金属材料作业

1、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC＞50），而心部具有良好的韧性（AK＞40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15。

①原45钢各热处理工序的作用
②改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求，为什么
③改用15钢后，为达到性能的要求，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺
答：1）锻造—热处理—机加工—热处理—精加工。

第一次热处理是调至处理，作用：提高机械性能，获得索氏体组织，提高工件的使用性能。

第二次热处理是淬火处理，作用：提高表面硬度，提高轴的耐磨性，提高使用寿命。

2）不能，15钢含碳量低于45钢。

3）15钢应该渗碳后，进行淬火和低温回火，得到高碳回火马氏体，硬度耐磨性提高。

2、指出40Cr代表的材料的类别。

叙述40Cr的成分、热处理特点和零件制成后的最终组织。

答：40代表含碳量为万分之40。

Cr代表合金元素鉻，是合金调质钢。

化学成分：碳~%、硅~%、锰~%、鉻~%。

热处理特点：正火硬度小于250HBS，退火硬度小于207HBS，采用调质处理。

最终组织：回火屈氏体、马氏体。

3、什么是调质钢为什么调质钢的含碳量均为中碳合金调质钢常含哪些合金元素它们在调质钢中起什么作用
答：结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性，适用于这种热处理的钢种成为调质钢。

调质钢含碳量在~%，要求较高强度，则含碳量取上限，所以调质钢含碳量均为中碳，元素有Cr、Mn、Mo、V、Si、Ni、B。

Cr：提高淬透性回火定性。

Mn：提高钢的淬透性，有回火脆性倾向。

Mo：提高淬透性、回火稳定性。

V：细化晶粒。

Ni：提高钢基体的韧度。

4、分析比较9SiCr合金工具钢与T9碳素工具钢：⑴为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高⑵为什么碳素工具钢制造的刀具的刃部受热至200~250℃其硬度和耐磨性已迅速下降，以至于失效；而9SiCr钢刀具的刃部在230~250℃条件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性良好，可维持正常工作⑶试分析9SiCr热处理工艺
答：1）9SiCr中的合金元素比T9多，Si和Cr含量高，加热奥氏体时，要想使合金元素溶入奥氏体中并且还能成分均匀，需要更高的温度。

2）9SiCr的Si和Cr含量较高于T9，有着更好的硬度和韧性，更耐磨。

3）球化退火，机加工，回火，淬火，低温回火。

5、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并钢材具有足够的淬透性）①某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部的强度和韧性要求不高，材料选用45钢；②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（HRC50~55），材料选用45钢；③镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求很高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAl；
答：1）毛坯—正火—粗轧—精轧—感应淬火+回火—磨齿—成品。

2）毛坯—锻造—退火—粗加工—调质处理。

3）淬火加热到940℃，回火640℃。

氧化工艺：500~570℃之间进行氧化处理，时间长，采用离子氧化会缩短氧化周期。

6、W18Cr4V钢的AC1为820℃，若以一般工具钢AC1+30~50℃常规方法来确定其淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能为什么W18Cr4V淬火后在560℃三次回火的目的是什么
答：不能，因为W18Cr4V的铸态组织和化学成分很不均匀，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程来消除应力，降低硬度。

使显微组织均匀，便于淬火，因此需要比常规方法的加热温度要高，三次回火后的目的是为了提高冲击韧性、硬度，降低脆性，减少残余奥氏体量。

7、指出下列合金钢的类别、碳和合金元素的作用及热处理特点：
16Mn、40CrNiMo、65Mn、GCr15、9SiCr、W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti
答：16Mn：优质合金钢，含碳量%，含锰量~%，碳于其他元素形成碳化物，增强硬度，加入Mn提高淬透性。

40CrNiMo：合金结构钢，含碳量%，Cr提高了淬透性Ni提高了韧性Mo提高了热硬性。

65Mn：优质合金结构钢，碳含量%，Mn提高淬透性。

GCr15：鉻滚动轴承钢，鉻含量%，Cr提高淬透性。

9SiCr：低合金工具钢，碳含量%，硅含量~%，鉻含量~%，Si提高低温回火稳定性、强韧性。

Cr提高淬透性。

W18Cr4V：高速工具钢，碳含量大于等于%。

W提高钢的热硬性。

Cr提高淬透性。

V提高热硬
性、硬度、耐磨性，细化晶粒，降低钢的过热敏感性。

1Cr18Ni9Ti：不锈钢，碳含量小于等于%，鉻含量~%，Ni含量~%， Ti含量~%。

Cr提高淬透性。

Ni提高韧性。

8、确定下列退火工艺，并指出退火的目的和退火后的组织：①经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；②ZG35的铸造齿轮；③锻造过热的60钢锻坯；④具有片状渗碳体的T12钢坯；答：（1）方法再结晶退火目的：消除内应力组织：少量珠光体，和大量等轴铁素体。

（2）采用完全退火目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度组织：均匀细小的铁素体和珠光体。

（3）采用完全退火目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度组织：细小的少量铁素体和大量珠光体。

（4）采用球化退火目的使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，降低硬度组织：粒状珠光体。

9、一批45钢试样（Φ尺寸15×10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理，采用以下几种退火工艺：①缓慢加热到700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
②缓慢加热到840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
③缓慢加热到1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
问：上述三种工艺各得到什么组织若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适
（1）由于温度太低没有达到Ac3+30-50 没有完全奥氏体化
（2）温度适中保温得到细小均匀等轴晶粒，得到珠光体和铁素体，硬度低
（3）温度过高得到粗大的珠光体和铁素体，力学性能差
10、用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质处理试问：（1）调质处理的作用。

（2）调质处理加热温度范围。

（1）增加机械性能，使其硬度增加，韧性提高
（2）Ac3+30-50。