第3章 金 屬 材 料

1、第3章金屬材料3.2習(xí)題參考答案1.解釋名詞熱硬性、石墨化、孕育（變質(zhì)）處理、球化處理、石墨化退火、固溶處理、時效答:熱硬性:熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）。熱硬性與鋼的回火穩(wěn)定性和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)。石墨化:鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化。孕育（變質(zhì)）處理:在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，以細(xì)化晶粒和改善組織的處理工藝。球化處理:在鐵水中加入球化劑，以獲得球狀石墨的處理工藝稱為球化處理。石墨化退火

2、:使白口鑄鐵中的滲碳體分解成為團絮狀石墨的退火過程。固溶處理:把合金加熱到單相固溶體區(qū)，進行保溫使第二相充分溶解，然后快冷（通常用水冷卻），得到單一的過飽和固溶體組織的熱處理工藝。固溶處理可以使奧氏體不銹鋼獲得單相奧氏體組織，提高奧氏體不銹鋼的耐蝕性。固溶處理也在有色金屬合金中得到應(yīng)用。有色金屬合金（如鋁合金）先進行固溶處理獲得過飽和固溶體，然后再進行時效處理，析出細(xì)小、均勻、彌散分布的第二相，提高合金的強度和硬度。時效:固溶處理后得到

3、的過飽和固溶體在室溫下或低溫加熱時析出細(xì)小、均勻、彌散分布的第二相，合金硬度和強度明顯升高的現(xiàn)象稱為時效或時效硬化。2.填空題(1)20是（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)）鋼，可制造（沖壓件、焊接件、滲碳零件，如齒輪、銷).(2)T12是（優(yōu)質(zhì)碳素工具）鋼，可制造（銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具).(3)按鋼中合金元素含量，可將合金鋼分為（低合金鋼)、(中合金鋼）和（高合金鋼）幾類。(4)Q345(16Mn)是（低合金結(jié)構(gòu)）鋼，可制造（橋梁、船舶、車

4、輛、鍋爐等工程結(jié)構(gòu)).(5)20CrMnTi是（合金滲碳）鋼，Cr、Mn的主要作用是（提高淬透性、提高經(jīng)熱處理后心部的強度和韌性)Ti的主要作用是（阻止?jié)B碳時奧氏體晶粒長大、增加滲碳層硬度、提高耐磨性)，熱處理工藝是（滲碳后直接淬火、再低溫回火).(6)40Cr是（合金調(diào)質(zhì)）鋼，可制造（重要調(diào)質(zhì)件如軸類件、連桿螺栓、進汽閥和重要齒輪等).(7)60Si2Mn是（合金彈簧）鋼，可制造（汽車板簧).(8)GCr15是（滾珠軸承）鋼，1Cr1

5、7是（鐵素體型不銹）鋼，可制造（硝酸工廠設(shè)備以及食品工廠設(shè)備).(9)9SiCr是（低合金刃具）鋼，可制造（板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀、齒輪鉸刀、冷沖模、冷軋輥等).(10)CrWMn是（冷作模具）鋼，可制造（冷沖模、塑料模).(11)Cr12MoV是（冷模具）鋼，可制造（冷沖模、壓印模、冷鐓模等).(12)5CrMnMo是（熱模具）鋼，可制造（中型鍛模).(13)W18Cr4V是（高速）鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是（0.70%以上)W的主要作用是（保

6、證高的熱硬性)Cr的主要作用是（提高淬透性)V的主要作用是（形成顆粒細(xì)小、分布均勻的碳化物，提高鋼的硬度和耐磨性，同時能阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒)。熱處理工藝是(1220～1280℃淬火＋(550～570)℃三次回火)，最后組織是（回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體).(14)1Cr13是（馬氏體型不銹）鋼，可制造（抗弱腐蝕性介質(zhì)、能承受沖擊載荷的零件).(15)0Cr18Ni9Ti是（奧氏體型不銹）鋼，Cr、Ni和Ti的作用分別是

7、（提高鋼基體的電回火，得到的表面滲碳層組織由合金滲碳體與回火馬氏體及少量殘余奧氏體組成，心部多數(shù)情況為屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體。調(diào)質(zhì)鋼的合金化特點是加入提高淬透性的合金元素如Cr、Mn、Ni、Si、B等，并可提高鋼的強度，加入防止第二類回火脆性的元素如Mo、W；熱處理特點是淬火（油淬）后高溫回火，得到的組織是回火索氏體。(4)有兩種高強螺栓，一種直徑為10mm，另一種直徑為30mm，都要求有較高的綜合機械性能：σb≥80

8、0MPaak≥600kJm2。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝？答:在滿足機械性能要求的基礎(chǔ)上，工件的尺寸還決定所選材料的淬透性能。對于直徑為30mm的螺栓，選擇40Cr，熱處理工藝為850℃油淬，500℃回火；對于直徑為10mm的螺栓，選擇40MnVB或40MnB代替40Cr，可節(jié)約Cr且達到基本要求，熱處理工藝為850℃油淬，500℃回火。(5)為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素？為什么要進行中溫回火？答:硅元素的主

9、要作用在于提高合金的淬透性，同時提高屈強比。進行中溫回火的目的在于獲得回火屈氏體組織，具有很高的屈服強度，彈性極限高，并有一定的塑性和韌性。(6)軸承鋼為什么要用鉻鋼？為什么對非金屬夾雜限制特別嚴(yán)格？答:鉻能提高淬透性，形成合金滲碳體(FeCr)3C，呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性，特別是疲勞強度，因此軸承鋼以鉻作為基本合金元素。軸承鋼中非金屬夾雜物和碳化物的不均勻性對鋼的性能，尤其是對接觸疲勞強度影響很大，因為夾雜物往往是接觸疲勞

10、破壞的發(fā)源點，其危害程度與夾雜物的類型、數(shù)量、大小、形狀和分布有關(guān)。因此，軸承鋼對非金屬夾雜物限制特別嚴(yán)格。(7)簡述高速鋼的成分、熱處理和性能特點，并分析合金元素的作用。答:高速鋼的成分特點是:①高碳，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.70%以上，最高可達1.50%左右，它一方面能保證與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物；另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度；②加入Cr、W、Mo、V等合金元素。加入Cr提高淬透性，幾乎所有高速

11、鋼的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4%。鉻的碳化物（Cr23C6）在淬火加熱時差不多全部溶于奧氏體中，增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，大大提高鋼的淬透性。鉻還能提高鋼的抗氧化、脫碳的能力。加入W、Mo保證高的熱硬性，在退火狀態(tài)下，W、Mo以M6C型碳化物形式存在。這類碳化物在淬火加熱時較難溶解，加熱時，一部分碳化物溶于奧氏體，淬火后W、Mo存在于馬氏體中，在隨后的560℃回火時，形成W2C或Mo2C彌散分布，造成二次硬化。這種碳化物在500～600℃

12、溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，不易聚集長大，從而使鋼具有良好的熱硬性；未溶的碳化物能起阻止奧氏體晶粒長大及提高耐磨性的作用。V能形成VC(或V4C3)，非常穩(wěn)定，極難熔解，硬度極高（大大超過W2C的硬度）且顆粒細(xì)小，分布均勻，能大大提高鋼的硬度和耐磨性。同時能阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒。熱處理特點是1220～1280℃淬火＋(550～570)℃三次回火，得到的組織為回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量殘余奧氏體。性能特點是具有高硬度、高耐磨性、

13、高熱硬性、一定的塑性和韌性。其在高速切削中刃部溫度達600℃時，其硬度無明顯下降。(8)W18Cr4V鋼的Ac1約為820℃，若以一般工具鋼Ac1＋(30～50)℃的常規(guī)方法來確定其淬火加熱溫度，最終熱處理后能否達到高速切削刀具所要求的性能？為什么？其實際淬火溫度是多少？答:若按照Ac1＋(30～50)℃的常規(guī)方法來確定W18Cr4V鋼的淬火加熱溫度，淬火加熱溫度為850～870℃，不能達到高速切削刀具要求的性能。因為