任務(wù)3.1典型零件的選材與熱處理

1.答：

鞍座彈簧選材時(shí)，主要涉及材料的彈性極限和塑性、韌性。

2.答：

這是由它們的定義、性質(zhì)和測量方法決定的。硬度是一個(gè)表征材料性能的綜

合性指標(biāo)，表示材料表面局部區(qū)域抵抗變形和破壞的能力。硬度與某些力學(xué)性能

指標(biāo)間存在對應(yīng)關(guān)系，如布氏硬度值與抗拉強(qiáng)度之間有近似的正比關(guān)系。同時(shí)，

硬度的測量操作簡單，不破壞零件，而強(qiáng)度和塑性的測量操作復(fù)雜且破壞零件，

所以實(shí)際生產(chǎn)中，在零件設(shè)計(jì)圖或工藝卡上一般提出硬度技術(shù)要求而不提強(qiáng)度或

塑性值。

3.答：

抗拉程度：材料2＞材料1＞材料3

屈服程度：材料1＞材料3＞材料2

塑性程度：材料3＞材料2＞材料1

4.答：

s=—=268.79N/mm2;Ob=一=439.49N/mm2

Ao

S5=^—^xl00%=30%;ip=±Z±xlOO%=64%

LoAo

5.答：

兩者硬度不同，螺桿易發(fā)生塑性變形，螺桿硬度高，因?yàn)槁輻U為主要的受力

件。

6.答：乙,丙＞甲＞丁。

7.答；

(1)錯(cuò)，要看外加載荷，外加載荷超過零件的屈服強(qiáng)度也能發(fā)生變形。

(2)錯(cuò)，要同類的材料才能對比，不同材料兩者之間不存在對應(yīng)關(guān)系。

(3)錯(cuò)，要同類的材料才能對比，不同材料兩者之間不存在對應(yīng)關(guān)系。

8.答：

(1)屈服強(qiáng)度

(2)硬度

(3)抗拉強(qiáng)度或沖擊韌性

9.答：

(1)當(dāng)鋼中3c<0.9%時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼的硬度、強(qiáng)度上升，而

塑性、韌性不斷下降；當(dāng)鋼中3c>0.9%以后，由于滲碳體呈明顯的網(wǎng)狀分布于

晶界處或以粗大片存在于基體中，鋼的塑性、韌性、強(qiáng)度都會降低。

(2)鋼的強(qiáng)度較低，塑性較好，變形抗力小，便于鍛造成型；鑄鐵的熔點(diǎn)

低，流動(dòng)性好，適用于鑄造成型。

(3)鋼在高溫時(shí)可獲得單相奧氏體組織，它的強(qiáng)度較低，塑性較好，變形

抗力小，便于鍛造成型；鑄鐵在高溫下，其組織均以硬而脆的滲碳體為基體，所

以不能鍛造。

(4)鋼聊釘用低凝鋼其含碳量低，塑性好便于使用時(shí)彎曲變形。

(5)低碳鋼硬度低，塑性好，切削加工時(shí)產(chǎn)生切削熱大，易粘刀，不易斷

屑和排屑，所以表面粗糙度高。

(6)含碳量越高，硬度也就越高，所以容易把鋸條磨損。

(7)鐵絲用于綁扎物，要求塑性好，容易彎曲變形，不要求強(qiáng)度高，所以

用低碳鋼絲；而起重機(jī)吊重物的鋼絲繩要求強(qiáng)度高，且要有一定的塑性，所以用

60、65、70等高碳鋼。

10.答：

硬度：T12鋼,T8鋼>45鋼

強(qiáng)度：T8鋼〉T12鋼>45鋼

塑性:45>T8>T12

韌性：45>T8>T12

原因：隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的塑性、韌性降低，硬度上升，弓雖度先上

升后下降，在含碳量為0.9%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。

11.答：

方法：測試硬度、做拉伸試驗(yàn)。

12.答：

①從切削加工性考慮：低碳中鋼——正火，高碳鋼——球化退火。

②從使用性能考慮：亞共析鋼正火的力學(xué)性能好一些。而復(fù)雜工件用退火可

防開裂。

③從經(jīng)濟(jì)性考慮：正火生產(chǎn)周期短、耗能少、成本低、效率高。

④從顯微組織的均勻考慮：退火比正火所獲得的組織結(jié)構(gòu)比較均勻，更有利

于后續(xù)的最終物b理。

13.答：

淬火鋼通過回火可防止開裂、變形、消除內(nèi)應(yīng)；鋼在回火時(shí)，隨著溫度增加,

強(qiáng)度、硬度降低，而塑性、韌性增加。

14.答：

(1)先退火，均勻組織，細(xì)化晶粒；再正火，提高硬火，防粘刀。

（2）先正火，破碎網(wǎng)狀Fe3Cz再球化退火，使Fe3c球狀化。

（3）去應(yīng)力退火。

（4）正火。

15.答：

（1）中溫回火，（2）彳氐溫回火，（3）高溫回火，（4）中溫回火，（5）

低溫回火，（6）高溫回火

16.答：

①不能，依靠冷卻速度效果不大，因?yàn)榛鼗饡r(shí)的溫度太低，②先退火，均勻

組織，細(xì)化晶粒，再重新淬火，并回火時(shí)，降低回火溫度。

17.答：

球化退火：使?jié)B碳體球狀化，降低硬度,消除內(nèi)應(yīng)力，以便切削加工。

淬火：提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

低溫回火：保持高硬度、高耐磨性，適當(dāng)提高塑性和韌性，獲得良好的使用

性能。

18.答：

P

、

朝

兩

700

00.20.40.60.81.01.21.4161.82.0

收/%

碳鋼的淬火加熱溫度范圍

若仍按35鋼熱處理時(shí)，不能否達(dá)到要求，10鋼硬度不足，T10鋼太硬，35

鋼是優(yōu)質(zhì)碳素調(diào)質(zhì)鋼，其正常的調(diào)質(zhì)處理淬火加熱溫度是840~850℃,回火

580~60(TC10鋼屬于低碳鋼，用于沖壓或滲碳處理，由于含碳量低，加熱到

840~850℃時(shí)還沒有進(jìn)入完全奧氏體區(qū)，屬于不完全奧氏體化，是A+F的組

織，其中，F(xiàn)是軟相，因此，淬火后一是由于沒有完全奧氏體化,二是含碳量低,

所以得到馬氏體量很少，硬度基本上不發(fā)生大的變化，再在高溫回火，最終硬度

不足，完全達(dá)不到要求；T10鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，含碳量高，其加熱溫度是

770?790,如果把它加熱到840?850℃淬火，是A+Fe3c的組織，溫度太高，

會使Fe3c粗大化，回火硬度可達(dá)58-62HRC,即使高溫回火后,由于碳化物的

析出硬度也是很高而且脆，最終硬度指標(biāo)也達(dá)不到要求，且容易開裂。

19.答：略

20.答：

選用45鋼生產(chǎn)同一種零件，甲廠采用正火，其組織為鐵素體+索氏體，乙

廠采用調(diào)質(zhì)處理，其組織為回火索氏體，索氏體為層片狀組織，即片狀滲碳體平

行分布在鐵素體基體上，回火索氏體是細(xì)小的粒狀滲碳體彌散的分布在鐵素體基

體上，由于粒狀滲碳體比片狀滲碳體對于阻止斷裂過程的發(fā)展有利，即兩者強(qiáng)度，

硬度相近，但是回火索氏體的韌性，塑性要好很多，所以乙廠生產(chǎn)的零件性能要

好。

21.答：

缺點(diǎn)：合金鋼鍛造時(shí)塑性低，鍛造性明顯下降，鍛造性差，焊接性差。

優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度、耐磨性高、韌性高、淬透性、熱硬性高，使用大截面可以提高

淬透性。

22.答:

鋼材按用途分大致可分為這么幾類：

①建筑及工程用鋼：用于房屋，橋梁建筑，一般是低碳鋼、低碳合金鋼。

②結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)器零件。又可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，含

碳量一般都小于0.7%。

③工具鋼：主要用于制造各種工具、模具和量具。又可分為碳素工具鋼和合

金工具鋼,其含碳量一般都大于0.7%。

④特殊性能鋼：主要用于制造特殊用途的設(shè)備，是具有某種特殊物理、化學(xué)

性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、低溫用鋼、電工用鋼等。

⑤軸承鋼：專門制造軸承用的鋼。

⑥專業(yè)用鋼：如制造船舶、鍋爐等專用的鋼。

表示：由一組阿拉伯?dāng)?shù)字和一組合金元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字組成。前兩位數(shù)

字表示該合結(jié)鋼碳的萬分含量，合金元素符號不需要解釋跟著的數(shù)字為該合金元

素的百分含量，當(dāng)為1%左右時(shí)不標(biāo)出。

23.答：

成分特

類別熱處理主要性能用途

點(diǎn)

合金調(diào)質(zhì)中碳合

調(diào)質(zhì)良好的綜合力學(xué)性能齒輪、軸等零件

鋼金

合金滲碳低碳合滲碳+淬火+低溫回齒輪、軸等耐磨性要求高受沖

表面硬、耐磨，心部強(qiáng)而韌

鋼金火擊的重要零件

合金彈簧高碳合

淬火+中溫回火高的彈性極限大尺寸重要彈簧

鋼金

24.答：

刃具鋼應(yīng)具有高的硬度和耐磨性；因?yàn)楹辖鹑芯咪?SiCr淬透性高、強(qiáng)度和

耐磨性更高。

25.答：

量具鋼要求高硬度、高耐磨性，高的尺寸穩(wěn)定性及足夠的強(qiáng)度和韌性。通常

采用淬火+低溫回火魁熱處理。

26.答：

鑄造碳鋼：ZQ310-570,ZG200-400;合金彈簧鋼：50CrVA,60Si2CrVA;

合金工具鋼：9Cr2,W9Mo3Cr4V,CrWMn;優(yōu)質(zhì)碳素鋼：08F,45,40Cr,

35;合金調(diào)質(zhì)鋼:30CrMnSi,38CrMoAIA,40Cr;碳素工具鋼:T7A,T13;

合金滲碳鋼：20CrMnTiz18Cr2Ni4WA,15Cr;普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195,

Q255A;滾動(dòng)軸承鋼：GCr9;GCrl5SiMn;低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q345

27.答：

普通機(jī)床地腳螺栓：Q235,不用熱處理

壓力容器：Q345,不用熱處理

減速器軸：45

發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓：40Cr完全退火，調(diào)質(zhì)

逢床建桿：38CrMoAIA（高級軸類零件），完全退火,滲氮（或碳氮共滲）+

淬火+低溫回火

汽車變速器齒輪：20CrMnTi滲碳、淬火、回火

車輛緩沖彈簧：60Si2Mn,完全退火，淬火+中溫回火

滾動(dòng)軸承外圈：GCrl5

機(jī)床床身：HT200時(shí)效

犁柱：ZG230-450

手工鋸條：T12A球化退火,淬火+低溫回火

高速粗車鑄鐵的車刀：W18Cr4V,球化退火,淬火+低溫回火

鉗工用絲錐：9SiCr

熱鍛模：3Cr2W8V

冷沖模：Crl2

汽輪機(jī)葉片：1G13

加熱爐底板：4Cr9Si2

坦克履帶板：ZGMnl3-3

車床絲杠螺母：銅合金ZCuSnlOPbl

電風(fēng)扇機(jī)殼：ZL102時(shí)效

28.答：

(1)造成不可恢復(fù)的變形，失去彈性；(2)容易變形，且磨損嚴(yán)重；(3)

屈服強(qiáng)度小，硬度小，發(fā)生變形。

29.答：

因?yàn)樾枰@得高硬度、高耐磨性；滾動(dòng)軸承銅常含碳、銘、鎰、硅"乍用：

銘的在其中主要起到提高鋼的強(qiáng)度和硬度、提高鋼的高溫機(jī)械性能、提高鋼的抗

腐蝕性和抗氧化性、阻止鋼中的碳石墨化、可以提高淬透性。鎰在煉鋼過程中是

良好的脫氧劑和脫硫劑，可以提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的

熱加工性能但鎰的量增高會降低鋼材的抗腐蝕能力和焊接性能。硅在煉鋼過程中

作為還原劑和脫氧劑，硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。硅和鋁、

鋁、銘等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用。但硅含量增加，會降低鋼的焊

接性能。

30.答：

不銹鋼是在普通碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一組路的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12%合金元素

的鋼材，它在空氣作用下能保持金屬光澤，也就是具有不生銹的特性；耐熱鋼是

指在高于45CTC條件下工作，并具有足夠的強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕性能和長期的

組織穩(wěn)定性的鋼種。

31.答：

先通過硬度測量區(qū)分低碳鋼與鑄鐵，再通過斷面顏色區(qū)分灰口鑄鐵與白口鑄

鐵，白口鑄鐵由于未石墨化呈亮白色。

32.答：

優(yōu)點(diǎn)：有優(yōu)良的鑄造和切削加工性能，減振性、減摩擦性好，且價(jià)格低。

缺點(diǎn)：強(qiáng)度低，塑性、韌性差。

采用灰鑄鐵鑄造，因?yàn)槠錅p震性、減摩擦性好、價(jià)格低，而且鑄鐵容易鑄造

形狀復(fù)雜零件。

33.答：

與鑄鐵相比，球墨鑄鐵在強(qiáng)度方面具有絕對的優(yōu)勢。球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度是

60k,而鑄鐵的抗拉強(qiáng)度只有31k。球墨鑄鐵的屈服強(qiáng)度是40k,而鑄鐵并沒有

顯示出屈服強(qiáng)度,并且最終出現(xiàn)斷裂。球墨鑄鐵的強(qiáng)度-成本比遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鐵。

球墨鑄鐵在耐腐蝕性方面與鑄鐵相同；

球墨鑄鐵有利于薄壁鑄件。理由是：1、球化過程中球化劑本身的稀土鎂有

利于鐵液流動(dòng)，充型好成品率高。2、冶煉過程相對簡單，被廣泛采用，有利于

爐料配伍。3、球鐵專業(yè)廠家普遍，易于定點(diǎn)。

34.答：

(1)原因是鑄造過程產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，可以通過消除應(yīng)力的退火或自然時(shí)效等

方法。

(2)這是由于薄壁處的冷卻速度大造成的，可采取使薄壁處冷卻速度咸少

的方法或進(jìn)行高溫石墨化退火處理。

35.答：

(1)正確。因?yàn)榍蚰T鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高

了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。

(2)錯(cuò)誤?？慑戣T鐵里有石墨，鍛造時(shí)石墨將發(fā)生滑移，形成片狀的缺陷,

其性能將會大幅度下降。所以不可鍛造。

(3)錯(cuò)誤。硬度是足夠高的，但是，韌性不足，容易脆斷。稍微一遇磕碰,

就容易折斷。所以，不適合用來制作刀具。

(4)錯(cuò)誤?；诣T鐵能進(jìn)行表面淬火。

36.答：

(1)灰鑄鐵(2)耐熱鑄鐵(3)抗磨鑄鐵(4)耐蝕鑄鐵

37.答：

常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、銀合金、錫合金、徂合金、鈦合

金、鋅合金、鋁合金、錯(cuò)合金等。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，電阻

比純金屬大、電阻溫度系數(shù)小，具有良好的綜合機(jī)械性能。

38.答：

失效方式：①變形失效；②斷裂失效；③表面損傷失效。

合理選材的一般原則：①材料的使用性能應(yīng)滿足零件的使用要求：②材料的

工藝性應(yīng)滿足加工要求；③選材時(shí)還應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性。

39.答：

(1)中碳鋼正火或調(diào)制

(2)鑄鋼退火或正火

(3)工程塑料

(4)低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼滲碳、淬火、低溫回火

(5)滲氮鋼調(diào)制、滲氮

40.答：

(1)45鋼表面淬火(鍛造一正火一粗加工-調(diào)質(zhì)一半精加工一表面淬火、低

溫回火T磨削)

(2)38CrMoAI滲氮(鍛造一退火一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工―去應(yīng)力退火一

粗磨一滲氮T精磨)

(3)45鋼表面淬火(鍛造一正火T切削加工T調(diào)質(zhì)T精加工)

41.答：

這是因?yàn)閮煞N齒輪的工作環(huán)境不同，汽車、拖拉機(jī)變速器齒輪工作環(huán)境比較

惡劣，對力學(xué)性能要求比機(jī)床高，特別是對表面硬度要求更高，所以要采用低碳

鋼進(jìn)行滲碳熱處理。而機(jī)床用中碳(合金)鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)并表面熱正理就能達(dá)到要

求了。

汽車齒輪：20CrMnTi

下料一鍛造一正火一粗、半精加工一滲C-淬火-低溫回火一磨削

機(jī)床齒輪：40。(或45)

下料一鍛造—正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一表面淬火一低溫回火一磨

削

42.答：

30鋼經(jīng)過淬火處理后得到的金相組織大部分是板條狀馬氏體，高溫回火后

其金相組織為回火索氏體加鐵素體加珠光體,表面高頻淬火后只得到部分針狀馬

氏體，其硬度與耐磨性都不夠，在生產(chǎn)時(shí)將鋼材改為45鋼或40cr鋼制造可解

決耐磨問題。

43.答：

熱處理1:正火。目的：消除內(nèi)應(yīng)力

熱處理2:淬火和高溫回火。目的：獲得良好綜合性能。

熱處理3:表面淬火和低溫回火。目的：使表面獲得高硬度、高耐磨性。

20Cr代替45鋼，熱處理：正火一滲碳-淬火+低溫回火

44.答：

(1)選材：38CrMoAIA

加工路線：下料-鍛造--正火--粗加工--調(diào)質(zhì)--半精加工——去應(yīng)力退火--

粗磨--滲碳--精磨

(2)選材：55SiMnMoVNb

加工路線：下料一鍛造一退火--粗加工、半精加工--淬火、中溫回火一磨削

(3)選材：20Cr

加工路線：下料-鍛造--正火一粗加工、半精加工一滲碳、淬火、低溫回火

--精加工

45.答:

名稱工作條件和性能要求選擇材料熱處理方法

尖部與工件頂尖孔有強(qiáng)烈摩擦，但沖擊力不

9SiCr、

頂尖大；頂尖尾部與套筒配合精度很高，并需經(jīng)常淬火、低溫回火

W18Cr4V

裝卸。要求硬度57~62HRC。

在其內(nèi)錐孔安裝頂尖尾部，配合精度很高，并

套筒經(jīng)常因裝卸頂尖而產(chǎn)生摩擦，要求硬度45