淬火內應力形成的原因不同可分熱應力與組織應力兩種。工件的變形與開裂是熱應力與組織應力綜合的結果，但熱應力與組織應力方向恰好相反，如果熱處理適當，它們可部分相互抵消，可使殘余應力減小，但是當殘余應力超過鋼的屈服強度時，工件就發生變形，殘余應力超過鋼的抗拉強度時，工件就產生開裂。

　　為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設計工件的結構外，在工藝上可采取下列措施：

　　1.采用合理的鍛造與預先熱處理;

　　2.采用合理的淬火工藝：正確確定加熱溫度與加熱時間,避免奧氏體晶粒粗化。對形狀復雜或導熱性差的高合金鋼,應緩慢加熱或多次預熱,以減少加熱中產生的熱應力。工件在加熱爐中安放時,要盡量保證受熱均勻,防止加熱時變形;選擇合適的淬火冷卻介質和洋火方法(如馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火),以減少冷卻中熱應力和相變應力等。

　　3.淬火后及時回火：淬火內應力如不及時通過回火來消除,對某些形狀復雜的或碳的質量分數較高的工件,在等待回火期間就會發生變形與開裂。

　　4.對于淬火易開裂的部分，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?比較它們的優缺點及應用范圍。并說明表面淬火前應采用何種預先熱處理。

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

　　常用的表面淬火方法有：1.感應加熱表面淬火;2.火焰加熱表面淬火。

　　感應加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點:1)感應加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時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)因加熱時間短,奧氏體晶粒細小而均勻,淬火后可在表面層獲得極細馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性較低。3)感應加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應力,有效地提高了工件的疲勞強,且變形小,不易氧化與脫碳。4)生產率高,便于機械化、自動化,適宜于大批量生產。但感應加熱設備比火焰加熱淬火費用較貴,維修調整比較困難,形狀復雜的線圈不易制造表面淬火前應采用退火或正火預先熱處理。

　　17.化學成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化和基體組織有何影響?(p394)

　　答：(1)化學成分

　　1)碳和硅。碳和硅是強烈促進石墨化元素,鑄鐵中碳和硅的含量越高,就越容易充分進行石墨化。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,結果又間接促進石墨化的作用。故鑄鐵中有適量的錳是必要的。

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

　　4)磷。磷是弱促進石墨化的元素,同時能提高鐵液的流動性,但磷的含量過高會增加鑄鐵的脆性,使鑄鐵在冷卻過程中易開裂,、所以也應嚴格控制其含量。

　　(2)冷卻速度

　　鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，結晶將按Fe-G相圖進行，因而促進石墨化

　　18.W18Cr4V鋼的Ac1約為820℃，若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規方法來確定淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達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行560℃三次回火，又是為什么?

　　答：若以一般工具鋼Ac1+30-50℃常規方法來確定W18Cr4V鋼淬火加熱溫度，在最終熱處理后不能達到高速切削刃具所要求的性能。因為若按常規方法來確定淬火加熱溫度，則合金碳化物不易溶解，不能滿足在高速切削時刀具應保持紅硬性、高耐磨性的要求。為使奧氏體得到足夠的合金化，必須加熱到遠遠大于Ac1的溫度，既1280℃左右。18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行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飽和的單相固溶體組織的理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

　　20.陶瓷的典型組織由哪幾部分組成?它們對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鍵結合而成，決定陶瓷的高熔點、高耐熱性、高化學穩定性、高絕緣性、高脆性等性能。

　　2、玻璃相：非晶態固體，將晶相粘結在一起，降低燒結溫度，抑制晶相晶粒長大和填充氣孔。

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

　　21.試述石墨形態對鑄鐵性能的影響。

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

　　22.復合材料的增強機制是什么?并說明界面的作用。

　　1.粒子增強型復合材料增強機制

　　①彌散強化復合材料，其粒子直徑0.1~0.01μm、體積分數約1%~15%，增強強度。

　　②顆粒增強復合材料，粒子直徑為1~50μm、體積分數大于20%，改善耐磨性或提高綜合力學性能。

　　2、纖維增強復合材料的增強機制

　　纖維增強復合材料中，纖維是材料主要承載組分，其增強效果主要取決于纖維的特征、纖維與基體間的結合強度、纖維的體積分數、尺寸和分布。界面使基體和增強相相容。界面應互相配合，協同工作。

　　23.現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).零件名稱:自行車架,連桿螺栓,車廂板簧,滑動軸承,變速齒輪,機床床身,柴油機曲軸.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：調質;車廂板簧：60Si2Mn最終熱處理方法：淬火+中溫回火;滑動軸承：ZQSn6-6-3使用狀態：鑄造;變速齒輪：20CrMnTi最終熱處理方法：滲碳后淬火、低溫回火;機床床身：HT200最終熱處理方法：去應力退火;柴油機曲軸：QT600-2最終熱處理方法：等溫淬火。

　　24.擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工

　　(1)試寫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，細化晶粒，為后面淬火處理作組織準備。淬火+低溫回火，作用：使零件獲得較高的硬度、耐磨性和韌性，消除淬火內應力，穩定組織和尺寸。

　　(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定(溫度、冷卻介質)

　　答：工藝規范：760°C水淬+200°C回火

　　25.有一傳動軸(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)編制簡明工藝路線,(3)說明各熱處理工藝的

　　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：簡明工藝路線：備料→鍛造→正火→機械加工→滲碳→淬火、低溫回火→機械加工。

　　(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力，降低硬度以改善切削加工性，同時也均勻組織，細化晶粒，為以后的熱處理做組織準備。滲碳：為了保證傳動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力及減少脆性。

　　26.某型號柴油機的凸輪軸，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鋼調質處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回火，現因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明：

　　(1)原45鋼各熱處理工序的作用：

　　答：正火處理可細化組織，調整硬度，改善切削加工性;調質處理可獲得高的綜合機械性能和疲勞強度;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，應按原熱處理工序進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造成心部較軟，表面硬，會造成表面脫落

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

　　答：滲碳。

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