一、简答题1. 相变的实质是什么?
合金在相变温度的两侧各有一个自由能较低的稳定状态,合金在加热或冷却过程中跨越这个温度时,便会由原来的稳定状态转变为新的稳定状态,这就是相变的实质。
2. 为什么在碳钢中要严格控制硫和磷元素的含量?为什么在易切削钢中又要适当提高它们的含量?
硫、磷是钢中的有害元素,含硫多会使钢产生热脆性,而含磷多了则会使钢产生冷脆性。但在易切削钢中,加入适当的硫和磷可以改善钢的切削加工性能,使钢屑易断。
3. 正确选择材料的原则是什么?
为了用最低的成本获得高质量的零件,在选材方面一般应该遵循以下原则:首先,从材料使用性能的角度出发,选用的材料应满足零件的服役条件;其次,根据材料工艺性能的要求,选用的材料应具有较好的加工工艺性,能够保证零件便于加工制造;最后,从经济角度考虑,材料还应有较好的经济性,即必须保证零件的总成本(材料费、加工费、管理费等)最低,而使用寿命最长。
综上所述,选用材料的三原则是:
(1)使用性能原则。
(2)工艺性能原则。
(3)经济性原则。
4. 简述铸铁的石墨化过程并说明影响石墨化的因素。
(1)铸铁的石墨化可分为三个阶段。
第一阶段石墨化,即液相至共晶结晶阶段。包括过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶转变时形成的共晶石墨,以及一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解析出石墨。
中间阶段石墨化,即共晶至共析转变之间的阶段。包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间内分解析出石墨。
第二阶段石墨化,即共析转变阶段。包括共析转变时,奥氏体转变为铁素体加石墨和共析渗碳体退火时分解为铁素体和石墨。
(2)影响石墨化的因素主要有以下两个方面:
第一,化学成分。促进石墨化的元素按由强至弱的顺序为铝、碳、硅、钛、镍、磷、钴、锆,阻碍石墨化的元素由强至弱的顺序为硼、镁、铁、钒、铬、硫、锰、钨。
第二,冷却速度。缓冷有利于扩散,使石墨化得以充分进行;快冷则阻碍石墨化,促进白口化。
5. 举例说明淬火工件浸入淬火介质应遵循的原则及采用的方法。
淬火工件浸入淬火介质时应遵循的最根本原则有三点:一是淬入时保证工件得到最均匀的冷却,二是保证工件以最小阻力方向淬入,三是考虑到工件重心的稳定。
下面举例说明不同工件淬入时应采用的方式:
(1)对长轴类(包括丝锥、钻头、铰刀等长形工具)、圆筒类工件,应轴向垂直淬入。淬入后,工件可上下垂直运动。
(2)圆盘形工件应使其轴向与淬火介质液面保持水平淬入。
(3)薄刃工件应使其整个刃口同时淬入;薄片件应垂直淬入,使薄片两面同时冷却,大型薄片件应快速垂直淬入。速度越快,变形越小。
(4)厚薄不均的工件,应使厚的部分先淬入。截面不均匀的长形工件,可水平快速淬入或倾斜淬入。
(5)对有凹面或不通孔的工件,应使凹面和孔朝上淬入,以利排除孔内的气泡。
(6)长方形有贯通孔的工件(如冲模),应垂直斜向淬入,以增加孔内部的冷却。
6. 淬硬性和淬透性有什么区别?
淬硬性是指工件淬火后可达到的硬度的高低,而淬透性是指工件淬火所能够获得的淬硬层的深浅。因此,淬硬性好的钢,淬透性不一定好。例如,含碳量高的高碳工具钢,淬成马氏体可达66HRC的高硬度,但淬透性并不好;而低、中碳合金钢,淬成马氏体后,一般硬度不会高于前者,但可获得比高碳钢较厚的马氏体层,即淬透性好。
7. 简述弹簧钢的热处理方法。
由于弹簧的主要性能要求是高的弹性极限和屈服强度,并有一定的韧性,只有回火屈氏体组织具有这样的性能。所以弹簧的热处理是淬火加中温回火,硬度一般在40~45HRC之间。热处理后的弹簧往往要进行喷丸处理,使表面产生硬化层,并形成残余应力,以提高弹簧的抗疲劳性能,从而提高弹簧的寿命。通过喷丸处理还能消除或减轻弹簧表面的裂纹、划痕、氧化及脱碳等缺陷的有害影响。
8. 火焰加热表面淬火主要使用哪些设备?对淬火质量影响最大的什么?
火焰加热表面淬火主要使用的设备有燃烧器、喷嘴、淬火机床、乙炔瓶和氧气瓶。其中喷嘴的形状直接影响着火焰淬火的质量,为了获得均匀加热,要求火焰外形尺寸尽可能与淬火部位的形状尺寸一致。
9. 简述火焰加热表面淬火的预备热处理的意义和方法。
进行预备热处理是保证淬火表面的硬度均匀一致和心部具有足够强度与韧性的重要条件,因此预备热处理一般采用正火或调质,以得到细晶粒的索氏体组织。
10. 简述碳氮共渗层的组织和性能,并说明碳氮共渗表面的最佳碳、氮浓度。
碳氮共渗后一般都采用直接淬火。碳氮共渗层的组织:表面是马氏体基体上弥散分布的碳氮化合物,向里是马氏体加残留奥氏体(马氏体为高碳马氏体,残留奥氏体较多),再往里则残留奥氏体量减少,马氏体也逐渐由高碳马氏体过渡到低碳马氏体。渗层中碳、氮含量不同,组织不同,直接影响碳氮共渗层的性能。
碳、氮含量增加,碳氮化合物增加,耐磨性及接触疲劳强度提高。但含氮量过高,会出现黑色组织,将使接触疲劳强度降低。含氮量过低,使渗层过冷奥氏体稳定性降低,淬火后在渗层中出现托氏体网,碳氮共渗件不能获得高的强度和硬度。
碳氮共渗表面的最佳碳、氮含量为wC=0.80%~0.95%、wN=0.25%~0.45%。
11. 采用电抛光技术可以去除哪些痕迹?它有哪些局限性?
电抛光对金属的溶解极少,所以,电抛光的厚度通常在0.0025~0.0650mm之间。对于那些由粗研磨所致的肉眼不可见的颗粒线和划痕,通常在其后的精加工中无法被去除,这时,可以运用电抛光工艺将其去除。而工件在机械加工中形成的深划痕、冲压记号以及金属中的非金属夹杂物往往比电抛光抛去的厚度深,所以这些划痕无法用电抛光的方法进行去除。
12. 什么是发蓝?它有哪些优点?
为提高工件热处理后的防腐性能,工业上通常将工件进行氧化处理(俗称发蓝),在其表面生成一层亮蓝色或亮黑色的磁性氧化膜(Fe3O4)。发蓝处理由于工艺简单成熟、成本低、外观蓝黑发亮、耐腐蚀性较好,具有无碱氧化、常温氧化等无可比拟的优点。
发蓝除了能防止工件锈蚀、增加工件的光泽、使其具有美观的产品表面外,还能消除工件在加工过程中残余的加工应力。
13. 什么是磷化处理?其目的是什么?
磷化处理是一种通过化学与电化学反应,形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐化学转化膜通常称为磷化膜。磷化处理的目的主要是给基体金属提供保护,并在一定程度上防止金属被腐蚀。
14. 什么是冷压校直法?它适用于什么样的工件?
室温下在畸变工件伸长边(即弯曲工件的凸起面)的最高点加一静压力,使原伸长边承受压应力,短边承受拉应力,产生塑性变形,从而使伸长边缩短,短边伸长,达到校正目的的方法。
这种方法一般适用于硬度低于40HRC的碳素钢、合金钢及非铁金属的圆柱形或板形工件,或者具有较高硬度的高、中频淬火件和表面硬化件等。对于弹性和硬度稍高但较长的工件,也可以采用此法校正。一般来说,硬度超出40HRC越多,校正越困难且易压断。
15. 工件畸变校正后为什么还要进行消除应力处理?常用的消除应力方法有哪些?
工件畸变校正的实质是通过外力作用于工件,使其产生与原变形方向相反的变形,从而相互抵消达到校正的目的。由于受到外力的作用产生相反的变形,工件内部必然产生相应的内应力,此应力也称工件的校直应力。若不对其进行消除,工件在后续的加工或使用过程中产生的应力会与该应力合成,当合成应力超过工件的屈服强度时,工件就会产生塑性变形,出现新的畸变。因此,在畸变工件进行校直校正后,必须消除其校直应力。生产中,常用的方法有两种:回火去应力和人工时效。
16. 在观察金相组织时为什么还要对抛光后的试样进行浸蚀处理?如何进行浸蚀处理?如何保存浸蚀后的试样?
因为经抛光的试样在未浸蚀状态下,在显微镜下只能鉴别出某些缺陷,如空洞、裂纹和一些非金属夹杂物的分布情况。如要鉴别材料的组织结构,则需要对试样进行浸蚀,可按如下方法进行操作:
(1)试样在浸蚀前应彻底洗净,表面不得有油污及指印。
(2)试样浸蚀时在浸蚀器皿中摇动,磨面不要与器皿底接触。
(3)浸蚀时,以试样表面略显颜色即可,宁可浸蚀浅些,不要浸蚀深了再抛光。
(4)常用的浸蚀剂有体积分数为2%~10%的硝酸酒精(一般以4%最常用),用于显示马氏体、索氏体、碳化物形状、高速钢淬火与回火组织;为了快速显示高速钢淬火晶粒度,可用体积分数为5%的三氯化铁酒精溶液;体积分数为4%的苦味酸酒精溶液可用于碳钢、合金钢的退火组织。
经浸蚀后的试样,必须用水洗净或再用酒精排水、吹干,放入干燥罐中保存。
17. 渗碳层淬火后出现屈氏体组织(黑色组织)的原因是什么?
产生原因是渗碳介质中含氧量较高,氧扩散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物,使合金元素贫化,淬透性降低。
18. 铬镍合金系材料做电热元件有哪些优点和缺点?
铬镍合金系材料的优点是具有较高的高温强度,经高温使用后,其常温力学性能不发生明显的变化,且有良好的冷加工性和焊接性,便于维修。在氮基气氛中工作时,寿命无明显变化。
其缺点是在含硫气氛中,元件表面层易形成硫化物,从而降低其使用寿命。在一氧化碳等还原性气氛中长期工作时,氧化膜易被破坏,造成表面渗碳,从而降低电热元件的表面熔点,这就容易产生裂纹甚至熔断,所以在一氧化碳气氛中工作时,其使用温度不能超过1040℃。另外,铬镍合金系材料的电阻率较小,电阻温度系数较大,价格也较昂贵。
19. 热处理工装夹具为什么要进行保养?如何进行保养?
工装夹具使用条件比较恶劣,多次使用后,往往会产生氧化、锈蚀。使用有锈的工装夹具装夹工件,是造成工件氧化和脱碳的原因之一。夹具上的氧化皮还会降低箱式炉、井式电阻炉电热元件以及盐浴炉电极的使用寿命。因此,工装夹具每次用完之后要经过喷砂或酸洗一中和处理,以除掉表面上的铁锈和脏物,并分类整齐放在干燥通风的地方备用。
20. 和露点仪及红外线CO
2分析仪相比,氧探头有哪些优点?
氧探头可以直接插入炉膛内进行气氛测定,无需露点仪或红外线CO2分析仪的取样系统。这样就可以避免取样时因气氛冷却引起平衡关系改变所造成的误差。氧探头反应迅速、测量精度高,即使探头上有炭黑沉积仍可较好地工作,且维护简单方便,并可实现利用一套碳势控制仪对多路碳势进行控制,每一个通道将来自炉内氧探头和热电偶的信号经过计算处理后,得到该通道气氛的碳势。
21. 什么是新型淬火介质?淬火介质选用的原则是什么?
新型淬火介质指专用淬火油和优质水溶性淬火剂(有机聚合物淬火剂、无机物水溶液淬火剂)。
依据冷却特性选用,包括钢中碳含量、钢的淬透性、工件有效厚度、工件形状、允许变形大小等。
22. 试简要说明回复与再结晶的主要区别。
回复使残留内应力减小或消除,晶粒保持原来的形状和大小。再结晶阶段则有新的尺寸更小的等轴晶粒形成。
23. 简述化学热处理的基本过程。
任何化学热处理的基本过程都是由渗剂分解出活性原子,活性原子被零件表面吸收,已被吸收的原子向零件内部扩散这三个基本过程组成。
24. 可热处理强化铝合金热处理工艺有什么要求?
可热处理强化铝合金热处理工艺有下列要求:
(1)淬火温度。如果淬火温度过低,则过剩相不能充分溶解,时效后强化效果差;如果淬火温度过高,会引起晶粒长大,甚至过烧。
(2)保温时间。应保证过剩相(CuAl2)充分溶入α固溶体中,而不致引起合金过热。
(3)冷却。保温结束后应快速冷却。
(4)时效温度。如果时效温度过高,析出的弥散质点聚集长大,固溶体晶格畸变程度随之减小,使合金的时效强化效果降低。
25. 画出简化的Fe-Fe
3C相图。并根据Fe-Fe
3C相图,分析45钢自奥氏体相区缓冷至室温时的结晶过程。
45钢属亚共析钢,由奥氏体相区冷却至与GS线相交的3点时,沿着奥氏体晶界析出铁素体,随着温度降低铁素体量不断增加,奥氏体量不断减少。此时,铁素体与奥氏体中含碳量分别沿GP线和GS线变化。当温度降到P5K(A
1)线时,奥氏体发生共析转变,从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体,称为珠光体。冷却到室温以后的组织为铁素体+珠光体。