工程材料第四章习题答案

由天下分享时间：2024/7/1 23:52:25 加入收藏我要投稿点赞

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和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和力大，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、碳化物类型转变和碳化物长大。合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），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和强度（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。）

⑶ 为何含C大于%含Cr大于12%勺Cr钢属于过共析钢，含碳％含Cr12%勺钢属于莱氏体

钢。

在合金元素的作用下，使得铁碳相图的 S点（即<< %和E点（即<< % 因此，C大于%含

Cr大于12%勺Cr钢属于过共析钢，含碳％含Cr12%勺钢属于莱氏体钢。（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？为何渗碳钢勺含碳量都较低？合金渗碳钢常用勺合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？

经过渗碳热处理后使用勺低碳合金结构钢。含碳量低是为了保证零件心部有足够勺塑性和韧性。

渗碳钢常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn B,主要目的是提高淬透性。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。

渗碳仅是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢，若退火仍然是平衡组织，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，含碳量和合金元素的作用，热处理特点：

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

牌号 20CrM nTi 名称：合金渗碳钢成分：（1）含碳量：％低碳；（2）合金元素及作用：Cr，Mn提高淬透性Ti :细化晶粒（渗碳温度高920 C）热处理特点：热处理组织及硬度： T HRC25 ak 正火心部，M回，F少 HRC60 > 700kJ/m2 T 渗碳+淬火+低温回火表面回火M+合金渗碳体+A'少用途举例：汽车变速齿轮、凸轮轴，活塞销等 40MnB 名称：合金调质钢成分：（1）含碳量：%中碳；（2）合金兀素及作用：Cr， Mrt提咼淬透性热处理特点：完全退火 T 整体调质（淬火（油）+高温回火） T （局部或表面）咼频加热表面淬火 +低温回火（若要求表面耐磨）热处理组织及硬度：调质：S回HRC25 表面淬火+低回：M回 HRC58 用途举例：齿轮、轴类，连杆，螺栓等。 60Si2M n 名称：合金弹簧钢，专用结构钢，制造弹簧和其他弹性零件。成分：（1）含碳量：%中咼碳（咼于调质钢）；（2）合金元素及作用：Si，Mn提高淬透性，也提高屈强比。热处理特点：热处理组织及硬度：完全退火 T 淬火+中温回火T喷丸强化 T 回HRC40 用途举例：汽车板簧、床垫弹簧热成型弹簧：如汽车板簧扁钢下料T加热压弯成型T淬火T中温回火T喷丸强化冷成型弹簧：螺旋弹簧冷拉钢丝（淬火中温回火钢丝）T冷卷成型T去应力退火T成品 9SiCr 名称：低合金工具钢成分：（1）含碳量：％高碳。（2）合金元素及作用： Cr、Mn Si，W V：提高淬透性和回火稳定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。热处理特点：热处理组织及硬度：球化退火 T 淬火（油）+低温回火 M 回+粒状碳化物+A' HRC60-65 用途举例：丝锥、板牙、量规。 GCr15 名称：滚动轴承钢成分：（1）含碳量：，咼碳，保证咼硬度和耐磨性。（2）合金元素及作用：Cr:,提高淬透性；形成合金渗碳体，提高耐磨性，提高疲劳强度。热处理特点：球化退火 T 淬火（油）+低温回火热处理组织及硬度： M回+粒状碳化物+A' HRC60 用途举例：滚珠、滚柱、滚针等；冷冲压模具，量具，丝杠等。 W18Cr4V 名称：高速钢成分：（1）含碳量：，高碳，保证与合金元素形成足够数量的碳化物，同时保证有一定数量溶入奥氏体，保证马氏体硬度。（2）合金兀素及作用：Cr、V:提咼淬透性， W Mo保证红硬性。 V:提咼耐磨性，细化晶粒。热处理特点：热处理组织及硬度：淬火组织：回火组织： M+ 粒状碳化物+A'（大量20—25%） HRC > 63 M 回+粒状碳化物+A'（少量1-2%） HRC63-66 多次锻造T等温退火 T淬火（两次预热，分级淬火，油冷）+低温回火（560 C三次，每次1小时）用途举例：丝锥、板牙、量规。 Cr12MoV 名称：冷作模具钢成分：（1）含碳量：〉%咼碳，保证咼硬度和咼耐磨性。（2）合金兀素及作用：Cr、V、W Mo形成难溶碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr，Cr12含Cr达到12%提高耐磨性冋时还显著提高钢的淬透性。热处理特点：一次硬化法：950-1000 C淬火T 150-180 C 回火 HRC61-64 二次硬化法：1100-11500 C淬火T 510-520 C三次回火 HRC60-62 （红硬性高400-450 C、耐磨，但韧性差）热处理组织及硬度： M回+粒状碳化物+A'（少量1-2%）用途举例：冷冲模、压印模、拉延模 5CrMnMo 名称：热作模具钢成分：（1）含碳量：%中碳，保证高强度、高韧性、较高硬度（HRC35-52）和较咼热疲劳抗力。（2）合金元素及作用：Cr、Mn等。Cr提高钢的淬透性。 Mo产生二次硬化，同时防止高温回火脆性。热处理特点：退火T淬火高温回火（热处理组织及硬度： S回HRC39-47 550C）（与调质钢相似）用途举例：小型热锻模、热镦模 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 1280T ?淬火后为何三次回火？高速钢

560r回火是否属于调质处理？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1280C :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560C回火是否属于调质处理：不是调质。由于存在二次硬化，高速钢的红硬性好，在

560E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。