资源描述
合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用Me表示）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。奥氏体形成元素 ：在-Fe中有较大的溶解度,且能稳定-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co等铁素体形成元素： 在-Fe中有较大的溶解度，且能-Fe不稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo，W等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。如Cr钢碳化物转变异位析出： 含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。（和Mo既有原位析出又有异位析出）网状碳化物 ：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。水韧处理 ： 将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。（水韧后不再回火）超高强度钢 ： 用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后 抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。晶间腐蚀 ：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际金属已丧失强度）应力腐蚀：钢在拉应力状态下能发生应力腐蚀破坏的现象n/8规律 ：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。这个定律叫做n/8规律。黄铜 ：以Zn为主要合金元素的铜合金。青铜 ：除黄铜和白铜（铜-镍）合金之外的铜合金。白铜 ： 以镍为主要添加元素的铜基合金。灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。（片状石墨对基体产生割裂作用，并在尖端造成应力集中，故灰口铸铁力学性能较差）可锻铸铁：可锻铸铁中的碳全部以或大部分以图案絮状的石墨形式存在，它是由一定成分的白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。又称韧性铸铁。蠕墨铸铁：蠕墨铸铁中的碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。（高耐热性）麻口铸铁：麻口铸铁中的碳一部分以渗碳体形式存在，另一部分以石墨形式存在，端口呈黑白相间。（无实用价值）。基体钢：指其成分含有高速钢淬火组织中除过剩余碳化物以外的基体化学成分的钢种。（高强度高硬度，韧性和疲劳强度优于高速钢，可做冷热变形模具刚，也可作超高强度钢）双相钢：是指显微组织主要是由铁素体和体积分数的马氏体所组成的低合金高强度结构钢，即在软相铁素体基体上分布着一定量硬质相马氏体。黑色组织：高速钢在实际铸锭凝固时，冷速平均冷速。合金元素来不及扩散，在结晶和固态相变过程中转变不能完全进行，共析转变形成共析体为两相组织，易被腐蚀，在金相组织上呈黑色，而称作黑色组织。低（中高）合金钢：合金元素总量小于的合金钢叫低合金钢。合金含量在之间的合金钢叫中合金钢。大于的高合金钢。二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600范围内回火时，在M中析出弥散的W,Mo及V的碳化物，并使钢的硬度明显提高。称二次硬化现象)二次淬火：贫化的残留A中合金元素和C的含量下降，是Ms点升高，在回火过程中转变为M使钢的硬度提高。第一章1、合金元素V、Cr、W、Mo、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？答：奥氏体形成元素：C,N,Cu,Mn,Ni,Co,等。铁素体形成元素： Cr，V，Si，Al，Ti，Mo，W。V、Cr与-Fe可形成无限置换固溶体；Mn、Co、Ni与-Fe可形成无限置换固溶体。铁素体不锈钢 1cr17 0cr13Al 奥氏体不锈钢 00cr19Ni10 0cr18Ni9 2、简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量等等临界点）的影响。答：1改变奥氏体相区位置 奥氏体形成元素均使奥氏体存在的区域扩大，其中开启相区的元素如,Ni Mn含量较多时可使钢在室温下得到单相奥氏体相区。铁素体形成元素均使奥氏体的相区缩小，其中封闭相区的元素如Cr Ti Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相铁素体组织。2改变共析转变温度 扩大相区的元素，使共析转变温度降低。缩小相区的元素，使其升高。）3改变和等临界点的含碳量几乎所有合金元素均使共析点（S）和共晶点（E）含碳量降低，即S点和E点左移。.合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。答：答：基本类型：根据碳元素原子半径与过渡族金属元素原子半径的比值将碳化物分为第一类和第二类。第一类：当rc/rMe0.59时形成具有有简单晶体结构的碳化物间隙相，称简单间隙碳化物。如W、MO、V、TI等形成的碳化物。rc/rMe0.59时，形成具有复杂结构的碳化物,称复杂间隙碳化物。如Cr、Mn、Fe形成的碳化物。第二类比第一类稳定性低。如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？答：1）低温回火脆性（第I类，不具有可逆性）其形成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；防止：加入Mo,Ti,V,Al可改善脆性；Si可有效的推迟脆性温度去。2)高温回火脆性（第II类，具有可逆性）其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：在钢中加入适当的W，Mo,Ti等可有效地抑制其它元素偏聚，稀土元素也能抑制回火脆性的产生.如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。相同点：都发生在合金钢中，含有强碳化物形成元素相对多，发生在淬回火过程中，且回火温度550左右。不同点：二次淬火，是回火冷却过程中Ar转变为m，是钢硬度增加。二次硬化：回火后，钢硬度不降反升的现象（由于特殊k的沉淀析出）一般地，钢有哪些强化与韧化途径？强化固溶强化细晶强化形变强化第二相强化韧化1、细化晶粒2、提高钢的耐回火性3、改善基体韧性4、细化碳化物5、调整化学成分6、形变热处理7、低碳马氏体强韧化提高冶金质量.钢合金化与强韧化机理答：采用“多元少量”的合金化原则，获得强度塑韧性良好配合，提高钢的淬透性，回火稳定性，抑制回火脆性。强化：1，固溶强化：加入 Si、Mn、Mo溶于钢的基体中，使晶格畸变产生弹性应力场，与阻碍位错运动，而达到强化效果。2沉淀强化 由于高温下VC沿晶界的析出起钉扎作用，增大位错运动阻力，达到强化效果。3细晶强化 由于VC的弥散分布阻止A晶粒长大，相界面增加，位错阻力增加位错塞积而强化；韧化：细化晶粒，细化碳化物，等碳化物形成元素，阻止渗碳体析出长大，从而细化K，而强碳化物形成元素，阻止A晶粒长大，细化基体组织，提高韧度第二章 工程结构钢1 对工程结构钢的基本性能要求是什么？答：（1）足够高的强度和韧性；（2）良好的焊接性及一定的耐蚀性（3）良好的成形工艺性。2低合金高强度钢的合金化特点答：以锰为主，Cr，镍 含量较低；微合金化元素有V,Ti,Nb,Mo,B;利用少量磷提高耐大气腐蚀性；加入微量稀土元素，以便脱硫、去气、消除有害杂质、改善夹杂物的形态与分布，提高钢的力学性能，对工艺性能也有好处。3微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？试举例说明。成分热处理常用组织主要性能调质钢0.250.45%C的C钢或中、低合金钢退火或正火或正火+高回淬火高温回火+淬或表氮回火S或回火托氏体较高强韧性和良好的综合力学性能弹簧钢中、高碳素钢或低合金钢淬火中温回火回火托氏体高的弹性极限，高的疲劳强度和屈强比，足够的韧性，良好的表面质量，一定的淬透性，良好的耐热性和耐蚀性。作用：铌，钒或钛作为微合金元素，其作用之一是通过他们的碳化物、氮化物质点阻止奥氏体晶粒在加热时长大，例：微量钛（w小于等于0.02%）以TiN从高温固态钢中析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长大很有效；作用二是在轧制时延迟奥氏体的再结晶，例:在热加工过程中，通过应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，起钉扎作用，有效地阻止奥氏体再结晶的晶界和位错的运动，抑制再结晶过程的进行。.调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较，并熟悉各自主要钢种。主要钢种:A.调质钢：按淬透性大小可分为几级：1）低淬透性钢45，40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi3）中淬透性钢635CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi4）高淬透性钢40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo B.弹簧钢：1）Mn弹簧钢： 60Mn，65Mn 2）MnSi弹簧钢：55Si2Mn，60Si2MnA 3）Cr弹簧钢： 50CrMn， 50CrVA, 50CrMnVA (使用T300 )4）耐热弹簧：30W4Cr2VA (可达500) 5）耐蚀弹簧：3Cr13, 4Cr13, 1Cr18Ni9Ti （温度400 ）.马氏体时效钢与低合金超强钢相比，在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同？合金化热处理强化机制主要性能马氏体时效钢1） 过大相区（Ni、Co）；2） 时效强化（Ni，Ti, Al, Mo, Nb ，Mo）；3） 为提高塑韧性，必须严格控制杂事元素含量（C,S,N,P）1）高温奥氏体化后淬火成马氏体（Ms:100150 ）；2）进行时效，产生强烈沉淀强化效应，显著提高强度。 固溶强化第二相强化位错强化高强度，同时具有良好的塑韧性和缺口强度；热处理工艺简单；淬火后硬度低，冷变形性能和切削性能好；焊接性较好低合金超强钢1）保证钢的淬透性（Cr, Mn, Ni）；2）增加钢的抗回火稳定性（V, Mo）；3）推迟低温回火脆性（Si）； 4）细化晶粒（V,Mo）。淬火 + 低温回火或等温淬火使用状态下的组织为回火马氏体或下贝氏体加入一定量的合金元素如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V等进行综合合金化来有效地提高钢的过冷奥氏体的稳定性强度高；成本低廉；生产工艺较简单；韧塑性较差；缺口敏感性大； 焊接性不太好。、 GCr15钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是什么？答：高碳铬轴承钢 C含量0.951.05%，Cr含量1.401.65%。 C的作用：固溶强化提高硬度和耐磨性。Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、减小过热敏感性，增加钢的韧性和耐回火性预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火最终热处理：淬火 + 低温回火 +时效（稳定化处理 ）高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？为何具有抗磨特性？平衡态组织：+ （Fe，Mn）3C 铸态组织： （+ ） +碳化物 固溶处理后组织：单相 使用状态下组织: 表面硬层 + 内部高锰钢经热处理后获得单一的奥氏体组织，当它受到剧烈冲击及高的压应力作用时，表层的奥氏体将迅速产生加工硬化，同时伴有奥氏体向马氏体的转变，导致表层硬度提高到450550HBW，从而形成硬而耐磨的表面，但内部仍保持原有的低硬度状态。当表层被磨损后，新的表面将继续产生加工硬化，获得高的硬度。 第四章1 从总体看，工具钢与结构钢相比，在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与实际应用方面各自有何特点？结构钢工具钢成分C：中低C合金元素:中偏低中高C合金元素:中偏低高C组织P（S,T）,B,MM,S,T热处理退、正、淬、回火淬火回火综合性能强韧（热）硬，强应用工程或制答：、什么是红硬性？为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中有利于提高钢的红硬性？答：红硬性：在高温下保持高硬度的能力。在高速切削过程中，刀具的刃部温度可达600以上，并且要满足切削性能和耐磨性，这要求它必须具有红硬性。提高红硬性元素：C碳、W钨、V钒、Co钴、微合金元素。18-4-1高速钢的铸态显微组织特征是什么？为什么高速钢在热处理之前一定锻造？铸态组织 ： 鱼骨状Le+中心黑色组织 -共析体+白色的马氏体+残留的奥氏体（M+r）.铸态高速钢由于组织中存在大量粗大的共晶碳化物，并呈不均匀的网状分布，因而严重影响高速钢的性能，所以必须经过锻轧将其破碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为什么高达1280？回火及预热工艺及特点？高速钢中合金碳化物M6C、M23C6和MC比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。所以虽然高速钢的Ac1为820-840，但其淬火加热温度必须在Ac1+400以上。根据情况可采取一次预热和二次预热，一般直径小的工件采用800-850，对于大型刃具工件，采用二次预热，第一次预热为500-600，第二次在800-850，预热时间为淬火加热时间的二倍。三次560保温1小时回火。5.高碳高珞冷作模具钢性能特点，元素作用及其热处理工艺及组织什么？答；性能特点;具有高强度和耐磨性，也要有一定的韧性，足够的淬透性，淬火变形小。钢中的元素为（1.4%2.3%） （11%-13%）、还有少量的钼和钒。这些元素形成的碳化物在高温淬火时大量溶解于奥氏体中，增加了钢的淬透性；在高温（500左右）回火时，合金元素又从马氏体中析出，产生二次硬化，增加了耐回火性，从而提高了钢的硬度和耐磨性；加入钼和钒，除了进一步提高钢的耐回火性，增加淬透性以外，还能细化晶粒，改善韧性。高碳高铬型钢锻造后采用等温球化退火，温度850-870，等温时间34h，退火后得到索氏体型珠光体+粒状碳化物组织。高碳高铬型钢的淬火回火处理通常有一次硬化（采用较低的淬火回火温度），9801030淬火+150170低温回火，得到组织马氏体和少量残奥二次硬化法（采用高的淬火温度进行多次回火处理），淬火温度10501100+490520多次回火，得到的组织马氏体第五章1.合金元素对不锈钢的影响。1）提高金属的电极电位2）是金属易于钝化3）是钢获得单相组织并具有均匀的化学成分，组织结构和金属的纯净度，目的是避免形成为微电势。2.奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。产生的原因：这类钢在加热到450-850温度区间会发生敏化，过饱和的固溶的碳向晶粒边界扩散，与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物Cr23C6，并在晶界析出，由碳比铬的扩散快的多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边的Cr的质量分数低于12%，即所谓的“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀。影响因素：不锈钢的碳含量;化学成分；加热温度； 加热时间。防止方法：1）降低钢中的碳量；2）钢中加入强碳化物形成元素（Ti、Nb），形成特殊碳化物，消除晶间贫铬去；3）经1050-1100淬火，以保证固溶体中碳和铬的含量。3.耐热钢中合金元素的作用是什么？耐热钢的种类？铬：提高钢抗氧化性的主要元素钼，钨：提高低合金耐热钢热强性能的重要元素铝：提高钢抗氧化性的辅助元素硅：提高抗氧化性的辅助元素镍：主要是获得工艺性能良好的奥氏体组织而加入钛，铌，钒：这些强碳化物形成元素能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性碳：碳能强化钢，在较低温度时，钢的蠕变主要是以滑移为主，碳有强化作用；在较高温度下，钢的蠕变是以扩散塑性变形为主，而碳促进了碳原子的自扩散，所以起了不利的作用。耐热钢分为抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢有F型抗氧化钢和A型抗氧化钢；热强刚有珠光体耐热钢，马氏体耐热钢，奥氏体耐热钢。第六章 铸铁1铸铁与钢相比，在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？成分： C、Si含量高，S、P含量高组织： 钢的基体 +（不同形状）石墨；性能：性能比钢要低，特别塑、韧性;G：HB3-5， 屈强20MPa, 延伸率近为0;但具有优良的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敏感性；2.可锻铸铁的其生产分几步？1）将一定成分的铁液浇注成白口铸铁2）高温G化退火（900-980度15h 。第七章1. 1以Al-4%Cu合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能（强度）变化。1）形成溶质原子（Cu）的富集区GPI 与母相（Al为基的固溶体）保持共格关系，引起的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而提高强度；2）GPI区有序化GPII区（）化学成分接近CuAl2，具有正方晶格，引起更严重的畸变，使位错运动更大阻碍，显著提高强度；3）溶质原子的继续富集，以及 形成已达到CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。4）稳定相的形成与长大与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。这种现象称为过时效。2.变形铝合金分类，牌号及主要性能特点。变形铝合金分为:防锈铝合金、硬铝合金、锻铝合金、超硬铝合金。1）防锈铝合金有 Al-Mn系，牌号为3A系列铝合金； 和Al-Mg系，牌号为5A系列铝合金。很好的塑性加工性能和焊接性能，但强度低且不能热处理强化，只能采用冷变形加工提高其强度。2）硬铝合金是Al-Cu-Mg合金系，牌号为2A系列铝合金。具有良好的耐热性，强度高，但塑性及承受冷热加工能力差3）超硬铝合金为Al-Zn-Mg-Cu系，牌号是7A系铝合金。强度高，韧性储备高，具有良好的工艺性能；缺点：耐蚀性差，疲劳强度低，应力腐蚀倾向大。4）锻铝合金是 Al-Mg-Si-Cu系，牌号为2A系列铝合金，代号用LD和顺序号表示。具有良好的热塑性和锻造性能。 3铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点。答：普通锻铝合金：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu ；热锻铝合金，Al-Cu-Mg-Ni-Fe 合金系牌号主要性能特点Al-Si系ZL1xx最好的铸造性能、中等强度和抗蚀性，应用最广泛。Al-Cu系ZL20x最高的高温和室温性能，适于制造大负荷或耐热铸件，但铸造性能和抗蚀性较差。Al-Mg系ZL30x有最好的抗蚀性和较高的强度，但铸造、耐热性能差，适于抗蚀、耐冲击和表面装饰性高的铸件。Al-Zn系ZL40x铸态下的高强度铝合金，在强度、抗蚀性和铸造性能，均中等
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