第六章 合金钢及其热处理
习题解答
6-1 什么是合金元素?按其与碳的作用如何分类?
答：1、为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地
加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有锰、铬、镍、硅、钼、钨、钒、钛、锆、钴、铌、铜、铝、硼、稀土 (RE) 等。
2、合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
常见的非碳化物形成元素有：镍、钴、铜、硅、铝、氮、硼等。它们不与碳形成碳化物而固溶于铁的晶格中，或形成其它化合物，如氮可在钢中与铁或其它元素形成氮化物。
常见的碳化物形成元素有：铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等 (按照与碳亲和力由弱到强排列) 。通常钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物形成元素。钢中形成的合金碳化物主要有合金渗碳体和特殊碳化物两类。
6-2 合金元素在钢中的基本作用有哪些?
答：合金元素在钢中的基本作用有：强化铁素体、形成合金碳化物、阻碍奥氏体晶粒长大、提高钢的淬透性和提高淬火钢的回火稳定性。
6-3 低合金结构钢的性能有哪些特点?主要用途有哪些?
答：低合金结构钢的性能特点是：①具有高的屈服强度与良好的塑性和韧性；②良好的焊接性；③较好的耐蚀性。低合金结构钢—般在热轧空冷状态下使用，被广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
6-4 合金结构钢按其用途和热处理特点可分为哪几种?试说明它们的碳含量范围及主要用途。
答：合金结构钢是指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。
1、低合金结构钢的成分特点是低碳(wC < 0.20％)，—般在热轧空冷或正火状态下使用，用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
2、合金渗碳钢的平均wC一般在0.1％～0.25％之间，以保证渗碳件心部有足够高的塑性与韧性。合金渗碳钢的热处理，一般是渗碳后直接淬火和低温回火。合金渗碳钢主要用于制造表面承受强烈摩擦和磨损，同时承受动载荷特别是冲击载荷的机器零件，如汽车、飞机的齿轮，内燃机的凸轮等。
3、合金调质钢的平均wC一般在0.25％～0.50％之间。合金调质钢的最终热处理一般为淬火后高温回火 (即调质处理) ，组织为回火索氏体，具有高的综合力学性能。若零件表层要求有很高的耐磨性，可在调质后再进行表面淬火或化学热处理等。它主要用于制造承受多种载荷、受力复杂的零件，如机床主轴、连杆、汽车半轴、重要的螺
栓和齿轮等。
4、合金弹簧钢的平均wC一般在0.45％～0.70％之间，以保证高的弹性极限与疲劳强度。弹簧钢根据弹簧尺寸和成形方法的不同，其热处理方法也不同。
(1) 热成形弹簧。当弹簧丝直径或钢板厚度大于10～15mm时，一般采用热成形。其热处理是在成形后进行淬火和中温回火，获得回火托氏体组织，具有高的弹性极限与疲劳强度，硬度为40～45HRC。 (2) 冷成形弹簧。对于直径小于8～10mm的弹簧，一般采用冷拔钢丝冷卷而成。若弹簧钢丝是退火状态的，则冷卷成形后还需淬火和中温回火；若弹簧钢丝是铅浴索氏体化状态或油淬回火状态，则在冷卷成形后不需再进行淬火和回火处理，只需进行一次200～300℃的去应力退火，以消除内应力，并使弹簧定形。
重要弹簧经热处理后，一般还要进行喷丸处理，使表面强化，并在表面产生残余压应力，以提高弹簧的疲劳强度和寿命。
60Si2Mn钢是应用最广的合金弹簧钢，被广泛用于制造汽车、拖拉机上的板簧、螺旋弹簧以及安全阀用弹簧等。
弹簧钢也可进行淬火及低温回火处理，用以制造高强度的耐磨件，如弹簧夹头、机床主轴等。
5、滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体 (滚针、、滚柱、滚珠) 、内外套圈的专用钢。
滚动轴承钢是高碳铬钢，其平均wC为0.95％～1.15％，以保证轴承钢具有高的强度、硬度和形成足够的碳化物以提高耐磨性。
机械制造基础第六章合金钢及其热处理习题解答
