工程材料部分课后答案
更新时间:2024-03-18 09:32:01 阅读量: 综合文库 文档下载
【课本P39 2-12】根据Fe-Fe3C相图,解释下列现象:
1)在室温下,ωc=0.8%的碳钢比ωc=0.4%碳钢硬度高,比ωc=1.2%的碳钢强度高?
答:含碳量为1.0%的钢,含碳量越高,Fe3C的量越多,钢的硬度越高。退火的含碳0.8%的钢组织为p,而含碳量1.2%的钢组织为P+网状Fe3C,脆性大。钢的强度是组织敏感,因此,含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。 2)钢铆钉一般用低碳钢制成。
答:低碳钢的铁素体含量多,塑性好,适合制成铆钉。
3) 绑扎物件一般采用铁丝(镀锌低碳钢丝),而起重机起吊重物时都用钢丝绳(60或65
钢制成)。
答:绑扎物件一般受力不大,主要目的是捆绑结实,所以采用铁丝即可。而起重机起吊重物时承受较大载荷,尤其是受较大拉力,因此,需要采用强度较高且有一定塑韧性的钢材,采用60或65钢,含碳量较高,属于中高碳,强度有保证,但又较70以上高碳钢塑韧性好。
4)在1000℃,含碳0.4%的钢可以进行锻造,含碳4.0%的生铁不能锻造。 答:在1000℃时,含碳0.4%的钢处在单相奥氏体区,奥氏体面心立方晶格,塑性好适合于压力加工。含碳4.0%的生铁汉渗碳体多脆性大不能锻造。
5)钳工锯削T8、T10、T12等退火钢料比锯削10钢、20钢费力,且锯条易磨钝。 答:T8、T10、T12等退火钢料的含碳量高,渗碳体多,硬度高,而10钢、20钢含碳量低,铁素体多硬度低,因此锯削T8、T10、T12等退火钢料比10钢、20钢费力,且锯条容易磨钝。
5)钢适宜压力加工成形,而铸铁适宜铸造成形。
答:在铁碳相图中钢(﹤2.11%C)存在着单相固溶体区(奥氏体),一般固溶体塑性较好,适合于压力加工。而相图中铸铁(﹥2.11%)存在共晶反应,一般共晶合金在恒温下结晶,金属的流动性好,适合于铸造工艺。 【课本P69 3-2】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。
【课本P69 3-5】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。
【课本P69 3-6】45钢调质后的硬度为240HBS,若再进行200℃回火,硬度能否提高? 为什么? 该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC,若再进行高温回火,其硬度可否降低,为什么?
答:45钢调质后的硬度为240HBS,若再进行200℃回火,不能提高硬度。因为,回火温度越高,硬度下降越多,而调质工艺就是淬火+高温回火,碳化物已经析出,铁素体回复,硬度已经下降了,不能再升高。 该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC,若再进行高温回火,硬度可以。因为,回火温度越高,硬度下降越多。该钢经低温回火,组织是回火马氏体,碳化物还未析出,存在过饱和,因此,可继续提高回火温度,使得硬度降低。这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢,不能使用很高的切削速度的原因。高速切削,摩擦生热,切削温度高于低于回火温度后,就相当于继续回火。
【课本P69 3-7】T12钢经760℃加热后,按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。问它们各获得何种组织?并比较它们的硬度。(图3-26:庞国星教材P70) 答: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。
【课本P69 3-10】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。
答: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。
【课本P110 4-7】为下列工件选择合适的材料和热处理方法:
工件:发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车刀、普通机床地脚螺栓
材料:38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn
答:发动机连杆螺栓:40Cr 完全退火,调质
发动机排气门弹簧:50CrVA(要求耐热),完全退火,淬火+中温回火 车辆缓冲弹簧:60Si2Mn,完全退火,淬火+中温回火
镗床镗杆:38CrMoAlA(高级轴类零件),完全退火,渗氮(或碳氮共渗)+淬火+低温回火
自行车车架:Q235,成型+焊接,不用热处理 车床未座顶尖:45,完全退火,调质
机用大钻头:T7(考虑冲击力),球化退火,淬火+低温回火 螺丝刀:T10,球化退火,淬火+低温回火 车床丝杠螺母:铜合金
高速粗车铸铁的车刀:W18Cr4V,球化退火,淬火+低温回火 普通机床地脚螺栓:Q295,不用热处理
【课本P110 4-4 】解释下列现象:(2)Wc=0.4,Wcr=12的铬钢为共析钢,Wc=1.5,Wcr=12的铬钢为莱式体钢?
答:因为合金元素可以改变共析点S和E点的位置,如Cr使S和E点左移,这
样,含碳量为亚共析钢成分的合金钢得到共析钢的组织,成为过,含碳量为过共析钢成分的合金钢得到莱氏体组织,成为莱式体钢。
(4)1Cr13和Cr12钢中Cr的质量分数均大于11.7%,但1Cr13属于不锈钢,Cr12不属于不锈钢?
答:主要是含碳量和组织决定的,1Cr13含碳量很低,组织中碳化物含量很少,不锈耐腐蚀作用强,而Cr12含碳量很高,组织中含有大量的碳化物,不锈耐腐蚀作用弱 。
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