工程材料第四章习题答案

工程材料作业(4)答案

1.解释下列现象:

(1) 在相同含碳量下,除了含Ni与Mn的合金钢外,大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解,奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成,Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲与力大,形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解,会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用,又必须使其更多的溶入奥氏体中,合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度,保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素,因增大碳的扩散速度,使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大,合金钢需要更高的加热温度,更长的保温时间,才能保证奥氏体均匀化。

(加热温度升高了,但一般不会引起晶粒粗大:大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显,因其形成的碳化物高温下稳定性高,很难完全溶入奥氏体,未溶的细小碳化物颗粒,分布在奥氏体晶界上,有效的阻止晶粒长大,起到细化晶粒的作用。所以,合金钢虽然热处理加热温度高,但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素:V、Ti、Nb、Zr;中等阻碍的:W、Mo、Cr;影响不大的:Si、Ni、Cu;促进晶粒长大的:Mn、P、B)

(2) 在相同含碳量下,含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。

回火过程一般分为:马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变与碳化物长大。

合金元素在回火过程中,推迟马氏体的分解与残余奥氏体的转变(即在较高温度才出现分解与转变),提高铁素体的再结晶温度,使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此,提高了钢对回火软化的抗力,即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时,比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度与强度(对工具钢,耐热钢更重要),或在保证相同强度的条件下,可在更高的温度下回火,而韧性更好(对结构钢更重要。)

(3) 为何含C大于0、4%,含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢,含碳1、5%,含Cr12%的钢属于莱氏体钢。

在合金元素的作用下,使得铁碳相图的S点(即﹤﹤0、77%)与E点(即﹤﹤2、11%)因此,C大于0、4%,含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢,含碳1、5%,含Cr12%的钢属于莱氏体钢。

(4) 高速钢在热轧或锻造后,经空冷获得马氏体组织。

高速钢由于合金元素含量高,使得C曲线右移很多,即过冷奥氏体区很大,淬火临界冷却速度大为降低,因此采取空冷即可获得马氏体组织。高速钢俗称“风钢”(锋钢)

2.何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火与低温回火？

经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。

含碳量低就是为了保证零件心部有足够的塑性与韧性。

渗碳钢常用的合金元素就是:Cr,Ni,Mn,B,主要目的就是提高淬透性。还加入少量Ti,V,V,Mo等强碳化物形成元素,形成稳定碳化物,提高耐磨性,并阻碍晶粒长大。

渗碳仅就是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢,若退火仍然就是平衡组织,没有强化效果。只有经过淬火+低温回火后,才能实现表面的强化,而保持心部的塑韧性。

3.何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？

经过调质处理(淬火+高温回火)后使用的中碳合金结构钢。

选择中碳就是为了保证零件心部(整体)的综合机械性能良好。

常用合金元素就是Cr、Mn、Ni、Si等,提高钢的淬透性,同时强化铁素体,提高基体强度。

4.指出下列合金钢的类别,用途,含碳量与合金元素的作用,热处理特点:

20CrMnTi 40MnB,60Si2Mn,9SiCr,GCr15,W18Cr4V,Cr12MoV,5CrMnMo

5、庞国星教材P110:4-1:见教材,不提供答案。

6、高速钢铸造后为什么反复锻造？高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火？该钢淬火加热温度为什么高达1280℃？淬火后为何三次回火？高速钢560℃回火就是否属于调质处理？为什么？

(1)高速钢铸造后为什么反复锻造:高速钢就是莱氏体钢,铸造组织成分不均匀,偏析严重,存在大量的粗大碳化物,将降低钢的韧性。碳化物不能采用热处理工艺消除,只能采用反复锻造将其打碎,使之均匀分布。

高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火:即球化退火,降低硬度,便于切削加工。

该钢淬火加热温度为什么高达1280℃:保证合金元素(W、Cr)溶入奥氏体,形成合金奥氏体,才能保证形成合金马氏体,并在回火时,析出合金碳化物,获得二次硬化的效果。

淬火后为何三次回火:因为残余奥氏体的量较大(30%),需要多次回火才能消除

(5%以下)。同时,为了消除较大的残余应力。

高速钢560℃回火就是否属于调质处理:不就是调质。由于存在二次硬化,高速钢的红硬性好,在560℃回火仍能保持高硬度。

7、试比较分析T9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢:

(1)为什么9SiCr钢热处理温度比T9高？

为了保证合金元素溶入奥氏体,形成合金奥氏体,最终形成合金马氏体,在回火时析出合金碳化物,以提高红硬性。

(2)直径为Φ30—40mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透,相同尺寸的T9在油中能否淬透？

相同尺寸的T9在油中不能淬透。因为,合金元素的加入,提高了钢的淬透性。(3)为什么T9制造的刀具刃部受热至200——250℃其硬度与耐磨性迅速下降,以至于失效,而9SiCr钢刀具刃部在230——250℃条件下工作,硬度仍不低于HRC60,且耐磨性能良好,尚可维持正常工作？

T9属于碳素工具钢,其红硬性较差,不适合于在200℃以上工作。而9SiCr属于低合金工具钢,合金元素提高了淬透性,并形成合金马氏体,在回火时析出合金碳化物,以提高红硬性。

(4)为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的(HRC60-63)、耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其热处理工艺进行分析。

淬透性好,在冷速较缓的油中即可淬透。因此可以制造较复杂的,要求变形小的工具如圆板牙等。

9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理:

锻造——正火+球化退火——机加工——淬火+低温回火——精加工

正火+球化退火:彻底消除网状渗碳体,达到切削加工要求的硬度

淬火:实现马氏体强化。组织:M+A’+未溶Cm,HRC60以上

低温回火:保持高硬度,改善塑韧性。组织:M回+未溶Cm+ A’(少量),HRC60

8、为下列工件选择合适的材料与热处理方法:

工件:发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车