什么是合金钢

第五章 答 案

1．什么是合金钢？与碳钢相比有哪些优点？为什么合金钢的热处理变 形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？

答：在铁碳合金中特意加入锰、铬、硅、镍、钨、钒、铝、硼、铝、 铜和稀土等合金元素，所获得的钢种，称为合金钢。碳素钢的淬透性比较 差，强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损 以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。而合金 钢，由于合金元素与铁、碳以及合金元素之间的相互作用，改变了钢的内 部组织结构，从而能提高和改善钢的性能。

2．比较说明亚共析钢、共析钢、过共析钢完全奥氏体化的过程。

答：亚共析钢完全奥氏体化的过程：加热至 A1 线温度时，珠光体向奥 氏体转变，珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F， Fe3C）） ；b. 长大；c. 渗碳体完全溶解；d. 碳的均匀化。

同时组织中还存在 F，继续加热至 A3 线温度时，铁素体向奥氏体转变， 至 912℃以上铁素体全部转变为奥氏体。

共析钢完全奥氏体化的过程： 加热至 A1 温度时， 珠光体向奥氏体转变，

； 珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F，Fe3C）） b. 长大；c. 渗碳体完全溶解；d. 碳的均匀化 。

过共析钢完全奥氏体化的过程：加热至 A1 线温度时，珠光体向奥氏体 转变， 珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F， Fe3C）） ； b. 长大； c. 渗碳体完全溶解； d. 碳的均匀化。

同时组织中还存在 Fe3CⅡ，继续加热至 A CM 线温度时，二次渗碳体向奥 氏体转变，至 1148℃以上二次渗碳体全部转变为奥氏体。

3． “马氏体硬而脆”这句话对吗？为什么？

答：马氏体的硬度主要取决于其中的含碳量，含碳量越高，马氏体硬 度也就越高，随着马氏体含碳量的增加，c/a 增大，马氏体的硬度也随之 增高。马氏体的塑性和韧性也与其含碳量有关。高碳马氏体的含碳量高， 晶格的正方崎变大，淬火内应力也较大，往往存在许多显微裂纹。片状马 氏体中的微细孪晶破坏了滑移系，也使脆性增大，所以脆性和韧性都很差。 低碳板条状马氏体中的高密度位错是不均匀分布的，存在低密度区，为位 错提供了活动余地，由于位错运动能缓和局部应力集中，因而对韧性有利； 此外，淬火应力小，不存在显微裂纹，裂纹通过马氏体条也不易扩展，所 以板条马氏体具有很高的塑性和韧性。

4．45 钢及 T10 钢小试样经 850℃水冷、850℃空冷、760℃水冷，720℃ 水冷处理后各是怎样的组织？

解:

钢 号 850℃水冷 850℃空冷 760℃水冷 720℃水冷

45 钢 M+A’ S+T M+A’+F M+A’+F

T10 M+A’ S+T M+A’+Fe3CⅡ M+A’+Fe3CⅡ5．将两 T12 钢小试样分别加热到 780℃和 860℃，经保温后以大于 Vk 的速度冷却至室温，试问：

（1）哪个温度？淬火后晶粒粗大

（2）哪个温度淬火后未熔碳化物较多？

（3）哪个温度淬火后残余奥氏体量较多？

（4）哪个淬火温度合适？为什么？

答：（1）860℃比 780℃淬火后晶粒粗大。

（2）780℃比 860℃未熔碳化物较多。

（3）860℃比 780℃残余奥氏体量较多。

（4）780℃淬火温度合适。在这个温度下虽然未熔碳化物较 860℃ 多，但奥氏体晶粒比较还未长大所以这个淬火温度合适。

6．对一批 45 钢零件进行热处理，不慎将淬火件与调质件弄混，如何 用最简便的方法将它们区分开？为什么？

答：淬火的目的是：为了获得细小均匀的马氏体组织。硬度高。调质 的目的是：为了获得回火索氏体组织。综合机械性能好，硬度较淬火低。 所以可做硬度试验。

7．用 20 钢进行表面淬火和用 45 钢进行渗碳处理是否合适，为什么？

答：不合适。20 钢是低碳钢。表面淬火后，虽然在表面层可获得板条 状的马氏体体组织，但淬硬性差。

45 钢是中碳钢，含碳量高，如果再进行渗碳处理，使表面层的含碳量 更高，淬透性差。

8．分析以下几种说法是否正确？为什么？

（1） 过冷奥氏体的冷却速度大于 Vk 时，则冷却速度越快，冷却后钢 的硬度越高；×

（2） 钢中合金元素含量越高，淬火后的硬度也越高；×

（3）本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细。× （4）同一钢材在相同的加热条件下，总是水冷比油冷的淬透性好；小 件比大件的淬透性好。×

9．现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬

度和耐磨性，问各应怎样热处理？比较热处理后它们在组织与性能上的异 同点。

答：低碳钢齿轮，由于含碳量低，塑性和韧性较高，硬度和耐模性差， 所以使用表面渗碳热处理，在表面层可获得板条状的马氏体体组织，心部 仍然是较高塑性和韧性。

中碳钢齿轮，由于含碳量较高，整体的综合机械性能都比较好，因此 要提高硬度和耐磨性，进行表面淬火即可。