機(jī)械制造基礎(chǔ)部分課后習(xí)題答案第一章金屬材料的主要性能1.1解釋下列名詞1.強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。根據(jù)外力作用方式不同，可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。例如，在拉伸試驗中，材料所能承受的最大應(yīng)力就是抗拉強(qiáng)度。2.塑性：材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。常用伸長率和斷面收縮率來衡量。伸長率是指材料在拉伸斷裂后，標(biāo)距段的總變形與原標(biāo)距長度之比；斷面收縮率是指材料在拉伸斷裂后，斷面縮小面積與原斷面面積之比。3.硬度：材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常見的硬度測試方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。布氏硬度適用于測量較軟材料；洛氏硬度操作簡便，應(yīng)用廣泛；維氏硬度測量精度高，常用于薄件和小件。4.沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力。通常用沖擊吸收功或沖擊韌性值來表示。沖擊韌性值與材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、溫度等因素有關(guān)。5.疲勞強(qiáng)度：材料在交變應(yīng)力作用下，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。疲勞斷裂是機(jī)械零件失效的主要形式之一，提高材料的疲勞強(qiáng)度對于保證零件的使用壽命至關(guān)重要。1.2說明下列符號的含義1.σb：抗拉強(qiáng)度，是材料在拉伸過程中所能承受的最大應(yīng)力。2.σs：屈服強(qiáng)度，是材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力。對于沒有明顯屈服現(xiàn)象的材料，通常規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。3.δ：伸長率，反映材料在拉伸斷裂后伸長的能力。4.ψ：斷面收縮率，體現(xiàn)材料在拉伸斷裂后斷面縮小的程度。5.HBS：布氏硬度，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，規(guī)定試驗力壓入式樣表面，保持規(guī)定時間后測量試樣表面的壓痕直徑。6.HRC：洛氏硬度C標(biāo)尺，采用150kgf的試驗力和頂角為120°的金剛石圓錐壓頭，適用于測量較硬材料。7.αk：沖擊韌性值，是沖擊吸收功與試樣缺口處橫截面積之比。1.3金屬材料的力學(xué)性能包括哪些方面？在設(shè)計機(jī)械零件時，如何根據(jù)零件的工作條件和性能要求選擇合適的材料？金屬材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等方面。在設(shè)計機(jī)械零件時，應(yīng)根據(jù)零件的工作條件和性能要求選擇合適的材料。例如：1.承受較大載荷且要求變形小的零件：如機(jī)床主軸、汽車傳動軸等，需要選擇強(qiáng)度高、剛度好的材料，如中碳鋼、合金鋼等。2.需要進(jìn)行塑性加工的零件：如沖壓件、鍛造件等，應(yīng)選用塑性好的材料，如低碳鋼、鋁合金等。3.在磨損環(huán)境下工作的零件：如齒輪、軸頸等，要求材料具有較高的硬度和耐磨性，可選用高碳鋼、合金鋼經(jīng)熱處理后使用。4.承受沖擊載荷的零件：如汽車彈簧、起重機(jī)吊鉤等，需要材料具有良好的沖擊韌性，可選用中碳鋼、合金鋼等。5.在交變應(yīng)力作用下工作的零件：如發(fā)動機(jī)曲軸、橋梁結(jié)構(gòu)件等，要選擇疲勞強(qiáng)度高的材料，同時要注意改善零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免應(yīng)力集中。1.4為什么在設(shè)計和制造機(jī)械零件時，要考慮材料的硬度和強(qiáng)度之間的關(guān)系？硬度和強(qiáng)度是材料的兩個重要力學(xué)性能指標(biāo)，它們之間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。一般來說，材料的硬度越高，其強(qiáng)度也越高。在設(shè)計和制造機(jī)械零件時，考慮材料的硬度和強(qiáng)度之間的關(guān)系具有重要意義：1.保證零件的使用性能：零件在工作過程中需要承受一定的載荷，只有具有足夠的強(qiáng)度和硬度，才能保證零件不發(fā)生塑性變形和斷裂，從而正常工作。2.便于加工制造：材料的硬度會影響其加工性能。如果材料硬度過高，加工困難，成本增加；如果硬度過低，零件在加工過程中容易產(chǎn)生變形，影響加工精度。因此，需要根據(jù)加工工藝的要求，合理選擇材料的硬度和強(qiáng)度。3.提高零件的耐磨性：硬度較高的材料通常具有較好的耐磨性。在設(shè)計承受磨損的零件時，選擇合適硬度的材料可以提高零件的使用壽命。第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2.1解釋下列名詞1.晶體：原子（或分子、離子）在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)。晶體具有固定的熔點(diǎn)、各向異性等特點(diǎn)。2.晶格：為了便于分析晶體中原子的排列規(guī)律，把原子抽象為幾何點(diǎn)，并用假想的直線將這些點(diǎn)連接起來，形成的空間格子。3.晶胞：晶格中能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元。通過晶胞在三維空間的重復(fù)排列，可以得到整個晶格。4.結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。結(jié)晶過程包括晶核的形成和晶核的長大兩個階段。5.過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差。過冷度是結(jié)晶的驅(qū)動力，過冷度越大，結(jié)晶速度越快。6.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的現(xiàn)象。例如，鐵在不同溫度下會發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2.2常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？試畫出它們的晶胞示意圖，并說明其原子排列特點(diǎn)和主要性能。常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三種。1.體心立方晶格-晶胞示意圖：晶胞是一個立方體，原子位于立方體的八個頂點(diǎn)和立方體的中心。-原子排列特點(diǎn)：每個晶胞中含有2個原子，原子配位數(shù)為8，致密度為0.68。-主要性能：具有較高的強(qiáng)度和韌性，塑性較好。例如，α-Fe、Cr、V等金屬具有體心立方晶格。2.面心立方晶格-晶胞示意圖：晶胞也是一個立方體，原子位于立方體的八個頂點(diǎn)和六個面的中心。-原子排列特點(diǎn)：每個晶胞中含有4個原子，原子配位數(shù)為12，致密度為0.74。-主要性能：具有良好的塑性和韌性，但強(qiáng)度相對較低。如γ-Fe、Al、Cu等金屬屬于面心立方晶格。3.密排六方晶格-晶胞示意圖：晶胞是一個正六棱柱體，原子除位于六棱柱的十二個頂點(diǎn)和上下兩個底面的中心外，在六棱柱的中間還有三個原子。-原子排列特點(diǎn)：每個晶胞中含有6個原子，原子配位數(shù)為12，致密度為0.74。-主要性能：塑性較差，強(qiáng)度較高。例如，Mg、Zn等金屬具有密排六方晶格。2.3什么是金屬的結(jié)晶過程？影響金屬結(jié)晶過程的因素有哪些？如何細(xì)化晶粒？金屬的結(jié)晶過程是指金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程，包括晶核的形成和晶核的長大兩個階段。影響金屬結(jié)晶過程的因素主要有：1.過冷度：過冷度越大，晶核的形成率和長大速度都增加，但晶核形成率的增加比長大速度快，因此可以獲得細(xì)小的晶粒。2.雜質(zhì)：雜質(zhì)可以作為晶核的核心，促進(jìn)晶核的形成，從而細(xì)化晶粒。3.外力作用：如攪拌、振動等，可以增加晶核的數(shù)量，細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒的方法主要有：1.增大過冷度：通過提高冷卻速度來增大過冷度，從而增加晶核的形成率，細(xì)化晶粒。例如，采用水冷、油冷等快速冷卻方式。2.變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬中加入少量的變質(zhì)劑，變質(zhì)劑可以作為晶核的核心，促進(jìn)晶核的形成，細(xì)化晶粒。3.機(jī)械振動和攪拌：在結(jié)晶過程中，對液態(tài)金屬進(jìn)行機(jī)械振動或攪拌，可以使正在生長的晶體破碎，增加晶核的數(shù)量，從而細(xì)化晶粒。2.4什么是金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對金屬的性能有何影響？金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是指金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的現(xiàn)象。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對金屬的性能有重要影響：1.改變金屬的力學(xué)性能：不同的晶格結(jié)構(gòu)具有不同的原子排列方式和原子間結(jié)合力，因此同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能發(fā)生變化。例如，鐵在發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，其力學(xué)性能會有明顯改變。2.影響金屬的加工性能：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變會引起金屬體積的變化，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在加工過程中，如果處理不當(dāng)，內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致零件變形甚至開裂。3.為熱處理提供依據(jù)：利用同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，可以通過熱處理改變金屬的組織結(jié)構(gòu)，從而改善金屬的性能。例如，鋼鐵的熱處理就是基于鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。第三章鐵碳合金3.1解釋下列名詞1.鐵素體：碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，用符號F表示。鐵素體的強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。2.奧氏體：碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體，用符號A表示。奧氏體具有良好的塑性，是鋼材在高溫下進(jìn)行壓力加工的理想組織。3.滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物，化學(xué)式為Fe?C。滲碳體的硬度很高，塑性和韌性幾乎為零。4.珠光體：由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號P表示。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間。5.萊氏體：在高溫時由奧氏體和滲碳體組成的共晶混合物，用符號Ld表示；在室溫時由珠光體和滲碳體組成的共晶混合物，用符號Ld'表示。萊氏體的硬度高，塑性差。3.2分析含碳量為0.45%、1.2%和3.0%的鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程，并畫出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖。1.含碳量為0.45%的鐵碳合金（亞共析鋼）-平衡結(jié)晶過程：液態(tài)合金冷卻到液相線溫度以上時，為均勻的液相L。繼續(xù)冷卻到液相線溫度時，開始從液相中結(jié)晶出奧氏體A。隨著溫度的降低，奧氏體的量不斷增加，液相的量不斷減少，直到固相線溫度，液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。當(dāng)溫度繼續(xù)下降到A?線時，開始從奧氏體中析出鐵素體F。隨著溫度的進(jìn)一步降低，鐵素體的量不斷增加，奧氏體的量不斷減少。當(dāng)溫度降到A?線時，剩余的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。最終室溫組織為鐵素體和珠光體。-冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖：冷卻曲線是一條連續(xù)下降的曲線，在液相線、固相線、A?線和A?線處有轉(zhuǎn)折點(diǎn)。組織轉(zhuǎn)變示意圖中，高溫時為液相，然后依次出現(xiàn)奧氏體、鐵素體+奧氏體、鐵素體+珠光體。2.含碳量為1.2%的鐵碳合金（過共析鋼）-平衡結(jié)晶過程：液態(tài)合金冷卻到液相線溫度以上時，為均勻的液相L。冷卻到液相線溫度時，開始從液相中結(jié)晶出奧氏體A。隨著溫度的降低，奧氏體的量不斷增加，液相的量不斷減少，直到固相線溫度，液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。當(dāng)溫度繼續(xù)下降到Acm線時，開始從奧氏體中析出二次滲碳體Fe?CⅡ。隨著溫度的降低，二次滲碳體的量不斷增加，奧氏體的量不斷減少。當(dāng)溫度降到A?線時，剩余的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。最終室溫組織為珠光體和二次滲碳體。-冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖：冷卻曲線在液相線、固相線、Acm線和A?線處有轉(zhuǎn)折點(diǎn)。組織轉(zhuǎn)變示意圖中，高溫為液相，然后依次出現(xiàn)奧氏體、奧氏體+二次滲碳體、珠光體+二次滲碳體。3.含碳量為3.0%的鐵碳合金（亞共晶白口鑄鐵）-平衡結(jié)晶過程：液態(tài)合金冷卻到液相線溫度以上時，為均勻的液相L。冷卻到液相線溫度時，開始從液相中結(jié)晶出奧氏體A。隨著溫度的降低，奧氏體的量不斷增加，液相的量不斷減少。當(dāng)溫度降到共晶溫度時，剩余的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成高溫萊氏體Ld（奧氏體+滲碳體）。在繼續(xù)冷卻過程中，從奧氏體中析出二次滲碳體Fe?CⅡ。當(dāng)溫度降到A?線時，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP，高溫萊氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Ld'（珠光體+滲碳體）。最終室溫組織為珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體。-冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖：冷卻曲線在液相線、共晶溫度、Acm線和A?線處有轉(zhuǎn)折點(diǎn)。組織轉(zhuǎn)變示意圖中，高溫為液相，然后依次出現(xiàn)奧氏體+液相、高溫萊氏體、高溫萊氏體+二次滲碳體、低溫萊氏體+二次滲碳體+珠光體。3.3畫出簡化的鐵碳合金相圖，并分析相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義。簡化的鐵碳合金相圖主要由兩條水平線（PSK線和ECF線）、三條垂直線（A?線、A?線和Acm線）和一些點(diǎn)組成。1.各點(diǎn)的含義-A點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)（1538℃）。-C點(diǎn)：共晶點(diǎn)（4.3%C，1148℃），在此溫度和含碳量下，液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，提供高溫萊氏體。-E點(diǎn)：碳在γ-Fe中的最大溶解度點(diǎn)（2.11%C）。-S點(diǎn)：共析點(diǎn)（0.77%C，727℃），在此溫度和含碳量下，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，提供珠光體。-P點(diǎn)：碳在α-Fe中的最大溶解度點(diǎn)（0.0218%C）。2.各線的含義-ABCD線：液相線，液態(tài)合金冷卻到該線開始結(jié)晶。-AHJECF線：固相線，液態(tài)合金冷卻到該線全部結(jié)晶為固態(tài)。-PSK線（A?線）：共析線，奧氏體在該線溫度發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，提供珠光體。-ECF線：共晶線，液相在該線溫度發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，提供高溫萊氏體。-GS線（A?線）：冷卻時，奧氏體開始析出鐵素體的線；加熱時，鐵素體全部溶入奧氏體的線。-ES線（Acm線）：碳在奧氏體中的溶解度曲線，冷卻時，奧氏體中開始析出二次滲碳體的線。3.各區(qū)的含義-液相區(qū)（L）：ABCD線以上的區(qū)域。-奧氏體區(qū)（A）：GS線和ES線所包圍的區(qū)域。-鐵素體區(qū)（F）：GP線以左的區(qū)域。-珠光體區(qū)（P）：PSK線以下，靠近S點(diǎn)的區(qū)域。-高溫萊氏體區(qū)（Ld）：ECF線和A?線之間的區(qū)域。-低溫萊氏體區(qū)（Ld'）：A?線以下的區(qū)域。-鐵素體+珠光體區(qū)（F+P）：GS線、PSK線和GP線所包圍的區(qū)域。-珠光體+二次滲碳體區(qū)（P+Fe?CⅡ）：ES線、PSK線和SE線所包圍的區(qū)域。-珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體區(qū)（P+Fe?CⅡ+Ld'）：共晶點(diǎn)C右側(cè)，A?線以下的區(qū)域。3.4分析含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響。含碳量對鐵碳合金的組織和性能有顯著影響：1.對組織的影響-含碳量小于0.0218%時：為工業(yè)純鐵，組織為鐵素體。-含碳量在0.0218%-0.77%之間時：為亞共析鋼，組織為鐵素體和珠光體，隨著含碳量的增加，珠光體的含量逐漸增加，鐵素體的含量逐漸減少。-含碳量等于0.77%時：為共析鋼，組織為珠光體。-含碳量在0.77%-2.11%之間時：為過共析鋼，組織為珠光體和二次滲碳體，隨著含碳量的增加，二次滲碳體的含量逐漸增加。-含碳量在2.11%-4.3%之間時：為亞共晶白口鑄鐵，組織為珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體，隨著含碳量的增加，低溫萊氏體的含量逐漸增加。-含碳量等于4.3%時：為共晶白口鑄鐵，組織為低溫萊氏體。-含碳量在4.3%-6.69%之間時：為過共晶白口鑄鐵，組織為一次滲碳體和低溫萊氏體，隨著含碳量的增加，一次滲碳體的含量逐漸增加。2.對性能的影響-強(qiáng)度和硬度：隨著含碳量的增加，鐵碳合金的強(qiáng)度和硬度逐漸提高。這是因為滲碳體的硬度高，含碳量增加，滲碳體的含量也增加，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。但當(dāng)含碳量超過0.9%時，由于二次滲碳體形成連續(xù)的網(wǎng)狀，使合金的強(qiáng)度有所下降。-塑性和韌性：隨著含碳量的增加，鐵碳合金的塑性和韌性逐漸降低。這是因為滲碳體的塑性和韌性幾乎為零，含碳量增加，滲碳體的含量增加，導(dǎo)致合金的塑性和韌性下降。-切削加工性能：含碳量為0.3%-0.6%的中碳鋼，其硬度和塑性適中，切削加工性能較好；含碳量過低的低碳鋼，切削時易粘刀，加工表面質(zhì)量差；含碳量過高的高碳鋼，硬度高，切削困難。第四章鋼的熱處理4.1解釋下列名詞1.熱處理：將金屬材料在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變其組織結(jié)構(gòu)，獲得所需性能的一種加工工藝。2.退火：將金屬材料加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火可以降低硬度，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力等。3.正火：將金屬材料加熱到Ac?或Accm以上30-50℃，保溫適當(dāng)時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的冷卻速度比退火快，能獲得比退火更細(xì)的組織結(jié)構(gòu)和較高的強(qiáng)度、硬度。4.淬火：將金屬材料加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間后迅速冷卻的熱處理工藝。淬火可以提高鋼的硬度和強(qiáng)度，但會使鋼的塑性和韌性降低。5.回火：將淬火后的金屬材料加熱到低于臨界溫度的某一溫度范圍，保溫一定時間后冷卻的熱處理工藝。回火可以消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系。6.表面淬火：通過快速加熱使鋼的表面迅速達(dá)到淬火溫度，然后快速冷卻，使表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持原來的韌性和塑性的熱處理工藝。7.化學(xué)熱處理：將金屬材料置于一定的活性介質(zhì)中加熱，使介質(zhì)中的活性原子滲入金屬表面，以改變金屬表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的熱處理工藝。4.2簡述鋼的熱處理工藝過程及其目的。鋼的熱處理工藝過程一般包括加熱、保溫和冷卻三個階段。1.加熱：將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。加熱的目的是為了獲得均勻的奧氏體組織，為后續(xù)的冷卻轉(zhuǎn)變做好準(zhǔn)備。2.保溫：在加熱到預(yù)定溫度后，保持一定時間，使鋼中的組織充分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并使奧氏體成分均勻化。保溫時間的長短取決于鋼的成分、工件的尺寸和加熱設(shè)備等因素。3.冷卻：將加熱保溫后的鋼以一定的速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織，從而獲得所需的性能。冷卻速度是影響熱處理效果的關(guān)鍵因素之一。鋼的熱處理目的主要有：1.提高力學(xué)性能：通過熱處理可以提高鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等力學(xué)性能，滿足不同零件的使用要求。2.改善加工性能：例如，退火可以降低鋼的硬度，改善切削加工性能；正火可以細(xì)化晶粒，為后續(xù)的切削加工和熱處理做好準(zhǔn)備。3.消除內(nèi)應(yīng)力：在加工過程中，鋼件會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，通過熱處理可以消除內(nèi)應(yīng)力，防止零件變形和開裂。4.提高零件的使用壽命：表面淬火和化學(xué)熱處理可以提高零件表面的硬度和耐磨性，從而提高零件的使用壽命。4.3什么是鋼的臨界溫度？亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的臨界溫度分別是多少？鋼的臨界溫度是指鋼在加熱或冷卻過程中，發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度。亞共析鋼的臨界溫度有Ac?、Ac?和Ar?、Ar?。Ac?是加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ac?是加熱時鐵素體全部溶入奧氏體的溫度；Ar?是冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ar?是冷卻時奧氏體開始析出鐵素體的溫度。共析鋼的臨界溫度有Ac?和Ar?。Ac?是加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ar?是冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度。過共析鋼的臨界溫度有Ac?、Accm和Ar?、Arcm。Ac?是加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Accm是加熱時二次滲碳體全部溶入奧氏體的溫度；Ar?是冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Arcm是冷卻時奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度。4.4比較退火、正火、淬火和回火的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。1.退火-特點(diǎn)：加熱速度慢，保溫時間長，冷卻速度緩慢，能獲得均勻、細(xì)小的組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度。-應(yīng)用范圍：主要用于改善金屬材料的切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)的熱處理做準(zhǔn)備。例如，對低碳鋼進(jìn)行完全退火，可降低硬度，便于切削加工；對中碳鋼進(jìn)行球化退火，可改善其冷鐓性能。2.正火-特點(diǎn)：加熱溫度比退火高，冷卻速度比退火快，能獲得比退火更細(xì)的晶粒和較高的強(qiáng)度、硬度。-應(yīng)用范圍：適用于力學(xué)性能要求不高的零件的最終熱處理，也可作為中碳鋼和合金鋼的預(yù)先熱處理，以改善切削加工性能。例如，一些不重要的結(jié)構(gòu)件可采用正火處理；對于中碳鋼，正火后可提高其硬度，便于切削。3.淬火-特點(diǎn)：加熱速度快，保溫時間短，冷卻速度極快，能使鋼獲得高硬度和高強(qiáng)度，但會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼的塑性和韌性降低。-應(yīng)用范圍：主要用于提高鋼的硬度和耐磨性，滿足對零件硬度和強(qiáng)度要求較高的場合。例如，刀具、模具、量具等需要高硬度的零件通常采用淬火處理。4.回火-特點(diǎn)：在淬火后進(jìn)行，加熱溫度低于臨界溫度，可消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系。-應(yīng)用范圍：根據(jù)回火溫度的不同，可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火主要用于消除淬火內(nèi)應(yīng)力，保持高硬度和耐磨性，適用于工具、量具等；中溫回火可獲得較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，常用于彈簧等零件；高溫回火可獲得良好的綜合力學(xué)性能，常用于要求綜合力學(xué)性能好的零件，如軸、連桿等。4.5什么是表面淬火和化學(xué)熱處理？它們各有哪些方法？表面淬火是通過快速加熱使鋼的表面迅速達(dá)到淬火溫度，然后快速冷卻，使表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持原來的韌性和塑性的熱處理工藝。常見的表面淬火方法有：1.感應(yīng)加熱表面淬火：利用交變電流在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，使表面迅速加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。感應(yīng)加熱表面淬火加熱速度快，生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)。2.火焰加熱表面淬火：以高溫火焰為熱源，將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。火焰加熱表面淬火設(shè)備簡單，成本低，但加熱不均勻，質(zhì)量不易控制，適用于單件小批量生產(chǎn)?；瘜W(xué)熱處理是將金屬材料置于一定的活性介質(zhì)中加熱，使介質(zhì)中的活性原子滲入金屬表面，以改變金屬表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的熱處理工藝。常見的化學(xué)熱處理方法有：1.滲碳：將低碳鋼在富碳的介質(zhì)中加熱到高溫，使活性碳原子滲入鋼的表面，以獲得高碳的滲層組織。滲碳后經(jīng)淬火和低溫回火，可使表面具有高硬度和耐磨性，心部仍保持足夠的韌性和塑性。2.滲氮：使氮原子滲入鋼的表面，形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝。滲氮處理后的零件具有較高的硬度、耐磨性、抗咬合性和抗蝕性，且變形小。3.碳氮共滲：同時將碳和氮滲入鋼的表面，以提高零件的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。碳氮共滲具有滲速快、處理溫度低、變形小等優(yōu)點(diǎn)。第五章金屬的塑性加工5.1解釋下列名詞1.塑性加工：利用金屬的塑性，在外力作用下使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。2.鍛造比：鍛造時，金屬變形前后的橫斷面積之比。鍛造比反映了金屬在鍛造過程中的變形程度。3.冷變形強(qiáng)化：金屬在冷變形過程中，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。4.再結(jié)晶：冷變形后的金屬在加熱到一定溫度時，原子獲得足夠的能量，通過重新形核和長大，形成新的無畸變的等軸晶粒的過程。5.熱加工：在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性加工。熱加工過程中，金屬的變形和再結(jié)晶同時進(jìn)行，不會產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象。6.自由鍛造：利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面之間產(chǎn)生自由變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的鍛造方法。7.模型鍛造：將金屬坯料放在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)，在沖擊力或壓力作用下，使金屬在模膛內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件的鍛造方法。5.2金屬塑性加工有哪些特點(diǎn)和應(yīng)用范圍？金屬塑性加工的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍如下：1.特點(diǎn)-改善金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能：通過塑性加工，可以使金屬的晶粒細(xì)化，組織致密，從而提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等力學(xué)性能。-節(jié)約金屬材料：塑性加工可以使金屬坯料的形狀和尺寸接近零件的最終形狀和尺寸，減少切削加工余量，提高材料利用率。-生產(chǎn)效率高：塑性加工可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。-尺寸精度和表面質(zhì)量較高：一些先進(jìn)的塑性加工方法，如精密鍛造、冷擠壓等，可以獲得較高的尺寸精度和表面質(zhì)量。2.應(yīng)用范圍-機(jī)械制造：廣泛應(yīng)用于制造各種機(jī)械零件，如軸、齒輪、連桿、曲軸等。-航空航天：用于制造飛機(jī)、火箭等航空航天設(shè)備的零部件，如機(jī)翼、機(jī)身框架等。-汽車工業(yè)：制造汽車發(fā)動機(jī)、變速器、底盤等部件的零件。-兵器工業(yè)：生產(chǎn)槍炮、彈藥等兵器的零部件。5.3什么是冷變形強(qiáng)化和再結(jié)晶？它們對金屬的性能有何影響？冷變形強(qiáng)化是指金屬在冷變形過程中，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。冷變形強(qiáng)化的原因是在冷變形過程中，金屬晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯，位錯之間相互作用，阻礙了位錯的運(yùn)動，從而使金屬的變形抗力增加，強(qiáng)度和硬度提高。冷變形強(qiáng)化可以提高金屬的強(qiáng)度