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0.37~0.45%、硅0.17~0.37%、锰0.5~0.8%、鉻0.8~1.1%。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0.25~0.45%，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0.16%，含锰量0.70~1.00%，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0.4%，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0.65%，Mn提高淬透性。

GCr15：鉻滚动轴承钢，鉻含量1.5%，Cr提高淬透性。

9SiCr：低合金工具钢，碳含量0.9%，硅含量1.2~1.6%，鉻含量0.9~1.25%，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1.0%。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0.12%，鉻含量17.0~19.0%，Ni含量8.0~11.0%，Ti含量0.50~0.80%。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