五、简答题

1.某过共析钢工件因终锻温度过高,其组织中出现了网状渗碳体,对工件的机性有何影响?采用何种工艺可将之削除.

答：某过共析钢工件因终锻温度过高,其组织中出现了网状渗碳体,将使工件的强度下降，力学性能变坏。可以采用正火的热处理方法来消除。

2.某T12钢工件退火时,误当作45钢而进行了完全退火,其组织和性能会发生什么变化,因该工件切削加工困难,应采用什么热处理工艺来改善之.

答：某T12钢工件退火时,误当作45钢而进行了完全退火,其组织中出现了网状渗碳体,将使工件的强度下降，力学性能变坏。可以采用正火的热处理方法来消除。

3.试说明淬火钢中出现残余奥氏体的原因是什么,对其性能有何影响,采用什么工艺能将之消除.

答：淬火钢中出现残余奥氏体的原因是：马氏体转变是在一定温度范围内（Ms-Mf），连续冷却的任何停顿和减慢，都增大奥氏体的稳定性和残余奥氏体的量；另外马氏体形成时体积膨胀，对未转变的奥氏体构成大的压应力，也使马氏体转变不能进行到底，而总要保留一部分不能转变的（残余）奥氏体。

残余奥氏体存在马氏体之间可改善钢的韧性。

采用回火工艺能将之消除。

4.试说明为什么亚共析钢必须进行完全淬火,而过共析钢则只能进行不完全淬火.

答：亚共析钢必须在Ac3+30-50℃加热，进行完全淬火，并使淬火组织中保留一定数量的细小弥散碳化物颗粒，以提高其耐磨性。而过共析钢加热到Ac1+30-50℃进行不完全淬火，其原因在于：若碳化物完全熔入奥氏体中，马氏体中将出现过多的残余奥氏体，从而会造成多方面的害处，例如：碳含量过高，淬火后全部形成片状马氏体，脆性增加，且奥氏体增加，硬度下降;组织中会失去硬而耐磨的碳化物颗粒，令耐磨性降低等;而且淬火后会得到粗针状马氏体，显微裂纹增多，令钢的脆性增大;同时会令淬火应力增大，加大工件变形开裂倾向。

5.高碳高合金钢工件淬火时极易开裂,采取什么措施可有效防止其开裂?

答：（1）合理设计零件结构；

   （2）淬火前进行退火或正火，以细化晶粒并使组织均匀化，减少淬火产生的内应力；

   （3）淬火加热时严格控制加热温度，防止过热使奥氏体晶粒粗化，同时也可减少淬火时的热应力；

   （4）采用适当的冷却方法；

   （5）淬火后及时回火，以消除应力，提高工件的韧性。

6.确定下列工件的退火工艺,并说明其原因：(1)冷轧15钢钢板要求降低硬度.(2)正火态的T12钢钢坯要求改善其切削加工性.(3)锻造过热的60钢锻坯要求细化晶粒.

答：（1）完全退火；

   （2）球化退火；

   （3）等温退火。

7.某40MnB钢主轴,要求整体有足够的韧性,表面要求有较高的硬度和耐磨性,采用何种热处理工艺可满足要求?简述理由.

答：采用正火、调质（预备热处理），以及淬火+低温回火（最终热处理）。

   （1）正火：主要为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性，同时也均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做组织准备。

   （2）调质：主要使主轴具有高的综合力学性能。

   （3）淬火+低温回火：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性，其中低温回火的作用是消除淬火应力及减少脆性。

8.金属晶粒大小对金属的性能有何影响?说明铸造时细化晶粒的方法及其原理.

答：金属晶粒越细，金属的强度越高，塑性和韧性也越好，反之力学性能越差。

铸造时细化晶粒的方法有：

（1）增加过冷度：当过冷度增大时，液态金属的结晶能力增强，形核率可大大增加，而长大速度增加较少，因而可使晶粒细化。

（2）变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使金属结晶时形核率N增加，因而可使晶粒细化。

（3）振动处理：在金属结晶时，对液态金属附加机械振动、超声波振动或电磁振动等措施使已生长的晶粒因破碎而细化，同时破碎的晶粒尖端也起净核作用，增加了形核率，使晶粒细化。

9.T12钢工件经正常淬火后其表面硬度比60钢低的原因是什么？如何进一步提高其硬度？

答：原因是：淬火加热温度过低、保温时间不足、冷却速度过低、工件表面脱碳或预先热处理不当等。

    进一步提高其硬度的方法是将工件退火或正火后重新进行淬火。

10．画出Fe-Fe3C相图，注明各相区的相名称，指出奥氏体和铁素体的溶解度曲线.

答：书P16图1.2.16。奥氏体和铁素体的溶解度曲线分别是：ES线、PQ线。

11.示意画出钢的C曲线,并在C曲线上画出等温淬火和分级淬火的冷却工艺曲线.

答：书P40图1.3.11。

12.比较20钢和T10钢的退火,正火,淬火组织的异同.

答：退火：20钢：奥氏体

          T10钢：珠光体

正火：20钢：奥氏体

      T10钢：珠光体

淬火：20钢：马氏体

  T10钢：马氏体

13.现有下列零件及可供选择的材料,给各零件选择合适的材料,并选择合适的最终热处理方法(或使用状态).零件名称:自行车架,连杆螺栓,车厢板簧,滑动轴承,变速齿轮,机床床身,柴油机曲轴.

可选材料:60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2,T12A,40Cr,HT200,16Mn,20CrMnTi.

答：自行车架：16Mn    焊接

连杆螺栓：40Cr    最终热处理方法：调质；

车厢板簧：60Si2Mn    最终热处理方法：淬火+中温回火；

滑动轴承：ZQSn6-6-3    使用状态：铸造；

变速齿轮：20CrMnTi    最终热处理方法：渗碳后淬火、低温回火；

机床床身：HT200   最终热处理方法：去应力退火；

柴油机曲轴：QT600-2    最终热处理方法：等温淬火。

14.有一传动轴(最大直径φ20mm)受中等交变拉压载荷作用要求沿截面性能均匀一致,(1)选择合适的材料,(2)编制简明工艺路线,(3)说明各热处理工艺的主要作用:(4)指出最终组织.

可供选择材料:16Mn,20CrMnTi,45,40Cr,40CrNiMo,T12,”6”,”5”

答：（1）选用20CrMnTi

   （2）简明工艺路线：备料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火、低温回火→机械加工。

   （3）热处理工艺的主要作用如下：

        正火：主要为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性，同时也均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做组织准备。

        渗碳：为了保证传动轴表层的含碳量及渗碳层深度的要求。

        淬火+低温回火：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性，其中低温回火的作用是消除淬火应力及减少脆性。

15.常见的合金结构钢有哪些?写出其牌号,说明其一般使用时的热处理状态(即最终热处理)和用途。

答：常见的合金结构钢有：

（1）低合金高强度结构钢：其中Q345是最常用的低合金高强度结构钢，一般不进行热处理，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件。

（2）合金渗碳钢：20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，一般是渗碳后淬火、低温回火，用来工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。

（3）合金调质钢：40Cr是最常用的合金调质钢，其热处理工艺是调质，用来制造一些受力复杂的重要零件，如机床的主轴等。

（4）合金弹簧钢：常用的合金弹簧钢的牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA，热成形弹簧钢进行淬火、中温回火，冷成形弹簧钢只需进行依次去应力退火，合金弹簧钢主要用语制造各种弹性元件，如制作汽车的减震板弹簧等。

（5）滚动轴承钢：目前应用最多的有：GCr15 主要用于中小型滚动轴承；GCr15SiMn主要用于较大的滚动轴承，滚动轴承钢的热处理包括预备热处理（球化退火）和最终热处理（淬火+低温回火）。