金属材料学作业含参考答案（大学期末复习资料）

1、绪论、第一章、第二章 1、通常钢中的P、S控制钢的质量，按质量等级碳素钢、合金钢可分为那些等级？优质合金钢的P、S含量如何控制？ 答：普通质量钢：（P、S0.045）优质钢（P、S0.035）高级优质钢（P、S0.030） 特级优质钢（P 0.025 S0.020）控制：S：焦炭带入，焦炭水洗可降硫，Mn脱硫;P矿石带入；优质合金钢P，S 40CrMn 40Cr 40CrNiMo 8、为什么W、Mo、V等元素对珠光体转变阻止作用大？而对贝氏体转变影响不大？答：因为珠光体相变是扩散型的相变，在相变过程中合金元素本身也需要扩散，而且合金元素W、Mo、V是碳化物形成元素，碳化物形成元素扩散是控制环节

2、，因而对珠光体转变阻止作用大。 贝氏体转变是半扩散型相变，相变发生在较低温度区间，合金元素与Fe原子几乎不能进行扩散，只有C原子能进行短距离的扩散，脱溶析出碳化物。因此合金元素对贝氏体转变的影响，主要取决于合金元素对C扩散速度的影响。9.为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举二例说明合金元素复合作用的机理。 1.提高性能，如淬透性；2.扬长避短，合金元素能对某些方面起积极作用，但往往还有些副作用，为了克服不足，可以加入另一些合金元素弥补，如Si-Mn（Si容易脱碳,Mn容易粗化，组合后都消失了），Mn-V（Mn有过热倾向而V减弱了Mn的有害作用，Mn降低了碳的活度使VC熔点降低，获得较好淬透

3、性和回火稳定性）;3.改善碳化物的类型和分布，某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式和位置，从而提高钢的性能，如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。10.合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？ 多元复合加入淬透性高，成倍增加，V在高温下溶入固溶体时增加淬透性，反之如以碳化物存在时降低合金含量，降低淬透性。后者2元合金化淬透性较高。11.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条

4、件下才能表现出来” ？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用）合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以是较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。除AlCo外，合金元素都降低Ms

5、，残余奥氏体增多，使钢材硬度降低，塑性提高。合金元素还能减缓钢的回火转变过程，特别是碳化物形成元素阻碍碳化物聚集长大，提高组成相的弥散度，从而提高强度。强碳化物形成元素还可以产生沉淀强化，阻止和消除第二类回火脆性。综上所述，合金元素本身可以形成碳化物或固溶体来提高钢材强度，但通过热处理可以改变其大小分布，相变强化更明显。也就是说，合金元素与碳钢的强度差异。主要不在于合金元素本身的固溶、降低共析温度、提高奥氏体的稳定性来强化细化组织，更重要的还在于通过热处理过程产生沉淀强化和细晶强化，提高淬透性和回火稳定性等显著提高合金钢的组织性能。强度与碳钢相同时冲击韧性却大大提高，冲击韧性与碳钢相同时，强度

6、却大大提高。12.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？ 1）细化晶粒、组织 如Ti、V、Mo； 2）提高回火稳定性 如强K形成元素 Mo，V； 3）改善基体韧度 Ni ； 4）细化K 适量Cr、V，使K小而匀 ；Ti 5）降低回火脆 性 W、Mo ； 6）在保证强度水平下，适当降低含C量，提高冶金质量。 7）通过合金化形成一定量残余奥氏体13. 钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化工艺都采用淬火回火？固溶强化：溶质原子溶入基体金属中形成固溶体能强化金属。晶界强化：金属晶粒越细，晶界越多，阻碍位错运动的作用也越大，从而导致屈服点的提高。第二相强化：分为沉淀强化和弥散强化，共同特点是第二相对位错

7、的阻碍作用。位错强化：位错的数量与组态对钢塑变抗力的影响。淬火回火充分利用了细晶强化，位错强化，第二相强化和固溶强化四种机制。14.试解释含Mn稍高的钢易过热；而含Si的钢淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷变形加工。Mn在-Fe中可形成无限固溶体，扩大奥氏体区，使A1点降低，因而含Mn稍高的钢易过热；Si是缩小区元素，提高A1 、A3，减缓了形成，因而含Si的钢淬火加热温度应稍高；Si本身非碳化物形成元素，溶入基体，引起点阵畸变，固溶强化，降低钢的冷塑性变形性能力，所以冷作硬化率较高，不利于冷变形加工。15.什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？合金元素溶入基体后，与晶

8、体缺陷产生交互作用，使这些合金元素发生偏聚或内吸附，使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度，这种现象称为内吸附现象。机理：从晶体结构上来说，缺陷处原子排列疏松、不规则，溶质原子容易存在；从体系能量角度上分析，溶质原子在缺陷处的偏聚，使系统自由能降低，符合自然界最小自由能原理。从热力学上说，该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。影响因素：温度：随着温度的下降，内吸附强烈；时间：通过控制时间因素来控制内吸附；缺陷类型：缺陷越混乱，畸变能之差越大，吸附也越强烈；其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有优先吸附的问题；点阵类型：基体的点阵类型对间隙原子有影响16.试

9、述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。置换固溶体的形成的规律：决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.Ni、Mn、Co与y-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，即无限固溶；Cr、V与-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，形成无限固溶体；Cu和-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大有限固溶；原子半径对溶解度影响：R8%，可以形成无限固溶；15%，形成有限固溶；15%，溶解度极小。间隙固溶体形成的规律：间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸；间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置

10、；间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大；同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在-Fe中的溶解度高于-Fe。17.什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？与工程有关的材料均称为工程材料按照性能可以分成：1结构材料：以力学性能为主兼具一定的物理、化学性能的材料。2功能材料：特殊的物理、化学性能（点、光、磁、热等功能）按照化学成分分：金属材料（黑色金属材料、有色金属材料），陶瓷材料（氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷），高分子材料（橡胶、塑料、合成纤维），复合材料（金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物（树脂）基复合材料）18. 合金元素在钢中的分布或存在的形式有哪几种？1）形成非金属

11、夹杂物（如氧化物、氮化物和硫化物等），2）溶入固熔体，3）形成碳化物，4）自由存在，5）金属间化合物19.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢？碳钢： 小于0.25%为低碳钢 0.3%-0.6%为中碳钢 大于0.6%为高碳钢合金钢：小于5%为为低合金钢 5%-10%为中合金钢 大于10%为高合金钢20.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题1）杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界； 形成网状或片状化合物,晶界强度，导致第二类回火脆性。 高于第二类回火脆性温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制杂质元素扩散。2）B的偏聚有利于改善晶界强度，抑制其他元素偏聚；微量B在

12、晶界吸附时，抑制Fe相形核，从而增加奥氏体稳定性，提高钢淬透性。但不使贝氏体转变曲线右移，正火可以得到贝氏体。21.钢中常见的合金元素有：C、N、Mn、Ni、Cu、Co、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、VW、Mo、Cr、Al、Si等，回答下列问题：（1）上述哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？奥氏体形成元素:Ni Mn Co C N Cu铁素体形成元素：Cr V Mo W Ti B Nb Zr（2）哪些元素能与Fe形成无限固熔体？哪些元素能与Fe形成无限固熔体？与-fe无限固溶：Cr V 与-fe无限固溶：Ni Mn Co(3)上述元素哪些是碳化物形成元素?哪些是非碳化物形成元素?如何鉴

13、别他们与碳的亲和力大小或强弱?请按由强到弱将他们排列。它们均位于元素周期表Fe以左，填满d层电子，次电子层越不满，形成碳化物越稳定。碳化物强排序：Ti Zr Nb V Mo W Cr Mn Fe非碳化物：Ni、Si、Al、Cu(4)分析上述元素对FeC相图临界点A1，A3及S、E点影响。凡是扩大相区元素均使S.E点向左下方移动，A1下降 A3下降凡是封闭相区元素均使S.E点向左上方移动，A1上升 A3上升22淬火钢在回火时，碳化物形成元素，非碳化物形成元素以及硅元素对马氏体分解有何不同影响？K形成元素阻止M分解；非K形成元素低温不扩散，阻碍M分解；Si1450MPa，S1200MPa，6%。热

14、处理工艺是92020油淬，47010回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用？如可以代用，热处理工艺如何调整？答：可以代用，因为25MnSi钢为低碳马氏体钢，经适当的热处理后能获得与调质钢相当的性能。工艺调整：25MnSi钢与45MnSiV 相比不含V元素，但同样含有Mn，过热敏感性增大，因而要降低淬火加热温度与 45MnSiV相比，25MnSi钢淬透性较低，油淬应改成用盐水淬火为获得所要求的力学性能应采用低温回火6.弹簧钢的主要性能要求是什么？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.50.75之间？答：弹簧是利用其弹性变形来吸收和释放外力，所以要求弹簧钢有高的弹性极限及弹性减退抗力好

15、，较高的屈强比；为防止在交变应力作用下发生疲劳和断裂，弹簧应有高的疲劳强度和足够的塑性和韧度；为保证弹性极限和整体强度应具有足够的淬透性。 含碳量在0.50.75%的范围是为了保证经淬火和中温回火后具有足够的弹性减退抗力，另一方面，足够的碳可以和合金元素形成碳化物，提高中温回火强度。但过多的碳，会形成过多碳化物，疲劳性能变差。7.有些普通弹簧冷卷成形后为什么要进行去应力退火？车辆用板簧淬火后，为什么要用中温回火？答:为了消除冷变形后的残余应力，减小工件变形开裂倾向，应进行去应力退火。 中温回火的目的是使弹簧得到回火屈氏体 ，获得一定的冲击韧度，较高的弹性极限，屈强比和最高的疲劳强度。8.为什么

16、板簧不能强化后成形？而线径很细的弹簧不能用热成形后强化？答：因为板簧的尺寸大，若先进行强化，再用冷成型方法成形，则会在工件内残余应力，需要再进行退火处理消除，这样就增加了工艺的复杂性和加工成本。线径很细的弹簧在加热状态下，强度低，难于成形，应该先强化再成形。9.直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削，为什么？答:因为40CrNiMo钢中含有Cr，Ni，Mo几种合金元素，能很好的提高钢的淬透性，使钢在正火状态下就能得到较多的马氏体，大大提高合金的硬度（40CrNiMo钢正火后硬度在400HBS以上）因而难以切削。10.钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的

17、切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过什么样的热处理，得到什么样的金相组织？答：钢硬度在170-230HB切削性能最好，对于组织来说P:F=1:1较佳，不同含C量的钢得到较好的切削性，其预热处理不同：0.1%C淬火，0.5%C正火，0.8%C退火，0.8C球化退火中碳钢：正火 F+S高碳钢：正火+球化退火+退火 P+粒状K11.用低淬钢制作中小模数的中高频感应加热淬火齿轮有什么优点？答：不改变表面化学成分，表面硬化而心部仍保持较高的韧性，表面局部加热，零件淬火变形小，加热速度快，可消除表面脱碳和氧化现象，在表面形成残余压应力，提高疲劳强度，小齿轮得到沿轮廓分布硬化层。 12.滚动轴承钢常含有哪些合金

18、元素？各起什么作用？为什么含Cr量限制在一定范围？答：合金元素：Si,Mn,Mo,Cr作用：Cr：提高硬度，耐磨性 Mo:提高淬透性 Si：提高淬透性，耐磨性和提高疲劳寿命 Mn:提高淬透性，弹性极限和冷加工性含Cr量过高会导致钢残余奥氏体增加，尺寸稳定性和均匀性变差，降低韧性，Cr含量过低碳化物形成较少，不利于硬度和耐磨性的提高。13.滚动轴承钢原始组织中碳化物不均匀性有哪几种情况？应如何改善或消除？答：液析碳化物：高温扩散退火，一般在1200进行扩散退火即可消除带状碳化物：长时间退火网状碳化物：控制终轧或终锻温度，控制轧制后冷速或正火14. 高锰耐磨钢有什么特点？如何获得这些特点？在什么情

19、况下适合使用这类钢？特点：高碳、高锰。铸件使用。铸态组织一般是奥氏体、珠光体、马氏体和碳化物复合组织，力学性能差，耐磨性低，不宜直接使用。经过水韧处理（即固溶处理）后的显微组织是单相奥氏体，软而韧。广泛应用于承受大冲击载荷、强烈磨损的工况下工作的零件。15.一般说S元素在钢中的有害作用是引起热脆性，而在易切削钢中为什么又能有意地加入一定量的S元素？因为S在钢中与铁生成化合物FeS，FeS与铁形成共晶体（Fe+FeS)，其熔点较低。当钢进行轧制或锻造时会出现热脆现象，所以硫的含量不得超过0.05%易切削刚主要用于在自动机上加工生产量大、受力不大的零件，所以适当提高硫的含量，增加钢的脆性，有利于在

20、切削时形成断裂切屑，从而提高切削效率和延长刀具的寿命。16. 20Mn2钢渗碳后是否适合于直接淬火？为什么？不适于直接淬火，因为Mn是奥氏体形成元素，降低钢的温度，促进晶粒长大，直接淬火时晶粒过大，得不到想要的硬度和强度，脆性过大。17. 某精密镗床主轴用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮铣床主轴选择了20CrMnTi制造，某普通车床主轴材料为40Cr钢。试分析说明它们各自应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点（不必写出热处理工艺具体参数）。38CrMoAl钢采用调质处理加渗氮处理，形成（Fe4N）、（Fe3-2N）相，合金氮化物，共格关系，弥散强化。表面硬度高，耐磨性好，咬死和擦伤倾

21、向小，疲劳性能高、缺口敏感性低、耐蚀性高。20CrMnTi钢采用渗碳后降温直接淬火低温回火，获得组织为心部，表层M回+K+A，较高耐磨性和强韧度，特别是低温韧度较好。40Cr钢采用调质处理，获得，具有强度、塑性和韧性的良好配合。18. 试述微合金非调质钢的成分、组织、性能特点。成分：在碳钢中加入Ti、Nb、V、N等微合金化元素。组织：主要是F+P+弥散析出K；性能特点：Ti、Nb、V等微量元素以相间析出的形式起沉淀强化的作用，同时又细化了组织，在不经调质处理的条件下达到或接近调质钢的力学性能，即强度高、韧性好。20弹簧钢为什么要求淬火后进行中温回火?为什么有的弹簧钢要在热处理后进行表面喷丸处理

22、?弹簧钢一般为较高含碳量的碳素钢和合金钢。经淬火和中温回火后得到回火屈氏体的最终组织。钢在淬火后不同温度回火时力学性能不同，但弹性极限e以在400左右(对应组织为回火屈氏体)达到峰值。此时钢的微观和宏观内应力已大量消除。表面喷丸目的是使其表面强化并形成残余压应力，减少表面缺陷的不良影响，提高疲劳强度。第四五章1. 分析比较T9和9SiCr：（1）为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高？答：为了让9SiCr钢中的合金元素全部溶入奥氏体中。（2）直径为3040mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透？为什么？答：不能，因为9SiCr中Si和Cr提高了淬透性，9SiCr比T9钢

23、淬透性好，因而相同尺寸的材料9SiCr能在油中淬透。（3）T9钢制造的刀具刃部受热到200250，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr钢制造的刀具，其刃部受热至230250，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作，为什么？答：因为9SiCr中Si，Cr提高了回火稳定性，在250回火时仍能保持60HRC。而T9回火稳定性较差，200-250时会出现软化，耐磨性、硬度均下降。（4）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具？Cr、Si的加入提高了淬透性并使钢中碳化物细小均匀，使用时刃口部位不易崩刀；Si抑制低温回火时的组织转变非常有效，所以该钢的低

24、温回火稳定性好，热处理是的变形也很小。缺点是脱碳敏感性比较大。因此，如果采用合适的工艺措施，控制脱碳现象，适合制造圆板牙等薄刃工具。2.高速钢（W18Cr4V）的A1点温度在800左右，为什么常用的淬火加热温度却高达1280？答： 高速钢淬火的目的是获得高合金度的奥氏体，淬火后得到高合金马氏体，具有高的回火稳定性，在高温回火时弥散出合金碳化物而产生二次硬化，使钢具有高硬度和红硬性。高速钢的合金碳化物比较稳定，尤其是 W，Mo，V等碳化物只有加热到1100以上才能全部溶解于奥氏体，以保证红硬性。3.有一批W18VCr4V钢制钻头，淬火后硬度偏低，经检验是淬火加热温度出了问题。淬火加热温度可能会出

25、现什么问题？怎样从金相组织上去判断？答：淬火加热温度可能出现过热、过烧或欠热等问题。若金相组织晶粒粗大，晶界上有网状碳化物，则说明出现过热；若出现鱼骨状共晶莱氏体组织和黑色组织，说明出现过烧；若晶粒特别细小，碳化物未溶解，说明出现欠热。4.Crl2MoV是冷作模具钢，如要求具有较高的强度和韧性，采用什么样的热处理工艺?如要求具有高的红硬性及二次硬化效果应采取什么样的热处理工艺?答：低温淬火和低温回火可以得到细小晶粒，获得较好的强韧性，称为一次硬化法；在1050-1100+500多次回火，热硬性较好。提高红硬性和二次硬化效果。5.为减少Cr12MoV钢淬火变形开裂，只淬火到200左右就出油，出油

26、后不空冷，立即低温回火，而且只回火一次。这样做有什么不好？为什么？答：200回火导致钢的马氏体转变不完全，残余奥氏体较多，只进行一次回火，残余A量较多，热硬性较差。6.如果想选择W18Cr4V钢作为冷作模具钢使用，热处理工艺应该如何选择，为什么?高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都有很高的红硬性，能否作为热作模具使用？为什么 W18Cr4V锻造后，低的淬火温度加热让合金元素尽量少固溶于奥氏体，淬火后碳化物弥散析出，有利于保持较高的韧性。不适合作热模钢，主要是韧性太差，易开裂7.在高速钢中，合金元素W、Cr、V的主要作用是什么？W：钨是钢获得红硬性的主要元素。主要形成M6C型K，回火时析出W2C

27、；W强烈降低热导率钢导热性差Cr 加热时全溶于奥氏体，保证钢淬透性 ，大部分高速钢含4Cr 。增加耐蚀性，改善抗氧化能力、切削能力。V 显著提高红硬性、提高硬度和耐磨性，细化晶粒，降低过热敏感性。以VC存在。8高速钢的铸态组织是什么?正常淬火回火后的组织是什么?高速钢的铸态组织很复杂，一般为鱼骨状莱氏体，黑色的共析体及白色的马氏体和残余奥氏体所组成。淬火后得到马氏体和残余奥氏体+K。回火后从马氏体和残余奥氏体中析出合金碳化物。9.高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火？因为残余奥氏体转变为马氏体是在回火冷却过程中进行的。因此，在每次回火

28、后，都要空冷至室温，再进行下一次回火。否则，容易产生回火不足的现象（回火不足是指钢中残余奥氏体未完全消除）。不能:因为高速钢合金元素多而导致残余奥氏体多，淬火后的组织是马氏体+残余奥氏体，第一次回火使得马氏体回火变成为回火马氏体，而残余奥氏体转变为马氏体，这部分马氏体却在第一次回火中没有得到回火，因此，高速钢一次回火不能使所有的残余奥氏体转变成为马氏体。由于多次回火可以较完全消除奥氏体以及残余奥氏体转变成为马氏体时产生的应力，必须多次回火，一般3次。10.用18WCr4V钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达1280，淬火后

29、为什么要经过三次560回火？能否用一次长时间回火代替？工艺路线: 锻造十球化退火切削加工淬火+多次560回火喷砂磨削加工成品热处理工艺：球化退火:高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为球状珠光体。淬火和回火:高速钢的优越性能需要经正确的淬火回火处理后才能获得。淬火温度高（1220-1280）的原因是：合金元素只有溶入钢中才能有效提高红硬性，高速钢中大量的W、MO、Cr、V 的是难熔碳化物，它们只有在1200以上才能大量地溶于奥氏体中，使奥氏体中固溶碳和合金元素含量高，淬透性才会非常好；淬火后的马氏体才会强度高，且较稳定，所以淬

30、火加热温度一般为1220-1280。由于高速钢合金元素多，使其导热性差，传热速率低，淬火温度要高（1220-1280）。淬火加热时，必须进行一次预热(800-850)或两冷预热(500-600、800-850)，而冷却多用分级淬火，高温淬火或油淬。正常淬火组织为马氏体+粒状碳化物+（20-30%）残余奥氏体。为了减少残余奥氏体，稳定组织，消除应力，提高红硬性，高速钢要进行多次回火。第一次回火后约剩15%18%残余奥氏体，第二次回火降到3%-5%残余奥氏体，经过第三次回火后残余奥氏体才基本转变完成。高速钢回火后组织为:极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体(=215MPa15：优质碳素

31、结构钢，含碳量约为0.15%T7：碳素工具钢，含碳量约为0.70%T10A：碳素工具钢，高级优质钢，含碳量约为1.0 %08F：低合金结构钢，08：含碳量0.08%，F：沸腾钢Y40Mn：易切削钢，含碳量约为0.40 %，Mn含量小于1.5%13.指出下列钢的类别、主要特点及用途：Q215A.F：普碳钢，屈服强度=215MPa，质量等级为A级，沸腾钢，塑性好，可轧制成钢板，钢筋，钢管等Q255-B：普碳钢，屈服强度=255MPa，质量等级为B级，塑性好，可轧制成钢板，钢筋，钢管等10钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.10%，用于制造机器零件45钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.45%，用于制造

32、机器零件65钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.65 %，用于制造机器零件T12A钢：碳素工具钢，高级优质钢，含碳量约为1.2 %，用于制造刀具、量具、模具等14.材料库中存有：42CrMo、GCr15、T13、60Si2Mn。现要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。T13，锉刀：热处理方法有：预备热处理：球化退火、正火、最后热处理：淬火+低温回火。M回+K+A42CrMo，齿轮，850油淬+560回火；回火索氏体。GCr15，连杆，球化退火+淬火、回火；隐晶马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体。60Si2Mn，螺栓，淬火+中温回火；回火屈氏体。

33、15.下列是什么钢，钢中合金元素的主要作用，使用状态?T10A，9SiCr，9Mn2V，CrWMn，5Cr2W8V，Cr12MoV，5CrNiMo，W6Mo5Cr4V2，4Cr5MoSiV6Cr4W3Mo2WNb(65Nb)T10A，A等级的碳素工具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体；9SiCr低合金工具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，Cr：提高淬透性，强度硬度。Si：提高淬透性，强度硬度。9Mn2V，低合金工具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，Mn：提高淬透性，强韧性。V：细化晶粒，耐磨。CrWMn，低合金工具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，

34、Mn：提高淬透性，强度。Cr：提高淬透性，强度硬度。W：提高耐磨性。5Cr2W8V，热作模具钢。回火索氏体，W：提高耐磨，回火稳定性。Cr：提高钢的高温强度，淬透性，抗变形磨损能力，抗热疲劳和韧性。V：提高钢的高温强度，硬度和回火稳定性，细化晶粒。Cr12MoV冷作模具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，V：细化晶粒，耐磨。Cr：提高淬透性，强度硬度。Mo：提高淬透性，回火稳定性。5CrNiMo热作模具钢。回火索氏体，Cr：提高钢的高温强度，硬度和回火稳定性，抗变形磨损能力，抗热疲劳和韧性。提高淬透性，强化基体。Ni：提高钢的韧性。Mo：提高钢的高温强度，硬度和回火稳定性，防止第二类

35、回火脆性。W6Mo5Cr4V2高速工具钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，W：提高耐磨、红硬性，提高回火稳定性，产生弥散强化。Mo：提高耐磨，红硬性，细化组织，提高强韧性。V：提高耐磨性，硬度，红硬性。细化晶粒，降低过热敏感性。Cr：提高淬透性和耐磨性，提高耐蚀性能减少粘刀，改善刀具切削能力。4Cr5MoSiV，热作模具钢。回火索氏体，Cr：提高钢的高温强度，硬度和热稳定性，抗变形磨损能力，抗热塑形变形能力，抗热疲劳和冲击韧性。高的淬透性，一定导热性。Mo：提高钢的高温强度，硬度和回火稳定性，消除回火脆性。Si：提高淬透性，强化基体，提高抗烧蚀能力。V：提高钢的高温强度，硬度和回火稳

36、定性，细化晶粒。6Cr4W3Mo2WNb(65Nb)基体钢。回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体，Cr：提高强度，淬透性，耐磨性。第六七章1、提高钢耐腐蚀性的方法有哪些？ （1）形成稳定保护膜，Cr、Al、Si有效。 （2）固溶体电极电位或形成稳定钝化区Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr是理想的。 （3）获得单相组织 Ni、Mn 单相奥氏体组织。 （4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。2.Cr、Mo、Cu元素在提高不锈钢抗蚀性方面有什么作用？Cr:提高固溶体电极电位，表面形成致密氧化膜Mo：提高钢在硫酸盐酸和某些有机酸中的耐蚀性及抗点蚀能力。Cu：提高钢在

37、硫酸中的耐蚀性3.比较F，M，A不锈钢的各自性能特点?F不锈钢：抗氧化性腐蚀，脆性大（475脆，相脆，晶粒粗大），多在退火软化态使用。M不锈钢：抗水等腐蚀，Cr13型有较大回火脆性，多在淬火回火强化态使用。A不锈钢：抗酸等强腐蚀，塑韧性好，有晶界腐蚀倾向，需要固溶处理，稳定化处理等。4铁素体不锈钢的主要缺点是脆性问题，主要有哪几种脆性，怎样产生的?高温脆性（925脆性）：高Cr铁素体钢，当加热到9001000以上，然后冷却到室温，会呈现严重的脆化，其抗蚀性急剧降低。原因：对含有较多间隙原子的铁素体不锈钢，从高温冷到室温时会在晶界处或位错上析出高Cr的碳化物或氮化物引起脆性。相析出：铁素体不锈钢

38、在550850长期停留，将从铁素体中析出相，相硬度大，析出时易变形，使钢变脆。相形成是缓慢的，温度越低形成速度越慢。已形成相而变脆的钢，在850以上保温时间不少于lh，则相会重新溶解，使钢的塑性，韧性恢复正常。475脆性：高Cr铁素体钢中，Cr15时，在400525温度范围长时间加热或在此温度范围内缓冷时，钢在室温下变得很脆，最高脆化温度在475左右，称为475脆性。原因：在475加热时，在铁素体内的Cr原子趋于有序化，形成许多富Cr小区域，它们与母相共格，引起点阵畸变和内应力，使钢的韧性降低强度升高。5什么是奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，防止方法有哪些?奥氏体的晶间腐蚀是由于在敏化温度450800

39、加热或时效过程中，沿晶界析出Cr23C6，引起奥氏体晶界附近贫Cr，使固溶体中Cr含量降至钝化所需极限含量以下引起的，是一种危害性很大的腐蚀破坏形式。防止方法：1固溶处理：经处理后成分均匀，但对大型形状复杂的工件有一定难度。2降低钢中的碳含量：晶界中不析出或析出少量Cr23C6，以防止晶界区域贫Cr和达到防止晶间腐蚀目的。3加Ti，Nb进行稳定化处理：使他们形成稳定的碳化物而不是Cr23C6。6什么是奥氏体不锈钢的稳定化处理?奥氏体不锈钢的稳定化处理是针对加钛和铌的l88奥氏体不锈钢而设计的一种热处理工艺。加钛和铌的目的是让钢中的钛和铌形成稳定的TiC和NbC，而不形成或形成少量的Cr23C6

40、，这样就可以防止188型钢的晶间腐蚀。只要将钢的温度加热到高于Cr23C6溶解温度，低于NbC的溶解温度，并在此温度保温几个小时再冷却至室温就可以实现，这种处理称之为稳定性处理。7AM沉淀硬化不锈钢的性能特点?含碳量低，在室温下主要是不稳定的奥氏体组织，因此有良好的塑性和压力加工性能，焊接性能。既具备奥氏体不锈钢好的切削性能又具备马氏体不锈钢高的强度。8.下列是什么钢种?钢中合金元素的作用?使用状态组织?1Cr17Ti，2Cr13，4Cr13，9Cr18， 1Cr17Ni2，1Crl8Ni9Ti，00Crl8Ni10， 1Crl8Ni12Mo2Ti，1Crl8Mn10Ni5N。1Cr17Ti，

41、铁素体不锈钢，F+碳化物，Cr提高钢的钝化性能。Ti：消除晶间腐蚀。2Cr13，马氏体不锈钢，M回，Cr提高钢的钝化性能。4Cr13，马氏体不锈钢，M回+碳化物，Cr提高钢的钝化性能。9Cr18，马氏体不锈钢，M回+碳化物，Cr提高钢的钝化性能。1Cr17Ni2，马氏体不锈钢，M回+碳化物，Cr提高钢的钝化性能。Ni：扩大区元素，加热至高温得到较多或完全的相，淬火回或后得M回。1Crl8Ni9Ti，奥氏体不锈钢，在188型基础上增加Ti和Ni。Ni是A形成元素。Ti：消除晶间腐蚀。00Crl8Ni10，奥氏体不锈钢，在188型基础上增加Ni，降低含碳量。Ni是A形成元素。1Crl8Ni12Mo

42、2Ti，奥氏体不锈钢，在188型基础上增加Ni、Mo、Ti提高钢的钝化性能，Ni是A形成元素。Ti：消除晶间腐蚀。Mo：提高钢在硫酸盐酸和某些有机酸中的耐蚀性及抗点蚀能力。1Crl8Mn10Ni5N，奥氏体不锈钢，在188型基础上增加Mn、N，提高钢的钝化性能。Mn、N：消除晶间腐蚀，是A形成元素，代替昂贵的Ni。第六章 共45道9.为什么低合金热强钢都用Cr、W、Mo、V合金化 作为合金元素加入的Cr、W、Mo、V 等四种元素可与碳结合形成特殊碳化物。这些特殊碳化物对珠光体热强钢的抗回火能力、回火后的硬度和热稳定性有很大的影响。因此在珠光体耐热钢中必须含有Cv、W、Mo、V 等元素。其中Cr

43、可以是提高钢的抗氧化性的主要元素，可以形成致密而稳定的Cr2O3，Mo可以提高低合金热强性，固溶强化，析出稳定相。V可以形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，增加热强性。W虽然能提高钢的热强性，但含 W 量过多使热疲劳性敏感性增高。 10.低碳珠光体热强钢在使用中组织不稳定性(使用中出现的主要问题)有哪些?1）珠光体的球化以及碳化物的聚集长大2）石墨化3）合金元素在固溶体和碳化物中的扩散和再分配11.F、M、A耐热钢中有哪一种钢的基体热强性好?为什么?奥氏体型耐热钢的基体热强性好。主要由以下两个原因-Fe晶体的原子结合力比-Fe大-Fe中的Fe以及其他元素原子的扩散系数小，再结晶温度高，再结晶

44、温度可达800以上，而-Fe再结晶温度为450-60012. 铁基合金按强化相可分哪几种类型?1）固溶强化型GH10152）碳化物时效强化型GH20363）金属间化合物强化型GH2130三类GH高温，第一个数字1：固溶强化型，第一个数字2：沉淀强化型13. 为什么以金属间化合物为强化相的铁基合金比以碳化物为强化相的铁基合金热强性好？所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属

45、间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。金属间化合物的能耐受较高的温度，并保持高的强度而碳化物则会在高温时发生分解，导致强化作用减弱甚至消失。14.在耐热钢的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素？哪些是奥氏体形成元素？说明其作用机理。抗氧化元素：Cr，可以形成附着性很强的致密的稳定的氧化膜Cr2O3。提高钢的抗氧化性。随着温度的升高，所需的Cr含量也增加。Al，也可以提高钢抗氧化性，但是铝会导致钢变脆，恶化工艺性能，故不能单独加入也不能加入过多Si，抗氧化性的辅助元素，但不能提高钢的热强性，Si超过百分之三的时候会导致塑形急剧降低，脆性大，促进石墨化。强化元素：Mo、W

46、,Mo能溶入基体起固溶强化的作用，能提高钢的再结晶温度，也能析出稳定相，从而提高热强性。但是Mo形成的氧化物MoO3熔点只有795，抗氧化性变差，W的作用和Mo类似Ti，Ni，V这些强碳化物形成元素可以形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性。当钢种有Mo， Cr时，能促进这些元素进入固溶体，提高高温强度。C，能强化钢，低温时钢的蠕变以滑移为主，碳有强化作用，高温下钢的蠕变以扩散塑形变形为主，碳促进了铁原子的自扩散，所以起到了不利的作用。奥氏体形成元素Ni，是奥氏体耐热钢的常用元素，Mn可以替代部分Ni。但是由于Ni不能提高铁素体的抗蠕变能力故珠光体和马氏体钢中很少用Ni15.为什么

47、锅炉管子用珠光体热强钢的C含量都较低（0.2）？有一锅炉管子经运行两年后，发现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想。1）珠光体耐热钢在高温下长期使用，都发生层片状珠光体球化和片状渗碳体的聚集长大。使钢的强度明显降低，完全球化后的持久强度比未球化的降低1/3左右。2）5CrMo锅炉钢 ：工作时发生P球G化，用久了“起瘤” 。加Cr Mo抗氧化，形成碳化物，可明显阻止渗碳体的球化。16.什么叫抗氧化钢？常用在什么地方？1）指的是在高温下迅速被氧化，但在氧化后能在金属表面形成一层连续而致密的，并能牢固附着在其表面的氧化薄膜，这层膜起保护作用使材料不再继续被氧化的钢。2）抗氧化钢用于工业炉的构件

48、、炉底板、炉罐等.17.下列零件和构件要求材料具有哪些主要性能？应选用何种材料（写出材料牌号）？应选择何种热处理？并制定各零件和构件的工艺路线。（1)大桥 性能：足够的强度和韧度，良好的焊接性和成型工艺性材料16Mn（Q345）热处理：热轧正火 工艺路线（2)汽车齿轮 性能；对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求高，材料20CrMnTi热处理二次淬火低温回火工艺路线：下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削加工（3)镗床镗杆 性能：要求较高硬度和耐磨性，整体要求好的综合机械性能材料：45热处理：调质、表面淬火低温回火 工艺路线：（4）汽车板簧 性能：高的屈服强度高的疲劳性能材料：60S

49、i2Mn热处理：淬火中温回火 工艺路线（5）汽车、拖拉机连杆螺 性能：栓能承受交变载荷作用，整个断面要求良好的强韧性 材料：45热处理：调质 工艺路线：（6）拖拉机履带板 性能：抗强烈冲击磨损 材料：ZGMn13热处理：水韧处理工艺路线（7）气轮机叶片性能：要求更高的蠕变强度、耐蚀性和耐腐蚀磨损性能材料：Cr12热处理：淬火低温回火。工艺路线： （8）硫酸、硝酸容器：性能：耐酸性腐蚀介质浸蚀 材料：1Cr18Ni9Ti热处理：固溶处理 工艺路线（9)锅炉 性能：足够的高温强度和联合的持久塑性；足够的抗氧化性和耐腐蚀性；组织稳定性要好；良好的工艺性能 材料：珠光体热强钢15CrMo 热处理：正火

50、加高温回火 工艺路线：（10)加热炉炉底板：同锅炉18.判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：T8、Q295、ZGMn13、20Cr、40Cr、20CrMnTi、4Cr13、15GCr、60Si2Mn、12CrMoV、12CrMoV、3Cr2W8、38CrMoAl、9SiCr、5CrNiMo、W18Cr4V、CrWMn、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2、Cr12。T8：碳素工具钢。常用的热处理方法有：预备热处理：球化退火、正火、除应力处理。最后热处理：淬火、回火。使用状态下的金相组织是：M回+粒状Fe3C+残余A20Cr：合金渗碳钢（低淬透性钢）。常用的热处理方

51、法有：为了改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬火加低温回火。热处理后表面渗碳层的组织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心部组织为低碳回火马氏体，为淬透时为铁素体十低碳回火马氏体。Q345：低合金结构钢。常用的热处理方法有：低合金结构钢一般在热轧或正火状态下使用，一般不需要进行专门的热处理。其使用状态下的显微组织一般为铁素体+P。有特殊需要时，如果为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。ZGMn13：耐磨钢。常用的热处理方法有：水韧处理（加 热到 100011000C，保温一定时间，在水中快速冷却。使用状态下的金相 组织是：单

52、相的奥氏体 40Cr：调质钢（低淬透性钢）。 常用的热处理方法有：调质钢零件的热处理主要是毛坯料的预备热处理 退火或正火 以及粗加工件的调质处理。调质后组织为回火索氏体。 20CrMnTi：合金渗碳钢（中淬透性渗碳钢）。 常用的热处理方法有：为了 改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理 一般是淬火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。热处理后表面渗碳层的组 织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部 淬透时心部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳回 火马氏体。 4Crl3：马氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：淬火+低温回火。 使用状态下

53、的金相组织是：回火马氏体。GCrl5：常用着轴承钢和量具钢。常用的热处理方法有：预备热处理： 锻造+正火+球化退火。最后热处理：淬火、低温回火。使用状态下的金相组织是：回火马氏体+粒状碳化物+少量的残余奥氏体。60Si2Mn：弹簧钢。常用的热处理方法有：淬火+中温回火。使用状态 下的金相组织是：回火托氏体。3Cr2W8V：常用着压铸模钢，属于过共析钢。常用的热处理方法有：淬火和回火。38CrMoAl：调质钢（中淬透性钢，氮化钢）。常用的预备热处理方法有：调质钢 零件的热处理主要是毛坯料的预备热处理(退火或正火)以及粗加工件的调质处理。调质后组织心部为回火索氏体，氮化表面为Fe4N+Fe3-2N

54、+M回。9CrSi：合金刃具钢，常用的热处理方法有：低合金工具钢的预备热处理通常是锻造后进行球化退火，目的是改善锻造组织和切削加工性能。最终热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+未溶碳化物+少量残余奥氏体。5CrNiMo：热模具钢。常用的热处理方法有：对热作热模钢，要反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。锻造后的预备热处理一般是完全退火，其目的是消除锻造应力、降低硬度，以便于切削加工。其最终热处理为淬火+高温(中温)回火，以获得回火索氏体或回火托氏体组织。Wl8Cr4V：高速钢。常用的热处理方法有：在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后

55、的组织为球状珠光体。经过三次回火后基本转变完成。高速钢回火后组织为极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体。Crl2MoV、CrWMn：冷作模具纲。常用的热处理方法有预备热处理是球化 退火。退火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。最终热处理一般是淬火+ 低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化物+少 量残余奥氏体。 1Crl8Ni9Ti：奥氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：固溶处理、 敏化处理、稳定化处理、消除相处理。Crl2冷作模具钢。属于莱氏体钢。常用的热处理方法有：预备热处理 是锻造+球化退火。退火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。最终热处理一般是淬火+低温

56、回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化物+少量残余奥氏体。19.提高耐热钢热强性的主要方法?基体强化：提高基体金属原子间的结合力，降低固溶体的扩散过程。熔点高，自扩散系数小能提高钢的再结晶温度的合金元素固溶于基体后都能提高钢的热强性。第二相沉淀强化：要求第二相稳定，不易聚集长大，能在高温下长期保持细小均匀的弥散状态，起到强化的效果。晶界强化：可用以下方法来强化：晶界强化，填充晶界空位，晶界沉淀强化。20.金属的强度是由晶界和晶内强度组成，如何提高耐热钢的晶界强度?1）净化晶界：杂质易偏聚在晶界，形成易熔夹杂物，晶界强度降低。加入稀土、B等化学性质比较活泼的元素，优先结合杂质，

57、形成高熔点化合物，异质晶核从晶界转入晶内，使晶界得到净化。2）填充晶界空位：晶界上空位多，原子易快速扩散。加入B等易偏聚晶界的元素，使得晶界上空位比晶内的大，并使体系能量降低，这样大大减弱了扩散过程，提高了蠕变抗力。21为什么随着温度的提高，时间延长的钢的强度要下降?随着温度的升高，钢的原子间结合力降低，原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由亚稳态向稳态过渡。如第二相的聚集长大，多相合金中的成分变化；晶粒和亚结构粗化及发生再结晶等这些因素都导致钢的强度的下降；温度越高时间越长晶界滑动和迁移就越明显，导致钢的强度下降越多。22.下列是什么钢?使用状态下的组织?15CrMo；12CrlMoV；4Cr

58、9Si2；15Cr11MoV；4Cr14Nil4W2Mo；4Cr25Ni20(HK40) ；0Cr15Ni26MoTi2AlVB(GH2l32) 。15CrMo：珠光体耐热钢中的锅炉钢管用钢。 珠光体+铁素体12CrlMoV：珠光体耐热钢中的锅炉钢管用钢。 珠光体+铁素体4Cr9Si2：马氏体耐热钢中的气阀钢。 马氏体15Cr11MoV：马氏体耐热钢中的叶片用钢。 马氏体4Cr14Nil4W2Mo：奥氏体耐热钢中的气阀钢。 奥氏体+碳化物4Cr25Ni20(HK40)：奥氏体耐热钢。 奥氏体+碳化物0Cr15Ni26MoTi2AlVB(GH2l32)：高温合金 ， 奥氏体+碳化物23.现有下列

59、钢号：(1)Q235；(2)W18Cr4V；(3)5CrNiMo；(4)60Si2Mn；(5)ZGMN13；(6)1Cr13；(7)Q295；(8)20CrMnTi；(9)9SiCr；(10)1Cr18Ni9Ti；(11)T12；(12)40Cr；(13)GCr15；(14)Cr12MoV；(15)12CrMoV。请按用途选择钢号：制造机床齿轮应选用（ 8 ）；制造汽车板簧应选用（ 4 ）；制造滚动轴承应选用（13 ）；制造高速车刀应选用（ 2 ）；制造桥梁应选用（ 1 ）；制造大尺寸冷作模具应选用（14 ）；制造耐酸容器应选用（ 10 ）；制造锉刀应选用（ 11 ）。第七章1.设计创制马氏体

60、时效钢的基本依据是什么？ 以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统高强度钢不同，它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。2.各类超高强度钢是在哪些钢的基础上发展起来的？各有什么优缺点？低合金超高强度钢：是由调质钢发展起来的，这类钢的优点是具有较高的强度和韧性，且合金元素含量低，成本低，生产工艺简单；缺点是有较大的脱碳敏感性，热处理后变形大，不易校直，而且焊接性也不太好。二次硬化型超高强度钢：热作模具钢的改型钢，这类钢的优点是淬透性高，过冷奥氏体稳定，耐热性好，具有较高的中温强度；主要缺点是塑韧性、焊接性和冷变形性较差。马氏体时效钢：铁镍基合金，这类