工程材料习题第四章
第四章 工程材料 复习题
第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有强度、硬度、塑性。
衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
工程材料第四章作业
工程材料第四章作业一、名词解释1、固溶强化2、相组成物、组织组成物3、晶内偏析二、填空1、合金中的基本相结构, 有＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿两类。
2、固溶体中含量较多的元素称为＿＿＿＿＿＿, 含量较少的元素称为＿＿＿＿＿, 固溶体的晶格与＿＿＿＿＿＿元素的晶格相同。
3、按＿＿＿＿＿原子在＿＿＿＿＿晶格中所处位置不同, 可将固溶体分为＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿两类。
4、二元合金相图中最多可有相平衡共存，在相图中表现为线。
5、二元合金相图中的恒温转变包括＿＿＿＿＿反应、＿＿＿＿＿反应和＿＿＿＿＿反应。
三、判断( ) 1、间隙固溶体一定是无限固溶体。
( ) 2、固溶强化的本质是溶质原子的溶入使溶剂晶格发生了畸变所致。
( ) 3、物质从液态到固态的转变过程称为“结晶”。
( ) 4、合金中的相构成了组织，组织决定了合金的性能。
( ) 5、固溶体合金平衡结晶过程中，由于不同温度结晶出来的固溶体成份不同，因而结晶后所得的固溶体成份也是不均匀的。
( ) 6、合金中的相、相的成分和相对量、组织形态、晶粒大小都可在相图上反映出来。
四、选择1、合金中成分、结构和性能相同的均匀组成部分称为( )。
A、组元；B、相；C、组织2、若A、B两组元形成化合物相, 则该相晶体结构( )。
A、与A相同；B、与B相同；C、与A、B不同3、当非金属原子与金属原子直径比( )时, 将形成间隙相。
A、<.0.59；B、>0.59；C、>0.614、二元相图的杠杆定律用于确定两相区中两相的( )。
A、成份；B、相对重量；C、晶体结构7、两组元在液、固态都无限互溶所构成的相图是( )相图。
A、匀晶；B、共晶；C、包晶8、共折转变的产物属于( )。
A、单相固溶体；B、机械混合物；C、金属化合物9、固溶体合金中产生晶内偏析是因为( )。
A、冷却较快, 原子扩散来不及充分进行；B、结晶时无限缓慢冷却, 使高熔点组元过早结晶；C、结晶过程的温度变化范围太大。
工程材料习题集参考答案(第四章)
习题集部分参考答案4合金的结构与相图思考题1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。
2.相组成物和组织组成物有何区别？答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。
组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。
两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。
3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。
而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。
当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。
共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。
4.合金的结晶必须满足哪几个条件？答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。
5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。
不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。
6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。
影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。
7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。
工程材料第四章固态扩散作业答案
2. 一含 w(C)=0.1%的碳钢在 930℃渗碳，渗到 0.05cm 的地方碳的浓度达到 0.45%。在 t >0 的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为 1%，假设
Dc 2.0 105 exp(140000 / RT )(m 2 / s )
(a) 计算渗碳时间； (b) 若将渗层加深一倍，则需多长时间？ (c) 若规定 0.3%C 作为渗碳层厚度的量度， 则在 930℃渗碳 10 小时的渗层厚度为 870 ℃ 渗碳 10 小时的多少倍？
在温度从 25℃升高到 600℃时，扩散系数 D 分别提高 4.9 10 和 9.5 10 倍，表明温度是
9 28
影响扩散系数的最重要的因素之一。当扩散激活能增大，温度对扩散系数（或速度）的影响 越大。 6. 已知 Al 在 Al2O3 中扩散常数 D0=2.8×10-3(m2/s)， 激活能 477 （KJ/mol） ， 而O （氧） 在 Al2O3 中的 D0=0.19(m2/s)，Q=636(KJ/mol)。 (a) 分别计算两者在 2000K 温度下的扩散系数 D； (b) 说明它们扩散系数不同的原因。 解：(a) 根据阿累尼乌斯方程 D D0 exp
(b) 在同一温度下，两个不同距离 x1 和 x2 所对应的时间 t1 和 t2 有如下关系
x1 Dt1
温度相同时，D1=D2，所以 t 2
x2 Dt 2
2 x2 0.12 t 1.0 104 4.0 104 s 2 1 2 x1 0.05
(c) 根据题意可知
x930 C x870 C
解：(a) 930℃时碳在γ铁中的扩散系数
140000 2 D 2.0 10-5 exp m / s 1.67 10-11 m 2 / s 1.67 10-7 m 2 / s 8.314 1203
第四章工程材料课后习题
解：我们设薄壁圆管的平均半径和壁厚分别为 R0 和 δ 。微剪力τ dA 对截面圆心（矩心）
的微力矩为 R0τdA ，由构成关系知，该截面的扭矩为
∫ T = A R0τdA
(a)
由于中心对称，τ 沿圆周方向大小不变；又由于管壁很薄，τ 沿壁厚方向也可近似地认为是均
匀分布的。这样一来，式(a)可以写成
4-24 .....................................................................................................................................................16
d = 2R0 − δ，D = 2R0 + δ
横截面的极惯性矩为
Ip
=
π 32
(D4
−
d4)
=
π 32 [(2R0
+
δ)4
−
(2R0
−
δ)4 ]
=
πR0δ 2
(4R02
+
δ2)
由此可得
τ max
=
T Ip
( R0
+
δ) 2
=
T πR0δ (4R02
+δ
2 ) (2R0
+δ
)
=
T (2β + 1) πβδ 3(4β 2 + 1)
第四章 扭 转
题号
页码
4-4 .........................................................................................................................................................1
工程材料第四章作业参考答案
1 、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶? 而在纯铜中易产生滑移带?答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。
密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。
体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。
面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。
铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。
2 、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。
单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。
但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。
当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。
随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。
加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。
3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。
试解释过程演变的原因？答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。
随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。
进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。
4 、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。
当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。
工程材料与热处理 第4章作业题参考答案
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。
（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。
锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。
2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点：（1）各晶粒不同同时变形；（2）各晶粒变形的不均匀性；（3）各变形晶粒相互协调。
3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。
哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。
晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。
由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。
一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
密排六方由于滑移少，塑性最差。
4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。
动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。
二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。
工程材料力学第四章轴向拉压杆的应力与变形
第四章 轴向拉伸和压缩
Ⅱ.拉(压)杆横截面上的应力
FN s d A
A
(1) 与轴力相应的只可能是正应力s，与剪应力无关； (2) s在横截面上的变化规律横截面上各点处s 相等时 可组成通过横截面形心的法向分布内力的合力——轴力FN； 横截面上各点处s 不相等时，特定条件下也可组成轴力FN。
s0
2
sin 2
s ()
t ()
t ()
15
第四章 轴向拉伸和压缩
k
F F F
k
45
思考：1. 写出图示拉杆其斜截面k-k上的正应力s和剪应
力t与横截面上正应力s0的关系。并示出它们在图示分离 体的斜截面k-k上的指向。 2. 拉杆内不同方位截面上的正应力其最大值出现在 什么截面上？绝对值最大的剪应力又出现在什么样的截面
F (l / 3) C lCD EA F (l / 3) l EA
27
第四章 轴向拉伸和压缩
例题4-4 求例题2-3中所示薄壁圆环其直径的改变量Δd。
已知 E 210 GPa，d 200 mm, 5 mm, p 2 MPa。
28
第四章 轴向拉伸和压缩
解：1. 前已求出圆环径向截面上的 正应力此值小于钢的比例极限(低碳钢
s
s
s
E
←单轴应力状态下的胡克定律
22
第四章 轴向拉伸和压缩
横向变形因数(泊松比)(Poisson’s ratio)
单轴应力状态下，当应力不超过材料的比例极限时，
某一方向的线应变 与和该方向垂直的方向(横向)的线应 变'的绝对值之比为一常数，此比值称为横向变形因数或 泊松比(Poisson’s ratio)：
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单选题（本大题共23小题，每小题1分，共23分）1. 影响钢的冷脆性的主要元素是( )。
A.SB.PC.MnD.Si2. 20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（）使用。
A.合金渗碳钢B.合金弹簧钢C.合金调质钢D.滚动轴承钢3. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（）。
A.Mn,PB.Mn,TiC.Ti,VD.V,P4. 除（）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
A.CoB.CrD.Ti1. 20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是。
A.强化铁素体B.提高淬透性C.细化晶粒D.提高回火稳定性2. 合金渗碳钢渗碳后必须进行热处理。
A.淬火+高温回火B.淬火+中温回火C.淬火+低温回火D.淬火+退火3. 要制造一批锉刀，请选择合适的材料。
A.45B.9Mn2VC.T12D.7Cr174. 下列材料中淬硬性高的是。
A.18CrNi3B.9Mn2VC.40Cr1. 下列材料中油淬临界直径最大的是。
A.25Cr2Ni4WB.20MnVBC.40CrD.65Mn2. 钢中强碳化物形成元素是（）A.Fe、MnB.Cr、CoC.V、TiD.Si、Mn3. 影响钢的热脆性的主要元素是（）A.SB.PC.MnD.Si4. 制造手用锯条应当选用（）A.T12钢经淬火和低温回火B.Cr12Mo钢经淬火低温回火C.65钢淬火后中温回火1. 二次硬化是指（）的硬化现象。
A.渗碳处理后的二次淬火B.某些钢在回火后硬度进一步提高C.变形过程中强度、硬度升高D.某些钢在淬火后硬度提高2. 40MnVB钢中V元素的主要作用是（）A.强化铁素体B.细化晶粒C.提高回火稳定性D.提高淬透性3. 40Cr钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（）使用。
A.滚动轴承钢B.合金弹簧钢C.合金调质钢D.合金渗碳钢4. 对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（）A.高淬透性钢B.中淬透性钢C.低淬透性钢D.对淬透性能没有要求1. 60Si2Mn钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（）使用。
A.滚动轴承钢B.合金弹簧钢C.合金调质钢D.合金渗碳钢2. 对38CrMoAl钢进行渗氮处理，渗氮时的加热温度为（）A.Ac1以上B.Ac1以下C.Ac3以上D.Accm以上3. 40钢和40Cr钢加热到AC3以上保温，随炉冷后组织为铁素体+珠光体，两种钢中珠光体的相对含量（）A.相等B.40钢比40Cr钢多C.40Cr 钢比40钢多D.珠光体含量与Cr元素无关4. 以下属于中合金钢的是（）（WE为合金元素的总含量）A.3％≤WE≤5％B.4％≤WE≤8％C.5％≤WE≤10％D.6％≤WE≤15％1. 20CrMnTi钢的渗C温度范围是（）A.900～930℃B.800～820℃C.600～650℃D.1000～1050℃2. 合金元素不能做到（）A.提高钢的回火稳定性B.改变C曲线的位置C.改变S点的位置D.消除第一类回火脆性3. 中碳钢的含碳量为（）A.0.2％≤Wc≤0.3％B.0.25％≤Wc≤0.6％C.0.4％≤Wc≤1.0％D.0.35％≤Wc≤0.8％判断题（本大题共23小题，每小题1分，共23分）1. 20钢比T12钢的碳质量分数要高。
2. 在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。
3. 大部分合金元素溶于奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。
4. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
5. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。
6. T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。
7. T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。
8. 调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。
1. 合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。
2. 40Cr钢是合金渗碳钢。
3. 20CrMnTi钢是合金调质钢。
4. GCr15是专用的合金工具钢。
5. 钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。
6. 钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。
7. 钢中的含磷量增加，其钢的冷脆性增加。
8. 60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。
1. 20CrMnTi中Cr和Mn的作用是提高钢的淬透性。
2. 在退火状态20钢比65钢的塑性和强度都高。
3. 钳工锯T8、T12等钢料时比锯10、20钢要费力，且锯条易磨钝。
4. 合金结构钢中常用的合金元素有Mn、、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、 B等，其中主加元素是Mn、、Si、Cr、Ni。
5. 钢中合金元素愈多，则淬火后的硬度就愈高。
6. 除Co以外，几乎所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
7. GCr15是专用的滚动轴承钢。
填空题（本大题共6小题，每小题1分，共6分）1.碳素钢按含碳量来分类，可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，其含碳量分别为：（）、（）、（）（注：请对应填写）。
2. 汽车齿轮通常用20CrMnTi钢制造，其含碳量为（），锻造之后切削加工之前进行（）热处理，最终热处理为（）。
3. 下列渗碳钢中低淬透性的是（），中淬透性的是（），高淬透性的是（）。
20CrMnTi,20Cr,20Mn2,20MnTiB,18Cr2Ni4WA4. 渗碳钢一般含碳量为（），调质钢一般含碳量为（），弹簧钢一般含碳量为（）。
5. 合金结构钢中常加入的合金元素有：Cr,Ni,Si,Mn,Mo,B,Ti,V,W等。
其中强烈阻止奥氏体晶粒长大的有（），能消除高温回火脆性的有（）。
1. 下列钢中属于低合金结构钢的是（），属于渗碳钢的是（），属于弹簧钢的是（），属于调质钢的是（）。
40Cr,20CrMnTi,40MnVB,16Mn,60Si2Mn,15MnV,40CrNiMo,65Mn分析题1. 用40Cr钢制造连杆螺栓，试分析：（共15分）1）钢中碳和合金元素的含量及合金元素在钢中的作用（5分）2）画出最终热处理（淬火回火）的工艺曲线，指出所获得的组织。
（5分）。
3）根据工序正确安排生产过程的工艺路线。
（5分）精加工下料退火锻造粗加工调质2. 下列零件应分别采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？热处理后的组织分别是什么？（1）某机床变速箱齿轮（模数m=3）要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用 45钢。
（2）机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50～55HRC）材料选用45钢。
答（1）预先热处理：正火因为心部强度和韧性要求不高，正火处理之后即可达到要求。
且正火比调质处理的工艺简单，热处理的变形小，采用正火处理是合理的。
正火后的组织是细珠光体+少量铁素体。
最终热处理：表面淬火+低温回火因为表面淬火+低温回火后使表面组织发生改变，成为回火马氏体，硬度高，耐磨性好，可达到齿面耐磨的目的。
（2）预先热处理：正火通过正火可细化晶粒，改善切削加工性。
最终热处理：调质处理+轴颈部表面淬火因为机床主轴要求有良好的综合力学性能，而调质处理后的回火索氏体组织综合力学性能。
轴颈部表面淬火并低温回火使获得回火马氏体组织，硬度高（可达50～55HRC），耐磨。
最终热处理后的组织：回火索氏体，轴颈表面是回火马氏体。
3. 分析20CrMnTi钢得到下列组织的热处理工艺：（1）板条马氏体；（2）片状珠光体+铁素体；（3）细片状珠光体+均匀分布的铁素体；（4）表面的主要组织是片状回火马氏体，心部的主要组织是索氏体+低碳回火马氏体。
4. 某载重汽车发动机的汽缸盖螺栓，原选用40Cr钢调质处理，硬度为33～35HRC，后改用15MnVB钢880℃油淬、200℃低温回火，硬度为38～41HRC，提高使用寿命1.5倍，试分析原因。
5.汽车齿轮通常用20CrMnTi钢制造，试问：（共17分）1）钢中含碳量及合金元素的主要作用（4分）。
2）根据工序正确安排生产过程的工艺路线（3分）。
锻造、正火、渗碳、下料、车削加工、淬火加低温回火、齿形加工、精加工、3）画出最终热处理（渗碳、淬火、回火）的工艺曲线（5分），指出最终热处理所获得的组织（5分）。
1. 给下列齿轮零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。
1)45钢车床齿轮，速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求高。
2)38CrMoAl精密齿轮，承受中等载荷，精度要求高。
答1）45钢车床齿轮，工作时运转速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求一般在52-58HRC。
机床齿轮的工作条件与动力机械中的齿轮相比较，机床齿轮还是属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。
生产实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应淬火，所得到的硬度、耐磨性、强度以及韧性均能满足要求，而且高频感应淬火变形小，生产率高。
根据工作条件制定工艺流程如下：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨正火改善切削加工性。
调质可以使齿轮具有较高力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。
调质后的组织为回火索氏体，在表面淬火时变形更小。
高频淬火低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高，耐磨。
2）38CrMoAl精密齿轮，承受中等载荷，精度要求高。
工艺流程如下：锻造→退火→粗车→调质→滚齿→去应力处理→精滚齿→剃齿→渗氮→珩齿退火改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，提高切削加工性。
调质可获较高的强度和韧性，调质后的组织为回火索氏体。
去应力退火是为了消除切削加工中产生的应力，减小变形，退火温度应低于调质时的回火温度而高于渗氮温度20-30℃。
渗氮之后，表层有0.5mm左右的氮化层，硬度高（约950HV），耐磨性好，可保持齿轮在长期运转中的高精度。
2.给下列主轴零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。
（轴颈要求耐磨）1)20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨）2)40Cr车床主轴3)38CrMoAlA主轴本题答案1）20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨）工艺流程：锻造→正火→切削加工→渗碳→车螺纹→淬火+低温回火→精磨。
正火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为渗碳处理作准备。
渗碳之后使表面的含碳量提高到0.8%-1.0%，淬火+低温回火后轴表面和内锥孔表面是高碳的回火马氏体组织，硬度高（58-60HRC），耐磨性好。
心部由铁素体、珠光体和低碳回火马氏体组成，韧性好，耐冲击。
适用于中等载荷，心部强度要求不高，但转速很高的场合。
2）40Cr车床主轴工艺流程：锻造→退火→粗加工→调质→轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火→精磨。
退火是为了改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性。
同时，为调质处理作组织上的准备。