金属材料试题库

2．所有金属在拉伸试验过程中都会产生“屈服”现象和“颈缩”现象。 （ ） 3．一般低碳钢的塑性优于高碳钢，而硬度低于高碳钢。 （ ） 4．低碳钢、变形铝合金等塑性良好的金属适合于各种塑性加工。 （ ） 5．布氏硬度试验法适合于成品的硬度测量。 （ ）

6．硬度试验测量简便，属非破坏性试验，且能反映其他力学性能，因此是生产中最常用的力学性能测量法。 （ ）

7．材料韧性的主要判据是冲击吸收功。 （ ）

8．一般金属材料在低温时比高温时的脆性大。 （ ） 9．机械零件所受的应力小于屈服点时，是不可能发生断裂的。 （ ） 10．1kg铜和1kg铝的体积是相同的。 （ ）

11．钢具有良好的力学性能，适宜制造飞机机身、航天飞机机身等结构件。（ ） 12．钨、钼等高熔点金属可用于制作耐高温元件，铅、锡、铋等低熔点金属可制作熔断丝和焊接钎料等。 （ ）

13．电阻率ρ高的材料导电性能良好。 （ ） 14．导热性能良好的金属可以制作散热器。 （ ） 15．一般金属材料都有热胀冷缩的现象。 （ ） 16．金属都具有铁磁性，都能被磁铁所吸引。 （ ）

17．金属的工艺性能好，表明加工容易，加工质量容易保证，加工成本也较低。 18．低碳钢的焊接性能优于高碳钢。 （ ）

19．低碳钢和低合金钢的锻造性能差，而中、高碳钢和高合金钢的锻造性能好。 20．晶体中的原子在空间是有序排列的。 （ ） 21．一般金属在固态下是晶体。 （ ） 22．金属在固态下都有同素异构转变。 （ ） 23．凡由液体转变为固体的过程都叫结晶。 （ ） 24．金属结晶时冷却速度越大，结晶晶粒越细。 （ ） 25．一般金属件结晶后，表面晶粒比心部晶粒细小。 （ ） 26．固溶体的强度一般比构成它的纯金属高。 （ ） 27．金属都能用热处理的方法来强化。 （ ） 28．纯金属是导电的，而合金则是不能导电的。 （ ）

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29．纯金属和合金的结晶都是在恒温下完成的。 （ ） 30．一般情况下，金属的晶粒越细，力学性能越好。 （ ） 31．组成合金的组元必须是金属元素。 （ ） 32．纯铁在912℃将发生α-Fe和γ-Fe的同素异构转变。 （ ） 33．Fe3C是一种金属化合物。 （ ）

34．奥氏体和铁素体都是碳溶于铁的固溶体。 （ ） 35．珠光体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。 （ ） 36．共析钢中碳的质量分数为0.77%。 （ ） 37．碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。 （ ）

38．由于白口铸铁中存在过多的Fe3C，其脆性大，所以较少直接使用。 （ ） 39．钢的含碳量越高，其强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 （ ）

40．绑扎物件一般用低碳钢丝，而起重机吊重物用的钢丝绳应采用中、高碳成分的钢丝制造。 （ ）

41．接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。 （ ） 42．加热能改善钢的锻造性能，所以锻造加热温度越高越好。 （ ） 43．钢的锻造加热温度一般应选择在单相奥氏体区间。 （ ）

44．随着过冷度的增加，过冷奥氏体的珠光体型转变产物越来越细，其强度越来越高。

45．粒状珠光体和片状珠光体一样，都只能由过冷奥氏体经共析转变获得。（ ） 46．下贝氏体组织具有良好的综合力学性能。 （ ） 47．马氏体都是硬而脆的相。 （ ） 48．等温转变可以获得马氏体，连续冷却可以获得贝氏体。 （ ） 49．消除过共析钢中的网状二次渗碳体可以用完全退火。 （ ） 50．去应力退火时不发生组织转变。 （ ） 51．一般情况下，进行退火可软化钢材，进行淬火可硬化钢材。 （ ）

52．钢的预备热处理一般应安排在毛坯生产之后，其目的是满足零件使用性能的要求。

53．钢的淬火加热温度都应在单相奥氏体区。 （ ）

54．淬火冷却速度越大，钢淬火后的硬度越高，因此，淬火的冷却速度越快越好。 55．钢中合金元素越多，淬火后硬度越高。 （ ）

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56．淬火后的钢一般需要及时进行回火。 （ ） 57．高频感应加热表面淬火零件应选择中碳成分的钢为宜。 （ ） 58．渗碳零件一般应选择低碳成分的钢。 （ ） 59．渗氮工艺适合于要求表面耐磨的高精度零件。 （ ） 60．钢的回火温度越高，得到的硬度越高、韧性越差。 （ ） 61．一般合金钢的淬透性优于与之相同成分含碳量的碳钢。 （ ） 62．高碳钢的力学性能优于中碳钢，中碳钢的力学性能优于低碳钢。 （ ） 63．一般情况下，钢中的杂质Mn与Si是有益元素，P与S是有害元素。 （ ） 64．一般来说，碳素结构钢主要用于制作机械零件。 （ ） 65．优质碳素结构钢主要用于制作机械零件。 （ ） 66．铸钢比铸铁的力学性能好，但铸造性能差。 （ ） 67．碳素工具钢一般具有较高的碳的质量分数。 （ ） 68．纯铁、白口铸铁和常用灰铸铁的性能相差无几，使用场合也相似。 （ ） 69．钳工锯削T10钢比锯削10钢费力。 （ ） 70．Q235和Q345同属碳素结构钢。 （ ） 71．20CrMnTi为合金渗碳钢。 （ ） 72．60Si2Mn为合金调质钢。 （ ）

73．因为40Cr钢为合金钢，所以淬火后马氏体的硬度比40钢高得多。 （ ） 74．对于大截面中碳成分的碳素调质钢，往往用正火代替调质处理。 （ ）

75．碳素工具钢和合金刃具钢之所以常用于手工刀具，是由于它们的热硬性较差。 76．在任何条件下，高锰钢都是耐磨的。 （ ） 77．GCr15钢中铬的质量分数w（Cr）为15%。 （ ） 78．Cr12MoV是不锈钢。 （ ）

79．高速工具钢除具备一般工具钢的高硬度、高耐磨性能以外，其特点是热硬性高。 80．由于灰铸铁中碳和杂质元素含量高，所以力学性能特点是硬而脆。 （ ） 81．石墨在铸铁中是有害无益的。 （ ） 82．白口铸铁具有高的硬度，所以可用于制作刀具。 （ ） 83．可锻铸铁是一种可以锻造的铸铁。 （ ） 84．灰铸铁的力学性能特点是抗压不抗拉。 （ ） 85．通过热处理可改变铸铁中石墨的形状，从而改变性能。 （ ）

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86．纯铝和纯铜是不能用热处理来强化的金属。 （ ）

87．变形铝合金中一般合金元素含量较低，并且具有良好的塑性，适宜于塑性加工。 88．变质处理可有效提高铸造铝合金的力学性能。 （ ） 89．固溶处理后的铝合金在随后的时效过程中，强度下降，塑性改善。 （ ） 90．黄铜呈黄色，白铜呈白色，青铜呈青色。 （ ）

91．滑动轴承因为与轴颈处有摩擦，所以滑动轴承合金应该具备大于50HRC的高硬度。

92．纯钛和钛合金的性能特点是质轻、强韧性好，并且耐腐蚀。 （ ） 93．塑料的密度一般仅为钢密度的1/3～1/2。 （ ）

94．玻璃钢是由玻璃和钢组成的复合材料。 （ ） 95．热固性塑料成形后再加热时可软化熔化。 （ ） 96．工程材料中陶瓷的硬度最高，一般高于1 500HV。 （ ） 97．用硬质合金制作刀具，其热硬性比高速钢刀具好。 （ ） 98．陶瓷刀具的硬度和热硬性均比钢高。 （ ） 99．超导材料在常温下的电阻接近于零。 （ ） 1．在设计机械零件进行强度计算时，一般用（ ）作为设计的主要依据。

A σb B σs C AK

2．金属抵抗塑性变形和断裂的能力称为（ ）。 A 硬度 B 强度 C 塑性

3．按GB/T228—2002，拉伸试样应优先选择（ ）。 A 比例短试样 B 比例长试样 C 非比例试样 4．拉伸试验可用于测定金属的（ ）。

A 强度 B 硬度 C 塑性 D 韧性 5．洛氏硬度HRC测量时，采用（ ）压头。 A 金刚石圆锥 B 淬火钢球 C 正四棱锥 6．测定淬火钢的硬度，采用（ ）较适宜。

A 布氏硬度HBS B 洛氏硬度HRC C 维氏硬度HV

7．三种材料的硬度如下，其中硬度最高的为（ ），最低的为（ ）。 A 50HRC B 350HBS C 800HV

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8．一般工程图样上常标注材料的（ ），作为零件检验和验收的主要依据。 A 强度 B 硬度 C 塑性 D 冲击吸收功

9．小能量多次冲击载荷下工作的零件，其使用寿命主要决定于材料的（ ）。 A 强度 B 硬度 C 塑性 D 冲击吸收功 10．承受（ ）作用的零件，使用时可能会出现疲劳断裂。 A 静拉力 B 静压力 C 大的冲击力 D 交变应力 11．下列材料中密度最小的是（ ），密度最大的是（ ）。 A 铝 B 铁 C 铅 D 铜

12．电阻丝等加热元件，一般应选择电阻率（ ）的材料。 A 高 B 低 C 任意

13．导热性差的材料，在热处理加热和冷却时（ ）出现变形和开裂。 A 易 B 不易 C 关系不大

14．根据材料的磁性能，Fe、Ni、Co属于（ ），而Al、Cu属于（ ）。 A 铁磁性物质 B 非铁磁性物质 C 轻金属

15．金属的流动性（ ），收缩率（ ），表明材料的铸造性能好。 A 大 B 好 C 小 D 差

16．金属的压力加工性能主要决定于材料下列性能中的（ ）。 A 塑性与强度 B 耐腐蚀性 C 热膨胀性 17．一般碳钢中碳的质量分数（ ）的钢，焊接性能良好。 A ＜0.4% B 0.4%～0.6% C ＞0.6% 18．通常材料的硬度在（ ）时，切削加工性能良好。 A 200～300HBS B 170～230HBS C 40～45HRC 19．固态物质按内部微粒的排列方式，可分为（ ）。 A 金属与非金属 B 原子与分子 C 晶体与非晶体 20．实际金属晶体结构中的晶界属于晶体缺陷中的（ ）。 A 面缺陷 B 点缺陷 C 线缺陷 21．纯铁在常温下具有（ ）的晶格。

A 面心立方 B 密排立方 C 体心立方 22．黄铜是一种（ ）。

A 纯金属 B 合金 C 非金属

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23．变质处理的目的是（ ）。

A 细化晶粒 B 改变晶体结构 C 改善冶炼质量，减少杂质 24．加快冷却速度可（ ）过冷度。 A 增加 B 减小 C 不影响

25．在无限缓慢冷却条件下测得的金属结晶温度称为（ ）。 A 实际结晶温度 B 理论结晶温度 C 过冷结晶温度 26．金属化合物一般具有（ ）。

A 高的硬度 B 好的塑性 C 高的熔点 D 大的脆性

27．下列组织中塑性最好的是（ ），脆性最大的是（ ），强度最高的是（ ）。 A 铁素体 B 珠光体 C 渗碳体 28．钢与铸铁分界点，碳的质量分数是（ ）。 A 0.77% B 2.11% C 4.3% 29．铁碳合金中的A1线是指（ ）。 A PSK线 B GS线 C ES线

30．过共析钢平衡组织中二次渗碳体的形状是（ ）。 A 网状 B 片状 C 块状

31．碳的质量分数为0．40%的铁碳合金，室温下平衡组织为（ ）。 A P B P+F C P+Fe3CⅡ

32．要求高硬度和耐磨性的工具，应选用（ ）的钢。 A 低碳成分 B 高碳成分 C 中碳成分 33．45钢的锻造加热温度约为（ ）。 A 1200℃ B 850℃ C 950℃

34．合金元素可提高钢的回火稳定性，意味着淬火钢回火时（ ）。 A 硬度迅速下降 B 硬度不变 C 硬度降幅减缓 35．马氏体是碳在（ ）中的过饱和固溶体。 A α-Fe B γ-Fe C δ-Fe

36．合金钢在回火时，由于合金碳化物直接由马氏体中析出，且呈高度弥散状态，使钢的硬度提高，这种现象叫做（ ）。

A 固溶强化 B 加工硬化 C 二次硬化 37．共析钢奥氏体过冷到350℃等温将得到（ ）。

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A 马氏体 B 珠光体 C 屈氏体 D 贝氏体 38．过共析钢适宜的淬火加热温度在（ ）。

A Ac1以上30～50℃ B Ac3以上30～50℃ C Accm以上30～50℃

39．为使低碳钢便于切削加工，应采用（ ）热处理。 A 完全退火 B 球化退火 C 正火 40．高碳工具钢预备热处理一般采用（ ）。 A 完全退火 B 球化退火 C 正火 41．马氏体的硬度主要取决于（ ）。

A 淬火加热温度 B 马氏体中含碳量 C 淬火冷却速度 42．45钢适宜的淬火温度约为（ ）。 A 840℃ B 760℃ C 950℃

43．淬火冷却时先将工件浸入一种冷却能力强的介质中，随后取出放入另一种冷却能力弱的介质中冷却的淬火工艺称为（ ）。

A 马氏体分级淬火 B 双介质淬火 C 贝氏体等温淬火 44．淬火钢回火后的硬度值主要决定于（ ）。 A 回火加热速度 B 回火冷却速度 C 回火温度 45．调质处理是（ ）复合热处理工艺。

A 淬火+高温回火 B 淬火+中温回火 C 淬火+低温回火 46．渗碳处理后的钢应进行（ ）热处理。

A 淬火+中温回火 B 淬火+低温回火 C 去应力退火 47．中小模数的齿轮表面淬火应采用（ ）感应加热表面淬火。 A 高频 B 中频 C 工频

48．建筑装潢用古铜色的铝合金型材，其表面是经过（ ）处理的。 A 涂涂料 B 磷化 C 氧化 D 电镀 49．用T12A钢制作的锉刀，最后热处理应采用（ ）。 A 淬火+中温回火 B 调质处理 C 淬火+低温回火 50．中碳钢碳的质量分数范围是（ ）。

A 0.021 8%～2.11% B 0.021 8%～0.77% C 0.20%～0.60%

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51．钢中含硫量过高会使钢出现（ ）。 A 冷脆 B 热脆 C 氢脆 52．下列材料中（ ）钢适宜制作冲压件。 A 45 B 65Mn C 08F 53．合金元素的加入对钢的焊接性能（ ）。 A 有利 B 有弊 C 影响不大 54．一般合金元素的加入对钢的强度起（ ）作用。 A 提高 B 降低 C 影响不大

55．低碳钢或合金渗碳钢经渗碳、淬火、低温回火后，表面的硬度值可达（ ）。 A 50～55HRC B 170～230HBS C 58～64HRC

56．原用40Cr钢制作的零件，若因材料短缺，可用（ ）钢来替代。 A 40MnB B 60Si2Mn C 20Cr 57．淬火钢丝经冷成形后可进行（ ）。

A 去应力退火 B 完全退火 C 调质处理

58．滚动轴承钢淬火+低温回火后的硬度为（ ），主要用于制作滚动轴承，也可用于制作精密量具和精密耐磨零件等。

A ≥62HRC B ≥50HRC C ≥260HBS

59．高速钢（W18Cr4V）经1270～1280℃淬火后，应在（ ）进行三次回火，获得回火马氏体和碳化物组织，以得到高的硬度和热硬性。

A 250℃ B 650℃ C 560℃ 60．高锰钢水韧处理后可获得（ ）组织。 A 奥氏体 B 马氏体 C 下贝氏体 61．20Cr钢的淬透性（ ）20CrMnTi。 A 优于 B 低于 C 相当于

62．大尺寸的弹簧经过热成形后，需要进行余热淬火和（ ）。 A 低温回火 B 高温回火 C 中温回火

63．对于要求综合力学性能良好的轴、齿轮、连杆等重要零件，应选择（ ）。 A 合金调质钢 B 合金弹簧钢 C 合金工具钢 64．为获得良好的耐腐蚀性，不锈钢一般含碳量应尽量（ ）。 A 高 B 低 C 中等

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65．对铸铁进行热处理可以改变铸铁组织中的（ ）。 A 石墨形态 B 基体组织 C 石墨形态和基体组织 66．灰铸铁中的碳主要以（ ）形式存在。 A 石墨 B 渗碳体 C 铁素体 67．灰铸铁的（ ）与钢相当。

A 塑性 B 抗压强度 C 抗拉强度 D 韧性

68．灰铸铁件表面和薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难，可采用（ ）来改善。

A 石墨化退火 B 去应力退火 C 表面淬火 69．蠕墨铸铁的（ ）优于灰铸铁，（ ）优于球墨铸铁。 A 锻造性能 B 焊接性能 C 铸造性能 D 力学性能 70．灰铸铁牌号HT250中的数字250表示（ ）。

A 抗拉强度 B 屈服点 C 断后伸长率 D 冲击吸收功

71．灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中，力学性能最好的是（ ）；铸造工艺最简便的是（ ）。

A 球墨铸铁 B 蠕墨铸铁 C 灰铸铁 D 可锻铸铁 72．下列三种铸造合金中，（ ）适宜于铸造薄壁铸件。 A 球墨铸铁 B 可锻铸铁 C 铸钢

73．机床床身、机座、机架、箱体等铸件适宜采用（ ）铸造。 A 灰铸铁 B 可锻铸铁 C 球墨铸铁 D 铸钢

74．按性能来分类，变形铝合金的（ ）优良，而铸造铝合金的（ ）良好。 A 工艺性能 B 塑性 C 铸造性能 D 使用性能 75．纯铝、防锈铝可采用（ ）方法来强化。

A 形变强化 B 固溶热处理加时效 C 变质处理

76．下列牌号中，属于普通黄铜的有（ ）、（ ），属于特殊黄铜的有（ ）、（ ）。

A H62 B ZCuZn32 C HSn62-1 D ZCuZn40Pb2 77．硬质合金的热硬性可达（ ）。

A 500～600℃ B 600～800℃ C 900～1 100℃

78．切削淬火钢和耐磨铸铁等高硬度材料时，宜选用（ ）材料制作刀具。

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A 立方氮化硼陶瓷 B 合金工具钢 C 高速钢 D 金刚石

79．加工玻璃、玛瑙等材料以及超精加工的工具，宜选用（ ）。 A 立方氮化硼陶瓷 B 合金工具钢 C 高速钢 D 金刚石

80．碳纤维-树脂复合材料的比强度约为钢的（ ）。 A 4倍 B 8倍 C 15倍

三、简答题

1．什么叫材料的使用性能？什么叫工艺性能？ 2．什么叫强度？强度有哪些常用的判据？

3．为什么零件在强度设计时主要参考依据采用σS？

4．常用的硬度测量方法有哪些？为什么硬度试验是最常用的力学性能试验法？ 5．金属的疲劳断裂是怎样产生的？

6．某厂购进一批15钢，按国家标准规定，力学性能应符合如下要求：σb≥375MPa、σS≥225MPa、δ5≥27%、ψ=55%，入厂检验时采用d0=10mm的标准短试样进行拉伸试验，测得Fb=33.70kN、FS=20.50kN、L1=64.0mm、d1=6.5mm，试列式计算并回答这批钢材的力学性能是否合格？

7．下列材料各宜采用何种硬度试验方法来测定其硬度值？

供应态碳钢 淬火钢 铸铁 铝合金 硬质合金

8．金属的晶粒大小对力学性能有何影响？生产中有哪些细化晶粒的方法？

9．试分析厚大铸件表面和心部晶粒大小的区别，为什么铸件加工余量过大会使加工后铸件的强度降低？

10．合金中的基本组成相有哪两类？它们的性能各有何特点？ 11．默画出Fe-Fe3C相图，简述该相图有何用途？

12．根据Fe-Fe3C相图，判断表中四种含碳量的铁碳合金在给定温度下的组织。 碳的质量分数(%) 0.2 0.4 0.77 温度/℃ 770 500 650 显微组织 温度/℃ 950 770 790 显微组织 10 / 23

1.0 750 950 13．简述退火状态下钢中碳的质量分数、显微组织与力学性能的关系。

14．试比较碳的质量分数w(C)分别为0.10%、0.45%、1.2%的三种钢，在退火状态下的力学性能有何不同？为什么？

15．奥氏体化对钢热处理的意义是什么？奥氏体的晶粒大小对热处理后的组织和性能有何影响？

16．过冷奥氏体在不同温度下等温时会发生哪些组织转变？其最终产物的性能如何？ 17．普通热处理的四把“火”分别指的是哪几种热处理工艺？ 18．因热处理工艺不当会造成哪些缺陷？ 19．淬火的目的是什么？

20．为什么淬火后的钢一般需要及时进行回火处理？ 21．常用的回火工艺有哪几种？简述各自的用途。 22．感应加热淬火的特点是什么？

23．化学热处理的目的是什么？常用的化学热处理方法有哪些？

24．去应力退火和回火都可消除内应力，试问两者在生产中是否通用？为什么？ 25．列表比较表面淬火、渗碳、渗氮工艺所适用的材料，最终能达到的表面性能、工艺成本。

26．热处理的发展方向有哪些？

27．工程材料的表面防护和装饰方法有哪些？ 28．为什么要控制钢中的硫与磷含量？

29．试比较20、45、T8、T12钢的力学性能有何区别？ 30．说出下列碳钢牌号的类别、钢号中符号和数字的含义。

Q235-A.F 08 45 T10A

31．为什么锯断T10钢比锯断10钢费力？

32．碳素工具钢是否可用于制作铣刀、麻花钻等高速切削的刀具？为什么？ 33．为什么重要的或大截面的零件一般不宜用碳钢制作，而要用合金钢制作？ 34．为什么碳素渗碳钢和合金渗碳钢采用低碳成分？ 35．为什么碳素调质钢和合金调质钢采用中碳成分？

36．为什么合金刃具钢的使用寿命比碳素工具钢的使用寿命长？

37．对量具用钢有何要求？量具一般应进行怎样的热处理？高精度量具常用什么钢制

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作？

38．热作模具钢和冷作模具钢的使用条件和性能要求有何不同？它们分别常用哪些材料制作？

39．高速钢是否适宜制作锉刀、丝锥、板牙等低速切削工具？ 40．说明下列钢号所属的类别。

20CrMnTi 50CrVA GCr15 W18Cr4V 1Cr18Ni9 5CrNiMo 38CrMoAl Cr12 ZGMn13 40Mn2 Q345 9SiCr

41．灰铸铁有哪些性能特点？为什么？

42．为什么热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能？ 43．说出下列铸铁牌号中数字符号的含义。

HT300 QT600—3 KTH300—06 RuT420

44．为什么球墨铸铁的力学性能明显高于灰铸铁？ 45．根据成分和性能特点，铝合金是如何分类的？

46．根据化学成分，铜合金分为哪几类？根据加工方法，铜合金是如何分类的？ 47．钛及其合金有哪些性能特点？

48．滑动轴承合金有哪些性能要求？常用的滑动轴承材料有哪些？ 49．硬质合金有何性能特点？ 50．说出下列材料牌号的类别。

H68 LY11 ZL102 ZCuZn16Si4 ZCuSn10P1 QBe2 HSn62-1

51．什么是热塑性塑料和热固性塑料？试举例说明。 52．什么叫复合材料？举出三种复合材料的应用实例。

53．超导材料有何性能特点？目前影响超导材料进入实际使用阶段的障碍是什么？ 54．什么叫纳米材料？纳米材料有何性能特点？ 55．从下列材料中选择合适的牌号填入表格中。

Q235-A.F T10 Q420 CrWMn W18Cr4V 45 20CrMnTi 50CrVA HT150 QT800—2 Cr12MoV 3Cr13 GCr15 ZL108 ZCuPb30 PS LF21 38CrMoAl

零件名称 机床主轴 汽车变速箱齿轮 大型冷冲模 选用材料 零件名称 手用锯条 柴油机曲轴 车床床身 选用材料 12 / 23

医用手术刀 机用麻花钻 建筑钢结构件 滚动轴承 柴油机曲轴轴承 饮料罐 车辆减振弹簧 大型桥梁钢结构 高精度量具 汽油机活塞 汽车灯罩 精密磨床主轴 56．某机床齿轮采用40Cr钢制作，要求齿表面硬度50～55HRC，整体要求良好的综合力学性能，硬度为34～38HRC。其加工工艺路线如下：下料→锻造→热处理1→机械粗加工→热处理2→机械精加工→热处理3→磨削加工。试写出工序中各热处理的方法及它们的作用。

57．用T10钢制作的简单刀具的加工工艺路线为：下料→锻造→热处理1→切削加工→热处理2→磨削。试写出工序中各热处理工艺的名称和作用。

答 案 部 分

一、判断题

1．× 2．× 3．√ 4．√ 5．× 6．√ 7．√ 8．√ 9．× 10．× 11．× 12．√ 13．× 14．√ 15．√ 16．× 17．√ 18．√ 19．× 20．√ 21．√ 22．× 23．× 24．√ 25．√ 26．√ 27．× 28．× 29．× 30．√ 31．× 32．√ 33．√ 34．√ 35．× 36．√ 37．√ 38．√ 39．× 40．√ 41．√ 42．× 43．√ 44．√ 45．× 46．√ 47．× 48．× 49．× 50．√ 51．√ 52．× 53．× 54．× 55．× 56．√ 57．√ 58．√ 59．√ 60．× 61．√ 62．× 63．√ 64．× 65．√ 66．√ 67．√ 68．× 69．√ 70．× 71．√ 72．× 73．× 74．√ 75．√ 76．× 77．× 78．× 79．√ 80．× 81．× 82．× 83．× 84．√ 85．× 86．√ 87．√ 88．√ 89．× 90．× 91．× 92．√ 93．× 94．× 95．× 96．√ 97．√ 98．√ 99．×

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二、选择题 181420263138455259667277

B 2B 9

B 3A 10

A 4D 11B，C 16

B 23

AC 5

A 6

B 7A 13A 18A 25B 29A 36A 43C 50A 57A 64

C，B A B 19B A 30C 37B 44C 51A 58B 65

A D C B A B C

A，C 12A 17A 24

A，B 15A 21

C 22

A，C，D 27B 32A 39A 46C 53C 60A 67B 73C 78

B 33C 40B 47B 54A 61B 68A 74A 79

A，C，B 28A 34B 41A 48A 55B 62A 69

C 35B 42C 49C 56C 63

D，C 70

A 76

A 71A，C

B，C 75D 80

B

A，B，C，D

三、简答题

1．答：材料的使用性能是指保证工件正常工作应具备的性能，即在使用过程中表现出的性能，如力学性能、物理性能、化学性能等。

工艺性能是指材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，如切削加工性能、热处理性能、焊接性能、铸造性能、锻压性能等。

2．答：强度是指材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。强度的主要判据有屈服点σS和抗拉强度σb等。

3．答：σS是材料的屈服点，是材料产生塑性变形而力不增加的应力值，亦表示材料发生明显塑性变形的最低应力值。一般机械零件为保障正常服役是不允许产生明显塑性变形的，也就是说所受的应力不允许超过σS，故在强度设计时主要应以σS作为参考依据。

4．答：金属常采用压入法测量硬度，压入法测硬度的常用方法有布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法。

硬度测量具有简便快捷，并能反映材料的其他性能（如强度），而且硬度试验属非破坏性试验，不需特别制成试样，可以在原材料、半成品和成品上直接测量，所以硬度测量是最常用的力学性能试验法。

5．答：当金属承受交变载荷时，即使应力峰值远小于材料的屈服点，也会在使用中出

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现疲劳断裂。其原因是这种交变应力的作用使材料内部的疲劳源（小裂纹、夹杂、划痕、应力集中等部位）处产生裂纹并不断扩展，使零件的有效承载面积减小，这种一处或多处产生的局部永久性积累损伤，最后导致零件的断裂。

6．解：这批钢材的力学性能计算如下：

试样的原始标距长度：L0=5d0=5×10mm=50mm（因为试验采用标准短试样）

3.14102mm278.5mm2 试样的原始截面积：S0443.146.52mm233.2mm2 试样断口截面积：S144d02d12Fb33.70103抗拉强度：bMPa429.3MPa

S078.5Fs20.50103屈服点：sMPa261.1MPa

S078.5断后伸长率：5L1L064.050.0100%100%28% L050.0S0S178.533.2100%100%57.7% S078.5断面收缩率：答：对照15钢国家标准，这批钢材的各项力学性能指标均符合要求，为合格品。 7．答：供应态碳钢——布氏硬度HBS。

淬火钢——洛氏硬度HRC。 铸铁——布氏硬度HBS。 铝合金——布氏硬度HBS。

硬质合金——洛氏硬度HRA或维氏硬度HV。

8．答：一般在常温下使用的金属，晶粒越细，其强度、塑性和韧性越好。生产中细化晶粒的主要方法是进行变质处理和增加过冷度，同时也可采用附加振动的方法。

9．答：厚大铸件表面与心部的冷却速度不一致，表面冷却速度较大，结晶过冷度大，结晶后的晶粒较细，而心部的冷却速度较小，结晶过冷度小，结晶后的晶粒较粗。因此，一般铸件表面的性能优于心部的性能。若铸件的加工余量过大，则将表面细晶粒部分过多地切除，从而降低铸件的强度。

10．答：合金中的基本组成相有固溶体和金属化合物。合金中的组元间形成固溶体

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后，产生固溶强化，固溶体的强度一般优于组成固溶体的纯金属，同时固溶体还具备良好的塑性和韧性，因此，合金组织中的基体一般应为这种强韧性兼备的固溶体；金属化合物具有高的熔点和硬度，但脆性较大，一般作为合金中的强化相，当其量少、呈细小均匀分布时，可强化合金，提高硬度和耐磨性等，但当其量大、呈粗大分布时，会增加合金的脆性。

11．答：默画相图（略）（见第三章图3-3）。Fe-Fe3C相图的主要用途有：

1）在选材方面的应用相图揭示了铁碳合金含碳量与组织的关系，从而可判断不同成分铁碳合金的性能，可根据性能要求选择不同含碳量的钢材。例如，一般用于建筑结构的各种型钢，需要具备良好的塑性、韧性，应选用w(C)＜0.25%的低碳成分的钢材；机械工程中的各种轴、齿轮等受力较大的零件，需要兼有高的强度、塑性和韧性，应选用w(C)=0.30%～0.55%范围内的中碳成分的钢材；而各种工具却要求具备高的硬度、耐磨性，则多选用w(C)=0.70%～1.2%范围内的含碳量高的钢材。

2）在铸造方面的应用可根据Fe-Fe3C相图，适宜铸造的合金和确定铸造温度，一般共晶成分（w(C)=4.3%）附近的合金具有低的熔点和良好的流动性，适宜铸造，浇注温度为液相线以上50～100℃。

3）在锻造方面的应用根据Fe-Fe3C相图，可确定锻造加热温度，一般为液相线以下100～200℃，获得单相奥氏体组织时具有良好的塑性和小的变形抗力，适宜于锻造。

4）在热处理方面的应用热处理加热时为获得全部奥氏体或部分奥氏体，需要在不同的温度下加热，根据Fe-Fe3C相图，可确定不同成分的铁碳合金热处理的加热温度。

12．答：四种合金在不同温度下的显微组织如下表所示： 碳的质量分数(%) 0.2 0.4 0.77 1.0 温度/℃ 770 500 650 750 显微组织 F+A F+P P P+Fe3CⅡ 温度/℃ 950 770 790 950 显微组织 A F+A A A 13．答：退火后的钢获得接**衡状态的组织，根据Fe-Fe3C相图可知，碳的质量分数小于0.77%的亚共析钢，平衡组织为F+P，随含碳量的增加，组织中P的量增多，因此，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降；碳的质量分数为0.77%的共析钢，平衡组织为P，其强度、硬度高于亚共析钢，而塑性、韧性不及亚共析钢；碳的质量分数为0.77%～2.11%的过共析钢，平衡组织为P+Fe3CⅡ，其强度、硬度较高，塑性、韧性比共析

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和亚共析钢差，但若碳的质量分数过高（＞0.9%），组织中的二次渗碳体呈连续网状分布，使强度下降。综上所述，钢中含碳量增加，组织中Fe3C相的数量增加，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降，但当碳的质量分数大于0.9%时，过共析钢的强度开始下降。

14．答：碳的质量分数为0.10%的碳钢，退火后组织为F+P，且F的量较多，因此，塑性、韧性良好，而强度、硬度不高；碳的质量分数为0.45%的钢，退火后组织同样为F+P，但其中P和F的量相当，因此，既有一定的强度、硬度，又有较好的塑性、韧性；碳的质量分数为1.2%的钢，退火后的组织为P+Fe3CⅡ，其硬度较高，但塑性、韧性较差。

15．答：热处理加热的主要目的是获得全部或部分奥氏体的组织，以便通过不同的冷却方式使过冷奥氏体转变为所需的组织和性能，亦即钢在热处理后所获得的冷却组织都是由过冷奥氏体转变而成的。

奥氏体的晶粒越细，冷却后的转变组织越细，强度、塑性和韧性也越好，尤其对淬火钢回火的韧性具有很大的影响。

16．答：过冷奥氏体的等温转变产物分为：高温转变的珠光体型组织，中温转变的贝氏体型组织。随着转变过冷度下降（转变温度下降），组织越来越细，其强度、硬度也越高。各转变产物的组织及性能见表4-2。

17．答：普通热处理的四把“火”是指退火、正火、淬火、回火。

18．答：热处理加热、保温和冷却工艺不当，都将造成热处理缺陷。主要热处理缺陷有氧化、脱碳、过热、过烧、变形、裂纹、硬度不足、软点等。

19．答：淬火的目的是获得马氏体或下贝氏体的组织，强化钢材，以便通过随后的回火工艺获得所需要的使用性能。

20．答：淬火后的钢存在很大的淬火应力，如不及时消除，易造成变形和开裂；淬火后获得的马氏体是亚稳定组织，且具有一定的脆性。为消除淬火应力，防止变形、开裂和稳定组织，从而稳定淬火零件的尺寸，消除马氏体的脆性和改善韧性，一般淬火后的钢应及时进行回火处理。

21．答：根据回火温度的不同，分为低温回火、中温回火、高温回火。各回火工艺的温度、组织、性能及应用如下表所示：

回火方法 低温回火 回火温度/℃ ＜250 回火组织 M回 回火后硬度 58～64HRC 应用 要求高硬度和耐磨的工具和零件，如切削刀具、冷冲模17 / 23

具、量具、滚动轴承、渗碳件等 中温回火 250～500 T回 35～50HRC 要求高屈服强度和一定韧性的弹性元件，热作模具等 要求综合力学性能的重要受高温回火 ＞500 S回 200～350HBS 力零件，如轴、齿轮、连杆、螺栓等 22．答：感应加热淬火具有加热速度快、效率高，热处理后表面晶粒细、性能好，淬硬层深度易控制，生产过程易实现自动化等优点，但设备投资大，维修复杂，需要根据零件实际制作感应器，所以不适合单件生产，而主要用于成批、大量的生产。

23．答：化学热处理可以通过改变材料表面的化学成分、组织，从而获得所需要的表面性能（表面高硬度或耐腐蚀）。常用的化学热处理工艺有渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗等。

24．答：去应力退火和回火两者在生产工艺中所处的工序位置不一样，一般去应力退火安排在毛坯生产之后或零件机械加工之后，是去除由于各种冷热加工所产生的内应力，而材料的组织和性能不发生变化；回火是紧随淬火之后的热处理工艺，用于消除淬火内应力，获得所需的稳定回火组织和性能。

25．答：表面淬火、渗碳、渗氮三种工艺的比较见下表： 方法 加热温度/℃ 适用材料 中碳钢与中碳合金钢；工具钢、铸铁 低碳钢和低碳合金钢 表面硬度 50～55HRC 58～64HRC 950～1 200HV渗氮 500～560 渗氮钢 （相当于65～72HRC） 26．答：当代热处理的主要发展方向是清洁热处理、精密热处理、节能热处理和少无氧化的热处理等。

27．答：常用的表面防护方法有电镀、化学镀及热浸蚀；化学转化膜技术（钢铁的发兰、发黑和磷化，铝及铝合金的氧化处理）；涂料涂装法。常用的表面装饰法有表面抛光、表面着色、光亮装饰镀、美术装饰漆。

28．答：钢中的硫与磷一般是有害元素。硫含量过高，使钢出现“热脆”，在高温下

成本高 工艺成本 大批量生产时成本低 成本较低 表面淬火 Ac3+100～200 渗碳 900～950 18 / 23

锻造或轧制时，因晶界处易熔化而出现锻轧热裂纹；磷含量过高，使钢出现“冷脆”，在低温下的韧性急剧下降，易出现脆性断裂。

29．答：由于上述四种钢中碳的质量分数不同，所以力学性能不同。在相同状态下，20钢的塑性最好，但强度较低；45钢具有良好的综合力学性能；T8钢的强度和硬度高，具有一定的韧性；T12钢的硬度高，耐磨性优良，但强度和韧性较差。

30．答：Q235-A.F属碳素结构钢，其屈服点为235MPa、质量等级为A级、沸腾钢。 08属优质碳素结构钢，碳的平均质量分数为0.08%。 45属优质碳素结构钢，碳的平均质量分数为0.45%。

T10A属碳素工具钢，碳的平均质量分数为1.0%，质量为高级优质。

31．答：T10钢属高碳钢（碳的平均质量分数为1.0%），其强度和硬度高，所以锯削时费力，锯条也易磨损；而10钢属低碳钢（碳的平均质量分数为0.1%），强度和硬度低，所以锯削时省力。

32．答：不适用。因为碳素工具钢的热硬性不高，温度升高至300℃时，硬度即降至55HRC以下，而铣刀、麻花钻等高速切削的刀具使用时温度易升高（可升至500℃以上），若采用热硬性不高的碳素工具钢制作，刀具会很快因发热软化而失效。

33．答：重要的零件一般承受较大或者较复杂的应力，要求材料具有高的强韧性，而大截面的零件在淬火时，为保证零件能获得马氏体组织或小的淬火变形，要求材料具有良好的淬透性。合金钢与碳钢相比，由于合金元素的作用，使钢的强韧性和淬透性提高，所以这种零件应采用强度较高、淬透性良好的合金钢制作。

34．答：渗碳零件一般要求表面具有高的硬度和耐磨性，而心部应具有良好的韧性以承受冲击力的作用。采用低碳成分的渗碳钢进行渗碳处理后，可使表面含碳量增加而心部保持低碳成分，从而满足零件“内韧外硬”的性能要求。

35．答：调质钢主要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作、受力比较复杂的重要零件，这些零件要求具有良好综合力学性能，所以应采用中碳成分的钢。

36．答：合金刃具钢与碳素工具钢同属高碳成分，所以硬度相当，但由于合金刃具钢中加入的合金元素可以使其淬火回火后获更多种类和数量的碳化物，使刃具更耐磨，所以其使用寿命更长。

37．答：量具在使用过程中经常与被测量工件接触而磨损，影响其测量精度，因此要求具有高的硬度和耐磨性，高精度的量具还要求热处理变形小，尺寸稳定。所以，量具钢一般采用高碳成分的钢材并采用淬火、低温回火工艺，高精度量具淬火后还应采用冷处理

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工艺。一般量具可采用碳素工具钢（如T8、T12等），高精度量具可采用滚动轴承钢（如GCr15）和合金工具钢（如CrMn、9SiCr等）制作。

38．答：热作模具和冷作模具的使用温度和性能要求不同。

冷作模具是在较低温度下使用的模具，典型的有冷冲模、冷挤压模等，这些模具要求高的硬度（60～62HRC）、耐磨性和足够的强韧性。小型或一般用途的冷作模具可采用T10、9SiCr等钢制作，大型或重要用途的可采用Cr12型钢制作。

热作模具是在较高温度下使用，典型的有热锻模、热挤压模和压铸模等，热作模具要求强韧性和硬度（40～50HRC），并且有良好的导热性和抗热疲劳性。一般热锻模常采用5CrNiMo5和5CrMnMo钢制作，热挤压模和压铸模常采用3Cr2W8V和4Cr5WVSi钢制作。

39．答：不适宜。高速钢属高合金钢，其原材料成本和加工成本均较高，高速钢的特点是热硬性比一般工具钢高，若用于低速切削的刀具，将造成用材的浪费。对于上述低速切削的刀具，可选用价格相对便宜的碳素工具钢或合金刃具钢较合适。

40．答：20CrMnTi——合金渗碳钢；50CrVA——合金弹簧钢；GCr15——滚动轴承钢；W18Cr4V——高速工具钢；1Cr18Ni9——不锈钢；5CrNiMo——热作模具钢；38CrMoAl——氮化钢；Cr12——冷作模具钢；ZGMn13——高锰耐磨钢；40Mn2——合金调质钢；Q345——低合金高强度结构钢；9SiCr——合金刃具钢。

41．答：因为灰铸铁中有石墨存在，使其具有如下性能特点：力学性能不如钢（但抗压强度与钢相当），具有良好的铸造性能、良好的切削加工性能、良好的减振性和吸音性能、低的缺口敏感性。

42．答：灰铸铁的组织为钢的基体+片状石墨，灰铸铁力学性能不高的主要原因是组织中有片状石墨，石墨的力学性能几乎为零，片状石墨对基体的“割裂”作用很大，使基体性能的利用率只有30%左右。热处理只改变基体的组织，不能改变片状石墨的形状、数量和分布，故灰铸铁热处理后力学性能没有明显改善。

43．答：HT300——抗拉强度不低于300MPa的灰铸铁；QT600—3——抗拉强度不低于600MPa，断后伸长率不低于3%的球墨铸铁；KTH300—06——抗拉强度不低于300MPa，断后伸长率不低于6%的黑心可锻铸铁（铁素体基体可锻铸铁）；RuT420——抗拉强度不低于420MPa的蠕墨铸铁。

44．答：球墨铸铁中的石墨呈球状，与灰铸铁中的片状石墨相比，对基体的割裂作用明显减小，应力集中减轻，因此能充分发挥基体的性能，基体强度的利用率可达70%～

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90%，所以球墨铸铁的强度、塑性与韧性都大大优于灰铸铁。

45．答：按其成分和工艺性能，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金的塑性好，适合于压力加工，因此，变形铝合金常经轧制、挤压、拉拔等变形加工成为型材供应市场。铸造铝合金的塑性、韧性差，但是流动性好，适宜于铸造形状复杂的零件。

46．答：根据化学成分，铜合金分为黄铜、白铜、青铜三类。黄铜是指以铜为基，以锌为主加元素的铜合金；白铜是指以铜为基，以镍为主加元素的铜合金；青铜是指除黄铜和白铜以外的铜合金，主要有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。

根据加工方法铜合金又可分为压力加工铜合金和铸造铜合金。

47．答：钛合金的突出优点是强度高、密度小、耐腐蚀性好（优于不锈钢），而且某些钛合金在高温和低温下的力学性能优于一般钢。

48．答：滑动轴承合金应具有足够的抗压强度和抗疲劳性能，良好的减摩性（摩擦因数要小），良好的储备润滑油的功能，良好的磨合性，良好的导热性和耐蚀性，良好的工艺性能，使之制造容易，价格便宜。

常用的滑动轴承材料有锡基与铅基轴承合金、铜基合金、铝基合金、铸铁等。 49．答：硬质合金硬度高，常温下硬度可达86～93HRA（相当于69～81HRC）；热硬性好，可在900～1 000℃不软化；抗压强度可达6 000MPa，常温下工作时，不会产生塑性变形。但硬质合金脆性大，韧性低，抗拉强度低，很难被切削加工。用硬质合金制作刀具，其切削速度比高速工具钢提高5～7倍，刀具寿命可提高几十倍。用硬质合金制作模具等，使用寿命比工具钢高20～150倍。

50．答：H68——铜的质量分数为68%，余量为锌的普通黄铜；LY11——11号硬铝合金（相当于新国际ZA11）；ZL102——2号铸造铝硅合金；ZCuZn16Si4——铸造硅黄铜；ZCuSn10P1——铸造锡青铜；QBe2——铍青铜；HSn62-1——锡黄铜。

51．答：热塑性塑料能溶于有机溶剂，加热可软化，易于加工成形，并能通过加热反复塑化成形。如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、缩醛塑料（POM）、聚碳酸酯（PC）；热固性塑料固化后重新加热不再软化和熔融，亦不溶于有机溶剂，不能再成形使用，如酚醛塑料（PF）、氨基塑料（UF）、有机硅塑料（SI）、环氧塑料（EP）。

52．答：复合材料是由两种或两种以上性质不同的物质组成的多相材料。两种或多种材料复合后，仍保留各自的性能优点，从而使复合材料具有优良的综合性能。如玻璃钢船

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体、羽毛球拍、安全帽等均采用了复合材料。

53．答：当温度下降至某一临界温度时，超导材料的电阻完全消失，并且当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，即超导体具有抗磁性。

目前超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找临界温度（TC）高的高温超导材料。

54．答：纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100nm（1nm=10-9m）。

纳米材料具有特殊的物理性能和化学性能：纳米颗粒的熔点和晶化温度比常规粉末低得多，纳米金属微粒在低温下呈现电绝缘性，纳米微粒具有极强的吸光性，纳米材料具有奇异的磁性，纳米颗粒的化学活性远大于正常粉末，纳米材料的扩散率是普通状态下晶格扩散率的1 014～1 020倍。纳米材料的力学性能较特殊，一些纳米材料的强度和硬度成倍地提高，纳米材料还表现出超塑性状态，即断裂前产生很大的伸长量。

55．答：

零件名称 机床主轴 汽车变速箱齿轮 大型冷冲模 医用手术刀 机用麻花钻 建筑钢结构件 滚动轴承 柴油机曲轴轴承 饮料罐 45 20CrMnTi Cr12MoV 3Cr13 W18Cr4V Q235-A.F GCr15 ZCuPb30 LF21 选用材料 零件名称 手用锯条 柴油机曲轴 车床床身 车辆减振弹簧 大型桥梁钢结构 高精度量具 汽油机活塞 汽车灯罩 精密磨床主轴 T10 QT800—2 HT150 50CrVA Q420 CrWMn ZL108 PS 38CrMoAl 选用材料 56．答：热处理1为正火，其主要作用是细化晶粒，为最后热处理作组织准备，调整硬度，改善切削加工性能。

热处理2为调质处理，作用是使齿轮获得回火索氏体组织，硬度达到34～38HRC，保证整体良好综合性能的要求。

热处理3为高频感应加热表面淬火、低温回火，使表面获得细小回火马氏体，齿面硬度达到50～55HRC，保证硬度和耐磨性要求。

57．答：热处理1为球化退火，其作用是获得球状珠光体，降低硬度，改善切削加工

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性能，为下一步切削加工作准备，亦为最后热处理作组织准备。

热处理2为淬火、低温回火，其作用是获得回火马氏体和碳化物组织，使刀具具有高的硬度（＞62HRC）和耐磨性，符合刀具使用性能的要求。

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