2012年專業(yè)課作業(yè)-材料科學(xué)與工程

1、7、何為合金滲碳體 ?與滲碳體相比，性能如何 ?含有合金元素的滲碳體，即滲碳體內(nèi)一部分鐵原子被鉻、鎢、鉬等元素所 置換，形成合金滲碳體。滲碳體分子式：Fe3C,為鐵和碳形成的化合物。鋼中的碳化鐵 （Fe3C）相。 具有正交晶體結(jié)構(gòu)，其晶格為復(fù)雜的正交晶格，硬度很高HBW = 800,塑性、韌性幾乎為零，脆性很大，延伸率接近于零。滲碳體的含碳量為coc 6.69%,熔點(diǎn)1227T。熱力學(xué)穩(wěn)定性不高，在一定條件下，會(huì)發(fā)生分解形成石墨。在 230r以下，具有一定的磁性。通過加入不同合金元素形成的合金滲碳體，不僅可以保留滲碳體高硬度、 高耐磨性的特點(diǎn)，而且還改變了滲碳體塑性、韌性差的特點(diǎn)，而得到抗低溫

2、沖 擊韌性， 表面具有高強(qiáng)度、 高耐磨性， 心部還具有高強(qiáng)度與高韌性的不同性能與 用途的合金鋼。8、雙相鋼的化學(xué)成分、組織和性能特點(diǎn)是什么 ?奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼： 奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼系指不銹鋼中即有 奧氏體又有鐵素體組織的鋼種， 而且此兩種組織要獨(dú)立存在， 且含量較大。一般 認(rèn)為，在奧氏體基體上有大于 15%的鐵素體或在鐵素體基體上有大于 15%的奧氏 體，均可稱為奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼。奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的成分在Cr-Ni當(dāng)量相圖的a +丫區(qū)域內(nèi)，成分在18%26% Cr、4%7% Ni，根據(jù)用途可分別加入 Mn Cu Mo Ti、N等。由于 不銹鋼具有a+丫雙相組織

3、，其性能特點(diǎn)是兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的 特性。與鐵素體不銹鋼相比，a +丫雙相不銹鋼韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶 間腐蝕能力和焊接性顯著提高。 與奧氏體不銹鋼相比， 其強(qiáng)度水平高， 屈服強(qiáng)度 是奧氏體不銹鋼的2倍，且a +丫雙相不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕的能力較強(qiáng)。a+ 丫雙相不銹鋼還存在一定的脆性傾向，這是由于在焊接區(qū)金屬間化合物的a、S、卩相 的沉淀和相 a 析出所引起的， 因此工程上可以利用沉淀取決于時(shí)間的特性， 在 沉淀前進(jìn)行加工和熱處理， 并使組織穩(wěn)定。 雙相不銹鋼通常采用 1000rl100r 淬火韌化， 可獲得60%左右的鐵素體及奧氏體組織， 需要時(shí)再根據(jù)工作環(huán)境和加工條件，進(jìn)行適

4、當(dāng)?shù)姆€(wěn)定化處理。典型奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的化學(xué)成分牌號(hào)化學(xué)成分CSiMnSPCrNiMoN0Cr21Ni5Ti O.0820.0 4.80 O.08O.080.03O.03522.05.801Cr21Ni5TiO.09O.08 0.080.030.03520.0 4.80 22.05.800.141CrlS Mn lONi8.50 17.0 4.00 2.80 O.2 0 5M03NO.101.0012.00O.030.069.06.003.500 300Crl7 Mn I3M012.00 16.5 1.80 0.20 2NO.081.0015.000.030.0618.02.200.30

5、23.0 3.00 1.00 0Cr26Ni5M02 1.500.081.000.030.03528.06.003.0000CrI8Ni5M01.301.00 18.0 4.50 2.50 800 1000 9 45 6015MnVB880200 1100 1200 10 45 9018Cr2Ni4W880180102911761255108表3-9中碳調(diào)質(zhì)鋼和低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼的性能比較低碳馬氏體鋼的含碳量在0. 15%O. 25%（質(zhì)量）,以保證淬火后獲得板條馬 氏體組織。低碳馬氏體的強(qiáng)化主要是碳的固溶強(qiáng)化。研究表明，鋼中碳含量在0.15 %0.29 %（質(zhì)量）范圍內(nèi)變化時(shí)，隨著碳含量的增加

6、，鋼的強(qiáng)度不斷提高，而 塑性和韌度則隨著碳含量的增加而不斷降低。為了提高鋼的淬透性和改善其它性能， 常加入一些Cr、Mo Si、Mn V等合金 元素。在適量的范圍內(nèi)，錳、鉻、鉬、鎳都能改善鋼的韌性，并降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度 FATFso而鎳的作用尤為顯著。加入少量釩細(xì)化了奧氏體晶粒，改善了鋼的韌性。 Cr、Mo si、Mn V元素能有效提高鋼的回火穩(wěn)定性。 因?yàn)榈吞捡R氏體鋼的馬氏體 相變點(diǎn)M比較高，在淬火時(shí)容易產(chǎn)生自回火現(xiàn)象，所以加入的合金元素最好能適 當(dāng)降低M點(diǎn)，但也不能過分降低以避免增加淬裂傾向。總的來說，低碳馬氏體 鋼的合金化方向是在保證淬透性的前提下， 加入具有高的低溫回火抗力和適當(dāng)降 低M

7、點(diǎn)的元素。低碳馬氏體鋼的工藝特點(diǎn)是需要高溫加熱、 較長(zhǎng)時(shí)間的保溫，為保證淬透性， 常以高速冷卻。但是零件的斷面尺寸增大，心部有可能淬不透，馬氏體數(shù)量減少， 其綜合力學(xué)性能將降低。所以應(yīng)根據(jù)零件的尺寸大小來選擇相應(yīng)淬透性的鋼。10、分析碳和合金元素在高速鋼中的作用以及高速鋼的熱處理特點(diǎn)？碳和合金元素在高速鋼中的作用：碳能夠增加高速鋼淬火和低溫回火后硬度，并且具有較好的綜合力學(xué)性能。 碳含量的高低對(duì)鋼的性能起決定性影響， 碳 含量越高，鋼的耐磨性越好，而韌性越差。鉻提高過冷奧氏體穩(wěn)定性，因而增加 了淬透性。同時(shí)鉻阻止?jié)B碳體型碳化物的聚集、長(zhǎng)大，提高了馬氏體的分解溫度， 從而提高了鋼的回火抗力。Si

8、是促進(jìn)高碳鋼石墨化傾向的元素，故Si不單獨(dú)加入 而需和其它元素一起使用。硅在鋼中不生成碳化物，而只溶于固溶體中，能顯著提高過冷奧氏體穩(wěn)定性，因而有效提高鋼的淬透性，同時(shí)硅由于能阻礙馬氏體第 二階段分解和滲碳體聚集，故可以增加回火穩(wěn)定性。W Mo V等元素生成穩(wěn)定碳化物，這些碳化物具有高的硬度，淬火時(shí)不易溶解，可阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，增 加淬火后鋼的硬度和耐磨性。Mr元素能提高鋼的淬透性，增加殘留奧氏體量，減 少應(yīng)力的變形，但含錳工具鋼加熱時(shí)晶粒容易長(zhǎng)大。高速鋼的熱處理特點(diǎn)：（1）退火。高速鋼鍛造后，必須進(jìn)行退火。W18Cr4V鋼退火溫度為860C880E。在該溫度保溫2h3h,緩慢冷卻至500C

9、，然后出 爐空冷。退火時(shí)保溫時(shí)間不宜過長(zhǎng)，這樣奧氏體中溶入的合金元素不多，易于轉(zhuǎn)變成軟組織，高速鋼也可采用等溫退火，即在860C880E保溫后，迅速冷卻到 720r750r，保溫4h6h,然后緩冷至500E，出爐空冷。（2）高速鋼的淬火。 高速鋼中合金元素含量高、導(dǎo)熱性差，因此淬火加熱時(shí)一般采用在800C850E 預(yù)熱。對(duì)大型或形狀復(fù)雜的刀具，采用二次預(yù)熱，第一次在 500 r600 r，第二 次在800r850r0為防止脫碳氧化，高速鋼在高溫鹽爐中加熱。高速鋼的淬透 性大，加熱后即使在空氣中冷卻也可以獲得很高硬度，但高速鋼通常采用油中淬火或在580r600r保溫的一次分級(jí)淬火，工具廠中幾乎80%的刀具采用一次分 級(jí)淬火。（3）高速鋼的回火。高速鋼的淬火組織為馬氏體 +碳化物+殘留奧氏體。 為了消除淬火應(yīng)力，減少殘留奧氏體量，產(chǎn)生二次硬化，高速鋼一般在560 r進(jìn)行三次回火。11、奧氏體不銹鋼的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼類，其產(chǎn)量和使用量約占不銹鋼產(chǎn)量 及用量的70%。奧氏體不銹鋼除了具有高的耐腐蝕性能以外，還具有良好的焊 接性能和冷加工變形性能，常溫及低溫下很高的塑性與韌性，不具有磁性等， 這些都是鐵素體鋼與馬氏體鋼所沒有的寶貴性能。但是奧氏體不銹鋼易產(chǎn)生晶間腐蝕，這是由于在敏化溫度時(shí)晶界析出鉻的 碳化物，致使晶界貧鉻，故有晶間腐