第七章工业用钢习题参考答案

1、第七章 工业用钢习题参考答案一、解释下列名词1、非合金钢(或碳素钢简称碳钢)：是指含碳量在0.0218%2.11%之间并含有少量Si、Mn、P、S等杂质元素的铁碳合金。低合金钢：加入的合金元素总含量小于5%的合金钢。合金钢：在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种。合金元素：为改善钢的力学性能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼过程中加入的一些化学元素。2、合金结构钢：在碳素结构钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的结构钢。合金工具钢：在碳素工具钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的工具钢。轴承钢：用来制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢。不锈钢：具有耐大气、酸、碱、盐等介质腐

2、蚀作用的合金钢。耐热钢：在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊性能钢。3、热硬性(或称红硬性)：钢在高温下保持高硬度的能力。回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力。二次硬化：含W、Mo、V、Cr 等元素的高合金钢，在回火的冷却过程中，残余奥氏体转变为马氏体 ，淬火钢的硬度上升的现象。二、填空题1、Ni、Mn、C、N、Cu 等元素能 扩大 Fe-Fe3C 相图的区，使临界点A4_上升_，A3_下降_ 。2、W18Cr4V钢是高速钢，W的主要作用是提高回火稳定性，Cr的主要作用是提高淬透性，V 的主要作用是细化晶粒，最终热处理工艺是高温回火；预热的目的是将合金元素全部，高温淬火的目的是使大量

3、的难溶碳化物溶于奥氏体中，三次回火的目的是减少钢中的残余奥氏体。3、含Cr、Mn 的合金结构钢淬火后在550600回火后，将出现第 二 类回火脆性。4、易切削钢中常用的附加元素有_P_、_S_、_Pb_、_Ca_，这类元素在钢中的主要作用是形成夹杂物，降低材料塑性，改善钢的切削性能。5、对40Cr 钢制零件进行调质处理时，在高温回火后应 水中 冷却，目的是防止第二类回火脆性。6、以铅浴等温处理的冷拉弹簧钢丝，经绕制成弹簧后应进行去应力退火处理，而不需象热轧弹簧那样要进行 淬火 处理。7、滚动轴承钢预先热处理球化退火的目的在于 降低钢的硬度，以利切削加工，并为零件的最终热处理作 组织 准备。8、

4、按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属 低碳 钢，调质钢属 中碳 钢，轴承钢属 高碳 钢。9、以T12 钢制造的工模具经预先热处理球化退火后应获得 P+ Fe3C 组织，其组织中的 渗碳体(Fe3C)呈球状或粒状。10、高速钢W18CrV 中合金元素W 的作用是 提高钢的红硬性(热硬性)；Cr 的作用是 提高淬透性；V 的作用是 细化晶粒。高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了 改善碳化物 。高速钢淬火后需经550570 三 次回火，回火后其组织由 回火马氏体(M回)、 细粒状碳化物及少量 残余奥氏体(Ar)构成，其性能具有 高硬度、 高耐磨性、 高红硬性 。11、含W、Mo、V、Cr 等元

5、素的高合金钢，在回火的冷却过程中，残余奥氏体转变为 马氏体 ，淬火钢的硬度 上升 ，这种现象称为 二次硬化 。12、简述下列合金元素的主要作用： Cr 在40Cr 钢中主要起 提高淬透性作用；在1Cr13 钢中主要起 提高耐蚀性作用； Ti 在20CrMnTi 钢中主要起 细化晶粒 作用；在1Cr18Ni9Ti 钢中主要起 提高耐蚀性作用。13、金属腐蚀一般包括化学 腐蚀及_电化学腐蚀，前者受 化学反应 腐蚀，后者受 原电池作用 腐蚀，腐蚀过程有电流产生。14、根据组织分类，4Cr13 属 马氏体 不锈钢；Cr17 属 铁素体 不锈钢；0Cr18Ni9Ti属 奥氏体 不锈钢。15、提高18-8

6、 型不锈钢防腐蚀性能的常用热处理方法有 固溶 处理、 稳定化 处理及 去应力 处理等三种。16、耐磨钢ZGMn13 水韧处理后应获得单一的 单一的奥氏体 组织，该组织具有 高冲击韧性性能，主要用于受 强烈冲击 磨损的零件。17、二次硬化效应产生的原因，一是 回火时析出碳化物 ，二是 大量的残余奥氏体转变为马氏体。18、红硬性是指 钢在高温下保持高硬度的能力。三、简答题1、何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在淬火及低温回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于

7、中碳钢，淬透性也不如中碳钢。高碳钢虽然强度高，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。合金调质钢中常含合金元素有铬、锰、镍、硅、钼、钨、钒、铝、钛等。合金调质钢的主加元素有铬、锰、镍、硅等,以增加淬透性。它们在钢中除增加淬透性外，还能强化铁素体,起固溶强化作用。辅加元素有钼、钨、钒、铝、钛等。钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性，并增加回火稳定性；钒、钛的作用是细化晶粒；加铝能加速渗氮过程。2、W18Cr4V钢的Ac1约为820，若以一般工具钢Ac1+30-50常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？答：若以一般工具钢Ac1+30-

8、50常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，既1280左右。3、合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和MS点有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？答：除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移

9、外，还将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms点降低，残余奥氏体量增多。由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移, 从而使退火状态组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度增加, 塑性下降。 由于过冷奥氏体稳定性增大, 合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性, 促进马氏体的形成, 使强度大

10、为增加但焊接性能变坏。4、为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？答： 碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。 如上所述合金钢的淬透性高 合金钢回火抗力高碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200

11、的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。 合金钢能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性(低温下高韧性）。5、有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？答：不能。本质晶粒度是在93019,保温38小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点Acl以上直到930晶粒并未显著长大。超过此温度后,由于阻止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 超过930，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶

12、粒钢。6、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性（Ak40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明： 原45钢各热处理工序的作用； 改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ 改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答： 正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。 不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，

13、会造成表面脱落。 渗碳。7、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）： 某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢； 某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（5055HRC），材料选用45钢； 镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。答： 下料锻造正火粗加工精加工局部表面淬火+低温回火精磨成品 下料锻造正火粗加工调质精加工局部表面淬火+低温回火精磨成品 下料锻造退火粗加工调质精加工氮

14、化研磨成品8、拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度； 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）答： 工艺路线为：锻造球化退火机加工淬火后低温回火磨加工。球化退火处理使碳化物球化，消除应力，调整硬度，改善切削加工性，为淬火做组织准备组织；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。 终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。 T10车刀的淬火温度为780左右，冷却介质为水；回火温度为150250。9、车床主轴要求轴颈部位的硬度为5658HRC，其余处为2

15、024HRC，其加工工艺路线为：锻造正火机加工轴颈表面淬火+低温回火磨加工，请指出：(1)主轴应选用何种材料?(2)正火、表面淬火及低温回火的目的和大致工艺；(3)轴颈表面处的组织和其余部位的组织。答： 选用40Cr调质钢 正火的目的：改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工。 正火工艺：淬火温度850C空冷 表面淬火+低温回火的目的：获得回火M组织，提高耐磨性能。 表面淬火+低温回火工艺：淬火温度850C油冷，回火温度170C 轴颈表面处的组织为回火M。其余部位的组织为索氏体S。10、现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高的硬度和耐磨性，试问各进行何种热处理?并比较它

16、们经热处理后在组织和性能上有何不同?答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火 表面组织为：回火M+碳化物 中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火 组织为：回火M11、请为下列钢号选择合适的用途及最终热处理：20、45、65Mn、T12A、20CrMnTi、40Cr、Q235、Q345、HT300、KTH350-10、QT600-3、Y40Mn、Crl2MoV、GCrl5、ZGMnl3-4、9SiCr、3Crl3、5CrNiMo、W18Cr4V、1 Crl8Ni9Ti、60Si2Mn。供选用实例：机床床身、缝纫机零件、柴油机曲轴、汽车差速器壳、坦克履带、机床主轴、锉刀、机

17、车齿轮、汽车传动轴、桥梁、丝锥、铣刀、小型弹簧、冷冲压件、汽车板簧、滚动轴承的滚动体、钢筋、螺纹搓丝板、热锻模、加热炉管、医疗器械。解答： 20钢： 制作冷冲压件 无需热处理45钢： 制作机床主轴 最终热处理：淬火+高温回火65Mn钢： 制作小型弹簧 最终热处理：淬火+中温回火T12A钢： 制作锉刀 最终热处理：淬火+低温回火20CrMnTi钢：制作机车齿轮 最终热处理：渗碳直接淬火+低温回火40Cr钢： 制作汽车传动轴 最终热处理：淬火+高温回火Q235钢： 制作钢筋 无需热处理Q345钢： 制作桥梁 无需热处理HT300铸铁： 制作机床床身 无需热处理KTH350-10铸铁：制作汽车差速器

18、壳 无需热处理QT600-3铸铁：制作柴油机曲轴 调质处理Y40Mn钢Crl2MoV钢：制作螺纹搓丝板 最终热处理：一次硬化法 淬火+低温回火二次硬化法 淬火+高温回火GCrl5钢：制作滚动轴承的滚动体 最终热处理：淬火+低温回火ZGMnl3-4铸钢：制作坦克履带 最终热处理：水韧处理(1100C水淬) 9SiCr钢：制作丝锥 最终热处理：淬火+低温回火3Crl3钢：制作医疗器械 最终热处理：淬火+低温回火5CrNiMo钢：制作热锻模 最终热处理：淬火+高温回火W18Cr4V钢：制作铣刀 最终热处理：淬火+三次高温回火1 Crl8Ni9Ti钢：制作加热炉管 最终热处理：固溶处理(9201150

19、C水冷)60Si2Mn钢：制作汽车板簧 最终热处理：淬火+中温回火12、表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。常用的表面淬火方法有： 感应加热表面淬火； 火焰加热表面淬火。感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器（线圈）内，当线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，在工件内形成“涡流”，表层迅速被加热到淬火温度时而心部仍接近室温，在立即喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。

20、火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点: 感应加热速度极快,只要几秒到几十秒的时间就可以把工件加热至淬火温度,:而且淬火加热温度高(AC3以上80150)。 因加热时间短,奥氏体晶粒细小而均匀,淬火后可在表面层获得极细马氏体,使工件表面层较一般淬火硬度高23HRC,且脆性较低。 感应加热表面淬火后,淬硬层中存在很大残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强,且变形小,不易氧化与脱碳。 生产率高,便于机械化、自动化,适宜于大批量生产。但感应加热设备比火焰加热淬火费用较

21、贵,维修调整比较困难,形状复杂的线圈不易制造表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。13、化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。化学热处理的过程： 分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子； 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物； 扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。14、试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用

22、范围等方面的差别。答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.40.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件,例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件

23、,例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。渗碳钢都是含0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。渗碳层深度一般都在0.52.5mm。钢渗碳后表面层的碳量可达到0.81.1%C范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。与

24、渗碳相比、氮化工件具有以下特点： 氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。 表面硬度可达HRC6572，具有较高的耐磨性。 氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。 氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。15、要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织。T10 65Mn HT300 W6Mo5Cr4V2 GCr1

25、5Mo 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV 5CrMnMo答：齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti1.5%；渗碳淬火低温回火；组织为回火马氏体。连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr1.5%；调质处理（淬火高温回火）；组织为回火索氏体。弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn1%,Cr=12%,Mo,V1.5%；淬火低温回火；组织为回火马氏体。滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%1%,Cr=1.5%,Mo1.5%；球化退火淬火低温回火；组织为回火马氏体。车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火560三次

26、回火；组织为回火马氏体碳化物。锉刀：T10碳素工具钢；C%1%；淬火低温回火；组织为回火马氏体碳化物。热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo1.5%；淬火高温回火；组织为回火索氏体。机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。16、淬火钢为什么要进行回火处理？ 答：淬火钢不经回火一般不能直接使用。回火是为了降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂；获得工艺所要求的力学性能；稳定工件尺寸；对某些高淬透性的合金钢，高温回火可降低硬度，以利切削加工。17、 选材设计一个车床主轴。要求：该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，请选材（45钢

27、、T8、20CrMnTi）并设计热处理工序。答：选择45号钢，调质处理。加工路线为：正火调质高频淬火及低温回火 18、识别下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义：65Mn 1Cr18Ni9Ti GCr15 T10 20CrMnTi9SiCr W18Cr4V ZG15答：65Mn弹簧钢，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢 碳含量0.1%，9%的镍， GCr15 滚动轴承钢 1.5%铬T10 碳素工具钢 ，T工具（英文）20CrMnTi合金渗碳钢0.2%的碳, 9SiCr 低合金刃具钢0.9的碳， W18Cr4V 高速钢 18%钨 ZG15 铸钢ZG铸钢（拼音）19、将5mm的T8钢加热至

28、760并保温，后经不同冷却方式得到：P、S、B下、B下M少量残余A、M少量残余A。在C曲线上描写工艺曲线示意图。答：退火（或随炉冷）时获得P，正火（或空冷）时获得S，等温淬火获得B下；等温淬火B下转变未完成，随后淬入水中获得B下M少量残余A，淬火（水冷）获得M少量残余A。图(略)20、有Q235AF 、65 ,20CrMnTi,60Si2Mn,T12,ZG45,W18Cr4V等钢材，请选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮（高速重载受冲击），并写出工艺路线，说明各热处理工序的作用。答：选20CrMnTi加工路线：下料锻造正火机械加工渗碳淬火低温回火 喷丸磨齿 正火为预备热处理为进一步机械加工和热处理作

29、组织上的准备。 渗碳、淬火、低温回火为最终热处理，为得到表硬（高碳M）里韧（低碳M）的组织性能特点。 四、选择题1、现需要制造直径25mm的连杆，要求整个截面上具有良好的综合力学性能，应采用( A )。A、40Cr钢调质 B、45钢正火C、60Si2Mn钢淬火+中温回火 D、20Cr渗碳+淬火+低温回火。2、欲制作耐酸容器，选用材料及相应热处理工艺应为( C )。A、W18Cr4V固溶处理 B、1Crl8Ni9Ti稳定化处理C、1Crl8Ni9Ti固溶处理 D、1Crl7固溶处理3、制造锉刀、模具时，应选用的材料及热处理工艺是( B )A、45钢，淬火+高温回火 B、T12钢，淬火+低温回火C、T8钢，淬火+高温回火 D、T12钢，淬火4、机床主轴要求具有良好的综合力学性能，制造时，应选用的材料及热处理工艺是（ B ）。A、