参考版--常用金属材料显微组织观察-_图文

1、常用金属材料的显微组织观察一、实验目的1.观察各种常用合金钢,有色金属和铸铁的显微组织。2.分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。二、金属材料的显微组织观察及分析1.几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同,可分为三种:合金元素总量小于 5%的称为 低合金钢;合金元素为 510%的称为中合金钢;合金元素大于 10%的称为高 合金钢。1一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素,铁 碳相图发生一些变动,但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质 的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同, 差别只是在于合金元素都使 C 曲线右移 (除 C

2、o 外 ,即以较低的冷却速度可获得 马氏体组织。 40Cr 钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。 GCrl5钢 (轴承 钢 840油淬低温回火试样的显微组织,与 T12钢 780水淬低温回火试样的显 微组织也是一样的,都得到回火马氏体+碳化物十残余奥氏体组织。图 1、 16Mn-淬火 -x400 16Mn 钢属于碳锰钢,碳的含量在 0.16%左右。 16Mn 钢的合金含量较少,焊接性良 好,焊前一般不必预热。加入合金元素锰,使 C 曲线右移,在淬火处理后,组织为马 氏体组织。但由于 16Mn 钢的淬硬倾向比低碳钢稍大,所以在低温下(如冬季露天作 业或在大刚性、大厚度结构上焊接时,为防止出现冷

3、裂纹,需采取预热措施。1图 2、 16Mn-正火 -x400 16Mn 属于低碳钢,碳含量 <0.16%,正火后组织为 F+S。在 400倍显微镜下, 索氏体基本上不可分辨。16Mn 钢是目前我国应用最广的低合金钢。广泛应用于各种板材、钢管。图 3、 65Mn-等温淬火 -40065Mn ,锰提高淬透性,但 Mn 含量过大会导致过热现象。特性:经热处理后的综合力学性能优于碳钢, 65Mn 钢板强度、硬度、弹性和 淬透性均比 65号钢高。但有过热敏感性和回火脆性。2 应用:用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条,也可制作弹簧环、 气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。图

4、 4、等温淬火 -30CrMnSi-x400 30CrMnSi是高强度调质结构钢。组织形貌,保持马氏体位向的回火索氏体, 并出现极少量的铁素体。特性:具有很高的强度和韧性,淬透性较高,冷变形塑性中等,切削加工性能 良好。有回火脆性倾向,横向的冲击韧性差。焊接性能较好,但厚度大于 3mm 时, 应先预热到 150 ,焊后需热处理。一般调质后使用。用途:多用于制造高负荷、高速的各种重要零件,如齿轮、轴、离合器、链轮、 砂轮轴、轴套、螺栓、螺母等,也用于制造耐磨、工作温度不高的零件,变载荷的 焊接构件,如高压鼓风机的叶片、阀板以及非腐蚀性管道管子图 5、 GCr15-x400 GCr15是滚动轴承钢

5、,是一种常用的高铬轴承钢,具有高的淬透性,热处理 后可获得高而均匀的硬度。 GCr15经淬火回火处理后,组织为马氏体 +残余奥氏体 +碳化物。特性:综合性能良好 . 球化退火后有良好的切削加工性能 . 淬火和回火后硬度高而 且均匀,耐磨性能和接触疲。劳强度高,热加工性能好。含有较多的合金元素,价 格比较便宜。但是白点敏感性强,焊接性能较差。用途:用于制作各种轴承套圈和滚动体。例如:制作内燃机、电动机车、通用 机械 , 以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈。除做滚珠、轴承 套圈等外,有时也用来制造工具,如冲模、量具。图 6、 Cr15-上贝 +M-x400性能:冷变形塑形高,焊接

6、性良好,在退火状态下可切削性甚好应用:这种钢主要用来制造工作速度较高而断面不大 (30mm ,但心部要求较 高强度及韧性而表面耐磨的渗碳零件,如齿轮、凸轮、滑阀、活塞、衬套、曲柄销、 活塞销、活塞环、联轴节、轴、轴承圈等。此外,这种钢也可以用作低碳马氏体淬 火钢,用来制造对变形要求不严、但要求强度、韧性的零件。图 7、铸态 -2GMn13-x400高锰钢 (high manganese steel是指含锰量在 10%以上的合金钢。性能:高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成,有时还含有少 量的磷共晶。碳化物数量多时,常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很 脆,无法使用,需要

7、进行固溶处理。用途:高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材,应用领域包括采石、采矿、 挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。图 8、水韧处理 -2GMn13-x400 水韧处理:碳化物数量多时,常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢 很脆,无法使用,需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理,即将钢 加热到 10501100 ,保温消除铸态组织,得到单相奥氏体组织,然后水淬,使此 种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高,所以此种热处 理方法也常称为水韧处理。用途:水韧处理后,碳化物减少,高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材, 应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工

8、业、铸造和钢铁行业等。42 高速钢是一种常用的高合金工具钢,高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化 物和马氏体或屈氏体组成。 莱氏体沿晶界呈宽网状分布, 莱氏体中的碳化物粗大, 有骨架状,不能靠热处理消除,必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组 织是由索氏体和碳化物所组成的。高速钢优良的热硬性及高的耐磨性,只有经淬火及回火后才能获得。它的淬 火温度较高, 为 12701280, 以使奥氏体充分合金化, 保证最终有高的热硬性。 淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。由于 淬火组织中存在有较大量 (2530% 的残余奥氏体,一般都进行三次

9、约 560的 回火。经淬火和三次回火后,高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥 氏体 (23%(图 4 。图 9、铸态 -W18Cr4V-x400 W18Cr4V 。因为它含有大量合金元素,使铁碳相图中的 E 点大大向左移,以 致它虽然只含有 0.70.8%的碳,但也已经含有莱氏体组织,所以称为莱氏体 钢。成分特点:(1高碳:含碳量高,以获得高碳马氏体,与碳化物形成元素等 形成碳化物,细化晶粒,增大耐磨性。 (2 W :主要用于提高钢的热硬性。 (3 Cr :可以提高钢的淬透性和耐磨性。(4 V :细化奥氏体晶粒;可以提高耐磨 性、热硬性。W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、 碳化物

10、片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱 氏体,以及黑色组织 (偏析 和白色组织 (马氏体和残余奥氏体 。高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀,而且热处理也不能改变,因而必须进行压力加工,将粗大 的共晶碳化物打碎,并使其均匀分布,然后再用以制造各种刃具及模具。图 10、高速钢 -铸态 x400 高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。 其中莱氏体由合金碳化 物和马氏体或屈氏体组成。 莱氏体沿晶界呈宽网状分布, 莱氏体中的碳化物粗大, 有骨架状,不能靠热处理消除,必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组 织是由索氏体和碳化物所组成的。图 11、高速钢 -淬火 x400 物 高速钢优良的热硬性及高

11、的耐磨性,只有经淬火及回火后才能获得。它的淬 火温度较高, 为 12701280, 以使奥氏体充分合金化, 保证最终有高的热硬性。 淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。图 12、高速钢 -淬火回火 -x400 由于淬火组织中存在有较大量 (2530% 的残余奥氏体, 一般都进行三次约 560的回火。经淬火和三次回火后,高速钢的组织为回火索氏体、碳化物和少 量残余奥氏体 (23% 。有时为了方便,节约成本,可通过正火处理。 图 13、高速钢 -退火 x400 退火后,组合更加均匀。退火的目的是消除应力,降低硬度,使显微组织均匀,便于淬火。退火温度一般为 860880

12、 。高速钢性:具有高硬度、高耐磨性和高耐热性。高速钢用途:用于制造各种切削工具。如车刀、钻头、滚刀、机用锯条及要求 高的模具等。3不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种,大都 属于高合金钢,例如应用很广的 1Crl8Ni9即 18-8钢。它的碳含量较低,因为碳不 利于防锈;高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素;镍除了进一步提高耐蚀能力以 外,主要是为了获得奥氏体组织。这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体 +(Cr, Fe 23C 6。为了提高耐蚀性以及其它性能,必须进行固溶处理。为此加热到 10501150,使碳化物等全部溶解,然后水冷,即可在室温下获得单一的奥氏 体组织。

13、但是 1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的,不稳定的,当钢使用 时温度到达 400800的范围或者从较高温度,例如固溶处理温度下冷却较慢 时, (Cr, Fe 23C 6会从奥氏体晶界上析出,造成晶间腐蚀,使钢的强度大大降低。 目前,防止这种晶间腐蚀的途经有两条:一是尽量降低碳含量,但有限度;二是 加入与碳的亲和力很强的元素 Ti , Nb 等。因此出现了 1Crl8Ni9Ti 、 0Crl8Ni9Ti 等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。图 14、 (固 -不锈钢 -x100 腐蚀性好强度高,因而薄板使用的可能性大耐高温氧化及强度高,因此能够抗火灾 常温加工,即容易塑性加工因为

14、不必表面处理,所以简便、维护简单清洁,光洁度高焊接性能好。用途:广泛。提高不锈钢性能通常采取的措施:(1获得单相均匀的金属组织,避免 产生原电池作用;(2加入合金元素提高金属基体的电极电位; (3加入合金 元素在金属表面形成致密保护膜 ;(4防止晶间腐蚀的产生2.几种常用有色金属的显微组织1铝合金 应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类。 依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。 铝硅合金是应用最广泛的一种铸造铝合金,典型的牌号为 ZLl02,含硅 1113%, 从 Al-Si 合金相图可知, 其成分在共晶点附近,因而具有优良的铸造性能, 即流动性能好

15、, 产生铸造裂纹的倾向小。 但铸造后得到的组织是粗大针状的硅晶 体和 固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体。 粗大的硅晶体极 脆, 因而严重地降低了合金的塑性和韧性。 为了改善合金性能, 可采用变质处理。 即在浇注前在合金液体中加入占合金重量 23%的变质剂(常用 NaF+ NaCl的钠 盐混合物。由于钠能促进 Si 的生核,并能吸附在硅的表面阻碍它长大,使合金 组织大大细化同时使共晶点右移, 而原合金成分变为亚共晶成分, 所以变质处理 后的组织由初生 固溶体和细密的共晶体 (+Si组成。共晶体中的硅细小,因 而使合金的强度与塑性显著改善。图 15、铝 -未变 -x400 铸态下显

16、微组织由由粗大针状硅晶体和 固溶体(亮白色所组成的共晶体以 及初细小的初晶硅构成, 这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性和韧性。 为了提高硅铝明的力学性能, 通常需要对其进行变质处理, 即在浇注前向 820850合金溶液中加入占合金重量 23%的变质剂。图 16、铝 -铸态(变质 -x400 变质处理后的组织由初生 固溶体枝晶 (白亮 及细的共晶体(黑色组成, 由于共晶中的硅呈细小的圆形颗粒,因而合金的强度和塑性显著提高。图 17、实效板材 -x400 时效:淬火后得到的铝合金过饱和固溶体在一定的温度下随时间的增长而分解, 导致合金的强度和硬度升高的现象。实质是沉淀强化相从过饱和固溶体中析出

17、好和 长大。白色 (Al 基体上分布着黑色 CuAl2 及 Al2CuMg 强化相质点。2 铜合金 最常用的铜合金为黄铜 (Cu-Zn合金 及青铜 (Cn-Sn合金 图 18、 Cu-相 -x400 由铜 -锌合金相图可知,少于 36%Zn 的黄铜中组织为单 相固溶体,这种黄铜 称为 黄铜或单相黄铜。单相黄铜 H70经变形及退火后,其 晶粒呈多边形,并 有大量退火孪晶.单相黄铜具有良好的塑性,可进行各种冷变形。图 19、 H62-铸态 -x400 图 20、 H62-退火 -x400图 21、 H62-+-铸态 -x400 含 3645%Zn 的黄铜具有 +两相组织,称为双相黄铜。双相黄铜 H

18、62的显 微组织中, 相呈亮白色, 相为黑色。 相是以 CuZn 电子化合物为基的有序固溶 体,在低温下较硬较脆,但在高温下有较好的塑性,双相黄铜可以进行热压力加 工。性能:单相黄酮耐蚀性和室温塑性好,强度低,适宜进行冷变形加工。双相 黄铜室温塑性较差,需要加热到高温进行热加工。用途:H62被誉为“商业黄铜”,广泛应用于制作水管、油管、散热器垫片 及螺钉等。图 22、铝青铜 -铸态 -x400 铝青铜是铜和铝形成的合金,含铝量一般不超过 11.5%,有时还加入适量的铁、 镍、锰等元素,以进一步改善性能。含铝量较少的铝青铜可采用淬火或回火等热处 理手段进行强化。性能:铝青铜可热处理强化,其强度比

19、锡青铜高,抗高温氧化性也较好。 有较 高的强度 良好的耐磨性。强度高,冲击韧性好,疲劳强度高,受冲击不产生火花, 在大气,海水,碳酸及多数有机酸溶液中耐蚀性很高。用途:用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等,和耐磨的零部件。最 突出的特点就是其良好的耐磨性。3轴承合金 巴氏合金是轴承合金中应用较多的一种。 锡基巴氏合金含 83%Sn 、 11%Sb 和 6%Cu 。按照 Su-Sb 合金相图,合金的组织中主要有以 Sb 溶 于 Sn 中的 固溶体为软基体和以 Sn-Sb 为基的有序固溶体 相为硬质点。同 时,为了消除由于 相比重小而易上浮所造成的比重偏析,在合金中特地加 入 Cu 形成 C

20、n 6Sn 5。 Cn 6Sn 5在液体冷却时最先结晶成树枝状晶体,能阻碍 上浮, 因而使合金获得较均匀的组织。图 10所示为巴氏合金的显微组织,暗黑色基 体为软的 相,白色方块为硬的 相,而白色枝状析出物则为 Cn 6Sn 5,它也起 硬质点作用。这种软基体硬质点混合组织能保证轴承合金具有必要的强度、 塑性和韧性,以及良好的抗振减磨性能等等。图 23、铅基轴承合金 -x400 铅基轴承合金 , 又称铅基巴氏合金。一种以铅和锑为基的轴承合金。其室温组 织为软基体 固溶体(锑溶入铅中的固深体上分布着硬质点 相(铅溶入锑中的固 溶体 。部分针状为铜锑化合物(Cu2Sb 。为了提高强度、硬度和耐磨性

21、,通常加入 6%16%锡,为了防止比重偏析,常加入 1%2%铜。性能:铅基轴承合金是铅锑锡铜合金,它的硬度适中,磨合性好,摩擦系数稍 大,而韧性很低。用途:适用于浇注受震较小,载荷较轻或速度较慢的轴瓦。主要用于电缆、蓄 电池等。图 24、锡基轴承合金 -铸造 -x400 锡基轴承合金以元素 Sn为基础, 加入少量锑和铜组成的合金 (WSb =11%, WCu =6%,是一种软基体硬质点类型的轴承合金。显微组织中暗黑色的为软基体 相,是 Sb 在 Sn 中的固溶体;白色块状为硬质 点 ' 相,是以 SbSn 为基的有序固溶体;组织中亮白色针状及星形就是 Cu3Sn 或 Cu6Sn5化合物

22、 '相,也其硬质点作用。性能:摩擦系数小,硬度适中,韧性较好,并有很好的磨合性,抗蚀性和导热 性。用途:主要用于高速重载荷条件下工作的轴瓦 .图 25、锌基合金 -x400 相 锌基轴承合金, 常用牌号 ZznA110-5和 1.5%铜、 9%铝,余量为锌。其室温组织为软基体 固溶体上分布着硬质点 相。性能:具有一定的力学性能和优良的耐磨性,但硬度较高,摩擦系数较大,线 膨胀系数较大。用途:主要用作压强低于 2000Pa 、圆周线速率低于 3m/s的金属切削机床、压力 机、起重机、轧机的轴承。图 26、 Tc4-退火 -x400 钛合金 TC4材料的组成为 Ti-6Al-4V , (+

23、双相钛合金。白色条状为 固溶体,条间黑色为 固溶体。 具有良好的综合力学机械性能。比强度大。钛合 金分三种, 钛合金的切削加工性最好, +钛合金次之, 钛合金最差。 钛合金代 号为 TA , 钛合金代号为 TB , +钛合金代号为 TC 。性能:TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和 焊接性,低温性能好等一系列优点。用途:在航空航天、石油化工、造船、汽车,医药等部门都得到成功的应用。3.铸铁的显微组织依照结晶过程中石墨化程度的不同,铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口 铸铁。白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨,即全部碳均以渗碳体的形式存在; 灰口铸铁中没有莱氏体,碳主要以

24、石墨的形式存在。因此,灰口铸铁的组织是由 钢基体和石墨所组成,其性能也完全由基体和石墨两方的特点来决定。麻口铸铁 的组织介于白口和灰口之间。 白口和麻口铸铁由于存在莱氏体, 具有较大的脆性, 在工业上较少应用。在灰口铸铁中,由于石墨的强度和塑性几乎等于零,可以把这种铸铁看成是 布满裂纹或空洞的钢。所以其抗拉强度与塑性远比钢低。且石墨数量越多,尺寸 越大或分布越不均匀,则对基体的削弱割裂作用越大,铸铁的性能也就越差。 根据石墨化第三阶段发展程度的不同,灰口铸铁有三种不同的基体组织,即 铁素体、珠光体+铁素体和珠光体。铁索体基体的铸铁韧性最好,而以珠光体为 基体的铸铁的抗拉强度最高。决定铸铁性能的

25、组织因素主要在石墨方面,其次是基体。按照石墨的形状等特点,铸铁大致分以下几种;1灰口铸铁 一般灰口铸铁中石墨呈粗大片状。在铸铁浇注前往铁水中加 入孕育剂增多石墨结晶核心时,石墨以细小片状的形式分布,这种铸铁叫做孕育 铸铁。一般灰口铸铁的基体可以有铁素体和珠光体十铁素体、珠光体等三种。孕 育铸铁的基体多为珠光体。图 27、 灰口铸铁的石墨分布 (未腐蚀 -x400 图 28、灰口铸铁的组织(F -x400 铁素体 图 29、灰口铸铁的组织(P -x400 图 30、灰口铸铁的组织 显微组织:珠光体 +铁素体 +片状石墨,力学性能差解决方法:孕育处理。 由于在铸造之前向铁液中加入了孕育剂 (也称变

26、质剂 , 因此结晶时石墨晶核数目增多,石墨片尺寸变小,更为均匀的分布在基体中。 性能:灰铸铁有一定的强度,但塑性和韧性很低;有良好的减震性;有良好的 润滑性能;还有良好的导热性能;并且还有良好的铸造性能,其流动性能良好,铸 件不易产生开裂;较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能。用途:有良好的减震性,用灰铸铁制作机器设备上的底座或机架等零件时, 能有效地吸收机器震动的能量。 铸造结构复杂的铸件和薄壁铸件, 如汽车的汽缸体、 汽缸盖。2球墨铸铁 在铁水中加入球化剂,浇注后石墨呈球形析出,因而大大 削弱了对基体的割裂作用, 使铸铁的性能显著提高。 球墨铸铁的组织主要有铁 素体基体和珠光体基体两种。图

27、 31、球墨铸铁的组织(未腐蚀 -x400 图 32、球墨铸铁的组织(F -x400 图 33、球墨铸铁的组织(P -x400 图 34、球墨铸铁的组织(P+F -x400 球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨,有效地提高了铸铁的机械性 能,特别是提高了塑性和韧性,从而得到比碳钢还高的强度。性能:高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或 低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。用途:应用于负荷较大受力复杂的零件,如 P 基球铁应用于汽车,拖拉机的曲轴、连杆、凸轮等。还应用于大型水压机的工作缸、缸套及活塞。 F 基 的球铁用于制造受压阀门,汽车后桥壳等。3 可锻铸铁 可鍛铸铁又称展

28、性铸铁, 它是由白口铸铁经石墨化退火处理而得到。其中的石墨呈团絮状,也显著地减弱了对基体的割裂作用,因而使 铸铁的机械性能比普通灰口铸铁有明显的提高。 可锻铸铁分铁素体基体和珠光 体基体两种,但铁素体基体的可锻铸铁应用较多。图 19、 20为铁素体基体和珠 光体基体的可锻铸铁显微组织。图 35、可锻铁铸的组织(未腐蚀 -x400 -x100 图 36、可锻铸铁的组织( 图 37、可锻铁铸的组织(P -x400 可锻铸铁:白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理,改变其金相组织或成 分而获得的有较高韧性的铸铁。性能:由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状,对基体的割裂作用较小 , 因此它的力学 性能比灰铸铁

29、高,塑性和韧性好,但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基 体组织不同,其性能也不一样,其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性,而珠光 体可锻铸铁具有较高的强度,硬度和耐磨性。应用:黑心可锻铸铁的强度、硬度低,塑性、韧性好,用于载荷不大、承受 较高冲击、振动的零件。珠光体基体可锻铸铁因具有高的强度、硬度,用于载荷 较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件。 如石油管道、炼油厂管道和商用及民 用建筑的供气和供水系统的管件。图 38、铸态 -高磷铸铁 -x400 珠光体 +片状石墨 +磷共晶。基体为片状珠光体,灰色片状为石墨,白色棱 角状为磷共晶。磷共晶沿晶界分布,形似网孔。高倍放大,可以看到二元、

30、三 元磷共晶形态。前面已指出,铸铁的基体既然是钢,所以照理铸铁和钢一样可以进行热处 理。但一般来说,灰口铸铁由于石墨的割裂作用太大,改善基体对性能提高的 作用有限,所以热处理的作用较小。但是对于球墨铸铁,热处理则是很有实际 意义的,球墨铸铁常常可以通过正火、调质和等温淬火等来进一步提高各种机 械性能。三 、 部 分 试 样 的 处 理 方 法 四 、思考题1.合金钢与碳钢比较组织上有什么不同,性能上有什么差别,使用上有什 么优越性 ?答:合金钢是在碳钢合金中特意加入一些合金元素所获得的钢。按合金元素质 量分数不同可分为低合金钢 (合金元素低于 5% 、中合金钢 (合金元素 5%1 O% 、 高

31、合金钢 (合金元素大于 10% ,还有其他的分类方法。对于低合金钢由于加入合金 元素较少,铁碳相图虽发生了一些变动,但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组 织并没有太大区别,低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的 不同。但因加入了合金元素使 C 曲线右移 (Co除外 ,所以在相同的冷却速度下,会 出现不同的金相组织,合金钢更容易获得马氏体。合金钢与碳钢比较,在淬透性、力学性能、回火稳定性等方面得到改善,还可提 高钢的抗氧化性、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损等方面的性能。由于合金钢的强度 提高了,在使用时可降低材料的使用量,减轻重量,降低成本。不同的合金钢可以 应用于高温、腐蚀、磨损等

32、场合使用。2.为什么工业上的大构件 (如大型发电机转子 和小型工件 (如小板牙 都必 须采用合金钢制造 ?答:大型发电机组中的汽轮机转子工作环境恶劣,要承受扭转应力、弯曲应力、 热应力,还要承受振动产生的附加应力和冲击载荷等,而且在高温工作,还要考虑 材料的抗蠕变性能、抗腐蚀性能,等等。因此对转子材料要具有良好的综合机械性 能、强度高,韧性好。在钢中加入一些合金元素可以提高材料的性能,满足产品要 求。如加入 Cr 、 Mo 、 V 元素,可以提高钢的淬透性增加钢的强度,还可以提高钢的 热强性,耐高温、抗腐蚀。所以都要选用合金钢制造才能符合使用要求。小板牙是低速切削、形状复杂的刃具,要求高硬度、

33、高耐磨性,还要求一定强韧性。在钢中加入 Cr、W、Mn 等元素，使钢的淬透性和耐磨性大大提高，耐热性和 韧性也有所改善。而且加入了合金元素后，淬透性增加，油冷时就可得到马氏体， 有利于减小变形，保证尺寸。所以选用合金钢制造才能符合使用要求。 3轴承钢为什么要用铬钢 ?为什么对其中的非金属夹杂的限制要特别严格 ? 答: 铬能提高淬透性，形成合金渗碳体 ，呈细密、均匀分布，提高钢的 耐磨性，特别是疲劳强度，因此轴承钢以铬作为基本合金元素。轴承钢中非金属夹 杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能，尤其是对接触疲劳强度影响很大，因为夹杂 物往往是接触疲劳破坏的发源点，其危害程度与夹杂物的类型、数量、大小、形

34、状 和分布有关。因此，轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。 4高速钢 (W18Cr4V 的热处理工艺是怎样的 ?有何特点 ? 答：W18Cr4V高速钢的优良的热硬性和高的耐磨性只有经淬火及回火后才能获得。 由于高速钢中的碳化物类型多、结构复杂，淬火温度对碳化物的溶解有很多影响， 较低时，有的碳化物不能溶解，影响硬度和红硬性。较高时M6C型碳化物转变成稳 定的MC型碳化物，沿奥氏体晶界扩展成网状，造成对高速钢性能的破坏，而且还会 影响晶粒度及残余奥氏体的含量，影响强度和韧性。 为了获得良好的力学性能和高的红硬性， 需选择合理的淬火温度， W18Cr4V高速 钢的淬火温度一般选择在12701280。 淬火后的组织为马氏体+碳化物+较大量的残 余奥氏体，残留奥氏体约有30。所以还要进行回火处理，使残余奥氏体转变为回 火马氏体。在550570回火时，钢的硬度、强度、塑性均有提高，析出特殊碳化物， 产生二次硬化，达到硬度和强度的最大值。回火温度一般为560，因残余奥氏体量 很多，一次回火处