材料结构与性能复习题答案(仅供参考)

1、1 钢分类的方法有哪几种钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素中强碳化物形成元素钢的分类方法有5 种： 1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V中强碳化合物形成元素：W,Mo2 合金钢的主要优点是什么常用以提高钢淬透性的元素有哪些强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些提高回火稳定性的元素有哪些合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够

2、韧性和塑性。提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W3 解释下列现象：（ 1 ）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（ 2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（ 3）含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（ 4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。1） 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。2）由于合金钢中含有较多的碳化

3、物形成元素如，Cr、W Mo Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。因此，合金钢具有较高的回火稳定性。3） 按照金相组织来看，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为 %、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。4）由于高速钢的合金元素含量高，C 曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬 透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。4有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通碳素钢节约钢材15%,简要解释

4、原因。低合金高强度钢是在碳素工程钢基础上加入少量合金元素(Mn,Si,Ti,Nb,V,Al 等)形成的，以此获得较好的塑性，韧性， 焊接性能，性能的提高使得在相同的工程条件要求下大大降低了钢材的使用量。16Mn 属于低合金高强度结构钢，这类钢适应大型工程结构，减轻结构重量，提高使用的可靠性及节约钢材，因此与碳素钢相比可以节省15%材料。5 试比较 45 钢与 40Cr 钢的应用范围，以此说明合金元素Cr 在调质钢中的作用。45 钢属优质碳素结构钢，大量的模具生产会用到，做模具钢使用。40Cr 钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节；经淬火及中温回火后用于制造承受

5、高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在 25mmA下的零件，如蜗杆；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如套筒；此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。Cr 能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。6 说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成分、最终热处理及组织、性能特点。渗碳钢：一般都是低碳钢，碳的质量分数一般在%范围，主要合金元素有Ni,Cr,Mn 等。最终热处理是淬火加低温回火。通常渗碳表面是高碳回火

6、马氏体和细小的碳化物，因而具有很高的硬度和耐磨性，非渗碳表面和基体部分(心部)依钢的淬透性大小分别为经受回火的低碳马氏体和低碳马氏体加贝氏体，也可以是屈氏体，这些组织使基体具有更好的强硬度与韧塑性。调质钢：一般是中碳钢，碳的质量分数一般在%范围，加入合金元素有Cr,Mn,Si,Ni,B 等，还会加入少量抑制回火脆性的合金元素Mo,W最终热处理是淬火加高温回火。采用 500°C600° C 回火，获得回火索氏体，有高塑性，高韧性及一定强度；采用200° C250° C 回火，获得回火马氏体，或者采用450。C左右回火，获得回火屈氏体，具有很高强度和适当塑性

7、和韧性。弹簧钢：碳含量一般很高在%范围，通常加入Si,Mn 作为合金元素，还加入 Cr,W,V,Nb 等元素以克服硅镒弹簧钢的不足。冷成型后的弹簧钢需要进行200。C400。C低温回火以去除应力；热成形后的弹簧钢进行淬火加中温回火，得到回火屈氏体，具有一定的冲击韧性，较高的弹性极限，屈强比和最高的疲劳强度。轴承钢：碳含量一般很高在%范围，属于过共析钢，主加合金为Cr, 还加入 Si,Mn,V 等进一步提高淬透性。最终热处理是淬火加回火。轴承钢在使用条件下显微组织是回火马氏体基体上分布的细小碳化物颗粒，并含有少量残余奥氏体，具有高的强度，硬度，耐磨性好且具有较高的疲劳寿命。7 说明下列牌号钢的大

8、致化学成分、合金元素的主要作用、用途及最终热处理工艺：20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn GCr1520CrMnTi:渗碳钢，通常为含碳量为 % %勺低碳钢，还含有硅 % %镒%H %专意% %A及微量 S,P 等元素。Cr,Mn,Ti 等元素的复合作用使得淬透性较高，Ti 还能降低热敏感性，晶粒长大倾向小。主要用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。最终热处理工艺是先正火，然后淬火加低温回火。40CrNiMo:调质钢，含碳量- %铭-%馍% %电目%- %A及微量的S,P等元素。Cr,Ni,Mo等元素的复合作用大大提高了钢的淬透性，提高回火稳定性，使晶粒细

9、化。主要用于高强零件如航空发动机轴、轴类、齿轮、紧固件等。最终热处理工艺为淬火加高温回火。60Si2Mn:弹簧钢，含碳量 % % 含硅%- %含镒%- %A及微量的S, P等元素。加入 Si,Mn的目的是提高淬透性，强化铁素体，大大提高弹性极限。主要用于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。最终热处理工艺是淬火加中温回火。GJ15:轴承钢，含碳量唳%铭%A及Mn,Si等元素。加入 Cr,Mn等提高钢的淬透性，适量的 Si 还能

10、明显的提高钢的强度和弹性极限。主要用于制作各种轴承套圈和滚动体。最终热处理工艺是淬火加低温回火。8 工具钢分几类低合金工具钢与碳素工具钢相比有何优点何谓二次硬化何谓红硬性提高红硬性的主要元素是什么各举出12个碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的典型钢种，简要说明合金元素的作用。 按用途分：刃具钢，模具钢和量具钢三类；按化学成分分：碳素工具钢，合金工具钢和高速钢三类。低合金工具钢是在碳素工具钢中加入Si、M Cr、W V等合金元素的钢，低合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高。二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度的现象。红硬性：指材料在经过一定温度

11、下保持一定时间后，能保持其硬度的能力。加入W M。Cr、V可以显著提高红硬性。碳素工具钢：T8Mn,合金Si,Mn等的加入使得钢的淬透性好，韧性较好，有适当的硬度。合金工具钢：9SiCr,合金Si,Cr等的加入使得钢的淬透性较高，切屑寿命提高。高速钢：W18Cr4V Cr的加入使得钢的淬透性提高，W,V的加入提高了耐磨性与热硬性。9高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火在560 c回火是否是调质处理高速钢淬火加热后的奥氏体中含有大量碳和合金元素，Ms和Mf点显著降低，淬火后钢中保留大量残余奥氏体，影响尺寸稳定性。在 560。C一次回火不能使所有残余奥氏体转变成马 氏体，为了尽量多的消除高速

12、钢残留奥氏体，通常要在560。C进行三次回火，每次回火1小时，经过三次回火后残余奥氏体降到1%-2%560。C回火不是调质处理。10为什么Cr能提高金属的腐蚀抗力常用的含Cr量是多少C对钢的耐腐蚀性能有何影响当Cr加入铁中形成固溶体时，固溶体的电极电位随Cr含量增加呈突变式变化（n/8规律），当固溶体中含铭量分别达到摩尔比1/8 , 2/8 n/8时，固溶体的电极电位突然显著提高，腐蚀则跳跃性的显著减弱。常用的含铭量在13%A上。C含量增加，钢的耐腐蚀性能降低。11 1Cr13钢和 J12钢中的含铭量都大于 现1J13属于不锈钢，而CN2钢不属于不锈钢， 说明原因。Cr12中含碳量很高达到%l

13、 %虽然Cr含量达到了 但是碳含量提高会使得钢的耐腐蚀性能降低，一般不锈钢含碳量较低，不会超过% 1Cr13的含碳量小于%属于马氏体不锈钢。12讨论题：C及合金元素 Mn Cr、Si、Ni、W Mo V、Ti、B等在钢中一般主要有哪些作C： 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低, 碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性, 碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力。Mn： ；强烈增加钢的淬透性, 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂, 能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；细化珠光体提高珠光体钢强度的作用。Cr：铭在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性，提高材料表面的耐

14、磨性。含量超过12%t使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。 可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。Si ：硅能提高钢的硬度和强度，但含硅超过3%时 , 将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比, 以及疲劳强度和疲劳比等。硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向，使磁化容易，磁阻减小，使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。硅因有强的脱氧力，从而减小了铁的磁时效作用。含硅的钢在氧化气氛中加热时提高钢在高温时的抗氧化性。硅能降低钢的焊接性能。硅还是良好的脱氧剂。Ni: 高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。W：细化晶粒，大大提高淬透性 ，不降低塑性，提高韧性、强度、热稳定性、硬度、耐磨性 ， 提高回火稳定性。Mo： 能提高淬透性和热强性，防止回火脆性