工程材料部分课后答案

【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：50CrV A（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。