《金属材料与热处理》教材习题答案：第五章 合金钢

《金属材料与热处理》教材习题答案

第五章合金钢

1.什么是合金钢?

答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。

2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?

答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。

3.合金钢是如何分类的?

答：合金钢最常用下面两种分类方法。一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。

4.合金钢的牌号编制有何特点？

答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。另外，特殊性能钢的表示方法和合金工具钢基本相同。

5.合金结构钢按用途和热处理特点可分为哪几类?请总结一下它们的含碳量变化规律。

答：按用途不同，合金结构又可分为低合金结构钢和机械制造用钢两类；其中低合金结构钢按性能及使用特性又可分为低合金高强度钢、低合金耐候钢和低合金专用钢等。而机械制造用钢根据热处理特点和性能特点可分为：合金渗碳钢、合金弹簧钢、和合金调质钢。

低合金结构钢与合金渗碳钢的含碳量较低，一般在0.10％～0.25％之间，合金调质钢的含碳量一般为0.25％～0.50％，属于中碳合金钢。合金弹簧钢含碳量一般为0.45％～0.70％，滚动轴承钢的含碳量为0.95％～1.15％，属于高碳合金钢。

6.分析总结出合金结构钢的用途与最终热处理间的特点。

答：低合金结构钢广泛用来制造工程用钢结构件，大多数为型材是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处理。合金渗碳钢在经渗碳+淬火+低温回火的处理后，使其具有外硬内韧的性能，用来制造既要有优良的耐磨性和耐疲劳性、又能承受冲击载荷作用的零件；合金调质钢则用来制造一些受力复杂的、要求具有良好综合力学性能的重要零件其典型热处理工为调质（淬火+高温回火），处理后获得回火索氏体组织，使零件具有良好的综合力学性能。若要求零件表面有很高的耐磨性，可在调质后再进行表面淬火或化学热处理。弹簧是是利用弹性变形吸收能量以达到缓冲、减振及贮能的作用的重要零件，因此，弹簧钢应具有高

的强度、疲劳强度、足够的塑性和韧性。一般大型弹簧或形状复杂的弹簧热成形后进行淬火和中温回火，获得回火屈氏体组织，以达到弹簧工作时要求的性能。滚动轴承钢主要用来制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体（滚珠、滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐磨零件，其预备热处理为球化退火，最终热处通常理为：淬火+低温回火。

7.合金工具钢主要用途可分为哪几类？

答：合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。

8.什么是热硬性？碳素工具钢、低合金刃具钢和高速钢三者相比，谁的热硬性最好？谁的

热硬性最差？

答：金属材料在高温下保持高硬度的能力称为热硬性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。如高速切削时，刀具温度很高，刀具材料的回火稳定性高，就可以使刀具在较高的温度下仍保持高的硬度和耐磨性，从而大大提高了刀具的使用寿命。碳素工具钢、低合金刃具钢和高速钢三者相比，高速钢的热硬性最好，碳素工具钢的热硬性最差

9.通过对冷作模具钢与热作模具钢牌号的观察，试比较它们在成分和热处理上有何不同？

答：冷作模具钢的含碳量较高，均为高碳钢合金钢其最终热处理是淬火+低温回火，以保证模具足够的硬度和耐磨性。热作模具钢通常采用中碳合金钢（C＝0.3％～0.6％），热作模具钢的最终热处理是淬火+中温回火（或高温回火），以保证其具有足够的韧性。

10.什么特殊能钢？常用的特殊能钢哪几种？

答：具有特殊的物理性能、化学性能的钢称为特殊性能钢。特殊性能钢的种类很多，机械制造行业主要使用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。

11.不锈钢有哪几种分类方法？含碳量对不锈钢的抗蚀性有何影响？

答：常用的不锈钢按化学成分主要分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰不锈钢等。按金相组织特点又可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等。

随着不锈钢中含碳量的增加，其强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降，因此大多数不锈钢的含碳量都较低，有些钢的含碳量甚至低于0.03％

12.耐热钢中常加入哪些元素？为什么要加入这些元素？

答：为提高钢的抗氧化性能，在钢中加入铬、铝、硅等元素，形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等的氧化膜，可提高钢的抗氧化能力。而要提高钢的在高温下保持高强度（热强性）的性能，通常要加入钛、钨、钒、铌、铬、钼等元素。

13.高锰钢为什么耐磨且有良好的韧性？

答：高锰钢经水韧处理后，为单相的奥氏体组织，韧性很好，但其硬度并不高（≤220HBW）。然而，当这种钢受到强烈的冲击、挤压和摩擦时，其表面因塑性变形而产生强烈的变形强化，使表面硬度显著提高（50HRC以上），因而获得很高的耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和韧性。