第七章 工业用钢 习题参考答案
一、解释下列名词
1、非合金钢(或碳素钢简称碳钢)：是指含碳量在0.0218%～2.11%之间并含有少量Si、Mn、P、S等杂质元素的铁碳合金。
低合金钢：加入的合金元素总含量小于5%的合金钢。
合金钢：在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种。
合金元素：为改善钢的力学性能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼过程中加入的一些化学元素。
2、合金结构钢：在碳素结构钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的结构钢。合金工具钢：在碳素工具钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的工具钢。 轴承钢：用来制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢。不锈钢：具有耐大气、酸、碱、盐等介质腐蚀作用的合金钢。 耐热钢：在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊性能钢。 3、热硬性(或称红硬性)：钢在高温下保持高硬度的能力。回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
二次硬化：含 W、Mo、V、Cr 等元素的高合金钢，在回火的冷却过程中，残余奥氏体转变为马氏体 ，淬火钢的硬度上升的现象。 二、填空题
1、Ni、Mn、C、N、Cu 等元素能 扩大 Fe-Fe3C 相图的γ区，使临界点A4_上升 ，A3_
下降_ 。
2、W18Cr4V钢是高速钢，W的主要作用是提高回火稳定性，Cr的主要作用是提高淬透性，V 的主要作用是细化晶粒，最终热处理工艺是高温回火；预热的目的是将合金元素全部，高 温淬火的目的是使大量的难溶碳化物溶于奥氏体中，三次回火的目的是减少钢中的残余奥 氏体。
3、含Cr、Mn 的合金结构钢淬火后在550～600℃回火后，将出现第 二 类回火脆性。
4、易切削钢中常用的附加元素有 P 、 S 、_Pb_、_Ca_，这类元素在钢中的主要
作用是形成夹杂物，降低材料塑性，改善钢的切削性能。
5、对40Cr 钢制零件进行调质处理时，在高温回火后应 水中 冷却，目的是防止第二类回
火脆性。
6、以铅浴等温处理的冷拉弹簧钢丝，经绕制成弹簧后应进行去应力退火处理，而不需
象热轧弹簧那样要进行 淬火 处理。
7、滚动轴承钢预先热处理球化退火的目的在于 降低钢的硬度，以利切削加工，并为零
件的最终热处理作 组织 准备。
8、按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属 低碳 钢，调质钢属 中碳 钢，轴承钢属
高碳 钢。
9、以T12 钢制造的工模具经预先热处理球化退火后应获得 P+ Fe3C 组织，其组织中的
渗碳体(Fe3C)呈球状或粒状。
10、高速钢W18CrV 中合金元素W 的作用是 提高钢的红硬性(热硬性)；Cr 的作用是 提高
淬透性；V 的作用是 细化晶粒。高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了 改善碳化物 。
高速钢淬火后需经550～570℃ 三 次回火，回火后其组织由 回火马氏体(M回)、 细粒状碳化
物及少量 残余奥氏体(Ar)构成，其性能具有 高硬度、 高耐磨性、 高红硬性 。
11、含W、Mo、V、Cr 等元素的高合金钢，在回火的冷却过程中，残余奥氏体转变为 马
氏体 ，淬火钢的硬度 上升 ，这种现象称为 二次硬化 。
12、简述下列合金元素的主要作用：
⑴ Cr 在40Cr 钢中主要起 提高淬透性作用；在1Cr13 钢中主要起 提高耐蚀性作用；
⑵ Ti 在20CrMnTi 钢中主要起 细化晶粒 作用；在1Cr18Ni9Ti 钢中主要起 提高耐蚀性作
用。
13、金属腐蚀一般包括化学 腐蚀及_电化学腐蚀，前者受 化学反应 腐蚀，后者受 原电池作
用 腐蚀，
腐蚀过程有电流产生。
14、根据组织分类，4Cr13 属 马氏体 不锈钢；Cr17 属 铁素体 不锈钢；0Cr18Ni9Ti属
奥氏体 不锈钢。
15、提高18-8 型不锈钢防腐蚀性能的常用热处理方法有 固溶 处理、 稳定化 处理及 去
应力 处理等三种。
16、耐磨钢ZGMn13 水韧处理后应获得单一的 单一的奥氏体 组织，该组织具有 高冲击
韧性性能，主要用于受 强烈冲击 磨损的零件。
17、二次硬化效应产生的原因，一是 回火时析出碳化物 ，二是 大量的残余奥氏体转变
为马氏体。
18、红硬性是指 钢在高温下保持高硬度的能力。
三、简答题
1、何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？ 它们在调质钢中起什么作用？
答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在淬火及低温 回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于中碳钢，淬透性也不如中碳钢。高碳钢虽然强度高，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。
合金调质钢中常含合金元素有铬、锰、镍、硅、钼、钨、钒、铝、钛等。合金调质钢的主加元素有铬、锰、镍、硅等,以增加淬透性。它们在钢中除增加淬透性外，还能强化铁素体, 起固溶强化作用。辅加元素有钼、钨、钒、铝、钛等。钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性，并增加回火稳定性；钒、钛的作用是细化晶粒；加铝能加速渗氮过程。
2、W18Cr4V 钢的 Ac1 约为 820℃，若以一般工具钢 Ac1+30-50℃常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？
答：若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金 碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体
得到足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，既1280℃左右。
3、合金元素 Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni 对钢的 C 曲线和 MS 点有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？
答：除 Co 以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使 C 曲线右移。非碳化物形 成元素 Al、Ni、Si、Cu 等不改变 C 曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素 Mn、Cr、Mo、W 等除使 C 曲线右移外，还将 C 曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个 C 曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除 Co、Al 外，其他合金元素均使 Ms 点降低，残余奥氏体量增多。
由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移, 从而使退火状态组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度增加, 塑性下降。 由于过冷奥氏体稳定性增大, 合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性, 促进马氏体的形成, 使强度大为增加但焊接性能变坏。
4、为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？
答： 碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的
机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。
⑴ 如上所述合金钢的淬透性高 ⑵ 合金钢回火抗力高
碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过 200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过 200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。
⑶ 合金钢能满足一些特殊性能的要求
如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性(低温下高韧性）。
5、有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥 氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？
答：不能。本质晶粒度是在 930±19℃,保温 3~8 小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细 晶粒钢在加热到临界点 Acl 以上直到 930℃晶粒并未显著长大。超过此温度后,由于阻止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 ℃超过 930℃，有可能晶粒随即迅速长大， 所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。
6、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用 45 钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的 45 钢已用完，只剩 15 钢，拟用 15 钢代替。试说明：
⑴ 原 45 钢各热处理工序的作用；
⑵ 改用 15 钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？
⑶ 改用15 钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？ 答：⑴ 正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
⑵ 不能。改用 15 钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。 ⑶ 渗碳。
7、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：
⑴ 某机床变速箱齿轮（模数 m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用 45 钢；
⑵ 某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（50～55HRC），材料选用 45 钢；
⑶ 镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用 38CrMoALA。
答：⑴ 下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品 ⑵ 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品 ⑶ 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品
8、拟用 T10 制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
⑴ 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； ⑵ 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度； ⑶ 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）
答：⑴ 工艺路线为：锻造—球化退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。球化退火处理使碳化物球化，消除应力，调整硬度，改善切削加工性，为淬火做组织准备组织；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
⑵ 终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度 60HRC。
⑶ T10 车刀的淬火温度为 780℃左右，冷却介质为水；回火温度为 150℃～250℃。 9、车床主轴要求轴颈部位的硬度为 56～58HRC，其余处为 20～24HRC，其加工工艺路线为：锻造－正火－机加工－轴颈表面淬火+低温回火－磨加工，请指出：
(1) 主轴应选用何种材料?
(2) 正火、表面淬火及低温回火的目的和大致工艺；
(3)轴颈表面处的组织和其余部位的组织。 答：⑴ 选用 40Cr 调质钢
⑵ 正火的目的：①改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；②调整硬度、便于切削加工。正火工艺：淬火温度 850°C 空冷
表面淬火+低温回火的目的：获得回火 M 组织，提高耐磨性能。 表面淬火+低温回火工艺：淬火温度 850°C 油冷，回火温度 170°C ⑶ 轴颈表面处的组织为回火 M。其余部位的组织为索氏体 S。
10、现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高的硬度和耐磨性，试问各进行何种热处理?并比较它们经热处理后在组织和性能上有何不同?
答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火 物
中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火 组织为：回火 M 11、请为下列钢号选择合适的用途及最终热处理：20、45、65Mn、T12A、20CrMnTi、40Cr、 Q235、Q345、HT300、KTH350-10、QT600-3、Y40Mn、Crl2MoV、GCrl5、ZGMnl3-4、9SiCr、3Crl3、5CrNiMo、W18Cr4V、1 Crl8Ni9Ti、60Si2Mn。
供选用实例：机床床身、缝纫机零件、柴油机曲轴、汽车差速器壳、坦克履带、机床主轴、锉刀、机车齿轮、汽车传动轴、桥梁、丝锥、铣刀、小型弹簧、冷冲压件、汽车板簧、
表面组织为：回火 M+碳化
第七章工业用钢习题参考答案(可编辑修改word版)
