铸造碳钢 习题参考答案

《铸钢及有色合金》第六章：铸造碳钢习题及参考答案

1 铸造碳钢的主要化学成分是什么？

答：C、Si、Mn

2 描述铸造碳钢的铸态组织包括什么组织？

答：细等轴晶、柱状晶、粗等轴晶

3 说明魏氏组织在铸钢中为什么有害？

答：属于亚稳态组织，在晶粒内部以一定方向呈条状析出，严重割裂基体组织，在一定条件下发生分解，降低钢的强度和韧性。

4 铸造碳钢的正火加回火热处理工艺的两次保温的温度是多少？

答：Ac3+(30~50) ℃；500~600 ℃

5 在化学成分中对铸造碳钢力学性能影响最大的元素是什么？为什么？

答：C；碳是钢的主要强化元素，含碳量直接影响钢的力学性能。

6 气体影响铸造碳钢力学性能的主要气体类型是什么？为什么？

答：H

2、N

2

、O

2

；炼钢过程中空气中水蒸汽电离成氢原子和氧原子，空气中的氮

离解成氮原子，它们都溶解于钢液。凝固时溶解度下降而析出，在钢中形成气泡，凝固后在钢中形成气孔。

7 铸件壁厚与铸件的力学性能有什么关系？

答：壁厚越大，凝固冷却越慢，晶粒越粗大；枝晶臂间距越大；缩松越严重，铸件致密性越低，组织连续性越差。

8 铸造碳钢的流动性、体积收缩率和线收缩率与含碳量有什么关系？

答：含碳量越大，碳钢铸件的流动性越好，体收缩越大，线收缩越大。

9 硫和氧对铸造碳钢铸件的热裂、冷裂影响是什么？而含碳量对热烈和冷裂的影响又是怎样的？

答：硫和氧含量越大，碳钢铸件的热裂和冷裂倾向都越大。碳含量对热裂的影响：%时最好，越高越低都使热裂倾向加大；碳含量对冷裂的影响：含碳量越高，冷裂倾向越大。

1 教材P210习题1－3.

作为一个低合金系列的主加合金元素需要具备什么条件？试比较锰、铬和镍作为三个低合金钢系列的主加合金元素的优缺点。

答：能使钢进一步强化、获得特殊性能。

锰：提高钢的淬透性；回火脆性；

铬：提高钢的淬透性，固溶强化；具有回火脆性；

镍：固溶强化，提高淬透性，细化珠光体，降低韧性-脆性转变温度，提高高温抗氧化性；成本高。

试分析低锰钢在淬火后的回火过程中产生回火脆性的道理。为什么锰的碳化物常在钢的晶粒周界处形成？通过哪些途径可以避免回火脆性的发生？

答：加热温度高时，易发生晶粒长大，产生回火脆性；

熔点低，后凝固。

回火后速冷。

试分析低合金高强度钢在化学成分和热处理方面与一般低合金钢有何区别？

答：低碳，多元合金复合强化；多阶段热处理。

2 低合金铸钢中，所谓低合金指得是合金含量在什么范围？

答：合金加入总量≤5%。

3 钢号：ZG40CrMnMoVB，说明各符号的含义，合金元素含量范围是多少？

答：ZG—铸钢；40－含碳%；Cr、Mn、Mo、V和B＜%。

4 锰系铸造低合金钢中，锰主要起什么作用？硅起什么作用？

答：锰：提高钢的淬透性；硅：强化，提高淬透性、表面强化、提高耐海水腐蚀能力。

5 铬系铸造低合金钢中，铬的作用是什么？单元铬钢的缺点是什么？如何克服单元铬钢的缺点？

答：铬：提高钢的淬透性；回火脆性；加入钼，减轻回火脆性。

6 镍系铸造低合金钢中，镍的主要作用有哪些？对于工作在低温环境(－90℃)的铸件，选择其镍的含量范围。

答：镍的作用：固溶强化，提高淬透性，细化珠光体，降低韧性-脆性转变温度，提高高温抗氧化性；Ni：%～%。

7 超高强度钢在成分设计中，主要控制那几个元素？钢液净化你知道有哪几种方法？

答：碳、镍、钼、钒等；VOD、AOD、LF。

8 微量合金化铸钢中，微量指得是多少？从教材中总结出两种微量合金化铸钢各自的特点。

答：金加入总量≤%；钒、铌系微合金化铸钢：良好综合力学性能，良好焊接性能；硼系微合金化铸钢：强烈提高钢的淬透性，细化晶粒，提高强度和韧性。

9 抗磨用铸造低合金钢的三大种类是那三种抗磨钢？各自的适用工作条件是什么？

答：珠光体-渗碳体抗磨钢、马氏体抗磨钢、奥氏体-贝氏体抗磨钢；剧烈摩擦条件、冲击磨损条件、抗磨条件。

10 低合金钢铸件是否需要热处理？为什么？有哪几种热处理工艺方法？

答：需要热处理；提高钢的淬透性、细化晶粒、改善铸态组织、消除铸造应力；淬火+回火、正火＋回火。

1 教材P225习题中的第1和第4题（实际上这是两个题）。

你对高锰钢的加工硬化现象的机理有何解释？如何进一步强化这种性能？

答：我认为是位错堆积机理，高锰钢受到冲击、强力挤压时，晶粒内产生最大应力的许多相互平行平面之间产生相对滑移，滑移界面两方形成高密度位错，位错阻碍进一步滑移，即位错强化；孕育变质、时效强化、合金化。

试根据不锈钢的组织状态图（图8-14）来分析下列钢种的组织状态：ZG1Cr18Ni9；ZG3Cr18Ni25Si2；ZG0Cr13Ni4MoR; ZG17-4MoPH; ZG1Cr18Mn13Mo2CuN。

答：Cr当量＝(Cr+Mo++×100％、Ni当量＝(Ni+30C+ ×100％

Cr当量=18%、Ni当量=12%：奥氏体

Cr当量=%、Ni当量=34%：奥氏体

Cr当量=13%、Ni当量=4%：马氏体＋铁素体

Cr当量=%、Ni当量=%：马氏体

Cr当量=21%、Ni当量=11%：奥氏体＋铁素体

2 铸造高合金钢中，所谓铸造高合金钢指得是合金含量在什么范围？其铸造性能、焊接性能和切削加工性能为何低于碳钢和低合金钢？

答：合金元素总含量＞10％；因为含有大量的合金元素，液态粘度大、凝固后硬度高。

3 解释高锰钢加工硬化的位错堆积理论。

答：高锰钢受到冲击、强力挤压时，晶粒内产生最大应力的许多相互平行平面之间产生相对滑移，滑移界面两方形成高密度位错，位错阻碍进一步滑移，即位错强化。

4 说明不锈钢的耐蚀原理。

答：钢中Cr含量达到一定量时，钢的晶粒表面形成致密含Cr2O3的薄膜，即钝化膜，在氧化性介质中稳定性高，膜与基体接合牢固，阻止氧化向晶粒内部发展，使之免于受到腐蚀。

5 为使抗磨耐蚀钢具有高硬度，高耐蚀性，需要加入哪几种合金元素？这些元素的作用是什么？

答：以Cr为主，加入Ni、Mo等；形成马氏体＋奥氏体组织、析出硬化相弥散分布。

6 解释钢的氧化原理，以及耐热钢的抗氧化机理。

答：铁逐层被氧化成FeO，FeO逐层被氧化成Fe2O3，Fe2O3逐层被氧化成Fe3O4，三层式氧化膜外层疏松有裂缝，发生剥落，各氧化层不断加厚，铁层逐渐减薄，最终全部被氧化；耐热钢中加了大量合金化元素，这些元素形成氧化物膜，这些膜有高热稳定性和化学稳定性，比容大于铁，氧化膜致密，阻止空气中的氧原子进入钢内部，防止氧化向内层扩展。

7 说明提高高锰钢综合性能的途径有哪几条？

答：孕育＋变质处理、时效强化处理、合金化。

8 不锈钢中高铬会使钢不易形成钝化膜，造成晶间腐蚀，为此需要采取那两方面的措施？

答：严格控制钢的C当量，尽可能低一些；加入适量碳化物形成元素Ti或Nb。