吉林大學(xué)金屬材料學(xué)課后題答案演示文檔

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.,第一章相組成、相變及性能 1、鋼中常用的合金元素有哪些？哪些是奧氏體形成元素？哪些是鐵素體形成元素？ 答：為合金化目的加入其含量有一定范圍的元素稱為合金元素。有Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al, Cu, B等。在γ-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定γ固溶體的元素稱為奧氏體形成元素：Ni、Mn、Co，C、N、Cu；無限互溶，有限溶解。在α-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定α固溶體的元素稱為鐵素體形成元素：Cr、V，W、Mo、Ti。 2、合金元素與碳的親和力與什么條件有關(guān)？請(qǐng)例舉幾種強(qiáng)、中等強(qiáng)、弱碳化物形成元素。 答：合金元素與碳的親和力主要取決于其 d 層電子數(shù)， d 層電子越少， 則金屬元素與碳的結(jié)合強(qiáng)度越大， 在鋼中的穩(wěn)定性也越大。 Ti、 Zr、 Nb、 V 是強(qiáng)碳化物形成元素。 W、 Mo、 Cr 是中等強(qiáng)度碳化物形成元素。 Mn、 Fe 屬于弱碳化物形成元素。 3、簡(jiǎn)述合金鋼中碳化物形成規(guī)律 答：1） 碳化物是鋼中主要的強(qiáng)化相， 碳化物形成元素均位于 Fe 的左側(cè)， 非碳化物形成元素均處于周期表右側(cè)。 2） 金屬元素的 d 層電子越少， 則金屬元素與 C、 N 的結(jié)合強(qiáng)度越大， 在鋼中的穩(wěn)定性也越大。 3)當(dāng)γ c/γ Me＞0.59 時(shí)碳與合金元素形成一種復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物。（Cr、 Mn、 Fe） 當(dāng)γ c/γ Me ＜=0.59 時(shí)， 形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的碳化物（間隙相）（Mo、w、 V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr）4）碳化物穩(wěn)定性越好，溶解越難，析出難越，聚集長(zhǎng)大也越難；5）強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合形成碳化物。,.,4、在鐵碳像圖中，含有0.77%C的成為共析鋼，如果在此鋼中添加Mn元素或者添加Cr元素，含碳量不變，那么這種Fe-C-Mn或Fe-C-Cr鋼分別是亞共析鋼還是過共析鋼？為什么？ 答：Fe-C-Mn 或 Fe-C-Cr 是過共析鋼。 幾乎所有的合金元素都使鐵碳相圖中的S點(diǎn)左移，即共析含碳量降低。 5、請(qǐng)說出下列鋼號(hào)表示何類鋼種，大致的碳含量和合金元素含量，它們的共析溫度是上移還是下移（與碳鋼相比）？為什么？45、40Cr、42Mn 答： 45： 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.45%， 合金元素含量無， 共析溫度不變。 40Cr： 低合金結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.4%， 合金元素含量＜1.5%， 使共析溫度上移， 是縮小 r 相區(qū)的元素。 42Mn： 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼， 碳含量 0.42%， 較高含錳量， 使共析溫度下移， 是擴(kuò)大 P 相區(qū)的元素。 6 、鋼中的常見相有哪些， 分別加以說明？ 答：鋼鐵材料中的常見相有：鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體。鐵素體：碳溶解在α- Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。奧氏體：碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體。滲碳體：鐵碳合金中，當(dāng)碳的含量超過碳在鐵中的溶解度極限時(shí)，多余的碳就與鐵形成化合物Fe3C，稱為滲碳體，含碳6.67％。滲碳體硬而脆，塑性和沖擊韌性非常低，是碳鋼中主要強(qiáng)化相。珠光體是含碳量為0.8％的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂繛?.02％的鐵素體和滲碳體的共析混合物。在顯微鏡下觀察時(shí)，一般呈片狀相間排列，低倍觀察時(shí)有類似珍珠的光澤，故稱為珠光體。,.,7 、為什么說鋼中的 S、 P 雜質(zhì)元素在一般情況下總是有害的？答： S： 在固態(tài)鐵中的溶解度極小， S 和 Fe 能形成 FeS， 并易于形成低熔點(diǎn)共晶。 發(fā)生熱脆裂。 P： 可固溶與 a-Fe,但劇烈的降低鋼的韌性， 特別是低溫韌性， 稱為冷脆。S 和 P 均降低鋼的韌性，故為有害雜質(zhì)。8、合金元素對(duì)純鐵γ相區(qū)的影響可分為哪幾種？答：開啟γ相區(qū)的元素：Ni、Mn、Co屬于此類；擴(kuò)展γ相區(qū)元素：C、N、Cu屬于此類；封閉γ相區(qū)的元素：V、Ti、W、Mo、Al、Cr、Si屬于此類；縮小γ相區(qū)的元素：B、Zr、Nb、Ta屬于此類9、鎳和γ鐵可否形成無限置換固溶體？為什么？答：因?yàn)閮烧叩木Ц耦愋拖嗤?，且其原子半徑尺寸差別較小，滿足了形成無限置換固溶體的相關(guān)條件，故可以10、溶體的溶解度取決于什么？請(qǐng)舉例說明答：1.原子半徑，原子尺寸差別越小，溶質(zhì)原子融入越多2.晶體結(jié)構(gòu)，組元間晶體結(jié)構(gòu)越相近，固溶體溶解度越大3.電負(fù)性差，電負(fù)性差越小，越易形成固溶體11、碳化物按點(diǎn)陣分為哪兩大類？各有什么特點(diǎn)？什么叫合金滲碳體和特殊化合物？答： 1）①簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。②復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M23C6 、M7C3 、M3C。特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差。合金滲碳體：當(dāng)合金元素含量較少時(shí)，溶解于其他碳化物，形成復(fù)合碳化物，即多元合金碳化物。如Mo，W，Cr含量較少時(shí)，形成合金滲碳體。特殊碳化物：隨著合金元素含量的增加，碳化物形成了自己的特殊碳化物。VC，Cr7C3，Cr23C6。 第二章結(jié)構(gòu)鋼與工具鋼 1 提高鋼的強(qiáng)度， 有哪些措施？ 提高鋼的韌性， 有哪些措施？答： 提高強(qiáng)度：1、適度增加含碳量 2、加入合金元素，如錳、鈦等 3、改善鋼的金相組織 4、熱處理，如：淬火、回火、調(diào)質(zhì)等 5、固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等幾種強(qiáng)化方式。提高韌性：1）細(xì)化晶粒、組織 2）提高鋼的回火穩(wěn)定性 3）,.,改善基體韌度 4）細(xì)化碳化物 5）降低或消除鋼的回火脆性 6）在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)降低碳含量7）通過合金化形成一定量殘余奧氏體，利用穩(wěn)定的殘余奧氏體提高韌度 2、鋼有哪些主要的工藝性能？請(qǐng)選擇一種工藝性能，設(shè)想采用何種合金化手段來改善這種工藝性能。 答：鋼的最主要的工藝性能是冷、熱加工性能，包括鑄造、壓力加工、焊接、熱處理及機(jī)械加工性能 力學(xué)性能是鋼材最重要的使用性能,包括拉伸性能、沖擊性能、疲勞性能等。對(duì)冷壓力加工性能，一般通過降低雜質(zhì)元素含量，加入微量Nb、Ti、P等合金元素來實(shí)現(xiàn)提高硬度、深沖性能的效果 3、 簡(jiǎn)單介紹低合金鋼的合金化思路？ 答： 為提高碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度， 而加入的少量合金元素， 利用合金元素產(chǎn)生固溶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化來提高強(qiáng)度。同時(shí)，利用細(xì)晶強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度降低， 來抵消由于碳氮化物沉淀強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度升高的部分。同時(shí)通過合金元素來控制鋼的組織成分，獲得所需的性能 4、雙相鋼組織性能特點(diǎn)和獲取方法？ 答：雙相鋼的顯微組織是通過在 r+a 兩相區(qū)加熱淬火或熱軋后空冷得到20%到30%馬氏體和80%到70%鐵素體，即顯微組織：F+島狀（或纖維狀）M+少量 A。 性能特點(diǎn)： 1） 低的屈服強(qiáng)度， 一般不超過 350MPa。 2） σ -ε 曲線光滑連續(xù)，沒有屈服平臺(tái)，要無鋸齒行屈服（應(yīng)力-應(yīng)變） 現(xiàn)象。3）高的均勻延伸率和總延伸率，其總延伸率在 24%以上。4）高的加工硬化指數(shù)，n 值大于0.24。5）高的塑性應(yīng)變比（r） 根據(jù)生產(chǎn)工藝，雙相鋼可分為退火雙相鋼和熱軋雙相鋼兩大類：退火雙相鋼：將板帶材在兩相區(qū)（r+a）加熱退火，然后空冷或快冷得到 F+M 組織。熱軋雙相鋼：在熱軋狀態(tài)下，通過控制冷卻得到 F+M 的雙相組織其生產(chǎn)工藝為：1150-1250C加熱870-925℃終軋，空冷到 455-635℃卷取。,.,5、簡(jiǎn)述低碳馬氏體的強(qiáng)韌化途徑 答：低碳 M 鍛軋后空冷： B+M+F； 鍛軋后直接淬火并回火： 低碳回火 M。 低碳回火 M 具有高強(qiáng)度高熱性和高的疲勞強(qiáng)度。 強(qiáng)韌化途徑： 1 低碳加入 Mo、 Nb、 V、 B 等與合理含量的 Mn 和 Cr 配合。 2 提高淬透性加入 Nb 微合金元素細(xì)化晶粒。 6、請(qǐng)介紹調(diào)質(zhì)鋼的成分特點(diǎn)和常規(guī)熱處理工藝 答：成分特點(diǎn)：中碳，碳含量一般在 0.3%—0.5% 2 合金元素：主加合金元素：CrMnSiNi；輔加合金元素：Mo W V Ti Al B 等 常規(guī)處理工藝：1，預(yù)備熱處理：合金含量較少時(shí)，一般采用在Ac3線以上加熱進(jìn)行正火。合金含量較多時(shí)， 一般采用在Ac3線加熱進(jìn)行正火，隨后再進(jìn)行一次高溫回火. 2，最終熱處理：Ⅰ ，淬火：將鋼件加熱至Ac3線以上進(jìn)行淬火。Ⅱ ，回火。Ⅲ，表面處理。 7、列舉出常用調(diào)質(zhì)鋼的典型鋼號(hào)， 說明合金元素在調(diào)質(zhì)鋼中的主要作用？ 答： 合金調(diào)質(zhì)鋼按淬透性高低可分為低， 中， 高淬透性三類。 （1） 低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr、 40CrV、 40MnB、 40MnV、 38CrSi、 40MnVB 等 （2） 中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 35 CrMo、 40 CrMn、 40 CrNi、 30 CrMnSi 等 （3） 高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 37 CrNi3A、 40 CrMnMo、 40CrNiMoA、 25Cr2Ni4WA 等。 合金元素的主要作用： 1、提高淬透性； 2、Cr、 Mn、 Si、 Ni 溶于 α 相， 起固溶強(qiáng)化作用；3、 Cr、 Mo、 W、 V 等阻礙α 相的再結(jié)晶， 也可阻礙碳化物在高溫回火時(shí)的聚集長(zhǎng)大， 使鋼保持高硬度。 4、加入 Mo、 W 來防止回火脆性。 5、V、 Ti、 Al 起細(xì)化晶粒的作用。 6、C： 是降低調(diào)制鋼沖擊韌性的元素， P： 對(duì)沖擊韌性危害甚大,.,8、說明65Mn、60Si2M、50CrVA鋼的主要性能及用途。 答：三種都是彈簧鋼；主要性能：好的彈性和高的屈服強(qiáng)度，有足夠的彈性變形能力；高的疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和塑性。用途：主要用于制作彈簧或要求高彈性的其他零件。 9、有些普通彈簧冷卷成型后為什么要進(jìn)行去應(yīng)力退火？ 車輛用板簧淬火后， 為什么要用中溫回火？ 答： 普通彈簧冷卷成型后有內(nèi)應(yīng)力的存在，需要進(jìn)行去應(yīng)力退火消除應(yīng)力。車輛用板簧屬于大型彈簧， 在熱成型后，要進(jìn)行淬火及中溫回火，以獲得較高的彈性極限和屈服極限 10、說明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA鋼的主要特點(diǎn)，合金元素的作用和用途。 答：20Cr（低淬透性合金滲碳鋼）此類鋼通常只用于制造沖擊載荷較小的，且對(duì)于心部要求不高的小型滲碳件如小齒輪、套筒、鏈條等。Cr 元素：提高鋼材的滲透性，提高鋼件的強(qiáng)度和韌性，加大滲碳的厚度。 20CrMnTi（中淬透性合金滲碳鋼）：具有良好的機(jī)械性能和工藝性能。淬透性較高過熱敏感性小。合金元素提高鋼材的淬透性，提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。Cr加大滲碳層的厚度，Mn是一個(gè)較好的合金元素， 既可加速滲碳層的厚度，又不過多提高滲碳層的含碳量。Ti減小滲碳層的厚度，此種鋼大量用于制造承受高速中載荷并要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車和拖拉機(jī)上的重要齒輪及離合器軸等。 18Cr2Ni4WA（高淬透性合金滲碳鋼）：具有很好的韌性：特別是低溫沖擊韌性。Ni減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚。主要用于制造大截面，高載荷的重要齒輪和耐磨件，如飛機(jī)，坦克的重要齒輪及曲軸等。,.,11、說明 38CrMoAlA 鋼的主要性能特點(diǎn)， 各合金元素的作用和用途。 答：38CrMoAlA（氮化鋼）：表面高硬度，高耐磨性，高疲勞強(qiáng)度，心部具有良好的綜合機(jī)械性能。Cr，Mo，Al能在α相中形成微細(xì)的氮化物顆粒，對(duì)α相起強(qiáng)化作用。阻礙氮原子向內(nèi)部擴(kuò)散，減小氮化層的層深。Al是非碳化物形成元素。Al的存在并不增加鋼中碳化物的溶解溫度。Cr、Mo增大鋼的淬透性。Cr元素溶入M中時(shí)使鋼在400度—500度回火時(shí)保持高的強(qiáng)度，Mo元素溶入M中時(shí)能使鋼在500度—600度回火時(shí)保持高的強(qiáng)度。還可使鋼在510—800度氮化長(zhǎng)期保溫和隨后爐冷時(shí)不至產(chǎn)生回火退化。廣泛應(yīng)用要求高耐磨性，高硬度表面的零件。 12、為什么滾動(dòng)軸承鋼的含碳量都為高碳？ 滾動(dòng)軸承鋼中常含有哪些元素？各起什么作用？為什么含 Cr 量限制在一定范圍？ 答：滾動(dòng)軸承性能的要求之一是有高的淬透性和高的耐磨性，而主要取決于含碳量因而為了保障滾動(dòng)軸承鋼有較高的硬度和耐磨性軸承鋼的含碳量很高。滾動(dòng)軸承鋼中常含有 Cr（主加合金元素）、Si、Mn、V 等。Cr的作用是提高鋼的淬透性和鋼的耐腐蝕性提高鋼的回火穩(wěn)定性。 加入Si、Mn、V 可以進(jìn)一步提高淬透性。適量的Si（0.4%--0.6%）還能明顯提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限。V除提高淬透性之外還可形成VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。適宜的Cr含量為0.4%--1.65%當(dāng)Cr含量高于以后會(huì)使A’增加使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低同時(shí)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性，所以含Cr量要限制在一定范圍。 13、滾動(dòng)軸承鋼對(duì)冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量和原始組織有哪些要求？ 為什么？ 答：對(duì)原始組織的要求： 1 原始組織必須無縮孔， 皮下氣泡白點(diǎn)和過燒； 2 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物（氧化物和硫化物）； 3嚴(yán)格控制疏松級(jí)別； 4 改善表面碳化物不均勻性（網(wǎng)狀帶狀和液析）； 表面質(zhì)量要求： 硬度高耐磨性好具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度抗腐蝕性能好。 冶金質(zhì)量要求： 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物（氧化物和硫化物）， 改善表面碳化物不均勻性（網(wǎng)狀帶狀和液析）。,.,14、在使用狀態(tài)下， 滾動(dòng)軸承鋼的最佳組織是什么？ 在工藝上應(yīng)如保證？ 答：在使用狀態(tài)下， 滾動(dòng)軸承的最佳組織是 M 回加細(xì)粒碳化物以及 A’。 淬火加低溫回火。 淬火： 加熱溫度為 820-840 度。 淬火后應(yīng)立即回火， 以消除內(nèi)應(yīng)力， 回火溫度一般為 150-160 度。 保溫時(shí)間 2-4 小時(shí)， 最好在油中進(jìn)行。 球化退火： 預(yù)先 熱處理， 最終熱處理。 球化退火溫度范圍： 770-810 度。 大于 90 度是最適宜的加熱溫度。 15、什么是易切削鋼？易切削鋼常用作哪些零件？ 答：通過在鋼中加入S、P、Pb、Ca等元素來形成非金屬夾雜或金屬間化合物，或本身以金屬形態(tài)存在（如Pb），可以起到斷屑、減小刀具磨損和改善鋼的切削性能的作用的合金鋼。 這類鋼的機(jī)械性能較低，只能用于一些機(jī)械性能要求不高，而加工效率和加工質(zhì)量及精度要求很高的零件。 16、在易切削鋼中常加入哪些元素？他們對(duì)提高鋼的切削性能的作用機(jī)理是什么？ 答：易切削鋼中常加入的合金元素是 S、 P、 Se、 Te、 Pb、 Ca 等， 形成 MnS、 CaS、 MnTe、 PbTe、 α -CaO·SiO2、 2CaO·Al2O3·SiO2等， 或 Pb 的金屬夾雜物。 S 以 MnS 夾雜物存在， 熱軋， 熱軋時(shí)沿軋向伸長(zhǎng)呈條狀， 鋼的橫向性能隨之下降。 過高的 w（Mn） /w（S） 使 MnS 夾雜長(zhǎng)寬比增高， 對(duì)性能不利；鋼中高 Si 或 Al 是 MnS 夾雜長(zhǎng)寬比增加；含 Pb 易切削鋼用來制作要求力學(xué)性能方向性小的零件；加入 Te 可進(jìn)一步提高鋼的切削性，可形成 MnTe、 MnS 即金屬 Pb 三者復(fù)合夾雜物；S-Te-Pb 易切削鋼能降低刀具磨耗， 提高刀具壽命和零件表面光潔度；鋼用 Ca-Si 脫氧時(shí)，鋼中非金屬夾雜物為 2CaO· Al2O3· SiO2，機(jī)加工時(shí)，在刀具工作面沉積一層薄的熔點(diǎn)較低的鋁酸鈣保護(hù)膜，可延長(zhǎng)刀具的使用壽命。,.,13.高錳耐磨鋼有什么特點(diǎn)？ 為什么會(huì)有這樣的特點(diǎn)？ 如何獲得這些特點(diǎn)？ 在什么情況下適合使用這類鋼？ 性能特點(diǎn) 答： 在受到?jīng)_擊在和及高壓力的作用下， 其表面層將迅速產(chǎn)生加工硬化， 從而產(chǎn)生高耐磨的表面層， 而內(nèi)層依然保持優(yōu)良的沖擊韌性。 本質(zhì)原因： 是通過大量形變?cè)?A 基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)， 形變孿晶、 ε -M 和α -M， 稱為為錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。 經(jīng)強(qiáng)烈沖擊后，鋼的表面硬度極大地提高到了 500HB 左右， 而心部仍保持韌性的 A， 所以能承受強(qiáng)有力的沖擊載荷而不破裂。 如何獲得：①碳含量以 1.15%-1.25%范圍內(nèi)為最合適。 ②通常 Mn/C 的比值應(yīng)為 9-11.（1） 對(duì)于耐磨性要求較高、 沖擊韌性要求略低形狀不太復(fù)雜或薄壁的零件： w（Mn） =11-14%， Mn/C 取低限；（2） 對(duì)于耐磨性要求略低、 沖擊韌性要求較高形狀復(fù)雜或厚壁的零件： w（Mn） =10-13%， Mn/C 取高限； ③加入 2.0%-4.0%Cr 或適量的 Mo 和 V， 提高屈服強(qiáng)度、 沖擊韌性和抗磨性④加入一定量的稀土金屬元素。 高錳耐磨鋼主要用于制造要求耐磨及耐沖擊的一些零件。 如挖掘機(jī)的鏟斗、 碎石機(jī)的顎板、 襯板等。 還大量用于挖掘機(jī)、 拖拉機(jī)、 坦克等的履 帶板， 主動(dòng)輪和履帶支承滾輪等。 第三章 耐蝕和耐熱合金 2、提高耐蝕性的基本途徑有哪些。 答：（1）使鋼的表面形成穩(wěn)定保護(hù)膜，→Cr、Al、Si有效。（2）提高不銹鋼固溶體的電極電位或形成穩(wěn)定鈍化區(qū)，降低微電池的電動(dòng)勢(shì)→Ni貴而緊缺，Si易使鋼脆化，Cr理想。（3）使鋼獲得單相組織 →Ni、Mn →單相奧氏體組織。（4）機(jī)械保護(hù)措施或復(fù)蓋層，如電鍍、發(fā)蘭、涂漆等方法。,.,1、回答化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和應(yīng)力腐蝕的機(jī)理 答：化學(xué)腐蝕： 金屬和化學(xué)介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的腐蝕稱化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕：由于鋼本身的不均勻性，各個(gè)成分和組織間電極電位不同構(gòu)成原電池而產(chǎn)生的。晶間腐蝕：由于Cr在晶界以碳化物形式析出而造成晶界貧Cr，其結(jié)果是晶界與晶內(nèi)電極電位不同，特別是晶界處由于Cr含量低于臨界值使電極電位低于腐蝕電位，導(dǎo)致晶間腐蝕。點(diǎn)腐蝕：Cl-穿透不夠致密的氧化膜與鋼形成可溶性腐蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致鋼的表面暴露，在局部形成點(diǎn)蝕。應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕本質(zhì)上可以分為高應(yīng)力腐蝕和低應(yīng)力腐蝕；高應(yīng)力腐蝕是由于應(yīng)力作用下位錯(cuò)滑移不斷破壞鈍化膜并形成新鮮表面而造成電化學(xué)腐蝕；低應(yīng)力腐蝕又可分為Cl-和H+離子造成的兩類，前者是陽極反應(yīng)，以暴露的鋼為陽極，鈍化膜為陰極，由于陽極溶解形成裂縫，其前沿為三向應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，后者為陽極反應(yīng)。 3、合金元素對(duì)鋼的耐蝕性有何影響？ 答：1）碳：碳能強(qiáng)烈的穩(wěn)定奧氏體，穩(wěn)定奧氏體的能力為 Ni 的三十倍；碳與Cr能形成一系列碳化物，使不銹鋼的耐蝕性受到嚴(yán)重影響。 2）Cr提高鈍化膜穩(wěn)定性的必要元素，Cr＞10-12%合金的鈍化能力顯著提高，摩爾分?jǐn)?shù)提高到12.5%、25%、37.5%，合金在硝酸中的腐蝕速度都相應(yīng)有一個(gè)突然降低，當(dāng) Cr 含量達(dá)到 1/8，2/8……時(shí)鐵的電極電位跳躍式增加耐蝕性隨之提高 3）Ni提高鋼的耐蝕性，在非氧化性硫酸中更顯著。摩爾分?jǐn)?shù)為12.5% 和25%時(shí)，耐蝕性明顯提高。Ni是奧氏體穩(wěn)定化元素， Ni能有效降低Ms點(diǎn)，使奧氏體能保持到很低溫度。4） Mn 提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性，比Ni更有效，Mn是Ni的代用品是奧氏體穩(wěn)定化的元素，Mn在奧氏體不銹鋼中部分替代Ni,2%Mn相當(dāng)于1%Ni。 5）Mo提高不銹鋼的鈍化作用和耐蝕性，可阻止點(diǎn)蝕。 6）Si提高鋼在鹽酸、 硫酸和高濃度硝酸中的耐蝕性，在不銹鋼中加入2%-4%的硅，提高耐蝕性。7） Ti、Nb是強(qiáng)的碳化物形成元素,可優(yōu)先于Cr同碳形成碳化物，防止晶間腐蝕提高耐蝕性。,.,5、奧氏體不銹鋼有哪幾種系列，典型鋼號(hào)是什么？主要應(yīng)用如何？ 答：奧氏體不銹鋼可以分為：①Cr-Ni系不銹鋼，典型鋼號(hào)：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9 主要用于做液氮或低溫液體的壓力容器 ②Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系，典型鋼號(hào)：1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N 主要用于要求耐蝕的同時(shí)又要求高的屈服強(qiáng)度的零部件 ③亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼 典型鋼號(hào)：1Cr18Ni8、1Cr18Ni8Mo 主要用于制作不銹彈簧④Cr-Ni-Mo-Cu系 典型鋼號(hào)：1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 主要用于制作在非氧化性酸中工作的零件 ⑤ Cr-Ni-Mo-N系 典型鋼號(hào)： 00Cr22Ni22Mo2.5N、00Cr22Ni6Mo3N 用于在含鹵族元素離子介質(zhì)中抗點(diǎn)腐蝕的鋼，也用于耐海洋腐蝕的海洋設(shè)備上 ⑥ Cr-Ni-Si系 典型鋼號(hào)： 0Cr18Ni14Si4 主要用于抗應(yīng)力腐蝕鋼 6、奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn)和熱處理方法。 答：奧氏體不銹鋼是以18%Cr-8%Ni為典型成分發(fā)展起來的，這一含量正好處于奧氏體有利于形成的成分范圍；此外還含有Ni、Mn、N、Cu等穩(wěn)定奧氏體存在的合金元素。 熱處理方法：1 固溶化處理：將鋼加熱到過剩相充分溶解到固溶體中的某一溫度,保持一定時(shí)間之后快速冷卻的工藝方法。目的是要把在以前各加工工序中產(chǎn)生或析出的合金碳化物,如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中,獲取單一的奧氏體組織(有的可能存在少量的δ鐵素體）2 穩(wěn)定化退火：對(duì)含穩(wěn)定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼采用的熱處理方法。目的是利用鈦、鈮與碳的強(qiáng)結(jié)合特性,穩(wěn)定碳,使其盡量不與鉻結(jié)合,最終達(dá)到穩(wěn)定鉻的目的,提高鉻在奧氏體中的穩(wěn)定性,避免從晶界析出,確保材料的耐腐蝕性。3 消除應(yīng)力處理。去除加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力或去除加工后的殘留應(yīng)力。I類、II類奧氏體不銹鋼采用較緩慢的冷卻方式。III類奧氏體不銹鋼必須快冷。 7、鐵素體不銹鋼的典型鋼種有哪些？主要應(yīng)用是什么？ 答：①Cr13型，典型鋼號(hào)：0Cr13、0Cr13Al 常用作耐熱鋼②Cr16-19型 典型鋼號(hào)：Cr17、 Cr17Ti 常用作耐大氣、淡水、稀硝酸介質(zhì)腐蝕③Cr25-28型 典型鋼號(hào)：Cr25Ti、Cr28 用作耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的耐酸鋼,.,8、鐵素體不銹鋼的脆性大的原因？如何消除脆性？ 答：高鉻鐵素體鋼的缺點(diǎn)是脆性大， 其原因主要是： （1） 粗大的原始晶粒 單項(xiàng)鐵素體組織鑄態(tài)下組織粗大， 不能通過加熱冷卻過程中的相變來細(xì)化，只能通過壓力加工來碎化；（2） σ相：σ相具有高的硬度(HRC68以上) ， 常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促進(jìn)晶間腐蝕。（3）475℃脆性 在高鉻鋼中，當(dāng)含Cr＞15%時(shí)，在 400～500℃溫度范圍長(zhǎng)時(shí)間加熱后或在此溫度范圍內(nèi)緩冷時(shí)，鋼在室溫下變得很脆。這個(gè)現(xiàn)象尤以 475℃加熱最甚，因而這種脆性被稱為475℃脆性、475℃加熱時(shí)，鐵素體內(nèi)的鉻原子趨于有序化，形成許多富鉻的鐵素體(80%Cr、20%Fe) ，它們與母相保持共格關(guān)系，引起晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力，此時(shí)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低（4） 鋼中含有C、N、O等雜質(zhì)及夾雜物。 消除方法：生產(chǎn)中將終鍛溫度或終軋溫度控制在750°C或者更低的溫度，向鋼種加入少量Ti組織晶粒長(zhǎng)大；增加其在高溫的奧氏體量來控制晶粒粗化 9、馬氏體不銹鋼典型鋼種有哪些？熱處理和主要應(yīng)用是什么？ 答：低C的13%Cr鋼 如1Cr13、2Cr13可用于制造汽輪機(jī)葉片、抗弱腐蝕介質(zhì)并承受沖擊的零件，如螺栓、螺母等機(jī)械構(gòu)件。 低C的17%Cr-2%Ni鋼 如1Cr17Ni2等，可用于制造高強(qiáng)度耐蝕件。 中C的13%Cr鋼 如3Cr13、4Cr13可用于制造耐磨的零件如閥門零件、軸承、彈簧和醫(yī)用手術(shù)刀等。 高C的18%Cr鋼如9Cr18等，可用于制造軸承和手術(shù)工具等。 熱處理：軟化處理(高溫回火、 完全退火)改善切削性能、；調(diào)質(zhì)處理， 為了獲得高的綜合機(jī)械性能；淬火及低溫回火（獲得高硬度和高耐磨性）。,.,10、 高強(qiáng)度不銹鋼設(shè)計(jì)思想： 答：鋼的變形主要是“位錯(cuò)”的運(yùn)動(dòng)，所謂“位錯(cuò)”就是指結(jié)晶體內(nèi)存在的缺陷， 通常在退火狀態(tài)約存在(1010-1012)／m’個(gè)。 若阻礙這種位錯(cuò) 的運(yùn)動(dòng)就難以發(fā)生變形，因此鋼就被強(qiáng)化。 這種阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使鋼強(qiáng)化的方法有固溶強(qiáng)化。析出強(qiáng)化、加工硬化(位錯(cuò)強(qiáng)化)、馬氏體相變的強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的強(qiáng)化等。固溶強(qiáng)化就是在純金屬中固溶進(jìn)合金元素， 即在母金屬的晶格的原子間隙進(jìn)入其他的合金元素(侵入型)或替換母金屬的原子(置換型) 和使母金屬的晶格發(fā)生歪扭，由于這種歪扭在晶體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，阻 礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而使強(qiáng)度提高。析出強(qiáng)化是在母體金屬中形成析出物(碳化物、氮化物、金屬間化合物 等)使其強(qiáng)化的方法，析出物具有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用。在母相呈微 細(xì)彌散分布狀態(tài)，最能提高強(qiáng)度。加工硬化是在成形加工時(shí)因硬化處理而發(fā)生的尺寸變化。 鋼變形時(shí)給結(jié)晶加上了剪斷應(yīng)力，在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，給結(jié)晶導(dǎo)入 了大量的位錯(cuò)，是強(qiáng)化鋼的方法。 馬氏體組織的結(jié)構(gòu)非常微細(xì)，而且在其內(nèi)部存在高密度的位錯(cuò)，若使碳過飽和固溶還能提高強(qiáng)度。另方面，經(jīng)過最后的回火處理可以得到碳化物等析出物彌散細(xì)微分布的組織。晶粒直徑 d 與屈服強(qiáng)度間有著直線關(guān)系，晶粒越細(xì)屈服強(qiáng)度越高。這種屈服強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系稱霍爾佩琪法則， 因變形在晶粒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)在晶界其運(yùn)動(dòng)被阻，所以晶界大量存在的細(xì)晶粒材料，其強(qiáng)度很高。 11、高溫強(qiáng)度指標(biāo)：答：1、 蠕變強(qiáng)度： 在某溫度下， 在規(guī)定時(shí)間達(dá)到規(guī)定變形時(shí)所能承受的應(yīng)力。 2、 持久強(qiáng)度： 在規(guī)定溫度和規(guī)定時(shí)間斷裂所能承受的應(yīng)力。 3、 持久壽命： 在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下斷裂的時(shí)間。,.,12、 合金元素對(duì)鋼的化學(xué)穩(wěn)定性的影響 答：Cr、 Al、 Si 改善鋼的化學(xué)穩(wěn)定性。 Cr、 Al、 Si 提高 FeO 出現(xiàn)的溫度， 改善鋼的高溫化學(xué)穩(wěn)定性。 鋼表面氧化膜的結(jié)構(gòu)：外層： Fe2O3； 中間層 Fe3O4； 內(nèi)層 FeO， 當(dāng) FeO 出現(xiàn)時(shí)鋼的氧化速度劇增； Cr、 Al 含量較高時(shí)， 鋼的表面出現(xiàn)致密的Cr2O3 或 Al2O3 保護(hù)膜。 含硅鋼中生成 Fe2SiO4 氧化膜， 具有良好的保護(hù)作用。 Cr 是提高抗氧化能力的主要元素， Al也能單獨(dú)提高鋼的抗氧化能力。 Si 由于增加鋼的脆性， 加入量受到限制， 只能作輔加元素。 13、鐵素體型耐熱鋼中常加入的合金元素有哪些？其作用如何？答：鐵素體型不銹鋼的鉻含量高于12%，不含鎳，只含有少量的Si、Ti、Mo等元素。鉻是耐熱鋼中抗高溫氧化和抗高溫腐蝕的主要元素，并能提高耐熱鋼的熱強(qiáng)性。Ti是強(qiáng)碳化物形成元素之一，作用是防止間接腐蝕。鉬為難熔金屬，熔點(diǎn)高（2625℃）。對(duì)提高耐熱鋼的熱強(qiáng)性有較好的作用。 14、F-P型和M型耐熱鋼的典型鋼種有什么？其主要用途如何？答：F-P型耐熱鋼可以分為低碳、中碳和高碳三種。低碳典型鋼種為：12Cr1MoV,主要用于超臨界鍋爐的鍋爐鋼管，也可用在石油化工設(shè)備中使用。中碳典型鋼種為20Cr1Mo1VNbTiBj,高碳典型鋼種如35Cr2MoV,二者主要用于汽輪機(jī)和化工設(shè)備中的耐熱緊固件及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。M型典型鋼種有15Cr11MoV和15Cr12WMoV，主要用于做汽輪機(jī)葉片等；此外還有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，主要用作內(nèi)燃機(jī)閥門等。 15、提高耐熱鋼熱強(qiáng)性的途徑答：A、強(qiáng)化基體：通過提高原子間結(jié)合力和在晶粒內(nèi)阻礙位錯(cuò)移動(dòng)的方法強(qiáng)化合金基體。就原子間結(jié)合力而言，其結(jié)合力越強(qiáng)基體強(qiáng)度越高；在晶粒內(nèi)形成彌散分布的穩(wěn)定第二相能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來強(qiáng)化合金。 B、強(qiáng)化晶界：分為凈化晶界和填充晶界的空位兩種方法。加入Re、B等與S、P結(jié)合形成高熔點(diǎn)化合物避免S、P與Fe、Ni形成低熔點(diǎn)共晶；同時(shí)B、Ti、Zr等元素由于與基體元素原子半徑不同而易于吸附在晶界，可以減少晶界空位，降低晶界能量，最終降低晶界擴(kuò)散系數(shù)。,.,第四章有色金屬及合金 1、鑄造鋁合金、變形鋁合金、可熱處理鋁合金是根據(jù)什么情況來區(qū)分的？ 答： 根據(jù)合金元素的含量和加工工藝特點(diǎn)，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金按其成分和性能特點(diǎn)可分為不能熱處理強(qiáng)化鋁合金和可熱處理強(qiáng)化鋁合金。 2、請(qǐng)說明下列鋁合金的類型:LF5、LY12、LC4、LD5、ZL101. 答：①防銹鋁合金②硬鋁合金③超硬鋁合金④鍛鋁合金⑤鑄造鋁合金（鋁硅系鑄造鋁合金） 4、請(qǐng)簡(jiǎn)述鋁合金的時(shí)效過程、影響鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化的因素 答：鋁合金的時(shí)效過程分為四個(gè)階段：①形成GP區(qū)，溶質(zhì)原子富集，引起晶格畸變，位錯(cuò)受阻，強(qiáng)度提高。②GP區(qū)有序化，形成θ’相，引起晶格進(jìn)一步畸變，位錯(cuò)進(jìn)一步受阻，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。③形成過渡相θ‘，溶質(zhì)原子富集形成CuAl2，部分與母相脫離共格關(guān)系，晶格畸變減輕，位錯(cuò)阻礙減少，合金趨向軟化。④θ相形成與長(zhǎng)大，形成穩(wěn)定的CuAl2，與母相完全脫離共格關(guān)系，晶格畸變大為減輕，強(qiáng)化效果顯著減弱，合金發(fā)生軟化。 影響時(shí)效強(qiáng)化的因素有：鋁合金的化學(xué)成分（硅、錳等強(qiáng)化效果不明顯，銅明顯）、合金的固溶處理工藝、時(shí)效溫度的影響、鋁合金的回歸現(xiàn)向（回歸處理時(shí)沒有完全重溶的析出相在時(shí)效處理過程中重新析出使時(shí)效效果減弱）。,.,3、請(qǐng)簡(jiǎn)述鋁合金的強(qiáng)化途徑 答:強(qiáng)化方式：①固溶強(qiáng)化：將合金元素溶入鋁晶格中形成有限固溶體使合金強(qiáng)度提高②時(shí)效強(qiáng)化:將固溶處理后的過飽和固溶體在較低溫度下歲時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)發(fā)生強(qiáng)度硬度進(jìn)一步升高的情況③過剩相強(qiáng)化：將鋁中加入過量的合金元素導(dǎo)致不溶入固溶體的過剩相出現(xiàn)，過剩相彌散分布導(dǎo)致合金強(qiáng)化④細(xì)化組織強(qiáng)化：加入變質(zhì)劑使合金組織細(xì)化強(qiáng)化合金。 5、銅合金有哪幾類？主要性能和用途如何？ 答：青銅、 黃銅、 白銅。 黃銅性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐磨性和耐海水腐蝕性好，優(yōu)于鋁合金和碳鋼。普通黃銅用于水管、油管、散熱器等；特殊黃銅用于制造船舶、高強(qiáng)耐蝕零件、鐘表、機(jī)械的軸瓦、耐磨零件； 青銅性能特點(diǎn)：具有極高的耐磨性且耐蝕性好，主要用于制作耐磨件如齒輪、軸套、渦輪、儀器上的彈簧、耐磨和抗磁零件； 白銅的性能特點(diǎn)：耐蝕性能好，加入Mn后有高電阻和低電阻溫度系數(shù)，可以用作低溫?zé)犭娕?、變阻器等?6、鎂合金有哪些常用的合金系，有幾種類型?熱處理方式是什么？ 答：鎂合金按成型工藝的不同主要分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。變形鎂合金的合金含量較低，對(duì)雜質(zhì)含量要求很高以保持其塑性，主要進(jìn)行的熱處理是固溶強(qiáng)化+時(shí)效處理。鑄造鎂合金可以進(jìn)行各種熱處理。,.,7、不同類型的鈦合金的強(qiáng)韌化機(jī)理、應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r如何？ 答：α型Ti合金：含有α穩(wěn)定性元素Al和中性元素Sn、Zr，同時(shí)起到固溶強(qiáng)化的效果 Β型Ti合金：含有β相穩(wěn)定元素Mo和Cr，同時(shí)加入Al和V來提高熱處理強(qiáng)化效果 α+β類Ti合金：同時(shí)含有α和β穩(wěn)定元素。 鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、汽車零部件制造、文體類用品制造等各個(gè)領(lǐng)域，β鈦合金的應(yīng)用更加廣泛。但由于原材料價(jià)格昂貴、加工制造成本大，鈦合金目前的工業(yè)化應(yīng)用受到了一定的限制，未來解決了這些問題一定會(huì)得到更好的發(fā)展。 8、滑動(dòng)軸承合金在性能上有何要求，在組織上有何特點(diǎn)？試分析錫基軸承合金中合金元素的作用。 答：滑動(dòng)軸承合金要求1合金必須有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度2足夠的塑型和韌性3低的摩擦系數(shù)4良好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。 組織特點(diǎn)：理想組織應(yīng)該是軟基體上均勻分布著硬質(zhì)點(diǎn)。軟基體被磨損下凹可以貯存潤(rùn)滑油并形成連續(xù)的油膜，硬質(zhì)點(diǎn)則凸起來支撐軸頸，使軸承和軸頸的實(shí)際接觸面積減小，減小摩擦。 錫基軸承合金中Sb溶于Sn形成軟基體，SnSb形成硬質(zhì)點(diǎn)，加入銅可以防止比重偏析。,.,第五章工具鋼 1、 常用碳素工具鋼和低合金工具鋼的典型鋼種有哪些，如何進(jìn)行熱處理，其主要用途是什么？ 答：(1)碳素工具鋼的碳的質(zhì)量系數(shù)在0.65%~1.35%，鋼號(hào)從T7到T13。熱處理：球化退火，加熱溫度范圍一般為730~800℃， 獲得細(xì)而均勻分布的球狀 P。淬火和回火：淬火加熱溫度為A1+30—50℃，屬于不完全淬火?；鼗饻囟纫蚬ぞ叩姆N類與用途而稍有差異，可以做低速切削的刃具和簡(jiǎn)單的冷沖模。 (2)低合金工具鋼，典型鋼種有Cr2，9SiCr， CrMn， CrWMn 等。 可作刃具和量具。熱處理： 球化退火，淬火： 加熱溫度比碳素工具鋼稍高些?；鼗穑?60~200℃。9SiCr鋼適合與制造形狀較復(fù)雜的小型工件，如絲錐，板牙， 鉆頭，鉸刀等。CrWMn鋼適于制作形狀復(fù)雜的工件，如拉刀，扳牙，量具及形狀復(fù)雜的高精度沖模。Cr2即 GCr15，制作切削工具，量具及冷軋輥等。 2.分析 9SiCr,9Mn2v,CrWMn 鋼中的合金元素的作用 答：（1）9SiCr，Si：增加鋼的淬透性，提高鋼的回火穩(wěn)定性；Cr：是碳化物形成元素，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，增加淬透性，阻止?jié)B碳體型碳化物的聚焦，長(zhǎng)大，提高了馬氏體的分解溫度，從而有效的提高了 鋼的回火抗力；不能防止Si的石墨化傾向。（2）9Mn2v，Mn：提高鋼的淬透性，但增加鋼的過熱傾向。V：更為有效的阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，降低過熱敏感性（3）CrWMn，Cr：是碳化物形成元素，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，增加淬透性，阻止?jié)B碳體型碳化物的聚焦，長(zhǎng)大，提高了馬氏體的分解溫度，從而有效的提高了鋼的回火抗力；不能防止Si的石墨化傾向。W：形成較穩(wěn)定的碳化物，阻止鋼的過熱Mn：提高鋼的淬透性，但增加鋼的過熱傾向。,.,3、制定高速鋼W18Cr4V的熱處理工藝，并說明工藝制定的原因？ 答：①球化退火： 退火溫度為 860~880， 在該溫度下保溫 2~3 小時(shí)。降低鋼的硬度以利切削加工也為淬火做組織上的準(zhǔn)備 ②淬火： 淬火溫度 1280， 在此淬火溫度下， 鋼中合金元素開始溶解， 油淬空冷正常組織是 M+碳化物+殘 A ，提高合金元素含量加強(qiáng)回火穩(wěn)定性③回火： 一般需進(jìn)行三次 560 度， 保溫 1 小時(shí)的回火處理 M 回+碳化物 ，消除殘余應(yīng)力④表面強(qiáng)化，改善刃具的切削效率和耐用性。 4.高速鋼中常用合金元素的作用是什么， 簡(jiǎn)述高速鋼的二次硬化現(xiàn)象? 答：①C： 重要強(qiáng)化元素，C 升高，淬火后的硬度和熱硬性都增高 ②W 和 Mo：提高熱硬性，回火熱穩(wěn)定性和細(xì)化晶粒改善韌性③Cr：提高淬透性，也增加耐蝕性和抗氧化性 ④V：細(xì)化晶粒提高回火穩(wěn)定性和熱硬性⑤Co：提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。降低韌性，增大脫碳傾向。⑥微合金元素：N：提高熱硬性，同時(shí)也提高抗彎強(qiáng)度和撓度，改善韌性。稀土金屬：提高鋼在900~1150間的熱塑性。 二次硬化：高速鋼回火溫度在500~600之間，鋼的硬度，強(qiáng)度和塑性均有提高，而在550~570時(shí)，可達(dá)到硬度，強(qiáng)度的最大值。在此溫度區(qū)間，自M中析出彌散的W(Mo)及V的碳化物，使鋼的硬度大大提高，此現(xiàn)象稱為二次硬化 5.高速鋼在退火態(tài)， 淬火態(tài)和回火態(tài)各有什么類型的碳化物？ 這些不同類型的碳化物對(duì)鋼的性能起什么作用？ 答：退火狀態(tài)下含有 M6C,M23C6,MC 三種碳化物 。淬火態(tài)下只有 M6C,MC,阻礙 A 晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒 回火態(tài)下有 M2C,MC 析出，彌散強(qiáng)化，產(chǎn)生二次硬化， 提高耐磨性,.,6 敘述高碳高鉻模具鋼的成分，熱處理，性能特點(diǎn)及用途？ 答：高碳高鉻模具鋼的成分含有較高的C和大量的Cr以及少量的Mo，V等。性能特點(diǎn)：高的耐磨性；高的淬透性；淬火變形小;高的紅硬性；碳化物不均勻比較嚴(yán)重。熱處理：等溫球化退火：加熱溫度一般為850~870，保溫3~4小時(shí)，退火溫度為720~740，保溫6~8小時(shí)，爐冷至小于500出爐空冷 淬火+回火 一次硬化處理：采用較低的淬火溫度并進(jìn)行低溫回火150~170 二次硬化處理： 在較高溫度溫度淬火，然后進(jìn)行多次高溫回火 。用途：適用于制造要求有耐磨性，高硬度和變形小的模具(落料，沖孔，修邊模，沖頭，剪刀) 7.冷作模具鋼（Cr12MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？其工藝以及性能有什么區(qū)別？ 答（1）一次硬化處理采用較低的淬火溫度并進(jìn)行低溫回火。采用較低的淬火溫度，晶粒較細(xì)，剛的強(qiáng)度和韌性較好。通常Cr12MoV鋼選用980至1030淬火，如希望得到較高的硬度，淬火溫度可取上限?；鼗饻囟纫话阍?50到170。硬度HRC61到63。回火溫度升高時(shí)硬度降低，但強(qiáng)度和韌性提高（2）二次硬化處理在較高的淬火溫度，然后進(jìn)行多次高溫回火，以達(dá)到二次硬化的目的。這樣可以獲得高的回火穩(wěn)定性，但稍降低剛的強(qiáng)度和韌性。 8.說出各種熱作模具鋼的典型鋼種，熱處理特點(diǎn)和用途。 答：①錘鍛模具鋼：典型鋼種：5CrMnMo、3Cr2MoWVNi。熱處理：830860加熱空氣預(yù)冷到760油淬，型腔與燕尾分開回火，回火溫度稍高于模面工作溫度。用途：模高小于400毫米的中小錘鍛模：5CrMnMo；模高大于400毫米錘鍛模：3Cr2MoWVNi。②熱擠壓、壓鑄模具鋼：a、鉻系：45Cr5MoSiV 、4Cr5W2SiV 熱處理：淬火(溫度高于錘鍛模具鋼)+回火 用途:尺寸不大的熱鍛模、鋁及銅合金的壓鑄模等 b、鎢系：3Cr2W8V 熱處理同前，主要用途：制造高溫下承受高應(yīng)力但不承受沖擊負(fù)荷的壓鑄模、熱擠壓模和頂鍛模。,.,9.分析T8,Cr12MoV鋼的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 答：T8鋼：較高硬度，能承受較大沖擊力，成本低，加工性能好，熱處理簡(jiǎn)單，但淬透性低，淬火變形開裂傾向大。Cr12MoV：高的耐磨性，高的淬透性，淬火變形小，高的紅硬性，成本高，加工工藝比較復(fù)雜。 10.在使用性能和工藝上，工具鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼有什么不同？ 答：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼通常以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。①力學(xué)性能要求：要求強(qiáng)度和韌性以保證機(jī)器零件體積小，結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好；要求有良好的疲勞性能與耐磨性等；②工藝性能（如冶煉性能，澆注性能，可鍛性能等）也有要求，但一般問題不大。（2）工具鋼①力學(xué)性能：高硬度高耐磨性，一定的塑性和刃型，良好的尺寸穩(wěn)定性。②工藝性能：一定的淬透性，變形與開裂傾向小，低脫碳敏感性，良好的切削加工性能。 第六章鑄鐵與鑄鋼 1、鑄鐵的成分、組織和性能與鋼有哪些區(qū)別？ 答：鑄鐵的是以鐵-碳-硅為主的多遠(yuǎn)鐵基合金，和碳鋼相比較有較高的碳和硅含量，還有較高的雜質(zhì)元素硫和磷。鑄鐵的組織是由石墨和金屬基體組成的，金屬基體有鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體，熱處理后有馬氏體、貝氏體等組織，它們相當(dāng)于鋼的組織；石墨的形態(tài)可以分為：片狀、蟹狀、蠕蟲狀、團(tuán)絮狀、不規(guī)則或開化狀、球狀石墨等六種。鑄鐵的機(jī)械性能較差，但有良好的耐磨性、高的消震性，低的缺口敏感性、優(yōu)良的切削加工性和鑄造性能。鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低。,.,2、影響鑄鐵石墨化的因素有哪些，如何影響？ 答：鑄鐵中石墨形成的過程稱為石墨化過程。影響因素有：1.化學(xué)成分 鑄鐵中常見的C，Si、Mn、P、S中，C，Si是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，S和Mn是阻礙石墨化的元素，P的促進(jìn)石墨化作用不明顯。2.冷卻速度 一般來說，鑄件冷卻速度趨緩慢，就越有利于按照Fe-G穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，充分進(jìn)行石墨化；反之則有利于按照 Fe-Fe3C亞穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，不利于石墨化。鑄鐵的冷卻速度是一個(gè)綜合的因素，它與澆注溫度、傳型材料的導(dǎo)熱能力以及鑄件的壁厚等因素有關(guān)，其中壁厚是主要的影響因素。 3、鑄鐵中的碳、硅含量與共晶溫度有什么關(guān)系？共晶溫度大小與鑄鐵組織有什么關(guān)系？ 答：隨C含量的增加，鐵水中的碳濃度增加，有利于石墨的形核，從而促進(jìn)了石墨化。Si的加入使共晶與共析轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。相圖上出現(xiàn)了共晶（共析）轉(zhuǎn)變的三相共存區(qū)：液相、奧氏體、石墨共晶區(qū)（奧氏體、鐵素體、石墨共析區(qū)），并且提高了共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度，共晶溫度的上升有利于石墨化，促進(jìn)鑄鐵組織的形成 4、灰口鑄鐵的性能如何？灰口鑄鐵可以進(jìn)行哪些熱處理？其目的如何？ 答：灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比同樣基體的鋼要低很多，抗壓強(qiáng)度顯著的大于抗拉強(qiáng)度。硬度歲成分和組織在HB130-270的范圍內(nèi)變化，隨共晶度增加，鑄鐵的硬度降低。沖擊韌性很差，灰鑄鐵中碳、硅總量越低、石墨數(shù)量越少、石墨片越細(xì)小，沖擊韌性越高。耐磨性比鋼要好，減震性比鋼約大6-10倍，鑄造性能和切削加工性能優(yōu)異?；铱阼T鐵進(jìn)行熱處理的主要方法有：消除應(yīng)力的退火、消除鑄件白口組織的退火或正火、提高硬度和耐磨性的表面淬火等。需要注意的是，灰口鑄鐵的熱處理只能改變其基體組織，或由白口轉(zhuǎn)變?yōu)榛铱冢鴮?duì)其石墨的形態(tài)是沒有改變的，因此，灰口鑄鐵的熱處理不能從根本上消除片狀石墨的有害作用，而是滿足其具體鑄件的工作需要。,.,5. 如何獲得球墨鑄鐵？其性能與灰口鑄鐵有何不同？ 答：球墨鑄鐵是將鐵水進(jìn)行球化處理，將片狀石墨轉(zhuǎn)化為球狀石墨而獲得的一種鑄鐵。球墨鑄鐵生產(chǎn)中， 鐵水在臨澆鑄前加入一定量的球化劑，以促使石墨結(jié)晶時(shí)生長(zhǎng)為球狀的工藝操作稱為球化處理。在球化處 理的同時(shí)必須進(jìn)行孕育處理（亦稱為石墨化處理），以促使石墨生核，生成球徑小、數(shù)量多、園整度好、分 布均勻的球狀石墨，從而改善球墨鑄鐵的機(jī)械性能。 性能： 球墨鑄鐵與其他鑄鐵相比有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，且因組織中有呈球狀的石墨存在，故其塑性與韌性雖低于鋼，但卻高于其它各類鑄鐵。 球狀的疲勞強(qiáng)度最高，團(tuán)絮狀的次之，片狀的最低，且隨石墨數(shù)量增多，鑄鐵的疲勞強(qiáng)度降低。 6. 球墨鑄鐵的基體可能有幾種（盡可能說得全面些），它們分別是如何獲得的？ 答：根據(jù)化學(xué)成分和冷卻速度的不同，基體組織在鑄態(tài)下可以是鐵素體、鐵素體加珠光體、珠光體,他們是由鑄件經(jīng)正火或退火處理后得到；如果將鑄件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或等溫淬火，則基體組織可轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w或下貝氏體組織. 8、可鍛鑄鐵的性能及應(yīng)用如何 答：可鍛鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，并接近于同類基體的球墨鑄鐵，尤其是珠光體基體可鍛鑄鐵，強(qiáng)度可與鑄鋼比美?？慑戣T鐵與球墨鑄鐵相比，還具有鐵水處理簡(jiǎn)易、質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低等優(yōu)點(diǎn)，所以可鍛鑄鐵常用于制作一些截面較薄而形狀復(fù)雜工作時(shí)受震動(dòng)而強(qiáng)度、韌性要求較高的零件。珠光體可鍛鑄鐵的可切削加工性能在鐵基合金中是最優(yōu)良的，可進(jìn)行高精度切削加工。珠光體可鍛鑄鐵還可以通過火焰加熱或感應(yīng)加熱進(jìn)行表面淬火。,.,7、請(qǐng)定制鐵素體基體可鍛鑄鐵的熱處理工藝并說明理由。 答： 可鍛造鑄鐵石墨化是由白口鑄鐵較長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火而研制的，在退火過程中主要是發(fā)生石墨化。 如果白口組織在退火過程中第一階段和第二階段石墨化充分進(jìn)行，則退火后得到鐵素體基體加團(tuán)絮狀石墨的組織，稱為鐵素體可鍛鑄鐵。 當(dāng)原始組織為珠光體加共晶滲碳體的白口鑄鐵緩慢加熱到 900-1000C 時(shí)，其原始組織便轉(zhuǎn)化為奧氏體加共晶滲碳體。第一階段石墨化 第一階段石墨化是發(fā)生在900-1000℃的高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫過程中，共晶滲碳體分解為奧氏體加團(tuán)絮狀石墨，此過程溫度越高，滲碳體分解速度越快，退火周期越短，但是，退火溫度過高，還引起石墨團(tuán)和奧氏體晶粒鈍化， 故第一階段石墨化溫度一般應(yīng)控制在 900-1000℃，最高不超過 1050℃。中間石墨化階段發(fā)生在第一階段石墨化以后，自高溫隨爐冷卻到750-720℃的過程中，從奧氏體中析出二次石墨，在此過程中冷卻速度不宜過快，以避免析出二次滲碳體，一般以40-50C/h 為宜。 第二階段石墨化發(fā)生在第一階段石墨化以后，以 3-5℃/h 的冷卻速度緩慢冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的過程中，奧氏體直接轉(zhuǎn)變成鐵素體加石墨，最終得到鐵素體可鍛鑄鐵。 冷卻過程： 經(jīng)過第二階段石墨化以后， 鑄件的組織已轉(zhuǎn)變成為鐵素體加團(tuán)絮狀石墨，在隨后的冷卻過程中將不發(fā)生相變，為了避免退火后產(chǎn)生脆性，通常應(yīng)在退火冷卻到 650℃左右后打開爐門進(jìn)行空冷。,