第六章金属材料及热处理

第六章答案

1．用 45 钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工一调

质一精加工—高频感应加热表面淬火一低温回火—磨加工。说明各热处理

工序的目的及使用状态下的组织。

答：锻造后的 45 钢硬度较高，不利于切削加工，正火后将其硬度控制

在 160-230HBS 围，提高切削加工性能。组织状态是索氏体。粗加工后，

调质处理整个提高了 45 钢强度、硬度、塑性和韧性，组织状态是回火索氏

体。高频感应加热表面淬火是要提高 45 钢表面硬度的同时，保持心部良好

的塑性和韧性。低温回火的组织状态是回火马氏体，回火马氏体既保持了

45 钢的高硬度、高强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。2．常用的合金元素有哪些？其中非碳化物形成元素有一一一：碳化物

形成元素有一一一；扩大 A 区元素有——；缩小 A 区元素在一一。答：常用的合金元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛、镍、硅、铝、钴、镍、氮等。其中非碳化物形成元素有：镍、硅、铝、钴等；

形成元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等；扩大 A 区元素有：镍、

锰、碳、氮等；小 A 区元素有：铬、铝、硅、钨等。

3．用 W18Cr4V 钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达

1280℃？淬火后为什么要经过三次 560℃回火？能否用一次长时间

回火代

替？

答：工艺路线:

锻造十球化退火→切削加工→淬火+多次 560℃回火→喷砂→磨

削加工→成品

热处理工艺：

球化退火:高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为球状珠光体。

淬火和回火:高速钢的优越性能需要经正确的淬火回火处理后才能获得。

淬火温度高（1220-1280℃）的原因是：合金元素只有溶入钢中才能有

效提高红硬性，高速钢量的 W、MO、Cr、V 的是难熔碳化物，它们只

在 1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，使奥氏体中固溶碳和合金元素含

量高，淬透性才会非常好；淬火后的马氏体才会强度高，且较稳定，所以

淬火加热温度一般为 1220-1280℃。

由于高速钢合金元素多，使其导热性差，传热速率低，淬火温度要高（1220-1280℃），所以淬火加热时，必须进行一次预热(800-850℃)或两冷

预热(500-600℃、800-850℃)，而冷却多用分级淬火，高温淬火或油淬。

正常淬火组织为马氏体+粒状碳化物+（20-30%）残余奥氏体。为了减少残

余奥氏体，稳定组织，消除应力，提高红硬性，高速钢要进行多次回火。

第一次回火后约剩 15%~18%残余奥氏体，第二次回火降到 3%-5%残余奥

氏体，经过第三次回火后残余奥氏体才基本转变完成。高速钢回火后组织

为:极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体(<1%-2%)。4．试比较 20CrMnTi 与 T12 钢的淬透性与淬硬性。

答：20CrMnTi 是一种中淬透性合金渗碳钢，其中有提高淬透性的元

Mn、Cr、Ni 等，因此淬透性较好。又因这种材料的含碳量较低，淬火后获

得的马氏体少，所以，淬硬性差一些。而 T12 钢是一种工具钢，含碳量高

淬硬性好，淬透性差一些。

5．如何提高钢的耐腐蚀性？不锈钢的成分有何特点？Crl2MoV 是否为

不锈钢？要想提高不锈钢的强度，应采取什么措施？

答：提高钢的耐腐蚀性的方法有：①金属镀层、②阴极保护、③磷化、④发蓝、⑤阳极化、⑥涂漆层等。⑦涂防蚀油膏。

金属材料在高温下的腐蚀是化学腐蚀，在常温下的腐蚀是电化学腐蚀。

因此在常温下要金属材料的耐腐蚀性，一方面要尽量使合金呈单一均匀组

织；另一方面更重要的是提高合金本身的电极电位。所以不锈钢的成分特

点是：组织中加入了较多的 Cr、Ni、钼、钛、铌等合金元素。

Crl2MoV 不是不锈钢。

提高不锈钢的强度常用除应力处理，即加热至 250-425℃进行回火，在 300-350℃保温 1-2 小时，然后空冷。

6．常用的耐热钢有哪些类型？它们在使用状态下的显微组织是什

答：耐热钢类型有：抗氧化钢和热强钢。

抗氧化钢在使用状态下的显微组织有：铁素体、奥氏体。

热强钢在使用状态下的显微组织有：珠光体、马氏体、奥氏体。7．判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显

微组织：

T8：答：碳素工具钢。常用的热处理方法有：预备热处理：①球化退火、

②正火、③除应力处理。最后热处理：①淬火、②回火。使用状态下的金

相组织是：

20Cr：合金渗碳钢（低淬透性钢）。常用的热处理方法有：为了改善切削

加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬

火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。热处理后表面渗碳层的组织是针状

回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心

部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳回火马氏体。

16Mn（新标准是Q345）：低合金结构钢。常用的热处理方法有：低合金结构

钢一般在热轧或正火状态下使用，一般不需要进行专门的热处理。其使用

状态下的显微组织一般为铁素体+索氏体。有特殊需要时，如果为了改善焊

接区性能，可进行一次正火处理。

Mnl3（新标准是 ZGMn13）：耐磨钢。常用的热处理方法有：水韧处理（加热到 1000~11000C，保温一定时间，在水中快速冷却。使用状态下的金相

组织是：单相的奥氏体

40Cr：调质钢（低淬透性钢）。常用的热处理方法有：调质钢零件的热处

理主要是毛坯料的预备热处理(退火或正火)以及粗加工件的调质处理。调

质后组织为回火索氏体。

20CrMnTi：合金渗碳钢（中淬透性渗碳钢）。常用的热处理方法有：为了

改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理

一般是淬火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。热处理后表面渗碳层的组