金屬材料學(xué)課后答案

1、金屬材料學(xué)課后答案 （較全 ）第一章1. 為什么說鋼中的 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)

2、述合金鋼中碳化物形成規(guī)律。答：當(dāng) rC/rM>0.59 時(shí)，形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)； 當(dāng) rC/rM<0.59 時(shí)，形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)； 相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素 均相似；有限溶解：一般 K 都能溶解其它元素，形成復(fù)合碳化物。 NM/NC 比值決定了碳化物類型碳化物穩(wěn)定性越好， 溶解越難， 析出難越， 聚集長大也越難； 強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合形成碳化物。4. 合金元素對(duì) Fe-C相圖的 S、E 點(diǎn)有什么影響？這種影響意味著什么？ 答：A 形成元素均使 S、E點(diǎn)向移動(dòng)，F(xiàn)形成元素使 S、E點(diǎn)向 移動(dòng)。S點(diǎn)左移意味著 減小， E點(diǎn)左移意味著出現(xiàn) 降低。（

3、左下方；左上方） （共析碳量；萊氏體的 C 量）5. 試述鋼在退火態(tài)、淬火態(tài)及淬火 -回火態(tài)下，不同合金元素的分布狀 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?；鼗饝B(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大

4、？阻止奧氏體晶粒長大 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)，以減小工件的變形與 開裂傾向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、

5、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 無關(guān)；斷口為晶界脆斷。產(chǎn)生原因：鋼在 200-350回火時(shí)， Fe3C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

6、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、 碳化物形成傾向、 奧氏體晶粒長大 傾向、淬透性、回火穩(wěn)定性

7、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?。?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 強(qiáng)化鐵素體，在

8、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，韌性減小） Mn 是奧氏體形成 元素，促進(jìn) A 晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性； 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

9、 類似于 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。 :（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?。?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

10、穩(wěn)定性； 阻止 A 晶粒長大的作用顯著，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)晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性； （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。 總結(jié)：11. 根據(jù)合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回

11、火穩(wěn)定性、奧氏體晶粒 長大傾向、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： 40CrNiMo>40CrMn >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： 40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr 奧氏體晶粒長大傾向： 40CrMn>40Cr >40CrNi >40Cr

12、NiMo 韌性：40CrNiMo>40CrNi>40CrMn>40Cr （Ni 能夠改善基體的 韌度） 回火脆性： 40CrNi>40CrMn>40Cr>40CrNiMo （ 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

13、轉(zhuǎn)變時(shí)碳化物形核的控制因素。 V 主要是通過推遲碳化物形核與長 大來提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性W、 Mo 除了推遲碳化物形核與長大外，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

14、，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 晶粒的長大，而 V的作用主要是沉淀析出強(qiáng)化。Mn-V 復(fù)合：Mn 有過熱傾向，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

15、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 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”？16.

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、 40C

17、rNi、 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)

18、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。19. 試解釋 40Cr13已屬于過共析鋼，而 Cr12 鋼中已經(jīng)出現(xiàn)共晶組織， 屬于萊氏體鋼。答：因?yàn)?Cr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

19、過共析鋼。 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)晶粒長大，增大 鋼的過熱敏感性； 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，

20、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)上來說，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，該過程是自發(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：通過控制時(shí)間因素來控制內(nèi)吸附；缺陷類型：缺陷越混亂，畸

21、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)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似，即無 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： R± 8%，可以形成無限固溶； &#

22、177; 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 LC

23、A方法應(yīng)用到材料設(shè)計(jì)過程中產(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來改變材料?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)

24、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制造， 通過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不同的熱處理等方法 來實(shí)現(xiàn)。 通過調(diào)整成分配比開發(fā)出性能更加優(yōu)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

25、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)件長期受靜載； 互相無相對(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. 低碳鋼中淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效的機(jī)理是什么？

26、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

27、增加 33MPa。 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

28、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。微合金元素通過阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長 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%S，i 0.81.5%Mn， 0.45%Cr， 0.4%Mo，少量 V 、Nb、 Ti。（質(zhì)量 分?jǐn)?shù)） 組織： F 基體上分布不連

29、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， 無屈服平臺(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。微合金元素通過阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒

30、長大和抑制奧氏體形變 再結(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3-2 為什么說淬透性是評(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)

31、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、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)注意些什么問題？力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 b ，11501500MPa ；屈服強(qiáng)度 s , 9501250 MPa 40% ；伸長率 ， 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

32、性：工作溫度 <200 ;強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工 焊接等工序 ; 只 能用于中小件 ;淬火時(shí)變形大 ,要求嚴(yán)格的零件慎用 .3-6 某工廠原來使用 45MnNiV 生產(chǎn)直徑為 8mm 高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%, 熱處理工藝是（ 920±20） 油淬，（ 470± 10）回火。因該鋼缺貨，庫存有 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

33、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)量總的來說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

34、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？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)力退火來控制彈簧尺寸；c）提高金屬絲的

35、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，所以要先成型再強(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。

36、 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 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，零件的淬火變形小；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

37、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)軸承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化

38、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織準(zhǔn)備

39、；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：

40、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

41、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、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

42、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 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？

43、 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

44、般說硫（ 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，

45、或者不易長大， Mn 雖然可以細(xì)化珠光體，但是卻可以增大奧氏體長大的傾向，對(duì) 20Mn2 ，含錳較高，這樣 大大增加奧氏體長大的傾向，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。問此時(shí)鋼表、里的組織是什 么？（已知該鋼的 Ms 是 310，表面滲碳

46、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)（不必寫出熱處理工藝具體 參數(shù)）。 熱處理工藝：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

47、 ；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） 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 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)

48、 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 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； 通過分析

49、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六章耐熱鋼1. 在耐熱鋼的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是強(qiáng)化元素？ 哪些是奧氏體形成元素？說明其作用機(jī)理。答： Cr：提高鋼抗氧化性的主要元素， Cr 能形成附著性很強(qiáng)的致密 而穩(wěn)定的氧化物 Cr2O3，提

50、高鋼的抗氧化性。 Al：是提高鋼抗氧化性的主要元素，含鋁的耐熱鋼在其表面上能形 成一層保護(hù)性良好的 Al2O3 膜，它的抗氧化性能優(yōu)于 Cr2O3膜。 Si：是提高抗氧化性的輔助元素，效果比 Al 還要有效。高溫下，在 含硅的耐熱鋼表面上形成一層保護(hù)性好、致密的 SiO2 膜。鋼中含硅量達(dá) 1 2時(shí)，就有較明顯的抗氧化效果。Mo、W：是提高低合金耐熱鋼熱強(qiáng)性能的重要元素， Mo 溶入基體起固溶強(qiáng)化作用，能提高鋼的再結(jié) 晶溫度，也能析出穩(wěn)定相，從而提高熱強(qiáng)性。 W 的作用于 Mo 相似。 Ti、Nb、V：是強(qiáng)碳化物形成元素，能形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼的松弛 穩(wěn)定性，也提高熱強(qiáng)性。當(dāng)鋼中有 Mo、

51、Cr 等元素時(shí)，能促進(jìn)這些元素進(jìn) 入固溶體，提高高溫強(qiáng)度。 Ni：是奧氏體形成元素，獲得奧氏體組織。2. 為什么鍋爐管子用珠光體熱強(qiáng)鋼的含 C 量都較低(<0.2%)？有一鍋爐 管子經(jīng)運(yùn)行兩年后， 發(fā)現(xiàn)有“起瘤” 現(xiàn)象，試分析原因， 并提出改進(jìn)設(shè)想。答：因?yàn)楹剂扛吡耍怪楣怏w球化和聚集速度加快，石墨化傾向增 大，合金元素的再分配加速，并且鋼的焊接、成型等工藝性能有所降低。 在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能降低碳量。3. 提高鋼熱強(qiáng)性的途徑有哪些？答： (1)強(qiáng)化基體：耐熱溫度要求越高，就要選用熔點(diǎn)越高的金屬作基 體。合金元素的多元適量復(fù)合加入，可顯著提高熱強(qiáng)性。(2) 強(qiáng)化晶界

52、 :凈化晶界 :在鋼中加入稀土、硼等化學(xué)性質(zhì)比較活潑的 元素；填充晶界空位：晶界上空位較多，原子易快速擴(kuò)散。B 易偏聚于晶界，減少晶界空位。(3) 彌散相強(qiáng)化：金屬基體上分布著細(xì)小、穩(wěn)定、彌散分布的第二相質(zhì) 點(diǎn)，能有效地阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而提高強(qiáng)度。獲得彌散相的方法有直接加入 難熔質(zhì)點(diǎn)和時(shí)效析出兩種。(4) 熱處理：珠光體耐熱鋼進(jìn)行熱處理，一方面可獲得需要的晶粒度， 另一方面可以提高珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度。4. 為什么 y-Fe 基熱強(qiáng)鋼比 a-Fe基熱強(qiáng)鋼的熱強(qiáng)性要高？ 答：因?yàn)榻饘倩蚝辖鸬木Ц耦愋鸵灿绊懺娱g結(jié)合力。 對(duì) Fe 基合金來 說，面心立方晶體的原子間結(jié)合力較強(qiáng)，體心立方晶體較弱。所

53、以奧氏體 型鋼要比鐵素體型鋼、馬氏體型鋼、珠光體型鋼的蠕變抗力高。因?yàn)閵W氏 體晶體 y-Fe 的原子排列比較致密， 合金元素在 y-Fe 晶體中不容易擴(kuò)散， 并且 y-Fe 晶界上原子有序度比較好，晶界強(qiáng)度較高。5.什么叫抗氧化鋼？常用在什么地方？答：抗氧化鋼：在高溫下有較好的抗氧化能力且具有一定強(qiáng)度的鋼。常用于工業(yè)爐子中的構(gòu)件、爐底板、料架、爐罐等。6.為什么低合金熱強(qiáng)鋼都用 Cr、 Mo 、 V 合金化？答:因?yàn)?Cr 是提高鋼抗氧化性的主要元素， Cr能形成附著性很強(qiáng)的致 密而穩(wěn)定的氧化物 Cr2O3，提高鋼的抗氧化性。 Cr 也能固溶強(qiáng)化，提高鋼 的持久強(qiáng)度和蠕變極限。 Mo 是提高低

54、合金耐熱鋼熱強(qiáng)性能的重要元素， Mo 溶入基體起固溶強(qiáng)化作用， 能提高鋼的再結(jié)晶溫度， 也能析出穩(wěn)定相， 從而提高熱強(qiáng)性。 V 是強(qiáng)碳化物形成元素，能形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼 的松弛穩(wěn)定性，也提高熱強(qiáng)性。當(dāng)鋼中有Mo、 Cr 等元素時(shí)，能促進(jìn)這些元素進(jìn)入固溶體，提高高溫強(qiáng)度。第八章 鑄鐵1、鑄鐵與碳鋼相比，在成分、組織和性能上有什么區(qū)別？（ 1）白口鑄鐵：含碳量約 2.5%,硅在 1%以下白口鑄鐵中的碳全部以 滲透碳體（ Fe3c）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由于有大 量硬而脆的 Fe3c，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業(yè)應(yīng) 用方面很少直接使用， 只用于少數(shù)要求耐磨而

55、不受沖擊的制件， 如拔絲模、 球磨機(jī)鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料（ 2）灰口鑄鐵；含碳量大于 4.3，鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加工性好，減 磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡(jiǎn)單，成本低、廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜 鑄件和耐磨件。（ 3）鋼的成分要復(fù)雜的多，而且性能也是各不相同鋼是含碳量在 0.04%-2.3%之間的鐵碳合金。我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保 證其韌性和塑性，含碳量一般不超過 1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還 有硅、錳、硫、磷等，而且鋼還根據(jù)品質(zhì)分類為普通鋼（P 0.045%， S0.050%） 優(yōu)質(zhì)鋼（ P、S均 0

56、.035%） 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（ P0.035%，S 0.030%） 按照化學(xué)成分又分碳素鋼： .低碳鋼（ C0.25%）.中碳鋼（C 0.250.60%）.高碳鋼（ C0.60%）。合金鋼：低合金鋼（合金元素 總含量 5%） .中合金鋼（合金元素總含量 510%）.高合金鋼（合金元 素總含量 10%）。2、C、Si、Mn 、P、S元素對(duì)鑄鐵石墨化有什么影響？為什么三低 （C、 Si、Mn 低）一高（ S 高）的鑄鐵易出現(xiàn)白口？（ 1）合金元素可以分為促進(jìn)石墨化元素和阻礙石墨化元素，順序?yàn)椋篈l、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、 Ce、B等。其中，Nb

57、 為中性元素，向左促進(jìn)程度加強(qiáng)， 向右阻礙程度加強(qiáng)。 C 和 Si是鑄鐵中主要的強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，為綜合考慮它們的影響，引 入碳當(dāng)量 CE = C% + 1/3Si%，一般 CE4%，接近共晶點(diǎn)。 S 是強(qiáng)烈阻礙石墨 化元素，降低鑄鐵的鑄造和力學(xué)性能，控制其含量。（ 2）鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過程中易產(chǎn)生白口組織和裂紋。 白口組織是由于在鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，碳、硅等促進(jìn)石墨化 元素大量燒損，且補(bǔ)焊區(qū)冷速快，在焊縫區(qū)石墨化過程來不及進(jìn)行而產(chǎn)生 的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的鑄鐵焊接 材料或鎳基合金、銅鎳合金、高釩鋼等非鑄鐵焊接材料，或補(bǔ)焊時(shí)進(jìn)行預(yù) 熱緩冷使石墨充分析出，或采用釬焊，可避免出現(xiàn)白口組織， 。3、鑄鐵壁厚對(duì)石墨化有什么影響？冷速越快， 不利于鑄鐵的石墨化， 這主要取決于澆注溫度、鑄型材料的導(dǎo)熱能力及鑄件壁厚等因素。冷速過 快，第二階段石墨化難以充分進(jìn)行。4、石墨形態(tài)是鑄鐵性能特點(diǎn)的主要矛盾因素，試分別比較說明石墨 形態(tài)對(duì)灰鑄鐵和球墨鑄鐵力學(xué)性能及熱處理工藝的影響。墨的數(shù)量、大小 和分布對(duì)鑄鐵的性能有顯著影響。如片狀石墨 ，數(shù)量越多對(duì)基體的削弱 作用和應(yīng)力集中程度越大。