工程材料習題答案

1、工程材料作業(yè)（4）答案1. 解釋下列現(xiàn)象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高。奧氏體形成分為形核、長大、殘余滲碳體溶解，奧氏體均勻化4階段。多數(shù)合金元素減緩A形成，Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳親和力大，形成的合金元素的碳化物穩(wěn)定、難溶解，會顯著減慢碳及合金元素的擴散速度。但為了充分發(fā)揮合金元素的作用，又必須使其更多的溶入奧氏體中，合金鋼往往需要比含碳量相同的碳鋼加熱到更高的溫度，保溫更長時間。Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的擴散速度，使奧氏體的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度的影響不大。

2、阻礙晶粒長大，合金鋼需要更高的加熱溫度，更長的保溫時間，才能保證奧氏體均勻化。 （加熱溫度升高了，但一般不會引起晶粒粗大：大多數(shù)合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。碳化物形成元素的作用最明顯，因其形成的碳化物高溫下穩(wěn)定性高，很難完全溶入奧氏體，未溶的細小碳化物顆粒，分布在奧氏體晶界上，有效的阻止晶粒長大，起到細化晶粒的作用。所以，合金鋼雖然熱處理加熱溫度高，但一般不用擔心晶粒粗大。 強烈阻礙晶粒長大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻礙的：W、Mo、Cr；影響不大的：Si、Ni、Cu；促進晶粒長大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性?；?/p>

3、火過程一般分為：馬氏體分解、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變、碳化物類型轉(zhuǎn)變和碳化物長大。合金元素在回火過程中，推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（即在較高溫度才出現(xiàn)分解和轉(zhuǎn)變），提高鐵素體的再結(jié)晶溫度，使碳化物難以聚集長大而保持較大的彌散度。因此，提高了鋼對回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。使得合金鋼在相同溫度下回火時，比同樣質(zhì)量分數(shù)的碳鋼具有更高的硬度和強度（對工具鋼，耐熱鋼更重要），或在保證相同強度的條件下，可在更高的溫度下回火，而韌性更好（對結(jié)構鋼更重要。）(3) 為何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr鋼屬于過共析鋼，含碳1.5%，含Cr12%的鋼屬于萊氏體鋼。 在合金元素的作用下，使得鐵碳

4、相圖的S點（即0.77%）和E點（即2.11%）因此，C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr鋼屬于過共析鋼，含碳1.5%，含Cr12%的鋼屬于萊氏體鋼。(4) 高速鋼在熱軋或鍛造后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。 高速鋼由于合金元素含量高，使得C曲線右移很多，即過冷奧氏體區(qū)很大，淬火臨界冷卻速度大為降低，因此采取空冷即可獲得馬氏體組織。高速鋼俗稱“風鋼”（鋒鋼）2何謂合金滲碳鋼？為何滲碳鋼的含碳量都較低？合金滲碳鋼常用的合金元素有哪些及其主要作用？為何滲碳后要進行淬火和低溫回火？經(jīng)過滲碳熱處理后使用的低碳合金結(jié)構鋼。含碳量低是為了保證零件心部有足夠的塑性和韌性。滲碳鋼常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn

5、，B，主要目的是提高淬透性。還加入少量Ti，V，V，Mo等強碳化物形成元素，形成穩(wěn)定碳化物，提高耐磨性，并阻礙晶粒長大。滲碳僅是改變了低碳鋼表面的成分即表面為高碳鋼，若退火仍然是平衡組織，沒有強化效果。只有經(jīng)過淬火+低溫回火后，才能實現(xiàn)表面的強化，而保持心部的塑韌性。3何謂合金調(diào)質(zhì)鋼？為何調(diào)質(zhì)鋼的含碳量中碳？調(diào)質(zhì)鋼常用的合金元素有哪些及其主要作用？經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后使用的中碳合金結(jié)構鋼。選擇中碳是為了保證零件心部（整體）的綜合機械性能良好。常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高鋼的淬透性，同時強化鐵素體，提高基體強度。4指出下列合金鋼的類別，用途，含碳量和合金元素的作用，熱

6、處理特點： 20CrMnTi 40MnB，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo牌號名稱：合金滲碳鋼成分：（1）含碳量：0.2%，低碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性Ti：細化晶粒（滲碳 溫度高920）熱處理特點： 正火 滲碳+淬火+低溫回火熱處理組織及硬度： 心部 表面 T，M回，F(xiàn)少 回火M+合金滲碳體+A少 HRC25 HRC60 ak700kJ/m2用途舉例：汽車變速齒輪、凸輪軸，活塞銷等20CrMnTi40MnB名稱：合金調(diào)質(zhì)鋼成分：（1）含碳量：0.4%，中碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性熱處理特點：

7、完全退火 整體調(diào)質(zhì)（淬火（油）+高溫回火） （局部或表面）高頻加熱表面淬火+低溫回火（若要求表面耐磨）熱處理組織及硬度： 調(diào)質(zhì)：S回 HRC25 表面淬火+低回：M回 HRC58用途舉例：齒輪、軸類，連桿，螺栓等。60Si2Mn名稱：合金彈簧鋼，專用結(jié)構鋼，制造彈簧和其他彈性零件。成分：（1）含碳量：0.6%，中高碳（高于調(diào)質(zhì)鋼）； （2）合金元素及作用：Si，Mn：提高淬透性，也提高屈強比。熱處理特點： 完全退火 淬火+中溫回火噴丸強化熱處理組織及硬度： T回 HRC40 用途舉例：汽車板簧、床墊彈簧熱成型彈簧：如汽車板簧 扁鋼下料加熱壓彎成型淬火中溫回火噴丸強化冷成型彈簧：螺旋彈簧 冷拉鋼

8、絲（淬火中溫回火鋼絲）冷卷成型去應力退火成品9SiCr名稱：低合金工具鋼成分：（1）含碳量：0.9%，高碳。 （2）合金元素及作用：Cr、Mn、Si，W、V：提高淬透性和回火穩(wěn)定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。熱處理特點： 球化退火 淬火（油）+低溫回火熱處理組織及硬度： M回+粒狀碳化物+A HRC60-65 用途舉例：絲錐、板牙、量規(guī)。GCr15名稱：滾動軸承鋼成分：（1）含碳量：0.95-1.05%，高碳，保證高硬度和耐磨性。 （2）合金元素及作用：Cr：1.30-1.65%，提高淬透性；形成合金滲碳體，提高耐磨性，提高疲勞強度。熱處理特點： 球化退火 淬火（油）+低溫回火熱處理組織

9、及硬度： M回+粒狀碳化物+A HRC60 用途舉例：滾珠、滾柱、滾針等；冷沖壓模具，量具，絲杠等。W18Cr4V名稱：高速鋼成分：（1）含碳量：0.7-1.5%，高碳，保證與合金元素形成足夠數(shù)量的碳化物，同時保證有一定數(shù)量溶入奧氏體，保證馬氏體硬度。 （2）合金元素及作用：Cr、V：提高淬透性，W、Mo：保證紅硬性。V：提高耐磨性，細化晶粒。熱處理特點： 多次鍛造等溫退火 淬火（兩次預熱，分級淬火，油冷）+ 低溫回火（560 三次，每次1小時）熱處理組織及硬度：淬火組織： M+粒狀碳化物+A（大量2025%） HRC63 回火組織： M回+粒狀碳化物+A（少量1-2%） HRC63-66 用

10、途舉例：絲錐、板牙、量規(guī)。Cr12MoV名稱：冷作模具鋼成分：（1）含碳量：1.0%，高碳，保證高硬度和高耐磨性。 （2）合金元素及作用：Cr、V、W、Mo形成難溶碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr，Cr12含Cr達到12%，提高耐磨性同時還顯著提高鋼的淬透性。熱處理特點： 一次硬化法：950-1000淬火150-180回火 HRC61-64二次硬化法：1100-11500淬火510-520三次回火 HRC60-62（紅硬性高400-450、耐磨，但韌性差）熱處理組織及硬度：M回+粒狀碳化物+A（少量1-2%）用途舉例：冷沖模、壓印模、拉延模5CrMnMo名稱：熱作模具鋼成分：（1）含碳量：0.5

11、%，中碳，保證高強度、高韌性、較高硬度（HRC35-52）和較高熱疲勞抗力。 （2）合金元素及作用：Cr、Mn等。Cr提高鋼的淬透性。Mo產(chǎn)生二次硬化，同時防止高溫回火脆性。熱處理特點：退火淬火高溫回火（550）（與調(diào)質(zhì)鋼相似）熱處理組織及硬度： S回 HRC39-47用途舉例：小型熱鍛模、熱鐓模5、龐國星教材P110：4-1：見教材，不提供答案。6、高速鋼鑄造后為什么反復鍛造？高速鋼切削加工前又為什么進行低溫奧氏體化退火？該鋼淬火加熱溫度為什么高達1280？淬火后為何三次回火？高速鋼560回火是否屬于調(diào)質(zhì)處理？為什么？（1）高速鋼鑄造后為什么反復鍛造：高速鋼是萊氏體鋼，鑄造組織成分不均勻，偏

12、析嚴重，存在大量的粗大碳化物，將降低鋼的韌性。碳化物不能采用熱處理工藝消除，只能采用反復鍛造將其打碎，使之均勻分布。高速鋼切削加工前又為什么進行低溫奧氏體化退火：即球化退火，降低硬度，便于切削加工。該鋼淬火加熱溫度為什么高達1280：保證合金元素（W、Cr）溶入奧氏體，形成合金奧氏體，才能保證形成合金馬氏體，并在回火時，析出合金碳化物，獲得二次硬化的效果。淬火后為何三次回火：因為殘余奧氏體的量較大（30%），需要多次回火才能消除（5%以下）。同時，為了消除較大的殘余應力。高速鋼560回火是否屬于調(diào)質(zhì)處理：不是調(diào)質(zhì)。由于存在二次硬化，高速鋼的紅硬性好，在560回火仍能保持高硬度。7、試比較分析T

13、9碳素工具鋼與9SiCr合金工具鋼：（1）為什么9SiCr鋼熱處理溫度比T9高？為了保證合金元素溶入奧氏體，形成合金奧氏體，最終形成合金馬氏體，在回火時析出合金碳化物，以提高紅硬性。（2）直徑為3040mm的9SiCr鋼在油中冷卻能淬透，相同尺寸的T9在油中能否淬透？相同尺寸的T9在油中不能淬透。因為，合金元素的加入，提高了鋼的淬透性。（3）為什么T9制造的刀具刃部受熱至200250其硬度和耐磨性迅速下降，以至于失效，而9SiCr鋼刀具刃部在230250條件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性能良好，尚可維持正常工作？T9屬于碳素工具鋼，其紅硬性較差，不適合于在200以上工作。而9SiCr

14、屬于低合金工具鋼，合金元素提高了淬透性，并形成合金馬氏體，在回火時析出合金碳化物，以提高紅硬性。（4）為什么9SiCr鋼比較適合制造要求變形小的、硬度較高的（HRC60-63）、耐磨性能良好的圓板牙等薄刃刀具？9SiCr鋼制圓板牙如何進行熱處理？試對其熱處理工藝進行分析。淬透性好，在冷速較緩的油中即可淬透。因此可以制造較復雜的，要求變形小的工具如圓板牙等。9SiCr鋼制圓板牙如何進行熱處理：鍛造正火+球化退火機加工淬火+低溫回火精加工正火+球化退火：徹底消除網(wǎng)狀滲碳體，達到切削加工要求的硬度淬火：實現(xiàn)馬氏體強化。組織：M+A+未溶Cm，HRC60以上低溫回火：保持高硬度，改善塑韌性。組織：M回+未溶Cm+ A（少量），HRC608、為下列工件選擇合適的材料和熱處理方法：工件：發(fā)動機連桿螺栓、發(fā)動機排氣門彈簧、鏜床鏜桿、自行車車架、車輛緩沖彈簧、車床未座頂尖、機用大鉆頭、螺絲刀、車床絲杠螺母、高速粗車鑄鐵的車刀、普通機床地腳螺栓材料：38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn發(fā)動機連桿螺栓：40Cr 完全退火，調(diào)質(zhì)發(fā)動機排氣門彈簧：50CrVA（要求耐熱