金属学与热处理课后习题第十一章-参考答案

第十一章参考答案

11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法

答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。

以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。为了提高其强度，可通过改变热处理工艺或加工工艺来实现。一般情况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。

（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、第二相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。

11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法

答：（1）影响材料塑性的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。

（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。

11-4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出

1）哪些元素不形成碳化物？

2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何？

3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何？

4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何？

答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。

2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。

3）Zr、Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态融入固溶体中。4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换

部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。

11-5合金元素提高淬透性的原因是什么？提高钢的淬透性有何作用？常用以提高淬透性的元素有哪些？

答：（1）合金元素溶入奥氏体中增加了奥氏体的稳定性，使C曲线右移，奥氏体在较低的温度依然能够存在，因此，在较低的临界冷却速度小，奥氏体能够发生马氏体相变，提高了淬透性。

（2）作用：一方面可以使工件得到均匀良好的力学性能，满足技术要求；另一方面，在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。（3）常用的提高淬透性的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、B

11-6合金元素提高回火稳定性的原因？提高回火稳定性的作用？常用以提高回火稳定的元素有哪些？

答：（1）提高稳定性的原因：合金元素推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变、阻碍碳化物的聚集长大、提高铁素体的再结晶温度。

（2）提高稳定性的作用：提高钢的回火稳定性，可以使得合金钢在相同的温度下回火时，比相同碳含量的钢具有更高的硬度和强度，或者，在保证相同强度/硬度的条件下，可在更高的温度下回火，有利于提高塑性和韧性。

（3）提高回火稳定性的元素：Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si.

11-7试述碳和合金元素在低合金高强度结构钢中的作用，提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？

答：（1）碳的作用：

(a)固溶强化，提高珠光体数量。碳含量的增加可增大固溶强化和珠光体强化效果，对提高低合金高强度结构钢的强度有利。

(b)碳含量的增加将降低低合金结构钢的塑性和韧性，提高韧脆转变温度，降低焊接性能。

（2）合金元素的作用：

(a)固溶强化：如Mn、Si、Cr、Mo等溶于基体固溶体中而引起固溶强化。

(b)沉淀强化：如Ti、Nb和V等强碳化物形成元素形成的MC型碳化物所引起的强化。

(c)细晶强化：如Ti、Nb和V等强碳化物形成元素形成的MC型碳化物对奥氏体晶界的钉轧作用，对Nb元素在奥氏体晶界的偏聚，均对细化低合金高强度结构钢的组织有利，产生细晶强化作用。

11-10某厂原用45MnSiV生产Φ8mm高强度钢筋，要求σb>1450MPa,σ0.2>1200MPa,δ>5%,其热处理工艺是920℃油淬,470℃回火。因该钢种缺货,库存有25MnSi钢,请考虑是否可代用,热处理规程该如何调整?

答：可以代用，因为25MnSi钢为低碳马氏体钢，经适当的热处理后能获得与调质钢相当的综合性能，即较高强度和韧性的组合。

工艺调整:25MnSi钢与45MnSiV相比不含V元素，但有Mn,过热敏感性较大，因而要降低淬火加热温度与45MnSiV相比，25MnSi钢淬透性较低，油淬应改成用盐水淬火为获得所要求的力学性能应采用低温回火。

11-11分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。

答：化学成分：高碳的目的是为了和碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度利耐磨性。W、Mo、V主要是提高钢的红硬性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。Cr主要是提高钢的淬透性。其工艺突出的特点是淬火加热温度非常高，回火温度高，次数多，淬火加热时采用预热。11-12比较热作模具钢和合金调质钢的合金化及热处理工艺的特点，并分析合金元素作用的异同。

答：(1)合金调质钢合金化特点:在性能上满足机械制造上不同零件的不同需要,各种元素既有特殊作用又相互作用达到改善组织性能的作用。热作模具钢合金化特点:合金元素增强钢淬透性,强化铁素体,防止回火脆性,提高热疲劳抗力。

(2)合金调质钢热处理特点:为改善切削加工性需进行预备热处理之后调质处理。热作模具钢热处理特点:锻造后退火,以降低内应力。淬火+回火,获得组织均匀的回火托式体索氏体。

(3)合金元素作用：Cr提高淬透性耐回火性,有回火脆性倾向；Mn提高淬透性,有回火脆性倾向；Ni非C化物形成元素,提高基本韧性；Mo提高淬透性,回火性细化晶粒；V强碳化物形成元素细化晶粒；W提高稳定性和耐磨性。