工程材料总复习与答案

习题与思考题

淬透性：钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性，其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示

淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力

相：金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相

组织：显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。

组织应力：由于工件内外温差而引起的奥氏体（γ或A）向马氏体（M）转变时间不一致而产生的应力

热应力：由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力 过热：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象

过烧：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象

回火脆性：在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性

回火稳定性：又叫耐回火性，即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。

回火马氏体：在回火时，从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。

本质晶粒度：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度

实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响钢的性能。

化学热处理：将工件置于待定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。 表面淬火：：指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 (二)填空题

3．20CrMnTi，Cr，Mn的主要作用是提高淬透性，Ti的主要作用是细化晶粒，热处理工艺是渗碳后直接淬火，再低温回火。

4．W18Cr4V, W的主要作用是保证钢的热硬性，Cr的主要作用是提高淬透性，V的主要作用是提高耐磨性。热处理工艺是球化退火+淬火+低温回火，最后组织是回火马氏体、细粒碳化物、少量残余奥氏体。

5．0Crl8Ni9Ti是奥氏体型不锈钢，Cr，Ni和Ti的作用分别是提高基体电极电位、获

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得奥氏体组织，提高耐蚀性、避免晶间贫铬和减轻晶间腐蚀。 (三)是非题

1．调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。 ( x )

4．高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。 ( x )

6．高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多的溶入奥氏体中，从而提高钢的硬性。 ( v )

7．奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后稳定化处理。 ( v )

8．20CrMnTi与1Crl8Ni9Ti中的Ti都是起细化晶粒的作用。 ( x ) (四)选择题

2．制造手用锯条应当选用：a

(a) T12钢经淬火和低温回火；(b)Crl2Mo钢经淬火和低温回火；(c)65钢淬火后中温回火。

5．下列钢种中，以球化退火作为预备热处理的钢种是：d (a)40Cr； (b)20Cr； (c)16Mn； (d)GCrl5。 6．60Si2Mn钢的热处理工艺是：b

(a)淬火和低温回火； (b)淬火和中温回火； (c)再结晶退火。 7．热锻模应选用：b

(a)Crl2MoV淬火和低温回火；(b)5CrNiMo调质处理；(c)40Cr调质处理。

9．二次硬化属于：d

(a)固溶强化；(b)细晶强化，(c)位错强化，(d)第二相强化。 10．欲制一耐酸容器，选用的材料和相应的热处理工艺应为：c

(a) W18Cr4V，固溶处理； (b)1Crl8Ni9，稳定化处理； (c)1Crl8Ni9Ti，固溶处理； (d)1Crl7，固溶处理。

11．0Crl8Ni9钢固溶处理的目的是：c

(a)增加塑性； (b)提高强度： (c)提高耐蚀性。 12．下列钢中最易发生晶间腐蚀的是：c

(a)0Crl8Ni9Ti； (b)0Crl8Ni9； (c)1Crl8Ni9； (d)1Crl8Ni9Ti。 13．下列钢中热处理时不产生二次硬化的是：d

(a)W18Cr4V； (b)Crl2MoV； (c)3Cr2W8V； (d)5CrNiMo。

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1．碳素工具钢都是优质或高级优质钢。( x ) 2．做普通小弹簧应用15 钢。( x )

3．T12A 和CrW5 都属高碳钢，它们的耐磨性、红硬性也基本相同( x ) 4．除Fe 和C 外还含有其他元素的钢就是合金钢。( x ) 5．Crl2Mo 钢是不锈钢。( x )

6．不锈钢中的含碳量越高，其耐腐蚀性越好。( x ) 8．Q295 是低合金结构钢。( x ) 9．1Crl8Ni9Ti 是高合金工具钢。( x )

10．受力小、形状简单的模具，常用碳素工具钢制造。( V ) 12．60Si2Mn 的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。． ( x ) 13．预先热处理的目的，是为了消除或改善前工序引起的缺陷。 ( V ) 14．大型铸件在扩散退火后不再进行一次正火或完全退火。 ( x )

15．去应力退火，一般可在Ac1 点以上温度加热，保温4—6h 后，缓冷至200—300℃再出炉 ( x )。

16．含碳量高于0.8％的钢，一般不能采用正火工艺。( V )

21．碳素工具钢的含碳量都在0．7％以上，而且都是优质钢。 ( V ) 31．除Fe 和C 外还舍有其他元素的钢就是合金钢。 ( x )

32．GCrl5 钢是滚动轴承钢，但又可制造量具、刀具和冷冲模具等。( v ) 34．合金工具钢都是高级优质钢。 ( x ) 36．Q295 是低合金结构钢。 ( x )

39．机械零件和工具在使用时的应力只有限制在屈服点范围内，才能安全可靠。 ( x ) 41．T12A 钢按质量分类属于优质钢。 ( x ) 11．抗拉强度的表示符号为 ( B )。 A．σe B．σb C．σ-1

15．作为普通渗碳零件应选用( A )。 A．20 钢 B．40Cr C．55 钢

21．通常硬度在( A )范围内的金属材料可加工性能最好。 A．160～230HBS B．90—230HBS C．200～300HBS 24．Crl2 钢按用途分类为( B )钢。 A．碳素工具钢 B．合金工具钢 C．不锈钢 三 简答题

1．渗碳的目的是什么?

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提高钢表面的含碳量，并通过热处理获得高的表面硬度和耐磨性，以提高钢的抗疲劳性能。而心部仍具有较好的强度和韧性。 2．什么是工艺性能?工艺性能包括哪些内容?

金属材料对某些加工工艺的适应性称为工艺性能。它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能。

3．硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格地控制? 而在易切削钢中又要适当地提高？

硫、磷是有害元素，含硫多了会使钢产生热脆，含磷多了使钢产生冷脆，但在易切削钢中多加些硫、磷可改善切削加工性，使切屑易断。 4．什么是合金钢?合金钢有哪些优越性?

在碳钢中有目的地加入一些合金元素所获得的钢种叫合金钢。与碳钢相比，它具有良好的热处理性能、优良的综合力学性能及某些特殊的物理化学性能。 5、下列零件或工具用何种碳钢制造及用何种热处理方法并简述为什么？ ⑴手锯锯条（2）普通螺钉（3）车床主轴

手锯锯条：碳素工具钢T9/T10/T11,淬火+低温回火，目的是降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。

普通螺钉：普通碳素结构钢，Q235, 一般不用热处理。

车床主轴：优质碳素结构钢，45 等，淬火+高温回火（调质处理），目的是得到回火索氏体组织，它的综合机械性能最好，即强度、塑性和韧性都比较好。 6、下列钢号各代表什么钢？

⑴ 9SiCr ⑵ GCr15 ⑶ 60Si2Mn ⑷ 40Cr ⑸ 16Mn ⑹ T10A ⑺ 20CrMnTi ⑻ W18Cr4V ⑼ Cr12MoV ⑽5CrMnMo

⑴9SiCr—低合金刃具钢 ⑵GCr15—滚动轴承钢 ⑶60Si2Mn—弹簧钢 ⑷40Cr—调质钢⑸16Mn—低合金高强钢 ⑹T10A—优质碳素工具钢 ⑺20CrMnTi—渗碳钢 ⑻W18Cr4V—高速钢⑼Cr12MoV—冷作模具钢 ⑽5CrMnMo—热作模具钢 四 填空题

1、在立方晶系中，{120}晶面族共有（ 12 ）个，其中平行于Z 轴的晶面是 (120) 、(210) 、(120) 、(210) 。

2、晶格常数为a 的面心立方晶胞，其原子数为（4 ），原子半径为（），配位数为（ 12 ），致密度为（ 74% ）。

3、实际晶体强度远远低于理论强度的原因，是由于实际晶体中存在大量的（ 晶体缺陷 ）。

4、金属的塑性变形是借（位错 ）的不断增殖和运动来进行的。

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5、固溶体合金中产生晶内偏析的原因是（冷却速度快）。

6、马氏体是（ 碳 ）在（α-Fe ）中的（ 过饱和间隙 ）固溶体，其晶体结构为（ 体心正方晶体结构 ）。钢中马氏体组织形态有两种基本类型，即（板条状 ）马氏体和（ 针片状 ）马氏体。

7、（淬火+高温回火）的热处理工艺称为调质，调质后的组织为（回火索氏体），性能特点是具有良好的（综合机械性能）。

8、属干珠光体类型的组织有三种，它们的机械性能是有差别的，其原因是（片层间距不同）。根据金属学的观点，冷、热加工的区分应以金属的（再结晶温度）为界限。

9、随着冷加工变形量的增大，硬度和强度升高，塑性和韧性下降的现象称为（加工硬化），这种现象可通过（再结晶退火）加以消除。

10、某小零件本应用T12 钢制造，但错用了45 钢，淬火沿用了T12 钢的工艺，则淬火后组织为（铁素体+马氏体+残余奥氏体），硬度（降低）。

11、在T12A、Q235、45、T8、60、CrWMn 几种钢中，淬透性较好的两种钢是（CrWMn）和（T8），淬硬性较好的两种钢是（T12A）和（CrWMn）。 12、通常利用（等温）淬火获得以下贝氏体为主的组织。

13、在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（{110}），有（6）个，原子密度最大的晶向是（<111>），

有（2）个，因此其滑移系数目为（12）；在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（{110}），有（4）个，原子密度最大的晶向是（<110>），有（3）个，因此其滑移系数目为（12）。两者比较，具有（面心立方）晶格的金属塑性较好，其原因是（面心立方晶格的滑移面上最密晶向比体心立方晶格多）。

14、用45 钢制造的机床传动齿轮，预先热处理应采用（调质）处理，使其整体获得（回火索氏体）组织；而最终热处理应采用（渗碳）处理，使其表面获得（马氏体）组织，以满足使用要求。

15、共析成分的过冷奥氏体冷却到C 曲线鼻尖以上温度（Ar1—550℃）等温时，发生（珠光体）转变；过冷到C 曲线鼻尖以下、Ms 点以上温度等温时，发生（贝氏体）转变；过冷到Ms 点以下温度时，发生 （马氏体）转变。

16、为获得良好的切削加工性，过共析钢的预先热处理采用（正火），若钢中有严重的网状碳化物，则应先进行（正火），再进行（球化退火），以获得（球状珠光体）组织。

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17、有一钢试样，在金相显微镜下观察，金相组织中铁素体面积约占50％，其余为珠光体，则该钢的钢号为（40）。

18、一般认为，当钢的硬度为（170～250）HB 时，其切削性能最佳，为此，在选用预先热处理时，低碳钢应采用（正火）；中碳钢应采用（完全退火）；高碳钢应采用（球化退火）。

19、钢的组织特点是：高温组织为（奥氏体），具有良好的（塑性）。

20、低碳钢渗碳后缓冷到室温的渗层组织，最外层应是（珠光体+二次渗碳体）层，中间是（珠光体）层，再往里是（铁素体+珠光体）层。

21、目前生产上，在选择淬火冷却介质时，通常是碳钢零件淬（水类介质），合金钢零件淬（油类介质）。

22、一块纯铁在912°C 发生α-Fe→γ-Fe 转变时，体积将 减小 。

26、用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳含量为0.62 % 。

27、亚共析钢、共析钢、过共析钢正火后的组织分别是 F+S 、 S 、 S+Fe3CⅡ 。 28、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点 F 和Fe3C 以层片状分布 ， 不同点是层片间距不同。

30、球化退火的主要目的 使钢中的渗碳体球状化 ，它主要是用于共析钢和过共析钢 。

31、合金元素在钢中的两种主要存在形式分别是 固溶于基体中 、 与碳形成合金碳化物 。

32、再结晶和重结晶区别？

再结晶：非相变过程，即晶体结构、成份、状态不发生变化，只是晶粒的形状、大小发生变化。

重结晶：相变过程，即晶体结构、成份、状态、形状、大小都发生变化。

1.零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求？ 答：（1）硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。

（2）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，可用于成品件的检测， （3）硬度是一个综合力学性能指数，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。

1、合金钢中经常加入哪些合金元素?如何分类? 1、合金钢中的合金元素通常分为以下两类： 碳化物形成元素：Mn, Cr, W，Mo, V, Ti, Nb ,Zr

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非碳化物形成元素：Ni, Cu, Co, Si, Al。

2、合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti对过冷奥氏体的转变有哪些影响? 2、除 Co外，所有合金元素溶于奥氏体后，都增大其稳定性，使奥氏体分解转变速度减慢，即C曲线右移，从而提高钢的淬透性。碳化物形成元素，如Mo、W、V、Ti等，当它们含量较多时，不仅使C曲线右移，而且还会使C曲线的形状发生变化，甚至出现两组C曲线，上部的C曲线反映了奥氏体向珠光体的转变，而下部的C曲线反映了奥氏体向贝氏体的转变。

3、合金元素对钢中基本相有何影响?对钢的回火转变有什么影响?

3、（ 1）合金元素溶入铁素体中形成合金铁素体，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变，产生固溶强化效应。①非碳化物形成元素：如Ni、Si、Al、Co等，它们不与碳形成化合物，基本上都溶于铁素体内，以合金铁素体形式存在；碳化物形成元素，基本上是置换渗碳体内的铁原子而形成合金渗碳体或合金碳化物，如：Cr7 C3 等。

（ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降的速度比碳钢慢。这种现象称之为回火稳定性。合金元素一般都能提高残余奥氏体转变的温度范围。在碳化物形成元素含量较高的高合金钢中，淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到500～600℃仍不分解，而是在回火冷却过程中部分转变为马氏体，使钢的硬度反而增加，这种现象称之为二次硬化。其次，在高合金钢中，由于Ti、V、W、Mo等在500～600℃温度范围内回火时，将沉淀析出特殊碳化物，这些碳化物以细小弥散的颗粒状存在，因此，这时硬度不但不降低，反而再次增加，这种现象称之为“沉淀型”的二次硬化，亦称为弥散硬化或沉淀硬化。合金元素对淬火及回火后钢的机械性能的不利影响是回火脆性问题。

5、（ 1）除Mn、Ni等扩大γ相区的元素外，大多合金元素与铁相互作用能缩小γ相区，使A 4 下降，A 3 上升，因此使钢的淬火加热温度高于碳钢。

（ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降的速度比碳钢慢。这种现象称之为回火稳定性。

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（ 3）从合金元素对铁碳相图的影响可知，由于合金元素均使相图中的S点和E点左移，因此使共析点和奥氏体的最大溶碳量相应地减小，出现了当含Cr量为12％时，共析点地含碳量小于0.4％,含碳量12％时奥氏体最大含碳量小于1.5％。 （ 4）由于高速钢中含有大量地合金元素，使其具有很高的淬透性，在空气中冷却即可得到马氏体组织。

6、何谓渗碳钢?为什么渗碳钢的含碳量均为低碳?合金渗碳钢中常加入哪些合金元素?它们在钢中起什么作用?

6、用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。渗碳钢的含碳量一般都很低 (在0.15～0.25％之间)，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Mo、W、Ti、B等。其中Cr、Mn、Ni等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。另外，少量的Mo、W、Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒的作用。微量的B(0.001～0.004％)能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。

7、何谓调质钢?为什么调质钢的含碳量均为中碳?合金调质钢中常加入哪些合金元素?它们在钢中起什么作用?

7、调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。调质钢的含碳量一般在 0.25～0.50％之间，属于中碳钢。碳量过低，钢件淬火时不易淬硬，回火后达不到所要求的强度。碳量过高，钢的强度、硬度虽增高，但韧性差，在使用过程中易产生脆性断裂。常用合金调质钢通常加入的合金元素有Cr、Ni、 Si、Mn、B等，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。

8、弹簧钢的含碳量应如何确定?合金弹簧钢中常加入哪些合金元素，最终热处理工艺如何确定?

8、 弹簧钢可分为碳素弹簧钢与合金弹簧钢。碳素弹簧钢是常用的弹簧材料之一，其含碳量为 0.6～0.9％。合金弹簧钢的含碳量低一些，约介于0.45～0.70％之间，考虑到合金元素的强化作用，降低含碳量有利于提高钢的塑性和韧性。合金弹簧钢中所含合金元素经常有Si、Mn、Cr、V等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。根据弹簧的加工成型状态不同，弹簧分为热成型弹簧与冷成型弹簧，热成型弹簧的最终热处理为淬火后中温回火；冷成型弹簧则是用冷拉弹簧钢丝经冷卷后成型，然后进行低温去应力退火。

9、滚动轴承钢的含碳量如何确定?钢中常加入的合金元素有哪些?其作用如何?

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9、 滚动轴承钢的含碳量为 0.95～1.15％，这样高的含碳量是为了保证滚动轴承钢具有高的硬度和耐磨性。主加元素是Cr，其作用可增加钢的淬透性，铬与碳所形成的(Fe、Cr) 3 C合金渗碳体比一般Fe 3 C渗碳体稳定，能阻碍奥氏体晶粒长大，减小钢的过热敏感性，使淬火后得到细小的组织，而增加钢的韧性。Cr还有利于提高回火稳定性。对于大型滚动轴承(如D>30～50mm的滚珠)，还须加入适量的Si(0.40～0.65％)和Mn(0.90～1.20％)，以便进一步改善淬透性，提高钢的强度和弹性极限而不降低韧性。

钢种 表面组织 心部组织 晶粒大小 性能 原因 20钢 回火马氏体＋渗碳体 F+P 较细小 外硬内韧 20CrMnTi 回火M＋合金渗碳体+A F+P（细）＋低碳回火马氏体

更细小 表面强度、硬度更高，心部不仅强、硬度较高，同时韧性好 加入合金元素不仅改善了组织，同时性能也得以提高

12、何谓热硬性(红硬性)?为什么W18Cr4V钢在回火时会出现“二次强化”现象?65钢淬火后硬度可达HRC60～62，为什么不能制车刀等要求耐磨的工具?

12、热硬性（红硬性）是指外部受热升温时工具钢仍能维持高硬度（大于 60 HRC）的功能。W18Cr4V出现二次硬化的原因是在550～570℃温度范围内钨及钒的碳化物（WC,VC）呈细小分散状从马氏体中沉淀析出，产生了弥散硬化作用。同时，在此温度范围内，一部分碳及合金元素从残余奥氏体中析出，从而降低了残余奥氏体中碳及合金元素含量，提高了马氏体转变温度。当随后回火冷却时，就会有部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度得到提高。由于以上原因，在回火时便出现了硬度回升的“二次硬化”现象。

而 65钢虽然淬火后硬度可达60～62HRC但由于其热硬性差，钢中没有提高耐磨性的碳化物，因此不能制造所要求耐磨的车刀。

15.W18Cr4V钢淬火温度为什么要选那么高？回火温度为什么要选560℃？为什么要进行三回火？处理完的最后组织是什么？

答：W18Cr4V高速工具钢，其导热性较差，淬火加热时应预热两次，以防止变形和开裂，淬火时选1280℃，以使更多的合金元素溶入奥氏体中，达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。回火时要进行三次，主要目的是减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化。

13、W18Cr4V钢的淬火加热温度应如何确定(A c1 约为820℃)?若按常规方法进行淬火加热能否达到性能要求?为什么?淬火后为什么进行560℃的三次回火？

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13、 高的热硬性主要取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶于奥氏体中合金元素的量，由于对高速钢热硬性影响最大的两个元素—— W及V,在奥氏体中的溶解度只有在1000℃以上时才有明显的增加，在1270～1280℃ 时奥氏体中约含有7～8％的钨，4％的铬，1％的钒。温度再高，奥氏体晶粒就会迅速长大变粗，淬火状态残余奥氏体也会迅速增多，从而降低高速钢性能。这就是淬火温度定在1280℃的原因。选择三次回火是因为因为W18Cr4V钢在淬火状态约有20～25％的残余奥氏体，仅靠一次回火是难以消除的。因为淬火钢中的残余奥氏体是在随后的回火冷却过程中才能向马氏体转变。 回火次数愈多，提供冷却的机会就愈多，就越有利于残余奥氏体向马氏体转变，减少残余奥氏体量(残余奥氏体一次回火后约剩1 5％，二次回火后约剩3～5％，第三次回火后约剩下2％)。而且，后一次回火还可以消除前一次回火由于残余奥氏体转变为马氏体所产生的内应力。 11．某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：

下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。

答：1正火：正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残余内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为：铁素体加索氏体。

2渗碳：提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度，同时保持工件心部良好的韧性和塑性。使用组织：表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体+铁素体。

3淬火：获得马氏体组织，提高工件的硬度，获得相应的力学性能。使用组织：淬火马氏体。

4低温回火：减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。使用组织：回火马氏体。

10. 用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工—调质—精加 工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使 用状态下的组织。

答：正火：正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残余内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织：铁素体加索氏体。

调质：获得回火索氏体，提高力学性能，减小或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。使用组织：回火索氏体。

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加热820-840°C，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600回火1-1.5小时出炉空冷。

高频感应加热表面淬火：提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。使用组织：表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火：减少或消除高频淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。使用组织：回火马氏体。

一般再回火炉中加热到150-180°C，保温1-2小时出炉空冷。

11、用9SiCr制造的板牙要求具有高硬度、高的耐磨性，一定的韧性，并且要求热处理变形小。试编写加工制造的简明工艺路线，说明各热处理工序的作用及板牙在使用状态下的组织及大致硬度。

11、下料→球化退火→机械加工→淬火 +低温回火→磨平面→抛槽→开口 球化退火：降低硬度，便于机械加工，并为最终热处理做好组织上的准备。 淬火 +低温回火：保证最终使用性能（高的硬度和良好的韧性），减小变形（分级淬火），降低残余内应力。最终组织为：下贝氏体＋碳化物。硬度大于60HRC。 14．试述用CrWMn钢制造精密量具(块规)所需的热处理工艺。

14、热处理工艺为：球化退火（降低硬度，便于切削加工，为最终热处理做组织准备）

淬火：其目的是为了保证块规具有高的硬度（62～65HRC），耐磨性何和长期的尺寸稳定性。

冷处理后的低温回火：是为了减小应力，并使冷处理后的过高硬度（66 HRC左右）降低至所要求的硬度（62～65HRC）

时效处理原则：是为了消除新生的磨削应力，使量具残余应力保持在最小程度。 15、用Crl2MoV钢制造冷作摸具时，应如何进行热处理?

15、Cr12MoV钢类似于高速钢，也需要反复的锻打，把大块的碳化物击碎，锻造后也要进行球化退火，以便降低硬度，便于奥氏体加工。经机械加工后进行淬火，回火处理。必须指出，如果对Cr12MoV钢还要求有良好的热硬性时，一般可将淬火温度适当提高至1115～1130℃，但会因组织粗化而使钢的强度和韧性有所将低。淬火后，由于组织中存在大量残余奥氏体（>80%）而使硬度仅为42～50HRC，但在510～520℃回火时会出现二次硬化现象，是使钢的硬度回升至60～61HRC。 16、与马氏体不锈钢相比，奥氏体不锈钢有何特点?为提高其耐蚀性可采取什么工艺?

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16、 奥氏体不锈钢中加入了扩大γ相区降低 Ms点的合金元素（如Ni），使钢室温下具有单相奥氏体组织。钢中加Ti是为了消除钢的晶间腐蚀倾向。为提高其耐腐蚀性常用的热处理工艺有固溶处理，稳定性处理及除应力处理。 17、常用的耐热钢有哪几种?合金元素在钢中起什么作用?用途如何? 17、耐热钢包括抗氧化钢和热强钢。

提高钢的氧化性，钢中通常加入足够的Cr, Si, Al和稀土等元素。使钢在高温下与氧接触时，表面能生成致密的高熔点的氧化膜，它严密的覆盖在钢的表面，可以保护免于高温气体的继续腐蚀。抗氧化钢多用来制造炉用零件和热交换器。加强钢中常加入铬，镍，钼，钨，钒，锰等元素，用以提高钢的高温强度。汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉过热器，高温工作的螺栓和弹簧，内燃机排气阀等用钢都是热强钢。

18、指出下列合全钢的类别、用途、碳及合金元素的主要作用以及热处理特点。 18 、（ 1 ）、 20CrMnTi ： 渗碳钢。用于承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的零件。 0 ． 2 ％ 的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性， Cr、Mn、Ti等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，提高钢的心部的强度。另外，少量的Ti可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。

（ 2 ）、 40MnVB ： 调质钢。这类钢在多种负荷下工作，受力情况比较复杂的重要零件，要求具有高强度与良好的塑性及韧性的配合，即具有良好的综合机械性能。 0 ． 4 ％的含碳量保证 调质钢零件获得良好的综合机械性能；合金元素的加入，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。调质钢经过调质热处理后得到回火索氏体组织。调质钢零件，通常除了要求有良好的综合机械性能外，往往还要求表面有良好的耐磨性。为此，经过调质热处理的零件往往还要进行感应加热表面淬火。如果对表面耐磨性能的要求极高，则需要选用专门的调质钢进行专门的化学热处理。

（ 3）、 60Si2Mn ：弹簧钢。用于通过弹性变形储存能量，从而传递力和机械运动或缓和机械振动与冲击，如汽车、火车上的各种板簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，要求必须具有高的弹性极限。 0.6％的含碳量为了保证弹簧的强度要求；合金元素的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。淬火后中温回火，得到回火屈氏体组织。

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（ 4）、9Mn2V（5）、Crl2MoV：冷作模具钢。用来制造在冷态下使金属变形的模具钢种。为了保证模具经过热处理后获得高硬度和高耐磨性，冷作模具钢含有比较高的碳量。加入的合金元素，其作用主要是为了提高钢的淬透性，耐磨性及减少变形等。热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。

（ 6）、5CrNiMo：热作模具钢。用来制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具用钢。碳： 0.50％C，保证一定的强度、硬度和耐磨性；铬：主要是提高淬透性，并能提高回火稳定性，形成的合金碳化物还能提高耐磨性，并使钢具有热硬性；镍：镍与铬共同作用能显著提高淬透性，镍固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时还增加钢的韧性。锰：在提高淬透性方面不亚于镍，但Mn固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时使钢的韧性有所降低。钼：其主要作用是防止产生第二类回火脆性。另外钼也有细化晶粒，增加淬透性，提高回火稳定性等作用。热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。

（ 7）、1Crl3：马氏体型不锈钢。用于要求韧性较高与受冲击载荷下的耐腐蚀的结构钢零件。铬：能在阳极区表面上形成一层富Cr的氧化物保护膜，这层氧化膜会阻碍阳极区域的电化学反应，并能增加钢的电极电位而使其电化学腐蚀过程减缓，从而使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。热处理采用淬火＋高温回火，得到回火索氏体组织。

（ 8）、1Cr18Ni9Ti：奥氏体型不锈钢。含碳量很低，属于超低碳范围，这是因为含碳量增高对耐蚀性是不利的。合金元素铬主要产生钝化膜，阻碍阳极电化学腐蚀反应，增加钢的耐蚀性；含约9％Ni主要作用是扩大γ区并降低Ms点(降低至室温以下)。使钢在室温时具有单相奥氏体组织。热处理：固溶处理，让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快速冷却，不让奥氏体在冷却过程中有碳化物析出或发生相变，在室温下获得单相的奥氏体组织，提高耐蚀性。

（ 9）、ZGMnl3：高锰耐磨钢。用于制造有强烈摩擦或撞击时的抗磨损的工件。Mn:C比值不小于10。为了使高锰钢全部获得奥氏体组织须进行“水韧处理”。 16.说出下列钢号的含义？并举例说明每一钢号的典型用途。

Q235，20，45，T8A，40Cr，GCr15， 60Si2Mn , W18Cr4V , ZG25，HT200 答：Q235为含碳量低的屈服强度为235的碳素结构钢，主要用于结构件、钢板、螺栓、螺母、铆钉等

20为含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，，强度、硬度低，韧性塑性好，主要用来做冲压件、锻造件、焊接件、和渗碳件，用做齿轮、销钉、小轴、螺母等。 45：为含碳量为0.45%的优质碳素结构钢综合力学性能好，主要用于制造齿轮轴件，如曲轴，传动轴，连杆。

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T8A：含碳量为0.8%左右的优质碳素工具钢.其承受冲击、韧性较好，硬度适当，可用作扁铲、手钳、大锤、木工工肯等。

GCr15：为含碳量为1.5%左右的滚动轴承钢，典型热处理工艺为淬火+低温回火，主要用于各种滚动体，轴承套，模具，精密量具等。

60Si2Mn：含碳量为0.6%左右、含Si为2%左右、含Mn为1.5%左右的弹簧钢，主要用于汽车、拖拉机、机车的板簧、螺旋弹簧、汽缸安全阀簧、等。

W18Cr4V：含W量为18%左右、含Cr量为4%左右含V量小于1.5%的高速工具钢。主要用于高速切削车刀、钻头、铣刀、板牙、丝锥、等。

ZG25：含碳量为0.25%的铸钢。主要用承受严重磨损又承受强烈冲击的零件。如拖拉机、坦克的履带板、挖掘机的铲齿等。 HT200最低搞拉强度为200MPa的灰铁。

14.有人提出用高速钢制锉刀，用碳素工具钢制钻木材的φ10的钻头，你认为合适吗？说明理由.

答：不合理。挫刀是手用工具，其工作时的温度不高，速度不快，力学性能要求不高，用碳素工具钢就可以。而钻头是高速运转的工具,要求有高的热应性与硬度、耐磨性,要用低合金工具钢或高速工具钢。

7.将一T12钢小试样分别加热到780oC和860oC，经保温后以大于Vk的速度冷却至室温，试问：（T12钢Ac1=730oC Accm=830oC） （1）、哪个温度淬火后晶粒粗大？ （2）、哪个温度淬火后未溶碳化物较多？ （3）、哪个温度淬火后残余奥氏体量较多？ （4）、哪个淬火温度合适？为什么？

答：（1）860℃下淬火后晶粒更细。860℃>830℃，即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。

（2）780oC下未溶碳化物较多， （3））860℃下残余奥氏体量较多。

（4）780oC更适合淬火。T12是含碳量为1.2%的碳素工具钢，是过共析钢，其淬火火为AC1+（30～50）oC。

12．合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？

答：（1）在钢中加入合金元素，溶于铁素体，起固溶强化作用；合金元素进入渗碳体中，形成合金渗碳体；

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（2）几乎所有合金元素都使E点和S点左移，在退火状态下，相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多，从而使钢的强度和硬度提高。

（3）除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性的提高，这有利于减少零件的淬火变形和开裂倾向。

（4）除Co、Al外，所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。

（5）合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高，有利于消除内应力，有效的防止了工件开裂与变形。

（6）含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时，产生二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的。

（7）—在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性。 1、零件失效的形式有断裂、过量变形和表面损伤。

2、机械零件选材的原则是材料应满足相应的力学性能指标、应有良好的工艺性能、经济性。使用性原则，工艺性原则，经济型原则

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