南航大工程材料学习题.

工业用钢三、复习思考题(一)解释名词合金元素与杂质元素、回火稳定性与二次硬化、固溶处理、回火脆性、红硬性。

合金元素：在Fe-C合金中加入一些其它的金属或非金属元素形成合金钢，加入的元素称为合金元素。

回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。

二次硬化：淬火钢在500~600ºC温度范围回火时，硬度升高的现象，原因是从淬火马氏体中析出与马氏体共格的高度弥散的碳化物；回火时从残余奥氏体中析出碳化物，降低残余奥氏体中碳和合金元素的含量。

固溶处理：在较高温度下加热金属，然后迅速冷却，获得单相组织的热处理工艺。

回火脆性：淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性剧烈下降的现象。

红硬性：材料在较高温度下保持高的硬度的特性。

(二)填空题1.按钢中合金元素含量，可将合金钢分为( 低合金钢<5% )，( 中合金钢5%-10% )和(高合金钢>10% )三类（分别写出合金元素含量范围）。

2.合金元素中,碳化物形成元素有(Cr,W,Ti,Nb,V,Mn )。

3.使奥氏体稳定化的元素有( Ni,Mn,C,N,Co,Cu )。

4.促进晶粒长大的合金元素有( Mn,P )。

5. 除( Co )和( Al )外，几乎所有的合金元素都使M s、M f点( 降低 ),因此淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的( A残 )增多,使钢的硬度( 降低 )。

6.热强钢主要包括( 珠光体耐热钢 )、( 马氏体耐热钢 )和( 奥氏体耐热钢 )。

7.合金钢按用途可以分为( 合金结构钢 )、( 工具钢)和(特殊性能钢 ) 三类钢。

8.强烈阻止奥氏体晶粒长大的元素有(Al,Ti,Nb,V )。

9.除( Co )外，其它的合金元素都使C曲线向( 右)移动，即使钢的临界冷却速度( 减小)，淬透性( 增大 )。

10.合金钢中最常用来提高淬透性的合金元素有(Mn,Cr,Ni,Si,B )五种，其中作用最大的是( B )。

11.一些含有(Cr,Si )、(Mn )、(Ni )元素的合金钢，容易产生回火脆性。

消除第二类回火脆性的方法是(a)(回火后快速冷却)；(b)(选用含Mo,W的钢)。

12.20CrMnTi是(渗碳钢 )钢，Cr、Mn的作用是( 提高淬透性 )；Ti的作用是(细化晶粒)。

热处理工艺是(渗碳+淬火+低温回火)。

13．W18Cr4V是(高速钢)钢，含碳量是(0.7%-1.5% )，W的主要作用是(保证红硬性 )，Cr的主要作用是(提高淬透性、耐磨性)，V的主要作用是(细化晶粒，提高耐磨性 )。

热处理工艺是(淬火+三次高温回火 )，最后的组织是(回火马氏体+碳化物+少量的残余奥氏体 )。

14.0Cr18Ni9Ti是(奥氏体不锈钢)钢,Cr,Ni和Ti的作用分别是(提高耐蚀性、获得单相奥氏体、防止晶间腐蚀)。

15.金属材料中能有效地阻止位错运动的方法有(细晶强化 )、(固溶强化 )、(位错强化 )和(第二相强化 )四种，因而(马氏体)相变和(回火)转变是钢中最有效、最经济的综合强化手段。

16.从合金化的角度出发，提高钢的耐蚀性的主要途径有：(a)(提高金属基体电极电位 )，(b)(形成单相组织 ),(c)(表面形成钝化膜 )。

17.钢的淬透性主要决定于(合金元素 )，钢的淬硬性主要决定于(含碳量 )。

18．拖拉机和坦克履带板受到严重的磨损及强烈的冲击，应选用(渗氮钢)钢，采用(调质处理+渗氮)处理。

(三)是非题1.所有的合金元素都能提高钢的淬透性。

( × )2.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。

( × )3.合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。

( × )4.T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。

( × )5.提高奥氏体不锈钢的强度，只能采用冷塑性变形予以强化。

(٧ )6.高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。

(٧ )7.T8与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。

(٧ )8.18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多的溶入奥氏体中，从而提高钢的红硬性。

(٧ )9.奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后稳定化处理。

( × )10.所有的合金元素均使M s、M f下降。

( × )11.20CrMnTi与1Crl8Ni9Ti中的Ti都是起细化晶粒的作用。

( × ) 12．4Crl3钢的耐蚀性不如1Crl3钢。

( ٧ )(四)选择题1．钢的淬透性主要取决于： (C )(a)含碳量；(b)冷却介质；（C）合金元素。

2．钢的淬硬性主要取决于： (a )(a)含碳量；(b)冷却介质;(c)合金元素。

3．要制造直径25mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用：( c )(a)45钢经正火处理；(b)60Si2Mn钢经淬火和中温回火; (c)40Cr钢经调质处理。

4．制造手用锯条应当选用：(a )(a)T12钢经淬火和低温回火;(b)Cr12Mo钢经淬火和低温回火：(c)65钢淬火后中温回火。

5．高速钢的红硬性取决于：(b )(a)马氏体的多少；(b)淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量；(c)钢中的碳含量。

6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用：(c ) (a)20钢渗碳淬火后低温回火；(b)40Cr淬火后高温回火；(c)20CrMnTi渗碳淬火后低温回火。

7．下列钢种中，以球化退火作为预备热处理的钢种是: (d )(a)40Cr；(b)20Cr；(c)16Mn；(d)GCrl5。

8．60Si2Mn钢的热处理工艺是：(b)(a)淬火和低温回火；(b)淬火和中温回火；(c)再结晶退火．9．热锻模应选用： (b ) (a)Crl2MoV淬火和低温回火；(b)5CrNiMo调质处理；(c)40Cr调质处理。

10．GCrl5钢中Cr的平均含量为： (b) (a)15％；(b)1.5％;(c)没有表示出来。

11．二次硬化属于： (d)(a)固溶强化；(b)细晶强化；(c)位错强化；(d)第二相强化。

12．欲制一耐酸容器，选用的材料和相应的热处理工艺应为： (c ) (a)W18Cr4V，固溶处理；(b)1Crl8Ni9，稳定化处理；(c)1Crl8Ni9Ti，固溶处理；(d)1Crl7，固溶处理。

13．0Crl8Ni9钢固溶处理的目的是： (c ) (a)增加塑性；(b)提高强度;(c)提高耐蚀性．14．下列钢中最易发生晶间腐蚀的是: ( b)(a)00Crl8Ni9Ti；(b) 1Crl8Ni9;(c)1Crl8Ni9Ti。

(五)综合分析题1.试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。

固溶强化：是通过溶质原子溶入溶剂晶格中，使晶格发生畸变，提高晶格的变形抗力；加工硬化：通过塑性变形生产大量位错来提高强度和硬度；弥散强化：是通过大量第二相质点均匀分布在基体上，对位错起钉扎作用，阻碍位错的移动，使基体的变形抗力提高，从而提高强度。

2.合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在?回火稳定性是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。

由于合金元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时马氏体不易分解，析出的碳化物也不易聚集长大，保持一种较细小、分散的组织状态，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱。

3.什么是钢的回火脆性?下列几种钢中，哪类钢的回火脆性严重，如何避免？（45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo）钢的回火脆性：是指淬火钢在某些温度范围内回火时，冲击韧性显著下降的现象。

35SiMn钢的回火脆性严重，可以采取回火后快速冷却的方法避免。

4.为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强韧化方法?因为得到马氏体综合了金属强化的基本原理，包括位错强化、细晶强化、固溶强化、第二相强化，但马氏体形成过程中会产生应力，同时马氏体含碳量较高时的脆性大，通过回火可以消除应力、降低脆性，保证马氏体具有较高的强度。

5.解释下列现象：a.在相同含碳量下，除了含镍、锰的合金钢外，大多数合金钢的热处理温度都比碳钢高；Ni是非碳化物形成元素，能增加碳的扩散速度，加速奥氏体的形成，Mn是促进奥氏体长大的元素，也有利于奥氏体化过程的进行，其它元素一方面降低碳的扩散速度，另一方面有些元素还阻碍奥氏体的长大，抑制奥氏体的形成，因此对含碳量相同的合金钢而言，热处理的温度要比碳钢高。

b.含碳量相同时，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；大多数合金元素能使铁、碳的扩散速度减慢，使马氏体的分解不易进行，而含碳化物形成元素的合金钢在回火过程中，会析出大量的碳化物，析出的碳化物又不易聚集长大，呈分散、细小状态存在，使回火后钢的硬度下降的程度减小，回火稳定性提高。

c.含碳量≥0.4％，含铬量12％的铬钢属于过共析钢；而含碳1.0％，含铬12％的钢属于莱氏体钢；由于Cr使相图上的S点（共析点）和E点向左移动。

d.高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织；因高速钢中含有较多的Cr、W、V等碳化物形成元素，提高了奥氏体的稳定性，使C 曲线向右移动，淬火的临界冷却速度降低，而热锻或热轧后的空冷的冷却速度也比高速钢的临界冷却速度大。

e.在相同含碳量下,合金钢的淬火变形和开裂现象不易产生;因合金钢的淬火临界冷却速度比碳钢的临界冷却速度小，淬火时可以采用冷却速度慢的介质进行淬火冷却。

f.调质钢在回火后需快冷至室温;主要是为了避免出现第二类回火脆性的产生。

g.高速钢需高温淬火和多次回火。

因为高速钢中含有较多的强碳化物形成元素W、V，只有在较高温度下这些稳定的碳化物较多的溶入奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，提高淬透性和二次硬化的效果，保证高速钢的红硬性。

多次回火的目的有：第1次回火的目的是对淬火得到的M进行回火，并使大量残余奥氏体析出弥散碳化物，提高Ms，使残余奥氏体在回火冷却过程中转变成马氏体；第2次回火和第3次回火是对回火时得到的马氏体进行回火，并使马氏体析出弥散的碳化物，使钢的硬度和强度明显提高。

6.从资源情况分析我国合金结构钢的合金化方案的特点。

我国的镍、钨等元素相对稀缺，而硅、锰、铝含量较多，在保证钢的性能要求的情况下，我国合金结构钢大多选择含锰、硅、铬等元素。

7.为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素?因为低合金高强度钢含碳低，钢中形成的碳化物较少，强化主要靠固溶强化，而锰为主要合金元素既能保证钢的强度要求，又能保证钢的塑性和韧性要求，同时也能节省贵重的镍和铬等元素。

8.试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。

渗碳钢要满足表面高硬度、高耐磨，因此要求钢中含有碳化物形成元素，同时由于渗碳温度高，还加入防止奥氏体晶粒粗化的元素（V，Ti），另外含有提高基体淬透性、强度和韧性的元素（Ni,Si等），为保证渗碳，渗碳钢含碳量为低碳，热处理为渗碳+淬火+低温回火；调质钢的含碳量为中碳（0.3%-0.5%），以保证强度、塑性和韧性，主要合金元素包括提高淬透性、回火抗力的元素（Ni,Si，Mn,Cr），另外还可能有细化晶粒、抑制回火脆性等，热处理为淬火+高温回火（调质）。