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.,第一章相组成、相变及性能1、钢中常用的合金元素有哪些？哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？答：为合金化目的加入其含量有一定范围的元素称为合金元素。有Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al, Cu, B等。在-Fe中有较大溶解度并稳定固溶体的元素称为奥氏体形成元素：Ni、Mn、Co，C、N、Cu；无限互溶，有限溶解。在-Fe中有较大溶解度并稳定固溶体的元素称为铁素体形成元素：Cr、V，W、Mo、Ti。2、合金元素与碳的亲和力与什么条件有关？请例举几种强、中等强、弱碳化物形成元素。答：合金元素与碳的亲和力主要取决于其 d 层电子数， d 层电子越少， 则金属元素与碳的结合强度越大， 在钢中的稳定性也越大。 Ti、 Zr、 Nb、 V 是强碳化物形成元素。 W、 Mo、 Cr 是中等强度碳化物形成元素。 Mn、 Fe 属于弱碳化物形成元素。3、简述合金钢中碳化物形成规律答：1） 碳化物是钢中主要的强化相， 碳化物形成元素均位于 Fe 的左侧， 非碳化物形成元素均处于周期表右侧。 2） 金属元素的 d 层电子越少， 则金属元素与 C、 N 的结合强度越大， 在钢中的稳定性也越大。 3)当 c/ Me0.59 时碳与合金元素形成一种复杂点阵结构的碳化物。（Cr、 Mn、 Fe） 当 c/ Me =0.59 时， 形成简单点阵的碳化物（间隙相）（Mo、w、 V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr）4）碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难；5）强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。,.,4、在铁碳像图中，含有0.77%C的成为共析钢，如果在此钢中添加Mn元素或者添加Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？答：Fe-C-Mn 或 Fe-C-Cr 是过共析钢。 几乎所有的合金元素都使铁碳相图中的S点左移，即共析含碳量降低。5、请说出下列钢号表示何类钢种，大致的碳含量和合金元素含量，它们的共析温度是上移还是下移（与碳钢相比）？为什么？45、40Cr、42Mn答： 45： 优质碳素结构钢， 碳含量 0.45%， 合金元素含量无， 共析温度不变。 40Cr： 低合金结构钢， 碳含量 0.4%， 合金元素含量1.5%， 使共析温度上移， 是缩小 r 相区的元素。 42Mn： 优质碳素结构钢， 碳含量 0.42%， 较高含锰量， 使共析温度下移， 是扩大 P 相区的元素。6 、钢中的常见相有哪些， 分别加以说明？ 答：钢铁材料中的常见相有：铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体。铁素体：碳溶解在- Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。奥氏体：碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。渗碳体：铁碳合金中，当碳的含量超过碳在铁中的溶解度极限时，多余的碳就与铁形成化合物Fe3C，称为渗碳体，含碳6.67。渗碳体硬而脆，塑性和冲击韧性非常低，是碳钢中主要强化相。珠光体是含碳量为0.8的奥氏体转变为含碳量为0.02的铁素体和渗碳体的共析混合物。在显微镜下观察时，一般呈片状相间排列，低倍观察时有类似珍珠的光泽，故称为珠光体。,.,7 、为什么说钢中的 S、 P 杂质元素在一般情况下总是有害的？答： S： 在固态铁中的溶解度极小， S 和 Fe 能形成 FeS， 并易于形成低熔点共晶。 发生热脆裂。 P： 可固溶与 a-Fe,但剧烈的降低钢的韧性， 特别是低温韧性， 称为冷脆。S 和 P 均降低钢的韧性，故为有害杂质。8、合金元素对纯铁相区的影响可分为哪几种？答：开启相区的元素：Ni、Mn、Co属于此类；扩展相区元素：C、N、Cu属于此类；封闭相区的元素：V、Ti、W、Mo、Al、Cr、Si属于此类；缩小相区的元素：B、Zr、Nb、Ta属于此类9、镍和铁可否形成无限置换固溶体？为什么？答：因为两者的晶格类型相同，且其原子半径尺寸差别较小，满足了形成无限置换固溶体的相关条件，故可以10、溶体的溶解度取决于什么？请举例说明答：1.原子半径，原子尺寸差别越小，溶质原子融入越多2.晶体结构，组元间晶体结构越相近，固溶体溶解度越大3.电负性差，电负性差越小，越易形成固溶体11、碳化物按点阵分为哪两大类？各有什么特点？什么叫合金渗碳体和特殊化合物？答： 1）简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。复杂点阵结构：M23C6 、M7C3 、M3C。特点：硬度、熔点较低，稳定性较差。合金渗碳体：当合金元素含量较少时，溶解于其他碳化物，形成复合碳化物，即多元合金碳化物。如Mo，W，Cr含量较少时，形成合金渗碳体。特殊碳化物：随着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。第二章结构钢与工具钢1 提高钢的强度， 有哪些措施？ 提高钢的韧性， 有哪些措施？答： 提高强度：1、适度增加含碳量 2、加入合金元素，如锰、钛等 3、改善钢的金相组织 4、热处理，如：淬火、回火、调质等 5、固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细晶强化等几种强化方式。提高韧性：1）细化晶粒、组织 2）提高钢的回火稳定性 3）,.,改善基体韧度 4）细化碳化物 5）降低或消除钢的回火脆性 6）在保证强度水平下，适当降低碳含量7）通过合金化形成一定量残余奥氏体，利用稳定的残余奥氏体提高韧度2、钢有哪些主要的工艺性能？请选择一种工艺性能，设想采用何种合金化手段来改善这种工艺性能。答：钢的最主要的工艺性能是冷、热加工性能，包括铸造、压力加工、焊接、热处理及机械加工性能 力学性能是钢材最重要的使用性能,包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。对冷压力加工性能，一般通过降低杂质元素含量，加入微量Nb、Ti、P等合金元素来实现提高硬度、深冲性能的效果3、 简单介绍低合金钢的合金化思路？ 答： 为提高碳素工程结构钢的强度， 而加入的少量合金元素， 利用合金元素产生固溶强化细晶强化和沉淀强化来提高强度。同时，利用细晶强化使钢的韧-脆转化温度降低， 来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转化温度升高的部分。同时通过合金元素来控制钢的组织成分，获得所需的性能 4、双相钢组织性能特点和获取方法？ 答：双相钢的显微组织是通过在 r+a 两相区加热淬火或热轧后空冷得到20%到30%马氏体和80%到70%铁素体，即显微组织：F+岛状（或纤维状）M+少量 A。 性能特点： 1） 低的屈服强度， 一般不超过 350MPa。 2） - 曲线光滑连续，没有屈服平台，要无锯齿行屈服（应力-应变） 现象。3）高的均匀延伸率和总延伸率，其总延伸率在 24%以上。4）高的加工硬化指数，n 值大于0.24。5）高的塑性应变比（r） 根据生产工艺，双相钢可分为退火双相钢和热轧双相钢两大类：退火双相钢：将板带材在两相区（r+a）加热退火，然后空冷或快冷得到 F+M 组织。热轧双相钢：在热轧状态下，通过控制冷却得到 F+M 的双相组织其生产工艺为：1150-1250C加热870-925终轧，空冷到 455-635卷取。,.,5、简述低碳马氏体的强韧化途径 答：低碳 M 锻轧后空冷： B+M+F； 锻轧后直接淬火并回火： 低碳回火 M。 低碳回火 M 具有高强度高热性和高的疲劳强度。 强韧化途径： 1 低碳加入 Mo、 Nb、 V、 B 等与合理含量的 Mn 和 Cr 配合。 2 提高淬透性加入 Nb 微合金元素细化晶粒。 6、请介绍调质钢的成分特点和常规热处理工艺答：成分特点：中碳，碳含量一般在 0.3%0.5% 2 合金元素：主加合金元素：CrMnSiNi；辅加合金元素：Mo W V Ti Al B 等 常规处理工艺：1，预备热处理：合金含量较少时，一般采用在Ac3线以上加热进行正火。合金含量较多时， 一般采用在Ac3线加热进行正火，随后再进行一次高温回火. 2，最终热处理： ，淬火：将钢件加热至Ac3线以上进行淬火。 ，回火。，表面处理。7、列举出常用调质钢的典型钢号， 说明合金元素在调质钢中的主要作用？ 答： 合金调质钢按淬透性高低可分为低， 中， 高淬透性三类。 （1） 低淬透性合金调质钢： 40Cr、 40CrV、 40MnB、 40MnV、 38CrSi、 40MnVB 等 （2） 中淬透性合金调质钢： 35 CrMo、 40 CrMn、 40 CrNi、 30 CrMnSi 等 （3） 高淬透性合金调质钢： 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 相， 起固溶强化作用；3、 Cr、 Mo、 W、 V 等阻碍 相的再结晶， 也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大， 使钢保持高硬度。 4、加入 Mo、 W 来防止回火脆性。 5、V、 Ti、 Al 起细化晶粒的作用。 6、C： 是降低调制钢冲击韧性的元素， P： 对冲击韧性危害甚大,.,8、说明65Mn、60Si2M、50CrVA钢的主要性能及用途。答：三种都是弹簧钢；主要性能：好的弹性和高的屈服强度，有足够的弹性变形能力；高的疲劳强度，足够的韧性和塑性。用途：主要用于制作弹簧或要求高弹性的其他零件。9、有些普通弹簧冷卷成型后为什么要进行去应力退火？ 车辆用板簧淬火后， 为什么要用中温回火？答： 普通弹簧冷卷成型后有内应力的存在，需要进行去应力退火消除应力。车辆用板簧属于大型弹簧， 在热成型后，要进行淬火及中温回火，以获得较高的弹性极限和屈服极限10、说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要特点，合金元素的作用和用途。答：20Cr（低淬透性合金渗碳钢）此类钢通常只用于制造冲击载荷较小的，且对于心部要求不高的小型渗碳件如小齿轮、套筒、链条等。Cr 元素：提高钢材的渗透性，提高钢件的强度和韧性，加大渗碳的厚度。 20CrMnTi（中淬透性合金渗碳钢）：具有良好的机械性能和工艺性能。淬透性较高过热敏感性小。合金元素提高钢材的淬透性，提高钢材的强度和韧性。Cr加大渗碳层的厚度，Mn是一个较好的合金元素， 既可加速渗碳层的厚度，又不过多提高渗碳层的含碳量。Ti减小渗碳层的厚度，此种钢大量用于制造承受高速中载荷并要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车和拖拉机上的重要齿轮及离合器轴等。 18Cr2Ni4WA（高淬透性合金渗碳钢）：具有很好的韧性：特别是低温冲击韧性。Ni减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。主要用于制造大截面，高载荷的重要齿轮和耐磨件，如飞机，坦克的重要齿轮及曲轴等。,.,11、说明 38CrMoAlA 钢的主要性能特点， 各合金元素的作用和用途。 答：38CrMoAlA（氮化钢）：表面高硬度，高耐磨性，高疲劳强度，心部具有良好的综合机械性能。Cr，Mo，Al能在相中形成微细的氮化物颗粒，对相起强化作用。阻碍氮原子向内部扩散，减小氮化层的层深。Al是非碳化物形成元素。Al的存在并不增加钢中碳化物的溶解温度。Cr、Mo增大钢的淬透性。Cr元素溶入M中时使钢在400度500度回火时保持高的强度，Mo元素溶入M中时能使钢在500度600度回火时保持高的强度。还可使钢在510800度氮化长期保温和随后炉冷时不至产生回火退化。广泛应用要求高耐磨性，高硬度表面的零件。 12、为什么滚动轴承钢的含碳量都为高碳？ 滚动轴承钢中常含有哪些元素？各起什么作用？为什么含 Cr 量限制在一定范围？ 答：滚动轴承性能的要求之一是有高的淬透性和高的耐磨性，而主要取决于含碳量因而为了保障滚动轴承钢有较高的硬度和耐磨性轴承钢的含碳量很高。滚动轴承钢中常含有 Cr（主加合金元素）、Si、Mn、V 等。Cr的作用是提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性提高钢的回火稳定性。 加入Si、Mn、V 可以进一步提高淬透性。适量的Si（0.4%-0.6%）还能明显提高钢的强度和弹性极限。V除提高淬透性之外还可形成VC，提高钢的耐磨性并防止过热。适宜的Cr含量为0.4%-1.65%当Cr含量高于以后会使A增加使钢的硬度和尺寸稳定性降低同时增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性，所以含Cr量要限制在一定范围。13、滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有哪些要求？ 为什么？ 答：对原始组织的要求： 1 原始组织必须无缩孔， 皮下气泡白点和过烧； 2 严格控制非金属夹杂物（氧化物和硫化物）； 3严格控制疏松级别； 4 改善表面碳化物不均匀性（网状带状和液析）； 表面质量要求： 硬度高耐磨性好具有较高的接触疲劳强度抗腐蚀性能好。 冶金质量要求： 严格控制非金属夹杂物（氧化物和硫化物）， 改善表面碳化物不均匀性（网状带状和液析）。,.,14、在使用状态下， 滚动轴承钢的最佳组织是什么？ 在工艺上应如保证？ 答：在使用状态下， 滚动轴承的最佳组织是 M 回加细粒碳化物以及 A。 淬火加低温回火。 淬火： 加热温度为 820-840 度。 淬火后应立即回火， 以消除内应力， 回火温度一般为 150-160 度。 保温时间 2-4 小时， 最好在油中进行。 球化退火： 预先 热处理， 最终热处理。 球化退火温度范围： 770-810 度。 大于 90 度是最适宜的加热温度。15、什么是易切削钢？易切削钢常用作哪些零件？答：通过在钢中加入S、P、Pb、Ca等元素来形成非金属夹杂或金属间化合物，或本身以金属形态存在（如Pb），可以起到断屑、减小刀具磨损和改善钢的切削性能的作用的合金钢。 这类钢的机械性能较低，只能用于一些机械性能要求不高，而加工效率和加工质量及精度要求很高的零件。16、在易切削钢中常加入哪些元素？他们对提高钢的切削性能的作用机理是什么？答：易切削钢中常加入的合金元素是 S、 P、 Se、 Te、 Pb、 Ca 等， 形成 MnS、 CaS、 MnTe、 PbTe、 -CaOSiO2、 2CaOAl2O3SiO2等， 或 Pb 的金属夹杂物。 S 以 MnS 夹杂物存在， 热轧， 热轧时沿轧向伸长呈条状， 钢的横向性能随之下降。 过高的 w（Mn） /w（S） 使 MnS 夹杂长宽比增高， 对性能不利；钢中高 Si 或 Al 是 MnS 夹杂长宽比增加；含 Pb 易切削钢用来制作要求力学性能方向性小的零件；加入 Te 可进一步提高钢的切削性，可形成 MnTe、 MnS 即金属 Pb 三者复合夹杂物；S-Te-Pb 易切削钢能降低刀具磨耗， 提高刀具寿命和零件表面光洁度；钢用 Ca-Si 脱氧时，钢中非金属夹杂物为 2CaO Al2O3 SiO2，机加工时，在刀具工作面沉积一层薄的熔点较低的铝酸钙保护膜，可延长刀具的使用寿命。,.,13.高锰耐磨钢有什么特点？ 为什么会有这样的特点？ 如何获得这些特点？ 在什么情况下适合使用这类钢？ 性能特点答： 在受到冲击在和及高压力的作用下， 其表面层将迅速产生加工硬化， 从而产生高耐磨的表面层， 而内层依然保持优良的冲击韧性。 本质原因： 是通过大量形变在 A 基体中产生大量层错， 形变孪晶、 -M 和 -M， 称为为错运动的障碍。 经强烈冲击后，钢的表面硬度极大地提高到了 500HB 左右， 而心部仍保持韧性的 A， 所以能承受强有力的冲击载荷而不破裂。 如何获得：碳含量以 1.15%-1.25%范围内为最合适。 通常 Mn/C 的比值应为 9-11.（1） 对于耐磨性要求较高、 冲击韧性要求略低形状不太复杂或薄壁的零件： w（Mn） =11-14%， Mn/C 取低限；（2） 对于耐磨性要求略低、 冲击韧性要求较高形状复杂或厚壁的零件： w（Mn） =10-13%， Mn/C 取高限； 加入 2.0%-4.0%Cr 或适量的 Mo 和 V， 提高屈服强度、 冲击韧性和抗磨性加入一定量的稀土金属元素。 高锰耐磨钢主要用于制造要求耐磨及耐冲击的一些零件。 如挖掘机的铲斗、 碎石机的颚板、 衬板等。 还大量用于挖掘机、 拖拉机、 坦克等的履 带板， 主动轮和履带支承滚轮等。第三章 耐蚀和耐热合金2、提高耐蚀性的基本途径有哪些。答：（1）使钢的表面形成稳定保护膜，Cr、Al、Si有效。（2）提高不锈钢固溶体的电极电位或形成稳定钝化区，降低微电池的电动势Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr理想。（3）使钢获得单相组织 Ni、Mn 单相奥氏体组织。（4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。,.,1、回答化学腐蚀、电化学腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀的机理答：化学腐蚀： 金属和化学介质直接发生化学反应造成的腐蚀称化学腐蚀。电化学腐蚀：由于钢本身的不均匀性，各个成分和组织间电极电位不同构成原电池而产生的。晶间腐蚀：由于Cr在晶界以碳化物形式析出而造成晶界贫Cr，其结果是晶界与晶内电极电位不同，特别是晶界处由于Cr含量低于临界值使电极电位低于腐蚀电位，导致晶间腐蚀。点腐蚀：Cl-穿透不够致密的氧化膜与钢形成可溶性腐蚀产物，导致钢的表面暴露，在局部形成点蚀。应力腐蚀：应力腐蚀本质上可以分为高应力腐蚀和低应力腐蚀；高应力腐蚀是由于应力作用下位错滑移不断破坏钝化膜并形成新鲜表面而造成电化学腐蚀；低应力腐蚀又可分为Cl-和H+离子造成的两类，前者是阳极反应，以暴露的钢为阳极，钝化膜为阴极，由于阳极溶解形成裂缝，其前沿为三向应力区，导致应力腐蚀，后者为阳极反应。3、合金元素对钢的耐蚀性有何影响？答：1）碳：碳能强烈的稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力为 Ni 的三十倍；碳与Cr能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响。 2）Cr提高钝化膜稳定性的必要元素，Cr10-12%合金的钝化能力显著提高，摩尔分数提高到12.5%、25%、37.5%，合金在硝酸中的腐蚀速度都相应有一个突然降低，当 Cr 含量达到 1/8，2/8时铁的电极电位跳跃式增加耐蚀性随之提高 3）Ni提高钢的耐蚀性，在非氧化性硫酸中更显著。摩尔分数为12.5% 和25%时，耐蚀性明显提高。Ni是奥氏体稳定化元素， Ni能有效降低Ms点，使奥氏体能保持到很低温度。4） Mn 提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性，比Ni更有效，Mn是Ni的代用品是奥氏体稳定化的元素，Mn在奥氏体不锈钢中部分替代Ni,2%Mn相当于1%Ni。 5）Mo提高不锈钢的钝化作用和耐蚀性，可阻止点蚀。 6）Si提高钢在盐酸、 硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性，在不锈钢中加入2%-4%的硅，提高耐蚀性。7） Ti、Nb是强的碳化物形成元素,可优先于Cr同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀提高耐蚀性。,.,5、奥氏体不锈钢有哪几种系列，典型钢号是什么？主要应用如何？答：奥氏体不锈钢可以分为：Cr-Ni系不锈钢，典型钢号：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9 主要用于做液氮或低温液体的压力容器 Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系，典型钢号：1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N 主要用于要求耐蚀的同时又要求高的屈服强度的零部件 亚稳奥氏体不锈钢 典型钢号：1Cr18Ni8、1Cr18Ni8Mo 主要用于制作不锈弹簧Cr-Ni-Mo-Cu系 典型钢号：1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 主要用于制作在非氧化性酸中工作的零件 Cr-Ni-Mo-N系 典型钢号： 00Cr22Ni22Mo2.5N、00Cr22Ni6Mo3N 用于在含卤族元素离子介质中抗点腐蚀的钢，也用于耐海洋腐蚀的海洋设备上 Cr-Ni-Si系 典型钢号： 0Cr18Ni14Si4 主要用于抗应力腐蚀钢6、奥氏体不锈钢的成分特点和热处理方法。答：奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%Ni为典型成分发展起来的，这一含量正好处于奥氏体有利于形成的成分范围；此外还含有Ni、Mn、N、Cu等稳定奥氏体存在的合金元素。 热处理方法：1 固溶化处理：将钢加热到过剩相充分溶解到固溶体中的某一温度,保持一定时间之后快速冷却的工艺方法。目的是要把在以前各加工工序中产生或析出的合金碳化物,如(FeCr)23C6等以及相重新溶解到奥氏体中,获取单一的奥氏体组织(有的可能存在少量的铁素体）2 稳定化退火：对含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。目的是利用钛、铌与碳的强结合特性,稳定碳,使其尽量不与铬结合,最终达到稳定铬的目的,提高铬在奥氏体中的稳定性,避免从晶界析出,确保材料的耐腐蚀性。3 消除应力处理。去除加工过程中产生的应力或去除加工后的残留应力。I类、II类奥氏体不锈钢采用较缓慢的冷却方式。III类奥氏体不锈钢必须快冷。7、铁素体不锈钢的典型钢种有哪些？主要应用是什么？答：Cr13型，典型钢号：0Cr13、0Cr13Al 常用作耐热钢Cr16-19型 典型钢号：Cr17、 Cr17Ti 常用作耐大气、淡水、稀硝酸介质腐蚀Cr25-28型 典型钢号：Cr25Ti、Cr28 用作耐强腐蚀介质的耐酸钢,.,8、铁素体不锈钢的脆性大的原因？如何消除脆性？答：高铬铁素体钢的缺点是脆性大， 其原因主要是： （1） 粗大的原始晶粒 单项铁素体组织铸态下组织粗大， 不能通过加热冷却过程中的相变来细化，只能通过压力加工来碎化；（2） 相：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，并可能促进晶间腐蚀。（3）475脆性 在高铬钢中，当含Cr15%时，在 400500温度范围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时，钢在室温下变得很脆。这个现象尤以 475加热最甚，因而这种脆性被称为475脆性、475加热时，铁素体内的铬原子趋于有序化，形成许多富铬的铁素体(80%Cr、20%Fe) ，它们与母相保持共格关系，引起晶格畸变和内应力，此时，钢的强度升高，冲击韧性降低（4） 钢中含有C、N、O等杂质及夹杂物。 消除方法：生产中将终锻温度或终轧温度控制在750C或者更低的温度，向钢种加入少量Ti组织晶粒长大；增加其在高温的奥氏体量来控制晶粒粗化9、马氏体不锈钢典型钢种有哪些？热处理和主要应用是什么？答：低C的13%Cr钢 如1Cr13、2Cr13可用于制造汽轮机叶片、抗弱腐蚀介质并承受冲击的零件，如螺栓、螺母等机械构件。 低C的17%Cr-2%Ni钢 如1Cr17Ni2等，可用于制造高强度耐蚀件。 中C的13%Cr钢 如3Cr13、4Cr13可用于制造耐磨的零件如阀门零件、轴承、弹簧和医用手术刀等。 高C的18%Cr钢如9Cr18等，可用于制造轴承和手术工具等。 热处理：软化处理(高温回火、 完全退火)改善切削性能、；调质处理， 为了获得高的综合机械性能；淬火及低温回火（获得高硬度和高耐磨性）。,.,10、 高强度不锈钢设计思想： 答：钢的变形主要是“位错”的运动，所谓“位错”就是指结晶体内存在的缺陷， 通常在退火状态约存在(1010-1012)m个。 若阻碍这种位错 的运动就难以发生变形，因此钢就被强化。 这种阻碍位错运动，使钢强化的方法有固溶强化。析出强化、加工硬化(位错强化)、马氏体相变的强化和晶粒细化的强化等。固溶强化就是在纯金属中固溶进合金元素， 即在母金属的晶格的原子间隙进入其他的合金元素(侵入型)或替换母金属的原子(置换型) 和使母金属的晶格发生歪扭，由于这种歪扭在晶体内产生应力场，阻 碍了位错运动，而使强度提高。析出强化是在母体金属中形成析出物(碳化物、氮化物、金属间化合物 等)使其强化的方法，析出物具有阻碍位错运动的作用。在母相呈微 细弥散分布状态，最能提高强度。加工硬化是在成形加工时因硬化处理而发生的尺寸变化。 钢变形时给结晶加上了剪断应力，在位错运动的同时，给结晶导入 了大量的位错，是强化钢的方法。 马氏体组织的结构非常微细，而且在其内部存在高密度的位错，若使碳过饱和固溶还能提高强度。另方面，经过最后的回火处理可以得到碳化物等析出物弥散细微分布的组织。晶粒直径 d 与屈服强度间有着直线关系，晶粒越细屈服强度越高。这种屈服强度与晶粒大小间的关系称霍尔佩琪法则， 因变形在晶粒内运动的位错在晶界其运动被阻，所以晶界大量存在的细晶粒材料，其强度很高。 11、高温强度指标：答：1、 蠕变强度： 在某温度下， 在规定时间达到规定变形时所能承受的应力。 2、 持久强度： 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。 3、 持久寿命： 在规定温度和规定应力作用下断裂的时间。,.,12、 合金元素对钢的化学稳定性的影响 答：Cr、 Al、 Si 改善钢的化学稳定性。 Cr、 Al、 Si 提高 FeO 出现的温度， 改善钢的高温化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构：外层： Fe2O3； 中间层 Fe3O4； 内层 FeO， 当 FeO 出现时钢的氧化速度剧增； Cr、 Al 含量较高时， 钢的表面出现致密的Cr2O3 或 Al2O3 保护膜。 含硅钢中生成 Fe2SiO4 氧化膜， 具有良好的保护作用。 Cr 是提高抗氧化能力的主要元素， Al也能单独提高钢的抗氧化能力。 Si 由于增加钢的脆性， 加入量受到限制， 只能作辅加元素。 13、铁素体型耐热钢中常加入的合金元素有哪些？其作用如何？答：铁素体型不锈钢的铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的Si、Ti、Mo等元素。铬是耐热钢中抗高温氧化和抗高温腐蚀的主要元素，并能提高耐热钢的热强性。Ti是强碳化物形成元素之一，作用是防止间接腐蚀。钼为难熔金属，熔点高（2625）。对提高耐热钢的热强性有较好的作用。14、F-P型和M型耐热钢的典型钢种有什么？其主要用途如何？答：F-P型耐热钢可以分为低碳、中碳和高碳三种。低碳典型钢种为：12Cr1MoV,主要用于超临界锅炉的锅炉钢管，也可用在石油化工设备中使用。中碳典型钢种为20Cr1Mo1VNbTiBj,高碳典型钢种如35Cr2MoV,二者主要用于汽轮机和化工设备中的耐热紧固件及汽轮机转子。M型典型钢种有15Cr11MoV和15Cr12WMoV，主要用于做汽轮机叶片等；此外还有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，主要用作内燃机阀门等。15、提高耐热钢热强性的途径答：A、强化基体：通过提高原子间结合力和在晶粒内阻碍位错移动的方法强化合金基体。就原子间结合力而言，其结合力越强基体强度越高；在晶粒内形成弥散分布的稳定第二相能阻碍位错运动来强化合金。 B、强化晶界：分为净化晶界和填充晶界的空位两种方法。加入Re、B等与S、P结合形成高熔点化合物避免S、P与Fe、Ni形成低熔点共晶；同时B、Ti、Zr等元素由于与基体元素原子半径不同而易于吸附在晶界，可以减少晶界空位，降低晶界能量，最终降低晶界扩散系数。,.,第四章有色金属及合金1、铸造铝合金、变形铝合金、可热处理铝合金是根据什么情况来区分的？答： 根据合金元素的含量和加工工艺特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金按其成分和性能特点可分为不能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。2、请说明下列铝合金的类型:LF5、LY12、LC4、LD5、ZL101.答：防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金铸造铝合金（铝硅系铸造铝合金）4、请简述铝合金的时效过程、影响铝合金的时效强化的因素答：铝合金的时效过程分为四个阶段：形成GP区，溶质原子富集，引起晶格畸变，位错受阻，强度提高。GP区有序化，形成相，引起晶格进一步畸变，位错进一步受阻，强度进一步提高。形成过渡相，溶质原子富集形成CuAl2，部分与母相脱离共格关系，晶格畸变减轻，位错阻碍减少，合金趋向软化。相形成与长大，形成稳定的CuAl2，与母相完全脱离共格关系，晶格畸变大为减轻，强化效果显著减弱，合金发生软化。影响时效强化的因素有：铝合金的化学成分（硅、锰等强化效果不明显，铜明显）、合金的固溶处理工艺、时效温度的影响、铝合金的回归现向（回归处理时没有完全重溶的析出相在时效处理过程中重新析出使时效效果减弱）。,.,3、请简述铝合金的强化途径答:强化方式：固溶强化：将合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶体使合金强度提高时效强化:将固溶处理后的过饱和固溶体在较低温度下岁时间的延长会发生强度硬度进一步升高的情况过剩相强化：将铝中加入过量的合金元素导致不溶入固溶体的过剩相出现，过剩相弥散分布导致合金强化细化组织强化：加入变质剂使合金组织细化强化合金。5、铜合金有哪几类？主要性能和用途如何？答：青铜、 黄铜、 白铜。 黄铜性能特点：强度高、耐磨性和耐海水腐蚀性好，优于铝合金和碳钢。普通黄铜用于水管、油管、散热器等；特殊黄铜用于制造船舶、高强耐蚀零件、钟表、机械的轴瓦、耐磨零件；青铜性能特点：具有极高的耐磨性且耐蚀性好，主要用于制作耐磨件如齿轮、轴套、涡轮、仪器上的弹簧、耐磨和抗磁零件；白铜的性能特点：耐蚀性能好，加入Mn后有高电阻和低电阻温度系数，可以用作低温热电偶、变阻器等。6、镁合金有哪些常用的合金系，有几种类型?热处理方式是什么？答：镁合金按成型工艺的不同主要分为变形镁合金和铸造镁合金。变形镁合金的合金含量较低，对杂质含量要求很高以保持其塑性，主要进行的热处理是固溶强化+时效处理。铸造镁合金可以进行各种热处理。,.,7、不同类型的钛合金的强韧化机理、应用与发展状况如何？答：型Ti合金：含有稳定性元素Al和中性元素Sn、Zr，同时起到固溶强化的效果型Ti合金：含有相稳定元素Mo和Cr，同时加入Al和V来提高热处理强化效果+类Ti合金：同时含有和稳定元素。钛合金由于具有比强度高、耐蚀性好、耐高温等优点，被广泛应用于航空航天、生物医学、汽车零部件制造、文体类用品制造等各个领域，钛合金的应用更加广泛。但由于原材料价格昂贵、加工制造成本大，钛合金目前的工业化应用受到了一定的限制，未来解决了这些问题一定会得到更好的发展。8、滑动轴承合金在性能上有何要求，在组织上有何特点？试分析锡基轴承合金中合金元素的作用。答：滑动轴承合金要求1合金必须有足够的抗压强度和疲劳强度2足够的塑型和韧性3低的摩擦系数4良好的导热性和小的膨胀系数。组织特点：理想组织应该是软基体上均匀分布着硬质点。软基体被磨损下凹可以贮存润滑油并形成连续的油膜，硬质点则凸起来支撑轴颈，使轴承和轴颈的实际接触面积减小，减小摩擦。锡基轴承合金中Sb溶于Sn形成软基体，SnSb形成硬质点，加入铜可以防止比重偏析。,.,第五章工具钢1、 常用碳素工具钢和低合金工具钢的典型钢种有哪些，如何进行热处理，其主要用途是什么？ 答：(1)碳素工具钢的碳的质量系数在0.65%1.35%，钢号从T7到T13。热处理：球化退火，加热温度范围一般为730800， 获得细而均匀分布的球状 P。淬火和回火：淬火加热温度为A1+3050，属于不完全淬火。回火温度因工具的种类与用途而稍有差异，可以做低速切削的刃具和简单的冷冲模。(2)低合金工具钢，典型钢种有Cr2，9SiCr， CrMn， CrWMn 等。 可作刃具和量具。热处理： 球化退火，淬火： 加热温度比碳素工具钢稍高些。回火：160200。9SiCr钢适合与制造形状较复杂的小型工件，如丝锥，板牙， 钻头，铰刀等。CrWMn钢适于制作形状复杂的工件，如拉刀，扳牙，量具及形状复杂的高精度冲模。Cr2即 GCr15，制作切削工具，量具及冷轧辊等。 2.分析 9SiCr,9Mn2v,CrWMn 钢中的合金元素的作用答：（1）9SiCr，Si：增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性；Cr：是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，阻止渗碳体型碳化物的聚焦，长大，提高了马氏体的分解温度，从而有效的提高了 钢的回火抗力；不能防止Si的石墨化倾向。（2）9Mn2v，Mn：提高钢的淬透性，但增加钢的过热倾向。V：更为有效的阻止奥氏体晶粒的长大，降低过热敏感性（3）CrWMn，Cr：是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，阻止渗碳体型碳化物的聚焦，长大，提高了马氏体的分解温度，从而有效的提高了钢的回火抗力；不能防止Si的石墨化倾向。W：形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热Mn：提高钢的淬透性，但增加钢的过热倾向。,.,3、制定高速钢W18Cr4V的热处理工艺，并说明工艺制定的原因？ 答：球化退火： 退火温度为 860880， 在该温度下保温 23 小时。降低钢的硬度以利切削加工也为淬火做组织上的准备 淬火： 淬火温度 1280， 在此淬火温度下， 钢中合金元素开始溶解， 油淬空冷正常组织是 M+碳化物+残 A ，提高合金元素含量加强回火稳定性回火： 一般需进行三次 560 度， 保温 1 小时的回火处理 M 回+碳化物 ，消除残余应力表面强化，改善刃具的切削效率和耐用性。4.高速钢中常用合金元素的作用是什么， 简述高速钢的二次硬化现象?答：C： 重要强化元素，C 升高，淬火后的硬度和热硬性都增高 W 和 Mo：提高热硬性，回火热稳定性和细化晶粒改善韧性Cr：提高淬透性，也增加耐蚀性和抗氧化性 V：细化晶粒提高回火稳定性和热硬性Co：提高回火稳定性和热硬性。降低韧性，增大脱碳倾向。微合金元素：N：提高热硬性，同时也提高抗弯强度和挠度，改善韧性。稀土金属：提高钢在9001150间的热塑性。二次硬化：高速钢回火温度在500600之间，钢的硬度，强度和塑性均有提高，而在550570时，可达到硬度，强度的最大值。在此温度区间，自M中析出弥散的W(Mo)及V的碳化物，使钢的硬度大大提高，此现象称为二次硬化5.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？ 答：退火状态下含有 M6C,M23C6,MC 三种碳化物 。淬火态下只有 M6C,MC,阻碍 A 晶粒长大，细化晶粒 回火态下有 M2C,MC 析出，弥散强化，产生二次硬化， 提高耐磨性,.,6 叙述高碳高铬模具钢的成分，热处理，性能特点及用途？ 答：高碳高铬模具钢的成分含有较高的C和大量的Cr以及少量的Mo，V等。性能特点：高的耐磨性；高的淬透性；淬火变形小;高的红硬性；碳化物不均匀比较严重。热处理：等温球化退火：加热温度一般为850870，保温34小时，退火温度为720740，保温68小时，炉冷至小于500出炉空冷 淬火+回火 一次硬化处理：采用较低的淬火温度并进行低温回火150170 二次硬化处理： 在较高温度温度淬火，然后进行多次高温回火 。用途：适用于制造要求有耐磨性，高硬度和变形小的模具(落料，冲孔，修边模，冲头，剪刀)7.冷作模具钢（Cr12MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？其工艺以及性能有什么区别？答（1）一次硬化处理采用较低的淬火温度并进行低温回火。采用较低的淬火温度，晶粒较细，刚的强度和韧性较好。通常Cr12MoV钢选用980至1030淬火，如希望得到较高的硬度，淬火温度可取上限。回火温度一般在150到170。硬度HRC61到63。回火温度升高时硬度降低，但强度和韧性提高（2）二次硬化处理在较高的淬火温度，然后进行多次高温回火，以达到二次硬化的目的。这样可以获得高的回火稳定性，但稍降低刚的强度和韧性。 8.说出各种热作模具钢的典型钢种，热处理特点和用途。 答：锤锻模具钢：典型钢种：5CrMnMo、3Cr2MoWVNi。热处理：830860加热空气预冷到760油淬，型腔与燕尾分开回火，回火温度稍高于模面工作温度。用途：模高小于400毫米的中小锤锻模：5CrMnMo；模高大于400毫米锤锻模：3Cr2MoWVNi。热挤压、压铸模具钢：a、铬系：45Cr5MoSiV 、4Cr5W2SiV 热处理：淬火(温度高于锤锻模具钢)+回火 用途:尺寸不大的热锻模、铝及铜合金的压铸模等 b、钨系：3Cr2W8V 热处理同前，主要用途：制造高温下承受高应力但不承受冲击负荷的压铸模、热挤压模和顶锻模。,.,9.分析T8,Cr12MoV钢的主要优缺点是什么？ 答：T8钢：较高硬度，能承受较大冲击力，成本低，加工性能好，热处理简单，但淬透性低，淬火变形开裂倾向大。Cr12MoV：高的耐磨性，高的淬透性，淬火变形小，高的红硬性，成本高，加工工艺比较复杂。 10.在使用性能和工艺上，工具钢和机械结构用钢有什么不同？ 答：（1）机械结构用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。力学性能要求：要求强度和韧性以保证机器零件体积小，结构紧凑及安全性好；要求有良好的疲劳性能与耐磨性等；工艺性能（如冶炼性能，浇注性能，可锻性能等）也有要求，但一般问题不大。（2）工具钢力学性能：高硬度高耐磨性，一定的塑性和刃型，良好的尺寸稳定性。工艺性能：一定的淬透性，变形与开裂倾向小，低脱碳敏感性，良好的切削加工性能。 第六章铸铁与铸钢1、铸铁的成分、组织和性能与钢有哪些区别？答：铸铁的是以铁-碳-硅为主的多远铁基合金，和碳钢相比较有较高的碳和硅含量，还有较高的杂质元素硫和磷。铸铁的组织是由石墨和金属基体组成的，金属基体有铁素体、珠光体、铁素体+珠光体，热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织；石墨的形态可以分为：片状、蟹状、蠕虫状、团絮状、不规则或开化状、球状石墨等六种。铸铁的机械性能较差，但有良好的耐磨性、高的消震性，低的缺口敏感性、优良的切削加工性和铸造性能。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。,.,2、影响铸铁石墨化的因素有哪些，如何影响？答：铸铁中石墨形成的过程称为石墨化过程。影响因素有：1.化学成分 铸铁中常见的C，Si、Mn、P、S中，C，Si是强烈促进石墨化的元素，S和Mn是阻碍石墨化的元素，P的促进石墨化作用不明显。2.冷却速度 一般来说，铸件冷却速度趋缓慢，就越有利于按照Fe-G稳定系状态图进行结晶与转变，充分进行石墨化；反之则有利于按照 Fe-Fe3C亚稳定系状态图进行结晶与转变，不利于石墨化。铸铁的冷却速度是一个综合的因素，它与浇注温度、传型材料的导热能力以及铸件的壁厚等因素有关，其中壁厚是主要的影响因素。3、铸铁中的碳、硅含量与共晶温度有什么关系？共晶温度大小与铸铁组织有什么关系？答：随C含量的增加，铁水中的碳浓度增加，有利于石墨的形核，从而促进了石墨化。Si的加入使共晶与共析转变在一个温度范围内进行。相图上出现了共晶（共析）转变的三相共存区：液相、奥氏体、石墨共晶区（奥氏体、铁素体、石墨共析区），并且提高了共晶和共析转变温度，共晶温度的上升有利于石墨化，促进铸铁组织的形成4、灰口铸铁的性能如何？灰口铸铁可以进行哪些热处理？其目的如何？答：灰口铸铁的抗拉强度比同样基体的钢要低很多，抗压强度显著的大于抗拉强度。硬度岁成分和组织在HB130-270的范围内变化，随共晶度增加，铸铁的硬度降低。冲击韧性很差，灰铸铁中碳、硅总量越低、石墨数量越少、石墨片越细小，冲击韧性越高。耐磨性比钢要好，减震性比钢约大6-10倍，铸造性能和切削加工性能优异。灰口铸铁进行热处理的主要方法有：消除应力的退火、消除铸件白口组织的退火或正火、提高硬度和耐磨性的表面淬火等。需要注意的是，灰口铸铁的热处理只能改变其基体组织，或由白口转变为灰口，而对其石墨的形态是没有改变的，因此，灰口铸铁的热处理不能从根本上消除片状石墨的有害作用，而是满足其具体铸件的工作需要。,.,5. 如何获得球墨铸铁？其性能与灰口铸铁有何不同？ 答：球墨铸铁是将铁水进行球化处理，将片状石墨转化为球状石墨而获得的一种铸铁。球墨铸铁生产中， 铁水在临浇铸前加入一定量的球化剂，以促使石墨结晶时生长为球状的工艺操作称为球化处理。在球化处 理的同时必须进行孕育处理（亦称为石墨化处理），以促使石墨生核，生成球径小、数量多、园整度好、分 布均匀的球状石墨，从而改善球墨铸铁的机械性能。 性能： 球墨铸铁与其他铸铁相比有较高的抗拉强度和屈服强度，且因组织中有呈球状的石墨存在，故其塑性与韧性虽低于钢，但却高于其它各类铸铁。 球状的疲劳强度最高，团絮状的次之，片状的最低，且随石墨数量增多，铸铁的疲劳强度降低。 6. 球墨铸铁的基体可能有几种（尽可能说得全面些），它们分别是如何获得的？ 答：根据化学成分和冷却速度的不同，基体组织在铸态下可以是铁素体、铁素体加珠光体、珠光体,他们是由铸件经正火或退火处理后得到；如果将铸件进行调质或等温淬火，则基体组织可转变为回火索氏体或下贝氏体组织. 8、可锻铸铁的性能及应用如何答：可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁，尤其是珠光体基体可锻铸铁，强度可与铸钢比美。可锻铸铁与球墨铸铁相比，还具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点，所以可锻铸铁常用于制作一些截面较薄而形状复杂工作时受震动而强度、韧性要求较高的零件。珠光体可锻铸铁的可切削加工性能在铁基合金中是最优良的，可进行高精度切削加工。珠光体可锻铸铁还可以通过火焰加热或感应加热进行表面淬火。,.,7、请定制铁素体基体可锻铸铁的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，在退火过程中主要是发生石墨化。 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。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的高温长时间保温过程中，共晶渗碳体分解为奥氏体加团絮状石墨，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， 故第一阶段石墨化温度一般应控制在 900-1000，最高不超过 1050。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750-720的过程中，从奥氏体中析出二次石墨，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40-50C/h 为宜。 第二阶段石墨化发生在第一阶段石墨化以后，以 3-5/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。 冷却过程： 经过第二阶段石墨化以后， 铸件的组织已转变成为铁素体加团絮状石墨，在随后的冷却过程中将不发生相变，为了避免退火后产生脆性，通常应在退火冷却到 650左右后打开炉门进行空冷。,
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