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1、金屬學(xué)課后答案第一章1.為什么說(shuō)鋼中的S、P雜質(zhì)元素在一般情況下總是有害的？答：S、P會(huì)導(dǎo)致鋼的熱脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，導(dǎo)致合金鋼的第二類高溫回火脆性，高溫蠕變時(shí)的晶界脆斷。S能形成FeS，其熔點(diǎn)為989，鋼件在大于1000的熱加工溫度時(shí)FeS會(huì)熔化，所以易產(chǎn)生熱脆；P能形成Fe3P，性質(zhì)硬而脆，在冷加工時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋而形成冷脆。2.鋼中的碳化物按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分為哪兩大類？各有什么特點(diǎn)？答：簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：硬度較高、熔點(diǎn)較高、穩(wěn)定性較好；復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：硬度較低、熔點(diǎn)較低、穩(wěn)定性較差。3.簡(jiǎn)述合金鋼中碳化物形成規(guī)律。答：當(dāng)rC/rM0.59時(shí)，

2、形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；當(dāng)rC/rM400，Me開(kāi)始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進(jìn)入析出的K中，其程度取決于回火溫度和時(shí)間。6.有哪些合金元素強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大？阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大有什么好處？答：Ti、Nb、V等強(qiáng)碳化物形成元素（好處）：能夠細(xì)化晶粒，從而使鋼具有良好的強(qiáng)韌度配合，提高了鋼的綜合力學(xué)性能。7.哪些合金元素能顯著提高鋼的淬透性？提高鋼的淬透性有何作用？答：在結(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能，滿足技術(shù)要求；另一方面，在淬火時(shí)，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的

3、變形與開(kāi)裂傾向。8.能明顯提高回火穩(wěn)定性的合金元素有哪些？提高鋼的回火穩(wěn)定性有什么作用？答：提高回火穩(wěn)定性的合金元素：Cr、Mn 、Ni、Mo、W、V、Si作用：提高鋼的回火穩(wěn)定性，可以使得合金鋼在相同的溫度下回火時(shí)，比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強(qiáng)度；或者在保證相同強(qiáng)度的條件下，可在更高的溫度下回火，而使韌性更好些。9.第一類回火脆性和第二類回火脆性是在什么條件下產(chǎn)生的？如何減輕和消除？答：第一類回火脆性:脆性特征：不可逆；與回火后冷速無(wú)關(guān)；斷口為晶界脆斷。產(chǎn)生原因：鋼在200-350回火時(shí)，F(xiàn)e3C薄膜在奧氏體晶界形成，削弱了晶界強(qiáng)度；雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界，降低了晶界的結(jié)合強(qiáng)

4、度。防止措施：降低鋼中雜質(zhì)元素的含量；用Al脫氧或加入Nb（鈮）、V、Ti等合金元素細(xì)化奧氏體晶粒；加入Cr、Si調(diào)整溫度范圍；采用等溫淬火代替淬火回火工藝。第二類回火脆性：脆性特征：可逆；回火后滿冷產(chǎn)生，快冷抑制；斷口為晶界脆斷。產(chǎn)生原因：鋼在450-650回火時(shí)，雜質(zhì)元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界，形成網(wǎng)狀或片狀化合物，降低了晶界強(qiáng)度。高于回火脆性溫度，雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散離開(kāi)了晶界或化合物分解了；快冷抑制了雜質(zhì)元素的擴(kuò)散。防止措施：降低鋼中的雜質(zhì)元素；加入能細(xì)化A晶粒的元素（Nb、V、Ti）加入適量的Mo、W元素；避免在第二類回火脆性溫度范圍回火。10.就合金元素對(duì)鐵素體力學(xué)性能、碳化物

5、形成傾向、奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向、淬透性、回火穩(wěn)定性和回火脆性等幾個(gè)方面總結(jié)下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答：Si：Si是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減小）Si是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Si鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；Si量少時(shí)，如果以化合物形式存在，則阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，從而細(xì)化A晶粒，同時(shí)增大了鋼的強(qiáng)度和韌性；Si提高了鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時(shí)，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開(kāi)裂傾向。Si提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； Si能夠防止第一類回火脆性。Mn:

6、Mn強(qiáng)化鐵素體，在低合金普通結(jié)構(gòu)鋼中固溶強(qiáng)化效果較好；（強(qiáng)度增加，韌性減?。㎝n是奧氏體形成元素，促進(jìn)A晶粒長(zhǎng)大，增大鋼的過(guò)熱敏感性；Mn使A等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性；Mn提高鋼的回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；Mn促進(jìn)有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼回火脆性的傾向。Cr：Cr是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減小）Cr是碳化物形成元素，能細(xì)化晶粒，改善碳化物的均勻性；Cr阻止相變時(shí)碳化物的形核長(zhǎng)大，所以提高鋼的淬透性；Cr提高回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；Cr促進(jìn)雜質(zhì)原子偏聚，增大回火脆性傾向；Mo:（W類似于Mo）是鐵素體形

7、成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減?。┦禽^強(qiáng)碳化物形成元素，所以能細(xì)化晶粒，改善碳化物的均勻性，大大提高鋼的回火穩(wěn)定性；阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化A晶粒，同時(shí)增大了鋼的強(qiáng)度和韌性；能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時(shí)，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開(kāi)裂傾向。能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或減輕鋼第二類回火脆性的有效元素。V:（Ti、Nb類似于V）是鐵素體形成元素，固溶強(qiáng)化效果顯著；（強(qiáng)度增加，韌性減?。┦菑?qiáng)碳化物形成元素，形成的VC質(zhì)點(diǎn)穩(wěn)定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性；阻止A晶粒長(zhǎng)大的作用顯著，細(xì)化A晶粒，同時(shí)增大了鋼的強(qiáng)度和

8、韌性；提高鋼的淬透性，消除回火脆性。Ni:是奧氏體形成元素，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，增大鋼的過(guò)熱敏感性；（強(qiáng)度增加，韌性增加）是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Ni鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；對(duì)A晶粒長(zhǎng)大的影響不大；能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時(shí)，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開(kāi)裂傾向。提高回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；促進(jìn)鋼中有害元素的偏聚，增大鋼的回火脆性?？偨Y(jié)：SiMnCrMoWVNiF的力學(xué)性能增加強(qiáng)度，減小韌性增加強(qiáng)度、韌性同上增加強(qiáng)度，減小韌性同上同上增加強(qiáng)度、韌性K形成傾向非K形成元素弱K形成元素中強(qiáng)K形成元素中強(qiáng)

9、K形成元素中強(qiáng)K形成元素強(qiáng)K形成元素非K形成元素A晶粒長(zhǎng)大傾向細(xì)化促進(jìn)阻礙作用中等阻礙作用中等阻礙作用中等大大阻礙影響不大淬透性增加增加增加增加增加增加增加回火穩(wěn)定性提高低溫回火提高提高提高提高提高影響不大回火脆性推遲低溫回脆，促進(jìn)高溫回脆促進(jìn)促進(jìn)大大降低降低降低促進(jìn)11.根據(jù)合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回火穩(wěn)定性、奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向、韌性和回火脆性等方面比較下列鋼號(hào)的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo答：淬透性：40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr （因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金

10、元素的復(fù)合作用更大。）回火穩(wěn)定性：40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr 奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向：40CrMn40Cr 40CrNi 40CrNiMo 韌性：40CrNiMo40CrNi40CrMn40Cr（Ni能夠改善基體的韌度）回火脆性：40CrNi40CrMn40Cr40CrNiMo（Mo降低回火脆性）12.為什么W、Mo、V等元素對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變阻止作用大，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大？答：對(duì)于珠光體轉(zhuǎn)變，不僅需要C的擴(kuò)散和重新分布，而且還需要W、Mo、V等K形成元素的擴(kuò)散，而間隙原子碳在A中的擴(kuò)散激活能遠(yuǎn)小于W、Mo、V等置換原子的擴(kuò)散激活能，所以W、Mo、V等K形成元素?cái)U(kuò)散是珠光體

11、轉(zhuǎn)變時(shí)碳化物形核的控制因素。V主要是通過(guò)推遲碳化物形核與長(zhǎng)大來(lái)提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性W、Mo除了推遲碳化物形核與長(zhǎng)大外，還增大了固溶體原子間的結(jié)合力、鐵的自擴(kuò)散激活能，減緩了C的擴(kuò)散。貝氏體轉(zhuǎn)變是一種半擴(kuò)散型相變，除了間隙原子碳能作長(zhǎng)距離擴(kuò)散外，W、Mo、V等置換原子都不能顯著地?cái)U(kuò)散。W、Mo、V增加了C在y相中的擴(kuò)散激活能，降低了擴(kuò)散系數(shù)，推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變，但作用比Cr、Mn、Ni小。13.為什么鋼的合金化基本原則是“復(fù)合加入”？試舉兩例說(shuō)明合金元素復(fù)合作用的機(jī)理。答：因?yàn)楹辖鹪啬軐?duì)某些方面起積極的作用，但許多情況下還有不希望的副作用，因此材料的合金化設(shè)計(jì)都存在不可避免的矛盾。合金元素有共

12、性的問(wèn)題，但也有不同的個(gè)性。不同元素的復(fù)合，其作用是不同的，一般都不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是相互補(bǔ)充，相互加強(qiáng)。所以通過(guò)合金元素的復(fù)合能夠趨利避害，使鋼獲得優(yōu)秀的綜合性能。例子：Nb-V復(fù)合合金化：由于Nb的化合物穩(wěn)定性好，其完全溶解的溫度可達(dá)1325-1360。所以在軋制或鍛造溫度下仍有未溶的Nb，能有效地阻止高溫加熱時(shí)A晶粒的長(zhǎng)大，而V的作用主要是沉淀析出強(qiáng)化。Mn-V復(fù)合：Mn有過(guò)熱傾向，而V是減弱了Mn的作用；Mn能降低碳活度，使穩(wěn)定性很好的VC溶點(diǎn)降低，從而在淬火溫度下VC也能溶解許多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。14.合金元素V在某些情況下能起到降低淬透性的作用，為什么？而對(duì)于

13、40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，為什么？答：釩和碳、氨、氧有極強(qiáng)的親和力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細(xì)化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)在高溫溶入固溶體時(shí)，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時(shí)，降低淬透性。15.怎樣理解“合金鋼與碳鋼的強(qiáng)度性能差異，主要不在于合金元素本身的強(qiáng)化作用，而在于合金元素對(duì)鋼相變過(guò)程的影響。并且合金元素的良好作用，只有在進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下才能表現(xiàn)出來(lái)”？16.合金元素提高鋼的韌度主要有哪些途徑？答：細(xì)化奧氏體晶粒-如Ti、V、Mo提高鋼的回火穩(wěn)定性-如強(qiáng)K形成元素改善基體韌度-Ni細(xì)化碳化物-適量的C

14、r、V降低或消除鋼的回火脆性W、Mo在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)降低含碳量，提高冶金質(zhì)量通過(guò)合金化形成一定量的殘余奧氏體17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼，其油淬臨界淬透直徑Dc分別為25-30mm、40-60mm、60-100mm，試解釋淬透性成倍增大的現(xiàn)象。答：在結(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。Cr、Ni、Mo都能提高淬透性，40Cr、40CrNi、40CrNiMo單一加入到復(fù)合加入，淬透性從小到大。較多的Cr和Ni的適當(dāng)配合可大大提高鋼的淬透性，而Mo提高淬透性的作用非常顯著。18.鋼的強(qiáng)化機(jī)制有哪些？為什么一般鋼的強(qiáng)化工藝都

15、采用淬火-回火？答：四種強(qiáng)化機(jī)制：固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和第二相彌散強(qiáng)化。因?yàn)榇慊?回火工藝充分利用了細(xì)晶強(qiáng)化,固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化這四種強(qiáng)化機(jī)制。 (1)淬火后獲得的馬氏體是碳在-Fe 中的過(guò)飽和間隙固溶體,碳原子起到了間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)。(2)馬氏體形成后，奧氏體被分割成許多較小的取向不同的區(qū)域，產(chǎn)生了細(xì)晶強(qiáng)化作用。(3)淬火形成馬氏體時(shí)，馬氏體中的位錯(cuò)密度增高，從而產(chǎn)生位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)。(4)淬火后回火時(shí)析出的碳化物造成強(qiáng)烈的第二相強(qiáng)化，同時(shí)也使鋼的韌性得到了改善。綜上所述：無(wú)論是碳鋼還是合金鋼，在淬火-回火時(shí)充分利用了強(qiáng)化材料的四種機(jī)制，從而使鋼的機(jī)械性能的潛力得到了充分的發(fā)

16、揮。所以獲得馬氏體并進(jìn)行相應(yīng)的回火是鋼的最經(jīng)濟(jì)最有效的綜合強(qiáng)化手段。19.試解釋40Cr13已屬于過(guò)共析鋼，而Cr12鋼中已經(jīng)出現(xiàn)共晶組織，屬于萊氏體鋼。答：因?yàn)镃r屬于封閉y相區(qū)的元素，使S點(diǎn)左移，意味著共析碳量減小，所以鋼中含有Cr12%時(shí)，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不銹鋼就屬于過(guò)共析鋼。Cr使E點(diǎn)左移，意味著出現(xiàn)萊氏體的碳含量減小。在Fe-C相圖中，E點(diǎn)是鋼和鐵的分界線，在碳鋼中是不存在萊氏體組織的。但是如果加入了12%的Cr，盡管含碳量只有2%左右，鋼中卻已經(jīng)出現(xiàn)了萊氏體組織。20.試解釋含Mn稍高的鋼易過(guò)熱；而含Si的鋼淬火加熱溫度應(yīng)稍高，且冷作

17、硬化率較高，不利于冷變形加工。答：Mn是奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，增大鋼的過(guò)熱敏感性；Si是鐵素體形成元素，提高了鋼的A1溫度，所以含Si鋼往往要相應(yīng)地提高淬火溫度。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。合金元素溶入基體，點(diǎn)陣產(chǎn)生不同程度的畸變，使冷作硬化率提高，鋼的延展性下降。21.什么叫鋼的內(nèi)吸附現(xiàn)象？其機(jī)理和主要影響因素是什么？答：合金元素溶入基體后，與晶體缺陷產(chǎn)生交互作用，使這些合金元素發(fā)生偏聚或內(nèi)吸附，使偏聚元素在缺陷處的濃度大于基體中的平均濃度，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)吸附現(xiàn)象。機(jī)理：從晶體結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，缺陷處原子排列疏松、不規(guī)則，溶質(zhì)原子容易存在；從體系能量角度上分析，溶質(zhì)原

18、子在缺陷處的偏聚，使系統(tǒng)自由能降低，符合自然界最小自由能原理。從熱力學(xué)上說(shuō)，該過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。影響因素：溫度：隨著溫度的下降，內(nèi)吸附強(qiáng)烈；時(shí)間：通過(guò)控制時(shí)間因素來(lái)控制內(nèi)吸附；缺陷類型：缺陷越混亂，畸變能之差越大，吸附也越強(qiáng)烈；其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有優(yōu)先吸附的問(wèn)題；點(diǎn)陣類型：基體的點(diǎn)陣類型對(duì)間隙原子有影響。22.試述鋼中置換固溶體和間隙固溶體形成的規(guī)律答：置換固溶體的形成的規(guī)律：決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子因素，無(wú)限固溶必須使這些因素相同或相似.Ni、Mn、Co與y-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子

19、結(jié)構(gòu)相似，即無(wú)限固溶；Cr、V與-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似，形成無(wú)限固溶體；Cu和-Fe點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，但電子結(jié)構(gòu)差別大有限固溶；原子半徑對(duì)溶解度影響：R8%，可以形成無(wú)限固溶；15%，形成有限固溶；15%，溶解度極小。間隙固溶體形成的規(guī)律：間隙固溶體總是有限固溶體，其溶解度取決于溶劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)和間隙元素的原子尺寸；間隙原子在固溶體中總是優(yōu)先占據(jù)有利的位置；間隙原子的溶解度隨溶質(zhì)原子的尺寸的減小而增大；同一溶劑金屬不同的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。23.在相同成分的粗晶粒和細(xì)晶粒鋼中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？24.試述金

20、屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)的思路答：金屬材料的使用，不僅要考慮產(chǎn)品的性能要求，更應(yīng)考慮材料在生命周期內(nèi)與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。將LCA方法應(yīng)用到材料設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的新概念，它要求在設(shè)計(jì)時(shí)要充分兼顧性能、質(zhì)量、成本和環(huán)境協(xié)調(diào)性，從環(huán)境協(xié)調(diào)性的角度對(duì)材料設(shè)計(jì)提出指標(biāo)及建議。盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素，即將枯竭性元素和對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體有害作用的元素。25.什么叫簡(jiǎn)單合金、通用合金？試述其合金化設(shè)計(jì)思想及其意義。答：簡(jiǎn)單合金：組元組成簡(jiǎn)單的合金系。設(shè)計(jì)化思想：通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)脑兀缓泻υ?、不含枯竭元素和控制熱加工工藝?lái)改變材料的性能。簡(jiǎn)單合金在成分設(shè)計(jì)上有幾個(gè)特點(diǎn)：合金組元簡(jiǎn)單，再生循環(huán)過(guò)程中容易分選；原

21、則上不加入目前還不能精煉方法除去的元素；盡量不適用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的合金元素。意義：不含對(duì)人體及生態(tài)環(huán)境有害的元素，不含枯竭性元素，并且主要元素在地球上的儲(chǔ)量相當(dāng)大，并且容易提取。所生產(chǎn)的材料既具有良好的力學(xué)性能，又有好的再生循環(huán)性。通用合金：是指通過(guò)調(diào)整元素含量能在大范圍內(nèi)改變材料性能，且元素?cái)?shù)最少的合金系。設(shè)計(jì)思想：合金的種類越多，再生循環(huán)就越困難。最理想的情況是所有金屬制品用一種合金系來(lái)制造，通過(guò)改變成分配比改變材料性能。意義：這種通用合金能滿足對(duì)材料要求的通用性能，如耐熱性、耐腐蝕性和高強(qiáng)度等。合金在具體用途中的性能要求則可以通過(guò)不同的熱處理等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)整成分配比開(kāi)發(fā)出性能更加優(yōu)

22、異、附加值更高的再生材料。26.與碳素鋼相比，一般情況下合金鋼有哪些主要優(yōu)缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)：晶粒細(xì)化、淬透性高、回火穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)：合金元素的加入使鋼的冶煉以及加工工藝性能比碳素鋼差，價(jià)格也較為昂貴。而且回火脆性傾向也較大。第二章 工程結(jié)構(gòu)鋼1.敘述構(gòu)件用鋼一般的服役條件、加工特點(diǎn)和性能要求。答：服役條件：工程結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)期受靜載；互相無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)受大氣（海水）的侵蝕；有些構(gòu)件受疲勞沖擊；一般在-50100范圍內(nèi)使用；加工特點(diǎn)：焊接是構(gòu)成金屬結(jié)構(gòu)的常用方法；一般都要經(jīng)過(guò)如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝。性能要求：足夠的強(qiáng)度與韌度（特別是低溫韌度）；良好的焊接性和成型工藝性；良好的耐腐蝕性；2.低碳鋼

23、中淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效的機(jī)理是什么？對(duì)構(gòu)件有何危害？答：構(gòu)件用鋼加熱到Ac1以上淬火或塑性變形后，在放置過(guò)程中，強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升，這種現(xiàn)象分別稱為淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效。產(chǎn)生的原因：C、N等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于位錯(cuò)等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。危害：在生產(chǎn)中的彎角、卷邊、沖孔、剪裁等過(guò)程中產(chǎn)生局部塑形變形的工藝操作，由于應(yīng)變時(shí)效會(huì)使局部地區(qū)的斷裂抗力降低，增加構(gòu)件脆斷的危險(xiǎn)性。應(yīng)變時(shí)效還給冷變形工藝造成困難，往往因?yàn)椴眉暨叧霈F(xiàn)裂縫而報(bào)廢。3.為什么普低鋼中基本上都含有不大于2.0%w(Mn)？答：加入Mn有固溶強(qiáng)化作用，每1%Mn能夠使屈服強(qiáng)度增加33MP

24、a。但是由于Mn能降低A3溫度，使奧氏體在更低的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體而有輕微細(xì)化鐵素體晶粒的作用。Mn的含量過(guò)多時(shí)，可大為降低塑韌性，所以Mn控制在2.0%。4.為什么貝氏體型普低鋼多采用0.5%w(Mo)和微量B作為基本合金化元素？答：鋼中的主要合金元素是保證在較寬的冷卻速度范圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織。當(dāng)Mo大于0.3%時(shí)，能顯著推遲珠光體的轉(zhuǎn)變，而微量的B在奧氏體晶界上有偏析作用，可有效推遲鐵素體的轉(zhuǎn)變，并且對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少。因此Mo、B是貝氏體鋼中必不可少的元素。5.什么是微合金化鋼？微合金化元素的主要作用是什么？答：微合金化鋼是指化學(xué)成分規(guī)范上明確列入需加入一種或幾種碳氮化物形成元

25、素的鋼中。作用：Nb、V、Ti單元或復(fù)合是常用的，其作用主要有細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化。微合金元素通過(guò)阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大和抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶這兩方面作用可使軋制后鐵素體晶粒細(xì)化，從而具有較好的強(qiáng)韌度配合。6.在汽車工業(yè)上廣泛應(yīng)用的雙相鋼，其成分、組織和性能特點(diǎn)是什么？為什么能在汽車工業(yè)上得到大量應(yīng)用，發(fā)展很快？答：主要成分： 0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.4%Mo，少量V 、Nb、Ti。（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）組織：F+M組織，F(xiàn)基體上分布不連續(xù)島狀混合型M（20%）。 F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中.性能特點(diǎn)：低s，且是連續(xù)屈服，

26、無(wú)屈服平臺(tái)和上、下屈服；均勻塑變能力強(qiáng)，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后s可達(dá)500700MPa。因?yàn)殡p相鋼具有足夠的沖壓成型性，而且具備良好的塑性、韌度，一定的馬氏體還可以保證提高鋼的強(qiáng)度。7.在低合金高強(qiáng)度工程結(jié)構(gòu)鋼中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它們的主要作用是什么？答：Nb、V、Ti單元或復(fù)合是常用的，其作用主要有細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化。微合金元素通過(guò)阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大和抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶這兩方面作用可使軋制后鐵素體晶粒細(xì)化，從而具有較好的強(qiáng)韌度配合。第三章3-1在結(jié)構(gòu)鋼的部頒標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)鋼號(hào)的力學(xué)性能都注明熱處理狀態(tài)和試樣直徑或鋼材厚度，為什么？

27、有什么意義？（ 這個(gè)實(shí)在不會(huì)也查不到，大家集思廣益吧！）3-2為什么說(shuō)淬透性是評(píng)定鋼結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)？結(jié)構(gòu)鋼一般要經(jīng)過(guò)淬火后才能使用。淬透性好壞直接影響淬火后產(chǎn)品質(zhì)量3-3調(diào)質(zhì)鋼中常用哪些合金元素？這些合金元素各起什么作用？Mn：淬透性，但過(guò)熱傾向，回脆傾向；Cr：淬透性，回穩(wěn)性，但回脆傾向； Ni:基體韌度， Ni-Cr復(fù)合淬透性，回脆 ；Mo：淬透性,回穩(wěn)性，細(xì)晶,回脆傾向；V：有效細(xì)晶，(淬透性) ，過(guò)熱敏感性。3-4機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼和工程結(jié)構(gòu)鋼對(duì)使用性能和工藝性能上的要求有什么不同？工程結(jié)構(gòu)鋼：1、足夠的強(qiáng)度與韌度（特別是低溫韌度）；2、良好的焊接性和成型工藝性；3、良好的耐腐蝕性；4

28、、低的成本 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼：1具有良好的力學(xué)性能不同零件，對(duì)鋼強(qiáng)、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求2具有良好冷熱加工工藝性 如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等3-5低碳馬氏體鋼在力學(xué)性能和工藝性上有哪些優(yōu)點(diǎn)？在應(yīng)用上應(yīng)注意些什么問(wèn)題？力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度b ，11501500MPa ；屈服強(qiáng)度s , 9501250 MPa 40% ；伸長(zhǎng)率，10% ；沖擊韌度AK6J 。這些性能指標(biāo)和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當(dāng)，常規(guī)的力學(xué)性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。工藝性能：鍛造溫度淬火加自回火局限性：工作溫度1450Mpa,ReL1200Mpa,A0.6%,熱處理工藝是（92020）油淬，（47010）回火。因該鋼缺

29、貨，庫(kù)存有25MnSi鋼。請(qǐng)考慮是否可以代用。熱處理工藝如何調(diào)整？能代替，900油淬或水淬，200回火3-7試述彈簧的服役條件和對(duì)彈簧鋼的主要性能要求。為什么低合金彈簧鋼中碳含量一般在0.5%0.75%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間？服役條件：儲(chǔ)能減振、一般在動(dòng)負(fù)荷下工作即在沖擊、振動(dòng)和長(zhǎng)期均勻的周期改變應(yīng)力下工作、也會(huì)在動(dòng)靜載荷作用下服役； 性能要求：高的彈性極限及彈性減退抗力好，較高的屈服比；高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌度；工藝性能要求有足夠的淬透性；在某些環(huán)境下，還要求彈簧具有導(dǎo)電、無(wú)磁、耐高溫和耐蝕等性能，良好的表面質(zhì)量和冶金質(zhì)量 總的來(lái)說(shuō)是為了保證彈簧不但具有高的彈性極限高的屈服極限和疲勞極限（彈

30、簧鋼含碳量要比調(diào)質(zhì)鋼高），還要有一定的塑性和韌性（含碳量太高必然影響塑性和韌性了）。3-8彈簧為什么要求較高的冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量？彈簧的強(qiáng)度極限高是否也意味著彈簧的疲勞極限高，為什么？要嚴(yán)格控制彈簧鋼材料的內(nèi)部缺陷，要保證具有良好的冶金質(zhì)量和組織均勻性；因?yàn)閺椈晒ぷ鲿r(shí)表面承受的應(yīng)力為最大，所以不允許表面缺陷，表面缺陷往往會(huì)成為應(yīng)力高度集中的地方和疲勞裂紋源，顯著地降低彈簧的疲勞強(qiáng)度不一定高。強(qiáng)度極限是在外力作用下進(jìn)一步發(fā)生形變.是保持構(gòu)件機(jī)械強(qiáng)度下能承受的最大應(yīng)力，包括拉伸、壓縮和剪切強(qiáng)度，不一定指彈性極限3-9有些普通彈簧冷卷成型后為什么進(jìn)行去應(yīng)力退火？車輛用板簧淬火后，為什么要用中溫回火？

31、去應(yīng)力退火的目的是：a)消除金屬絲冷拔加工和彈簧冷卷成形的內(nèi)應(yīng)力；b)穩(wěn)定彈簧尺寸，利用去應(yīng)力退火來(lái)控制彈簧尺寸； c)提高金屬絲的抗拉強(qiáng)度和彈性極限；回火目的：（1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開(kāi)裂。 （2）獲得工藝要求的力學(xué)性能。 （3）穩(wěn)定工件尺寸回火工藝選擇的依據(jù)是彈性參數(shù)和韌性參數(shù)的平衡和配合3-10 大型彈簧為什么要先成形后強(qiáng)化，小型彈簧先強(qiáng)化后成形?為了方便成型，大彈簧強(qiáng)化后就很難改變形狀了，所以要先成型再?gòu)?qiáng)化。反之小彈簧就可以先強(qiáng)化再成型3-11 直徑為25mm的40CrNiMo鋼棒料，經(jīng)正火后難切削為什么？40CrNiMo屬于調(diào)質(zhì)鋼，正火得到的應(yīng)該是珠光體組織。由于該

32、鋼的淬透性較好，空冷就能得到馬氏體，不一定是全部，只要部分馬氏體就會(huì)使硬度提高很多，而變得難以切削。3-12鋼的切削加工型與材料的組織和硬度之間有什么關(guān)系？為獲得良好的切削性，中碳鋼和高碳鋼各自經(jīng)過(guò)怎樣的熱處理，得到什么樣的金相組織？硬度由高到低的組織：馬氏體、珠光體和鐵素體，硬度高切削性能差。中碳鋼：淬火加高溫回火，回火后得回火索氏體高碳鋼：淬火加低溫回火，回火后得回火馬氏體少量碳化物和殘余奧氏體3-13用低淬鋼做中、小模數(shù)的中、高頻感應(yīng)加熱淬火齒輪有什么特點(diǎn)？不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；表面局部加熱，零件的淬火變形?。患訜崴俣瓤?，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；在

33、表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。小齒輪：得到沿著輪廓分布硬化層 “仿形硬化”（關(guān)鍵）3-14滾動(dòng)軸承鋼常含哪些元素、為什么含Cr量限制在一定范圍？高碳、鉻、硅、錳等合金元素它可以提高淬透性、回火穩(wěn)定性、硬度、耐磨性、耐蝕性。但如果質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大（大于1.65%）會(huì)使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度、尺寸穩(wěn)定性降低，同時(shí)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性3-15滾動(dòng)軸承鋼對(duì)冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量和原始組織有那些要求，為什么？要求：純凈和組織均勻，不允許缺陷存在 原因：1軸承鋼的接觸疲勞壽命隨鋼中的氧化物級(jí)別增加而降低；非金屬夾雜物可破壞基體的連續(xù)性，容易引起應(yīng)力集中，可達(dá)很高數(shù)值；2碳化物的尺寸和分布對(duì)軸

34、承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化物具有高的硬度和脆性、密集的碳化物影響鋼的冷熱加工性，降低鋼的沖擊韌度3-16滾動(dòng)軸承鋼原始組織中碳化物的不均勻性有哪幾種情況？應(yīng)如何改善或消除？液析碳化物、帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物 消除措施：液析碳化物：采用高溫?cái)U(kuò)散退火，一般在1200進(jìn)行擴(kuò)散退火 帶狀碳化物：需要長(zhǎng)時(shí)間退火 網(wǎng)狀碳化物：控制中扎或終鍛溫度、控制軋制后冷速或正火3-17在使用狀態(tài)下，的最佳組織是什么？在工藝上應(yīng)如何保證？組織特點(diǎn)：細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度58級(jí)；M中含0.50.6%C；隱晶M基體上分布細(xì)小均勻的粒狀K，體積分?jǐn)?shù)約78%， 一般可有少量AR 熱處理工藝：球化退火為最終淬火作組

35、織準(zhǔn)備；淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大影響；一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱；160保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度6266HRC； 如要求消除AR 淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。3-18分析機(jī)床主軸的服役條件、性能要求。按最終熱處理工藝分類機(jī)床主軸有哪幾種？每種主軸可選用那些鋼號(hào)？其冷熱加工工藝路線是怎樣的？服役條件： 傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受彎曲、拉壓負(fù)荷； 都有軸承支承，軸頸處受磨損，需要較高的硬度，耐磨性好； 大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載 性能要求：足夠的強(qiáng)度；一定的韌度和耐磨性 分類：輕載主軸：采用45鋼，整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火；中載主軸：一般用40Cr等制造，進(jìn)

36、行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如沖擊力較大，也可用20Cr等鋼進(jìn)行滲碳淬火重載主軸：可用20CrMnTi鋼制造，滲碳淬火高精度主軸：一般可用38CrMoAlA氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求冷熱加工工藝路線：毛坯 預(yù)先熱處理機(jī)械粗加工最終熱處理（淬火回火或滲碳淬火等)精加工。3-19分析齒輪的服役條件、性能要求。在機(jī)床、汽車拖拉機(jī)及重型機(jī)械上，常分別采用哪些材料做齒輪？應(yīng)用那些熱處理工藝？服役條件：機(jī)床齒輪：載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪屬于重載荷齒輪。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承受高速和重載性能要求：較高的彎曲疲勞強(qiáng)度、高的

37、接觸疲勞抗力、足夠的塑性和韌度、耐磨性好機(jī)床齒輪：常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如45、40Cr、42SiMn等鋼，熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火 汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪：一般都采用滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，進(jìn)行滲碳熱處理。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪：一般多采用高淬透性滲碳鋼，如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等鋼。3-20高錳耐磨鋼有什么特點(diǎn)，如何獲得這些特點(diǎn)，在什么情況下適合使用這類鋼？特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄件使用。特點(diǎn)獲得手段：1材質(zhì)方面：控制碳含量、錳含量、加入適量合金元素2熱處理方面： 水韌處理加熱T應(yīng)Acm，一般為1050 1100，在一定保溫時(shí)間下，

38、K全部溶入A中 緩慢加熱、避免產(chǎn)生裂紋 鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水溫不宜超過(guò)30，水冷后水溫應(yīng)小 于60 水韌處理后不宜再進(jìn)行250350的回火處理，也不宜在250350以上溫度環(huán)境中使用。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機(jī)的襯板、顎板、磨球，挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等 3-21為什么ZGMn13型高錳耐磨鋼咋淬火時(shí)能得到全部奧氏體組織，而緩冷卻得到了大量的馬氏體？ 由于高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體，碳化物及少量的相變產(chǎn)物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌性，為消除碳化物，將鋼加熱至奧氏體區(qū)溫

39、度（1050-1100，視鋼中碳化物的細(xì)小或粗大而定）并保溫一段時(shí)間（每25mm壁厚保溫1h），使鑄態(tài)組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中進(jìn)行淬火，從而得到單一的奧氏體組織 Mn元素的存在降低了Ms點(diǎn)，在冷卻過(guò)程中Mn元素會(huì)析出以使Ms點(diǎn)升高。淬火時(shí)冷卻速度較快Mn來(lái)不及析出，所以Ms點(diǎn)較低，得到的是奧氏體組織；緩慢冷卻時(shí)Mn可以析出，Ms點(diǎn)上升，得到的就是大量馬氏體組織。3-22一般說(shuō)硫（S）元素在鋼中的有害作用是引起熱脆性，而在易切削鋼中為什么有有意的加入一定量的S元素？硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續(xù)性，在切削時(shí)促使斷屑形成小而短的卷曲半徑，而易

40、于排除，減少刀具磨損，降低加工表面粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。3-23 20Mn2鋼滲碳后是否適合直接淬火，為什么？不能，原因：20Mn2不是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，Mn元素在低碳鋼中減小的是珠光體晶粒尺寸，高碳鋼中增大的也是珠光體晶粒，而粗晶粒鋼是加熱時(shí)（在一定范圍內(nèi)，對(duì)本質(zhì)晶粒鋼是在930以下）隨溫度升高晶粒變大，細(xì)晶粒鋼是變小，或者不易長(zhǎng)大，Mn雖然可以細(xì)化珠光體，但是卻可以增大奧氏體長(zhǎng)大的傾向，對(duì)20Mn2，含錳較高，這樣大大增加奧氏體長(zhǎng)大的傾向，所以是本質(zhì)粗晶粒鋼，不能直接淬火。3-24在飛機(jī)制造廠中，常用18Cr2Ni4WA鋼制造發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱齒輪。為減少淬

41、火后殘余應(yīng)力和齒輪的尺寸變化，控制心部硬度不致過(guò)高，以保證獲得必需的沖擊吸收能量，采用如下工藝：將滲碳后的齒輪加熱到850左右，保溫后淬入200220的第一熱浴中，保溫10min左右，取出后立即置于500570的第二熱浴中，保持12h，去出空冷到室溫。問(wèn)此時(shí)鋼表、里的組織是什么？（已知該鋼的Ms是310，表面滲碳后的Ms約是80）表層：回火馬氏體加少量殘余奧氏體心部：回火索氏體3-25某精密鏜床主軸用38CrMoAl鋼制造，某重型齒輪銑床主軸選擇了20CrMnTi制造，某普通車床材料為40Cr鋼。試分析說(shuō)明它們各自采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織和性能特點(diǎn)（不必寫(xiě)出熱處理工藝具體參數(shù)）。熱處

42、理工藝：38CrMoAlA氮化鋼制造某精密鏜床主軸，經(jīng)調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求。20CrMnTi鋼制造某重型齒輪銑床主軸，滲碳淬火。40Cr鋼制造某普通車床材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火最終組織和性能特點(diǎn)：38CrMoAlA氮化鋼 含氮層，回火索氏體 ；有高的表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高20CrMnTi表面一般是殘余奧氏體+馬氏體+碳化物（有時(shí)無(wú)）的混合組織，心部是低碳馬氏體、低碳馬氏體+上貝氏體、或低碳馬氏體+上貝氏體+鐵素體的混合組織；具有較高的強(qiáng)度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好40Cr鋼

43、 表面馬氏體，心部回火索氏體；40Cr鋼一定的韌性、塑性和耐磨性3-26試述微合金非調(diào)質(zhì)鋼的成分、組織及性能特點(diǎn)成分：微合金非調(diào)質(zhì)鋼是通過(guò)微合金化、控制軋制（鍛制）和控制冷卻等強(qiáng)韌化方法，取消了調(diào)質(zhì)處理達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼力學(xué)性能的一類優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量結(jié)構(gòu)鋼微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，V是主要的。多元適量，復(fù)合加入原則組織：主要是F+P+彌散析出K性能特點(diǎn)：微合金非調(diào)質(zhì)鋼獲得了晶內(nèi)析出鐵素體(IGF)組織,細(xì)化了晶粒,熱鍛后的晶粒度可達(dá)8級(jí)以上。具有高強(qiáng)度、高韌性；鍛后空冷,抗拉強(qiáng)度、沖擊韌度都很高3-27材料選用的基本原則有哪些？ 滿足使用性能要求； 滿足工藝性能要求 要經(jīng)濟(jì)適用

44、其他因素：考慮外形和尺寸特點(diǎn)；合金化基本原則：多元適量，復(fù)合加入。3-28論述選擇材料的基本思路和方法。 分析材料的工作條件、尺寸形狀和應(yīng)力狀態(tài)，科學(xué)合理的確定零件的技術(shù)要求； 通過(guò)分析分析或?qū)嶒?yàn)，結(jié)合同類型零件失效分析結(jié)果，找出實(shí)際工作時(shí)零件的主要和次要失效抗力指標(biāo)作為選材的基本依據(jù)； 根據(jù)所要求的主要力學(xué)性能，選擇材料 綜合考慮鋼種是否滿足次要失效抗力指標(biāo)的可能性和可能采用的工藝措施 審查所選鋼種是否滿足所有工藝性基本要求和組織生產(chǎn)的可能性，進(jìn)一步考慮材料的經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)成本盡量選擇簡(jiǎn)化加工工藝的材料、要考慮零件的綜合成本、保證淬透性鋼的合理選擇第四章4-1 在使用性能和工藝性能的要求上，工

45、具鋼和機(jī)器零件用鋼有什么不同？工具鋼使用性能： （1） 硬度。工具鋼制成工具經(jīng)熱處理后具有足夠高的硬度。工具在高的切削速度和加工硬材料所產(chǎn)生高溫的受熱條件下，仍能保持高的硬度和良好的紅硬性。（2） 耐磨性。工具鋼具有良好的耐磨性，即抵抗磨損的能力。工具在承受相當(dāng)大的壓力和摩擦力的條件下，仍能保持其形狀和尺寸不變。（3） 強(qiáng)度和韌性。工具鋼具有一定的強(qiáng)度和韌性，使工具在工作中能夠承受負(fù)荷、沖擊、震動(dòng)和彎曲等復(fù)雜的應(yīng)力，以保證工具的正常使用。（4） 其他性能。由于各種工具的工作條件不同，工具用鋼還具有一些其他性能，如模具用鋼還應(yīng)具有一定的高溫力學(xué)性能、熱疲勞性、導(dǎo)熱性和耐磨腐蝕性能等。工藝性能:（

46、1） 加工性.工具鋼應(yīng)具有良好的熱壓力加工性能和機(jī)械加工性能，才能保證工具的制造和使用。鋼的加工性取決于化學(xué)成分、組織的質(zhì)量。（2） 淬火溫度范圍.工具鋼的淬火溫度應(yīng)足夠?qū)挘詼p少過(guò)熱的可能性。（3） 淬硬性和淬透性.淬硬性是鋼在淬火后所能達(dá)到最高硬度的性能。淬硬性主要與鋼的化學(xué)成分特別是碳含量有關(guān)，碳含量越高，則鋼的淬硬性越高。淬透性表示鋼在淬火后從表面到內(nèi)部的硬度分布狀況。淬透性的高低與鋼的化學(xué)成分、純潔度、晶粒度有關(guān)。根據(jù)用于制造不同的工具，對(duì)這兩種性能各有一定的要求。（4） 脫碳敏感性.工具表面發(fā)生脫碳，將使表面層硬度降低，因此要求工具鋼的脫碳敏感性低。在相同的加條件下，鋼的脫碳敏感性

47、取決于其化學(xué)成分。（5） 熱處理變形性.工具在熱處理時(shí)，要求其尺寸和外形穩(wěn)定。（6） 耐削性.對(duì)很制造刀具和量具用鋼。要求具有良好的磨削性。鋼的磨削性與其化學(xué)成分有關(guān)，特別是釩含量，如果釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于0.50%則磨削性變壞。機(jī)器零件用鋼使用性能：（1） 較高的疲勞強(qiáng)度和耐久強(qiáng)度。（2） 高的屈服強(qiáng)、抗拉強(qiáng)度以及較高的斷裂抗力。（3） 良好的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。（4） 較高的韌性，以降低缺口敏感性。工藝性能：通常機(jī)器零件的生產(chǎn)工藝： 型材改鍛毛坯熱處理切削加工最終熱處理磨削 以切削加工性能和熱處理工藝性能為機(jī)器零件用鋼的主要工藝性能。4-2工具鋼常要做那些力學(xué)性能試驗(yàn)？測(cè)定哪些性能指標(biāo)？為什

48、么？強(qiáng)度、塑性：靜彎或扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)彎曲強(qiáng)度、撓度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)角；韌度：一般采用無(wú)缺口式樣；硬度：一般硬度60HRC以上，鋼中存在的大量碳化物可提高23HRC;淬透性：斷口法碳素工具鋼和低合金工具鋼；端淬法合金工具鋼，以端淬曲線上60HRC處距水冷端距離表示。淬透性作用強(qiáng)弱順序： Si、Mn、Mo、Cr、Ni熱穩(wěn)定性：（鋼在較高溫度下保持一定強(qiáng)度的性質(zhì)）對(duì)高速鋼，通常是紅硬性；變形開(kāi)裂傾向：主要原因是熱應(yīng)力組織應(yīng)力。4-3試用合金化原理分析說(shuō)明9SiCr、9Mn2V、CrWMn鋼的優(yōu)缺點(diǎn)。9SiCr Si、Cr提高淬透性，油淬臨界直徑D油60HRC； K細(xì)小、均 勻不容易崩刃； 通過(guò)分級(jí)淬火或等

49、溫淬火處理，變形較??； Si使鋼的脫碳傾向較大。CrWMn Cr、W、Mn復(fù)合，有較高淬透性，D油=5070mm； 淬火后AR在1820%，淬火后變形??； 含Cr、W碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒細(xì)小高硬度、高耐磨性； 回穩(wěn)性較好，當(dāng)回火溫度250，硬度才60HRC； W使碳化物易形成網(wǎng)狀。 9Mn2V1）Mn淬透性，D油 = 30mm；2）Mn MS，淬火后AR較多，約2022%，使工件變形較??；3）V能克服Mn的缺點(diǎn)，過(guò)熱敏感性，且能細(xì)化晶粒；4）含0.9%C左右，K細(xì)小均勻，但鋼的硬度稍低，回火穩(wěn)定性較差，宜在200以下回火；5）鋼中的VC使鋼的磨削性能變差。9Mn2V廣泛用于各類輕載、中小型

50、冷作模具。4-4 9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脫C傾向，為什么?兩者均含Si元素，Si是促進(jìn)石墨化的元素，因此加熱時(shí)易脫碳。4-5 分析比較T9和9SiCr:1）為什么9SiCr鋼的熱處理加熱溫度比T9鋼高?2）直徑為30 40mm的9SiCr鋼在油中能淬透，相同尺寸的T9鋼能否淬透? 為什么?3）T9鋼制造的刀具刃部受熱到200-250，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr鋼制造的刀具，其刃部受熱至230-250，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，還可正常工作。為什么?4）為什么9SiCr鋼適宜制作要求變形小、硬度較高和耐磨性較高的圓板牙等薄刃工具?1) 9SiCr中合金

51、元素比T9多，加熱奧實(shí)體化時(shí)，要想使合金元素熔入奧氏體中并且還能成分均勻，需要更高的溫度。2）不能。因?yàn)?SiCr中Si、Cr提高了鋼的淬透性，比T9的淬透性好，9SiCr的油淬臨界直徑D油60HRC；4）Cr、Si的加入提高了淬透性并使鋼中碳化物細(xì)小均勻，使用時(shí)刃口部位不易崩刀；Si抑制低溫回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變非常有效，所以該鋼的低溫回火穩(wěn)定性好，熱處理是的變形也很小。缺點(diǎn)是脫碳敏感性比較大。因此，如果采用合適的工藝措施，控制脫碳現(xiàn)象，適合制造圓板牙等薄刃工具。4-6 簡(jiǎn)述高速鋼鑄態(tài)組織特征。高速鋼的鑄態(tài)組織常常由魚(yú)骨狀萊氏體（Ld）、黑色組織（共析體等）和白亮組織（M+AR）組成。組織不均勻，

52、可能含粗大的共晶碳化物，必須通過(guò)鍛軋將其破碎，萊氏體網(wǎng)是任何熱處理方法所不能消除的，只有通過(guò)熱壓力加工達(dá)到一定的變形量之后才能改善。4-7在高速鋼中，合金元素W、Cr、V的主要作用是什么?W：鎢是鋼獲得紅硬性的主要元素。主要形成M6C型K，回火時(shí)析出W2C；W強(qiáng)烈降低熱導(dǎo)率鋼導(dǎo)熱性差Cr 加熱時(shí)全溶于奧氏體，保證鋼淬透性 ，大部分高速鋼含4Cr 。增加耐蝕性，改善抗氧化能力、切削能力。V 顯著提高紅硬性、提高硬度和耐磨性，細(xì)化晶粒，降低過(guò)熱敏感性。以VC存在.4-8 高速鋼在淬火加熱時(shí)，如產(chǎn)生欠熱、過(guò)熱和過(guò)燒現(xiàn)象，在金相組織上各有什么特征？欠熱：淬火溫度較低，大量K未溶, 且晶粒特別細(xì)小。過(guò)熱

53、：淬火溫度過(guò)高，晶粒長(zhǎng)大，K溶解過(guò)多，未溶K發(fā)生角狀化；奧氏體中合金度過(guò)高，冷卻時(shí)易在晶界上析出網(wǎng)狀K。過(guò)燒：如果溫度再高，合金元素分布不均勻，晶界熔化，從而出現(xiàn)鑄態(tài)組織特征，主要為魚(yú)骨狀共晶萊氏體及黑色組織。 4-9 高速鋼（如W18Cr4V）在淬火后，一般常采用在560攝氏度左右回火3次的工藝，為什么？高速鋼淬火后三次560回火主要目的是：促進(jìn)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體；減少殘余應(yīng)力。高速鋼淬火后大部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘留奧氏體量是2025%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，還有10%左右的殘留奧氏體，15%左右新轉(zhuǎn)變未經(jīng)回火的馬氏體

54、，還會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力，對(duì)性能還有一定的影響。為此，要進(jìn)行二次回火，這時(shí)又有56%的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同樣原因?yàn)榱耸故Ｓ嗟臍埩魥W氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，和使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消除應(yīng)力，需進(jìn)行第三次回火。經(jīng)過(guò)三次回火殘留奧氏體約剩13%左右。4-10高速鋼每次回火為什么一定要冷到室溫再進(jìn)行下一次回火? 為什么不能用較長(zhǎng)時(shí)間的一次回火來(lái)代替多次回火?這是因?yàn)闅堄鄪W氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是在回火冷卻過(guò)程中進(jìn)行的。因此，在每次回火后，都要空冷至室溫，再進(jìn)行下一次回火。否則，容易產(chǎn)生回火不足的現(xiàn)象（回火不足是指鋼中殘余奧氏體未完全消除）。不能:因?yàn)楦咚黉摵辖鹪囟喽鴮?dǎo)致殘余奧氏體多，淬火后的組織是馬氏體+殘

55、余奧氏體，第一次回火使得馬氏體回火變成為回火馬氏體，而殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這部分馬氏體卻在第一次回火中沒(méi)有得到回火，因此，高速鋼一次回火不能使所有的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體。由于多次回火可以較完全消除奧氏體以及殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，必須多次回火，一般3次。4-11高速鋼在退火態(tài)、淬火態(tài)和回火態(tài)各有什么類型的碳化物? 這些不同類型的碳化物對(duì)鋼的性能起什么作用?退火態(tài)：退火后的顯微組織為索氏體基體上分布著均勻、細(xì)小的碳化物顆粒，碳化物類型為M6C型、M23C6型及MC型。淬火態(tài)：加熱時(shí)，K溶解順序?yàn)椋篗7C3M23C6型在1000左右溶解完 M6C型在1200時(shí)部分溶解 MC型

56、比較穩(wěn)定，在1200時(shí)開(kāi)始少量溶解?；鼗饝B(tài)：主要為M6C(淬火殘留)、MC(回火時(shí)析出和淬火殘留)、M2C (回火析出)等K.4-12 高速鋼W6Mo5Cr4V2的A1溫度在800攝氏度左右，為什么常用的淬火加熱溫度卻高達(dá)1200攝氏度以上？高速鋼淬火的目的是獲得高合金度的奧氏體，淬火后得到高合金馬氏體，具有高的回火穩(wěn)定性，在高溫回火時(shí)彌散出合金碳化物而產(chǎn)生二次硬化，使鋼具有高硬度和紅硬性。高速鋼的合金碳化物比較穩(wěn)定，必須在高溫下才能將其溶解。所以，雖然高速鋼的A1在800攝氏度左右，但其淬火溫度必須在A1+400攝氏度以上。4-13 高速鋼在淬火加熱時(shí)，常需要進(jìn)行一次或二次預(yù)熱，為什么？預(yù)熱

57、有什么作用？高速鋼導(dǎo)熱性差,淬火加熱溫度又高,所以要預(yù)熱?？筛鶕?jù)情況采用一次預(yù)熱和二次預(yù)熱。預(yù)熱可 減少淬火加熱過(guò)程中的變形開(kāi)裂傾向； 縮短高溫保溫時(shí)間，減少氧化脫碳； 準(zhǔn)確地控制爐溫穩(wěn)定性。4-14高速鋼在分級(jí)淬火時(shí)，為什么不宜在950-675攝氏度溫度范圍內(nèi)停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間？高速鋼在高溫加熱奧氏體化后，奧氏體中合金度比較高，具有較高的穩(wěn)定性。由于合金度高，所以有碳化物析出的趨勢(shì)。如果冷卻時(shí)在760攝氏度以上的范圍停留，或緩慢地冷卻到760攝氏度，奧氏體中會(huì)析出二次碳化物，在760攝氏度左右會(huì)析出特別強(qiáng)烈。在冷卻過(guò)程中析出碳化物，降低了奧氏體中的合金度，從而影響了高速鋼的紅硬性。所以，從工藝上看

58、，對(duì)某些需要做空氣預(yù)冷或在800攝氏度左右作短時(shí)停留的工具，應(yīng)特別注意控制預(yù)冷時(shí)間，停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)表明，在625攝氏度進(jìn)行10min的停留就會(huì)降低紅硬性。所以，高速鋼為了防止開(kāi)裂和減少變形，通常采用在600攝氏度左右分級(jí)淬火，其停留時(shí)間也應(yīng)嚴(yán)格控制，一般不超過(guò)15min.(書(shū)上P104最后一段)4-15 Cr12MoV鋼的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么?屬于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點(diǎn)是具有高的耐磨性、硬度、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度，僅次于高速鋼，是沖模、冷鐓模等的重要材料，其消耗量在冷作模具鋼中居首位。該鋼雖然強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好，但其韌度較差，對(duì)熱加工工藝和熱處理工藝要求較高，

59、處理工藝不當(dāng)，很容易造成模具的過(guò)早失效。4-16為減少Cr12MoV鋼淬火變形開(kāi)裂，只淬火到200左右就出油，出油后不空冷，立即低溫回火，而且只回火一次。這樣做有什么不好? 為什么?此題實(shí)在不會(huì)，能百度到的相關(guān)資料如下Cr12MoV淬火、回火工藝選擇Cr12MoV分級(jí)淬火（減少變形、防止開(kāi)裂）：加熱溫度采用1020，保溫后放入260280硝鹽爐中分級(jí)310min，轉(zhuǎn)入溫度為Ms-(1020)硝鹽爐中停留510min后空冷?；蛘咧苯哟闳?60180的硝鹽爐中停留510min后空冷。空冷到120左右轉(zhuǎn)入回火工序。Cr12MoV等溫淬火（增加強(qiáng)韌度）：加熱溫度采用1020，保溫后放入Ms-(1020

60、)的硝鹽爐中均溫310min，轉(zhuǎn)入260280保溫23h空冷后到120左右轉(zhuǎn)入回火工序。Cr12MoV鋼降溫淬火（減少淬火變形）：Cr12MoV鋼制造的壓膠木粉的成型模，形狀復(fù)雜、尺寸變形要求嚴(yán)格，要求有一定的韌性，但硬度要求一般為4550HRC。采用1020加熱淬火，就必須用高溫回火，這樣變形難以控制?，F(xiàn)在某些工廠采用880加熱后，油冷到150200立即轉(zhuǎn)入300等溫34h，200回火。這樣處理的模具變形極小，韌性也好，硬度在45HRC左右。缺陷是熱處理組織中有少量的屈氏體存在。Cr12MoV鋼回火溫度的選擇：淬火加熱采用10201050，要求高硬度可用180200回火；為防止線切割開(kāi)裂可選用400420回火。因淬火