工程材料第四章习题答案

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 2高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。

）(3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。

在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤0.77%）和E点（即﹤﹤2.11%）因此，C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。

(4) 高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。

高速钢由于合金元素含量高，使得C曲线右移很多，即过冷奥氏体区很大，淬火临界冷却速度大为降低，因此采取空冷即可获得马氏体组织。

高速钢俗称“风钢”（锋钢）2．何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。

含碳量低是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性。

渗碳钢常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn，B，主要目的是提高淬透性。

还加入少量Ti，V，V，Mo等强碳化物形成元素，形成稳定碳化物，提高耐磨性，并阻碍晶粒长大。

渗碳仅是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢，若退火仍然是平衡组织，没有强化效果。

只有经过淬火+低温回火后，才能实现表面的强化，而保持心部的塑韧性。

3．何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。

选择中碳是为了保证零件心部（整体）的综合机械性能良好。

常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高钢的淬透性，同时强化铁素体，提高基体强度。

34．指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点：，，Cr12MoVGCr15，W18Cr4V40MnB，60Si2Mn，9SiCr，20CrMnTi5CrMnMo名称：合金渗碳钢牌号20CrMnT成分）含碳量0.2，低碳）合金元素及作用C：细化晶粒（：提高淬透TM温度9℃正热处理特点低温回淬渗心热处理组织及硬度表回M回合金渗碳+'少 HRC25HRC6a700kJ/m2用途举例：汽车变速齿轮、凸轮轴，活塞销等40MnB名称：合金调质钢成分：（1）含碳量：0.4%，中碳；4，Cr2）合金元素及作用：（：提高淬透性Mn 热处理特点：（油整体调（淬完全退高温回火（局部或表面）高频加热表面淬低温回火（若要求表面耐磨）调质热处理组织及硬度HRC25HRC58低回用途举例：齿轮、轴类，连杆，螺等合金弹簧钢专用结构钢60Si2Mn名称造弹簧和其他弹性零件，中高）含碳量0.6成分（高于调质钢S）合金元素及作用：提高淬透性，也提高屈强比Mn →完全退火热处理特点：中温回火→喷丸强化淬火+ ：硬织理热处组及度5HRC40 T回用途举例：汽车板簧、床垫弹簧热成型弹簧：如汽车板簧扁钢下料→加热压弯成型→火→中温回火→喷丸强冷成型弹簧：螺旋弹冷拉钢丝（淬火中温回火钢丝→冷卷成型→去应力退火→成名称：低合金工具9SiCr，高碳）含碳量0.9成分C）合金元素及作用：提高淬透性和回MS防止提高硬度耐磨性稳定性粒粗大。

球化退热处理特点低温回淬火（油+ HRC60-65粒状碳化+用途举例：丝锥、板牙、量规。

GCr15名称：滚动轴承钢，高）含碳量：0.95-1.05%1成分：（碳，保证高硬度和耐磨性。

6：）合金元素及作用：Cr （2形成合金，提高淬透性；1.30-1.65% 提高耐磨性，提高疲劳强度。

渗碳体，球化退热处理特点低温回淬火（油粒热处理组织及硬度HRC60碳化+用途举例：滚珠、滚柱、滚针等；冲压模具，量具，丝杠等名称：高速W18Cr4V高碳0.7-1.5含碳量成分保证与合金元素形成足够数量的同时保证有一定数量溶入奥化物体，保证马氏体硬度合金元素及作用C保证红硬性M提高淬透性：提高耐磨性，细化晶粒多次锻造→等热处理特点分级淬火（两次预热退→淬火三次， 0+ 低温回火（56℃油冷）1小时）每次热处理组织及硬度： 7'+AM+粒状碳化物淬火组织：﹥63 HR C）（大量20—25%粒状碳化物回+ M回火组织：HRC63-66+（少1-2用途举例：丝锥、板牙、量规Cr12MoV名称：冷作模具，高碳1.0）含碳量：成分保证高硬度和高耐磨性C合金元素及作用形成难溶碳化物，提高耐M达CCr1性，尤其C提高耐磨性同时还显著提高12的淬透性热处理特点950-10 HRC61-64℃回150-1℃淬火1100-115二次硬化法（℃三次回 HRC60-6510-52但韧性差400-45硬性℃耐磨，粒状碳化+M回热处理组织及硬度：）'+A（少量1-2%物拉延模冷冲模、用途举例：压印模、 85CrMnMo 名称：热作模具钢，中碳，0.5%（成分：1）含碳量：高硬度、较证高强度、高韧性保）和较高热疲劳抗力HRC35-5C）合金元素及作用MC提高钢的淬透性M等生二次硬化，同时防止高温回火性热处理特点：退火→淬火高温回℃（与调质钢相似55 HRC39-4用途举例：小型热锻模、热镦模：见教材，不提供答案。

：4-15、庞国星教材P110、高速钢铸造后为什么反复锻造？高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体6℃？淬火后为何三次回火？高速钢1280化退火？该钢淬火加热温度为什么高达 560℃回火是否属于调质处理？为什么？铸造组织成分不均匀，高速钢是莱氏体钢，1）高速钢铸造后为什么反复锻造：（偏析严重，存在大量的粗大碳化物，将降低钢的韧性。

碳化物不能采用热处理工艺消除，只能采用反复锻造将其打碎，使之均匀分布。

高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火：即球化退火，降低硬度，便于切削加工。

）溶入奥氏体，形Cr、℃：保证合金元素（128该钢淬火加热温度为什么高达0W成合金奥氏体，才能保证形成合金马氏体，并在回火时，析出合金碳化物，获 9得二次硬化的效果。

淬火后为何三次回火：因为残余奥氏体的量较大（30%），需要多次回火才能消除（5%以下）。

同时，为了消除较大的残余应力。

高速钢560℃回火是否属于调质处理：不是调质。

由于存在二次硬化，高速钢的红硬性好，在560℃回火仍能保持高硬度。

7、试比较分析T9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢：（1）为什么9SiCr钢热处理温度比T9高？为了保证合金元素溶入奥氏体，形成合金奥氏体，最终形成合金马氏体，在回火时析出合金碳化物，以提高红硬性。

（2）直径为Φ30—40mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透，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。

因为，合金元素的加入，提高了钢的淬透性。

（3）为什么T9制造的刀具刃部受热至200——250℃其硬度和耐磨性迅速下降，以至于失效，而9SiCr钢刀具刃部在230——250℃条件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？T9属于碳素工具钢，其红硬性较差，不适合于在200℃以上工作。

而9SiCr属于低合金工具钢，合金元素提高了淬透性，并形成合金马氏体，在回火时析出合金碳化物，以提高红硬性。

（4）为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的（HRC60-63）、耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其热处理工艺进行分析。

淬透性好，在冷速较缓的油中即可淬透。

因此可以制造较复杂的，要求变形小的工具如圆板牙等。

9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理：锻造——正火+球化退火——机加工——淬火+低温回火——精加工正火+球化退火：彻底消除网状渗碳体，达到切削加工要求的硬度淬火：实现马氏体强化。

组织：M+A'+未溶Cm，HRC60以上10低温回火：保持高硬度，改善塑韧性。

组织：M回+未溶Cm+ A'（少量），HRC608、为下列工件选择合适的材料和热处理方法：工件：发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车刀、普通机床地脚螺栓材料：38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn发动机连杆螺栓：40Cr 完全退火，调质发动机排气门弹簧：50CrVA（要求耐热），完全退火，淬火+中温回火车辆缓冲弹簧：60Si2Mn，完全退火，淬火+中温回火镗床镗杆：38CrMoAlA（高级轴类零件），完全退火，渗氮（或碳氮共渗）+淬火+低温回火自行车车架：Q235，成型+焊接，不用热处理车床未座顶尖：45，完全退火，调质机用大钻头：T7（考虑冲击力），球化退火，淬火+低温回火螺丝刀：T10，球化退火，淬火+低温回火车床丝杠螺母：铜合金高速粗车铸铁的车刀：W18Cr4V，球化退火，淬火+低温回火普通机床地脚螺栓：Q295，不用热处理11。