吉林大學(xué)金屬材料學(xué)課后題答案演示文檔

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.,第一章相組成、相變及性能 1、鋼中常用的合金元素有哪些？哪些是奧氏體形成元素？哪些是鐵素體形成元素？ 答：為合金化目的加入其含量有一定范圍的元素稱為合金元素。有Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al, Cu, B等。在γ-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定γ固溶體的元素稱為奧氏體形成元素：Ni、Mn、Co，C、N、Cu；無限互溶，有限溶解。在α-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定α固溶體的元素稱為鐵素體形成元素：Cr、V，W、Mo、Ti。 2、合金元素與碳的親和力與什么條件有關(guān)？請例舉幾種強(qiáng)、中等強(qiáng)、弱碳化物形成元素。 答：合金元素與碳的親和力主要取決于其 d 層電子數(shù)， d 層電子越少， 則金屬元素與碳的結(jié)合強(qiáng)度越大， 在鋼中的穩(wěn)定性也越大。 Ti、 Zr、 Nb、 V 是強(qiáng)碳化物形成元素。 W、 Mo、 Cr 是中等強(qiáng)度碳化物形成元素。 Mn、 Fe 屬于弱碳化物形成元素。 3、簡述合金鋼中碳化物形成規(guī)律 答：1） 碳化物是鋼中主要的強(qiáng)化相， 碳化物形成元素均位于 Fe 的左側(cè)， 非碳化物形成元素均處于周期表右側(cè)。 2） 金屬元素的 d 層電子越少， 則金屬元素與 C、 N 的結(jié)合強(qiáng)度越大， 在鋼中的穩(wěn)定性也越大。 3)當(dāng)γ c/γ Me＞0.59 時(shí)碳與合金元素形成一種復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物。（Cr、 Mn、 Fe） 當(dāng)γ c/γ Me ＜=0.59 時(shí)， 形成簡單點(diǎn)陣的碳化物（間隙相）（Mo、w、 V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr）4）碳化物穩(wěn)定性越好，溶解越難，析出難越，聚集長大也越難；5）強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合形成碳化物。,.,4、在鐵碳像圖中，含有0.77%C的成為共析鋼，如果在此鋼中添加Mn元素或者添加Cr元素，含碳量不變，那么這種Fe-C-Mn或Fe-C-Cr鋼分別是亞共析鋼還是過共析鋼？為什么？ 答：Fe-C-Mn 或 Fe-C-Cr 是過共析鋼。 幾乎所有的合金元素都使鐵碳相圖中的S點(diǎn)左移，即共析含碳量降低。 5、請說出下列鋼號表示何類鋼種，大致的碳含量和合金元素含量，它們的共析溫度是上移還是下移（與碳鋼相比）？為什么？45、40Cr、42Mn 答： 45： 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.45%， 合金元素含量無， 共析溫度不變。 40Cr： 低合金結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.4%， 合金元素含量＜1.5%， 使共析溫度上移， 是縮小 r 相區(qū)的元素。 42Mn： 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.42%， 較高含錳量， 使共析溫度下移， 是擴(kuò)大 P 相區(qū)的元素。 6 、鋼中的常見相有哪些， 分別加以說明？ 答：鋼鐵材料中的常見相有：鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體。鐵素體：碳溶解在α- Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。奧氏體：碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體。滲碳體：鐵碳合金中，當(dāng)碳的含量超過碳在鐵中的溶解度極限時(shí)，多余的碳就與鐵形成化合物Fe3C，稱為滲碳體，含碳6.67％。滲碳體硬而脆，塑性和沖擊韌性非常低，是碳鋼中主要強(qiáng)化相。珠光體是含碳量為0.8％的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂繛?.02％的鐵素體和滲碳體的共析混合物。在顯微鏡下觀察時(shí)，一般呈片狀相間排列，低倍觀察時(shí)有類似珍珠的光澤，故稱為珠光體。,.,7 、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： 在固態(tài)鐵中的溶解度極小， S 和 Fe 能形成 FeS， 并易于形成低熔點(diǎn)共晶。 發(fā)生熱脆裂。 P： 可固溶與 a-Fe,但劇烈的降低鋼的韌性， 特別是低溫韌性， 稱為冷脆。S 和 P 均降低鋼的韌性，故為有害雜質(zhì)。8、合金元素對純鐵γ相區(qū)的影響可分為哪幾種？答：開啟γ相區(qū)的元素：Ni、Mn、Co屬于此類；擴(kuò)展γ相區(qū)元素：C、N、Cu屬于此類；封閉γ相區(qū)的元素：V、Ti、W、Mo、Al、Cr、Si屬于此類；縮小γ相區(qū)的元素：B、Zr、Nb、Ta屬于此類9、鎳和γ鐵可否形成無限置換固溶體？為什么？答：因?yàn)閮烧叩木Ц耦愋拖嗤?，且其原子半徑尺寸差別較小，滿足了形成無限置換固溶體的相關(guān)條件，故可以10、溶體的溶解度取決于什么？請舉例說明答：1.原子半徑，原子尺寸差別越小，溶質(zhì)原子融入越多2.晶體結(jié)構(gòu)，組元間晶體結(jié)構(gòu)越相近，固溶體溶解度越大3.電負(fù)性差，電負(fù)性差越小，越易形成固溶體11、碳化物按點(diǎn)陣分為哪兩大類？各有什么特點(diǎn)？什么叫合金滲碳體和特殊化合物？答： 1）①簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。②復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M23C6 、M7C3 、M3C。特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差。合金滲碳體：當(dāng)合金元素含量較少時(shí)，溶解于其他碳化物，形成復(fù)合碳化物，即多元合金碳化物。如Mo，W，Cr含量較少時(shí)，形成合金滲碳體。特殊碳化物：隨著合金元素含量的增加，碳化物形成了自己的特殊碳化物。VC，Cr7C3，Cr23C6。 第二章結(jié)構(gòu)鋼與工具鋼 1 提高鋼的強(qiáng)度， 有哪些措施？ 提高鋼的韌性， 有哪些措施？答： 提高強(qiáng)度：1、適度增加含碳量 2、加入合金元素，如錳、鈦等 3、改善鋼的金相組織 4、熱處理，如：淬火、回火、調(diào)質(zhì)等 5、固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等幾種強(qiáng)化方式。提高韌性：1）細(xì)化晶粒、組織 2）提高鋼的回火穩(wěn)定性 3）,.,改善基體韌度 4）細(xì)化碳化物 5）降低或消除鋼的回火脆性 6）在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)降低碳含量7）通過合金化形成一定量殘余奧氏體，利用穩(wěn)定的殘余奧氏體提高韌度 2、鋼有哪些主要的工藝性能？請選擇一種工藝性能，設(shè)想采用何種合金化手段來改善這種工藝性能。 答：鋼的最主要的工藝性能是冷、熱加工性能，包括鑄造、壓力加工、焊接、熱處理及機(jī)械加工性能 力學(xué)性能是鋼材最重要的使用性能,包括拉伸性能、沖擊性能、疲勞性能等。對冷壓力加工性能，一般通過降低雜質(zhì)元素含量，加入微量Nb、Ti、P等合金元素來實(shí)現(xiàn)提高硬度、深沖性能的效果 3、 簡單介紹低合金鋼的合金化思路？ 答： 為提高碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度， 而加入的少量合金元素， 利用合金元素產(chǎn)生固溶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化來提高強(qiáng)度。同時(shí)，利用細(xì)晶強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度降低， 來抵消由于碳氮化物沉淀強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度升高的部分。同時(shí)通過合金元素來控制鋼的組織成分，獲得所需的性能 4、雙相鋼組織性能特點(diǎn)和獲取方法？ 答：雙相鋼的顯微組織是通過在 r+a 兩相區(qū)加熱淬火或熱軋后空冷得到20%到30%馬氏體和80%到70%鐵素體，即顯微組織：F+島狀（或纖維狀）M+少量 A。 性能特點(diǎn)： 1） 低的屈服強(qiáng)度， 一般不超過 350MPa。 2） σ -ε 曲線光滑連續(xù)，沒有屈服平臺，要無鋸齒行屈服（應(yīng)力-應(yīng)變） 現(xiàn)象。3）高的均勻延伸率和總延伸率，其總延伸率在 24%以上。4）高的加工硬化指數(shù)，n 值大于0.24。5）高的塑性應(yīng)變比（r） 根據(jù)生產(chǎn)工藝，雙相鋼可分為退火雙相鋼和熱軋雙相鋼兩大類：退火雙相鋼：將板帶材在兩相區(qū)（r+a）加熱退火，然后空冷或快冷得到 F+M 組織。熱軋雙相鋼：在熱軋狀態(tài)下，通過控制冷卻得到 F+M 的雙相組織其生產(chǎn)工藝為：1150-1250C加熱870-925℃終軋，空冷到 455-635℃卷取。,.,5、簡述低碳馬氏體的強(qiáng)韌化途徑 答：低碳 M 鍛軋后空冷： B+M+F； 鍛軋后直接淬火并回火： 低碳回火 M。 低碳回火 M 具有高強(qiáng)度高熱性和高的疲勞強(qiáng)度。 強(qiáng)韌化途徑： 1 低碳加入 Mo、 Nb、 V、 B 等與合理含量的 Mn 和 Cr 配合。 2 提高淬透性加入 Nb 微合金元素細(xì)化晶粒。 6、請介紹調(diào)質(zhì)鋼的成分特點(diǎn)和常規(guī)熱處理工藝 答：成分特點(diǎn)：中碳，碳含量一般在 0.3%—0.5% 2 合金元素：主加合金元素：CrMnSiNi；輔加合金元素：Mo W V Ti Al B 等 常規(guī)處理工藝：1，預(yù)備熱處理：合金含量較少時(shí)，一般采用在Ac3線以上加熱進(jìn)行正火。合金含量較多時(shí)， 一般采用在Ac3線加熱進(jìn)行正火，隨后再進(jìn)行一次高溫回火. 2，最終熱處理：Ⅰ ，淬火：將鋼件加熱至Ac3線以上進(jìn)行淬火。Ⅱ ，回火。Ⅲ，表面處理。 7、列舉出常用調(diào)質(zhì)鋼的典型鋼號， 說明合金元素在調(diào)質(zhì)鋼中的主要作用？ 答： 合金調(diào)質(zhì)鋼按淬透性高低可分為低， 中， 高淬透性三類。 （1） 低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr、 40CrV、 40MnB、 40MnV、 38CrSi、 40MnVB 等 （2） 中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 35 CrMo、 40 CrMn、 40 CrNi、 30 CrMnSi 等 （3） 高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 37 CrNi3A、 40 CrMnMo、 40CrNiMoA、 25Cr2Ni4WA 等。 合金元素的主要作用： 1、提高淬透性； 2、Cr、 Mn、 Si、 Ni 溶于 α 相， 起固溶強(qiáng)化作用；3、 Cr、 Mo、 W、 V 等阻礙α 相的再結(jié)晶， 也可阻礙碳化物在高溫回火時(shí)的聚集長大， 使鋼保持高硬度。 4、加入 Mo、 W 來防止回火脆性。 5、V、 Ti、 Al 起細(xì)化晶粒的作用。 6、C： 是降低調(diào)制鋼沖擊韌性的元素， P： 對沖擊韌性危害甚大,.,8、說明65Mn、60Si2M、50CrVA鋼的主要性能及用途。 答：三種都是彈簧鋼；主要性能：好的彈性和高的屈服強(qiáng)度，有足夠的彈性變形能力；高的疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和塑性。用途：主要用于制作彈簧或要求高彈性的其他零件。 9、有些普通彈簧冷卷成型后為什么要進(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？ 答： 普通彈簧冷卷成型后有內(nèi)應(yīng)力的存在，需要進(jìn)行去應(yīng)力退火消除應(yīng)力。車輛用板簧屬于大型彈簧， 在熱成型后，要進(jìn)行淬火及中溫回火，以獲得較高的彈性極限和屈服極限 10、說明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA鋼的主要特點(diǎn)，合金元素的作用和用途。 答：20Cr（低淬透性合金滲碳鋼）此類鋼通常只用于制造沖擊載荷較小的，且對于心部要求不高的小型滲碳件如小齒輪、套筒、鏈條等。Cr 元素：提高鋼材的滲透性，提高鋼件的強(qiáng)度和韌性，加大滲碳的厚度。 20CrMnTi（中淬透性合金滲碳鋼）：具有良好的機(jī)械性能和工藝性能。淬透性較高過熱敏感性小。合金元素提高鋼材的淬透性，提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。Cr加大滲碳層的厚度，Mn是一個(gè)較好的合金元素， 既可加速滲碳層的厚度，又不過多提高滲碳層的含碳量。Ti減小滲碳層的厚度，此種鋼大量用于制造承受高速中載荷并要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車和拖拉機(jī)上的重要齒輪及離合器軸等。 18Cr2Ni4WA（高淬透性合金滲碳鋼）：具有很好的韌性：特別是低溫沖擊韌性。Ni減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚。主要用于制造大截面，高載荷的重要齒輪和耐磨件，如飛機(jī)，坦克的重要齒輪及曲軸等。,.,11、說明 38CrMoAlA 鋼的主要性能特點(diǎn)， 各合金元素的作用和用途。 答：38CrMoAlA（氮化鋼）：表面高硬度，高耐磨性，高疲勞強(qiáng)度，心部具有良好的綜合機(jī)械性能。Cr，Mo，Al能在α相中形成微細(xì)的氮化物顆粒，對α相起強(qiáng)化作用。阻礙氮原子向內(nèi)部擴(kuò)散，減小氮化層的層深。Al是非碳化物形成元素。Al的存在并不增加鋼中碳化物的溶解溫度。Cr、Mo增大鋼的淬透性。Cr元素溶入M中時(shí)使鋼在400度—500度回火時(shí)保持高的強(qiáng)度，Mo元素溶入M中時(shí)能使鋼在500度—600度回火時(shí)保持高的強(qiáng)度。還可使鋼在510—800度氮化長期保溫和隨后爐冷時(shí)不至產(chǎn)生回火退化。廣泛應(yīng)用要求高耐磨性，高硬度表面的零件。 12、為什么滾動軸承鋼的含碳量都為高碳？ 滾動軸承鋼中常含有哪些元素？各起什么作用？為什么含 Cr 量限制在一定范圍？ 答：滾動軸承性能的要求之一是有高的淬透性和高的耐磨性，而主要取決于含碳量因而為了保障滾動軸承鋼有較高的硬度和耐磨性軸承鋼的含碳量很高。滾動軸承鋼中常含有 Cr（主加合金元素）、Si、Mn、V 等。Cr的作用是提高鋼的淬透性和鋼的耐腐蝕性提高鋼的回火穩(wěn)定性。 加入Si、Mn、V 可以進(jìn)一步提高淬透性。適量的Si（0.4%--0.6%）還能明顯提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限。V除提高淬透性之外還可形成VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。適宜的Cr含量為0.4%--1.65%當(dāng)Cr含量高于以后會使A’增加使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低同時(shí)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性，所以含Cr量要限制在一定范圍。 13、滾動軸承鋼對冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量和原始組織有哪些要求？ 為什么？ 答：對原始組織的要求： 1 原始組織必須無縮孔， 皮下氣泡白點(diǎn)和過燒； 2 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物（氧化物和硫化物）； 3嚴(yán)格控制疏松級別； 4 改善表面碳化物不均勻性（網(wǎng)狀帶狀和液析）； 表面質(zhì)量要求： 硬度高耐磨性好具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度抗腐蝕性能好。 冶金質(zhì)量要求： 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物（氧化物和硫化物）， 改善表面碳化物不均勻性（網(wǎng)狀帶狀和液析）。,.,14、在使用狀態(tài)下， 滾動軸承鋼的最佳組織是什么？ 在工藝上應(yīng)如保證？ 答：在使用狀態(tài)下， 滾動軸承的最佳組織是 M 回加細(xì)粒碳化物以及 A’。 淬火加低溫回火。 淬火： 加熱溫度為 820-840 度。 淬火后應(yīng)立即回火， 以消除內(nèi)應(yīng)力， 回火溫度一般為 150-160 度。 保溫時(shí)間 2-4 小時(shí)， 最好在油中進(jìn)行。 球化退火： 預(yù)先 熱處理， 最終熱處理。 球化退火溫度范圍： 770-810 度。 大于 90 度是最適宜的加熱溫度。 15、什么是易切削鋼？易切削鋼常用作哪些零件？ 答：通過在鋼中加入S、P、Pb、Ca等元素來形成非金屬夾雜或金屬間化合物，或本身以金屬形態(tài)存在（如Pb），可以起到斷屑、減小刀具磨損和改善鋼的切削性能的作用的合金鋼。 這類鋼的機(jī)械性能較低，只能用于一些機(jī)械性能要求不高，而加工效率和加工質(zhì)量及精度要求很高的零件。 16、在易切削鋼中常加入哪些元素？他們對提高鋼的切削性能的作用機(jī)理是什么？ 答：易切削鋼中常加入的合金元素是 S、 P、 Se、 Te、 Pb、 Ca 等， 形成 MnS、 CaS、 MnTe、 PbTe、 α -CaO·SiO2、 2CaO·Al2O3·SiO2等， 或 Pb 的金屬夾雜物。 S 以 MnS 夾雜物存在， 熱軋， 熱軋時(shí)沿軋向伸長呈條狀， 鋼的橫向性能隨之下降。 過高的 w（Mn） /w（S） 使 MnS 夾雜長寬比增高， 對性能不利；鋼中高 Si 或 Al 是 MnS 夾雜長寬比增加；含 Pb 易切削鋼用來制作要求力學(xué)性能方向性小的零件；加入 Te 可進(jìn)一步提高鋼的切削性，可形成 MnTe、 MnS 即金屬 Pb 三者復(fù)合夾雜物；S-Te-Pb 易切削鋼能降低刀具磨耗， 提高刀具壽命和零件表面光潔度；鋼用 Ca-Si 脫氧時(shí)，鋼中非金屬夾雜物為 2CaO· Al2O3· SiO2，機(jī)加工時(shí)，在刀具工作面沉積一層薄的熔點(diǎn)較低的鋁酸鈣保護(hù)膜，可延長刀具的使用壽命。,.,13.高錳耐磨鋼有什么特點(diǎn)？ 為什么會有這樣的特點(diǎn)？ 如何獲得這些特點(diǎn)？ 在什么情況下適合使用這類鋼？ 性能特點(diǎn) 答： 在受到?jīng)_擊在和及高壓力的作用下， 其表面層將迅速產(chǎn)生加工硬化， 從而產(chǎn)生高耐磨的表面層， 而內(nèi)層依然保持優(yōu)良的沖擊韌性。 本質(zhì)原因： 是通過大量形變在 A 基體中產(chǎn)生大量層錯， 形變孿晶、 ε -M 和α -M， 稱為為錯運(yùn)動的障礙。 經(jīng)強(qiáng)烈沖擊后，鋼的表面硬度極大地提高到了 500HB 左右， 而心部仍保持韌性的 A， 所以能承受強(qiáng)有力的沖擊載荷而不破裂。 如何獲得：①碳含量以 1.15%-1.25%范圍內(nèi)為最合適。 ②通常 Mn/C 的比值應(yīng)為 9-11.（1） 對于耐磨性要求較高、 沖擊韌性要求略低形狀不太復(fù)雜或薄壁的零件： w（Mn） =11-14%， Mn/C 取低限；（2） 對于耐磨性要求略低、 沖擊韌性要求較高形狀復(fù)雜或厚壁的零件： w（Mn） =10-13%， Mn/C 取高限； ③加入 2.0%-4.0%Cr 或適量的 Mo 和 V， 提高屈服強(qiáng)度、 沖擊韌性和抗磨性④加入一定量的稀土金屬元素。 高錳耐磨鋼主要用于制造要求耐磨及耐沖擊的一些零件。 如挖掘機(jī)的鏟斗、 碎石機(jī)的顎板、 襯板等。 還大量用于挖掘機(jī)、 拖拉機(jī)、 坦克等的履 帶板， 主動輪和履帶支承滾輪等。 第三章 耐蝕和耐熱合金 2、提高耐蝕性的基本途徑有哪些。 答：（1）使鋼的表面形成穩(wěn)定保護(hù)膜，→Cr、Al、Si有效。（2）提高不銹鋼固溶體的電極電位或形成穩(wěn)定鈍化區(qū)，降低微電池的電動勢→Ni貴而緊缺，Si易使鋼脆化，Cr理想。（3）使鋼獲得單相組織 →Ni、Mn →單相奧氏體組織。（4）機(jī)械保護(hù)措施或復(fù)蓋層，如電鍍、發(fā)蘭、涂漆等方法。,.,1、回答化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和應(yīng)力腐蝕的機(jī)理 答：化學(xué)腐蝕： 金屬和化學(xué)介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的腐蝕稱化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕：由于鋼本身的不均勻性，各個(gè)成分和組織間電極電位不同構(gòu)成原電池而產(chǎn)生的。晶間腐蝕：由于Cr在晶界以碳化物形式析出而造成晶界貧Cr，其結(jié)果是晶界與晶內(nèi)電極電位不同，特別是晶界處由于Cr含量低于臨界值使電極電位低于腐蝕電位，導(dǎo)致晶間腐蝕。點(diǎn)腐蝕：Cl-穿透不夠致密的氧化膜與鋼形成可溶性腐蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致鋼的表面暴露，在局部形成點(diǎn)蝕。應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕本質(zhì)上可以分為高應(yīng)力腐蝕和低應(yīng)力腐蝕；高應(yīng)力腐蝕是由于應(yīng)力作用下位錯滑移不斷破壞鈍化膜并形成新鮮表面而造成電化學(xué)腐蝕；低應(yīng)力腐蝕又可分為Cl-和H+離子造成的兩類，前者是陽極反應(yīng)，以暴露的鋼為陽極，鈍化膜為陰極，由于陽極溶解形成裂縫，其前沿為三向應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，后者為陽極反應(yīng)。 3、合金元素對鋼的耐蝕性有何影響？ 答：1）碳：碳能強(qiáng)烈的穩(wěn)定奧氏體，穩(wěn)定奧氏體的能力為 Ni 的三十倍；碳與Cr能形成一系列碳化物，使不銹鋼的耐蝕性受到嚴(yán)重影響。 2）Cr提高鈍化膜穩(wěn)定性的必要元素，Cr＞10-12%合金的鈍化能力顯著提高，摩爾分?jǐn)?shù)提高到12.5%、25%、37.5%，合金在硝酸中的腐蝕速度都相應(yīng)有一個(gè)突然降低，當(dāng) Cr 含量達(dá)到 1/8，2/8……時(shí)鐵的電極電位跳躍式增加耐蝕性隨之提高 3）Ni提高鋼的耐蝕性，在非氧化性硫酸中更顯著。摩爾分?jǐn)?shù)為12.5% 和25%時(shí)，耐蝕性明顯提高。Ni是奧氏體穩(wěn)定化元素， Ni能有效降低Ms點(diǎn)，使奧氏體能保持到很低溫度。4） Mn 提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性，比Ni更有效，Mn是Ni的代用品是奧氏體穩(wěn)定化的元素，Mn在奧氏體不銹鋼中部分替代Ni,2%Mn相當(dāng)于1%Ni。 5）Mo提高不銹鋼的鈍化作用和耐蝕性，可阻止點(diǎn)蝕。 6）Si提高鋼在鹽酸、 硫酸和高濃度硝酸中的耐蝕性，在不銹鋼中加入2%-4%的硅，提高耐蝕性。7） Ti、Nb是強(qiáng)的碳化物形成元素,可優(yōu)先于Cr同碳形成碳化物，防止晶間腐蝕提高耐蝕性。,.,5、奧氏體不銹鋼有哪幾種系列，典型鋼號是什么？主要應(yīng)用如何？ 答：奧氏體不銹鋼可以分為：①Cr-Ni系不銹鋼，典型鋼號：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9 主要用于做液氮或低溫液體的壓力容器 ②Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系，典型鋼號：1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N 主要用于要求耐蝕的同時(shí)又要求高的屈服強(qiáng)度的零部件 ③亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼 典型鋼號：1Cr18Ni8、1Cr18Ni8Mo 主要用于制作不銹彈簧④Cr-Ni-Mo-Cu系 典型鋼號：1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 主要用于制作在非氧化性酸中工作的零件 ⑤ Cr-Ni-Mo-N系 典型鋼號： 00Cr22Ni22Mo2.5N、00Cr22Ni6Mo3N 用于在含鹵族元素離子介質(zhì)中抗點(diǎn)腐蝕的鋼，也用于耐海洋腐蝕的海洋設(shè)備上 ⑥ Cr-Ni-Si系 典型鋼號： 0Cr18Ni14Si4 主要用于抗應(yīng)力腐蝕鋼 6、奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn)和熱處理方法。 答：奧氏體不銹鋼是以18%Cr-8%Ni為典型成分發(fā)展起來的，這一含量正好處于奧氏體有利于形成的成分范圍；此外還含有Ni、Mn、N、Cu等穩(wěn)定奧氏體存在的合金元素。 熱處理方法：1 固溶化處理：將鋼加熱到過剩相充分溶解到固溶體中的某一溫度,保持一定時(shí)間之后快速冷卻的工藝方法。目的是要把在以前各加工工序中產(chǎn)生或析出的合金碳化物,如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中,獲取單一的奧氏體組織(有的可能存在少量的δ鐵素體）2 穩(wěn)定化退火：對含穩(wěn)定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼采用的熱處理方法。目的是利用鈦、鈮與碳的強(qiáng)結(jié)合特性,穩(wěn)定碳,使其盡量不與鉻結(jié)合,最終達(dá)到穩(wěn)定鉻的目的,提高鉻在奧氏體中的穩(wěn)定性,避免從晶界析出,確保材料的耐腐蝕性。3 消除應(yīng)力處理。去除加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力或去除加工后的殘留應(yīng)力。I類、II類奧氏體不銹鋼采用較緩慢的冷卻方式。III類奧氏體不銹鋼必須快冷。 7、鐵素體不銹鋼的典型鋼種有哪些？主要應(yīng)用是什么？ 答：①Cr13型，典型鋼號：0Cr13、0Cr13Al 常用作耐熱鋼②Cr16-19型 典型鋼號：Cr17、 Cr17Ti 常用作耐大氣、淡水、稀硝酸介質(zhì)腐蝕③Cr25-28型 典型鋼號：Cr25Ti、Cr28 用作耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的耐酸鋼,.,8、鐵素體不銹鋼的脆性大的原因？如何消除脆性？ 答：高鉻鐵素體鋼的缺點(diǎn)是脆性大， 其原因主要是： （1） 粗大的原始晶粒 單項(xiàng)鐵素體組織鑄態(tài)下組織粗大， 不能通過加熱冷卻過程中的相變來細(xì)化，只能通過壓力加工來碎化；（2） σ相：σ相具有高的硬度(HRC68以上) ， 常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促進(jìn)晶間腐蝕。（3）475℃脆性 在高鉻鋼中，當(dāng)含Cr＞15%時(shí)，在 400～500℃溫度范圍長時(shí)間加熱后或在此溫度范圍內(nèi)緩冷時(shí)，鋼在室溫下變得很脆。這個(gè)現(xiàn)象尤以 475℃加熱最甚，因而這種脆性被稱為475℃脆性、475℃加熱時(shí)，鐵素體內(nèi)的鉻原子趨于有序化，形成許多富鉻的鐵素體(80%Cr、20%Fe) ，它們與母相保持共格關(guān)系，引起晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力，此時(shí)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低（4） 鋼中含有C、N、O等雜質(zhì)及夾雜物。 消除方法：生產(chǎn)中將終鍛溫度或終軋溫度控制在750°C或者更低的溫度，向鋼種加入少量Ti組織晶粒長大；增加其在高溫的奧氏體量來控制晶粒粗化 9、馬氏體不銹鋼典型鋼種有哪些？熱處理和主要應(yīng)用是什么？ 答：低C的13%Cr鋼 如1Cr13、2Cr13可用于制造汽輪機(jī)葉片、抗弱腐蝕介質(zhì)并承受沖擊的零件，如螺栓、螺母等機(jī)械構(gòu)件。 低C的17%Cr-2%Ni鋼 如1Cr17Ni2等，可用于制造高強(qiáng)度耐蝕件。 中C的13%Cr鋼 如3Cr13、4Cr13可用于制造耐磨的零件如閥門零件、軸承、彈簧和醫(yī)用手術(shù)刀等。 高C的18%Cr鋼如9Cr18等，可用于制造軸承和手術(shù)工具等。 熱處理：軟化處理(高溫回火、 完全退火)改善切削性能、；調(diào)質(zhì)處理， 為了獲得高的綜合機(jī)械性能；淬火及低溫回火（獲得高硬度和高耐磨性）。,.,10、 高強(qiáng)度不銹鋼設(shè)計(jì)思想： 答：鋼的變形主要是“位錯”的運(yùn)動，所謂“位錯”就是指結(jié)晶體內(nèi)存在的缺陷， 通常在退火狀態(tài)約存在(1010-1012)／m’個(gè)。 若阻礙這種位錯 的運(yùn)動就難以發(fā)生變形，因此鋼就被強(qiáng)化。 這種阻礙位錯運(yùn)動，使鋼強(qiáng)化的方法有固溶強(qiáng)化。析出強(qiáng)化、加工硬化(位錯強(qiáng)化)、馬氏體相變的強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的強(qiáng)化等。固溶強(qiáng)化就是在純金屬中固溶進(jìn)合金元素， 即在母金屬的晶格的原子間隙進(jìn)入其他的合金元素(侵入型)或替換母金屬的原子(置換型) 和使母金屬的晶格發(fā)生歪扭，由于這種歪扭在晶體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力場，阻 礙了位錯運(yùn)動，而使強(qiáng)度提高。析出強(qiáng)化是在母體金屬中形成析出物(碳化物、氮化物、金屬間化合物 等)使其強(qiáng)化的方法，析出物具有阻礙位錯運(yùn)動的作用。在母相呈微 細(xì)彌散分布狀態(tài)，最能提高強(qiáng)度。加工硬化是在成形加工時(shí)因硬化處理而發(fā)生的尺寸變化。 鋼變形時(shí)給結(jié)晶加上了剪斷應(yīng)力，在位錯運(yùn)動的同時(shí)，給結(jié)晶導(dǎo)入 了大量的位錯，是強(qiáng)化鋼的方法。 馬氏體組織的結(jié)構(gòu)非常微細(xì)，而且在其內(nèi)部存在高密度的位錯，若使碳過飽和固溶還能提高強(qiáng)度。另方面，經(jīng)過最后的回火處理可以得到碳化物等析出物彌散細(xì)微分布的組織。晶粒直徑 d 與屈服強(qiáng)度間有著直線關(guān)系，晶粒越細(xì)屈服強(qiáng)度越高。這種屈服強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系稱霍爾佩琪法則， 因變形在晶粒內(nèi)運(yùn)動的位錯在晶界其運(yùn)動被阻，所以晶界大量存在的細(xì)晶粒材料，其強(qiáng)度很高。 11、高溫強(qiáng)度指標(biāo)：答：1、 蠕變強(qiáng)度： 在某溫度下， 在規(guī)定時(shí)間達(dá)到規(guī)定變形時(shí)所能承受的應(yīng)力。 2、 持久強(qiáng)度： 在規(guī)定溫度和規(guī)定時(shí)間斷裂所能承受的應(yīng)力。 3、 持久壽命： 在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下斷裂的時(shí)間。,.,12、 合金元素對鋼的化學(xué)穩(wěn)定性的影響 答：Cr、 Al、 Si 改善鋼的化學(xué)穩(wěn)定性。 Cr、 Al、 Si 提高 FeO 出現(xiàn)的溫度， 改善鋼的高溫化學(xué)穩(wěn)定性。 鋼表面氧化膜的結(jié)構(gòu)：外層： Fe2O3； 中間層 Fe3O4； 內(nèi)層 FeO， 當(dāng) FeO 出現(xiàn)時(shí)鋼的氧化速度劇增； Cr、 Al 含量較高時(shí)， 鋼的表面出現(xiàn)致密的Cr2O3 或 Al2O3 保護(hù)膜。 含硅鋼中生成 Fe2SiO4 氧化膜， 具有良好的保護(hù)作用。 Cr 是提高抗氧化能力的主要元素， Al也能單獨(dú)提高鋼的抗氧化能力。 Si 由于增加鋼的脆性， 加入量受到限制， 只能作輔加元素。 13、鐵素體型耐熱鋼中常加入的合金元素有哪些？其作用如何？答：鐵素體型不銹鋼的鉻含量高于12%，不含鎳，只含有少量的Si、Ti、Mo等元素。鉻是耐熱鋼中抗高溫氧化和抗高溫腐蝕的主要元素，并能提高耐熱鋼的熱強(qiáng)性。Ti是強(qiáng)碳化物形成元素之一，作用是防止間接腐蝕。鉬為難熔金屬，熔點(diǎn)高（2625℃）。對提高耐熱鋼的熱強(qiáng)性有較好的作用。 14、F-P型和M型耐熱鋼的典型鋼種有什么？其主要用途如何？答：F-P型耐熱鋼可以分為低碳、中碳和高碳三種。低碳典型鋼種為：12Cr1MoV,主要用于超臨界鍋爐的鍋爐鋼管，也可用在石油化工設(shè)備中使用。中碳典型鋼種為20Cr1Mo1VNbTiBj,高碳典型鋼種如35Cr2MoV,二者主要用于汽輪機(jī)和化工設(shè)備中的耐熱緊固件及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。M型典型鋼種有15Cr11MoV和15Cr12WMoV，主要用于做汽輪機(jī)葉片等；此外還有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，主要用作內(nèi)燃機(jī)閥門等。 15、提高耐熱鋼熱強(qiáng)性的途徑答：A、強(qiáng)化基體：通過提高原子間結(jié)合力和在晶粒內(nèi)阻礙位錯移動的方法強(qiáng)化合金基體。就原子間結(jié)合力而言，其結(jié)合力越強(qiáng)基體強(qiáng)度越高；在晶粒內(nèi)形成彌散分布的穩(wěn)定第二相能阻礙位錯運(yùn)動來強(qiáng)化合金。 B、強(qiáng)化晶界：分為凈化晶界和填充晶界的空位兩種方法。加入Re、B等與S、P結(jié)合形成高熔點(diǎn)化合物避免S、P與Fe、Ni形成低熔點(diǎn)共晶；同時(shí)B、Ti、Zr等元素由于與基體元素原子半徑不同而易于吸附在晶界，可以減少晶界空位，降低晶界能量，最終降低晶界擴(kuò)散系數(shù)。,.,第四章有色金屬及合金 1、鑄造鋁合金、變形鋁合金、可熱處理鋁合金是根據(jù)什么情況來區(qū)分的？ 答： 根據(jù)合金元素的含量和加工工藝特點(diǎn)，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金按其成分和性能特點(diǎn)可分為不能熱處理強(qiáng)化鋁合金和可熱處理強(qiáng)化鋁合金。 2、請說明下列鋁合金的類型:LF5、LY12、LC4、LD5、ZL101. 答：①防銹鋁合金②硬鋁合金③超硬鋁合金④鍛鋁合金⑤鑄造鋁合金（鋁硅系鑄造鋁合金） 4、請簡述鋁合金的時(shí)效過程、影響鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化的因素 答：鋁合金的時(shí)效過程分為四個(gè)階段：①形成GP區(qū)，溶質(zhì)原子富集，引起晶格畸變，位錯受阻，強(qiáng)度提高。②GP區(qū)有序化，形成θ’相，引起晶格進(jìn)一步畸變，位錯進(jìn)一步受阻，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。③形成過渡相θ‘，溶質(zhì)原子富集形成CuAl2，部分與母相脫離共格關(guān)系，晶格畸變減輕，位錯阻礙減少，合金趨向軟化。④θ相形成與長大，形成穩(wěn)定的CuAl2，與母相完全脫離共格關(guān)系，晶格畸變大為減輕，強(qiáng)化效果顯著減弱，合金發(fā)生軟化。 影響時(shí)效強(qiáng)化的因素有：鋁合金的化學(xué)成分（硅、錳等強(qiáng)化效果不明顯，銅明顯）、合金的固溶處理工藝、時(shí)效溫度的影響、鋁合金的回歸現(xiàn)向（回歸處理時(shí)沒有完全重溶的析出相在時(shí)效處理過程中重新析出使時(shí)效效果減弱）。,.,3、請簡述鋁合金的強(qiáng)化途徑 答:強(qiáng)化方式：①固溶強(qiáng)化：將合金元素溶入鋁晶格中形成有限固溶體使合金強(qiáng)度提高②時(shí)效強(qiáng)化:將固溶處理后的過飽和固溶體在較低溫度下歲時(shí)間的延長會發(fā)生強(qiáng)度硬度進(jìn)一步升高的情況③過剩相強(qiáng)化：將鋁中加入過量的合金元素導(dǎo)致不溶入固溶體的過剩相出現(xiàn)，過剩相彌散分布導(dǎo)致合金強(qiáng)化④細(xì)化組織強(qiáng)化：加入變質(zhì)劑使合金組織細(xì)化強(qiáng)化合金。 5、銅合金有哪幾類？主要性能和用途如何？ 答：青銅、 黃銅、 白銅。 黃銅性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐磨性和耐海水腐蝕性好，優(yōu)于鋁合金和碳鋼。普通黃銅用于水管、油管、散熱器等；特殊黃銅用于制造船舶、高強(qiáng)耐蝕零件、鐘表、機(jī)械的軸瓦、耐磨零件； 青銅性能特點(diǎn)：具有極高的耐磨性且耐蝕性好，主要用于制作耐磨件如齒輪、軸套、渦輪、儀器上的彈簧、耐磨和抗磁零件； 白銅的性能特點(diǎn)：耐蝕性能好，加入Mn后有高電阻和低電阻溫度系數(shù)，可以用作低溫?zé)犭娕?、變阻器等?6、鎂合金有哪些常用的合金系，有幾種類型?熱處理方式是什么？ 答：鎂合金按成型工藝的不同主要分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。變形鎂合金的合金含量較低，對雜質(zhì)含量要求很高以保持其塑性，主要進(jìn)行的熱處理是固溶強(qiáng)化+時(shí)效處理。鑄造鎂合金可以進(jìn)行各種熱處理。,.,7、不同類型的鈦合金的強(qiáng)韌化機(jī)理、應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r如何？ 答：α型Ti合金：含有α穩(wěn)定性元素Al和中性元素Sn、Zr，同時(shí)起到固溶強(qiáng)化的效果 Β型Ti合金：含有β相穩(wěn)定元素Mo和Cr，同時(shí)加入Al和V來提高熱處理強(qiáng)化效果 α+β類Ti合金：同時(shí)含有α和β穩(wěn)定元素。 鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、汽車零部件制造、文體類用品制造等各個(gè)領(lǐng)域，β鈦合金的應(yīng)用更加廣泛。但由于原材料價(jià)格昂貴、加工制造成本大，鈦合金目前的工業(yè)化應(yīng)用受到了一定的限制，未來解決了這些問題一定會得到更好的發(fā)展。 8、滑動軸承合金在性能上有何要求，在組織上有何特點(diǎn)？試分析錫基軸承合金中合金元素的作用。 答：滑動軸承合金要求1合金必須有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度2足夠的塑型和韌性3低的摩擦系數(shù)4良好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。 組織特點(diǎn)：理想組織應(yīng)該是軟基體上均勻分布著硬質(zhì)點(diǎn)。軟基體被磨損下凹可以貯存潤滑油并形成連續(xù)的油膜，硬質(zhì)點(diǎn)則凸起來支撐軸頸，使軸承和軸頸的實(shí)際接觸面積減小，減小摩擦。 錫基軸承合金中Sb溶于Sn形成軟基體，SnSb形成硬質(zhì)點(diǎn)，加入銅可以防止比重偏析。,.,第五章工具鋼 1、 常用碳素工具鋼和低合金工具鋼的典型鋼種有哪些，如何進(jìn)行熱處理，其主要用途是什么？ 答：(1)碳素工具鋼的碳的質(zhì)量系數(shù)在0.65%~1.35%，鋼號從T7到T13。熱處理：球化退火，加熱溫度范圍一般為730~800℃， 獲得細(xì)而均勻分布的球狀 P。淬火和回火：淬火加熱溫度為A1+30—50℃，屬于不完全淬火?；鼗饻囟纫蚬ぞ叩姆N類與用途而稍有差異，可以做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。 (2)低合金工具鋼，典型鋼種有Cr2，9SiCr， CrMn， CrWMn 等。 可作刃具和量具。熱處理： 球化退火，淬火： 加熱溫度比碳素工具鋼稍高些?；鼗穑?60~200℃。9SiCr鋼適合與制造形狀較復(fù)雜的小型工件，如絲錐，板牙， 鉆頭，鉸刀等。CrWMn鋼適于制作形狀復(fù)雜的工件，如拉刀，扳牙，量具及形狀復(fù)雜的高精度沖模。Cr2即 GCr15，制作切削工具，量具及冷軋輥等。 2.分析 9SiCr,9Mn2v,CrWMn 鋼中的合金元素的作用 答：（1）9SiCr，Si：增加鋼的淬透性，提高鋼的回火穩(wěn)定性；Cr：是碳化物形成元素，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，增加淬透性，阻止?jié)B碳體型碳化物的聚焦，長大，提高了馬氏體的分解溫度，從而有效的提高了 鋼的回火抗力；不能防止Si的石墨化傾向。（2）9Mn2v，Mn：提高鋼的淬透性，但增加鋼的過熱傾向。V：更為有效的阻止奧氏體晶粒的長大，降低過熱敏感性（3）CrWMn，Cr：是碳化物形成元素，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，增加淬透性，阻止?jié)B碳體型碳化物的聚焦，長大，提高了馬氏體的分解溫度，從而有效的提高了鋼的回火抗力；不能防止Si的石墨化傾向。W：形成較穩(wěn)定的碳化物，阻止鋼的過熱Mn：提高鋼的淬透性，但增加鋼的過熱傾向。,.,3、制定高速鋼W18Cr4V的熱處理工藝，并說明工藝制定的原因？ 答：①球化退火： 退火溫度為 860~880， 在該溫度下保溫 2~3 小時(shí)。降低鋼的硬度以利切削加工也為淬火做組織上的準(zhǔn)備 ②淬火： 淬火溫度 1280， 在此淬火溫度下， 鋼中合金元素開始溶解， 油淬空冷正常組織是 M+碳化物+殘 A ，提高合金元素含量加強(qiáng)回火穩(wěn)定性③回火： 一般需進(jìn)行三次 560 度， 保溫 1 小時(shí)的回火處理 M 回+碳化物 ，消除殘余應(yīng)力④表面強(qiáng)化，改善刃具的切削效率和耐用性。 4.高速鋼中常用合金元素的作用是什么， 簡述高速鋼的二次硬化現(xiàn)象? 答：①C： 重要強(qiáng)化元素，C 升高，淬火后的硬度和熱硬性都增高 ②W 和 Mo：提高熱硬性，回火熱穩(wěn)定性和細(xì)化晶粒改善韌性③Cr：提高淬透性，也增加耐蝕性和抗氧化性 ④V：細(xì)化晶粒提高回火穩(wěn)定性和熱硬性⑤Co：提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。降低韌性，增大脫碳傾向。⑥微合金元素：N：提高熱硬性，同時(shí)也提高抗彎強(qiáng)度和撓度，改善韌性。稀土金屬：提高鋼在900~1150間的熱塑性。 二次硬化：高速鋼回火溫度在500~600之間，鋼的硬度，強(qiáng)度和塑性均有提高，而在550~570時(shí)，可達(dá)到硬度，強(qiáng)度的最大值。在此溫度區(qū)間，自M中析出彌散的W(Mo)及V的碳化物，使鋼的硬度大大提高，此現(xiàn)象稱為二次硬化 5.高速鋼在退火態(tài)， 淬火態(tài)和回火態(tài)各有什么類型的碳化物？ 這些不同類型的碳化物對鋼的性能起什么作用？ 答：退火狀態(tài)下含有 M6C,M23C6,MC 三種碳化物 。淬火態(tài)下只有 M6C,MC,阻礙 A 晶粒長大，細(xì)化晶粒 回火態(tài)下有 M2C,MC 析出，彌散強(qiáng)化，產(chǎn)生二次硬化， 提高耐磨性,.,6 敘述高碳高鉻模具鋼的成分，熱處理，性能特點(diǎn)及用途？ 答：高碳高鉻模具鋼的成分含有較高的C和大量的Cr以及少量的Mo，V等。性能特點(diǎn)：高的耐磨性；高的淬透性；淬火變形小;高的紅硬性；碳化物不均勻比較嚴(yán)重。熱處理：等溫球化退火：加熱溫度一般為850~870，保溫3~4小時(shí)，退火溫度為720~740，保溫6~8小時(shí)，爐冷至小于500出爐空冷 淬火+回火 一次硬化處理：采用較低的淬火溫度并進(jìn)行低溫回火150~170 二次硬化處理： 在較高溫度溫度淬火，然后進(jìn)行多次高溫回火 。用途：適用于制造要求有耐磨性，高硬度和變形小的模具(落料，沖孔，修邊模，沖頭，剪刀) 7.冷作模具鋼（Cr12MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？其工藝以及性能有什么區(qū)別？ 答（1）一次硬化處理采用較低的淬火溫度并進(jìn)行低溫回火。采用較低的淬火溫度，晶粒較細(xì)，剛的強(qiáng)度和韌性較好。通常Cr12MoV鋼選用980至1030淬火，如希望得到較高的硬度，淬火溫度可取上限?；鼗饻囟纫话阍?50到170。硬度HRC61到63?；鼗饻囟壬邥r(shí)硬度降低，但強(qiáng)度和韌性提高（2）二次硬化處理在較高的淬火溫度，然后進(jìn)行多次高溫回火，以達(dá)到二次硬化的目的。這樣可以獲得高的回火穩(wěn)定性，但稍降低剛的強(qiáng)度和韌性。 8.說出各種熱作模具鋼的典型鋼種，熱處理特點(diǎn)和用途。 答：①錘鍛模具鋼：典型鋼種：5CrMnMo、3Cr2MoWVNi。熱處理：830860加熱空氣預(yù)冷到760油淬，型腔與燕尾分開回火，回火溫度稍高于模面工作溫度。用途：模高小于400毫米的中小錘鍛模：5CrMnMo；模高大于400毫米錘鍛模：3Cr2MoWVNi。②熱擠壓、壓鑄模具鋼：a、鉻系：45Cr5MoSiV 、4Cr5W2SiV 熱處理：淬火(溫度高于錘鍛模具鋼)+回火 用途:尺寸不大的熱鍛模、鋁及銅合金的壓鑄模等 b、鎢系：3Cr2W8V 熱處理同前，主要用途：制造高溫下承受高應(yīng)力但不承受沖擊負(fù)荷的壓鑄模、熱擠壓模和頂鍛模。,.,9.分析T8,Cr12MoV鋼的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 答：T8鋼：較高硬度，能承受較大沖擊力，成本低，加工性能好，熱處理簡單，但淬透性低，淬火變形開裂傾向大。Cr12MoV：高的耐磨性，高的淬透性，淬火變形小，高的紅硬性，成本高，加工工藝比較復(fù)雜。 10.在使用性能和工藝上，工具鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼有什么不同？ 答：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼通常以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。①力學(xué)性能要求：要求強(qiáng)度和韌性以保證機(jī)器零件體積小，結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好；要求有良好的疲勞性能與耐磨性等；②工藝性能（如冶煉性能，澆注性能，可鍛性能等）也有要求，但一般問題不大。（2）工具鋼①力學(xué)性能：高硬度高耐磨性，一定的塑性和刃型，良好的尺寸穩(wěn)定性。②工藝性能：一定的淬透性，變形與開裂傾向小，低脫碳敏感性，良好的切削加工性能。 第六章鑄鐵與鑄鋼 1、鑄鐵的成分、組織和性能與鋼有哪些區(qū)別？ 答：鑄鐵的是以鐵-碳-硅為主的多遠(yuǎn)鐵基合金，和碳鋼相比較有較高的碳和硅含量，還有較高的雜質(zhì)元素硫和磷。鑄鐵的組織是由石墨和金屬基體組成的，金屬基體有鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體，熱處理后有馬氏體、貝氏體等組織，它們相當(dāng)于鋼的組織；石墨的形態(tài)可以分為：片狀、蟹狀、蠕蟲狀、團(tuán)絮狀、不規(guī)則或開化狀、球狀石墨等六種。鑄鐵的機(jī)械性能較差，但有良好的耐磨性、高的消震性，低的缺口敏感性、優(yōu)良的切削加工性和鑄造性能。鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低。,.,2、影響鑄鐵石墨化的因素有哪些，如何影響？ 答：鑄鐵中石墨形成的過程稱為石墨化過程。影響因素有：1.化學(xué)成分 鑄鐵中常見的C，Si、Mn、P、S中，C，Si是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，S和Mn是阻礙石墨化的元素，P的促進(jìn)石墨化作用不明顯。2.冷卻速度 一般來說，鑄件冷卻速度趨緩慢，就越有利于按照Fe-G穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，充分進(jìn)行石墨化；反之則有利于按照 Fe-Fe3C亞穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，不利于石墨化。鑄鐵的冷卻速度是一個(gè)綜合的因素，它與澆注溫度、傳型材料的導(dǎo)熱能力以及鑄件的壁厚等因素有關(guān)，其中壁厚是主要的影響因素。 3、鑄鐵中的碳、硅含量與共晶溫度有什么關(guān)系？共晶溫度大小與鑄鐵組織有什么關(guān)系？ 答：隨C含量的增加，鐵水中的碳濃度增加，有利于石墨的形核，從而促進(jìn)了石墨化。Si的加入使共晶與共析轉(zhuǎn)變在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。相圖上出現(xiàn)了共晶（共析）轉(zhuǎn)變的三相共存區(qū)：液相、奧氏體、石墨共晶區(qū)（奧氏體、鐵素體、石墨共析區(qū)），并且提高了共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度，共晶溫度的上升有利于石墨化，促進(jìn)鑄鐵組織的形成 4、灰口鑄鐵的性能如何？灰口鑄鐵可以進(jìn)行哪些熱處理？其目的如何？ 答：灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比同樣基體的鋼要低很多，抗壓強(qiáng)度顯著的大于抗拉強(qiáng)度。硬度歲成分和組織在HB130-270的范圍內(nèi)變化，隨共晶度增加，鑄鐵的硬度降低。沖擊韌性很差，灰鑄鐵中碳、硅總量越低、石墨數(shù)量越少、石墨片越細(xì)小，沖擊韌性越高。耐磨性比鋼要好，減震性比鋼約大6-10倍，鑄造性能和切削加工性能優(yōu)異?；铱阼T鐵進(jìn)行熱處理的主要方法有：消除應(yīng)力的退火、消除鑄件白口組織的退火或正火、提高硬度和耐磨性的表面淬火等。需要注意的是，灰口鑄鐵的熱處理只能改變其基體組織，或由白口轉(zhuǎn)變?yōu)榛铱?，而對其石墨的形態(tài)是沒有改變的，因此，灰口鑄鐵的熱處理不能從根本上消除片狀石墨的有害作用，而是滿足其具體鑄件的工作需要。,.,5. 如何獲得球墨鑄鐵？其性能與灰口鑄鐵有何不同？ 答：球墨鑄鐵是將鐵水進(jìn)行球化處理，將片狀石墨轉(zhuǎn)化為球狀石墨而獲得的一種鑄鐵。球墨鑄鐵生產(chǎn)中， 鐵水在臨澆鑄前加入一定量的球化劑，以促使石墨結(jié)晶時(shí)生長為球狀的工藝操作稱為球化處理。在球化處 理的同時(shí)必須進(jìn)行孕育處理（亦稱為石墨化處理），以促使石墨生核，生成球徑小、數(shù)量多、園整度好、分 布均勻的球狀石墨，從而改善球墨鑄鐵的機(jī)械性能。 性能： 球墨鑄鐵與其他鑄鐵相比有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，且因組織中有呈球狀的石墨存在，故其塑性與韌性雖低于鋼，但卻高于其它各類鑄鐵。 球狀的疲勞強(qiáng)度最高，團(tuán)絮狀的次之，片狀的最低，且隨石墨數(shù)量增多，鑄鐵的疲勞強(qiáng)度降低。 6. 球墨鑄鐵的基體可能有幾種（盡可能說得全面些），它們分別是如何獲得的？ 答：根據(jù)化學(xué)成分和冷卻速度的不同，基體組織在鑄態(tài)下可以是鐵素體、鐵素體加珠光體、珠光體,他們是由鑄件經(jīng)正火或退火處理后得到；如果將鑄件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或等溫淬火，則基體組織可轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w或下貝氏體組織. 8、可鍛鑄鐵的性能及應(yīng)用如何 答：可鍛鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，并接近于同類基體的球墨鑄鐵，尤其是珠光體基體可鍛鑄鐵，強(qiáng)度可與鑄鋼比美?？慑戣T鐵與球墨鑄鐵相比，還具有鐵水處理簡易、質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低等優(yōu)點(diǎn)，所以可鍛鑄鐵常用于制作一些截面較薄而形狀復(fù)雜工作時(shí)受震動而強(qiáng)度、韌性要求較高的零件。珠光體可鍛鑄鐵的可切削加工性能在鐵基合金中是最優(yōu)良的，可進(jìn)行高精度切削加工。珠光體可鍛鑄鐵還可以通過火焰加熱或感應(yīng)加熱進(jìn)行表面淬火。,.,7、請定制鐵素體基體可鍛鑄鐵的熱處理工藝并說明理由。 答： 可鍛造鑄鐵石墨化是由白口鑄鐵較長時(shí)間石墨化退火而研制的，在退火過程中主要是發(fā)生石墨化。 如果白口組織在退火過程中第一階段和第二階段石墨化充分進(jìn)行，則退火后得到鐵素體基體加團(tuán)絮狀石墨的組織，稱為鐵素體可鍛鑄鐵。 當(dāng)原始組織為珠光體加共晶滲碳體的白口鑄鐵緩慢加熱到 900-1000C 時(shí)，其原始組織便轉(zhuǎn)化為奧氏體加共晶滲碳體。第一階段石墨化 第一階段石墨化是發(fā)生在900-1000℃的高溫長時(shí)間保溫過程中，共晶滲碳體分解為奧氏體加團(tuán)絮狀石墨，此過程溫度越高，滲碳體分解速度越快，退火周期越短，但是，退火溫度過高，還引起石墨團(tuán)和奧氏體晶粒鈍化， 故第一階段石墨化溫度一般應(yīng)控制在 900-1000℃，最高不超過 1050℃。中間石墨化階段發(fā)生在第一階段石墨化以后，自高溫隨爐冷卻到750-720℃的過程中，從奧氏體中析出二次石墨，在此過程中冷卻速度不宜過快，以避免析出二次滲碳體，一般以40-50C/h 為宜。 第二階段石墨化發(fā)生在第一階段石墨化以后，以 3-5℃/h 的冷卻速度緩慢冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的過程中，奧氏體直接轉(zhuǎn)變成鐵素體加石墨，最終得到鐵素體可鍛鑄鐵。 冷卻過程： 經(jīng)過第二階段石墨化以后， 鑄件的組織已轉(zhuǎn)變成為鐵素體加團(tuán)絮狀石墨，在隨后的冷卻過程中將不發(fā)生相變，為了避免退火后產(chǎn)生脆性，通常應(yīng)在退火冷卻到 650℃左右后打開爐門進(jìn)行空冷。,