第4章_作业_合金钢
第四章 工程材料 复习题
第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有强度、硬度、塑性。
衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
《机械工程材料(第4版)》课程大纲
“工程材料基础”课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Engineering Materials课程编号：MATL300102（10位）学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时））学分：3适用对象：本科生先修课程：大学物理、材料力学使用教材及参考书：[1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版社，2007.[2] 席生岐等。
《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出版社.2014[3] 朱张校等。
《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。
二、课程内容简介（200字左右）工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材料基础理论课程。
课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。
课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。
一、教学基本要求(1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。
(2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。
(3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。
(5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
教学课件第4章铁碳合金相图及碳素钢汇总
三 铁碳合金的分类
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
• 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
• 钢(0.0218～2.11%C)高温组织为单相
• 亚共析钢 (0.0218～0.77%C) 室温组织为F+P
• 共析钢 (0.77%C)
P
• 过共析钢 (0.77～2.11%C) Fe3CⅡ +P
白
晶
白
口
白
口
铁
口
铁
铁
24
四 组织组成物在铁碳合金相图上的标注
组织组成物与
相组成物标注 区别主要在+ Fe3C和+Fe3C 两个相区. + Fe3C相区中有 四个组织组成 物区，+Fe3C 相区中有七个 组织组成物区。
+ Fe3C + Fe3C
25
A
L+
H
B
温N
度
J
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
白口铸铁 (2.11～6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
亚共晶白口铸铁 (2.11～4.3%C) P+Fe3CII+Ld′ 共晶白口铸铁 (4.3%C) Ld′
过共晶白口铸铁 (4.3～6.69%C) Fe3CI+Ld′
23
亚共 过 共析 共 析钢 析 钢钢 工 业 纯 铁
亚
共
过
共
晶
共
晶
13
二 Fe-Fe3C相图分析
⒈ 特征点 2. 特征线 3.相区
15
1 特征点
金属学课程-第4章 习题答案
第4章 习题4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。
解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe （碳的质量分数是0.008%）和Fe 3C （碳的质量分数是6.69%），故（1） w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.2%100%97.13%6.690.008%197.13% 2.87%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为0.20.0218%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%P α-=⨯=-=-= （2）w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.6%100%91.14%6.690.008%191.14%8.86%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为0.60.0218%100%77.28%0.770.0218%177.28%22.72%P α-=⨯=-=-= （3）w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008%182.16%17.84%Fe C α-=⨯=-=-= w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77%192.74%7.3%P Fe C -=⨯=-=-=4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
机械工程材料-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
第4章 习题
第4章 习题4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。
解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0.008%)和Fe 3C(碳的质量分数是6.69%)，故(1) w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.2%100%97.13%6.690.008%197.13% 2.87%Fe C α-=⨯=-=-=w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为0.20.0218%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%P α-=⨯=-=-=(2) w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.6%100%91.14%6.690.008%191.14%8.86%Fe C α-=⨯=-=-=w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为0.60.0218%100%77.28%0.770.0218%177.28%22.72%P α-=⨯=-=-=(3) w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008%182.16%17.84%Fe C α-=⨯=-=-=w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77%192.74%7.3%P Fe C -=⨯=-=-=4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
第四章 非合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
3.加入造渣材料使杂质元素的氧化生成物进入炉渣而被 排除或生成气体而逸出。
4.氧化终了时，钢液中不可避免地溶解了过多的氧，以 及生成部分氧化铁。为此，必须加脱氧剂进行脱氧，并使 脱氧生成物进入炉渣而与钢液分离。
5.根据所炼钢种的要求加入合金元素，调整成分，调整 钢液温度，然后出钢。
析出，而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出，从而使
钢的韧性显著下降，导致工件易于脆性破坏，这种现象称为 时效。
7.氢 尽管氢在钢中含量不多，但即使是微量氢的存在也会造
成氢脆等缺陷，因而是有害元素。
§4-2 非合金钢的分类
一、按非合金钢的含碳量分类
1.低碳钢 含碳量≤0.25%。
2.中碳钢 含碳量为0.25%~0.6%。
§4-3 非合金钢的牌号与用途
一、非合金钢的牌号表示方法
二、常用非合金钢的性能和用途
1.碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
3.碳素工具钢
4.铸造碳钢
§4-4 低碳钢与高碳钢的冲击试验
氮在高温下能溶于fe或fe中急速冷却后并不立即析出而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出从而使钢的韧性显著下降导致工件易于脆性破坏这种现象称为时效
第四章 非合金钢
§4-1 杂质元素对非合金钢性能的影响
一、炼钢过程概述 1.采用不同的热源将原料(生铁、废钢等)熔化。 2.采用不同的方法(如加入氧化铁，使接触氧化性炉气，
3.高碳钢 含碳量≥0.60%。
二、按非合金钢的质量等级分类
1.普通碳素钢 2.特殊质量碳素钢 3.优质碳素钢
三、按非合金钢的用途分类
1.碳素结构钢 2.碳素工具钢
4-合金钢ppt课件
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电厂金属材料
（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含铬量小于1%。又如CrW5，表示 钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
（二）按用途分类
1．合金结构钢
合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器 制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。
2．合金工具钢
合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具 钢和冷模具钢）、量具钢。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
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电厂金属材料
五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%～1.10%。 主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。
• 失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精 度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。
• 滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳 化物，具有较高的硬度和耐磨性。
0.70 3.80 17.50 1.00
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2010级材料科学与工程专业金属材料学作业题
2010级材料科学与工程专业金属材料学复习思考题第1章钢铁中的合金元素1-1人们为什么要开发合金钢？1-2合金元素在钢铁材料中的赋存状态有哪几种？1-3什么是奥氏体形成元素？什么是铁素体形成元素？1-4铁与合金元素的相图有哪几种基本类型？每一类型各说出3个元素。
1-5钢铁材料中的合金元素，如硅、锰、铬、钼、钨、钴、镍、钛、铌、钒、铝、氮、铜、磷等，哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？1-6合金元素与晶体缺陷相互作用的形式有哪几种？1-7什么叫做平衡偏析？1-8叙述合金元素产生偏聚的机理？1-9叙述第二种溶质元素对第一种溶质元素晶界偏聚的影响。
1-10叙述钢铁中的碳化物、氮化物和硼化物的性质特点，并与其中的结合键相联系。
1-11钢铁中碳化物结构的复杂性是由什么因素决定的？据此可以将其分为哪两大类？各有什么特点？1-12根据合金元素与碳的相互作用，可将其分为哪几类？1-13钢铁中常见的碳化物类型主要有六种，例如M2C就是其中的一种，另外还有其它哪5种？哪一种碳化物最不稳定？哪一种最稳定？1-14钢中比较重要的金属间化合物有哪些类型？它们各有什么特点？1-15合金元素对Fe-Fe3C相图中S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-16分析合金元素对Fe-Fe3C相图的影响规律有什么实际意义?1-17合金元素是怎样影响奥氏体晶粒大小的？1-18有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么作用？1-19合金元素是怎样影响过冷奥氏体向珠光体转变的？1-20在过冷奥氏体中析出先共析铁素体时，碳原子的扩散是主要影响因素，为什么？1-21叙述不同类型的合金元素对过冷奥氏体稳定性的影响。
1-22合金元素是怎样影响钢中贝氏体转变的？1-23为了使中低碳钢在热轧或热锻后自然空冷的条件下获得贝氏体组织，应该添加哪些合金元素？为什么？1-24钢中加入的合金元素对马氏体转变的Ms点和Mf点有怎样的影响？哪些元素的作用显著一些？为什么？1-25分析合金元素对淬火钢室温组织中残留奥氏体数量的影响？1-26分析合金元素对马氏体亚结构的影响。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
第4章 合金钢tqh
3. 合金元素对回火转变的影响
• 提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si • 产生二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使钢在 500~600℃回火时硬度升高 • 回火脆性: 第一类： 250~400℃ 不可逆 防止方法：就是避开这一温度范围回火。 第二类： 500~600℃可逆 防止方法：在500～600 ℃快速冷却。 加入合金元素W、Mo。
一． 合金元素对钢中基本相的影响
1. 溶于基体中形成合金 F 或合金 A
合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的 强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。
2. 与碳作用形成合金碳化物如 (Fe, Mn)3C
弱碳化物元素: Fe、Mn。 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。 3.单独形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC， 具有高熔点、高硬度、高耐磨的性能，且稳 定性极高。
编号原则 Q表示屈服点的字母，用最低屈服 强度数值表示
钢种举例 Q345C 20CrMnTi
数字表示含碳量的万分数，化学元 素符号表示主加元素，后面的数字 表示所加元素的百分数
40Cr 60Si2Mn
G表示滚动轴承钢，数字表示含铬量 的千分数
GCr15 W18Cr4V
数字表示含碳量的千分数，化学元素 符号表示主加元素，后面的数字表示 所加元素的百分数
二．合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
影响A和F存在的范围 Mn、Ni、Co等扩大γ相区，扩大A存在的区域， 如1Cr18Ni9和ZGMn13，室温下单相A Cr、Mo、W、V、Ti、Si缩小γ相区均缩小A 存在区域，如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢
Mn对奥氏体区的影响
Cr对奥氏体区的影响
合金钢材 (2)
合金钢材1. 简介合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、镍、钼等）合金化制成的钢材。
相比普通钢材，合金钢具有更高的强度、硬度和耐磨性。
由于其出色的性能，合金钢广泛用于制造工程机械、汽车零部件、航空航天器材和船舶等领域。
2. 合金钢的种类合金钢可以根据其成分和性能分为多种不同的类型，下面介绍几种常见的合金钢。
2.1. 碳钢碳钢中主要合金元素是碳，通常含碳量在0.2%至2.11%之间。
碳可以提高钢的硬度和强度，但会降低其韧性。
碳钢广泛应用于建筑和桥梁等领域。
2.2. 铬钢铬钢中添加了铬元素，通常含铬量在12%至30%之间。
铬能提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能。
铬钢常用于制造不锈钢、汽车零部件和压力容器等。
2.3. 镍钢镍钢中加入了镍元素，通常含镍量在3%至25%之间。
镍能提高钢的韧性和耐腐蚀性。
镍钢广泛应用于船舶和航空航天器材等领域。
2.4. 钼钢钼钢中添加了钼元素，通常含钼量在0.25%至5%之间。
钼能提高钢的强度和韧性，同时还具有耐磨性和耐高温性能。
钼钢常用于制造高速切削工具和先进的合金材料。
3. 合金钢的制造合金钢的制造过程可以分为以下几个步骤：3.1. 配料首先，根据合金钢的配方要求，将铁矿石、废钢、回炉料等原料按照一定比例混合。
同时，根据不同的合金元素要求，加入适量的合金元素粉末。
3.2. 炼钢配料完成后，原料进入炼钢炉进行冶炼。
在冶炼过程中，高温下的还原剂将氧化铁还原为金属铁，并与合金元素结合，形成合金钢。
3.3. 出钢冶炼完成后，将熔融的合金钢浇铸成坯料。
根据需要，坯料可以进一步加工成不同形状的钢材，如板材、型材、圆钢等。
3.4. 热处理为了提高合金钢的性能，常常需要进行热处理。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理，可以改善合金钢的硬度、强度和韧性。
4. 合金钢的应用合金钢由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域。
•在工程机械制造中，合金钢可用于制造挖掘机斗齿、履带链轮以及高强度的传动轴等零部件。
习题答案(第4章～第6章)
《汽车机械基础》习题参考答案第4章金属材料的性能1．什么是金属的力学性能？根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标？答：在外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称力学性能。
材料的力学性能指标分为强度、塑性、硬度，冲击韧性和疲劳强度等。
2．什么是弹性变形？什么是塑性变形？答：随着载荷的存在而产生、随着载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
载荷卸掉后形变不能恢复的变形称为塑性变形。
3．什么是强度？什么是塑性？衡量这两种性能的指标有哪些？各用什么符号表示？答：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
根据载荷的不同，可分为抗拉强度b ，抗压强度bc、抗弯强度bb、抗剪强度b和抗扭强度t等几种。
断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性，用延伸率和断面收缩率来表示。
4．什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法测出的硬度？答：材料抵抗另一硬物压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。
HBS布氏硬度（当用淬火钢球压头时）、HBW布氏硬度（当用硬质合金球时）；HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度，只是压头以及总载荷不同：压头分别是金刚石圆锥、1/16”钢球、金刚石圆；总载荷分别为60kgf、100kgf、150kgf。
5．下列硬度的写法是否正确？HBS150、HRC140、HRC70、HRB10、HRA79、474HBWHBS150错，改为150HBSHRC140错，HRC硬度范围为20～67HRB10错，HRB硬度范围为25～100HRA79错，改为79HRA474HBW对6．下列各种工件一般应采用何种硬度试验方法来测定其硬度值？（1）锉刀；（2）黄铜轴套；（3）硬质合金刀片；（4）渗碳合金钢；（5）供应状态的各种碳钢钢材。
答：（1）锉刀：用HRC试验测定；（2）黄铜轴套：用HRB试验测定；（3）硬质合金刀片：用HRA试验测定；（4）渗碳合金钢；用HRA试验测定；（5）供应状态的各种碳钢钢材：用HB试验测定；7．什么是冲击韧性？用什么符号表示？答：材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性。
第四章 钢中奥氏体的形成
4、奥氏体成分均匀化 珠光体转变为奥氏体时，在残留渗碳体刚刚完 全溶入奥氏体的情况下，C在奥氏体中的分布是不 均匀的。原来为渗碳体的区域碳含量较高，而原来 是铁素体的区域，碳含量较低。这种碳浓度的不均 匀性随加热速度增大而越加严重。因此，只有继续 加热或保温，借助于C原子的扩散才能使整个奥氏 体中碳的分布趋于均匀。
1、奥氏体等温形成动力学曲线 （1）共析碳钢奥氏体等温形成图建立
试样：厚2mm左右，直径约为10mm的小圆片； 原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态； 温 度 ： 在 AC1 以 上 设 定 不 同 的 温 度 ， 如 730℃ 、 745℃ 、 765℃、……； 时 间 ： 在 每 个 温 度 下 保 持 一 系 列 时 间 ， 如 1S 、 5S 、 10S 、 20S、……；
dc1 dx1 , dc2 dx2 …… 铁素体和奥氏体界面处碳在铁素体和奥
C C
……奥氏体与铁素体相界面间的碳浓度差;
负号表示下坡扩散。
由于碳在铁素体中的浓度梯度很小，可近似看作是0。 上式可以改写为：
V
DC dc dx K C C
4.2奥氏体的形成
钢的临界转变温度
平衡 转变温度：
A1、 A3、Acm 实际加热时转变温度： Ac1、 Ac3、Accm
实际冷却时转变温度：
Ar1、Ar3、Arcm
以共析钢为例说明奥氏体(A)的形成过程。从珠光
体向奥氏体转变的转变方程，
P（α＋ Fe3C） >Ac1 As（ ） 碳含量C% 0.0218 6.69 0.77
冷却：在盐水中急冷到室温；
观察：在显微镜下测出试样中马氏体的数量（相当于高温下奥氏 体的数量）； 做图：做出每个温度下奥氏体形成量和保温时间的关系曲线，即 得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
第4章 钢的化学热处理
第4章钢的化学热处理化学热处理是将工件在特定的介质中加热、保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，以改变其表层化学成分和组织，获得与心部不同性能的热处理工艺。
工业技术的发展，对机械零件提出了各式各样的要求。
例如，发动机上的齿轮和轴，不仅要求齿面和轴颈的表面硬而耐磨，还必须能够传递很大的转矩和承受相当大的冲击负荷；在高温燃气下工作的涡轮叶片，不仅要求表面能抵抗高温氧化和热腐蚀，还必须有足够的高温强度等。
这类零件对表面和心部性能要求不同，采用同一种材料并经过同一种热处理是难以达到要求的。
而通过改变表面化学成分和随后的热处理，就可以在同一种材料的工件上使表面和心部获得不同的性能，以满足上述的要求。
化学热处理与一般热处理的区别在于：前者有表面化学成分的改变，而后者没有表面化学成分的变化。
化学热处理后渗层与金属基体之间无明显的分界面，由表面向内部其成分、组织与性能是连续过渡的。
4.1 化学热处理的分类与基本过程一、化学热处理的分类由表4-1可见，依据所渗入元素的不同，可将化学热处理分为渗碳、渗氮、渗硼、渗铝等。
如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬铝硅共渗等。
渗入钢中的元素，可以溶人铁中形成固溶体，也可以与铁形成化合物。
表4-1 按渗入元素分类的化学热处理根据渗入元素对钢表面性能的作用，又可分为提高渗层硬度及耐磨性的化学热处理（如渗碳、渗氮、渗硼、渗钒、渗铬），改善零件间抗咬合性及提高抗擦伤性的化学热处理（如渗硫、渗氮），使零件表面具有抗氧化、耐高温性能的化学热处理（如渗硅、渗铬、渗铝）等。
表4-2列出了常用化学热处理的特征。
二、化学热处理的基本过程化学热处理过程分为分解、吸收和扩散三个基本过程。
分解是指零件周围介质中的渗剂分子发生分解，形成渗入元素的活性原子。
例如热处理工艺及设备CH42H2＋[C]，2NH33H2＋2[N]，其中[C]和[N]分别为活性碳原子和活性氮原子。
所谓活性原子是指初生的、原子态（即未结合成分子）的原子，只有这种原子才能溶人金属中。
合金钢教案高中化学
合金钢教案高中化学一、教学目标1. 了解合金钢的基本概念和组成成分。
2. 掌握合金钢的制备方法。
3. 了解合金钢的性质和应用。
4. 能够分析合金钢在实际生产与生活中的应用价值。
二、教学重点1. 合金钢的定义和主要组成。
2. 合金钢的制备方法。
3. 合金钢的性质和应用。
三、教学难点1. 合金钢与普通钢的区别。
2. 合金钢的合金元素选择及合金成分调整。
四、教学过程1. 导入通过引入合金钢在日常生活中的应用场景，引起学生的兴趣和好奇心。
2. 学习（1）合金钢的定义及主要组成。
合金钢是将铁作为基本成分，加入其他元素（如铬、镍、锰等）形成的合金。
合金钢可以根据不同的合金成分进行分类，如不锈钢、耐磨合金钢等。
（2）合金钢的制备方法。
工业上，合金钢的制备方法主要有淬火法、合金溶质法等。
（3）合金钢的性质和应用。
合金钢具有优良的抗腐蚀性、耐热性、耐磨性等性质，因此在航空、汽车、建筑等领域被广泛应用。
3. 拓展通过展示合金钢制品的实物样本，让学生更直观地了解合金钢的外观和特点。
4. 实践让学生通过实验，探究不同合金元素对合金钢性能的影响，培养其实验设计和数据分析能力。
5. 归纳总结合金钢的优点和应用领域，激发学生探索更多材料科学领域的兴趣。
6.作业要求学生通过查阅资料，了解合金钢的发展历史及未来发展趋势，并撰写一份简短的研究报告。
五、教学反思合金钢作为一种重要的结构材料，其在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。
通过本次教学，学生不仅能够了解合金钢的基本概念和制备方法，还能够进一步理解其性质和应用领域，培养学生对材料科学的兴趣和创新能力。
希望通过这样的教学模式，能够激发学生对化学学科的兴趣，提高其学习的积极性和主动性。
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班级姓名学号
《工程材料基础》第四章合金钢作业
一、单项选择
1.切削加工刀具的性能主要应达到_____
(a) 高强度，高韧性(b) 硬度与强度的适当配合
(c) 高的弹性模量及刚度(d) 高硬度、高耐磨性及红硬性
2.20CrMnTi钢中Ti元素主要作用是_____
(a) 提高强度(b) 提高回火抗力(c) 细化晶粒(d) 提高硬度
3.40CrNiMo钢中Cr、Ni元素的主要作用是_____
(a) 提高强度(b) 强化铁素体，提高淬透性
(c) 提高红硬性(d) 细化晶粒
4.Cr18Ni9Ti钢中Ni元素的主要作用是_____
(a) 细化晶粒(b) 提高淬透性(c) 获得单相奥氏体组织(d) 提高强度
5.40Cr钢制汽车连杆螺栓淬火后高温回火时应____(提示:高温回火要避免第二类回火脆性)
(a) 炉冷(b)空冷(c) 油冷(d) 水冷
6.下列材料中，适合制作手术刀的是_____
(a) 1Cr13 (b) 4Cr13 (c) 1Cr17 (d) 1Cr18Ni9
7.下列材料中适合制作冷作模具的是_____
(a) Cr12MoV (b) 38CrMoA1A(c) HT350 (d) 5CrNiMo
8.下列材料中，适合作汽车板弹簧的是_____
(a) 20钢(b) 60Si2Mn (c) GCr15 (d) T12
9.下列材料中，适合坦克履带板的是_____
(a) ZChPbSb16-16-2(b) ZG35 (c) ZL203 (d) ZGMn13
10.W18Cr4V钢（高速钢）在切削加工前的预先热处理应进行_____
(a) 去应力退火(b) 再结晶退火(c) 完全退火(d) 球化退火
11.40Cr钢制内燃机连杆螺栓，淬火加热的合适温度为_____
(a) 650℃(b) 750℃(c)850℃(d) 950℃
12.60Si2Mn制造汽车板弹簧，淬火后回火时的加热温度约为_____
(a) 150℃(b) 300℃(c)450℃(d)550℃
13.制造钢桥的合适材料是_____
(a) Q235(16Mn) (b) 20钢(c) 60钢(d) T12钢
14.35CrMo钢中Mo的主要作用是_____
(a) 提高红硬性(b) 提高耐腐蚀性(c) 消除第二类回火脆性(d) 细化晶粒
15.钢中细化晶粒的主要合金元素是_____
(a) Cr、Al、Si (b) V、Ti、Nb (c) W、Mo、Re (d) P、Cu、Mn
16.钢的淬透性主要决定于_____
(a) 合金元素(b) 冷却速度(c) 工件尺寸(d) 冷却介质
17.40CrMo钢制连杆螺栓淬火并经高温回火后，可以_____（提示：Mo的作用）
(a) 炉冷(b) 空冷(c) 水冷(d) 油冷
18.下列材料适合作板簧的是_____
(a) Mn13 (b) Q235 (16Mn)(c) 20Mn2V (d) 65Mn
19.下列钢中耐腐蚀性最好的是_____
(a) 0Cr18Ni9Ti (b) GCr15 (c) 12CrMoV (d) Cr12MoV
20.高速钢的红硬性可保持到_____
(a) 250℃(b) 425℃(c) 600℃(d) 1500℃
21.ZGMn13是耐磨钢，其良好的耐磨性来自于_____
(a) 形成大量碳化物(b) 加工硬化能力强
(c) 大量锰元素固溶强化(d) 铸造后就有高硬度
22.汽车变速箱齿轮可选用的材料和热处理工艺是_____
(a) 40CrNiMo／调质(b) 40CrNiMo／渗碳淬火
(c) 20CrMnTi／调质(d) 20CrMnTi／渗碳、淬火低温回火
23.W18Cr4V钢淬火后的回火温度应为_____
(a) 200℃(b) 400℃(c) 560℃(d) 460℃
24.制造高压容器的合适材料是_____
(a) 40Cr (b) T12 (c)16Mn (d) 10钢
25.制造热锻模具的合适材料是_____
(a) 5CrNiMo(b) T12 (c) 20CrMnTi (d) Cr12MoV
26.制造冷作模具的合适材料是_____
(a) 1Cr17 (b) 60Si2Mn (c) Cr12MoV (d) GCr15
27.制造高速切削车刀的合适材料是_____
(a) W18Cr4V (b) T12 (c) 40钢(d) 20钢
28.制造汽轮机叶片的合适材料是_____
(a) 1Cr13(b) 1Cr17 (c) 5CrNiMo (d) GCr15
29.制造拉丝模、切边模常选用_____
(a) 15CrMo(b) 1Cr18Ni9Ti (c) Cr12MoV (d) 2Cr13
30.制造精密机床主轴的合金钢为_____
31.(a) 20CrMnTi(b) 38CrMoAlA (c) 50CrV A (d) 9SiCr
32.下面所给出的几种合金元素,哪种元素不能提高钢的淬透性_____
(a) Co (b) Cr (c) V (d) Mo
33.我国南京长江大桥是采用_____钢建造的
(a) 16Mn(Q235)(b)20 (c) 1Cr13 (d) T18
34.用40Cr钢制作汽车发动机曲轴，轴颈处的最终热处理工艺是_____。
(a) 渗碳+淬火+低温回火(b) 渗碳+淬火+高温回火
(c) 感应淬火+低温回火(d) 感应淬火+高温回火
35.下列奥氏体不锈钢中，最易发生晶间腐蚀的是______。
(a) 1Cr18Ni9Ti (b)1Cr18Ni9(c) 0Cr18Ni9(d) 00Cr18Ni9Ti
二判断正误题
1.( )钢的第二类回火脆性可以通过添加合金元素消除。
2.( )钢淬火后的硬度主要取决于钢中的合金元素。
3.( )Q235钢中的Mn元素的主要作用是提高淬透性。
4.( )高速钢淬火后应在200℃进行低温回火，以获得高硬度和高耐磨性。
5.( )用高速钢制造工具时，首先要对其进行反复锻造，原因是其硬度太高而不易成型。
6.( )ZGMn13有良好的抗冲击磨损性能，是由于其有很高的硬度。
7.( )1Cr18Ni9有较好的抗腐蚀性能，是由于其处在单相状态。
8.( )第一类回火脆性是可避免的，第二类回火脆性是不可避免的。
9.( )Mn在ZGMn13钢中的主要作用是固溶强化。
10.( )高碳低合金工具钢的预先热处理工艺为球化退火。
11.( )1Cr18Ni9Ti抗晶间腐蚀能力比1Cr18Ni9高。
三填空题
1.合金元素可以改善钢的热处理工艺性能表现在______________________，
___________________，____________________，___________________。
2.从耐蚀性能考虑含合金钢中的碳量越______越好。
3.从耐腐蚀的角度来说，不锈钢中的合金元素主要作用包括______________________，
___________________，____________________，___________________。
4.0Cr18Ni9Ti钢中合金元素的作用，Cr__________，Ni__________，Ti____________。
5.ZGMn13的应用领域包括____________________，___________________。
6.GCr15合金钢中Cr的质量分数是___%，其主要用途是____________。
7.回火抗力：
8.回火脆性：
9.二次硬化：
10.奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的原因是_______，防止奥氏体不锈钢的晶界腐蚀的措施有
________________，___________________，_________________________。
四简答题
1.列举合金元素在钢中的存在形式
2.高速钢为什么能胜任高速切削？以W18Cr4V为例阐述合金元素发挥的作用。