金属材料及热处理课程问答

1、金属材料及热处理课程作业1. 热作模具钢的使用要求 答：热模具钢的基本使用性能要求是高抗热塑性变形能力、高韧性、 高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。2. 热作模具钢的一般分类 答：热锤段模具钢、热挤压模具钢，压铸模具钢。3. 举出一般热作模具钢中经常加入的 3 种合金元素并说明作用是什么？答： Cr、W、Si 等合金元素可以提高钢的回火稳定性。4. 高铬钢和高速钢和许多的合金热作模具钢为什么要选择高温淬火和两次以上的高温回火？ 答：因为这些钢的合金碳化物比较稳定， 必须在高温下才能将其溶解， 合金碳化物在高温淬火时大量溶入奥氏体， 增加了钢的淬透性和回火 稳定性。选择两次以上的高温回火， 目的是将

2、残余奥氏体转变为马氏 体，提高硬度。5. 为什么热作模具钢的含碳量一般低于冷作模具钢？ 答：一般认为钢的导热性与含碳量有关，含碳量高时导热性低，所以 热作模具钢不宜采用高碳钢6. 什么是红硬性？你认为如何能够提高红硬性？ 答：红硬性是指在高温下保持高硬度的能力， 加入合金元素可以提高 红硬性7. 什么是淬火？什么是正火？什么是退火？什么是回火？答：1淬火：是将钢通过加热、保温和大于临界冷却速度（Vc）的冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。 2. 正火： 是将铁碳合金加热到临界点 Ac3 （或ACcrj）以上适当温度并保持一定 时间, 然后在空气中冷却的工艺方法。 3. 退火：

3、是将钢加热、保温， 然后随炉使其缓慢冷却的热处理工艺。 4. 回火：是将淬火的钢重新加 热到 Ac1 以下某温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。8. 简述两种表面处理工艺方法的原理、处理后的性能答： 1. 渗碳 原理： 渗碳是在增碳活性介质中将低碳钢或低碳合金钢 加热并保温，使碳原子渗入表层 处理后的性能： 硬度提高，改善 了耐磨性2. 渗氮 原理：钢铁零件在一定温度的含有活性氮的介质中保 温一定时间，使其表面渗入氮原子。 处理后的性能：提高钢铁件的 表面硬度、耐磨性、抗疲劳性和抗咬合性能。答：10.答：9. 举一种实际生产中热作模具钢的例子，说明其使用条件、可能的 失效形式、你拟选择的材料、

4、处理工艺方法、可能达到的性能指 标常用的正火有哪几种？常规正火：将钢铁材料加热到 AC3以上3050C高温正火：将锻件或铸件加热到 AC3以上100150C答：11. 正火的目的什么？获得一定的硬度，细化晶粒，消除冶金和热加工过程中产生的缺陷，并获得比较均匀的组织和较好的性能。12.正火的使用范围？答：13.般碳钢的正火温度？适用于中低碳钢、过共析碳钢、低合金钢和中高合金钢工件答：14.正火工艺参数选择？答：15.中碳和高碳合金钢正火的目的是什么？答：消除网状碳化物，细化片状珠光体组织16.高碳钢正火的目的是什么？答：消除网状碳化物，细化片状珠光体组织17.中碳钢正火的目的是什么？答：提高硬度

5、以改善切削加工性能18.正火与退火的区别？生产中如何选择正火和退火？答：正火与退火的区别在于： 1.正火的冷却速度比退火的高； 2. 正火 得到的组织是细片状的珠光体，其强度和硬度比一般退火的高。19. 指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织。1）20 钢齿轮 目的：提高硬度以改善切削加工性能 （P+F）（2）45 钢小轴 目的：增加珠光体数量以提高强度（P+F）（ 3）T12 钢锉刀 目的：消除网状碳化物，细化片状珠光体组织以 提高强度 （P+Fe3C）20. 何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不是采用完全退火？答：使钢中的碳化物球状化， 或获得球状珠光体的退

6、火工艺叫做球化 退火。 因为对于过共析钢， 完全退火得到的组织是珠光体 +网状碳化 物，使得其综合性能较差。而只有球化退火，因其所得组织为球状珠 光体，其综合性能比正火的还好。21. 退火的主要目的是什么？常用的退火工艺有哪几种？ 答：均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除内应力，评委零 件最终热处理准备合适的内部组织。22. 生产中常用增加钢中珠光体的数量的方法来提高亚共析钢的 强度，为此应采用何种热处理工艺？为什么？答：米用正火工艺，由c 0.2 = VaX a+ c p（1-Va）知道，因为正火 的冷却速度比退火的高， 抑制了铁素体的析出， 增加了珠光体的数量 从而可以提高共析钢的强

7、度。23. 亚共析钢、共析钢和过共析钢平衡状态下的组织是什么？答：亚共析钢：F+P共析钢:P ;过共析钢：P+ FesC24. 举出 5 种常用的淬火方法 答：单液淬火;双液淬火;预冷淬火;分级淬火;等温淬火。25. 解释有物性变化和无物性变化的淬火冷却介质的原理？说明水和油的冷却特性、优缺点及应用范围 答：26. 说明45钢试样（© 10mm经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700 C（ F+P没有发生相变760 C（ M+F840C （正常的马氏体组织）1100C（粗大的过热马氏体组织）27. 为什么一般合金钢的淬火加热温度要比碳钢的高？ 答：碳化物的合金元素与碳形

8、成稳定碳化物延缓其溶入奥氏体， 同时 由于合金元素在奥氏体中的扩散激活能较高， 其自身不易均匀化， 所 以淬火加热温度必须适当提高，以充分发挥合金化的作用28. 选择下列材料的淬火介质（ 1 ）形状简单的 45 钢轴类件（水）（ 2）形状简单的 T8 钢齿轮（油）（ 3）形状简单的 W6Mo5Cr4V （2 6-5-4-2 ）高速钢工具。（空气或分级 淬火）29. 化学热处理的三个主要步骤是什么？ 答：原子的分解、吸收和扩散三个基本过程30. 渗碳为什么选在900930C进行？答：碳在铁素体中的溶解度很低，而在奥氏体中溶解度较高，在7271148C之间，溶解度随温度升高而逐渐增大。 碳在奥氏体

9、中的饱和溶 解度在 850C时为 1. 0%, 930C时为 1. 25%, 1050C时为 1. 70%。 碳在奥氏体中溶解度的增大， 使扩散初期钢的表层和内部之间产生较 大的浓度梯度,扩散系数增加。但过高的温度将缩短设备的使用寿命, 增加工件的变形,奥氏体晶粒也易粗大。因此,常规渗碳工艺多在 900930 C进行。31. 举出常用的 5种渗碳钢？答：15Cr、15CrMn 20、20Cr、20CrMnTi、20Mn232. 渗碳工艺参数的选择 （温度、时间、冷却方式、表面含碳量） ？答：33. 20 钢经正常的渗碳及淬火后表面的组织状态是什么？ 答：高碳马氏体 +少量碳化物34. 渗硼的主

10、要缺点是什么？一般适用于什么范围？ 答：缺点是硼化物层具有较高的脆性, 渗硼的应用范围主要是探矿和 石油机械、砖成形模板、热冲模等要求耐磨粒磨损、耐高温磨损和耐 高温腐蚀的工件35. 碳氮共渗与渗碳的区别及适用范围？36. 答： 1. 区别：碳氮共渗与渗碳比较具有不同的特性： （1） 渗 层的深度由于氮的渗入而增加。在相同的温度和时间条件,碳氮 共渗层的深度远大于渗碳层的深度,即处理温度相同时,碳氮共渗速度大于渗碳速度。（2）渗层的相变温度（Al及A3点）由于氮的 渗入而降低。氮和碳一样,都能扩大 r 相区,使渗层相变温度降 低。如0. 3%的氮可使Acl点降低至697C。因此，可以在较低 温

11、度下进行共渗处理。 (3) 由于氮的渗入，渗层的临界冷却速度降 低，提高了渗层的淬透性。 (4) 渗层的 Ms 点因氮的渗入而降低， 因此表层残余奥氏体较多 2. 适用范围：渗碳：低碳钢和低碳 合金钢 碳氮共渗：中碳合金钢37. 什么是氮碳共渗？工艺温度是多少？使用的范围？优缺点？ 答： 氮碳共渗是在铁素体状态下将工件放在能产生氮、碳活性原 子的介质中加热并保温， 使工件表面同时吸收碳和氮原子并向内部扩 散，形成具有一定氮、碳浓度和一定厚度的渗层的工艺。 工艺温度 是：500590C ;使用的范围：用于制造耐磨性和尺寸精度要求均高 的零件；优点是可使钢件表面具有高硬度、高耐磨性、高抗疲劳性和

12、高耐磨性，且变形小;缺点是生产周期长，成本高。38. 写出 5 种常用渗氮钢？指出渗氮提高表面硬度的原因？答： 38CrMoAl、35CrMo、40CrV、40Cr、34CrAl6 ;因为首先在钢件表 面形成高硬度的丫相和£相；其次是形成了弥散分布的合金氮化 物，也提高了表面的硬度。39. 渗金属的强化机理是什么？答： 金属碳化物渗层的形成原理可作如下解释：铬、钒、钛的原 子直径较大，渗入钢件中造成晶格的畸变，表面能升高，但由于这些 元素与碳的亲和力比铁强，与碳形成碳化物，可使晶格畸变减小，表 面能降低，使金属原子能不断“渗入”。40. 举出 3 种表面强化的处理方法？简单说明其原理

13、？41. 调质钢的基本要求和热处理工艺特点答：1. 良好的综合机械性能，指强度和韧性的良好配合。2. 足够的淬透性 3. 可有效的防止第二类回火脆性 工艺特点：淬火 +高温回火42. 渗碳钢的成分特点及热处理工艺特点 答：成分特点：含碳量：一般在 0.120.25%，特殊最高可达 0.4%。 含有合金元素：铬、镍、钨、钼、钒 热处理工艺特点：直接淬火 + 回火43. 弹簧钢的性能特点及热处理工艺特点 答：高的屈服强度和弹性极限，尤其要有较高的屈强比，避免产生塑 性变形。 热处理工艺特点：淬火 +中温回火44. 轴承钢的基本要求答：1. 高的抗压强度和接触疲劳强度；2. 热处理后具有均匀的高的硬

14、度、耐磨性；3. 有高的弹性极限。防止产生过量的塑变；4. 有一定的韧性防止产生过量的塑性变形。防止受冲击变形；5. 有一定的防腐能力。 放置在使用过程中不被腐蚀； 良好的尺寸稳定 性。在存放和使用过程中保持一定的精度要求；6良好的工艺加工性能。热成型、切削性、磨削性、热处理性能； 7高的冶金质量。表面不许有夹杂等；8高的表面状态。不允许有：裂纹、毛边、缺陷、明显的加工刀痕45. 红硬性的表示方法答： 温度表示法：即正常淬火回火后，再于不同的温度下加热， 保温 1 小时，冷至室温，在该温度下反复四次后测定硬度，用保持 HRC60或58的那个最高温度来表示。硬度表示法：即正常淬火回火后，再加热至

15、OOC、625C、650C、675C、700C等，保温1小时，冷至室温，在该温度下反复四次测定 硬度，用某温度下加热后的硬度表示。46. 碳素工具钢的含碳量及 热处理工艺特点答：0 . 651. 35% C淬火+低温回火47. 低合金工具钢的热处理特点答： 球化退火+淬火+低温回火48. 高速钢为何需要进行 3 次回火答： 为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体，保持高硬度， 达到所需的性能49. 量具钢热处理关键点答： （1 ）重视预备热处理： 在机加工前， 必须很好地进行球化退火。 机加工后淬火之前，应作去应力处理（ 2）量具在淬火后要进行冷处 理，冷处理可提高硬度 0.5-1.5HR

16、C, 减少残余奥氏体量和由此而引起 的尺寸不稳定因素。50. 高锰钢的耐磨特点 答：水韧处理后的高锰钢硬度较低（HB180200）。但受到冲击变形或压缩载荷时 , 则产生强烈的加工硬化。随着变形度的增高，硬度急 剧上升，因而耐磨性显著提高51. 水韧处理的作用是什么？答： 使碳化物全部溶入奥氏体中，获得均匀的奥氏体组织，具有很高的韧性。52. 有一批 ZG45 铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高， 铸后应采取 何种热处理？为什么？答： 应采用正火工艺，因为正火可以细化铸钢件中的粗大晶粒，并 消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性， 比 退火状态具有较好的综合机械性能，并且工艺

17、过程简单。53. 有一批 45钢普通车床传动齿轮，其工艺为：锻造 热处理机械 加工 高频感应淬火 回火。试问锻后应进行何种热处理？为什 么？答： 正火处理，因为正火可以细化锻造后形成的粗大组织，得到较 细的珠光体组织，其综合机械性能比退火状态好。54. 写出 20CrMnTi 钢重载渗碳齿轮的冷热加工工序安排， 并说明热处 理工序所起得作用。答：备料-锻造-正火-粗加工-渗碳 +淬火+回火-喷丸+磨削正火的作用是：细化锻造后形成的粗大组织55. 钢的强化机制有哪些？ 为什么一般钢总是采用淬火 -回火工艺强化？ 答： 有相变强化、析出强化、弥散强化等，56. 调质钢中一般使用什么合金元素，这些合

18、金元素的作用是什么？ 答： 一般使用的合金元素有： Mn、Si、Cr、Ni、 B、V 、Mo、W 等 八种，作用是增强淬透性和提高回火稳定性。57. 弹簧钢为什么采用中温回火？答： 因为弹簧钢要求有高的屈服强度和弹性极限，而中温回火有最 高的弹性极限指标58. 钢的切削性能与材料的组织和硬度之间有什么关系？为了获得良 好的切削性能，高碳钢和中碳钢各自一般应该采取什么样的热处 理，得到什么样的组织？答： 钢的切削性能取决于材料的组织，如果组织是珠光体则硬度较 高，切削性能好；如果组织是铁素体则恰好相反。高碳钢一般采取正 火处理，得到的组织是珠光体 +渗碳体；中碳钢一般采取正火处理， 得到的组织是

19、铁素体 +珠光体。59. 滚动轴承钢常含有哪些元素？各有什么作用？60. 答：合金元素：铬、锰、硅、钒、钼等； 铬：提高淬透性，细化晶粒，防锈，较高的表面质量；锰：提高淬透 性；硅：提高回火稳定性；钒：细化晶粒；钼：显著提高淬透性提高 屈强比。61. 高锰耐磨钢有什么特点？如何获得这些特点？在什么情况下获得 这些特点？答：高锰耐磨钢具有耐磨性、铸造性和焊接性，在收到冲击变形或压缩载荷时将会产生加工硬化，产生耐磨性，62. 20Mn2 钢渗碳之后是否能够直接淬火？为什么？ 答：不能，因 为 Mn 的存在使临界相变点 Ms 降低，在室温下会得到 比较多的残余奥氏体， 20Mn2 钢渗碳之后直接淬火

20、又会使其硬度降 低。63. 为 什么说 ZGMn13 型高锰钢淬火时可以获得全部奥氏体，而缓慢 冷却时可获得大量马氏体？答：因为Mn元素能扩大丫相区，提高淬透性，因此ZGMn13型高锰 钢淬火时可以获得全部奥氏体；64. 在使用性能上，工具钢和机械零件用钢有什么不同？65. 工具钢常常需要哪些性能？为什么？66. 分析比较：T9和9SiCr:a) 为什么 9SiCr 的淬火温度比 T9 高？答：因为9SiCr中Si、Cr形成的合金碳化物比较稳定，必须在高 温下才能将其溶解。b) 直径3040mm的9SiCr在油中淬火可以淬透，相同直径的 T9 为何不行？答：因为9SiCr钢由于Si、Cr的作用提高了淬透性，在油中淬火 可以淬透。而T9没有这些合金元素淬透性比较低，只能用水淬火。c) T9制造的刀具刃部受热到200250C，其硬度和耐磨性迅速 下降，9SiCr制造的刀具刃部受热到230250C，硬度仍不低 于60HRC,耐磨性能良好可正常使用，为什么？答：9SiCr由于Si、Cr的存在提高了回火稳定性，而 T9没有这些合金元素回火稳定性较差。d）为什么9SiCr