第十一章 工业用钢

第十一章 工业用钢

(一)填空题

1．决定钢的性能最主要的元素是 。

2．硫存在钢中，会使钢产生 ，磷存在钢中会使钢产生 。 3．碳钢中的有益元素是 、 ，碳钢中的有害杂质是 。 4．碳钢按质量分为 、 、 三类，它们的主要区别在于钢中 、 杂质的含量不同。

5．碳钢按w(C)分为 、 、 三类，其w(C)分别为 、 、 。 6．钢按用途分为 、 、 。 7．20钢属 钢，其w (C)为 。 8．45钢属 钢，其w (C)为 。 9．T8钢属 钢，其w (C)为 。

10．根据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分为 和 两大类。

11．按钢中合金元素含量将合金钢分为 钢、 钢、 钢, 其合金元素含量分别为 、 、 。

12．合金钢按用途分类可分为 钢、 钢、 钢。 13．除 元素以外，其它所有的合金元素都使C曲线往 移动，使钢的临界冷却速度 ，提高了钢的 性。

14．形成强碳化物的合金元素有 、 、 、 。 15．扩大奥氏体区域的合金元素有 、 、 、 。 16．扩大铁素体区域的合金元素有 、 、 、 。

17．除 、 元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

1

18．几乎所有的合金元素除 、 以外，都使Ms和Mf 点。因此，钢淬火后在相同w(C)下合金钢比碳钢组织的 增多，从而使钢的硬度 。

19．对钢回火脆性敏感的元素是 、 、 ；为了消除回火脆性可采用 和 。

20．合金结构钢按用途可分四类，它们的w(C)有一个大致范围。在0．25％一0．55％之间的为 ，在0．45％～0．9％之间的为 ，在0．95％一1．15％之间的为 ，在0．15％～0.3％之间的为 。

21．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为 、 、 、 、 ，其中作用最强烈的是 ，其含量约为 。

22．机器上的传动件和连接件，在工作过程中要承

受 、 、 、 等四种变形，并经受强烈 。 23．调质钢w(C)范围 ，加入Cr、Mn等元素是为了提高 ，加入W、Mo是为了 。

24．40Cr钢属 钢，其w(C)为 ，w(Cr)为 ，可制造 零件。 25．16Mn钢属 钢，其w(C)为 ，w(Mn)为 ，可用在 方面。 26．工具钢按用途可分 、 和 。

27．工具钢按合金元素含量可分为 、 和 三类。 28 在轴承钢标准中，除对偏析、疏松和表面脱碳等作明确规定外，特别对 和 作了严格规定。

29．我国常用的铬轴承钢的w(C)范围为 ，w(Cr)范围为 。 30．弹簧在机器中的作用是 和 。

31．调质钢中加入钒(如40MnVB)，钒是强 形成元素，起到 的作用，所形成的 熔点高，能起到 的作用。

32．在合金调质钢所属硅锰钢中，硅在钢中全部溶入固溶体， 效果显著。中碳锰钢加入硅后，可显著 钢的临界冷却速度， 淬透性与 稳定性，特别是σs/σb (屈强比)。 33．常用的渗碳钢有 、 、 、 。

34．常用的调质钢有 、 、 、 ；用于制造 。

2

35．高速钢需要进行反复锻造的目的是 ，W18Cr4V钢采用(1270—1300)℃高温淬火的目的是 ，淬火后在(550—570) ℃回火后出现硬度升高的原因是 ，经三次回火后的显微组织是 。

36．20CrMnTi是 钢，Cr、Mn主要作用是 ，Ti主要作用是 。 (二)判断题

1优质碳素结构钢用两位数字表示其平均w(c)，以0．01％为单位，如45表示0．45％C的钢 ( )

2 碳素工具钢用代号“T”及后面的数字来编号，数字表示钢中平均w(C)，以0．1％为单位，如T8表示平均W(C)为0．8 ％。 ( )

3 碳素工具钢经热处理后有良好的硬度和耐磨性，但红硬性不高，故只宜作手动工具等。

4 碳素结构钢的淬透性较好，而回火稳定性较差。( ) 5 合金调质钢的综合机械性能高于碳素调质钢。( )

6 在钢中加入多种合金元素比加入单一元素的效果好些，因而合金钢将向合金元素多元少量的方向发展。( )

7 碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。 ( )

8. 调质钢加入合金元素主要是考虑提高钢的红硬性。( ) 9. 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。 ( ) 10 奥氏体型不锈钢不能进行淬火强化。 ( )

11 T12与20CrMnTi相比较，淬透性和淬硬性都较低。 ( ) 12 T8钢T12钢淬火温度相同，那么它们淬火后的残余奥氏体量也是一样的。 ( )

13 不论钢的含碳量高低，其淬火马氏体的硬度高而脆性都很大。 ( ) 14 钢中合金元素含量越多，则淬火后钢的硬度越高。 ( )

15 汽车拖拉机的齿轮要求表面高硬度、高耐磨；中心有良好的强韧性，应选用40Cr钢，经淬火＋高温回火处理。 ( )

16 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 ( )

3

17 滚动轴承钢（GCr15）其w(Cr)为15％。 ( ) 18 调质处理的主要目的是提高钢的塑性。 ( ) 19．调质结构钢多为过共析钢。 ( )

20．65Mn是弹簧钢，45Mn是碳素调质钢。 ( )

21．钢号为3W4Cr2VA的钨铬钒钢，是一种高合金结构钢。 ( ) 22．弹簧工作时的最大应力出现在它的表面上。 ( )

23．对于受弯曲或扭转变形的轴类调质零件，也必须淬透。 ( ) 24．提高弹簧表面质量的处理方法之一，是喷丸处理。 ( ) 25．有高温回火脆性的钢，回火后采用油冷或水冷。 ( ) 26．含锰和含硼的合金调质钢过热倾向较小。 ( )

27多数合金元素都使C曲线往右移，但必须使合金元素溶入奥氏体后方有这样的作用。 ( )

28．硬质合金具有很高的硬度和红硬性，作刀具时钨钴类合金适用于切削韧（塑）性材料，钨钴钛类合金适用于切削脆性材料。 ( )

29．铸钢的铸造性能要比铸铁差，但常用于制造形状复杂、锻造有困难，要求有较高强度和塑性，并要求受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。 ( ) (三)选择题

1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是

A．均强烈阻止奥氏体晶粒长大；B．均强烈促进奥氏体晶粒长大； C 无影响； D 上述说法都不全面 2．适合制造渗碳零件的钢有 。

A．16Mn、15、20Cr、1Crl3、12Cr2Ni4A B．45、40Cr、65Mn、T12 C．15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

3．制造轴、齿轮等零件所用的调质钢，其W(C)范围是 ，为提高淬透性应加入合金元素 。

4

A．W(C)＝0.27％～0.5％ B．W(C)＝0.6％～

0.9％ C．W(C)<0.25% (前空用)A．Cr、Ni、Si、Mn、B B．W、Mo、V、Ti、Nb C．Co、A1、P、S。 (后空用)

4．45、40CrNi和40CrNiMo等调质钢产生第二类回火脆性的倾向是 A．40CrNiMO>40CrNi>45 B．40CrNi>40CrNiMo>45 C．45>40CrNi>40CrNiMo 5．属冷作模具钢有 。

A．9SiCr、9Mn2V、Crl2MoV B．5CrNiMo、9Mn2V、3Cr2W8V C．5CrMnMo、Crl2MoV、9SiCr 6．属热作模具钢有 。

A．9CrWMn、9Mn2V、Crl2 B．5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V C．9SiCr、Crl2MoV、3Cr2W8V

7．制造高速切削刀具的钢是 。

A．T12A、3Cr2W8V B．Crl2MoV、9SiCr C．W18Cr4V、W6M05Cr4V2 8．制造医疗手术刀具的是 。

A GCrl5、40Cr、Crl2 B．Crl7、2Crl3、1Crl8Ni9Ti C．2Crl3、1Crl3、Crl2MoV 0．3Crl3、4Crl3

9．65、65Mn、60Si2Mn、50CrV等属于类钢，其热处理特点是 A．工具钢，淬火+低温回火 B．轴承钢，渗碳+淬火+低温回火 C 弹簧钢，淬火+中温回火

10．为了改善高速钢铸态组织中的碳化物不均匀性，应进行 。 A．完全退火 B．正火 C球化退火 D．锻造加工 11．高速钢刀具淬火后出现晶粒过大，碳化物拖尾，有的呈角状或有的沿晶界呈网状分布，这种缺陷称为 。

A．严重脱碳 B过烧 C腐蚀 D．过热

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12．在冷拔GCrl5钢丝时，一拔就裂，原来该钢经过退火处理其加热温度为920℃，后经820～840℃淬火180℃回火，试分析拔裂的原因 (已知GCrl5钢Ac7＝745℃，900℃)。

13．大螺丝刀要求杆部为细珠光体而顶端为回火马氏体，只有一种外部热应如何处理?

14．要制造机床主轴、拖拉机后桥齿轮、铰刀、汽车板簧等。拟选择合适的钢种，并提出热处理工艺。其最后组织是什么?性能如何?

15．指出下列钢中Mn的作用 16Mn、20MnVB、40MnB、65Mn、9Mn2V、ZGMnl3 16 分析Cr在下列钢中的作用 20CrMnTi、40Cr、GCrl5、9SiCr、1Cr28、W18Cr4V、Crl2MoV、3Crl3、40CrNi、1Crl8Ni9、15CrMo。 17．解释合金钢产生下列现象的原因(与碳钢对比)。 (1)高温轧制或锻造后，空冷下来能获得马氏体组织；

(2)在相同的W(C)和相同的热处理后，合金钢具有较高的综合机械性能； (3)在相同W(C)情况下，合金钢的淬火变形、开裂现象不易发生； (4)在相同W(C)情况下，合金钢具有较高的回火稳定性；

(5)在相同W(C)情况下，除了含Ni、Mn的合金钢外，其他大部分合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；(6)w (C)≥0．4、w(Cr)＝12％的铬钢属于过共析钢，而W(C)＝1．5％，W(Cr)＝12铬钢属于莱氏体钢。

18．在机器零件用钢选用中，有人提出“淬透性原则”，即认为对于一般常用机器零件用钢而言，只要满足了淬透性要求，就可以选用或互相代用。这种论点你认为怎样?试分析说明之。

19．用20CrMnTi钢制造渗碳齿轮，淬火时齿部可以淬透，渗碳温度为930℃，时间8h，渗碳层厚度为lmm。试回答下面问题。

① 渗碳后缓慢冷至室温，画出从齿面到齿心的显微组织示意图； ② 渗碳后降温至840℃淬火，画出从齿面到齿心的显微组织示意图。 20．某工厂生产一种柴油机的凸轮，其表面要求具有高硬度(5050J／cm2)，本来是采用45钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火，最后进行低温回火。现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15号钢，试说明以下几个问题。 ①原用45钢各热处理工序的目的；

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②改用15号钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求?为什么?

③改用15钢后，应采用怎样的热处理工艺才能满足上述性能要求?为什么? 三、复习自测题 (一)填空

1．决定钢的性能最主要的元素 。

2．合金钢按用途分类可分为 钢、 钢、

3．碳钢按w(C)分为 、 、 ，w(C)分别为 、 、 。 4．根据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分 、 两大类。

5．除 以外，其它所有的合金元素都使C曲线往 移动，使钢的临界冷却速度 ，即提高了钢的 性。 ’

6．除 、 元素以外。几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长，起到细化晶粒的作用。

7．几乎所有的合金元素除 、 以外，都使Ms和Mf点 ，因此，钢淬火后在相同W(C)下合金钢比碳钢 增多，从而使钢的硬度 。 8．合金钢中最常用提高淬透性的合金元素是 。其中作用最强烈的元素是 ，其含量约为 。

9．机器上的传动件和连接件，在工作过程中要承受 、 、 、 四种变形，并经受强烈 。

10．判断下列钢号的钢种，可制造什么零部件?

Q235钢 、可制造 ；20Cr 、可制造 ；60Si2Mn 、可制造 ；65Mn钢 、可制造 ；GCr15钢 、可制造 ；9SiCr钢 、可制造 ；CrWMo钢 、可制造 ；W18Cr4V钢 、可制造 ；Cr12MoV钢 、可制造 ；5CrMnMo钢 、可制造 ；3Cr2W8V钢 、可制造 ；2Cr13钢 、可制造 ；15CrMo钢 、可制造 ；12Cr1MoV钢 、可制造 。 (二)判断题

1 合金调质钢的综合机械性能高于碳素调质钢。

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2 在钢中加入多种合金元素比加入单一元素效果要好些，因而多元、少量是合金钢发展的一个重要方向。

3．调质钢加入合金元素主要是考虑提高钢的红硬性。 4 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。5

5 在碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。 6 合金元素除Co、Al外，都使C曲线右移，但必须使合金元素溶入奥氏体后方有这样的作用。

7 滚动轴承钢（GCr15）其w(Cr)＝15％。 8 汽车拖拉机的齿轮

9．T12与20CrMn丁i相比较，淬透性和淬硬性都较低。 10．V论钢的w(c)高低，其淬火马氏体的硬度高而脆性都很大。 (三) 选择题

1．45钢在水和油中冷却时，其临界直径分别用D0水和D0油表示，它们的关系是

A．D0水D0油 C．D0水＝D0油

2．40Cr钢制φ18mmX450mm丝杠，硬度要求(250～280)HB，其热处理工艺为 A 正火 B 退火 C调质 D．表面淬火+回火 3．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是

A．均强烈阻止奥氏体晶粒长大；B．均强烈促进奥氏体晶粒长大； C 无影响； D 上述说法都不全面 4．适合制造渗碳零件的钢有 。

A．16Mn、15、20Cr、1Crl3、12Cr2Ni4A B．45、40Cr、65Mn、T12 C．15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 5．制造高速切削刀具的钢是 。

A．T12A、3Cr2W8V B．Crl2MoV、9SiCr C．W18Cr4V、W6M05Cr4V2

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6．40Cr与40钢相比较，其热处理工艺参数特点是 A．C曲线左移，Ms点上升 B．C曲线左移，Ms点下降 C．C曲线右移，Ms点下降 D．C曲线右移，Ms点上升 7．同种调质钢淬透试样与未淬透试样相比，当回火硬度相同时 。 A 淬透试样σb大大提高 B 淬透试样σb大大降低 C 未淬透试样σb和αk明显下降 D．未淬透试样σb和αk明显提高 8．钢的红硬性(热硬性)主要取决于 。 A．钢的w(C) B．马氏体的w(C) C 残余奥氏体w(C) D．马氏体的回火稳定性

9 制造一直径为25mm的连杆，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应该选用 。

A 45钢经正火处理 B 60Si2Mn钢经淬火＋中温回火 C 40Cr钢，经调质处理

10 制造高硬度、高耐磨的锉刀应选用 。

A 45钢经调质 B Cr12MoV钢经淬火＋低温回火 C T12钢经淬火＋低温回火 (四)计算题

1．用40CrNiMo钢作成的一个高压容器，其壳体工作应力σ工作作为980MPa，壳体表面有一个a＝lmm的半椭圆裂纹，该钢壳体在淬火后进行400C回火，性能为

3/2

σs＝1372MPa，KⅠC＝1323N／mm，在使用中发生断裂，试分析原因(已知Y=1.42) 2．一轴尺寸为φ30mmX250mm，要求摩擦部分表面硬度为(50～55)HRC，现用30钢制作，经高频表面淬火(水冷)和低温回火，使用过程中发现摩擦部分严重磨损，试分析失效原因，如何解决? 提示：30钢制作的轴其颈部高频表面淬火(水冷)，并低温回火，表面组织应为回火马氏体。可用下式估计其颈部硬度。HRC＝60C1/2十16—18 式中 C——钢中碳量。

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