60HRC；另一根为20CrMnTi钢，直径为30mm，经920℃渗碳后直接油淬，-80℃冷处理及180℃回火，表面硬度62HRC。这两根轴的表层和心部的组织与性能有何区别? 并说明其原因。 1）表层组织：
20钢：回火M+K+少量Ar，晶粒粗大；
26CrMnTi钢：回火M+K，晶粒细小。两者硬度相差不大。 2）心部组织：
20钢：原始组织T或S+F，强度硬度较低，韧性较高；
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26CrMnTi钢：回火低碳M，具有较高的强度硬度和韧性。
3）原因：20钢为低淬透性渗碳钢，水淬临界直径一般不超过7~8mm，直径为15mm的20钢经900℃渗碳后直接水淬，心部未能淬透。
而26CrMnTi为中淬透性渗碳钢，油淬临界直径可达35mm，故直径为30mm的钢经920℃渗碳后直接油淬，心部可以淬透。
10、汽车、拖拉机的发动机曲轴，常用调质钢来制造，而变速箱的花键轴，常用渗碳钢制造；汽车、拖拉机的变速箱齿轮和后桥齿轮多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢来制造。你能分析其原因吗？上述两种不同轴类零件和三种不同齿轮零件在材料选择、热处理工艺及其它强化工艺上，可能采取那些不同措施？
①发动机曲轴主要承受弯曲、扭转等复合载荷的作用，受一定的冲击载荷，因此要求较高综合机械性能，表面性能要求不高，所以采用调质处理。
②花键轴主要承受弯曲、扭转等复合载荷的作用，受较大的冲击载荷，耐磨性要高，故常用渗碳钢制造。
③汽车、拖拉机变速箱齿轮和后桥齿轮属于重载荷齿轮，受力比较大，频繁地受到冲击，为了满足表面高耐磨和整体强韧性的要求，故采用渗碳钢。一般工艺路线为：备料→锻造→正火→粗加工→渗碳+淬火+回火→喷丸→磨削。
④机床变速箱齿轮载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速也不高，故采用中碳钢制造。路线：备料→锻造→正火→粗加工→调质处理→半精加工→高频淬火+回火→磨削。
11、分析比较T9和9SiCr：
⑴．为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9高？
Si、Cr都是铁素体形成元素，提高铁碳相图的A1、A3点。
⑵．直径为30~40mm的9SiCr钢在油中能淬透。相同尺寸的T9钢能否淬透？为什么？ 不能。因为Si、Cr能提高淬透性，而T9是碳钢，淬透性低。
⑶．为什么T9钢刀具刃部受热至250℃，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效。而9SiCr钢制刀具。其刃部受热至230~250℃。硬度仍不低于HRC60，耐磨性尚可正常工作。 T9钢回火稳定性差，而9SiCr钢中Si提高M分解温度，回火抗力好。
⑷．用T9钢制的完全合格钻头给一批铸铁打?10mm的深孔，打几个以后钻头很快就磨损，问失效原因。若用合格的9SiCr钢制钻头打孔，操作一样，其寿命如何？
→原因：T9钢为碳钢，回火稳定性差，回火温度一般不高于200℃，打深孔时，由于孔深，热量不易散发，刃部温度高于200℃，硬度和耐磨性将迅速下降，导致钻头很快磨损。 →9SiCr钢寿命会高于T9钢，但若刃部温度高于300℃，也将很快失效。
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12、某厂的汽车挡圈缺口冲模，原用T10A钢制造，寿命只有100～200次，失效方式是两侧刃口塑性流变；改用Cr12钢制造，制模时采用原钢料直接进行机械加工，寿命只有1～20次，失效方式为崩刃或折断；改用9SiCr或6CrW2Si钢制造，寿命提高到1000次以上。 ⑴．试分析T10A、Cr12模寿命低的原因。
T10A冲模失效是塑性流变，说明模具强度、耐磨性不足，因为T10A钢淬火回火后钢中碳化物量很少；
Cr12冲模失效为崩刃或折断，说明模具韧性不足。
⑵．若对Cr12钢毛坯进行充分地锻造，或改用Cr12MoV钢制造该模能否提高寿命，为什么？ 韧性有所提高，原材料可能有网状碳化物或带状组织，经锻打可打断 ⑶．为什么用9SiCr或6CrW2Si钢制造能显著提高寿命？
9SiCr和6CrW2Si钢中含有Si、Cr元素，能够细化K，提高韧性，虽然耐磨性不如Cr12钢，但韧性高得多，故显著提高寿命。
13、要制造汽车变速齿轮，齿轮心部要求强韧性好，齿面硬度要求62～64HRC。试选择合适的材料，说明选材依据，并指出其工艺过程路线中应选用何种热处理工艺？其目的是什么？ 工艺路线为：下料→锻造→热处理①→切削加工→热处理②、③→低温回火→切削加工。 1）20CrMnTi，渗碳钢。依据：汽车变速齿轮受力比较大，频繁地受到冲击，因此在耐磨性、疲劳强度、抗冲击能力等方面的要求较高。为满足表面高耐磨和整体强韧性的要求，故采用渗碳钢。 2）①正火：改善切削加工性能，细化晶粒，为淬火做组织准备；②渗碳：使低碳钢件表面得到高碳；
③淬火：获得表面高硬度、高耐磨性，而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性。
15、一热锤锻模，形状较为复杂，生产批量大，在工作时承受大的冲击力和摩擦力；工作温度较高，整个模子可达400℃；为使模子温度不升高，要经常用介质冷却，常见的失效形式有型腔磨损、塌陷。严重时，表面龟裂，甚至整个开裂。该模面要求模面硬度38～41HRC。模尾硬度34～39HRC。
工艺路线：下料→锻造→退火→机械粗加工→探伤→成型加工→淬火、回火→钳修→抛光。 ⑴． 选用合适的材料，并分析说明理由。
选用5CrNiMo。该钢韧性和淬透性较高，淬火后经500℃回火，硬度达40-48HRC，适合于制造，用于制作形状复杂、重载的大型或特大型锻模。 ⑵． 讨论工艺路线中的热处理工艺。
⑶．对常见的失效形式分析其原因。
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磨损、塌陷是因为强度、耐磨性、热硬性不足； 龟裂、开裂是由于热疲劳、应力大等。
16、拟用T10A钢制造形状简单的车刀。其工艺流程为锻造→预先热处理①→机加工→最终热处理②→精加工。（该钢经检验，证明锻造后组织有网状碳化物）。
⑴．制定工艺流程中应采用的各热处理工序的名称，并指出各热处理工序的作用。 ①（正火）+球化退火： ②淬火+低温回火：
⑵．指出最后热处理后的金相组织和性能。
17、某工厂生产一种柴油机的凸轮，其表面要求具有高硬度(>50HRC)，而零件心都要求具有良好的韧性，原用45钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火，最后进行低温回火。现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15号钢，试说明以下几个问题。 ⑴．原用45钢各热处理工序的目的；
⑵．改用15钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求?为什么? ⑶．改用15钢后，应采用怎样的热处理工艺才能满足上述性能要求?为什么?
18、要制造一般小尺寸手工丝锥，刃部硬度要求59～62HRC，柄部硬度要求30～45HRC。（1）试选择合适的材料，说明选材依据，并指出其工艺过程路线中应选用何种热处理工艺？ 工艺路线为：下料→热处理①→机械加工→热处理②、③→柄部热处理④→切削加工。 （3）若要制造尺寸稍大、切削速度稍高的较重要手工丝锥，应选用什么材料？ （4）若要制造机用丝锥，又应选用什么材料？
1）碳素工具钢T10A。依据：手工丝锥转速较低，产生热量低，对热硬性要求不高，要求一定的硬度、耐磨性和强度。可。
2）①球化退火②淬火③低温回火④高温回火。 3）手工丝锥，低合金工具钢，9SiCr。 4）机用丝锥，高速工具钢，W18Cr4V。
19、解释合金钢产生下列现象的原因(与碳钢对比)。 （1）高温轧制或锻造后，空冷下来能获得马氏体组织； ------合金元素使C曲线右移。
（2）在相同的C%和相同的热处理后，合金钢具有较高的综合机械性能；
------合金钢回火时硬度下降比较慢，可产生二次硬化现象，提高回火稳定性，具有细化晶粒的作用。
（3）在相同的C%情况下，合金钢的淬火变形、开裂现象不易发生； ------合金淬透性好，用缓和介质冷却，冷却慢，应力小。 （4）在相同的C%情况下，合金钢具有较高的回火稳定性；
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------大多数合金元素阻碍C的扩散，本身扩散系数小。
（5）相同的C%下，除含Ni、Mn的合金钢外，其他大部分合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。 ------Ni、Mn是等奥氏体形成元素，降低A1、A3点；铁素体形成元素提高A1、A3点。
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金属材料学 题库 2
