预备热处理 - 球化退火 为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为 730-800 C。 最终热处理
碳素工具钢正常淬火加热温度为
A3+30-50 C,属于不完全淬火，加热温度比碳工具钢稍高
些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质， 淬火后应立即回火， 回火温度因工具的种类与用途 而稍有差异。刀具通常采用 180-210 C,螺纹工具（如板牙）采用 200-250 C 最终热处理后的组织 是回火马氏体和一些球状碳化物。 3、 简述高速钢的二次硬化现象
答：高速钢淬火后必须马上回火，回火温度在 氏体。自马氏体中析出弥散的（钼）及 进一步提高，这种现象为二次硬化。
4、 请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法
答：高速钢的铸态组织很不均匀， 大量不均匀分布的粗大碳化物， 将造成温度及韧性的下降， 这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工（锻、轧） 碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。
钨系高速钢的始锻温度为 1140-1180 C,终锻温度为900C左右 钨钼系高速钢的始锻温度要低些。 5、 请以一种高速钢为例，介绍最终热处理工艺和特点
答：高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来， 具钢要高得多。
因为温度越高， 合金元素溶入奥氏体的数量越多， 淬火之后马氏体的合金浓度越高， 只有合 金含量高的马氏体才具有高的红硬性，对高速钢红硬性作用最大的合金元素
-W Mo及V只
有在1000 C以上时，其溶解量才急剧增加， 温度超过1300 C时，各元素的溶解量还有增加， 但奥氏体晶粒则急剧长大。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬 性越好。 由于高速钢的导热性差， 而淬火温度又极高， 故常需分两段或三段进行加热， 淬火通常在油 中进行，或采用分频淬火法，钢的正常淬火组织是碳化物
+马氏体+残余奥氏体（ 30%左右）
为了消除淬火应力稳定组织， 减少残余奥氏体的数量， 达到所需要的性能， 高速钢一般需进 行三次650 C保温1h的回火处理，正常回火后其组织为回火马氏体 +碳化物。
6、 合作模具钢（Cr2MoV的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？它们工艺以及性能有什 么区别？ 答： a 一次硬化处理（低淬低回） 这种方式是采用较低的淬火温度并进行低温回火。选用较低的淬火
温度，晶粒较细，钢
的强度和韧性较好， 通常Cr12MoV钢选用980-1030C淬火，如希望得到较高的硬度， 度可取上限。回火温度一般在 艺。
b 二次硬化处理（高淬高回） 这种热处理方式是在较高的温度
1030-1075 C淬火，然后进行多次高温回火，以达到这种二
淬火温
200C左右，回火温度升高时硬度降低，但强度和韧性提高， 一次硬
其淬火温度较一般合金工
，将粗大的共晶
500-600 C之间，此时钢的硬度、强度和韧性 V的碳化物（W2C Mo2C VC使钢的硬度
均有提高，而在550-570 C时可达到硬度、强度的最大值，在此温度区间，钢中残留奥氏体 转变为马
化处理使钢具有高的硬度和耐磨性，较小的热处理变形，大多数 Cr12 型钢制作冷变 形磨具采用此工
次硬化的目的。 这样可以获得高的回火稳定性， 但稍降低钢的强度和韧性， 二次硬化处理适 用于
工作温度较高（400-500 C）且受荷不大或淬火后表面需要强化的模具。 7、请以一种热作模具钢为例，介绍其成分特点
答：一种典型的铬系热变形模具钢 -4Cr5MoSiV钢，这种钢含有大的 5%C,并加入 W Mo V、 Si。由于Cr含量较高，因而有高的淬透性，加入
1%M0寸，淬透性更高，故尺寸很大的模具
Cr 和 Si）， Si、
V可加强钢的二次硬化现象，增
淬火时也可以空冷。这类钢具有高的强度和韧性，抗氧化性较好（由于含 Cr还提高钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能，加入 加稳定性。 第九章 不锈钢
1、 请举例 3 种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程 答：常见的金属腐蚀类型有以下几种：
1 、均匀腐蚀 均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀
2、晶间腐蚀 一般晶界较晶内具有较大的活性， 晶界、晶内电位差加大， 这寸则会引起晶界的深腐蚀， 称为晶间腐蚀
3、 点腐蚀 点腐蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀，是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式 4、 应力腐蚀 应力腐蚀在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下，材料发生破裂的现象 5、 磨损腐蚀 在同寸存在腐蚀和机械磨损寸，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。 2、 合金元素提高钢的耐蚀性途径有哪几种？
答：a、使不锈钢对具体使用的介质具有稳定钝化区的殃及极化曲线
b、提高不锈钢基体的电极电位，来降低原电池电动势 c、 使钢具有单相组织，减少微电池的数量
d、 使钢表面上生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等，在许多腐蚀和氧化的 场合能形成致密的保护膜，提高钢的耐蚀性。
3、 请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性 答：碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的
影响 同寸碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏 4、 请简述铬、碳、镍、锰、鈦、铌与不锈钢耐蚀性的关系 答：a、铬
铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素
当铬含量 （原子比）达到 1/8,2/8 时， 铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之提高 铬元素是 a 稳定化元素
铬的氧化物比较致密，可以形成耐蚀的保护膜 b、 碳
碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的 30 倍 同时，又是不锈钢强化的主要元素 碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响 同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能
30 倍
同寸，碳又是不锈钢强化的主要元素 碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的腐蚀性受到严重
变坏 c、 镍
镍是不锈钢中的一种重要元素，能提高耐蚀性
镍是丫稳定化元素，镍能有效地降低 Ms点，使奥氏体能保持到很低的温度 d、 锰
锰是镍的代用品，是 丫稳定化兀素
锰在奥氏体钢中部分替代 Ni, 2%Mr相当于1%Ni e、 鈦、铌
鈦、 铌死强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性 5、 什么是不锈钢中的 n/8 定律？它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？ 答：钢的电极电位随铬的变化规律是：在铬达到
12.5%原子比（即 1/8 时），电位有一个突
跃升高。当铬量达到 20%原子比（即 2/8 时），铁的固溶体电位又有一次突跃升高，这一现 象称为二元合金固溶体电位的 n/8 规律。假如钢中虽含有 12.5%的原子比的铬量，但因一部 分铬和钢中的碳化合固溶体中实际含铬量低于 12.5%，则钢的耐蚀性不能得到突跃提高。 6、 请概述常见不锈钢类型和性能特点
答：沉淀强化不锈钢强度最高 马氏体不锈钢具有较好的综合机械性能，即较高的强度和一定的延展性 铁素体 +奥氏体不锈钢的强度较高，延展性也较好
铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢的强度性能相近，但后者的延展性能较其他各类不锈钢为高 7、 请举一种 Cr13 型不锈钢制作机械零件或工具，并制定热处理工艺
答： Cr13 型马氏体不锈钢能在淬火过程中发生马氏体转变，可以获得热处理强化，所以这 类钢可进行多种热处理，以控制和调节这种相变，满足不锈钢性能要求。 a 、调质处理：
一般不锈钢结构件采用调质处理，以获得高的综合机械性能 b、淬火低温回火
Cr13、 3Cr3Mo、 4Cr13 的热处理通过淬火 +低温回火，可获得高硬度和耐磨性。 3、总结铬镁钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法
答：奥氏体不锈钢是以 18%Cr-8%l为典型成分而发展起来的， 18%Cr-8%l合金正好处于奥氏 体有利于形成的成分范围。
同时，铬、镍含量总达 75%时不锈钢的腐蚀性电位接近 n/8规律中n=2的电位值，这样既获 得了单相奥氏体，又得到好的钝化性能，使耐蚀性达到了较高的水平。
由于这两方面的原因， 28-8 的成分才成为国际奥氏体不锈钢的主要成分。
18-8 型奥氏体钢平衡态时为奥氏体 +铁素体 +碳化物足相组织，实际的单相奥氏体是通过固 溶热处理的配合获得的。
3、分析 18-8 不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法 答：工程上为防止奥氏体钢晶间腐蚀现象，可采取如下措施： a、降低钢中碳含量
b、 在钢中加稳定碳化物形成元素（ Ti,Nb ）,与碳综合析出特殊碳化物，消除晶间贫铬区 c、 钢经1050-1100 C加热淬火，保证固溶体中碳和铬的含量
d、对非稳定性钢进行淬火，使奥氏体成分均匀化，消除贫铬区；对稳定性钢将铬的碳化物 转化为鈦、铌的特殊碳化物，保证耐蚀所需的固溶体含铬水平。 第十一章 铸铁 1 、请简述铸铁的分类
答：铸铁是碳含量大于 2.11%的铁碳合金，其中的碳有以化合态的渗碳体 Fe3C析出，也有 以游离态的石墨析出。 根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后颜色的不同， 态可分为三大类：
白口铸铁；麻口铸铁；灰口铸铁
白口铸铁 -碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳体析出，凝固后断口呈 白亮的颜色，故称白口铸铁。
麻口铸铁 -碳即以化和状态的渗碳体析出，又以流离状态的石墨析出，凝固后断口夹杂着 白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。
灰口铸铁 - 碳全部或大部分以游离状态的石墨析出， 凝固后断口呈灰色， 故称为灰口铸铁。 灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为：
灰铸铁 - 石墨为片状； （常被称为灰口铸铁） 球墨铸铁 - 石墨为球状 可锻铸铁 -石墨为团絮状 蠕墨铸铁 - 石墨为蠕虫状
2、铸铁的成分与钢有何较大的区别？ 答：普通铸铁的化学成分一般为
2-4%碳， 1-3%硅， 0.02-0.25% 硫， 0.05-1.0% 磷，铸铁与碳
钢相比较，除了有较高的碳、硅含量外，还有较高的杂质元素硫和磷。
3、铸铁的组织和钢有何较大的区别？ 答：铸铁中的碳主要有如下三种分布形状 a 、溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体 b、与铁生成化合物，如 FesC碳化物（渗碳体）
c 、以游离的石墨形式析出 由于铸铁中的碳主要是以石墨的形式存在。所以，铸铁的组织是由金属基体和石墨所 组成的。
铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体 织，它们相当于钢的组织
铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨 4、铸铁的性能与钢有何较大的区别
答：铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分， 因此， 铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织 以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为 为20MPa,延伸率接近零。
石墨与基体相比， 其强度和塑性都要小得多， 石墨减小铸铁件的有效承载截面积， 同时石 墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。 因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。 一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越 高。
BB3-5 ，抗拉强度
+珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组
状
虽然铸铁的机械性能不如钢， 但由于石墨的存在， 却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。 如 良好的耐磨性、高的消振型、低的缺口敏感性、以及优良的切削加工性。 5、请分析影响铸铁石墨化的诸因素 答：
a、 化学成分的影响： 碳和硅的影响
硅和碳都是强烈促进石墨哈的元素
石墨来源于碳， 随着碳含量的提高， 铁水中的碳浓度和未溶解的石墨微粒增多， 有利 于石墨形核，从而促进了石墨化
硅与铁原子的结合力大于碳与铁原子的结合力， 硅溶于铁水和铁的固溶体中， 由于削 弱了铁和碳原子之间的结合力，而促使石墨化。 锰的影响：
锰能溶于铁素体和渗碳体，其固定碳的作用，从而阻碍石墨化。 硫的影响：
硫阻碍碳原子的扩散，是一个促进白口铸铁的元素。 磷的影响：
磷是一个促进石墨化不十分强烈的元素
b、 冷却速度对铸件石墨化的影响 铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显的倾向，一般来说，铸件冷
却速度越缓慢，即冷 却速度较小时，越有利于按照
Fe-C 系状态图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的充
分进行，反之，铸件冷却速度快，就不利于石墨化的进行。
6、请制定铁素体基体的可锻铸铁热处理工艺，并说明理由。 答：可锻造铸铁石墨化是由白口铸铁较长时间石墨化退火而研制的， 生石墨化。
如果白口组织在退火过程中第一阶段和第二阶段石墨化充分进行，
则退火后得到铁素体基
体加团絮状石墨的组织，称为铁素体可锻铸铁 如果退火过程中经第一阶段和中间阶段石墨化后， 以较快冷却速度冷却， 是第二阶段石墨化 未能进行，则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。
当原始组织为珠光体加共晶渗碳体的白口铸铁缓慢加热到 900-1000C 时，其原始组织便转 化为奥氏体加共晶渗碳体。 第一阶段石墨化
第一阶段石墨化是发生在
900-1000 C的高温长时间保温过程中，共晶渗碳体分解为奥氏
900-1000 C, 最
体加团絮状石墨，此过程温度越高，渗碳体分解速度越快，退火周期越短，但是，退火温度 过高，还引起石墨团和奥氏体晶粒钝化， 高不超过1050 C。 中间石墨化阶段
发生在第一阶段石墨化以后，自高温随炉冷却到 第二阶段石墨化
发生在第一阶段石墨化以后， 以3-5 C /h的冷却速度缓慢冷却通过共析转变温度区的过程 中，奥氏体直接转变成铁素体加石墨，最终得到铁素体可锻铸铁。
750-720 C的过程中，从奥氏体中析出二
40-50C/h 为宜。
次石墨，在此过程中冷却速度不宜过快，以避免析出二次渗碳体，一般以
故第一阶段石墨化温度一般应控制在
在退货过程中主要是发
金属材料学考试题库汇编
