本文格式為Word版，下載可任意編輯——《鋼的熱處理》習題與思考題參考答案《鋼的熱處理》習題與思考題參考答案

（一）填空題

1．板條狀馬氏體具有高的強度、硬度及一定的塑性與韌性。2．淬火鋼低溫回火后的組織是M回（+碳化物+Ar），其目的是使鋼具有高的強度和硬度；中溫回火后的組織是T回，一般用于高σe的結構件；高溫回火后的組織是S回，用于要求足夠高的強度、硬度及高的塑性、韌性的零件。

3．馬氏體按其組織形態主要分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩種。4．珠光體按層片間距的大小又可分為珠光體、索氏體和托氏體。5．鋼的淬透性越高，則臨界冷卻卻速度越低；其C曲線的位置越右移。

6．鋼球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和為淬火做組織準備；它主要適用于過共析（高碳鋼）鋼。

7．淬火鋼進行回火的目的是消除內應力，穩定尺寸；改善塑性與韌性；使強度、硬度與塑性和韌性合理協同。

8．T8鋼低溫回火溫度一般不超過250℃，回火組織為M回+碳化物+Ar，其硬度大致不低于58HRC。（二）判斷題1．隨奧氏體中碳含量的增高，馬氏體轉變后，其中片狀馬氏體減小，板條狀馬氏增多。（×）2．馬氏體是碳在a-Fe中所形成的過飽和間隙固溶體。當發生奧氏體向馬氏體的轉變時，體積發生收縮。（×）

3．高合金鋼既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（×）4．低碳鋼為了改善切削加工性，常用正火代替退火工藝。（√）5．淬火、低溫回火后能保證鋼件有高的彈性極限和屈服強度、并有很好韌性，它常應用于處理各類彈簧。（×）6．經加工硬化了的金屬材料，為了基本恢復材料的原有性能，常進行再結晶退火處理。（√）（三）選擇題

1．鋼經調質處理后所獲得的組織的是B。

A．淬火馬氏體B．回火索氏體C．回火屈氏體D．索氏體2．若鋼中參與合金元素能使C曲線右移，則將使淬透性A。

A．提高B．降低C．不改變D．對小試樣提高，對大試樣則降代3．為消除碳素工具鋼中的網狀滲碳體而進行正火，其加熱溫度是A。

A．Accm+（30~50）℃B．Accm-（30~50）℃C．Ac1+（30~50）℃D．Ac1-（30~50）℃4．鋼絲在冷拉過程中必需經B退火。

A．擴散退火B．去應力退火C．再結晶退火D．重結晶退火

5．工件焊接后應進行B。A．重結晶退火B．去應力退火C．再結晶退火D．擴散退火6．某鋼的淬透性為J

，其含義是C。

A．15鋼的硬度為40HRCB．40鋼的硬度為15HRC

C．該鋼離試樣末端15mm處硬度為40HRCD．該鋼離試樣末端40mm處硬度為15HRC（四）指出以下鋼件的熱處理工藝，說明獲得的組織和大致的硬度：①45鋼的小軸（要求綜合機械性能好）；答：調質處理（淬火+高溫回火）；回火索氏體；25~35HRC。②60鋼簧；

答：淬火+中溫回火；回火托氏體；35~45HRC。

③T12鋼銼刀。答：淬火+低溫回火；回火馬氏體+滲碳體+剩余奧氏體；58~62HRC。

（五）車床主軸要求軸頸部位的硬度為50~52HRC，其余地方為25~30HRC，其加工路線為：鍛造→正火→機械加工→調質→軸頸表面淬火→低溫回火→磨加工。請指出：

①從20、45、60、T10鋼中，選擇制造主軸的鋼材：②正火、調質、表面淬火、低溫回火的目的；③軸頸表面處的組織和其余地方的組織。答：45鋼；

②正火改善切削性能；調質獲得較好的綜合機械性能；表面淬火使表面獲得馬氏體，提高表面的耐磨性能；低溫回火消除剩余應力，穩定尺寸，改善塑性與韌性。③軸頸表面處的組織為回火馬氏體；其余地方的組織為回火索氏體。

（六）現需制造一汽車傳動齒輪，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接觸疲乏強度，心部具有良好韌性，應采用如下哪種材料及工藝，為什么？

①T10鋼經淬火+低溫回火；45鋼經調質地處理；③用低碳合金結構鋼20CrMnTi經滲碳+淬火+低溫回火。

答：T10鋼經淬火+低溫回火的組織為回火馬氏體+滲碳體+剩余奧氏體，硬度為58~62HRC，表面具有高的硬度、耐磨性，但心部韌性差，因此，①不適合。

45鋼經調質處理后的組織為回火索氏體，硬度為25~35HRC，綜合機械性能較好，但表面不耐磨，因此，②不適合。

用低碳合金結構鋼20CrMnTi經滲碳+淬火+低溫回火后，表面組織為回火馬氏體+合金碳化+少量剩余奧氏體，硬度為60~67HRC，表面具有高的硬度、耐磨性，且心部組織為回火馬氏體+少量鐵素體，硬度為50~55HRC，具有較高的強度和一定的韌性，因此，③適合。

第一次測練試題參考答案

《材料的性能》

一、填空題1．機械設計時常用

兩種強度指標。

2．設計剛度好的零件，應根據彈性模量指標來選擇材料。3．屈強比是

和

與之比。

4．材料主要的工藝性能有鑄造性能、可鍛性、焊接性和熱處理性能（或切削性能）。二、判斷題

1．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。（×）2．材料的E值越大，其塑性越差。（×）

3．材料的抗拉強度與布氏硬度之間，近似地成一直線關系。（√）4．各種硬值之間可以互換。（×）三、選擇題

1．低碳鋼拉伸應力一應變圖中，曲線上對應的最大應用值稱為C。A、彈性極限B、屈服強度C、抗拉強度D、斷裂強度2．材料開始發生塑性變形的應力值叫做材料的B。

A、彈性極限B、屈服強度C、抗拉強度D、條件屈服強度3．測量淬火鋼及某些表面硬化件的硬度時，一般應用C。A、HRAB、HRBC、HRCD、HB4．有利于切削加工性能的材料硬度范圍為C。

A、230HBC、（150~250）HBD、（60~70）HRC四、問答題

2．常用的測量硬度方法有幾種？其應用范圍如何？

答：1）布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度；2）布氏硬度主要用于軟材料的測量，如退火鋼、調質鋼和有色金屬等；洛氏硬度主要用于中、硬材料的測量，如淬火鋼、調質鋼和表面硬層等；維氏硬度主要用于顯微組織中其次相的測量。

《材料的結構》一、填空題

1．晶體與非晶體的最根本區別是原子在三維空間的排列規律性不同，前者有序，后者無序。2．金屬晶體中常見的點缺陷是空位、間隙原子和置換原子，線缺陷是位錯，面缺陷是晶界。

3．在常見金屬晶格中，原子排列最密的晶向，體心立方晶格是〈111〉，而面心立方晶格是〈110〉。

4．晶體在不同晶向上的性能是不同，這就是單晶體的各向異性現象。一般結構用金屬為多晶體，在各個方向上性能近似一致，這就是實際金屬的偽各一致性現象。

5．同素異構轉變是指當外部的溫度和壓強改變時，金屬由一種晶體結構向另一種晶體結構轉變的現象。二、判斷題

1．因單晶體具有各向異性，所以實際金屬的晶體在各個方向上的性能是不一致的。（×）

2．金屬理想晶體的強度比實際晶體的強度高得多。（√）

3．金屬面心立方晶格的致密度比體心立方晶格的致密度高。（√）

4．在室溫下，金屬的晶粒越細，則其強度愈高和塑性愈低。（×）

5．實際金屬中存在著點、線和面缺陷，從而使得金屬的強度和硬度均下降。（×）三、選擇題

1．晶體中的位錯屬于D。

A、體缺陷B、點缺陷C、面缺陷D、線缺陷1．多晶體具有AC。

A、各向同性B、各向異性C、偽各向同性D、偽各向異性3．金屬原子的結合方式是C。

A、離子鍵B、共價鍵C、金屬鍵D、分子鍵4．固態金屬的結構特征是B。

A、短程有序排列B、長程有序排列C、完全無序排列D、部分有序排列5．室溫下，金屬的晶粒越細小，則D。

A、強度高、塑性低B、強度低、塑性低C、強度低、塑性高D、強度高、塑性高四、問答題

實際金屬晶體中存在哪幾種晶體缺陷？它們對金屬的機械性能的影響有什么？答：1）點缺陷、線缺陷（位錯）、面缺陷（晶界）；

2）隨著點缺陷密度的增加，材料的強度和硬度提高（固溶加強），而塑性與韌性下降；隨著位錯密度的增加，材料的強度和硬度提高（位錯加強或加工加強），而塑性與韌性下降；晶粒越細小，晶界面積越多，材料的強度和硬度越高（細晶加強），同時塑性與韌性越好。

《純金屬的凝固》一、填空題

1．在金屬學中，尋常把金屬從液態向固態的轉變稱為結晶，而把金屬從一種結構的固態向另一種結構的固態的轉變稱為同素異構轉變（或多晶型轉變）。

2．當對金屬液體進行變質處理時，變質劑的作用是增加非自發形核（或非均勻形核）。3．液態金屬結晶時，獲得細晶粒組織的主要方法是增加過冷度和變質處理（或孕育處理）。4．過冷度是理論結晶溫度與實際結晶溫度之差。一般金屬結晶時，過冷度越大，則晶粒越細。

二、判斷題

1．凡是由液體凝固成固體的過程都是結晶過程。（×）

2．金屬結晶時，冷卻速度愈大，則其結晶后的晶粒愈細。（√）3．在其它條件一致時，金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的鑄件晶粒更細。（√）4．在其它條件一致時，鑄成薄件的晶粒比鑄成厚件的晶粒更細。（√）5．在實際生產條件下，金屬凝固時的過冷度都很小（A、鑄造性能好B、鍛造性能好C、焊接性能好D、熱處理性能好2．鐵素體的機械性能特點是具有良好的（C）。

A、硬度與強度B、綜合機械性能C、塑性和韌性D、切削性和鑄造性4．裝配工使用的銼刀宜選用（C）。

A、低碳鋼B、中碳鋼C、高碳鋼D、過共晶白口鐵5．在下述鋼鐵中，切削性能較好的是（B）。

A、工業純鐵B、45C、白口鑄鐵D、T12A四、問答題

1．根據鐵碳相圖，說明產生以下現象的原因：

（1）在1100℃，ω（C）=0.4%，的鋼能進行鍛造，而ω（ω）=4.0%的生鐵則不能鍛造；答：在1100℃，ω（C）=0.4%鋼的組織為單相奧氏體，塑性較好，適合鍛造，而ω（ω）=4.0%生鐵的組織為奧氏體加萊氏體，塑性較差，不適合鍛造。

2）綁扎物件一般采低碳鋼絲，而起重機吊重物時則采用ω（C）=0.60~0.75%的鋼絲繩；答：綁扎物件鐵絲要求塑性好，因此應選擇含鐵素體多的低碳鋼制造；而起重機吊重物用的鋼絲繩要求承受較大的載荷的同時，又應具有一定的韌性，防止沖擊斷裂，因此采用ω（C）=0.60~0.75%的鋼；

（3）用做汽車擋板的材料與用做銼刀的材料為什么不同。

答：用做汽車擋板的材料要求塑性好，便于壓力加工成型，因此，應選擇含鐵素體多的低碳鋼制造；而用做銼刀的材料要求硬度高，保證耐磨性能，因此，采用ω（C）=1.2%的高碳鋼制造；

2．根據Fe-Fe3C相圖，從相和組織上解釋以下現象：1）T8鋼比40鋼的強度、硬度高，塑性、韌性差。

答：由于T8的含碳量（0.8%C）比40鋼（（0.4%C）含碳量高，其鐵素體含量低，滲碳體含量高，因此，T8鋼比40鋼的硬度高，而塑性、韌性差；又由于T8鋼中含珠光體量高，因此，其強度比40鋼的強度高。

（2）T12鋼比T8鋼的硬度高，但強度反而低。

答：這是由于T12鋼中的Fe3CⅡ連成網狀，導致晶界強度下降，而T8鋼中的Fe3CⅡ呈短桿狀，起其次相加強作用。

30.化學熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學熱處理方法有哪幾種？

答：化學熱處理是把鋼制工件放置于某種介質中，通過加熱和保溫，使化學介質中某些元素

滲入到工件表層，從而改變表層的化學成分，使心部與表層具有不同的組織與機械性能。化學熱處理的過程：1分解：化學介質要首先分解出具有活性的原子；2吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶體或化合物；3擴散：被工件吸收的活性原子，從表面想內擴散形成一定厚度的擴散層。常用的化學熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。31.試述一般滲碳件的工藝路線，并說明其技術條件的標注方法。答：一般滲碳件的工藝路線為：下料→鍛造→正火→切削加工→渡銅（不滲碳部位）→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→精磨→成品

32.氮化的主要目的是什么？說明氮化的主要特點及應用范圍。

答：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝稱為滲氮。其

目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲乏強度。氮化的主要特點為：1)工件經滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),滲氮層的硬度一般可達950~1200HV(相當于68-72HRC),且滲氮層具有高的紅硬性(即在600~650℃仍有較高硬度)。2)工件經滲氮后滲氮層體積增大,造成表面壓應力,使疲乏強度顯著提高。3)滲氮層的致密性和化學穩定性均很高,因此滲氮工件具有高的耐蝕性。4)滲溫度低,滲氮后又不再進行熱處理,所以工件變形小,一般只需精磨或研磨、拋光即可。

滲氮主要用于要求耐磨性和縝密度很高的各種高速傳動的縝密齒輪、高精度機床主軸(如鍾軸、磨床主軸)、分派式液壓泵轉子,交變載荷作用下要求疲乏強度高的零件(高速柴油機曲軸),以及要求變形小和具有一定耐熱、抗蝕能力的耐磨零件(閥門)等。

33.試說明表面淬火、滲碳、氮化熱處理工藝在用鋼、性能、應用范圍等方面的區別。答：表面淬火一般適用于中碳鋼（0.4~0.5%C）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用

于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調質狀態的組織。應用范圍：（1）高頻感應加熱表面淬火應用于中小模數齒輪、小型軸的表面淬火。（2）中頻感應加熱表面淬火主要用于承受較大載荷和磨損的零件,例如大模數齒輪、尺寸較大的曲軸和凸輪軸等。(3)工頻感應加熱表面淬火工頻感應加熱主要用于大直徑鋼材穿透加熱和要求淬硬深度深的大直徑零件,例如火車車輪、軋轆等的表面淬火。

滲碳鋼都是含0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。滲碳層深度一般都在0.5~2.5mm。

鋼滲碳后表面層的碳量可達到0.8～1.1%C范圍。滲碳件滲碳后緩冷到室溫的組織接近于鐵碳相圖所反映的平衡組織，從表層到心部依次是過共析組織，共析組織，亞共析過渡層，心部原始組織。

滲碳主要用于表面受嚴重磨損，并在較大的沖載荷下工作的零件（受較大接觸應力）如齒輪、軸類、套角等。

氮化用鋼尋常是含Al、Cr、Mo等合金元素的鋼，如38CrMoAlA是一種比較典型的氮化鋼，此外還有35CrMo、18CrNiW等也經常作為氮化鋼。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點：1）氮化前需經調質處理，以便使心部組織具有較高的強度和韌性。2）表面硬度可達HRC65～72，具有較高的耐磨性。

3）氮化表面形成致密氮化物組成的連續薄膜，具有一定的耐腐蝕性。4）氮化處理溫度低，滲氮后不需再進行其它熱處理。

氮化處理適用于耐磨性和精度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。如：發動機的汽缸、排氣閥、高精度傳動齒輪等。34.擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工

（1）試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2）指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（3）制定最終熱處理工藝規定（溫度、冷卻介質）答：（1）工藝路線為：鍛造—退火—機加工—淬火后低溫回火—磨加工。退火處理可細化組

織，調整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內應力。

（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體，大致的硬度60HRC。

（3）T10車刀的淬火溫度為780℃左右，冷卻介質為水；回火溫度為150℃～250℃。

35.選擇以下零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：（1）某機床變速箱齒輪（模數m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；

（2）某機床主軸，要求有良好的綜合機械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC50-55），材料選用

45鋼；

（3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉，要求鏜桿表面有極

高的硬度，心部有較高的綜合機械性能，材料選用38CrMoALA。答：（1）下料→鍛造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品

（2）下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品（3）下料→鍛造→退火→粗加工→調質→精加工→氮化→研磨→成品36.某型號柴油機的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用45鋼調質處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最終低溫回火，現因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明：

（1）原45鋼各熱處理工序的作用；

（2）改用15鋼后，應按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？（3）改用15鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下采用何種熱處理工藝