大学金属材料作业答案

钢的合金化概论1、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。

S易产生热脆；P易产生冷脆。

2、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为几种，请举例说明。

合金元素对纯铁γ相区的影响可分为四种：（1）开启γ相区(无限扩大γ相区)，如Mn、Ni、Co（2）扩展γ相区(有限扩大γ相区)，如C、N、Cu、Zn、Au（3）封闭γ相区(无限扩大α相区)，如Cr、V，W、Mo、Ti、Si、Al、P、Be（4）缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)，如B、Nb、Zr3、在铁碳相图中，含有0.77%C的钢称为共析钢，如果在此钢中添加Mn或Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？含有0.77%C的Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢为过共析钢。

因为几乎所有合金元素都使Fe-C 相图中S点左移，S点左移意味着共析碳含量降低。

4、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V；能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。

5、合金元素对钢的共析温度有哪些影响？合金元素对钢的共析体含碳量有何影响？扩大γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降；缩小γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。

几乎所有合金元素都使S点碳含量降低；尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。

6、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe；强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；中强碳化物形成元素：Mo、W、Cr；弱碳化物形成元素：Mn、Fe。

7、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？当强碳化物形成元素以未溶K存在时，起了机械阻止奥氏体晶粒长大的作用；当强碳化物形成元素溶解在A中时，降低了铁的自扩散系数，提高了原子间结合力，同时使界面的表面张力增大。

这些综合作用阻止了奥氏体晶粒长大。

8、什么是合金钢的回火脆性？回火脆性产生的原因及解决方法。

钢在200~350℃之间和450~650℃之间回火时，冲击韧性不但没有升高，反而显著下降的现象，称为合金钢的回火脆性。

第一类回火脆性产生的原因：钢在200~350℃低温回火时，Fe3C薄膜在原奥氏体晶界上或马氏体板条间形成，削弱了晶界强度；P、S、Bi等杂质元素偏聚于晶界，也降低了晶界的结合强度，与回火后的冷却速度无关。

解决方法：①尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；②可选用含有可改善脆性的合金元素Mo、Ti、V、Al等的合金钢或加入Si推迟脆化温度范围。

③生产高纯钢，降低P、S等杂质元素含量。

第二类回火脆性产生的原因：钢在450~650℃回火后缓冷的过程中杂质元素Sb、S、As等偏聚于晶界；或N、P、O等偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度而产生的。

解决方法：①尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；②但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，可选用含Mo、W的合金钢制造；③提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。

9、什么是淬透性？提高淬透性的Me有哪些？钢的淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。

提高钢的淬透性的合金元素主要有：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。

10、贝氏体钢中最常用的合金元素有哪些？贝氏体钢中最常用的合金元素有：Mo、B。

11、碳钢的分类及牌号表示方法。

碳钢的分类：（1）按碳含量可分为低碳钢；中碳钢；高碳钢。

（2）按质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。

（3）按用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。

（4）按冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。

碳钢的牌号表示方法：（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。

Q195、Q275不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。

（2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。

表示钢中平均碳的质量分数的万倍。

若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。

沸腾钢在数字后面标“F”（08F、10F、15F），半镇静钢标“b”，镇静钢一般不标符号。

高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。

专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.（3）碳素工具钢一般用标志性符号“T”加上碳的质量分数的千倍表示。

高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。

含锰碳素工具钢中锰的质量分数可扩大到0.6%，这时，在牌号的尾部标以Mn。

（4）一般工程用铸造碳素钢用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。

合金钢1、列举出常用调质钢的典型钢号，说明合金元素在调质钢中的主要作用?低淬透性合金调质钢：40Cr中淬透性合金调质钢：40CrMn、40CrNi高淬透性合金调质钢：40CrNiMo A合金元素的主要作用：提高淬透性。

2、为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？它们在滚动轴承钢中起什么作用？为什么钢中含铬量被限制在一定范围之内？为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，因此含碳量均为高碳。

滚动轴承钢中常用合金元素：Cr、Si、Mn、V、Mo和RE等。

合金元素的作用：Cr可提高钢的淬透性和降低过热敏感性以及提高钢的抗蚀性。

提高回火稳定性。

Si、Mn 主要提高淬透性，Si还可提高钢的回火稳定性；V能细化晶粒，可减轻Mn的过热敏感性；Mo能提高回火稳定性；RE可改善夹杂物形态、分布及细化晶粒。

当Cr>1.65%以后，则会使残余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加K的不均匀性，降低钢的韧性。

所以一般控制Cr含量在1.65%以下。

3、为什么ZGMn13型高Mn耐磨钢在淬火时能得到全部奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms点低于室温以下。

如快冷，K来不及从A中析出，就获得了单一奥氏体组织；慢冷由于K可从奥氏体中大量析出，使奥氏体的合金度降低，Ms点上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

4、请解释“红硬性”这一名词的含义？红硬性指钢在较高温度下保持一定时间后能保持其硬度的能力。

5、低合金工具钢主要添加哪些合金元素，它们的作用是什么？主要加入Mn、Si、W、Mo、V等元素。

Cr可细化K，使合金渗碳体均匀分布切易于球化，在淬火加热时阻碍奥氏体晶粒长大；Si可提高低温回火稳定性，Si强化F,减弱了切削加工性,增大脱碳敏感性，不单独加入；W一般在0.5~1.5%，W含量太多，使K分布不匀，恶化性能。

6、18-4-1钢的铸态组织、淬火态组织以及回火态组织？铸态组织：鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织（δ共析体等）和白亮组织（M + AR）；淬火态组织：马氏体（M）、约30%残余奥氏体（AR）+ 碳化物（K）；回火态组织：回火马氏体（M回）、少量残余奥氏体（AR）+ 碳化物（K）。

7、高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火？高速钢（W18Cr4V）的A1点温度在800℃左右，为什么常用的淬火温度却高达1260~1290℃？高速钢中合金元素的含量较高，淬火后残余A的合金度高，使Ms点大大降低。

残余A 稳定性大，在回火加热过程中不分解。

在500~600℃保温时也仅从中析出合金碳化物，使残余A合金度有所降低，使Ms点升高，冷到室温时部分残余A发生M转变。

一次回火后，残余A的量减少到10%左右，但还需要进一步降低残余A的量，并且要消除回火时新产生M引起的内应力，所以高速钢一般需要在560℃左右三次回火。

高速钢中的合金元素含量较高，合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解，所以，虽然高速钢的A1点温度在800℃左右，但其淬火加热温度必须在Ac1 + 400℃以上。

8、高速钢热处理缺陷主要有哪几种？过热、过烧、脱碳、萘状断口9、钢的电化学腐蚀的主要形式有哪些？均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀10、高Cr F不锈钢的脆性主要有哪几个方面？粗晶脆性、σ相脆性和475℃脆性11、说明18-8型A不锈钢产生晶界腐蚀的原因及防止办法。

A不锈钢焊接后，在焊缝及热影响区（550~800℃），在许多介质(50~65%的热硝酸、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等)中产生晶间腐蚀。

Cr-Ni A不锈钢在550~800℃工作，或在该温度下进行时效处理（或保温或缓慢冷却）时，也会得到由于焊接加热的同样效果。

§晶间腐蚀产生的原因（1）由钢中的碳引起的。

（2）σ相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。

（3）钢中氮含量＞0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加晶间腐蚀倾向。

（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理也会发生晶间腐蚀。

消除晶间腐蚀的方法•（1）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区。

•（2）降低奥氏体不锈钢中的碳含量。

C≤0.03%，没有晶间腐蚀发生。

•（3）加入强碳化物形成元素Ti和Nb，形成稳定的TiC或NbC。

（4）钢中有10-50%体积的δ铁素体，可改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。

12、为什么Cr12型冷作模具钢不是不锈钢，而9Cr18为不锈钢？Cr提高耐蚀性的作用符合n/8定律。

按照n/8定律，1/8值的最低Cr含量应为11.7%质量比。

因为有一部分Cr要和C形成K，并不存在于固溶体中，所以Cr含量应提高到13%质量比，且随着C含量的增加，钢中的Cr含量也要相应地增加。

Cr12型冷作模具钢中Cr含量低于13%，不满足n/8定律所需的最低Cr含量，因此不是不锈钢。

14、9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱C倾向，为什么?9SiCr和60Si2Mn中都含有Si，而Si是促进石墨化的元素，因此加热时易脱C。

15、为使“不锈钢”不锈，铁中大约需要多少重量百分数的铬? 铬是铁素体稳定剂还是奥氏体稳定剂?试加解释。