材料结构与性能复习题答案(仅供参考)

1 钢分类的方法有哪几种钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素中强碳化物形成元素

钢的分类方法有5种：1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。

强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V

中强碳化合物形成元素：W,Mo

2 合金钢的主要优点是什么常用以提高钢淬透性的元素有哪些强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些提高回火稳定性的元素有哪些

合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够韧性和塑性。

提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni

强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V

提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W

3 解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。

1) 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。

2) 由于合金钢中含有较多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo、Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。因此，合金钢具有较高的回火稳定性。

3) 按照金相组织来看，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。

4）由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬

透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。

4 有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通碳素钢节约钢材15％，简要解释原因。

低合金高强度钢是在碳素工程钢基础上加入少量合金元素（Mn,Si,Ti,Nb,V,Al等）形成的，以此获得较好的塑性，韧性，焊接性能，性能的提高使得在相同的工程条件要求下大大降低了钢材的使用量。16Mn属于低合金高强度结构钢，这类钢适应大型工程结构，减轻结构重量，提高使用的可靠性及节约钢材，因此与碳素钢相比可以节省15%材料。

5 试比较45钢与40Cr钢的应用范围，以此说明合金元素Cr在调质钢中的作用。

45钢属优质碳素结构钢，大量的模具生产会用到，做模具钢使用。

40Cr钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如套筒；此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。

Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。

6 说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成分、最终热处理及组织、性能特点。

渗碳钢：一般都是低碳钢，碳的质量分数一般在%%范围，主要合金元素有Ni,Cr,Mn等。最终热处理是淬火加低温回火。通常渗碳表面是高碳回火马氏体和细小的碳化物，因而具有很高的硬度和耐磨性，非渗碳表面和基体部分（心部）依钢的淬透性大小分别为经受回火的低碳马氏体和低碳马氏体加贝氏体，也可以是屈氏体，这些组织使基体具有更好的强硬度与韧塑性。

调质钢：一般是中碳钢，碳的质量分数一般在%%范围，加入合金元素有Cr,Mn,Si,Ni,B等，还会加入少量抑制回火脆性的合金元素Mo,W。最终热处理是淬火加高温回火。采用500°C~600°C回火，获得回火索氏体，有高塑性，高韧性及一定强度；采用200°C~250°C回火，获得回火马氏体，或者采用450°C左右回火，获得回火屈氏体，具有很高强度和适当塑性和韧性。

弹簧钢：碳含量一般很高在%%范围，通常加入Si,Mn作为合金元素，还加入Cr,W,V,Nb等元

素以克服硅锰弹簧钢的不足。冷成型后的弹簧钢需要进行200°C~400°C低温回火以去除应力；热成形后的弹簧钢进行淬火加中温回火，得到回火屈氏体，具有一定的冲击韧性，较高的弹性极限，屈强比和最高的疲劳强度。

轴承钢：碳含量一般很高在%%范围，属于过共析钢，主加合金为Cr,还加入Si,Mn,V等进一步提高淬透性。最终热处理是淬火加回火。轴承钢在使用条件下显微组织是回火马氏体基体上分布的细小碳化物颗粒，并含有少量残余奥氏体，具有高的强度，硬度，耐磨性好且具有较高的疲劳寿命。

7 说明下列牌号钢的大致化学成分、合金元素的主要作用、用途及最终热处理工艺：20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn GCr15

20CrMnTi: 渗碳钢，通常为含碳量为%～%的低碳钢，还含有硅%～%，锰%～%，铬%～%以及微量S,P等元素。Cr,Mn,Ti等元素的复合作用使得淬透性较高，Ti还能降低热敏感性，晶粒长大倾向小。主要用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。最终热处理工艺是先正火，然后淬火加低温回火。

40CrNiMo:调质钢，含碳量%～%，铬%～%，镍%～%，钼%～%以及微量的S,P等元素。Cr,Ni,Mo 等元素的复合作用大大提高了钢的淬透性，提高回火稳定性，使晶粒细化。主要用于高强零件如航空发动机轴、轴类、齿轮、紧固件等。最终热处理工艺为淬火加高温回火。

60Si2Mn: 弹簧钢，含碳量%～%，含硅%～%，含锰%～%以及微量的S，P等元素。加入Si,Mn 的目的是提高淬透性，强化铁素体，大大提高弹性极限。主要用于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 ℃以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。最终热处理工艺是淬火加中温回火。

GCr15:轴承钢，含碳量%～%，铬%～%以及Mn,Si等元素。加入Cr,Mn等提高钢的淬透性，适量的Si还能明显的提高钢的强度和弹性极限。主要用于制作各种轴承套圈和滚动体。最终热处理工艺是淬火加低温回火。

8 工具钢分几类低合金工具钢与碳素工具钢相比有何优点何谓二次硬化何谓红硬性提高红硬性的主要元素是什么各举出1～2个碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的典型钢种，简要说明合金元素的作用。