材料結(jié)構(gòu)與性能復(fù)習(xí)題答案(僅供參考)

1、1 鋼分類的方法有哪幾種？鋼中常用合金元素有哪些是強(qiáng)碳化物形成元素？中強(qiáng)碳化物形成元素 ?鋼的分類方法有 5 種： 1）按化學(xué)成分，有碳素鋼（低碳鋼，中碳鋼，高碳鋼） ，合金鋼； 2） 按質(zhì)量，有普通鋼，優(yōu)質(zhì)鋼，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；3）按用途，有結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊鋼； 4）按煉鋼方法，有轉(zhuǎn)爐鋼，平爐鋼，電爐鋼；5）按澆筑前脫氧程度，有鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼，半鎮(zhèn)靜鋼。強(qiáng)碳化合物形成元素： Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V中強(qiáng)碳化合物形成元素： W,Mo2 合金鋼的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？常用以提高鋼淬透性的元素有哪些？強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶粒長 大的元素有哪些？提高回火穩(wěn)定性的元素有哪些？ 合金鋼主要優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的力學(xué)性能

2、和其他性能，既有高的強(qiáng)度，又有足夠韌性和塑性。 提高鋼淬透性的元素： B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶粒長大的元素： Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V提高回火穩(wěn)定性的元素： V,Nb,Cr,Mo,W3 解釋下列現(xiàn)象： （ 1）大多數(shù)合金鋼的熱處理溫度比相同含碳量的碳素鋼高；（ 2）大多數(shù)合金鋼比相同含碳量的碳素鋼具有較高的回火穩(wěn)定性；（ 3）含碳量為 0.4%、含鉻量為 12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳量為1.5%、含鉻量為 12%的鉻鋼屬于萊氏體鋼； （ 4）高速鋼在熱斷貨熱軋后經(jīng)空冷獲得馬氏體鋼。1）熱處理目的是讓碳及合金元素充分溶解，合金元素?cái)U(kuò)散速度慢，另外合金元素形成的

3、碳 化物溶解需要更高溫度和時(shí)間。2）由于合金鋼中含有較多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo 、Ti、V 等，它們與碳有較強(qiáng)的親和力， 使碳化物由馬氏體向奧氏體溶解時(shí)， 合金元素?cái)U(kuò)散困難， 加之合金碳化物的穩(wěn)定 性高， 使碳化物的溶解比較困難，合金鋼在加熱時(shí)需要較高的溫度和較長的時(shí)間。因此，合金鋼具有較高的回火穩(wěn)定性。3）按照金相組織來看，含碳量為 0.4%、含鉻量為 12%的鉻鋼平衡態(tài)是滲碳體加珠光體，含 碳量為 1.5%、含鉻量為 12%的鉻鋼平衡態(tài)出現(xiàn)萊氏體。4）由于高速鋼的合金元素含量高， C 曲線右移，一般合金元素越高臨界冷卻速度越小，淬 透性越好，當(dāng)空冷的冷卻速度大于臨界冷卻速度時(shí)，

4、空冷即可獲得馬氏體。4 有資料表明，南京長江大橋采用 16Mn 鋼比普通碳素鋼節(jié)約鋼材 15 ，簡要解釋原因。 低合金高強(qiáng)度鋼是在碳素工程鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素（Mn,Si,Ti,Nb,V,Al 等）形成的，以此獲得較好的塑性， 韌性，焊接性能， 性能的提高使得在相同的工程條件要求下大大降低了 鋼材的使用量。 16Mn 屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼， 這類鋼適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)， 減輕結(jié)構(gòu)重量， 提高使用的可靠性及節(jié)約鋼材，因此與碳素鋼相比可以節(jié)省15%材料。5 試比較 45 鋼與 40Cr 鋼的應(yīng)用范圍，以此說明合金元素 Cr 在調(diào)質(zhì)鋼中的作用。45 鋼屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大量的模具生產(chǎn)會(huì)用到，做模具

5、鋼使用。40Cr 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機(jī)械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)；經(jīng) 淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、 沖擊及中等速度工作的零件， 如齒輪； 經(jīng)淬火及低 溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實(shí)體厚度在 25mm 以下的零 件，如蝸桿； 經(jīng)調(diào)質(zhì)并高頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大沖擊的 零件，如套筒； 此外，這種鋼又適于制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件， 如直徑較大和 低溫韌性好的齒輪和軸。Cr 能增加鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。6 說明滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼的化學(xué)成分、最終熱處理及組織、性

6、能特點(diǎn)。滲碳鋼： 一般都是低碳鋼， 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在 0.12%-0.25%范圍，主要合金元素有 Ni,Cr,Mn 等。最終熱處理是淬火加低溫回火。 通常滲碳表面是高碳回火馬氏體和細(xì)小的碳化物， 因而 具有很高的硬度和耐磨性， 非滲碳表面和基體部分 （心部） 依鋼的淬透性大小分別為經(jīng)受回 火的低碳馬氏體和低碳馬氏體加貝氏體， 也可以是屈氏體， 這些組織使基體具有更好的強(qiáng)硬 度與韌塑性。調(diào)質(zhì)鋼： 一般是中碳鋼， 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在 0.3%-0.5%范圍， 加入合金元素有 Cr,Mn,Si,Ni,B 等，還會(huì)加入少量抑制回火脆性的合金元素Mo,W 。最終熱處理是淬火加高溫回火。采用500C60

7、0C 回火，獲得回火索氏體， 有高塑性， 高韌性及一定強(qiáng)度； 采用 200 C250 C回火，獲得回火馬氏體，或者采用 450C 左右回火，獲得回火屈氏體，具有很高強(qiáng)度和 適當(dāng)塑性和韌性。彈簧鋼：碳含量一般很高在 0.6%-1.05%范圍，通常加入 Si,Mn 作為合金元素， 還加入 Cr,W,V,Nb 等元素以克服硅錳彈簧鋼的不足。冷成型后的彈簧鋼需要進(jìn)行200 C400 C 低溫回火以去除應(yīng)力； 熱成形后的彈簧鋼進(jìn)行淬火加中溫回火， 得到回火屈氏體， 具有一定的沖擊韌性， 較高的彈性極限，屈強(qiáng)比和最高的疲勞強(qiáng)度。軸承鋼： 碳含量一般很高在 0.95%-1.15%范圍，屬于過共析鋼， 主加合

8、金為 Cr,還加入 Si,Mn,V 等進(jìn)一步提高淬透性。 最終熱處理是淬火加回火。 軸承鋼在使用條件下顯微組織是回火馬氏 體基體上分布的細(xì)小碳化物顆粒，并含有少量殘余奧氏體，具有高的強(qiáng)度，硬度， 耐磨性好且具有較高的疲勞壽命。7 說明下列牌號(hào)鋼的大致化學(xué)成分、合金元素的主要作用、用途及最終熱處理工藝：20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn GCr1520CrMnTi: 滲碳鋼，通常為含碳量為 0.17% 0.24%的低碳鋼，還含有硅 0.17%0.37%，錳0.80% 1.10%，鉻 1.00% 1.30%以及微量 S,P等元素。 Cr,Mn,Ti 等元素的復(fù)合作用使得淬透 性較高

9、， Ti 還能降低熱敏感性，晶粒長大傾向小。主要用于齒輪，軸類，活塞類零配件以及 汽車，飛機(jī)各種特殊零件部位。最終熱處理工藝是先正火，然后淬火加低溫回火。40CrNiMo:調(diào)質(zhì)鋼，含碳量 0.37% 0.44%，鉻 0.60% 0.90%，鎳 1.25%1.65%，鉬 0.15% 0.25%以及微量的 S,P等元素。 Cr,Ni,Mo 等元素的復(fù)合作用大大提高了鋼的淬透性， 提高回火 穩(wěn)定性，使晶粒細(xì)化。主要用于高強(qiáng)零件如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、軸類、齒輪、緊固件等。最終熱 處理工藝為淬火加高溫回火。60Si2Mn: 彈簧鋼， 含碳量 0.56%0.64%，含硅 1.50% 2.00%，含錳 0.60%

10、0.90%以及微量 的 S， P 等元素。加入 Si,Mn 的目的是提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，大大提高彈性極限。主要 用于鐵道車輛、汽車拖拉機(jī)工業(yè)上制作承受較大負(fù)荷的扁形彈簧或線徑在 30mm 以下的螺 旋彈簧、也適于制作工作溫度在 250 以下非腐蝕介質(zhì)中的耐熱彈簧以及承受交變負(fù)荷及 在高應(yīng)力下工作的大型重要卷制彈簧以及汽車減震系統(tǒng)等。 最終熱處理工藝是淬火加中溫回 火。GCr15:軸承鋼，含碳量 0.95%1.05%，鉻 1.30% 1.65%以及 Mn,Si 等元素。 加入 Cr,Mn 等提 高鋼的淬透性，適量的 Si 還能明顯的提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限。主要用于制作各種軸承套 圈和滾動(dòng)體。

11、最終熱處理工藝是淬火加低溫回火。8 工具鋼分幾類？低合金工具鋼與碳素工具鋼相比有何優(yōu)點(diǎn)？何謂二次硬化？何謂紅硬 性？提高紅硬性的主要元素是什么？各舉出12 個(gè)碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼的典型鋼種，簡要說明合金元素的作用。按用途分：刃具鋼，模具鋼和量具鋼三類；按化學(xué)成分分：碳素工具鋼，合金工具鋼和高速 鋼三類。低合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入Si、M、Cr、W、 V 等合金元素的鋼，低合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高。二次硬化：某些鐵碳合金（如高速鋼）須經(jīng)多次回火后，才進(jìn)一步提高其硬度的現(xiàn)象。Cr、V 可以顯著提高紅硬性。碳素工具鋼：T8Mn ，合金 Si,Mn 等

12、的加入使得鋼的淬透性好，韌性較好，有適當(dāng)?shù)挠捕?。合金工具鋼?SiCr ，合金 Si,Cr 等的加入使得鋼的淬透性較高，切屑?jí)勖岣摺＜t硬性：指材料在經(jīng)過一定溫度下保持一定時(shí)間后，能保持其硬度的能力。加入W、Mo、高速鋼： W18Cr4V ， Cr 的加入使得鋼的淬透性提高， W,V 的加入提高了耐磨性與熱硬性。 9 高速工具鋼淬火后為什么需要進(jìn)行三次以上回火？在560 回火是否是調(diào)質(zhì)處理？高速鋼淬火加熱后的奧氏體中含有大量碳和合金元素， Ms 和 Mf 點(diǎn)顯著降低，淬火后鋼中 保留大量殘余奧氏體，影響尺寸穩(wěn)定性。在560C 一次回火不能使所有殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，為了盡量多的消除高速鋼殘留

13、奧氏體，通常要在560C 進(jìn)行三次回火，每次回火1 小時(shí)，經(jīng)過三次回火后殘余奧氏體降到1%-2%。560 C回火不是調(diào)質(zhì)處理。10 為什么 Cr能提高金屬的腐蝕抗力？常用的含 Cr 量是多少？ C對(duì)鋼的耐腐蝕性能有何影 響？當(dāng) Cr 加入鐵中形成固溶體時(shí)，固溶體的電極電位隨Cr 含量增加呈突變式變化（ n/8 規(guī)律），當(dāng)固溶體中含鉻量分別達(dá)到摩爾比1 /8， 2/8 n/8 時(shí)，固溶體的電極電位突然顯著提高，腐蝕則跳躍性的顯著減弱。常用的含鉻量在 13%以上。 C 含量增加，鋼的耐腐蝕性能降低。11 1Cr13 鋼和 Cr12 鋼中的含鉻量都大于 11.7%，現(xiàn) 1Cr13 屬于不銹鋼，而 C

14、r12 鋼不屬于不 銹鋼，說明原因。Cr12 中含碳量很高達(dá)到 2.00%2.30%，雖然 Cr 含量達(dá)到了 11.7%，但是碳含量提高會(huì)使得 鋼的耐腐蝕性能降低， 一般不銹鋼含碳量較低， 不會(huì)超過 0.4%，1Cr13 的含碳量小于 0.15%， 屬于馬氏體不銹鋼。12 討論題： C 及合金元素 Mn 、Cr、Si、Ni、W、Mo、V、Ti、B 等在鋼中一般主要有哪些 作用？C：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低,碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性 ,碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力。Mn ：；強(qiáng)烈增加鋼的淬透性 ,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 ,能消除或減弱由于硫所引起的鋼的

15、 熱脆性，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度；細(xì)化珠光體提高珠光體鋼強(qiáng)度的作用。Cr：鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中的主要作用是提高淬透性,提高材料表面的耐磨性。含量超過12%時(shí) ,使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用。 鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化 作用。 可提高高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆； 還增加鋼的熱強(qiáng)性， 鉻為不銹耐酸鋼及 耐熱鋼的主要合金元素。 鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度。 降低伸長率和斷面收縮率。 含鉻的彈簧鋼在熱處理時(shí)不易脫碳。 鉻能提高工具鋼的耐磨性、 硬度和紅硬性。 有良好的回 火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強(qiáng)度。Si：硅能提高鋼的硬度和

16、強(qiáng)度，但含硅超過3%時(shí) ,將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比 ,以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比等。硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和 電導(dǎo)率。能促使鐵素體晶粒粗化。降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易， 磁阻減小， 使硅鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強(qiáng)度。 硅因有強(qiáng)的脫氧力， 從而減小了鐵的 磁時(shí)效作用。 含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。 硅能降低鋼的焊接 性能。硅還是良好的脫氧劑。Ni: 高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、 高的耐腐蝕性。W: 細(xì)化晶粒，大大提高淬透性 ,不降低塑性，提高韌性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、硬度、耐磨性,提高回火穩(wěn)定性。Mo ：能提高