淬火內(nèi)應(yīng)力形成的原因不同可分熱應(yīng)力與組織應(yīng)力兩種。工件的變形與開(kāi)裂是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合的結(jié)果，但熱應(yīng)力與組織應(yīng)力方向恰好相反，如果熱處理適當(dāng)，它們可部分相互抵消，可使殘余應(yīng)力減小，但是當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件就發(fā)生變形，殘余應(yīng)力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就產(chǎn)生開(kāi)裂。

　　為減小變形或開(kāi)裂，出了正確選擇鋼材和合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采取下列措施：

　　1.采用合理的鍛造與預(yù)先熱處理;

　　2.采用合理的淬火工藝：正確確定加熱溫度與加熱時(shí)間,避免奧氏體晶粒粗化。對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄?應(yīng)緩慢加熱或多次預(yù)熱,以減少加熱中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。工件在加熱爐中安放時(shí),要盡量保證受熱均勻,防止加熱時(shí)變形;選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和洋火方法(如馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火),以減少冷卻中熱應(yīng)力和相變應(yīng)力等。

　　3.淬火后及時(shí)回火：淬火內(nèi)應(yīng)力如不及時(shí)通過(guò)回火來(lái)消除,對(duì)某些形狀復(fù)雜的或碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的工件,在等待回火期間就會(huì)發(fā)生變形與開(kāi)裂。

　　4.對(duì)于淬火易開(kāi)裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。

　　16.表面淬火的目的是什么?常用的表面淬火方法有哪幾種?比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。并說(shuō)明表面淬火前應(yīng)采用何種預(yù)先熱處理。

　　答：表面淬火的目的是使表面獲得馬氏體組織得到強(qiáng)化和硬化，心部組織并不發(fā)生變化，保持高的韌性。

　　常用的表面淬火方法有：1.感應(yīng)加熱表面淬火;2.火焰加熱表面淬火。

　　感應(yīng)加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點(diǎn):1)感應(yīng)加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時(shí)間就可以把工件加熱至淬火溫度,:而且淬火加熱溫度高(AC3以上80~150℃)。2)因加熱時(shí)間短,奧氏體晶粒細(xì)小而均勻,淬火后可在表面層獲得極細(xì)馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性較低。3)感應(yīng)加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應(yīng)力,有效地提高了工件的疲勞強(qiáng),且變形小,不易氧化與脫碳。4)生產(chǎn)率高,便于機(jī)械化、自動(dòng)化,適宜于大批量生產(chǎn)。但感應(yīng)加熱設(shè)備比火焰加熱淬火費(fèi)用較貴,維修調(diào)整比較困難,形狀復(fù)雜的線圈不易制造表面淬火前應(yīng)采用退火或正火預(yù)先熱處理。

　　17.化學(xué)成分和冷卻速度對(duì)鑄鐵石墨化和基體組織有何影響?(p394)

　　答：(1)化學(xué)成分

　　1)碳和硅。碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素,鑄鐵中碳和硅的含量越高,就越容易充分進(jìn)行石墨化。由于共晶成分的鑄鐵具有最佳的鑄造性能。因此,將灰鑄鐵的碳當(dāng)量均配制到4%左右。

　　2)錳。錳是阻止石墨化的元素,但錳與硫化合成硫化錳,減弱了硫的有害作用,結(jié)果又間接促進(jìn)石墨化的作用。故鑄鐵中有適量的錳是必要的。

　　3)硫。硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素,它不僅強(qiáng)烈地促使白口化,而且還會(huì)降低鑄鐵的流動(dòng)性和力學(xué)性能,所以硫是有害元素,必須嚴(yán)格控制其含量。

　　4)磷。磷是弱促進(jìn)石墨化的元素,同時(shí)能提高鐵液的流動(dòng)性,但磷的含量過(guò)高會(huì)增加鑄鐵的脆性,使鑄鐵在冷卻過(guò)程中易開(kāi)裂,、所以也應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。

　　(2)冷卻速度

　　鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化

　　18.W18Cr4V鋼的Ac1約為820℃，若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規(guī)方法來(lái)確定淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達(dá)到高速切削刃具所要求的性能?為什么?W18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進(jìn)行560℃三次回火，又是為什么?

　　答：若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規(guī)方法來(lái)確定W18Cr4V鋼淬火加熱溫度，在最終熱處理后不能達(dá)到高速切削刃具所要求的性能。因?yàn)槿舭闯Ｒ?guī)方法來(lái)確定淬火加熱溫度，則合金碳化物不易溶解，不能滿足在高速切削時(shí)刀具應(yīng)保持紅硬性、高耐磨性的要求。為使奧氏體得到足夠的合金化，必須加熱到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ac1的溫度，既1280℃左右。18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進(jìn)行560℃三次回火，這是為消除殘余奧氏體。

　　19.什么是鋁合金的固溶處理和時(shí)效處理。

　　固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的理。時(shí)效是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。

　　20.陶瓷的典型組織由哪幾部分組成?它們對(duì)陶瓷性能各起什么作用?

　　答:(1).由晶相,玻璃相,氣相組成(2).1、晶相：主要組成相由離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合而成，決定陶瓷的高熔點(diǎn)、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣性、高脆性等性能。

　　2、玻璃相：非晶態(tài)固體，將晶相粘結(jié)在一起，降低燒結(jié)溫度，抑制晶相晶粒長(zhǎng)大和填充氣孔。

　　3、氣相：氣孔(5%-10%)。對(duì)性能的不利影響：增加脆性、降低強(qiáng)度、電擊穿強(qiáng)度降低，絕緣性能降低。對(duì)性能的有利影響：提高吸振性，使陶瓷密度減小。

　　21.試述石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響。

　　答：灰鑄鐵中石墨呈片狀，片狀石墨的強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零,存在石墨地方就相當(dāng)于存在孔洞、微裂紋,它不僅破壞了基體的連續(xù)性,減少了基體受力有效面積,而且在石墨片尖端處形成應(yīng)為集中,使材料形成脆性斷裂。石墨片的數(shù)量越多,尺寸越粗大,分布越不均勻,鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性就越低。由于灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度、硬度與耐磨性主要取決于基體,石墨存在對(duì)其影響不大。球墨鑄鐵中石墨呈球狀，所以對(duì)金屬基體的割裂作用較小,使得基體比較連續(xù),在拉伸時(shí)引起應(yīng)力集中的現(xiàn)象明顯下降,從而使基體強(qiáng)度利用率從灰鑄鐵的30%~50%提高到70%~90%,這就使球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性、疲勞強(qiáng)度不僅高于其它鑄鐵,而且可以與相應(yīng)組織的鑄鋼相比。蠕墨鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀。與灰鑄鐵相比對(duì)金屬基體的割裂作用較小，蠕墨鑄鐵具有較高的力學(xué)性能,尤其是塑性與韌性有明顯的提高。

　　22.復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制是什么?并說(shuō)明界面的作用。

　　1.粒子增強(qiáng)型復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)制

　　①?gòu)浬?qiáng)化復(fù)合材料，其粒子直徑0.1~0.01μm、體積分?jǐn)?shù)約1%~15%，增強(qiáng)強(qiáng)度。

　?、陬w粒增強(qiáng)復(fù)合材料，粒子直徑為1~50μm、體積分?jǐn)?shù)大于20%，改善耐磨性或提高綜合力學(xué)性能。

　　2、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制

　　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維是材料主要承載組分，其增強(qiáng)效果主要取決于纖維的特征、纖維與基體間的結(jié)合強(qiáng)度、纖維的體積分?jǐn)?shù)、尺寸和分布。界面使基體和增強(qiáng)相相容。界面應(yīng)互相配合，協(xié)同工作。

　　23.現(xiàn)有下列零件及可供選擇的材料,給各零件選擇合適的材料,并選擇合適的最終熱處理方法(或使用狀態(tài)).零件名稱:自行車架,連桿螺栓,車廂板簧,滑動(dòng)軸承,變速齒輪,機(jī)床床身,柴油機(jī)曲軸.可選材料:60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2,T12A,40Cr,HT200,16Mn,20CrMnTi.

　　答：自行車架：16Mn焊接連桿螺栓：40Cr最終熱處理方法：調(diào)質(zhì);車廂板簧：60Si2Mn最終熱處理方法：淬火+中溫回火;滑動(dòng)軸承：ZQSn6-6-3使用狀態(tài)：鑄造;變速齒輪：20CrMnTi最終熱處理方法：滲碳后淬火、低溫回火;機(jī)床床身：HT200最終熱處理方法：去應(yīng)力退火;柴油機(jī)曲軸：QT600-2最終熱處理方法：等溫淬火。

　　24.擬用T10制造形狀簡(jiǎn)單的車刀，工藝路線為：鍛造—熱處理—機(jī)加工—熱處理—磨加工

　　(1)試寫(xiě)出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用;

　　答:(1)球化退火，作用：利于切削加工。得到球狀珠光體，均勻組織，細(xì)化晶粒，為后面淬火處理作組織準(zhǔn)備。淬火+低溫回火，作用：使零件獲得較高的硬度、耐磨性和韌性，消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸。

　　(2)指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度;

　　答：顯微組織：M回+Cm，大致硬度：60HRC.

　　(3)制定最終熱處理工藝規(guī)定(溫度、冷卻介質(zhì))

　　答：工藝規(guī)范：760°C水淬+200°C回火

　　25.有一傳動(dòng)軸(最大直徑φ20mm)受中等交變拉壓載荷作用要求沿截面性能均勻一致,

　　(1)選擇合適的材料,(2)編制簡(jiǎn)明工藝路線,(3)說(shuō)明各熱處理工藝的

　　主要作用(4)指出最終組織.可供選擇材料:16Mn,20CrMnTi,45,40Cr,40CrNiMo,T12

　　(1)答：選用20CrMnTi

　　(2)答：簡(jiǎn)明工藝路線：備料→鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳→淬火、低溫回火→機(jī)械加工。

　　(3)答：熱處理工藝的主要作用如下：正火：主要為了消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性，同時(shí)也均勻組織，細(xì)化晶粒，為以后的熱處理做組織準(zhǔn)備。滲碳：為了保證傳動(dòng)軸表層的含碳量及滲碳層深度的要求。淬火+低溫回火：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足夠的韌性，其中低溫回火的作用是消除淬火應(yīng)力及減少脆性。

　　26.某型號(hào)柴油機(jī)的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度(HRC>50)，而心部具有良好的韌性(Ak>40J)，原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫(kù)存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說(shuō)明：

　　(1)原45鋼各熱處理工序的作用：

　　答：正火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性;調(diào)質(zhì)處理可獲得高的綜合機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度;局部表面淬火及低溫回火可獲得局部高硬度和耐磨性。

　　(2)改用15鋼后，應(yīng)按原熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求?為什么?

　　答：不能。改用15鋼后按原熱處理工序會(huì)造成心部較軟，表面硬，會(huì)造成表面脫落

　　(3)改用15鋼后，為達(dá)到所要求的性能，在心部強(qiáng)度足夠的前提下采用何種熱處理工藝?

　　答：滲碳。

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