4-1在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同? 工具钢使用性能：
（1） 硬度。工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。工具在高的切削速度和加工 硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
（2） 耐磨性。 工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。工具在承受相当大的压 力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变。 （3） 强度和韧性。
工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲 击、震动和弯曲
等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
（4） 其他性能。由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具 用钢还应具有一定的 高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。
工艺性能：
（1） 加工性?工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造 和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。
（2） 淬火温度范围?工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性。
（3） 淬硬性和淬透性?淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。淬硬性主要与钢 的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。淬透性表示钢在淬火后
从表面到内部的硬度分布状况。淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。根 据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求。
（4） 脱碳敏感性?工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏 感性低。在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
（5） 热处理变形性?工具在热处理时，要求其尺寸和外形稳定。
（6） 耐削性?对很制造刀具和量具用钢。要求具有良好的磨削性。钢的磨削性与其化学成 分有关，特别是钒含量，如果钒质量分数不小于 0.50%则磨削性变坏。 机器零件用钢使用性能：
（1） 较高的疲劳强度和耐久强度。
（2） 高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。 （3） 良好的耐磨性和接触疲劳强度。 （4） 较高的韧性，以降低缺口敏感性。 工艺性能：
通常机器零件的生产工艺：
型材T改锻T毛坯热处理T切削加工T最终热处理T磨削
以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能。
4-2工具钢常要做那些力学性能试验？测定哪些性能指标？为什么？ 强度、塑性：静弯或扭转试验T弯曲强
度、挠度和扭转强度、扭转角； 韧度：一般采用无缺口式样； 硬度：一般硬度 60HRC以上，钢中存在的大量碳化物可提高 淬透性：断口法T碳素工具钢和低合金工具钢； 处距水冷端距离表示。淬透性作用强弱顺序：
2~3HRC;
60HRC
端淬法T合金工具钢， 以端淬曲线上
Si、Mn Mo Cr、Ni
热稳定性：（钢在较高温度下保持一定强度的性质）对高速钢，通常是红硬性； 变形开裂倾向：主要原因是热应力组织应力。
4-3试用合金化原理分析说明 9SiCr、9Mn2V CrWMn钢的优缺点。
D油＜40mm
9SiCr①Si、Cr提高淬透性，油淬临界直径
③ K细小、均匀T不容易崩刃；
② Si、Cr提高回火稳定性，经 250C回火，硬度＞60HRC
④ 通过分级淬火或等温淬火处理，变形较小； ⑤ Si 使钢的脱碳倾向较大。
CrWM①Cr、W Mn复合，有较高淬透性， D油=50~70mm
② 淬火后AR在18~20%淬火后变形小；
③ 含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒细小T高硬度、高耐磨性； ④ 回稳性较好，当回火温度＞250C，硬度才 ⑤ W 使碳化物易形成网状。
＜60HRC
9Mn2V
1） Mnf 淬透性，D 油=~30mm;
2） MnJJ MS,淬火后AR较多，约20~22%使工件变形较小； 3） V能克服Mn的缺点，/过热敏感性，且能细化晶粒；
4） 含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差， 宜在200C以下回火； 5） 钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。 4-4 9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱 C倾向，为什么？
两者均含 Si 元素， Si 是促进石墨化的元素，因此加热时易脱碳。
4-5 分析比较 T9 和 9SiCr:
1 ）为什么 9SiCr 钢的热处理加热温度比 T9 钢高 ?
2） 直径为$ 30 ~ 40mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺寸的
T9钢能否淬透？为什 么?
9SiCr
3） T9钢制造的刀具刃部受热到 200-250 C,其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；
钢制造的刀具，其刃部受热至 作。为什么 ?
230-250 C,硬度仍不低于 60HRC耐磨性良好，还可正常工
4） 为什么 9SiCr 钢适宜制作要求变形小、 硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具 ?
1） 9SiCr 中合金元素比 T9 多，加热奥实体化时，要想使合金元素熔入奥氏体中并且还能成 分均匀，需要更
高的温度。
2） 不能。因为9SiCr中Si、Cr提高了钢的淬透性，比
油
T9的淬透性好，9SiCr的油淬临界 直径D
＜40mm所以相同尺寸的 T9钢不能淬透。
Si
3） Si、Cr提高回火稳定性，经 250C回火，硬度＞60HRC
4） Cr、 Si 的加入提高了淬透性并使钢中碳化物细小均匀，使用时刃口部位不易崩刀；
感性比较大。因此，如果采用合适的工艺措施，控制脱碳现象，适合 制造圆板牙等薄刃工具。
抑制低温回火时的组织转变非常有效，所以该钢的低温回火稳定性好，热处理是的变形也 很小。缺点是脱碳敏
4-6 简述高速钢铸态组织特征。
高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体
（Ld）、黑色组织（3共析体等）和白亮组织（M+A）
组成。组织不均匀，可能含粗大的共晶碳化物，必须通过锻轧将其破碎，莱氏体网是任何 热处理方法所不能消除的，只有通过热压力加工达到一定的变形量之后才能改善。
4-7 在高速钢中，合金元素 W、Cr、V 的主要作用是什么 ? W钨是钢获得红硬性的主要元素。主要形成
MC型K,回火时析出 W2C; W强烈降低热导率
T钢导热性差
Cr 加热时全溶于奥氏体，保证钢淬透性 ，大部分高速钢含 4％ Cr 。增加耐蚀性，改善抗 氧化能力、切削能
力。
V显著提高红硬性、提高硬度和耐磨性，细化晶粒，降低过热敏感性。以 VC存在.
4-8 高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征？
欠热：淬火温度较低，大量 K未溶，且晶粒特别细小。 过热：淬火温度过高，晶粒长大， 冷却时易在晶界上析出网状 K。
过烧：如果温度再高，合金元素分布不均匀，晶界熔化，从而出现铸态组织特征，主要为 鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。
K溶解过多，未溶 K发生角状化；奥氏体中合金度过高，
4-9高速钢（如 W18C4V在淬火后，一般常采用在 560摄氏度左右回火 3次的工艺，为什 么？
高速钢淬火后三次 560 C回火主要目的是： 促进残余奥氏体转变为马氏体， 变为回火马氏体；减少残余应力。
高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残留奥氏体量是 又有 15%左右的残留奥氏体转变为马氏体，还有
未回火马氏体转
20—25%，甚至更高。第一次回火后， 10%左右的残留奥氏体， 15%左右新转变未
经回火的马氏体，还会产生新的应力，对性能还有一定的影响。为此，要进行二次回火， 这时又有 5—6%的残留奥氏体转变为马氏体，同样原因为了使剩余的残留奥氏体发生转变， 和使淬火马氏体转变为回火马氏体并消除应力，需进行第三次回火。经过三次回火残留奥 氏体约剩 1 — 3%左右。
4-10 高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火 ? 为什么不能用较长时间的 一次回火来代替多
次回火 ?
这是因为残余奥氏体转变为马氏体是在回火冷却过程中进行的。因此，在每次回火后，都 要空冷至室温，再进行下一次回火。否则，容易产生回火不足的现象（回火不足是指钢中 残余奥氏体未完全消除） 。 不能 :因为高速钢合金元素多而导致残余奥氏体多，淬火后的组织是马氏体
+残余奥氏体，
第一次回火使得马氏体回火变成为回火马氏体，而残余奥氏体转变为马氏体，这部分马氏 体却在第一次回火中没有得到回火，因此，高速钢一次回火不能使所有的残余奥氏体转变 成为马氏体。由于多次回火可以较完全消除奥氏体以及残余奥氏体转变成为马氏体时产生 的应力，必须多次回火，一般 3次。
4-11 高速钢在退火态、淬火态和回火态各有什么类型的碳化物 ? 这些不同类型的碳化物对 钢的性能起什么作
用 ?
退火态：退火后的显微组织为索氏体基体上分布着均匀、细小的碳化物颗粒，碳化物类型 为 M6C型、M23C6型及 MC型。
淬火态：加热时，K溶解顺序为：M7C3\\M23C6型在1000 C左右溶解完 T M6C型在1200 C时 部分溶解
T
MC型比较稳定，在1200 C时开始少量溶解。
回火态：主要为 M6C（淬火残留）、MC（回火时析出和淬火残留）、MC （回火析出）等K.
4-12高速钢 W6Mo5Cr4V2勺A1温度在800摄氏度左右，为什么常用的淬火加热温度却高达 1200 摄氏度
以上？ 高速钢淬火的目的是获得高合金度的奥氏体，淬火后得到高合金马氏体，具有高的回火稳 定性，在高温回火时弥散出合金碳化物而产生二次硬化，使钢具有高硬度和红硬性。高速 钢的合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。所以，虽然高速钢的 氏度左右，但其淬火温度必须在
A1 在 800 摄
A1+400摄氏度以上。
4-13 高速钢在淬火加热时，常需要进行一次或二次预热，为什么？预热有什么作用？ 高速钢导热性差 , 淬火
加热温度又高 , 所以要预热。可根据情况采用一次预热和二次预热。 预热可① 减少淬火加热过程中的变形开裂倾向；②
③ 准确地控制炉温稳定性。
缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；
4-14 高速钢在分级淬火时，为什么不宜在 950-675 摄氏度温度范围内停留过长时间？ 高速钢在高温加热奥氏
体化后，奥氏体中合金度比较高，具有较高的稳定性。由于合金度 高，所以有碳化物析出的趋势。如果冷却时在 760摄氏度以上的范围停留，或缓慢地冷却 到760摄氏度，奥氏体中会析出二次碳化物，在 760摄氏度左右会析出特别强烈。在冷却 过程中析出碳化物，降低了奥氏体中的合金度，从而影响了高速钢的红硬性。所以，从工 艺上看，对某些需要做空气预冷或在 800 摄氏度左右作短时停留的工具，应特别注意控制 预冷时间，停留时间不宜过长。实验表明，在
625摄氏度进行10min的停留就会降低红硬
600 摄氏度左右分级淬火，其停
性。所以，高速钢为了防止开裂和减少变形，通常采用在
留时间也应严格控制，一般不超过 15min.（ 书上 P1 04最后一段 ）
4-15 Cr12MoV 钢的主要优缺点是什么 ?
属于高耐磨微变形冷作模具钢，其特点是具有高的耐磨性、硬度、淬透性、微变形、高热 稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冲模、冷镦模等的重要材料，其消耗量在冷作模 具钢中居首位。该钢虽然强度、硬度高，耐磨性好，但其韧度较差，对热加工工艺和热处 理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效。
4-16为减少Cr12MoV钢淬火变形开裂，只淬火到
此题实在不会，能百度到的相关资料如下
200C左右就出油，出油后不空冷，立即
低温回火，而且只回火一次。这样做有什么不好 ? 为什么 ?
Cr12MoV淬火、回火工艺选择
① Cr12MoV分级淬火（减少变形、防止开裂）：加热温度采用1020C,保温后放入260~280C 硝盐炉中分级 3~10min，转入温度为 Ms-（10~20） C硝盐炉中停留 5~10min后空冷。或者直 接淬入
160~180C的硝盐炉中停留
空冷到120C左右转入回火工序。
5~10min后空冷。
② Cr12MoV等温淬火（增加强韧度）：加热温度采用1020C,保温后放入 Ms-（10~20） C的硝 盐炉中均温3~10min，转入260~280C保温2~3h空冷后到120C左右转入回火工序。 ③ Cr12MoV钢降温淬火（减少淬火变形）：Cr12MoV钢制造的压胶木粉的成型模， 尺寸变形要求严格，要求有一定的韧性，但硬度要求一般为
形状复杂、
45~50HRC采用1020C加热淬
韧性也好，硬度在45HRC 左
火，就必须用高温回火，这样变形难以控制。现在某些工厂采用 880C加热后，油冷到150~200C 立即转入
300C等温3~4h, 200C回火。这样处理的模具变形极小，
右。缺陷是热处理组织中有少量的屈氏体存在。
④ Cr12MoV钢回火温度的选择：淬火加热采用 1020~1050C，要求高硬度可用 180~200C回 火；为防止线切割开裂可选用 400~420C回火。因淬火冷却发生变形，采用 480C回火可使 尺寸有少量的收缩；采用
510C回火可使尺寸有少量的胀大。
⑤ 模具的深冷处理：提高耐磨性，增加尺寸稳定性。
把淬火后的模具放入液氮中 1~2h 进行深冷处理，然后进行回火，也可以在回火后进行深冷 处理。Cr12MoV模具经深冷处理后硬度有
1~2HRC的提高。
4-17 简述冷作模具、热作模具的服役条件及对钢性能的要求。
冷作模具服役条件：工作 T 不高，模具主要承受高压力或冲击力，有强烈的摩擦。 主要技术要求为具有高硬
度和耐磨性，有一定韧性。
热作模具服役条件：模具是在反复受热和冷却条件下工作 . 模具受热时间越长，受热程度就 越严重 . 许多模具还受到较大冲击力。工作条件苛刻 。
热作模具钢应具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性
4-18高速钢和经过二次硬化的
么?
Cr12型钢都有很高的红硬性， 能否作为热作模具使用 ？为什
不能。高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比 较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。
4-19 对热锤锻模的回火硬度要求是：小型模具硬度略高，大型模具硬度略低；模面硬度较 高，模尾硬度较
低。为什么 ?
小型锻模由于锻件冷却比较快，硬度相对较高，所以小型锻模应具有较高的耐磨性，硬度 要求也应在 40-
44HRC. 如果型腔浅而简单， 硬度要求还应再提高。 大型锻模由于锻模尺寸很 大，淬火是的应力和变形比较
大，此外工作时应力分布也不均匀，需要有较高的韧度，并 且锻件的温度也相对较高，硬度较低，大型锻模的硬度以
35-38HRC为宜.
锻模模面和模尾硬度要求不同，模尾部分应力集中、承受冲击，硬度要求低。
4-20 热锤锻模、热挤压模和压铸模的主要性能要求有什么异同点
和低的回火脆性倾向 热挤压钢要求高的热稳定性。
压铸模钢要求耐蚀性。
?
同：较高的高温强度与耐磨性，良好的耐热疲劳和导热性， 异：热锻模钢还要有高的淬透性，良好的冲击韧度
4-21形状复杂的5Cr06NiMo(5Cr08M nM o)钢制造的热锤锻模，为减少变形、防止开裂，在淬 火工艺操作上
应该采取哪些措施 ? (1)
形，热锻模一般均经 温。
( 2)采用油冷。油冷的特点是高温区的冷却能力低，低温区的冷却速度合适，可以大大降 低淬火工件的组织应力，减小工件变形和开裂的倾向。适用于过冷A比较稳定的合金钢。
预热。为了减小热应力而造成的变
550 一 6O0C预热(箱式炉)保
4-22 5CrW2Si 钢中的合金元素有什么作用 ? 该钢常用作什么工具 ? W进一步提高耐磨性和细化晶粒， 430~470C回火，可得到更好的韧度。
W还能有效地削弱第二类回火脆性，所以含
W钢可在
Si、Cr:提高低温回火稳定性，并推迟低回脆性区，因此可提高回火温度到
较高的韧度，特别是 Si元素更为有效；这些元素都提高淬透性、强度和耐磨性。
280 C,而得到
4-23常用哪些热处理措施来保证量具的尺寸稳定性 ？
（1） 调质处理。获得回火索氏体，减少淬火变形和提高机械交工的光洁度。 （2） 淬火和低温回火。常采用不完全淬火
+低温回火，保证硬度的前提下，尽量降低淬
火温度并进行预热，以减少加热和冷却过程中的温差和淬火应力。
（3） 冷处理。高精度量具淬火后必须进行冷处理，以减少残余奥氏体量，从而增加尺寸 稳定性。 （4） 时效处理。淬火回火后，在 120-150摄氏度进行24-36 h的失效处理，消除残余内 应力，大大增加
金属材料学(戴起勋版)第4章整理答案
