下载文档原格式
机械工程材料（于永泗齐民）课后习题答案（二）作者：WUST5-3、判断下列说法正误，并说明原因。
1.马氏体是硬而脆的相。
错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；2.过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体的硬度越高。
错，马氏体硬度取决于含碳量,与冷却速度无关;3.钢中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。
错,合金元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小;4.本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。
错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细;5.同种钢材在同样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。
错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度,与工件尺寸和冷却介质无关。
5-4、生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急冷后,出水停留一会,再整体投入水中冷却,两次水冷的作用及水冷后的组织。
刃部入水急冷淬火,得马氏体,出水停留一段时间为回火得回火马氏体,再整体入水,抑制继续回火,保留回火组织。
5-5、用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？20钢不适合表面淬火,含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。
5-6、钢经表面淬火或渗碳后,表层的残余应力是拉应力还是压应力？原因？压应力,因表面低温,收缩后心部的高温区产生塑性变形,冷却后内部部分弹性变形恢复。
5-7、一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？用锯片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后工件硬度提高,二调质会降低硬度。
5-8、将两个T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,保温后以大于V k 的速度冷却至室温,试回答问题,并说明原因。
1.哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？860,温度越高,奥氏体晶粒成长越快;2.哪个淬火后残余奥氏体量多？860,温度高，奥氏体含碳量高,转化充分,冷却时奥氏体越多;3.哪个淬火后末溶碳化物量多？780，溶碳能力较小;4.哪个淬火适合？780,因淬火加热温度以得到均匀细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥氏体组织,故780加热好。
机械⼯程材料课后答案⼯程材料习题<习题⼀>1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最⼤应⼒。
屈服强度：是材料开始产⽣明显塑性变形时的最低应⼒。
塑性：是指材料在载荷作⽤下，产⽣永久变形⽽不破坏的能⼒韧性：材料变形时吸收变形⼒的能⼒硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表⾯抵抗更硬物体压⼊的能⼒。
刚度：材料抵抗弹性变形的能⼒。
疲劳强度：经⽆限次循环⽽不发⽣疲劳破坏的最⼤应⼒。
冲击韧性：材料在冲击载荷作⽤下抵抗破坏的能⼒。
断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能⼒。
2 、材料的弹性模量与塑性⽆关。
3 、四种不同材料的应⼒应变曲线，试⽐较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。
由⼤到⼩的顺序，抗拉强度： 2 、 1 、 3 、 4 。
屈服强度： 1 、 3 、 2 、 4 。
刚度：1 、3 、2 、4 。
塑性：3 、2 、4 、1 。
4、常⽤的硬度测试⽅法有⼏种？这些⽅法测出的硬度值能否进⾏⽐较？布⽒、洛⽒、维⽒和显微硬度。
由于各种硬度测试⽅法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进⾏⽐较。
5、以下⼯件应该采⽤何种硬度试验法测定其硬度？（1）锉⼑：洛⽒或维⽒硬度（2）黄铜轴套：布⽒硬度（3）供应状态的各种碳钢钢材：布⽒硬度（4）硬质合⾦⼑⽚：洛⽒或维⽒硬度（5）耐磨⼯件的表⾯硬化层：显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进⾏⽐较？怎样应⽤这些性能指标？冲击功或冲击韧性。
由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺⼝和冲击载荷共同作⽤下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进⾏⽐较。
冲击韧性是⼀个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭⽰出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回⽕脆性等，故⽬前常⽤冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加⼯⼯艺的质量。
此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。
同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数⼏次⼤能量冲击的设计有⼀定的参考意义。
参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？p4工程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。
有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。
在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。
在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它力学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。
1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要特征是什么？p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
1.7、常用哪几种硬度试验？如何选用P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件，因而无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量，与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。
机械工程课后答案第一章1、什么是黑色金属什么是有色金属答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料；黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。
2、碳钢，合金钢是怎样分类的答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在%——%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。
3、铸铁材料是怎样分类的应用是怎样选择答：铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。
4、陶瓷材料是怎样分类的答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。
5、常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数各有什么特点α-Fe，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn各属何种金属结构答：体心晶格立方，晶格常数a=b=c，α-Fe，Cr，V。
面心晶格立方，晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni，Al，Cu，Pb。
密排六方晶格，Mg，Zn。
6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。
线缺陷（位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。
当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。
面缺陷（晶界、亚晶界）、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。
7、固溶体有哪些类型什么是固溶强化答：间隙固溶体、置换固溶体。
由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。
第二章1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。
洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。
2、σ的意义是什么能在拉伸图上画出来吗答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生%塑性应变时的应变作为屈服指标，即为条件屈服极限。
第一章习题答案1、按优先数的基本系列确定优先数：第一个数为10，按R5系列确定后五项优先数。
解：后五项优先数是16，25，40，63，100。
第一个数为100，按R10/3系列确定后三项优先数。
解：后三项优先数是200，400，800。
2、试写出R10优先数系从1～100的全部优先数（常用值）。
解：R10优先数系从1～100的全部优先数是1，1.25，1.6，2，2.5，3.15，4，5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100。
3、普通螺纹公差自3级精度开始其公差等级系数为：0.50，0.63，0.80，1.00，1.25，1.60，2.00。
试判断它们属于优先数系中的哪一种?其公比是多少？解：它们属于R10 （0.50，2.00），公比是1.25。
第三章习题答案1、孔的基本尺寸D=50mm，最大极限尺寸Dmax=50.087mm，最小极限尺寸Dmin=50.025mm，求孔的上偏差ES，下偏差EI及公差TD，并画出公差带图。
解：根据公式可得孔的上偏差 ES=Dmax-D = 50.087-50 = +0.087 mm孔的下偏差 EI=Dmin-D = 50.025-50 = +0.025 mm孔的公差 TD=︱Dmax - Dmin︱=0.062 mm2、设某配合的孔径为，轴径为，试分别计算其极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、极限间隙(或过盈)、平均间隙(或过盈)和配合公差，并画出尺寸公差带图与配合公差带图。
解：(1)极限尺寸：孔：Dmax=φ15.027 Dmin=φ15轴: dmax=φ14.984 dmin=φ14.966(2)极限偏差：孔：ES=+0.027 EI=0轴：es= -0.016 ei= -0.034(3)尺寸公差：孔：TD=|ES-EI|= |（+0.027）-0|=0.027轴：Td= |es-ei|=|（-0.016）－（-0.034）|=0.018(4)极限间隙：Xmax= ES－ei=（+0.027）－（-0.034）=+0.061Xmin= EI－es=0－（-0.016）=+0.016平均间隙(5)配合公差：Tf= TD+ Td=0.027+0.018=0.045(6)尺寸公差带和配合公差带图，如图所示。
工程材料习题 <习题一>1、抗拉强度是材料在破断前所能承受的最大应力。
屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力。
塑性是指材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力韧性材料变形时吸收变形力的能力硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标材料表面抵抗更硬物体压入的能力。
刚度材料抵抗弹性变形的能力。
疲劳强度经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。
冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
断裂韧性材料抵抗裂纹扩展的能力。
2 、材料的弹性模量与塑性无关。
3 、四种不同材料的应力应变曲线试比较抗拉强度屈服强度刚度和塑性。
由大到小的顺序抗拉强度 2 、 1 、 3 、 4 。
屈服强度 1 、 3 、 2 、 4 。
刚度 1 、 3 、 2 、 4 。
塑性 3 、 2 、 4 、 1 。
4、常用的硬度测试方法有几种这些方法测出的硬度值能否进行比较布氏、洛氏、维氏和显微硬度。
由于各种硬度测试方法的原理不同所以测出的硬度值不能直接进行比较。
5、以下工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度1锉刀洛氏或维氏硬度2黄铜轴套布氏硬度3供应状态的各种碳钢钢材布氏硬度4硬质合金刀片洛氏或维氏硬度5耐磨工件的表面硬化层显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么不同条件下测得的这些指标能否进行比较怎样应用这些性能指标冲击功或冲击韧性。
由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。
冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数在冲击试验中很容易揭示出材料中的某些物理现象如晶粒粗化、冷脆、热脆和回火脆性等故目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。
此外不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。
同时冲击韧性对某些零件如装甲板等抵抗少数几次大能量冲击的设计有一定的参考意义。
7、疲劳破坏时怎样形成的提高零件疲劳寿命的方法有哪些产生疲劳断裂的原因一般认为是由于在零件应力集中的部位或材料本身强度较低的部位如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、刀痕等缺陷在交变应力的作用下产生了疲劳裂纹随着应力循环周次的增加疲劳裂纹不断扩展使零件承受载荷的有效面积不断减小当减小到不能承受外加载荷的作用时零件即发生突然断裂。
一、填空题（每空1分，共20分）得分| |阅卷人|1．按照材料的组成、结合键的特点，可将工程材料分为金属材料、陶瓷材料、_____________材料和_____________材料。
2．晶体缺陷，按几何特征可分为______________、______________和______________三种类型。
3．金属结晶的必要条件是_______________，其结晶过程要进行_______________和_______________两个过程。
4．在平衡状态下，低温莱氏体及珠光体的含碳量依次为__________、____________。
5．完全退火适用于_______________钢，其加热温度为_______________，冷却速度缓慢，得到_______________织。
6．按合金元素总含量分，合金钢可分为_______________钢、_______________ 钢、_______________钢。
7．根据石墨形态划分，铸铁可分为______________、______________、______________和______________。
二、单项选择题（每题2分，共20分）得分| |阅卷人|（）1.二元合金中，铸造性能最好的是。
A．固溶体合金 B．共晶合金C．共析合金 D．包晶成分合金（）2.在立方晶系中指数相同的晶面和晶向。
A．互相平行 B．互相垂直 C．相互重叠 D．毫无关联（）3. 实际金属结晶时，可通过控制形核率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用。
A．增大N/G值 B．减小N/G值C．使N/G值保持不变 D．使N/G值先增大后减小（）4. 在作疲劳试验时，试样承受的载荷为。
A．静载荷 B．冲击载荷 C．交变载荷 D.动载荷（）5.变形金属再结晶后。
A．形成等轴晶，强度增大 B．形成柱状晶，塑性下降C．形成柱状晶，强度升高 D．形成等轴晶，塑性升高（）6．马氏体的硬度主要取决于。
第 1 章材料的性能 、选择题1. 表示金属材料屈服强度的符号是（ B ） A.σ B.σs C.σb D.σ-12. 表示金属材料弹性极限的符号是（A ） A.σeB.σsC.σbD.σ-13. 在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（B ） A.HB B.HRC C.HV D.HS4. 金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ A ） A. 强度 B. 硬度 C. 塑性 D. 弹性二、填空1. 金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形 ）或（破坏 ）的能力。
2. 金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。
3. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、 （塑性变形）和（断裂）三个阶段。
4. 常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法） 、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。
5. 疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）作用而（不发生断裂时）的最大应力值。
三、是非题1. 用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号 HBS 表示。
2. 用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW 表示。
3. 金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。
四、改正题1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。
2. 渗碳件经淬火处理后用 HB 硬度计测量表层硬度 。
3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。
4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。
5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。
五、简答题6. 在立方晶系中 , 指数相同的晶面和晶向 （B ） A.相互平行 B. 相互垂直 C. 相互重叠 D. 毫无关联7. 在面心立方晶格中 , 原子密度最大的晶面是 （C ） A.（100） B.（110） C.（111） D.（122）将冲击载荷改成交变载荷 将 HB 改成 HR 将疲劳强度改成冲击韧性 将冲击韧性改成断面收缩率 将载荷改成冲击载荷1. 说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σ σs:屈服强度 HRC ：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥）σb : 抗拉强度HBS:布氏硬度（压头为钢球） 第 2 章材料的结构一、选择题1. 每个体心立方晶胞中包含有（ B ）个原子2. 每个面心立方晶胞中包含有（ C ）个原子3. 属于面心立方晶格的金属有（ C ）4. 属于体心立方晶格的金属有（ B ）5. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（ A ）s 、σ 0.2 、 HRC 、σ -1 、σ b 、δ 5、 HBS 。
2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化原因：晶格畸变过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。
③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。
9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。
②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。
③机械振动、搅拌。
10.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。
答：首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。
其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有C曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。
这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。
已过冷到Ms5.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？答：（1）三种。
分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。
索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。
23.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。
答：（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度25～35HRC。
选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45钢；（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。
答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体，大致的硬度40～48HRC。
（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。
合金钢和碳素钢相比，具有哪些特点？（1）合金钢的淬透性高(2)合金钢回火抗力高碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。
即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。
(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（低温下高韧性）。
18 、指出下列钢类别，用途，碳及合金元素的主要作用和热处理特点。
（ 1 ）、20CrMnTi ：渗碳钢。
用于承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的零件。
0 ． 2 ％的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性，Cr、Mn、Ti等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，提高钢的心部的强度。
另外，少量的Ti可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。
渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。
处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。
（ 2 ）、40MnVB ：调质钢。
这类钢在多种负荷下工作，受力情况比较复杂的重要零件，要求具有高强度与良好的塑性及韧性的配合，即具有良好的综合机械性能。
0 ． 4 ％的含碳量保证调质钢零件获得良好的综合机械性能；合金元素的加入，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。
调质钢经过调质热处理后得到回火索氏体组织。
调质钢零件，通常除了要求有良好的综合机械性能外，往往还要求表面有良好的耐磨性。
为此，经过调质热处理的零件往往还要进行感应加热表面淬火。
如果对表面耐磨性能的要求极高，则需要选用专门的调质钢进行专门的化学热处理。
（ 3）、60Si2Mn ：弹簧钢。
用于通过弹性变形储存能量，从而传递力和机械运动或缓和机械振动与冲击，如汽车、火车上的各种板簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，要求必须具有高的弹性极限。
0.6％的含碳量为了保证弹簧的强度要求；合金元素的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。
淬火后中温回火，得到回火屈氏体组织。
（ 4）、9Mn2V（5）、Crl2MoV：冷作模具钢。
用来制造在冷态下使金属变形的模具钢种。
为了保证模具经过热处理后获得高硬度和高耐磨性，冷作模具钢含有比较高的碳量。
加入的合金元素，其作用主要是为了提高钢的淬透性，耐磨性及减少变形等。
热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。
（ 6）、5CrNiMo：热作模具钢。
用来制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具用钢。
碳：0.50％C，保证一定的强度、硬度和耐磨性；铬：主要是提高淬透性，并能提高回火稳定性，形成的合金碳化物还能提高耐磨性，并使钢具有热硬性；镍：镍与铬共同作用能显著提高淬透性，镍固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时还增加钢的韧性。
锰：在提高淬透性方面不亚于镍，但Mn固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时使钢的韧性有所降低。
钼：其主要作用是防止产生第二类回火脆性。
另外钼也有细化晶粒，增加淬透性，提高回火稳定性等作用。
热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。
（ 7）、1Crl3：马氏体型不锈钢。
用于要求韧性较高与受冲击载荷下的耐腐蚀的结构钢零件。
铬：能在阳极区表面上形成一层富Cr的氧化物保护膜，这层氧化膜会阻碍阳极区域的电化学反应，并能增加钢的电极电位而使其电化学腐蚀过程减缓，从而使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。
热处理采用淬火＋高温回火，得到回火索氏体组织。
（ 8）、1Cr18Ni9Ti：奥氏体型不锈钢。
含碳量很低，属于超低碳范围，这是因为含碳量增高对耐蚀性是不利的。
合金元素铬主要产生钝化膜，阻碍阳极电化学腐蚀反应，增加钢的耐蚀性；含约9％Ni主要作用是扩大γ区并降低Ms点(降低至室温以下)。
使钢在室温时具有单相奥氏体组织。
热处理：固溶处理，让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快速冷却，不让奥氏体在冷却过程中有碳化物析出或发生相变，在室温下获得单相的奥氏体组织，提高耐蚀性。
（ 9）、ZGMnl3：高锰耐磨钢。
用于制造有强烈摩擦或撞击时的抗磨损的工件。
Mn:C比值不小于10。
为了使高锰钢全部获得奥氏体组织须进行“水韧处理”。
化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？答：(1)化学成分1)碳和硅。
碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。
由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。
因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。
2)锰。
锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。
故铸铁中有适量的锰是必要的。
3)硫。
硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。
(2)冷却速度生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。
由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。
冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。
冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。
4)磷。
磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。
三、试述石墨形态对铸铁性能的影响。
灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。
