实验答案--常用金属组织金相观察

实验答案--常用金属组织金相观察

1．合金钢与碳钢比较组织上有什么不同，性能上有什么差别，使用上有什么优越性?

答：合金钢是在碳钢合金中特意加入一些合金元素所获得的钢。按合金元素质量分数不同可分为低合金钢(合金元素低于5％)、中合金钢(合金元素5％～1 O％)、高合金钢(合金元素大于10％)，还有其他的分类方法。对于低合金钢由于加入合金元素较少，铁碳相图虽发生了一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有太大区别，低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同。但因加入了合金元素使C曲线右移(Co除外)，所以在相同的冷却速度下，会出现不同的金相组织，合金钢更容易获得马氏体。合金钢与碳钢比较，在淬透性、力学性能、回火稳定性等方面得到改善，还可提高钢的抗氧化性、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损等方面的性能。由于合金钢的强度提高了，在使用时可降低材料的使用量，减轻重量，降低成本。不同的合金钢可以应用于高温、腐蚀、磨损等场合使用。

2．为什么工业上的大构件(如大型发电机转子)和小型工件(如小板牙)都必须采用合金钢制造?

答：大型发电机组中的汽轮机转子工作环境恶劣，要承受扭转应力、弯曲应力、热应力，还要承受振动产生的附加应力和冲击载荷等，而且在高温工作，还要考虑材料的抗蠕变性能、抗腐蚀性能，等等。因此对转子材料要具有良好的综合机械性能、强度高，韧性好。在钢中加入一些合金元素可以提高材料的性能，满足产品要求。如加入Cr、Mo、V元素，可以提高钢的淬透性增加钢的强度，还可以提高钢的热强性，耐高温、抗腐蚀。所以都要选用合金钢制造才能符合使用要求。

小板牙是低速切削、形状复杂的刃具，要求高硬度、高耐磨性，还要求一定强韧性。在钢中加入Cr、W、Mn等元素，使钢的淬透性和耐磨性大大提高，耐热性和韧性也有所改善。而且加入了合金元素后，淬透性增加，油冷时就可得到马氏体，有利于减小变形，保证尺寸。所以选用合金钢制造才能符合使用要求。

3．轴承钢为什么要用铬钢?为什么对其中的非金属夹杂的限制要特别严格?

答: 铬能提高淬透性，形成合金渗碳体(Fe,Cr) 3C，呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度，因此轴承钢以铬作为基本合金元素。轴承钢中非金属夹杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能，尤其是对接触疲劳强度影响很大，因为夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点，其危害程度与夹杂物的类型、数量、大小、形状和分布有关。因此，轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。

4．高速钢(W18Cr4V)的热处理工艺是怎样的?有何特点?

答：W18Cr4V高速钢的优良的热硬性和高的耐磨性只有经淬火及回火后才能获得。由于高速钢中的碳化物类型多、结构复杂，淬火温度对碳化物的溶解有很多影响，较低时，有的碳化物不能溶解，影响硬度和红硬性。较高时M6C型碳化物转变成稳定的MC型碳化物，沿奥氏体晶界扩展成网状，造成对高速钢性能的破坏，而且还会影响晶粒度及残余奥氏体的含量，影响强度和韧性。

为了获得良好的力学性能和高的红硬性，需选择合理的淬火温度，W18Cr4V高速钢的淬火温度一般选择在1270~1280℃。淬火后的组织为马氏体+碳化物+较大量的残余奥氏体，残留奥氏体约有30％。所以还要进行回火处理，使残余奥氏体转变为回火马氏体。在550~570℃回火时，钢的硬度、强度、塑性均有提高，析出特殊碳化物，产生二次硬化，达到硬度和强度的最大值。回火温度一般为560℃，因残余奥氏体量很多，一次回火处理不能消除大量的残余奥氏体，回火不足，影响高速钢的硬度和耐磨性能，所以一般需经三次回火处理。高速钢经三次回火处理后的组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体(2％～3％)。这样可以得到理想的热硬性、高的耐磨性和强韧性。

5．要使球墨铸铁分别得到回火索氏体及下贝氏体组织，应进行何种热处理?

答：（1）获得回火索氏体：调质。要求综合机械性能较高的球墨铸铁零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。其工艺为：加热到850 ℃～900 ℃，使基体转变为奥氏体，在油中淬火得到马氏体，然后经550 ℃～600 ℃回火，空冷，获得回火索氏体+球状石墨。回火索氏体基体不仅强度高，而且塑性、韧性比正火得到的珠光体基体好。表面要求耐磨的零件可以再进行表面淬火及低温回火。

（2）获得下贝氏体：等温淬火。球墨铸铁经等温淬火后可获得高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。等温淬火工艺为：加热到奥氏体区（840 ℃～900 ℃左右），保温后在300 ℃左右的等温盐溶中冷却并保温，使基体在此温度下转变为下贝氏体+球状石墨。

6．铸造Al-Si合金的成分是如何考虑的。为何要进行变质处理，变质处理与未变质处理的A1-Si合金前后的组织与性能有何变化?

答：从Al-Si合金的相图可知，Si的质量分数为11.7％为共晶点的成分，在共晶点附近的合金成分，具有优良的铸造性能，流动性好，产生铸造裂纹的倾向性小，所以简单的铸造Al-Si 合金的Si的质量分数一般应为接近共晶点成分，典型的铸造Al-Si合金牌号为ZLl02，Si 的质量分数为11%~13%。

Al-Si合金铸造后得到的组织是粗大的针状硅晶体和α固溶体的共晶组织，粗大的硅晶体极脆，严重地降低了合金的塑性和韧性。为改善合金的性能需采用变质处理，即在浇注前在合金液体中加入变质剂(常用钠盐混合物)，以细化合金组织，提高合金的强度和塑性，由于钠能促进Si的生核，并能吸附在Si的表面阻碍它长大，使合金组织细化，同时使共晶点右移，原合金成分变为亚共晶成分，所以变质后的组织为初生α固溶体+细密的共晶体(α+Si)组成。共晶体中的Si细小，使合金的强度与塑性显著提高。

7．轴瓦材料的组织应如何设计(即它的组织应具有什么特点)?巴氏合金的组织是什么? 答：轴瓦材料的组织特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载金属元素分析仪。

巴氏合金的组织：α固溶体为软基体和以锡、铅、镉为基的有序固溶体β相为硬质点。