金属材料作业

1某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC >50）,而心部具有良好的韧

性（AK > 40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因

工厂库存的45 钢已用完，只剩15。①原45 钢各热处理工序的作用？

②改用15 钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求，为什么？

③改用15 钢后，为达到性能的要求，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺？

答：1）锻造—热处理—机加工—热处理—精加工。第一次热处理是调至处理，作用：提高机械性能，获得索氏体组织，提高工件的使用性能。第二次热处理是淬火处理，作用：提高表面硬度，提高轴的耐磨性，提高使用寿命。2）不能，15钢含碳量低于45钢。3）15钢应

该渗碳后，进行淬火和低温回火，得到高碳回火马氏体，硬度耐磨性提高。

2、指出40Cr 代表的材料的类别。叙述40Cr 的成分、热处理特点和零件制成后的最终组织。答：40代表含碳量为万分之40°Cr代表合金元素鉻，是合金调质钢。化学成分：碳0.37~0.45%、

硅0.17~0.37%、锰0.5~0.8%、鉻0.8~1.1%。热处理特点：正火硬度小于250HBS退火硬度小于207HBS采用调质处理。最终组织：回火屈氏体、马氏体。

3、什么是调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？

答：结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性，适用于这种热处理的钢种成为调质钢。调质钢含碳量在0.25~0.45% ，要求较高强度，则含碳量取上限，所以调质钢含碳量均为中碳，元素有Cr、Mn Mo V、Si、Ni、B。Cr :提高淬透性回火定性。

Mn提高钢的淬透性，有回火脆性倾向。Mo提高淬透性、回火稳定性。V细化晶粒。Ni :

提高钢基体的韧度。

4、分析比较9SiCr 合金工具钢与T9 碳素工具钢：⑴为什么9SiCr 钢的热处理加热温度比

T9钢高？⑵为什么碳素工具钢制造的刀具的刃部受热至200~250 C其硬度和耐磨性已迅速

下降，以至于失效；而9SiCr钢刀具的刃部在230~250 C条件下工作，硬度仍不低于HRC60 且耐磨性良好，可维持正常工作？⑶试分析9SiCr 热处理工艺？

答：1）9SiCr中的合金元素比T9多，Si和Cr含量高，加热奥氏体时，要想使合金元素溶入奥氏体中并且还能成分均匀，需要更高的温度。2）9SiCr的Si和Cr含量较高于T9,有

着更好的硬度和韧性，更耐磨。3）球化退火，机加工，回火，淬火，低温回火。

5、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并钢材

具有足够的淬透性）①某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部的强度和韧性要求不高，

材料选用45钢；②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨

（HRC50~55，材料选用45钢；③镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求很高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用

38CrMoAl；

答：1）毛坯—正火—粗轧—精轧—感应淬火+回火—磨齿—成品。

2）毛坯—锻造—退火—粗加工—调质处理。

3）淬火加热到940C，回火640C。氧化工艺：500~570C之间进行氧化处理，时间长，采用离子氧化会缩短氧化周期。

6、W18Cr4V钢的AC1为820 C,若以一般工具钢AC1+30~50C常规方法来确定其淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？W18Cr4V淬火后在560 C三次回火的目的是什么？

答：不能，因为W18Cr4V的铸态组织和化学成分很不均匀，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程来消除应力，降低硬度。使显微组织均匀，便于淬火，因此需要比常规方法的加热温度要高，三次

回火后的目的是为了提高冲击韧性、硬度，降低脆性，减少残余奥氏体量。

7、指出下列合金钢的类别、碳和合金元素的作用及热处理特点：

16Mn 、 40CrNiMo 、 65Mn 、GCr15、9SiCr 、W18Cr4V 、1Cr18Ni9Ti

0.16%，含锰量 0.70~1.00% ，碳于其他元素形成碳化物，增 0.4%，Cr 提高了淬透性 Ni 提高了韧性Mo 提高了热硬性。 0.65%，Mn 提高淬透性。

1.5%， Cr 提高淬透性。 0.9%，硅含量 1.2~1.6%，鉻含量 0.9~1.25%， Si 提高低温回

火稳定性、强韧性。 Cr 提高淬透性。 1.0%。W 提高钢的热硬性。Cr 提高淬透性。V 提高

热硬性、硬度、耐磨性，细化晶粒，降低钢的过热敏感性。 1Cr18Ni9Ti ：不锈钢，碳含量小于等于 0.12%，鉻含量 17.0~19.0% ， Ni 含量 8.0~11.0% ，

Ti 含量 0.50~0.80% 。 Cr 提高淬透性。 Ni 提高韧性。 8、 确定下列退火工艺，并指出退火的目的和退火后的组织：①经冷轧后的

15钢钢板，要 求降低硬度；②ZG35的铸造齿轮；③锻造过热的60钢锻坯；④具有片状渗碳体的 T12钢坯; 答：

（1）方法再结晶退火 目的：消除内应力 组织：少量珠光体，和大量等轴铁素体。

（2）采用完全退火 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度 组织：均匀细小的铁素体和 珠光体。 （3）采用完全退火 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度 组织：细小的少量

铁素体和大量珠光体。 （ 4）采用球化退火 目的使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体， 降低硬度 组织：粒状珠光体。

9、 一批45钢试样（①尺寸15X 10mm ,因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理，采 用以下几种退火工艺：①缓慢加热到 700C ，保温足够时间，随炉冷却至室温；

② 缓慢加热到840C ，保温足够时间，随炉冷却至室温；

③ 缓慢加热到1100C ，保温足够时间，随炉冷却至室温； 问：上述三种工艺各得到什么组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？

（ 1 ） 由于温度太低没有达到 Ac3+30-50 没有完全奥氏体化

（ 2） 温度适中保温得到细小均匀等轴晶粒，得到珠光体和铁素体，硬度低

（3） 温度过高得到粗大的珠光体和铁素体，力学性能差

10、 用 45 钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质 处理试问：（ 1）调质处理的作用。 （ 2）调质处理加热温度范围。

（ 1 ）增加机械性能，使其硬度增加，韧性提高

（ 2） Ac3+30-50 答：16Mn 优质合金钢，含碳量

强硬度，加入 Mn 提高淬透性。

40CrNiMo ：合金结构钢，含碳量 65Mn ：优质合金结构钢，碳含量 GCr15:鉻滚动轴承钢，鉻含量

9SiCr ：低合金工具钢，碳含量 W18Cr4V 高速工具钢，碳含量大于等于