第七章合金鋼簡答題

1、第七章 合金鋼 碳鋼具備很多優(yōu)點，在機器制造業(yè)中獲得了廣泛應用。但是碳鋼淬透性低、回火抗力差、不具備特殊的物理、化學性能，且屈強比低，約為0.6。而合金鋼屈強比一般為0.850.9。在零件設計時，屈服強度是設計的依據。所以，碳鋼的強度潛力不能充分發(fā)揮。為了滿足使用要求，必須選用合金鋼。1、合金元素對鋼中基本相有哪些影響？答： 與碳親合力很弱的合金元素，溶入鐵素體內形成合金鐵素體，對基體起固溶強化作用，與碳不發(fā)生化合反應。 與碳親合力較強的合金元素，一般能置換fe3c中的鐵原子，形成合金fe3c。合金fe3c較fe3c穩(wěn)定性略高，硬度較為提高，是低合金鋼中存在的主要碳化物。 與碳親合力很強的合金

2、元素，且含量大于5，易形成特殊碳化物。它比合金滲碳體具有更高的熔點、硬度、耐磨性和回火穩(wěn)定性。2、普通低合金鋼與含碳量相同的碳素鋼相比有什么特點？這類鋼常用于哪些場合？鋼中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金鋼是一種低碳、低合金含量的結構鋼，其含碳量0.2，合金元素含量3。與具有相同含碳量的碳素鋼相比具有較高的強度，較高的屈服強度，因此，在相同受載條件下，使結構的重量減輕2030。具有較低的冷脆轉變溫度（-30）。 普通低合金鋼主要用于橋梁、車輛、油罐以及工程構件。因此它的工作環(huán)境大多在露天，受氣溫和大氣中腐蝕性氣體的影響較大。 鋼中合金元素的主要作用：mn強化鐵素體基體；v、ti細化鐵素體

3、晶粒，形成碳化物起彌散強化的作用；cu、p提高鋼對大氣的抗蝕能力。3、普通低合金鋼常用于哪些場合？對性能有何要求？如何達到這些性能要求？答：普通低合金鋼主要用于橋梁、車輛、油罐以及工程構件。由于它的工作環(huán)境大多在露天，受氣溫和大氣中腐蝕性氣體的影響較大。因此對它的性能要求如下：良好的綜合力學性能，s350650 mpa，1623，k6070 j/cm2；良好的焊接性、冷熱加工性；較好的抗蝕性；低的冷脆轉化溫度，一般為-30。 為了達到這些要求，普通低合金鋼碳含量低，一般為0.10.2；合金元素含量低，一般3。主加元素mn用來強化鐵素體基體；輔加元素v、ti用來形成碳化物起彌散強化的作用，同時細

4、化鐵素體晶粒；cu、p用來提高鋼對大氣的抗蝕能力。4、合金鋼與碳鋼相比，為什么它的力學性能好？熱處理變形?。繛槭裁春辖鸸ぞ咪摰哪湍バ?、熱硬性比碳鋼高？答：合金鋼中的合金元素能溶入鐵素體基體起固溶強化作用，只要加入量適當并不降低鋼的韌性；除了co和al外，其它合金元素均使c曲線右移，使合金鋼淬火時臨界冷卻速度下降，淬透性提高，從而使力學性能在工件整個截面上均勻（特別是s和k）。故合金鋼力學性能好。 合金鋼淬透性高，臨界冷卻速度小，故可用較小的冷卻速度進行淬火，使熱應力大大降低，所以，合金鋼的熱處理變形小。 合金工具鋼中存在合金滲碳體和特殊炭化物，比碳素工具鋼中的滲碳體具有更高的硬度和穩(wěn)定性，彌散

5、度高，故耐磨性高。5、合金元素對淬火鋼回火轉變有何影響？答：合金元素對淬火鋼回火轉變的影響： 提高回火穩(wěn)定性 在保持相同硬度的條件下，合金鋼的回火溫度比碳鋼高，因此，內應力消除更充分一些，韌性也就更高一些。 產生二次硬化 在500600回火時，鋼中強碳化物形成元素從馬氏體中析出與母相保持共格關系的高度彌散的特殊碳化物（如mo2c、w2c、vc等），使強度、硬度反而提高。此外，高合金鋼淬火組織中殘余奧氏體較多，且十分穩(wěn)定，當加熱到500600時，特殊碳化物析出，使殘余奧氏體中的碳和合金元素含量降低，ms點提高，同時，殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，這種現象稱為二次淬火，這是造成二次硬化的又一個原因。 避

6、免出現第類回火脆性 淬火合金鋼在450650回火后緩慢冷卻，沖擊韌性急劇下降。為了避免第類回火脆性的產生，在此回火溫度范圍內回火后快冷，并且增加一次低于此溫度的補充回火，以消除由于快冷造成的內應力。另外還可以在鋼中加入w1或mo0.5，以防止第類回火脆性。6、什么是滲碳鋼？它的最終熱處理采用何種熱處理？獲得的組織是什么？合金元素的主要作用是什么？答：進行滲碳處理的鋼稱為滲碳鋼。它的最終熱處理為滲碳淬火低溫回火。獲得的組織：表層是高碳回火馬氏體滲碳體或碳化物；心部若淬透為低碳回火馬氏體，若未淬透為少量低碳回火馬氏體屈氏體鐵素體。 滲碳鋼中主加元素為cr、ni、mn、b用于強化基體，提高淬透性；輔

7、加元素為w、mo、v、ti，用于細化晶粒，它們形成的碳化物在高溫滲碳時不溶解，有效抑制了滲碳時的過熱現象。7、滲碳鋼主要應用在什么場合？工作狀況如何？對原材料、力學性能、滲碳工藝性能有什么要求？答：滲碳鋼主要用于制造汽車、拖拉機齒輪。它的工作條件使齒輪受交變彎曲應力，由于接觸應力很高，加工精度決定了齒輪嚙合時不會是純滾動，所以齒面還受很大的摩擦力。 對原材料要求：不允許有粗大的非金屬夾雜物；對力學性能要求：滲碳層的硬度要高，一般為5864hrc，心部應具有較高的強度和硬度，一般b5001200mpa，硬度2545hrc；對滲碳工藝性能的要求：滲碳速度較快；滲碳層的成分要適當，為0.851.05

8、；成分過渡要平緩；過熱敏感性要小；表層殘余奧氏體量要少。8、現有20crmnti鋼制造的汽車齒輪，要求齒面硬化層為1.01.2mm，齒面硬度為5862hrc，心部硬度為3540hrc。 確定齒輪生產工藝路線；畫出最終熱處理工藝曲線； 說明熱處理作用； 最終熱處理獲得的表層與心部組織。答： 齒輪生產工藝路線：92094084023090min90min6h時間空冷溫度（）油冷20crmnti齒輪最終熱處理工藝曲線 下料鍛造正火加工齒形滲碳預冷淬火低溫回火噴丸精磨 正火：消除鍛造應力；細化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。 預冷淬火低溫回火：獲得表層的高硬度；心部的高強度和高韌性。 噴丸：消除表面

9、氧化皮，提高表面質量；使表面留存殘余壓應力，提高疲勞強度。 表層：高碳回火馬氏體滲碳體或碳化物；心部：低碳回火馬氏體屈氏體。9、什么是調質鋼？它的化學成分有什么特點？主要應用于什么場合？對性能有何要求？答：經調質處理后使用的鋼稱為調質鋼。它的化學成分為中碳、低合金，碳含量一般為0.30.5，合金元素含量5。主要用于制造軸類、曲軸類、連桿螺栓等重要零件，這些零件在工作時承受交變的彎曲、扭轉、拉壓、沖擊等復雜應力。 對調質鋼的性能要求： 具有良好的綜合力學性能 b4501000 mpa，10，k50 j/cm2 ； 良好的淬透性 淬透性對材料的力學性能影響極大。如45鋼860油淬+560回火，20

10、40試樣，b=850mpa，s=560mpa，k=110j/cm2。未淬透，s/b=0.65低，材料浪費大；510b=1000mpa，s=840mpa，k=110j/cm2，淬透，s/b=0.84高，材料浪 避免高溫回火脆性 10、調質鋼的最終熱處理采用何種熱處理？獲得的組織是什么？常用調質鋼的牌號有哪些？主加和輔加合金元素有哪些，要作用是什么？答：調質鋼的最終熱處理采用淬火+高溫回火；組織是s回。 常用調質鋼的牌號：40cr、30crmo、30crmoti。 調質鋼的主加元素是mn、si、cr、ni及少量b，主要目的是提高鋼的淬透性，強化基體；輔加元素是w、mo、v、ti，主要目的是細化晶粒

11、，提高回火抗力；少量的b以進一步提高淬透性；w和mo還可以防止第二類回火脆性。11、現有40cr鋼制造的機床主軸，心部要求良好的強韌性（200300hbs），軸頸處要求硬而耐磨（5458hrc），試問： 編寫加工工藝路線和最終熱處理工藝曲線； 說明預先熱處理和最終熱處理的作用和最終熱處理后的組織。答： 加工工藝路線為：下料鍛造正火粗加工調質精加工噴丸880570120min90min時間溫度（）油冷40cr機床主軸最終熱處理工藝曲線空冷正火：消除鍛造應力；細化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能；為調質處理做好組織準備。調質處理：獲得綜合力學性能。最終組織：s回。噴丸：消除表面氧化皮，提高表面質量

12、；使表面留存殘余壓應力，提高疲勞強度。12、為什么彈簧鋼多采用si作為主要合金元素？為何采用淬火中溫回火？硬度能達到多少？常用的彈簧鋼牌號有哪些？應用上有哪些特點？答：鋼中加入si可以提高淬透性，強化基體，并明顯提高回火穩(wěn)定性。因為在馬氏體分解過程中，必然伴隨著碳化物的轉變；在-fe2.4c中能溶解si，而fe3c中卻不能溶解si，這樣勢必形成所謂高硅墻，阻礙-fe2.4c向fe3c轉變，因而延緩了馬氏體分解的速度，提高了鋼的回火抗力。同時使屈強比提高到接近于1，提高了強度利用率和彈簧的疲勞強度。 彈簧鋼采用淬火后中溫回火，可以獲得具有較高的彈性極限、較高的疲勞強度以及一定的塑性和韌性的回火屈

13、氏體組織。硬度為3850hrc。常用的彈簧鋼牌號有：65mn、60si2mn，用于制造截面尺寸較大的彈簧，但熱處理時有回火脆性和過熱現象。50crva、55simnv，用于制造高溫、高負荷下工作的彈簧。13、彈簧對材料的性能有何要求？彈簧的表面質量對其使用壽命有何影響？可采用哪些措施提高彈簧使用壽命？答：彈簧主要用做減震儲能，因此要求具有高的彈性極限、屈強比和疲勞強度，以及一定的塑性和韌性。 彈簧一般是在動載荷下工作，受到反復彎曲或拉、壓應力，因此表面若有裂紋、斑疤、夾雜及壓入的氧化皮等，均會成為疲勞源，以致發(fā)生疲勞破壞，使彈簧的使用壽命降低。 提高彈簧使用壽命的措施： 材料選用上 碳素彈簧鋼

14、采用中、高碳，碳含量一般為0.60.8；合金彈簧鋼碳含量一般為0.450.7，保證彈簧具有一定的塑性和韌性，防止產生脆性斷裂。 合金元素的選用上 主加合金元素mn、si、cr，提高鋼的淬透性，強化基體，提高屈強比；輔加元素w、v，減少脫碳和過熱傾向，同時進一步提高淬透性、彈性極限、屈強比、耐熱性和沖擊韌性。 最終熱處理上 采用淬火+中溫回火，獲得t回組織；表面進行噴丸處理，使工件表面留存殘余壓應力，提高疲勞極限。 14、滾動軸承鋼的化學成分有何特點？為什么？常用的滾動軸承鋼的牌號有哪些？答：化學成分特點：高碳含量約為0.951.15；主加合金元素為鉻含量約為0.401.65。高碳保證鋼經熱處理

15、后具有高硬度和獲得一定量的高耐磨性的合金碳化物。主加合金元素cr，以提高鋼的淬透性并與碳形成合金滲碳體（fe、cr）3c，阻止奧氏體晶粒長大，淬火后獲得細小的隱晶馬氏體組織，提高鋼的強度、韌性、接觸疲勞強度。但是cr的含量過高，使殘余奧氏體量增加，降低鋼的強度和硬度。對于大型軸承，還需加入si、mn、mo、v等元素，以提高鋼的強度、彈性極限，并進一步改善淬透性。常用滾動軸承鋼的牌號有：gcr9、gcr15制造中、小型軸承；gcr15simn制造大型軸承。15、滾動軸承鋼的熱處理有何特點？熱處理主要目的是什么？組織是什么？答：滾動軸承鋼的主要熱處理為：球化退火、淬火+低溫回火，對于精密軸承還需進

16、行冷處理+低溫回火。球化退火的目的：降低硬度，改善切削加工性能，并為最終熱處理作好組織準備。組織為鐵素體和均勻分布的細小粒狀碳化物。淬火+低溫回火的目的：獲得高硬度、高的疲勞極限、高的耐磨性。組織為極細的回火馬氏體、細小均勻分布的粒狀碳化物、極少量的殘余奧氏體。冷處理的目的：進一步消除殘余奧氏體；低溫回火消除冷處理產生的內應力，穩(wěn)定尺寸。16、滾動軸承鋼主要應用于什么場合？滾動軸承的工作條件有什么特點？工作條件對滾動軸承鋼的性能提出什么要求？答：滾動軸承鋼主要用于制造滾動軸承套圈、滾動體以及各種耐磨零件。滾動軸承工作條件特點：滾動軸承鋼制造的滾動軸承內外套圈及滾動體都是在交變的接觸應力下工作的

17、，最大接觸應力可達3000000mpa。在滾動過程中，滾動體、套圈、保持架之間還有相對滑動，產生摩擦。在某些情況下，還受復雜的沖擊、扭轉載荷。工作條件對滾動軸承鋼性能要求：高硬度（6264hrc），高耐磨性；高接觸疲勞強度，不易產生點蝕；高的彈性極限和一定的韌性；高的淬透性；高的尺寸穩(wěn)定性；一定的抗蝕性。17、滾動軸承鋼對s、p含量的限定有什么要求？為什么？答：滾動軸承鋼對s、p含量的限定十分嚴格，s0.020，p0.007。因為s、p形成的非金屬夾雜物，降低接觸疲勞極限。 18、試分析高速工具鋼中化學成分的特點，合金元素的作用。寫出高速鋼刃具的加工工藝路線，并分析最終熱處理的工藝特點。其主要

18、用途是什么？常用的牌號是什么？答：高速工具鋼中化學成分的特點表現為高碳、高合金，碳含量為0.71.65，并含有大量的w、mo、cr、v等強碳化物形成元素。 合金元素的作用：cr的主要作用是提高鋼的淬透性；w和mo的主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性；v的主要作用是提高鋼的硬度和耐磨性。高速鋼刃具的加工工藝路線：下料鍛造球化退火機械加工1280淬火560三次回火磨削開刃 高速鋼最終熱處理為1280淬火、560三次回火，其特點是預熱次數多，加熱溫度高，回火溫度高，回火次數多。 高速工具鋼主要用于制造刃具和冷作模具。常用的牌號是w18cr4v和w6mo5cr4v2。19、高速工具鋼按其所含的主要元素可分為

19、哪兩類，舉列說明。它們的共同特點是什么？答：高速鋼按其所含的主要元素分為鎢系（w18cr4v）和鉬系（w6mo5cr4v2）。 它們的共同特點是碳含量較高，并含有多種碳化物形成元素w、mo、cr、v等。20、高速工具鋼經鑄造后為什么要反復鍛造？鍛造后在切削加工前為什么必須退火？采用何種退火方法？退火溫度是多少？退火后組織是什么？硬度為多少？答：高速鋼的鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀合金碳化物，使鋼的機械性能下降。這種碳化物不能用熱處理來消除，只有采用反復鍛擊的方法將其擊碎，并均勻分布在基體上。 高速鋼經鍛造后，存在鍛造應力及較高硬度。經退火處理以降低硬度，改善切削加工性，并消除內應力。 退火方法有普

20、通退火和等溫退火，退火溫度約為830，退火后組織是索氏體及細粒狀碳化物，硬度為207255hbs。21、畫出高速鋼最終熱處理工藝曲線，分析淬火加熱過程和冷卻過程有什么特點。溫度（）時間127012805806208008405605605603.5min1h1h1h7min分級淬火三次回火w18cr4v鋼淬火與回火工藝曲線答：采用分級加熱、分級冷卻，防止變形和開裂。22、分析高速鋼淬火溫度為什么高達1280？淬火后的組織是什么？淬火后為什么要經三次560回火？560回火后的組織是什么？高速工具鋼在560回火是否是調質處理？答：高速鋼良好的切削性能，主要取決于高的熱硬性，而熱硬性主要取決于馬氏體

21、中合金元素的含量。因此，高速鋼在淬火時加熱溫度的選定，必須使合金元素充分溶入奧氏體中。w、cr、v在1000時溶入量顯著增加，但溫度過高，奧氏體晶粒粗大，淬火后殘余奧氏體量增加，性能降低。故高速鋼淬火為溫度1280。淬火后的組織是馬氏體、殘余奧氏體和合金碳化物。 高速鋼淬火后，殘余奧氏體的量可達2030，必須進行多次回火以促使其發(fā)生轉變。在560范圍內回火時，一方面從馬氏體中析出細小分散的w2c、moc、vc，形成彌散硬化；另一方面從殘余奧氏體中析出合金碳化物，降低殘余奧氏體中合金的濃度，使ms點上升，當隨后冷卻時，殘余奧氏體轉變成馬氏體，產生二次硬化?；鼗鸷蟮慕M織為回火馬氏體、合金碳化物、少

22、量的殘余奧氏體。高速工具鋼在560回火不是調質處理。 23、簡述高速鋼的成分、熱處理和性能特點，并分析合金元素作用。答：成分特點：高碳c=0.71.65%；高合金。熱處理特點：淬火溫度高,在12701280淬火，淬火后560三次回火.性能特點：具有高強度，高硬度，高沖擊韌性。合金元素作用：cr提高鋼的淬透性,w提高鋼的紅硬性和回火穩(wěn)定性;v提高鋼的硬度和耐磨性，mo防止第二類回火脆性產生.24、硬質合金是如何形成的？它有什么特性？答：硬質合金是將高熔點、高硬度的金屬碳化物粉末和粘結劑混合，壓制成型，再經燒結而成的一種粉末冶金材料。 它的硬度高、熱硬性高、耐磨性高。25、硬質合金分為哪二類？性能

23、上有什么不同？應用上有什么不同？答：硬質合金分為鎢鈷類硬質合金和鎢鈷鈦類硬質合金二類。 鎢鈷鈦類硬質合金比鎢鈷類硬質合金硬度高，熱硬性高，耐磨性高，但韌性低。鎢鈷類硬質合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬、塑料。鎢鈷鈦類硬質合金主要用于加工合金鋼、耐熱鋼。26、冷作模具鋼對材料的性能有什么要求？常用的冷作模具鋼的牌號有哪些？答：冷作模具鋼是用來制造使金屬在冷態(tài)下變形的模具。因此要求材料具有很高的硬度、強度、良好的耐磨性及足夠的韌性。尺寸小的冷作模具鋼常用牌號為：t10、t10a、9sicr、9mn2v、crwmn等。大型模具必須采用淬透性好、耐磨性高、熱處理變形小的鋼，一般采用cr12、cr12mo

24、v等。27、試分析cr12mov鋼的碳含量和合金元素的作用。答：cr12mov鋼是冷作模具鋼，其碳含量為1.451.70，保證熱處理后獲得高硬度、高耐磨性。主加合金元素cr含量高，可顯著提高鋼的淬透性，使截面厚度400mm的模具在油中淬透，并形成cr7c3合金碳化物，具有極高的硬度（約1820hv）和耐磨性。加入mo、v進一步提高鋼的淬透性，同時改善碳化物偏析，細化晶粒，提高強度和韌性。28、cr12型鋼中碳化物的分布對鋼的使用性能有何影響？熱處理能改善其碳化物分布嗎？生產上常采用什么方法予以改善？答：cr12鋼是冷作模具鋼，主加元素cr含量高，可顯著提高鋼的淬透性，同時形成cr7c3，使鋼獲

25、得極高的硬度和耐磨性。cr7c3的分布不均勻，使鋼的使用性能下降。熱處理不能改善碳化物分布。生產上采用加入合金元素v、mo，以改善cr7c3偏析現象；采用表面化學熱處理如離子氮化、軟氮化、滲硼等，提高cr12鋼的耐磨性和抗疲勞強度。 29、制造量具的鋼應具有什么特性？常用的量具鋼牌號有哪些？答：制造量具的鋼應具有良好的尺寸穩(wěn)定性，較高的硬度和耐磨性。 制造簡單量具的鋼可選用碳素工具鋼，如t10a、t12a等；制造高精度量具的鋼可選用低合金工具鋼，如9sicr、gcr15、crmn、crwmn等。30、量具鋼使用過程中常見的失效形式是磨損與尺寸變化，為了提高量具的使用壽命，應采用哪些熱處理方法？并安排各熱處理工序在加工工藝路線中的位置。答：量具鋼采用的熱處理和熱處理工