第三章、钢的热处理。
简答题：1.现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，应该选择何种热处理方法？并比较热处理后它们在组织和性能上的差异。
答案】：低碳钢齿轮可采用渗碳、淬火、低温回火处理。通过渗碳使表面含碳量达到1.0%左右，淬火回火后，表面是高碳的回火马氏体，硬度高，而心部仍然是低碳的组织，韧性好。
中碳钢齿轮可采用表面淬火低温回火处理。淬火低温回火之后，表面是中碳回火马氏体，硬度高耐磨。心部仍然是韧性好的原正火或调质状态的组织。
与表面淬火处理相比较，渗碳的零件表面硬度更高，更耐磨，心部韧性更好，更耐冲击。
2.将φ10mm的t8钢圆片试样加热至780℃并保温，后经五种不同冷却方式分别得到：① p、② s、③t 、④b下＋m＋少量ar、⑤ m＋少量ar。
在c曲线上分别画出其冷却工艺曲线。
答案】：3.直径为10mm的45钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表所示，请将不同热处理条件下的显微组织填入表中的显微组织栏。
答案】：钢经球化退火后得到什么组织？经淬火后得到什么组织？淬火后分别在℃回火又得到什么组织？
答案】：t8钢经退火后得到球状珠光体。经淬火后得到马氏体+残余奥氏体。淬火后分别在℃回火得到回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体。
钢的c曲线如图所示，若使该钢在570℃等温不同的时间，按图示的冷却速度冷至室温，试问各获得什么组织？然后再进行高温回火，又各获得什么组织？
答案】：冷速1冷至室温：马氏体+残余奥氏体；高温回火后：回火索氏体。
冷速2冷至室温：细片状珠光体（托氏体）+马氏体+残余奥氏体；高温回火后：细片状珠光体+回火索氏体。
冷速3冷至室温：细片状珠光体（托氏体）；高温回火后：细片状珠光体（托氏体）。
冷速4冷至室温：细片状珠光体（托氏体）；高温回火后：细片状珠光体（托氏体）。
第四章结构钢及其选用。
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
答案】：1）40cr的平均含碳量为0.4%，℃铬的含量为0.8～1.1%。铬在钢中的主要作用是提高淬透性，其次溶入铁素体可使之强化，且保持较好的韧性。
2）最终热处理工艺曲线见图。调质处理后的组织是回火索氏体，硬度为（34～38）hrc。
3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工
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。
答案】：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。
答案】：1）热处理工艺：油冷淬火因为20crmnti属低碳合金钢，淬透性好，油冷淬火即可获得板条马氏体。
2）热处理工艺：完全退火因为20crmnti属亚共析钢，通过完全退火后可获得接近平衡的组织，即片状珠光体+铁素体。
3）热处理工艺：正火因为细片状珠光体+均匀分布的铁素体组织是在较快的冷速下获得的，因而采用正火。
4）热处理工艺：渗碳+淬火+低温回火片状回火马氏体是高碳马氏体的组织形态，20crmnti属低碳钢，通过表面渗碳就可提高表面的含碳量，从而使表面在淬火后得到片状马氏体；片状回火马氏体和心部的低碳回火马氏体都是淬火后低温回火得到的。
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。
答案】：载重汽车发动机的汽缸盖螺栓工作时承受冲击性的周期交变拉应力和装配预应力作用，而且应力较均匀地分布在整个截面上。因此，要求选用全截面能够淬透的，具有一定韧性和足够强度能承受一定能量的周期性的冲击作用的材料。
15mnvb钢淬透性好，可保证全截面淬透。在进行880℃油淬、200℃低温回火后的组织是低碳回火马氏体，有一定的韧性和较高强度，其强度、硬度（38～41 hrc）比40cr （33～35 hrc）高，因而15mnvb的小能量多冲抗力比40cr好，所以能够提高使用寿命1.5倍。
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）。
答案】：1）平均含碳量为0.2%，cr、 mn 含量1%左右，t含量0.1%左右。
2）下料→锻造→正火→车削加工→齿形加工→渗碳→淬火加低温回火→精加工
3）热处理后表面组织主要是高碳回火马氏体。心部组织与钢的淬透性和零件尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体和少量铁素体，多数情况下为托氏体、少量回火马氏体及少量铁素体。
简答题 1.在正常奥氏体化加热条件下，比较20crmnti、35、tcr四个钢号的淬透性和淬硬性，并说明理由。
答案】：淬透性由高到低依次为：20crmnti 、 40cr → t8钢 → 35钢。
因为钢的淬透性取决于钢的含碳量和合金元素的种类及含量，含碳量越靠近共析成分的钢淬透性越好；大多数合金元素（除co）都有提高钢淬透性的作用，加入多种合金元素对淬透性影响比单一元素的作用要大。
淬硬性由高到低依次为：t8→40cr→35→20crmnti 。 淬硬性是指钢淬火后所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的碳浓度。
2.合金结构钢中mn、cr、ni元素对马氏体开始转变点ms有何影响？对钢中残余奥氏体数量有何影响？
答案】：合金元素mn、cr、ni降低马氏体开始转变温度，并增加残余马氏体量。mn的作用最明显，其次是cr和ni。
3.某汽车变速箱齿轮用20crmnti制造，必须进行下列各加工：切削加工，锻造，最终热处理，下料，预先热处理，精磨，喷丸，试回答：
1）材料的含碳量及各元素的含量为多少？各合金元素的作用是什么？
2）正确安排其生产工艺路线，不可随意增减，并写出热处理的工艺名称、所得组织、力学性能特点。
答案】：1）平均含碳量为0.2%，cr、 mn 含量1%左右，t含量0.
1%左右。钢中合金元素的主要作用：cr,mn提高钢的淬透性；ti是强碳化物形成元素，ti加入钢中有细化晶粒，抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。
2） 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→油冷淬火→低温回火→喷丸→精磨
正火的组织：细珠光体+均匀分布的铁素体。
渗碳淬火+低温回火的组织：表面组织主要是高碳回火马氏体。心部组织与钢的淬透性和零件尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体和少量铁素体，多数情况下为托氏体、少量回火马氏体及少量铁素体。
力学特点：表面硬度高，耐磨性好，疲劳强度较高，力学性能比表面淬火高。心部具有高的强度及良好的韧性和很低的缺口敏感性。
第五章、其他金属材料。
1.在不锈钢中加入cr有什么作用？其含量有何要求？cr的质量分数为12%的cr12mov钢是否属于不锈钢？为什么？
答案】：在不锈钢中加入cr的作用：（1）提高基体电极电位，使原电池电位差减小；（2）缩小a区，以形成单相f；（3）在钢的表面形成钝化膜。
其含量的要求：wcr＞11.7%可使基体电极电位由-0.56v跃升到+0.2v；wcr＞12.7%才能形成单相f
cr的质量分数为12%的cr12mov钢不是不锈钢。因为该钢的wc＞1%，与cr形成碳化物，大大降低了cr的含量。
2.高锰钢为什么既耐磨又有很好的韧度？高锰钢在什么使用条件下才能够耐磨？
答案】：因为高锰钢经水韧处理后可获得均匀的过饱和单相a，其强度、硬度不高，而塑性、韧度却很好，但是当它受到剧烈冲击或较大压力作用时，表面层将迅速产生加工硬化，a将受形变诱发转变为m，同时还有ε碳化物析出，表面硬度可达52-56hrc，耐磨性显著提高，而心部仍然是a，具有很好的韧度。
高锰钢的使用条件：高锰钢只有在强烈冲击和磨损条件下工作，才能显示出高的耐磨性。
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