工程材料与热处理 第6章作业题参考答案

1.从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和
碳钢的差异，并简单说明原因。

为提高钢的机械性能、工艺性能或物化性能，在冶炼时有意往钢中加入一些合金元素而形成新的合金，这种合金称为合金钢。

合金钢与碳钢比较，合金钢的力学性能好，热处理变形小，耐磨性好，热硬性好。

因为合金钢在化学成分上添加了合金元素，可形成合金铁素体、合金渗碳体和合金碳化物，产生固溶强化和弥散强化，提高材料性能；加入合金元素可提高钢的淬透性，降低临界冷却速度，可减少热处理变形；碳钢虽然价格低廉，容易加工，但是淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低。

2.解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi,40Cr,
16Mn,T10A,Cr12MoV,W6Mo5Cr4V2,38CrMoAlA,5CrMnMo,GCr15,55S i2Mn。

20CrMnTi的含碳量为0.17%-0.24%，Cr，Mn，Ti<1.5%，是渗碳钢，热处理方法是在渗碳之后进行淬火和低温回火。

40Cr的含碳量为0.37～0.45％，Cr <1.5%，是调质钢，热处理方法是淬火加高温回火。

16Mn中碳的含量在0.16%左右，锰的含量大约在1.20%-1.60%左右，属于低合金钢，热处理方法是：热轧退火（正火）。

T10A为含碳量在0.95～1.04的高级优质碳素工具钢，热处理方法
是淬火和低温回火。

Cr12MoV碳 C ：1.45～1.70，铬 Cr：11.00～12.50，Mo，V<1.5%，是冷作模具钢，热处理方法是淬火和低温回火。

W6Mo5Cr4V2碳 C ：0.80～0.90，钼 Mo：4.50～5.50，铬 Cr：
3.80～
4.40，钒 V ：1.75～2.20，是高速钢，热处理方法是淬火
+高温回火。

38CrMoAlA碳 C ：0.35～0.42，Cr，Mo，Al<1.5%，是高级优质合金渗氮钢，热处理方法是：调质处理+渗氮。

5CrMnMo碳 C ：0.50～0.60，Cr，Mn，Mo<1.5%，是热作模具钢，热处理方法是搓火加中高温回火。

GCr15：C：0.95-1.05，Cr:1.30-1.65，是滚动轴承钢，热处理方法是：淬火+低温回火。

55Si2Mn碳 C ：0.52～0.60，硅 Si：1.50～2.00，Mn<1.5%，是弹簧钢，热处理方法是淬火加中温回火。

3.比较9SiCr,Cr12MoV,5CrMnMo,W18Cr4V等四种合金工具钢的成分、
性能和用途差异。

9SiCr的成分：相当于在T9钢的基础上加入1.2%-1.6%的Si和
0.95%-1.25%的Cr。

性能：硬度和耐磨性良好，无热硬性。

用途：适用于截面较厚要求淬透的或截面较薄要求变形小的、形状较复杂的工模具。

Cr12MoV的成分：Wc=1.45%-1.70%、Wcr=11.00%-12.50%、Wmo=0.40%-0.60%、Wv=0.15%-0.30%。

性能：具有高的硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性。

用途：用于冷作模具。

5CrMnMo的成分：含碳量为0.50%-0.60%，钼的含量为0.16%-0.30% 性能：具有高的强度以及与韧性的良好的配合，具有足够的硬度和耐磨性，具有高的回火稳定性，抗热疲劳能力和高的淬透性和热导性。

用途：适用于中、小型热锻模具。

W18Cr4V的成分：含碳量为0.70%-0.80%
性能：具有好的热硬性
用途：适于制造一般高速切削用车刀、刨刀、钻头、铣刀等。

4.今有W18Cr4V钢制铣刀，试制定其加工工艺路线，说明热加工工
序的目的。

淬火温度为什么要高达1280℃？淬火后为什么要进行三次高温回火？能不能用一次长时间回火代替？
下料——锻造——退火——机加工——淬火——回火——喷砂——磨加工——成品
锻造：成型、击碎粗大碳化物，使碳化物分布均匀。

退火：降低硬度，消除应力，便于切削加工。

淬火：获得马氏体，提高钢的强度和硬度。

回火：高的硬度及高的热硬性。

因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶入奥氏体当中，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。

为使奥氏体足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，即1280℃左右。

目的是让大量难溶解的合金碳化物充分溶入奥氏体当中。

同时，W、V碳化物未溶部分可阻碍A晶粒的长大。

进行三次高温回火，不能用一次长时间回火代替。

主要目的：消除大量的残余奥氏体。

每回火一次，残余奥氏体含量降低一次。

原因：加热到回火温度（550－570）时，从奥氏体中析出合金碳化物，使奥使体中的合金元素含量减少从而使马氏体点上升，在回火冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体。

W18Cr4V钢淬火时残余奥氏体含量约为30％。

经三次回火后，残余奥氏体的量可以降到1-2％。

并且后一次回火还可以消除前一次回火由于残余奥氏体转变为马氏体所产生的二次淬火的内应力。

5.为什么有些合金钢能在室温下获得稳定的单相奥氏体组织（奥氏
体钢）或单相铁素体组织（铁素体钢）？
扩大γ区元素：Mn、Ni、Cu、Co、C和N元素等能使A4点升高，A3点降低。

当A3点降低到室温以下时，从而使合金在高温、室温都为稳定的奥氏体组织，得到单相奥氏体钢。

缩小γ区的元素：Cr、V、Mo、W、Ti元素等，能使A4点降低，
A3点升高。

当A3、A4点趋近重合时，γ区消失，从而使合金在高温、室温都为稳定的铁素体组织，得到单相铁素体。

6.什么是钢的耐回火性和“二次硬化”？它们在实际应用中有何意
义？
淬火钢在回火时，抵抗软化（强度、硬度下降）的能力称为耐回火性。

在一些含W、Mo、V较多的钢中，回火后的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某一回火后，硬度反而增加。

这种在一定温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化。

在实际应用中通过二次硬化提高钢的耐回火性，表现在高速钢中。

为了保证得到高的硬度及高的热硬性，高速钢一般都在二次硬化峰值温度(即550-570℃)下回火，以产生明显的二次硬化效应。

10.9SiCr钢和W18Cr4V钢在性能方面有何区别？生产中能否将它们
相互代用？
9SiCr钢：属于低合金刃具钢，碳含量较高，多在0.9-1.1％之间。

主要是保证钢具有高硬度与高耐磨性。

加入Cr、Si等元素提高淬透性和回火稳定性。

特别是回火稳定性的提高，可使钢经160 - 230 ℃回火后硬度仍在HRC60以上，从而保证具有一定的热硬性。

适用于截面较厚要求淬透的或截面较薄要求变形小的、形状较复杂的工模具。

W18Cr4V钢：属于高速钢，由于加入了大量的W等元素，使得刀具的切削速度大为提高。

具有很高的热硬性，在600℃仍能保持 HRC60以上的硬度。

生产中不能相互代用。

11.为什么小型热锻模选用5CrMnMo钢制造而大型热锻模宜选用
5CrNiMo钢制造？
在5CrMnMo钢中，锰能显著提高钢的淬透性，但锰固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时使韧性有所降低。

因此5CrMnMo钢只适用于中、小型热锻模具。

在5CrNiMo钢中，镍与Cr能显著提高钢的淬透性；镍固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时，还可以增加钢的韧性，使5CrNiMo 钢获得良好的综合力学性能。

因此，5CrNiMo钢适用于大型热锻模具。

12.试列表总结渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、量具刃具用钢、
热作模具钢和高速钢的工作条件、性能要求、成分特点、热处理特点、典型钢种及其用途。