2.06%~4.3% 8X400共晶白口铸铁 含碳量 4.3% 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液

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9X400 过共晶白口铸铁 含碳量4.3%~6.67%

4%硝酸酒精溶液

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20钢实验处理()

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20钢X400 正火处理:加热至900后空冷。正火处理后获得的正常组织:白色块状体为铁素体,黑色块状体为索氏体 ,其成分为铁素体和渗碳体。含碳量2%,4%硝酸酒精溶液

20钢热处理前后成分-组织-性能分析:

20钢属于亚共析钢,下面把亚共析钢平衡态组织和20钢正火后组织对照,分析其成分、组织、性能的变化

由亚共析钢平衡

二者的组织不同:亚共析钢平衡态组织为:铁素体+珠光体,20钢正火后组织为铁素体+索氏体,从相图上我们可以看出:正火处理后亚共析钢的组织得到细化。热处理前,20钢

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的硬度为81.3HRB,正火处理后硬度为72.6 HRB,可见,热处理后组织的硬度比热处理前组织的硬度减小了。

45钢实验数据处理()

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45钢调质之前的组织是珠光体+铁素体(P+F),调质之后为大部分的回火索氏体和少量的铁素体,拿调质处理后的金相图与未处理前的图相比较,发现45纲的晶粒得到细化,组织变的更加均匀。

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比较处理前后的硬度值,经过调质处理的45钢的硬度变小了。

相应的韧性也就增加了。

经过调质之后,材料的强度、韧性和塑性都较好,因而可以获得较好的综合机械性能。

鉴于45钢有着良好的综合机械性能,它可以做主轴、曲轴、齿轮、柱塞等对材料的综合性能要求较高的零件。

T10钢实验处理()

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T10钢在淬火之前的组织为珠光体和二次渗碳体(P+Fe3CⅡ) 在淬火处理之后的成分为针状马氏体和残余的奥氏体。

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热处理方式:淬火+低温回火

黑色的粗针状马氏体和白亮的残余奥氏体,硬度为60.0HRC

图像分析:整体图像有点模糊,一方面是调焦没调好,两一方面是光线太亮了。残余奥氏体不明显,原因是位置选的不合适。

性能:低温回火降低了淬火应力,提高了工件的韧性,减少钢的脆性并 保持钢的高硬度,主要用于制造各种工具模具和冷做模具。

实验心得:通过本实验,我巩固和加深了对课堂所学理论的理解,掌握了基本的实验方法和技能。更主要的是对铁碳合金各种组成相和组织组成物的特征有了明确的认识。尤其是对T10钢的热处理工艺及所涉及的成分变化有了更深刻的理解。

六、总结出碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系。

对与在退火状态下,随着C钢含C量的增加,组织中硬度高的Fe3C含量增加,硬度低的F减少,所以随着材料的含碳量的提高,材料的硬度也相应的提高,而由于Fe3C是极其脆的相,没有塑性,合金的塑性完全由F提供,所以随着C质量分数的提高,合金的塑性连续下降。材料的强度对组织形态很敏感,P的强度比较高,F的强度低,所以,亚共析钢的强度随含C量的增加而增加,当超过共析钢成分以后,由于强度很低的Fe3CⅡ沿着晶界出现,强度增高变慢,当C的含量达到0.9%时,Fe3CⅡ沿晶界出现完整的网,强度迅速降低,随C质量分数进一步增加,强度不断下降,直到趋于Fe3C的强度,约为20-30MPa。所以对于没有进行其它的处理的钢,如果要求有高的硬度而对强度和韧性没

有高的要求,如机器的底座,可以用含碳量高的材料甚至是铸钢。而T8刚是综合性能很好的材料,韧性和强度、刚度都很好。 当材料进行了热处理之后,如进行了淬火处理,形成马氏体,马氏体的强度随着含碳量的增加而提高,但是高碳马氏体硬而脆,塑性、韧性极差,低碳马氏体不仅强度高,而且塑性、韧性也较好,使很好的材料。

在马氏体通过高温回火之后,其综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都较好,广泛应用于重要的机器结构件,特别是受交变载荷的构件,比如:连杆、轴、齿轮等。


第二篇:中国石油大学(华东)工程材料1 19900字

工程材料学》习题

一、解释下列名词

1.淬透性与淬硬性; 2.相与组织; 3.组织应力与热应力;

4.过热与过烧; 5. 回火脆性与回火稳定性 6. 马氏体与回火马氏体

7. 实际晶粒度与本质晶粒度 8.化学热处理与表面热处理

淬透性:钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性,其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示

淬硬性:指钢淬火后所能达到的最高硬度,即硬化能力

相:金属或合金中,凡成分相同、结构相同,并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相

组织:显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。

组织应力:由于工件内外温差而引起的奥氏体(γ或A)向马氏体(M)转变时间不一致而产生的应力

热应力:由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力

过热:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象

过烧:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象

回火脆性:在某些温度范围内回火时,会出现冲击韧性下降的现象,称为回火脆性

回火稳定性:又叫耐回火性,即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。 马氏体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。

回火马氏体:在回火时,从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。

本质晶粒度:钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度

实际晶粒度:在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度,它直接影响钢的性能。

化学热处理:将工件置于待定介质中加热保温,使介质中活性原子渗入工件表层,从而改变工件表层化学成分与组织,进而改变其性能的热处理工艺。

表面淬火::指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

二、判断题

1. ( )合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。 错。根据结构特点不同,可将合金中相公为固溶体和金属化合物两类。

2. ( )实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的。

对。

3. ( )为调整硬度,便于机械加工,低碳钢,中碳钢和低碳合金钢在锻造 后都应采用正火处理。

对。对于低、中碳的亚共析钢而言,正火与退火的目的相同;即调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。对于过共析钢而言,正火是为了消除网状二次渗碳体,为球化退火作组织准备。对于普通话结构钢而言,正火可增加珠光体量并细化晶粒,提高强度、硬度和韧性,作为最终热处理。

4.( )在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些,因而合金钢将向合金元素少量多元化方向发展。

对。不同的元素对于钢有不同的效果。

5. ( )不论含碳量高低,马氏体的硬度都很高,脆性都很大。

错。马氏体的硬度主要取决于其含碳量,含碳增加,其硬度也随之提高。合金元素对马氏体的硬度影响不大,马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。

6.( )40Cr钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。

错。C曲线越靠右,含碳量越低,淬透性越好。40Cr为含碳量为0.4%,含Cr量为1.5%左右的调质钢。T10为含碳量为1%左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体,T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体,硬度比45钢高。

7.( )马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,由奥氏体直接转变而来的,因此马氏体与转变前的奥氏体含碳量相同。

对。当奥氏体过冷到Ms以下时,将转变为马氏体类型组织。但是马氏体转变时,奥氏体中的碳全部保留在马氏休中。马氏体转变的特点是高速长大、不扩散、共格切变性、降温形成、转变不完全。

8.( )铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。

错。所有的铸铁都不可以进行锻造。

9.( )45钢淬火并回火后机械性能是随回火温度上升,塑性,韧性下降,强度,硬度上升。

错。钢是随回火温度上升,塑性,韧性上升,强度,硬度提高。

10.( )淬硬层深度是指由工件表面到马氏体区的深度。

错。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%马氏体+50%非马氏体组织)的深度。

11.( )钢的回火温度应在Ac1以上。

错。回火是指将淬火钢加热到A1以下保温后再冷却的热处理工艺。

12.( )热处理可改变铸铁中的石墨形态。

错。热处理只能改变铸铁的基休组织,而不能改变石黑的状态和分布。

13.( )奥氏体是碳在α-Fe中的间隙式固溶体。

错。奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体。用符号A或γ表示。

14.( )高频表面淬火只改变工件表面组织,而不改变工件表面的化学成份。 对。高频表面淬火属于表面淬火的一种。表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

15.( )过冷度与冷却速度有关,冷却速度越大,则过冷度越小。

错。过冷度(ΔT)是指理论结晶温度(T0)与实际结晶温度(T1)的差值,即ΔT=T0-T1。但是冷却速度越大,则过冷度越大,。

16.( )所谓的本质细晶粒钢,是说它在任何条件下晶粒均不粗化。

错。本质晶粒度是指钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为实际晶粒度,通常把钢加热到940±10℃奥氏体化后,设法把奥氏体保留到室温来判断钢的本质晶粒度。

17.( )因为单晶体是各项异性的,所以实际应用的金属材料在各个方向 上的性能也是不同的。

错。

18.( )钢中的杂质元素“硫”会引起钢的“冷脆”。

错。钢中硫会引起热脆性,而磷有固溶强化作用,右提高强度硬度,但是却

显著降低了钢的韧性塑性(叫冷脆性)

19.( )硬度试验操作简便,迅速,不会破坏零件,根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值,因而是生产上常用的一种机械性能试验方法。

对。

20.( )含碳量低于0.25%的碳钢,退火后硬度低,切削时易粘刀并影响 刀具寿命,工件表面光洁度差,所以常采用正火。

对。

21. ( )三种金属晶格类型中,体心立方晶格中原子排列最为紧密。

错。原子排列紧密度与晶包的致密度有关,致密度越高,原子排列越紧密。休心立方的致密度为0.68,而面心立方和密排六方的为0.74。

22. ( ) 金属中的固溶体一般说塑性比较好,而金属化合物的硬度比较高。 对。与纯金属相比,固溶休的强度硬度高,塑性韧性低,但与金属化全物相比其硬度要低得多,而塑性韧性要高得多。

23. ( )高速钢反复锻造的目的是为了锻造成型。

错。高速工具钢是莱氏体钢,其铸态组织为亚共晶组织,由鱼骨状的莱氏休与树枝状的马氏体加托氏体组成。反复锻打是为了击碎鱼骨状碳化物,使其均匀的人布于基休中。

24. ( )金属发生多晶型转变时,不仅晶格要发生变化,组织与性能也要发生变化。

对。多晶型转变即同互异构转变,热处理的依据,

25. ( )发生过烧的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化,而发生过热的工件只能报废。

错。发生过热的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化,而发生过烧的工件只能报废。

26 .( )含Mo、W等合金元素的合金钢,其回火脆性倾向较小。

对。在钢中加入W(约1%)、Mo(约0.5%)可以有效的抑制回火脆性。

27. ( )铸钢的铸造性能比铸铁差,但常用于制造形状复杂,锻造有困难,要求有较高强度和塑性并受冲击载荷,铸铁不易达到的零件。

对。

三、回答下列问题

1.零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求? 答:(1)硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。

(2)硬度试验操作简便,迅速,不会破坏零件,可用于成品件的检测,

(3)硬度是一个综合力学性能指数,根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。

2.说明WSn=25%的Pb—Sn合金在下列各温度时有哪些相组成物?有哪些组织组成物?(1)高于300℃; (2)刚冷却至180℃,共晶转变尚未开始; (3)在183℃共晶转变刚完; (4)室温。

答:(1)高于300℃:相:液相,组织为Pb—Sn溶化物

(2)刚冷却至180℃,共晶转变尚未开始:相为液相+α相,组织为Pb—Sn溶化物+α回溶体

(3)在183℃共晶转变刚完:相为α相和β相,组织为(α+β)共晶组织

(4)室温:相为α相和β相,组织为α+(α+β)+βII。

3.图2—2为简化的铁碳合金状态图。试回答下列问题:

(1) 以相组成物填写相图。(标注见课本P51)

(2) 填空: 碳在α-Fe中的固溶体 称铁素体,其符号为 F或α ,晶格类型是 体心立方晶格 ,性能特点是强度 硬度低 ,塑性 韧性好 。

(3) 碳在γ-Fe中的固溶体 称奥氏体,其符号为 A或γ ,晶格类型是 面心立方晶格 ,性能特点是强度 低 ,塑性 好 。

(4) 渗碳体是 铁 与 碳 的 间隙固溶体 ,含碳量为 6.69 %, 性能特点是硬度 很高 ,脆性 韧性几乎为“零” 。

(5)ECF称 共晶线 线,所发生的反应称 共晶 反应,其反应式是 L4.3→γ2.11+Fe3C 得到的组织为 莱氏体(Le) 。

(6)PSK称 共析 线,所发生的反应称 共析 反应,其反应式是 γ0.77→α0.0218+Fe3C 得到的组织为 珠光体(P) 。

(7) E是 碳在中的α-Fe最大溶解度 点,P是 碳在γ-Fe中的最大溶解度 点,A1即 PSK 线,A3即 GS 线,Acm即 ES 线。

4.过共析钢的淬火温度是多少?为什么要选择在这一温度?

答:对于过共析钢而言,淬火温度为AC1+(30~50)℃

5.如下图所示,确定不同冷却速度下可能获得的组织,并比较其硬度值。

答:V1线是炉冷后空冷,得到的是珠光体(P),V2是加热后空冷,得到的是索氏体(S)或回火索氏体(S回);V3得到的是下贝氏体、马氏体和过冷奥氏体(B下+M+A′);V4为水冷,得到的是马氏体和残余奥氏体(M+A′)。 硬度值:P<S< B下<M+ A′

6. 共析钢C曲线与冷却曲线如图

(1)指出图中各点的组织

(2)并奥氏体化后各冷却方式下的热处理工艺名称

答:(1) 1:过冷奥氏体;2:过冷奥氏体和珠光体;3:珠光体(P);4:过冷奥氏体;5:过冷奥氏体和索氏体;6:索氏体(S);7:淬火马氏体+残余奥氏体(M淬A′);8:过冷奥氏体;9:过冷奥氏体和贝氏体;10:贝氏体(B)。

(2) V1:等温退火;V2:正火;V3等温回火;V4:淬火。

7.将一T12钢小试样分别加热到780?C和860?C,经保温后以大于Vk的速度冷却至室温,试问:(T12钢Ac1=730?C Accm=830?C)

(1)、哪个温度淬火后晶粒粗大?

(2)、哪个温度淬火后未溶碳化物较多?

(3)、哪个温度淬火后残余奥氏体量较多?

(4)、哪个淬火温度合适?为什么?

答:(1)860℃下淬火后晶粒更细。860℃>830℃,即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大,含碳量提高,使淬火后马氏体晶粒也粗大,且残余奥氏体量增多,使钢的硬度、耐磨性下降,脆性和变形开裂倾向增加。

(2)780?C下未溶碳化物较多,

(3))860℃下残余奥氏体量较多。

(4)780?C更适合淬火。T12是含碳量为1.2%的碳素工具钢,是过共析钢,其淬火火为AC1+(30~50)?C。

8. 45钢及T10钢小试件经850?C水冷、850?C空冷、760?C水冷、720?C水冷处理后的组织各是什么?(45钢:Ac1=730?,Ac3=780?C; 10钢:Ac1=730?C,Accm=800?C)

答:

中国石油大学华东工程材料1

回火)然后从一端加热,依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示的温度。试问:

(1)各点部位的组织是什么?(5分)

(2)整个圆棒自图示各温度保温后缓冷至室温后,问各点的组织是什么?若自图示各温度保温后水淬至室温,问各点的组织又是什么?(10分)

中国石油大学华东工程材料1

工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使 用状态下的组织。

答:正火:对于低、中碳的亚共析钢而言,正火的目的是调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为:铁素体加索氏体。

调质:提高力学性能,减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸。使用组织:回火索氏体。

高频感应加热表面淬火:提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限,获得所需的力学性能,使心部组织具有足够的塑韧性。使用组织:表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火:减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸,获得工艺所要的力学性能。使用组织:回火马氏体。

11.某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作,其工艺路线如下:

下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。

答:1正火:对于低、中碳的亚共析钢而言,正火的目的是调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为:铁素体加索氏体。

2渗碳:提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度,同时保持工件心部良好的韧性和塑性。使用组织:表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体,心部为低碳回火马氏体+铁素体。

3淬火:获得马氏体组织,提高工件的硬度,获得相应的力学性能。使用组织:淬火马氏体。

4低温回火:减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸,获得工艺所要的力学性能。使用组织:回火马氏体。

12.合金钢与碳钢相比,为什么它的力学性能好?热处理变形小?

答:(1)在钢中加入合金元素,溶于铁素体,起固溶强化作用;合金元素进入渗碳体中,形成合金渗碳体;

(2)几乎所有合金元素都使E点和S点左移,在退火状态下,相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多,从而使钢的强度和硬度提高。

(3)除Co外,凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移,淬透性的提高,这有利于减少零件的淬火变形和开裂倾向。

(4)除Co、Al外,所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降,使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。

(5)合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高,有利于消除内应力,有效的防止了工件开裂与变形。

(6)含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时,产生二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性,这对于工具钢是非常重要的。

(7)—在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性。

13.按刃具钢的工作条件,其性能要求是什么?

答:高硬度、高耐磨性、高热应性、足够的韧性。

14.有人提出用高速钢制锉刀,用碳素工具钢制钻木材的φ10的钻头,你认为合适吗?说明理由.

答:不合理。挫刀是手用工具,其工作时的温度不高,速度不快,力学性能要求不高,用碳素工具钢就可以。而钻头是高速运转的工具,要求有高的热应性与硬度、耐磨性,要用低合金工具钢或高速工具钢。

15.画出W18Cr4V钢的淬火、回火工艺曲线,并标明温度;淬火温度为什么要选那么高?回火温度为什么要选560℃?为什么要进行三回火?处理完的最后组织是什么?

答:W18Cr4V高速工具钢,其导热性较差,淬火加热时应预热两次,以防止变形和开裂,常委会火时选1280℃,以使更多的合金元素溶入奥氏体中,达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。

回火时要进行三次,主要目的是减少残余奥氏体量,稳定组织,并产生二次硬化。

16.说出下列钢号的含义?并举例说明每一钢号的典型用途。

Q235,20,45,T8A,40Cr,GCr15, 60Si2Mn , W18Cr4V , ZG25,HT200 答:Q235为含碳量低的屈服强度为235的碳素结构钢,主要用于结构件、钢板、螺栓、螺母、铆钉等

20为含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,,强度、硬度低,韧性塑性好,主要用来做冲压件、锻造件、焊接件、和渗碳件,用做齿轮、销钉、小轴、螺母等。 45:为含碳量为0.45%的优质碳素结构钢综合力学性能好,主要用于制造齿轮轴件,如曲轴,传动轴,连杆。

T8A:含碳量为0.8%左右的优质碳素工具钢.其承受冲击、韧性较好,硬度适当,可用作扁铲、手钳、大锤、木工工肯等。

GCr15:为含碳量为1.5%左右、含Cr量为1.5%左右的滚动轴承钢,主要用天各种滚动体,壁厚≤12㎜,外径≤250㎜的轴承套,模具,精密量具等。

60Si2Mn:含碳量为0.6%左右、含Si为2%左右、含Mn为1.5%左右的弹簧钢,

主要用于汽车、拖拉机、机车的板簧、螺旋弹簧、汽缸安全阀簧、等。

W18Cr4V:含W量为18%左右、含Cr量为4%左右含V量小于1.5%的高速工具钢。主要用于高速切削车刀、钻头、铣刀、板牙、丝锥、等。

ZG25:含碳量为0.25%的铸钢。主要用承受严重磨损又承受强烈冲击的零件。如拖拉机、坦克的履带板、挖掘机的铲齿等。

HT200最低搞拉强度为200MPa的灰铁。

中国石油大学华东工程材料1

齿心部硬度22~25HRC,整体强度σb=760~800Mpa,整体韧性ak=40~60J/cm2,应选下列哪种钢,并进行何种热处理?

35、45、20CrMnTi、T12、W18Cr4V

2)从上述材料中,选择制造手工丝锥的合适钢种,并制订工艺流程。

答:1)选用20CrMnTi能达到力学司长能要求。下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火→磨削。

2)选用T12就可以,下料→锻造→球化退火→机加工→淬火+低温回火 《工程材料学》习题

一、解释下列名词

1.淬透性与淬硬性; 2.相与组织; 3.组织应力与热应力;

4.过热与过烧; 5. 回火脆性与回火稳定性 6. 马氏体与回火马氏体

7. 实际晶粒度与本质晶粒度 8.化学热处理与表面热处理

淬透性:钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性,其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示

淬硬性:指钢淬火后所能达到的最高硬度,即硬化能力

相:金属或合金中,凡成分相同、结构相同,并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相

组织:显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。

组织应力:由于工件内外温差而引起的奥氏体(γ或A)向马氏体(M)转变时间不一致而产生的应力

热应力:由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力

过热:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象

过烧:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象

回火脆性:在某些温度范围内回火时,会出现冲击韧性下降的现象,称为回火脆性

回火稳定性:又叫耐回火性,即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。 马氏体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。

回火马氏体:在回火时,从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。

本质晶粒度:钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度

实际晶粒度:在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度,它直接影响钢的性

能。

化学热处理:将工件置于待定介质中加热保温,使介质中活性原子渗入工件表层,从而改变工件表层化学成分与组织,进而改变其性能的热处理工艺。

表面淬火::指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

二、判断题

1. ( )合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。 错。根据结构特点不同,可将合金中相公为固溶体和金属化合物两类。

2. ( )实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的。

对。

3. ( )为调整硬度,便于机械加工,低碳钢,中碳钢和低碳合金钢在锻造 后都应采用正火处理。

对。对于低、中碳的亚共析钢而言,正火与退火的目的相同;即调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。对于过共析钢而言,正火是为了消除网状二次渗碳体,为球化退火作组织准备。对于普通话结构钢而言,正火可增加珠光体量并细化晶粒,提高强度、硬度和韧性,作为最终热处理。

4.( )在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些,因而合金钢将向合金元素少量多元化方向发展。

对。不同的元素对于钢有不同的效果。

5. ( )不论含碳量高低,马氏体的硬度都很高,脆性都很大。

错。马氏体的硬度主要取决于其含碳量,含碳增加,其硬度也随之提高。合金元素对马氏体的硬度影响不大,马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。

6.( )40Cr钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。

错。C曲线越靠右,含碳量越低,淬透性越好。40Cr为含碳量为0.4%,含Cr量为1.5%左右的调质钢。T10为含碳量为1%左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体,T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体,硬度比45钢高。

7.( )马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,由奥氏体直接转变而来的,因此马氏体与转变前的奥氏体含碳量相同。

对。当奥氏体过冷到Ms以下时,将转变为马氏体类型组织。但是马氏体转变时,奥氏体中的碳全部保留在马氏休中。马氏体转变的特点是高速长大、不扩散、共格切变性、降温形成、转变不完全。

8.( )铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。

错。所有的铸铁都不可以进行锻造。

9.( )45钢淬火并回火后机械性能是随回火温度上升,塑性,韧性下降,强度,硬度上升。

错。钢是随回火温度上升,塑性,韧性上升,强度,硬度提高。

10.( )淬硬层深度是指由工件表面到马氏体区的深度。

错。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%马氏体+50%非马氏体组织)的深度。

11.( )钢的回火温度应在Ac1以上。

错。回火是指将淬火钢加热到A1以下保温后再冷却的热处理工艺。

12.( )热处理可改变铸铁中的石墨形态。

错。热处理只能改变铸铁的基休组织,而不能改变石黑的状态和分布。

13.( )奥氏体是碳在α-Fe中的间隙式固溶体。

错。奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体。用符号A或γ表示。

14.( )高频表面淬火只改变工件表面组织,而不改变工件表面的化学成份。 对。高频表面淬火属于表面淬火的一种。表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

15.( )过冷度与冷却速度有关,冷却速度越大,则过冷度越小。

错。过冷度(ΔT)是指理论结晶温度(T0)与实际结晶温度(T1)的差值,即ΔT=T0-T1。但是冷却速度越大,则过冷度越大,。

16.( )所谓的本质细晶粒钢,是说它在任何条件下晶粒均不粗化。

错。本质晶粒度是指钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为实际晶粒度,通常把钢加热到940±10℃奥氏体化后,设法把奥氏体保留到室温来判断钢的本质晶粒度。

17.( )因为单晶体是各项异性的,所以实际应用的金属材料在各个方向 上的性能也是不同的。

错。

18.( )钢中的杂质元素“硫”会引起钢的“冷脆”。

错。钢中硫会引起热脆性,而磷有固溶强化作用,右提高强度硬度,但是却显著降低了钢的韧性塑性(叫冷脆性)

19.( )硬度试验操作简便,迅速,不会破坏零件,根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值,因而是生产上常用的一种机械性能试验方法。

对。

20.( )含碳量低于0.25%的碳钢,退火后硬度低,切削时易粘刀并影响 刀具寿命,工件表面光洁度差,所以常采用正火。

对。

21. ( )三种金属晶格类型中,体心立方晶格中原子排列最为紧密。

错。原子排列紧密度与晶包的致密度有关,致密度越高,原子排列越紧密。休心立方的致密度为0.68,而面心立方和密排六方的为0.74。

22. ( ) 金属中的固溶体一般说塑性比较好,而金属化合物的硬度比较高。 对。与纯金属相比,固溶休的强度硬度高,塑性韧性低,但与金属化全物相比其硬度要低得多,而塑性韧性要高得多。

23. ( )高速钢反复锻造的目的是为了锻造成型。

错。高速工具钢是莱氏体钢,其铸态组织为亚共晶组织,由鱼骨状的莱氏休与树枝状的马氏体加托氏体组成。反复锻打是为了击碎鱼骨状碳化物,使其均匀的人布于基休中。

24. ( )金属发生多晶型转变时,不仅晶格要发生变化,组织与性能也要发生变化。

对。多晶型转变即同互异构转变,热处理的依据,

25. ( )发生过烧的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化,而发生过热的工件只能报废。

错。发生过热的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化,而发生过烧的工件只能报废。

26 .( )含Mo、W等合金元素的合金钢,其回火脆性倾向较小。

对。在钢中加入W(约1%)、Mo(约0.5%)可以有效的抑制回火脆性。

27. ( )铸钢的铸造性能比铸铁差,但常用于制造形状复杂,锻造有困难,要求有较高强度和塑性并受冲击载荷,铸铁不易达到的零件。

对。

三、回答下列问题

1.零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求? 答:(1)硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。

(2)硬度试验操作简便,迅速,不会破坏零件,可用于成品件的检测,

(3)硬度是一个综合力学性能指数,根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。

2.说明WSn=25%的Pb—Sn合金在下列各温度时有哪些相组成物?有哪些组织组成物?(1)高于300℃; (2)刚冷却至180℃,共晶转变尚未开始; (3)在183℃共晶转变刚完; (4)室温。

答:(1)高于300℃:相:液相,组织为Pb—Sn溶化物

(2)刚冷却至180℃,共晶转变尚未开始:相为液相+α相,组织为Pb—Sn溶化物+α回溶体

(3)在183℃共晶转变刚完:相为α相和β相,组织为(α+β)共晶组织

(4)室温:相为α相和β相,组织为α+(α+β)+βII。

3.图2—2为简化的铁碳合金状态图。试回答下列问题:

(1) 以相组成物填写相图。(标注见课本P51)

(2) 填空: 碳在α-Fe中的固溶体 称铁素体,其符号为 F或α ,晶格类型是 体心立方晶格 ,性能特点是强度 硬度低 ,塑性 韧性好 。

(3) 碳在γ-Fe中的固溶体 称奥氏体,其符号为 A或γ ,晶格类型是 面心立方晶格 ,性能特点是强度 低 ,塑性 好 。

(4) 渗碳体是 铁 与 碳 的 间隙固溶体 ,含碳量为 6.69 %, 性能特点是硬度 很高 ,脆性 韧性几乎为“零” 。

(5)ECF称 共晶线 线,所发生的反应称 共晶 反应,其反应式是 L4.3→γ2.11+Fe3C 得到的组织为 莱氏体(Le) 。

(6)PSK称 共析 线,所发生的反应称 共析 反应,其反应式是 γ0.77→α0.0218+Fe3C 得到的组织为 珠光体(P) 。

(7) E是 碳在中的α-Fe最大溶解度 点,P是 碳在γ-Fe中的最大溶解度 点,A1即 PSK 线,A3即 GS 线,Acm即 ES 线。

4.过共析钢的淬火温度是多少?为什么要选择在这一温度?

答:对于过共析钢而言,淬火温度为AC1+(30~50)℃

5.如下图所示,确定不同冷却速度下可能获得的组织,并比较其硬度值。

答:V1线是炉冷后空冷,得到的是珠光体(P),V2是加热后空冷,得到的是索氏体(S)或回火索氏体(S回);V3得到的是下贝氏体、马氏体和过冷奥氏体(B下+M+A′);V4为水冷,得到的是马氏体和残余奥氏体(M+A′)。 硬度值:P<S< B下<M+ A′

6. 共析钢C曲线与冷却曲线如图

(1)指出图中各点的组织

(2)并奥氏体化后各冷却方式下的热处理工艺名称

答:(1) 1:过冷奥氏体;2:过冷奥氏体和珠光体;3:珠光体(P);4:过冷奥氏体;5:过冷奥氏体和索氏体;6:索氏体(S);7:淬火马氏体+残余奥氏

体(M淬A′);8:过冷奥氏体;9:过冷奥氏体和贝氏体;10:贝氏体(B)。

(2) V1:等温退火;V2:正火;V3等温回火;V4:淬火。

7.将一T12钢小试样分别加热到780?C和860?C,经保温后以大于Vk的速度冷却至室温,试问:(T12钢Ac1=730?C Accm=830?C)

(1)、哪个温度淬火后晶粒粗大?

(2)、哪个温度淬火后未溶碳化物较多?

(3)、哪个温度淬火后残余奥氏体量较多?

(4)、哪个淬火温度合适?为什么?

答:(1)860℃下淬火后晶粒更细。860℃>830℃,即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大,含碳量提高,使淬火后马氏体晶粒也粗大,且残余奥氏体量增多,使钢的硬度、耐磨性下降,脆性和变形开裂倾向增加。

(2)780?C下未溶碳化物较多,

(3))860℃下残余奥氏体量较多。

(4)780?C更适合淬火。T12是含碳量为1.2%的碳素工具钢,是过共析钢,其淬火火为AC1+(30~50)?C。

8. 45钢及T10钢小试件经850?C水冷、850?C空冷、760?C水冷、720?C水冷处理后的组织各是什么?(45钢:Ac1=730?,Ac3=780?C; 10钢:Ac1=730?C,Accm=800?C)

答:

中国石油大学华东工程材料1

回火)然后从一端加热,依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示的温度。试问:

(1)各点部位的组织是什么?(5分)

(2)整个圆棒自图示各温度保温后缓冷至室温后,问各点的组织是什么?若自图示各温度保温后水淬至室温,问各点的组织又是什么?(10分)

中国石油大学华东工程材料1

工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使 用状态下的组织。

答:正火:对于低、中碳的亚共析钢而言,正火的目的是调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后

续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为:铁素体加索氏体。

调质:提高力学性能,减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸。使用组织:回火索氏体。

高频感应加热表面淬火:提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限,获得所需的力学性能,使心部组织具有足够的塑韧性。使用组织:表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火:减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸,获得工艺所要的力学性能。使用组织:回火马氏体。

11.某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作,其工艺路线如下:

下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。

答:1正火:对于低、中碳的亚共析钢而言,正火的目的是调整硬度,便于切削加工,细化晶粒,提高力学性能,为淬火作组织准备,消除残作内应力,防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为:铁素体加索氏体。

2渗碳:提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度,同时保持工件心部良好的韧性和塑性。使用组织:表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体,心部为低碳回火马氏体+铁素体。

3淬火:获得马氏体组织,提高工件的硬度,获得相应的力学性能。使用组织:淬火马氏体。

4低温回火:减少或消除淬火内应力,稳定工件尺寸,获得工艺所要的力学性能。使用组织:回火马氏体。

12.合金钢与碳钢相比,为什么它的力学性能好?热处理变形小?

答:(1)在钢中加入合金元素,溶于铁素体,起固溶强化作用;合金元素进入渗碳体中,形成合金渗碳体;

(2)几乎所有合金元素都使E点和S点左移,在退火状态下,相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多,从而使钢的强度和硬度提高。

(3)除Co外,凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移,淬透性的提高,这有利于减少零件的淬火变形和开裂倾向。

(4)除Co、Al外,所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降,使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。

(5)合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高,有利于消除内应力,有效的防止了工件开裂与变形。

(6)含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时,产生二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性,这对于工具钢是非常重要的。

(7)—在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性。

13.按刃具钢的工作条件,其性能要求是什么?

答:高硬度、高耐磨性、高热应性、足够的韧性。

14.有人提出用高速钢制锉刀,用碳素工具钢制钻木材的φ10的钻头,你认为合适吗?说明理由.

答:不合理。挫刀是手用工具,其工作时的温度不高,速度不快,力学性能要求不高,用碳素工具钢就可以。而钻头是高速运转的工具,要求有高的热应性与硬度、耐磨性,要用低合金工具钢或高速工具钢。

15.画出W18Cr4V钢的淬火、回火工艺曲线,并标明温度;淬火温度为什么要选那么高?回火温度为什么要选560℃?为什么要进行三回火?处理完的最后组

织是什么?

答:W18Cr4V高速工具钢,其导热性较差,淬火加热时应预热两次,以防止变形和开裂,常委会火时选1280℃,以使更多的合金元素溶入奥氏体中,达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。

回火时要进行三次,主要目的是减少残余奥氏体量,稳定组织,并产生二次硬化。

16.说出下列钢号的含义?并举例说明每一钢号的典型用途。

Q235,20,45,T8A,40Cr,GCr15, 60Si2Mn , W18Cr4V , ZG25,HT200 答:Q235为含碳量低的屈服强度为235的碳素结构钢,主要用于结构件、钢板、螺栓、螺母、铆钉等

20为含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,,强度、硬度低,韧性塑性好,主要用来做冲压件、锻造件、焊接件、和渗碳件,用做齿轮、销钉、小轴、螺母等。 45:为含碳量为0.45%的优质碳素结构钢综合力学性能好,主要用于制造齿轮轴件,如曲轴,传动轴,连杆。

T8A:含碳量为0.8%左右的优质碳素工具钢.其承受冲击、韧性较好,硬度适当,可用作扁铲、手钳、大锤、木工工肯等。

GCr15:为含碳量为1.5%左右、含Cr量为1.5%左右的滚动轴承钢,主要用天各种滚动体,壁厚≤12㎜,外径≤250㎜的轴承套,模具,精密量具等。

60Si2Mn:含碳量为0.6%左右、含Si为2%左右、含Mn为1.5%左右的弹簧钢,主要用于汽车、拖拉机、机车的板簧、螺旋弹簧、汽缸安全阀簧、等。

W18Cr4V:含W量为18%左右、含Cr量为4%左右含V量小于1.5%的高速工具钢。主要用于高速切削车刀、钻头、铣刀、板牙、丝锥、等。

ZG25:含碳量为0.25%的铸钢。主要用承受严重磨损又承受强烈冲击的零件。如拖拉机、坦克的履带板、挖掘机的铲齿等。

HT200最低搞拉强度为200MPa的灰铁。

中国石油大学华东工程材料1

齿心部硬度22~25HRC,整体强度σb=760~800Mpa,整体韧性ak=40~60J/cm2,应选下列哪种钢,并进行何种热处理?

35、45、20CrMnTi、T12、W18Cr4V

2)从上述材料中,选择制造手工丝锥的合适钢种,并制订工艺流程。

答:1)选用20CrMnTi能达到力学司长能要求。下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火→磨削。

2)选用T12就可以,下料→锻造→球化退火→机加工→淬火+低温回火。 机械工程材料 A卷评分标准

一、名词解释:(10分)

1、 固溶强化: 固溶体溶入溶质后强度、硬度提高,塑性韧性下降现象。(2

分)

2、加工硬化: 金属塑性变形后,强度硬度提高的现象。(2分)

2、 合金强化: 在钢液中有选择地加入合金元素,提高材料强度和硬度(2

分)

4、热处理:钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。 (2分)

5、细晶强化:通过细化晶粒处理,使得金属强度提高的方法。(2分)

二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法(30分)(每空1分

中国石油大学华东工程材料1

三、(20分)车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58,其余地方为HRC20—25,其加工路线为:

机加工(精) 磨加工

指出:1、主轴应用的材料:45钢 (4分)

2、正火的目的和大致热处理工艺 细化晶粒,消除应力;加热到Ac3+50℃保温一段时间空冷(4分)

3、调质目的和大致热处理工艺 强度硬度塑性韧性达到良好配合 淬火+高温回火(4分)

4、表面淬火目的 提高轴颈表面硬度(4分)

1. 低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力,表面M+

A’心部S回。

(4分)

四、选择填空(20分)(每空2分)

1.合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是( d )

(a)均强烈阻止奥氏体晶粒长大 (b)均强烈促进奥氏体晶粒长大

(c)无影响 (d)上述说法都不全面

2.适合制造渗碳零件的钢有( c)。

(a)16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A (b)45、40Cr、65Mn、T12 (c)15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

3.要制造直径16mm的螺栓,要求整个截面上具有良好的综合机械性能,应选用(c )

(a)45钢经正火处理 (b)60Si2Mn经淬火和中温回火 (c)40Cr钢经调质处理

4.制造手用锯条应当选用(a )

(a)T12钢经淬火和低温回火 (b)Cr12Mo钢经淬火和低温回火 (c)65钢淬火后中温回火

5.高速钢的红硬性取决于(b )

(a)马氏体的多少 (b)淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量 (c)钢中的碳含量

6.汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性,中心有良好的强韧性,应选用(c ) (a)60钢渗碳淬火后低温回火 (b)40Cr淬火后高温回火 (c)20CrMnTi渗碳淬火后低温回火

7.65、65Mn、50CrV等属于哪类钢,其热处理特点是(c )

(a)工具钢,淬火+低温回火 (b)轴承钢,渗碳+淬火+低温回火 (c)弹簧钢,淬火+中温回火

8. 二次硬化属于( d)

(a)固溶强化 (b)细晶强化 (c)位错强化 (d)第二相强化

9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢,进行固溶处理的目的是( b)

(a) 获得单一的马氏体组织,提高硬度和耐磨性

(b) 获得单一的奥氏体组织,提高抗腐蚀性,防止晶间腐蚀 (c)

降低硬度,便于切削加工

10.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击,应选择用(b )

(a)20Cr渗碳淬火后低温回火 (b)ZGMn13—3经水韧处理 (c)W18Cr4V淬火后低温回火

五、填空题(20分) (每空1分)

1、马氏体是氏体。

其中, 片状马氏体硬度高、塑性差

2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为 ,回火次数 3次。

3、材料选择的三原则 一般原则,工艺性原则, 经济性原则。

4、合金结构钢与碳素结构钢相比,其突出优点是 。

5. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是

6. 共析钢淬火形成M+A'后,在低温、中温、高温回火后的产物分别为

7. 45钢正火后渗碳体呈

一、名词解释: (每小题2分,共10分)

1. 相2. 加工硬化3. 调质4. 马氏体5. 同素异晶性

二、填空题:(每空0.5分,共20分)

1.按结合键的性质,工程材料通常分为___、___、___、___等四

类。

2.金属材料的晶体结构有___、___、密排六方三种。

3.晶体中的缺陷按尺寸的大小分为___、___、___三种缺陷,位错属于

___缺陷。

4.固溶体按溶质原子的位置分为___ 和___ 两种。

5.珠光体是___反应的产物,它是___体和___体的机械混合物。

6.45钢的含碳量是___,T10A钢的含碳量是___。

7.塑性变形后的金属加热时,随温度的升高将依次发生___ 、___和__

_现象。

8. α-Fe是___晶体结构,其晶胞原子数为___;Cu是___晶体结构,其

晶胞原子数为___;

9、除Co以外,合金元素的加入,均使钢的C曲线 ___,临界冷却速度__

_,钢的淬透性___,所以35CrMo钢比35钢的淬透性___。

10、钢的常见表面热处理方法有___、___ 和___。

11.在Fe-C合金中,γ→α+Fe3C是___转变,而L→γ+Fe3C是___转变。

12.钢的回火分为___、___、___三种类型,其主要产物分别是___、

___、 ____。

13.单晶体塑性变形的基本方式为___和孪晶。

三、 判断题: (在题后括号内将正确的划√,错误的划×。每小题1分,共10分)

1.洛氏硬度的表示符号为HB。( )

2.45钢在淬火后出现屈氏体组织是由于加热温度不够高造成的。( )

3.铸铁不能进行热处理。( )

4.过冷是纯金属凝固的必要条件。( )

5.锡在室温下变形属于冷加工(锡熔点为232℃)。( )

6.杠杆定律只适用于两相区。( )

7.室温下,金属的晶粒越细小,其强度硬度越高,而塑性与韧性越差。( )

8.弹簧钢通常采用调质处理工艺以提高其性能。( )

9.以铝、镁、钛为基的合金称为轻合金。( )

10.不锈钢1Cr18Ni9Ti中Ti的作用是避免晶间腐蚀( )

四、简答题(每小题5分,共20分)

1.在立方晶格中,画图表示出以下晶面和晶向(5分)

(110)、(010)、[111]、[110]、[100]

2.为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类,大型发电机转子等都必须用合金钢制造?与碳钢比较,合金钢有何优点?

3.现有低碳钢和中碳钢齿轮各一批,为了使表面具有高硬度和好的耐磨性,应

各怎样热处理?

4.用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉,并随工件一起加热到

1000℃保温,当出炉后再次吊装工件时,钢丝绳发生断裂,试分析其原因。

五、计算、论述题(14分)

1.画出40、T8、T12钢的室温平衡组织示意图,并标出相应的组织组成物(6分)

2.指出T8(共析钢)从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变?(2分)

3.根据杠杆定律分别计算40钢在室温下的组织组成物与相组成物的相对百分含量。(6分)

六、论述题(10分)

1.T8钢经淬火后得到什么组织?经退火后得到什么组织?(4分)

2.T8钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织?(6分)

七、要制造齿轮、连杆、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件,试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、最终热处理方法和零件制成后的最终组织。(16分)

T10,65Mn,HT300,W18Cr4V,GCr15Mo ,40Cr,20CrMnTi,Cr12MoV

一、名词解释: (每小题2分,共10分)

1. 相:是指金属或合金中成分、结构和性能相同,并与其它部分有界面分开的均匀组成部分

2. 加工硬化:在材料冷加工过程中,晶粒破碎,位错密度增加,使强度和硬度提高,塑性和韧性下降的现象。

3. 调质:淬火加高温回火的热处理工艺

4. 马氏体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

5. 同素异晶性:同一元素或同一成分合金在不同温度下具有不同的晶体结构。

二、填空题:(每空0.5分,共20分)

1.金属材料,无机非金属材料(或陶瓷材料),有机非金属材料(或高分子材料),复合材料。

2.体心立方,面心立方

3.点缺陷、线缺陷、面缺陷,线缺陷

4.间隙固溶体,置换固溶体

5.共析反应,铁素体,渗碳体

6.0.45%,1.0%

7.回复, 再结晶,晶粒长大

8.体心立方,2,面心立方,4

9.右移,降低,提高,高

10.感应加热表面淬火,火焰加热表面淬火,化学热处理

11.共析,共晶

12.低温回火,中温回火,高温回火,回火马氏体,回火托氏体,回火索氏体

13.滑移

三、 判断题:(每小题1分,共10分)

1.×, 2.×, 3.×, 4.√, 5×., 6.√, 7.√, 8.×, 9.√,

10.√。

四、简答题(每小题5分,共20分)

1.

中国石油大学华东工程材料1

2.2.碳钢制成的零件尺寸不能太大,否则淬不透,出现内外性能不均,对于一些

比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类,大型发电机转子等都必须用合金钢制造。

(1) 如上所述合金钢的淬透性高

(2)合金钢回火抗力高

共 4 页 第 2 页 (3)合金钢能满足一些特殊性能的要求:如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性等。

3.低碳钢:渗碳+淬火+低温回火

中碳钢:调质+表面淬火+低温回火

4.冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的,在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大,强度增加,处于加工硬化状态。在1000℃时保温,钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程,组织和结构恢复到软化状态。在这一系列变化中,冷拉钢丝的加工硬化效果将消失,强度下降,在再次起吊时,钢丝将被拉长,发生塑性变形,横截面积减小,强度将比保温前低,所以发生断裂。

五、(14分)

1.(6分)

2.T8钢: L—>γ,匀晶转变;γ—>α+Fe3C,共析转变,室温组织为P。(2分)

3.40钢的室温组织为P+F,室温下铁素体的含碳量可计为0%,而珠光体的含碳量为0.77%,因此:

根据杠杆定律:

P含量=0.4/0.77=52%, F含量=48%(3分)

40钢的室温下相为Fe3C +F,室温下铁素体的含碳量可计为0%,而Fe3C的含碳量为6.69%,因此:

共 4 页 第 3 页 Fe3C含量=0.4/6.69=6%, F含量=94%(3分)

六、(10分)

1.淬火后组织为马氏体;(2分)

退火后组织为珠光体。(2分)

2. 200℃回火后为回火马氏体;(2分)

400℃回火后为回火托氏体;(2分)

600℃回火后为回火索氏体。(2分)

七、(16分)

齿轮:20CrMnTi渗碳钢;渗碳+淬火+低温回火;组织为回火马氏体。(2分)

连杆:40Cr调质钢;调质处理(淬火+高温回火);组织为回火索氏体。(2分)

弹簧:65Mn弹簧钢;淬火+中温回火;组织为回火托氏体。(2分)

冷冲压模具:Cr12MoV冷变形模具钢;淬火+低温回火;组织为回火马氏体。(2分)

滚动轴承:GCr15Mo轴承钢;球化退火+淬火+低温回火;组织为回火马氏体。(2分)

车刀:W18Cr4V高速钢;淬火+560℃三次回火;组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。(2分)

锉刀:T10碳素工具钢;淬火+低温回火;组织为回火马氏体+碳化物。(2分)

机床床身:HT300灰口铁;退火处理。(2分)

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