金屬學(xué)材料學(xué)課后習(xí)題答案全

1-1. 為什么說(shuō)鋼中的 S、P 雜質(zhì)元素在一般情況下是有害的？答：S 容易和 Fe 結(jié)合形成熔點(diǎn)為 989的 FeS 相，會(huì)使鋼在熱加工過(guò)程中產(chǎn)生熱脆性；P 與 Fe 結(jié)合形成硬脆的 Fe3P 相，使鋼在冷變形加工過(guò)程中產(chǎn)生冷脆性。1-2. 鋼中的碳化物按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分為哪兩大類(lèi)？各有什么特點(diǎn)？答：可以分為簡(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。1-3. 簡(jiǎn)述合金鋼中碳化物形成規(guī)律。答：當(dāng) rC/rM0.59 時(shí)，形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；當(dāng) rC/rM15%，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。1-23. 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？答：粗晶粒更容易產(chǎn)生缺陷，偏聚程度大，細(xì)晶粒偏聚程度小。1-5 試述鋼在退火態(tài)、淬火態(tài)及淬火-回火態(tài)下，不同元素的分布狀況。答：退火態(tài)：非碳化物形成元素絕大多數(shù)固溶于基體中，而碳化物形成元素視 C 和本身量多少而定。優(yōu)先形成碳化物，余量溶入基體。 淬火態(tài)：合金元素的分布與淬火工藝有關(guān)。溶入 A 體的因素淬火后存在于 M、B 中或殘余 A 中，未溶者仍在 K 中。 回火態(tài)：低溫回火，置換式合金元素基本上不發(fā)生重新分布；400，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。1-6 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 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。1-7 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(mǎn)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)，以減小工件的變形與開(kāi)裂傾向。1-8 .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。1-9 第一類(lèi)回火脆性和第二類(lèi)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(lèi)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)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(lèi)回火脆性：脆性特征：可逆；回火后滿(mǎn)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(lèi)回火脆性溫度范圍回火。1-10 就合金元素對(duì)鐵素體力學(xué)性能、碳化物形成傾向、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(lèi)回火脆性。 Mn: 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?。?Mn 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?。?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?xún)A向； Mo:（W 類(lèi)似于 Mo） 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?。?是較強(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(lèi)回火脆性的有效元素。 V:（Ti、Nb 類(lèi)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?。?是強(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。1-11 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 40CrNi40CrNiMo 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）1-12 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。1-13 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。1-14 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 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。1-15 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)”？答：合金鋼與碳鋼性能差異表現(xiàn)為：（1）碳素鋼淬透性差 (2)碳鋼的高溫強(qiáng)度低，紅硬性差 (3)碳鋼不能獲得良好的綜合性能 (4)碳鋼不具有特殊的性能 合金鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素（如鉻、鎳、鉬、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和其他元素等） ，有的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等） ，添加的合金元素作用不在于本身的強(qiáng)化作用，而在于對(duì)鋼相變過(guò)程的影響。處理鋼時(shí)，鋼的相變包括 1、加熱過(guò)程中的奧氏體轉(zhuǎn)變； 2、冷卻過(guò)程中的珠光體、貝氏體及馬氏體轉(zhuǎn)變； 3、發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后的再加熱(回火)轉(zhuǎn)變。1）在加熱時(shí)，合金元素能影響奧氏體的形成速度以及奧氏體的晶粒大小；2）在冷卻時(shí)，a.對(duì)珠光體，大部分合金元素推遲 P 的轉(zhuǎn)變、珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的影響及珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的碳化物類(lèi)型的影響；b.對(duì)貝氏體，合金元素 Cr，Ni，Mn 能降低 F(A 與 F 的自由能差） ，減少相變驅(qū)動(dòng)力，減慢 A 分解，降低了貝氏體的轉(zhuǎn)變速度，推遲其轉(zhuǎn)變。Cr，Mn 又是碳化物形成元素，阻礙 C 原子的擴(kuò)散。強(qiáng)烈阻礙貝氏體的形成；Mo，W 作用不明顯；Si，對(duì) B 有推遲作用，原因是強(qiáng)烈提高 Fe 的結(jié)合力，阻礙 C 原子從 Fe 中脫溶。 Co，Al 能提高 F，同時(shí)提高 C 的擴(kuò)散速度，加速 B 形成。C.對(duì)馬氏體，主要是對(duì)對(duì) M 轉(zhuǎn)變溫度的影響，即MsMf 點(diǎn)的影響。除 Co，Al 外，大多數(shù)合金元素固溶在 A 中，均使 Ms 點(diǎn)下降，增加殘余 A 的含量 3）回火轉(zhuǎn)變時(shí)，合金元素能提高鋼的回火穩(wěn)定性，以及產(chǎn)生二次硬化。因此合金元素在鋼的整個(gè)相變過(guò)程中都起到了十分明顯的作用，提高了鋼材的性能。合金的主要作用： a.產(chǎn)生相變，如擴(kuò)大某個(gè)相區(qū)（奧氏體區(qū)）以得到某種對(duì)應(yīng)的特殊性能. b.細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能，如缺口敏感性、淬透性。 c.改變熱處理工藝，如提高鋼材的熱處理組織的穩(wěn)定性，降低熱處理溫度、縮短熱處理時(shí)間、提高熱處理質(zhì)量。 合金鋼的熱處理工藝有很多，所得到的組織都有不同的性能，只有根據(jù)對(duì)鋼性能不同的需求選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件，才能獲得合適的組織，充分發(fā)揮合金元素的作用。如果鋼的熱處理?xiàng)l件不適當(dāng)，會(huì)影響合金元素在鋼中的作用。例如，熱處理溫度過(guò)高，影響強(qiáng)碳化物的形成，會(huì)影響鋼的性能。1-16 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 Cr、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1-17 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。1-18 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)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。1-20 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。1-24 試述金屬材料的環(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。1-25 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?，不含有害元素、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(lèi)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(mǎn)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)異、附加值更高的再生材料。1-26 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?xún)A向也較大。2-5 什么是微合金化鋼？微合金化元素的主要作用是什么？答：微合金化鋼指化學(xué)成分規(guī)范上明確列入虛加入一種或幾種碳氮化物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼。微合金化元素作用：阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大；抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶；細(xì)化晶粒組織；析出強(qiáng)化。2-6 在汽車(chē)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(chē)工業(yè)上得到大量應(yīng)用，發(fā)展很快？答：成分：0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.47%Mo，少量 V、Nb、Ti等。組織：鐵素體+馬氏體性能特點(diǎn)：低的屈服強(qiáng)度，且是連續(xù)屈服，無(wú)屈服平臺(tái)和上、下屈服；均勻的延伸率和總的延伸率較大，冷加工性能好；塑性變形比 值很高；加工硬化率 n 值大。原因：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和韌度，一定的馬氏體可以保證提高鋼的強(qiáng)度。2-7 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：阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大；抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶；細(xì)化晶粒組織；析出強(qiáng)化。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？有什么意義？答：試樣直徑或鋼材厚度影響鋼材的淬透性能。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)？ 答：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？ 答：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。 3-6 某工廠原來(lái)使用 45MnNiV 生產(chǎn)直徑為 8mm 高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼筋，要求 Rm1450Mpa,ReL1200Mpa,A0.6%,熱處理工藝是（92020）油淬， （47010）回火。因該鋼缺貨，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？ 答：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？ 答: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？ 答：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(chē)輛用板簧淬火后，為什么要用中溫回火？ 答：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? 答： 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？ 答：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？ 答：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)？ 答：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??；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；在表面形成殘余壓應(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？ 答：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？ 答：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？ 答：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？ 答：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(lèi)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？ 答：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(lèi)：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)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(mǎn)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(chē)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？ 答： 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(chē)、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(chē)、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(lèi)鋼？ 答：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， 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？ 答： 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？ 答：硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類(lèi)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？ 答：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） 答：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