工程材料(第四版)习题与辅导答案(3)

（3）、淬火应力大，工件变形、裂纹倾向增大。

13、过共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？

应为Ac1 +（30～70）℃。

如加热温度过高，超过Acm，有下列危害：

（1）、Fe3C完全溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，Ms降低。淬火后残余奥氏体量增加，降

低钢的硬度和耐磨性。

（2）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。 （3）、氧化、脱碳倾向增大，钢的表面质量降低。 （4）、淬火应力大，增加了工件变形、裂纹的倾向。 14、水作为淬火介质有何优缺点？

水作为淬火介质的优点是具有较强的冷却能力，价格低廉。 其主要缺点是：

①在需要快冷的650～500℃范围内（碳钢过冷奥氏体最不稳定区域），它的冷却能力低； ②在300～200℃需要慢冷时，它的冷却能力太强，易使零件产生变形，甚至开裂； ③水温对水的冷却能力影响大。

15、为什么通常碳钢在水中淬火，而合金钢在油中淬火？若合金钢在水中淬火会怎样？ 碳钢件淬火时难以使马氏体转变充分，而水的冷却能力强，使钢易于获得马氏体。 合金钢淬透较好，在油中冷却能获得马氏体。

合金刚导热能力差，若在水中淬火，会使工件产生裂纹和变形。 16、淬火钢进行回火的目的是什么？

得到所需要的组织与性能 通过适当回火可改变淬火组织，调整和改善钢的性能。 稳定工件尺寸 回火使不稳定的淬火组织转变为稳定组织。 消除或减少淬火内应力

17、钢经淬火后为何一定要回火？钢的性能与回火温度有何关系？

钢经淬火后回火有如下目的：(1)获得工件所需的组织和性能

(2)稳定组织，稳定工件尺寸 (3)消除、减少淬火应力

随着回火温度的提高，钢的强度指标(σb、σs)和硬度逐渐下降,塑性指标（Ψ、δ）与韧性指标逐渐提高。而回火温度在300～400℃附近，弹性极限出现峰值。 18、什么是钢的回火脆性？如何避免？

随着回火温度的升高，通常强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。但某些温度范围内回火，

钢的韧性不但没有提高，反而显著下降，这种脆化现象称回火脆性。

300℃左右回火产生的回火脆性是第一类回火脆性，它是不可逆的。一般不在此温度范围内回火。

含有Cr、Ni、Mn等合金元素的合金钢，在450～650℃回火或经更高温度回火后缓慢冷却通过该温度区间时，产生第二类回火脆性。它是可逆的。防止办法：尽量减少钢中杂质元素含量；加入W或Mo等能抑制晶界偏析的元素；对中小件，可通过回火后快冷来抑制回火脆性。 19、为什么高频淬火零件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度均高于一般淬火？

由于高频感应加热速度快、时间短，使得加热后所获得的A晶粒细小而均匀，淬火后可在表层获得极细的马氏体或隐针马氏体，因而表面硬度、耐磨性高于一般淬火。

一般淬火工件的表面存在残余拉应力，而高频淬火后工件表层存在残余压应力。残余压应力能抵消在变动载荷作用下产生的拉应力，因此高频淬火零件的疲劳强度均高于一般 淬火。 四、工艺分析题

4、汽车半轴要求具有良好的强韧性，且杆部、花键处硬度要求≥52HRC。现选用40Cr钢制造，其工艺路线如下：下料（棒料）→锻造毛坯→热处理①→校直→粗加工→热处理②→精加工→热处理③、④→磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明杆部、花键处的最终热处理组织。

热处理①：正火。其目的为：消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削性能；细化晶粒，

为淬火作好组织准备。

热处理②：调质。其目的为：获得良好的强韧性，即良好的综合力学性能。 热处理③：表面淬火。其目的是：获得M，提高杆部、花键处表面硬度。

热处理③：低温回火。其目的为：消除表面淬火应力及脆性，得到高的硬度和耐磨性 表层为回火M，心部为索氏体（S）

5、一般精度的GCr15滚动轴承套圈，硬度60-65HRC。

(1)压力加工成形后、切削加工之前应进行什么预备热处理？其作用是什么？ (2)该零件应采用何种最终热处理？有何作用？ P162

（1）球化退火 降低硬度，球化Fe3C，以利于切削，并为淬火作好组织准备。 （2）淬火+低温退火 淬火：获得高硬度M

低温退火：去除脆性、应力，稳定组织。

6、用W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al钢制造铣刀，其加工工艺路线为：下料→锻造毛坯→热处理①→机械加工→去应力退火→热处理②、③→磨削。 请指出其工艺过程路线中热处理方法、目的及组织。

热处理①为球化退火：消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为淬火作组织准备。 组织：S+粒状碳化物

热处理②为淬火：获得M。 组织： M+未溶细粒状碳化物+大量残余A

热处理③为高温回火（多次）：消除淬火内应力，降低淬火钢脆性；减少残余A含量；具有

二次硬化作用，提高热硬性。

最终组织：回火M+粒状合金碳化物+少量残余A

7、机床床头箱传动齿轮，45钢，模锻制坯。要求齿部表面硬度52～56HRC，齿轮心部应具有良好的综合机械性能。其工艺路线为：下料→锻造→热处理①→机械粗加工→热处理②→机械精加工→齿部表面热处理③+低温回火→精磨。 指出热处理①、②、③的名称及作用

热处理①：正火。消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削加工性能; 细化晶粒，为淬

火作好组织准备。 组织：S

热处理②：调质（或淬火加高温回火）。获得良好的综合机械性能。组织：回火S 热处理③：齿部表面淬火。获得M。

11、用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，要求齿面硬度为58～62HRC，心部硬度为35～40HRC。其工艺路线为：

下料→锻造→热处理①→机械加工→热处理②、③、④→喷丸→磨削 （1）指出热处理①、②、③、④的名称及作用 （2）齿轮表层和心部的最终组织是什么？P263

用20CrMnTi钢制造汽车变速箱齿轮，齿轮要求强韧性好，齿面硬度要求62～64HRC，心部硬度为35～40HRC。其工艺路线如下：下料→锻造→热处理①→切削加工→热处理②、③、④→磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明齿轮的最终热处理组织。 热处理①为正火。其目的为：消除锻造应力，调整锻后的硬度，改善切削加工性能；

组织：S+少量F

热处理②为渗碳。其目的为：使低碳钢件表面得到高碳。

热处理③为淬火。其目的为：获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及

较高的塑性、韧性。

表层组织：M + 碳化物 + 残余A。 心部组织：低碳M +铁素体

热处理④为低温回火。其目的为：消除表面淬火内应力和脆性,得到高的硬度。

表层最终组织： 针状回火M + 粒状碳化物 + 少量残余A。 心部最终组织： 回火低碳M + 铁素体。

12、普通车床主轴要求具有良好的强韧性，轴颈处硬度要求48～52HRC。现选用45钢制造，其工艺路线如下：下料→锻造→热处理①→粗切削加工→热处理②→精切削加工→轴颈热

处理③、④→磨削

指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明轴颈处的最终热处理组织。P265 热处理①：正火。其目的为：消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削加工性能。

组织：S

热处理②：调质（或淬火加高温回火）。其目的为：获得良好的强韧性。 组织：S 热处理③：高频表面淬火。获得M，提高轴颈表面硬度。 热处理④：低温回火。其目的为：消除表面淬火内应力和脆性。 轴颈处的最终热处理组织：表层为回火M，心部为索氏体（S）。

13、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造—热处理①—机加工—热处理②、③ —

磨削加工。 写出其中热处理工序的名称及作用及最终组织。

热处理①：球化退火：消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。

组织：球状P

热处理②：淬火：为获得高的硬度 组织：M+粒状碳化物+残余A 热处理③：低温回火：为稳定组织，降低脆性，消除淬火应力。 组织：回火马氏体+细粒渗碳体+少量残余奥氏体 最终组织：回火马氏体+细粒渗碳体+少量残余奥氏体。

14、用T10A钢制造小尺寸手工丝锥，刃部硬度要求59～62HRC，柄部硬度要求30～45HRC。 其工艺路线如下：下料→热处理①→切削加工→热处理②、③→柄部热处理④→切削加工 指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明刃部、柄部的最终热处理组织。 热处理①：球化退火。其目的为：降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。

组织：球状P

热处理②：淬火。其目的为：获得M。 组织：M + 碳化物 + 残余A。

热处理③：低温回火。其目的为：消除淬火应力及脆性，得到高的硬度和耐磨性

组织： 针状回火M + 粒状碳化物 + 少量残余A。

热处理④为高温回火。其目的为：保证柄部具有良好的综合机械性能 组织：回火S

15、用T10A钢制造钻头，硬度要求为59～62HRC，其工艺流程为：锻造→预先热处理→切削加工→淬火+低温回火→精加工。该钢经检验，证明锻造后组织有网状碳化物。 (1)指出其工艺过程路线中预先热处理方法及作用。 (2)指出钻头制成后的最终组织。 (1).预先热处理：正火+球化退火

正火作用：消除网状碳化物。 正火组织：P

球化退火作用：获得球状珠光体组织，改善切削加工性能，并为淬火作组织准备。

组织：球状P

(2)最终组织为回火马氏体。回火M+粒状碳化物+少量残余A 1.将下列各种材料牌号前的字母标号，分别填入备选材料种类前的括号中。 A.KTH350-10 B.Cr12 C.40MnB D.Q195 E.3Cr13 F.60Si2Mn 材料种类：

（ D ）碳素结构钢 （ A ）可锻铸铁 （ B ）冷作模具钢： （ F ）合金弹簧钢 （ E ）不锈钢 （ C ）合金调质钢 2.将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中

A、KTH300-06 B、40Cr C、Q235 D、ZG200-400 E、60Si2Mn F、Cr12MoV 材料种类：

（ B ）合金调质钢 （ D ）碳素铸钢 （ F ）冷作模具钢 （ C ）碳素结构钢 （ A ）可锻铸铁 （ E ）合金弹簧钢 3.将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中

A. Q195 B.45Mn2 C.ZL101 D.ZGMn13 E.Cr06 F. 20CrMnTi、20Cr 材料种类：

（ C ）铸造铝合金 （ F ）合金渗碳钢 （A ）碳素结构钢 （ B ）合金调质钢 （ E ）合金刃具钢 （ D ）耐磨钢 4. 将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中

A. Cr2 B. Q345 C. T8 D. ZGMn13 E. ZL201 F. 20Cr 材料种类：

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