工程材料与成型技术基础 庞国星主编 考试参考答案

1、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，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

（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，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。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。正确

（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，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

2、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。

3、将20钢和60钢同时加热到860℃,并保温相同的时间,问那种钢奥氏体晶粒粗大些?

20钢和60钢都属于亚共析钢，一般加热时要求完全奥氏体化，加热温度应在A3以上。依据铁碳相图，20钢含碳量低，A3点高，60钢，含碳量高，A3点低，因此，同样加热到860℃,并保温相同的时间,60钢过热度大，晶粒容易粗大。

5、指出下列钢件正火的主要目的： 20钢齿轮， 45钢小轴， T12钢锉刀

20钢齿轮：20钢，含碳量低，硬度低，通过正火（空冷）使得珠光体片间距减小即形成索氏体或屈氏体，以提高硬度（HB200左右），满足切削加工的要求。

45钢小轴：45钢，含碳量适中，综合机械性能好，因此利用正火，即可作为最终热处理，满足小轴的使用要求。

T12钢锉刀：含碳量1.2%，若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷（空冷），使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。

8、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?

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。

9、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）

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。11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

钢的淬硬性取决于钢的含碳量（马氏体含碳量），T12：含碳量1.2%,20CrMnTi钢含碳量0.2%，所以，T12钢的淬硬性高，即淬火后获得马氏体的最高硬度高。

钢的淬透性取决于C曲线的位置，20CrMnTi是合金钢，合金元素使得C曲线显著右移，因此易于淬成马氏体，淬透性好。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够淬透性）

（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。

锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工

（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢

锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）

（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50—55，其余部分硬度为HRC20—25，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。

选择45钢，

锻造→完全退火→机加工→轴整体调质→轴颈局部高频表面淬火，低温回火→精加工（磨削）正火目的：提高含碳量，利于切削加工调质目的：获得良好的综合力学性能淬火目的：获得马氏体，使表面达到硬度要求回火目的：消除应力，稳定组织

13、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。

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。

*现象：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？

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。

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？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

7、解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。

正火组织：索氏体S:属于细珠光体，其中渗碳体呈片状。

回火组织：淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，

塑、韧性更好

淬火组织:马氏体:过饱和F

回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。

三次高温回火的目的：可析出大量弥散部分分布的碳化物，产生二次硬化现象，使硬度和强度进一步提高

T10碳素钢：1、预先热处理：退火或正火+球化退火2、最终热处理：淬火+低温回火3、热处理后的组织M回或M回+颗粒碳化物4、性能：高硬度、高强度、高耐磨性其中正火目的：消除网状渗碳体Fe3CⅡ，为球化退火做准备球化退火目的：球化Fe3CⅡ，降低硬度利于切削淬火低温回火目的：得到所需要组织和性能，消除应力，稳定组织