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1、材料 0801- 1 -第 1 章 钢 的 合 金 化 概 论1、 什 么 是 合 金 元 素 ？ 钢 中 常 用 的 合 金 元 素 有 哪 些 ？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 。Si,Mn,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Al,Cu,B 等 。2、 哪 些 是 奥 氏 体 形 成 元 素 ？ 哪 些 是 铁 素 体 形 成 元 素 ？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

2、 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。3、 合 金 元 素 在 钢 中 的 存 在 形 式 有 哪 几 种 ？固 溶 体 、 化 合 物 、 游 离 态 。 （ 其 中 ， 化 合 物 分 为 ： 碳 化 物 、 金 属 间 化 合 物 、非 金 属 夹 杂 物 ）4、 哪 些 是 碳 化 物 形 成 元 素 ？ 哪 些 是 非 碳 化 物 形 成 元 素 ？Zr、 Ti、 Nb、 V； W、 Mo、 Cr； Mn、 Fe（ 强 -弱 ）非 K： Ni、 Si、 Al、 C

3、u。5、 钢 中 的 碳 化 物 按 点 阵 结 构 分 为 哪 几 类 ？ 各 有 什 么 特 点 ？ 什 么 叫 合 金 渗 碳 体 ？特 殊 碳 化 物 ？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 。2） 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

4、物 。 如 Mo， W， Cr 含 量 较 少 时 ， 形 成 合 金渗 碳 体 。 3） 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。6、 合 金 钢 中 碳 化 物 形 成 规 律 。1、 K 类 型 的 形 成 K 类 型 与 Me 的 原 子 半 径 有 关 。rc/rMe 0.59 复 杂 点 阵 结 构 ， 如 Cr、 Mn、 Fe 。 Me 量 少 时 ， 形 成 复 合 K， 如 （ Cr, M） 23C6 型 。2、 相 似 者 相 溶 形 成 碳 化 物

5、 的 元 素 在 晶 体 结 构 ， 原 子 尺 寸 和 电 子 因 素 都 相 似 ， 则 两 者碳 化 物 完 全 互 溶 ， 否 则 就 有 限 互 溶3、 强 碳 化 物 形 成 元 素 优 先 与 碳 结 合 形 成 碳 化 物 。4、 Nm/Nc 比 值 决 定 了 K 类 型 5、 碳 化 物 稳 定 性 越 好 ， 溶 解 越 难 ， 析 出 越 难 ， 聚 集 长 大 也 越 难 。7、 合 金 元 素 对 铁 碳 平 衡 相 图 的 影 响 。1 对临界温度的影响 a）Ni，Mn，Co，N,Cu，等元素扩大 A 相区，降低 A1，A3 点 b）其他元素扩大 F 相区，提高

6、A1，A3 点 c）大多数 Me 使 ES 线左移，即 Acm 增加2 对 E，S 点位置的影响 所有合金元素都使 E，S 点向左移动8、 为 什 么 比 较 重 要 的 大 截 面 的 结 构 零 件 都 必 需 用 合 金 钢 制 造 ？ 与 碳 钢 比 较 ，合 金 钢 有 何 优 点 ？材料 0801- 2 -1） 因 为 大 截 面 结 构 零 件 要 求 强 度 ， 淬 透 性 高 ， 韧 度 好 ， 碳 钢 无 法 满 足2） 优 点 ： 晶 粒 细 化 ， 淬 透 性 高 ， 回 火 稳 定 性 好 ， 能 满 足 特 殊 需 要 ，综 合 性 能 满 足 高 性 能 要 求

7、。9、 合 金 元 素 对 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 影 响 ？1） Ti、 Nb、 V 等 强 碳 化 物 形 成 元 素 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 作 用 显 著 ，W， Mo 作 用 中 等 。2） C、 N、 B， P 等 元 素 促 进 奥 氏 体 晶 粒 长 大 。3） Mn 在 低 碳 钢 中 有 细 化 晶 粒 作 用 ， 在 中 碳 以 促 进 晶 粒 长 大4） Al， Si 量 少 时 ， 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长 大 ， 含 量 较 大 时 ， 促 进 高 温 晶粒 长 大5） 非 碳 化 物 形 成 元 素 对 奥 氏 体 晶 粒 长 大 影

8、 响 不 大10、 合 金 元 素 对 回 火 转 变 的 影 响 ? 淬火合金钢进行回火时，其组织转变与碳钢相似。但由于合金元素的加入，使其在回火转变时具有如下特点：()提高淬火钢的回火稳定性 ()产生二次硬化 ()防止第二类回火脆性 一 、 对 马 氏 体 分 解 期 的 影 响低 温 回 火 ： C 和 Me 扩 散 较 困 难 ， Me 影 响 不 大 ；中 温 以 上 ： Me 活 动 能 力 增 强 ， 对 M 分 解 产 生 不 同 程 度 影 响 :1） Ni、 Mn 的 影 响 很 小 ；2） K 形 成 元 素 阻 止 M 分 解 ， 其 程 度 与 它 们 与 C 的 亲

9、 和 力 大 小 有 关 。这 些 Me 碳 活 度 ac， 阻 止 了 渗 碳 体 的 析 出 长 大 ；3） Si 比 较 特 殊 ： 0，铁素体形成元素，H0.3%的 Ni-Cr、 Ni-Cr-Mo、 Ni-Cr-W 马 氏 体 钢 中白 点 敏 感 性 最 大 。七 、 冷成形性 合金元素溶入基体产生不同程度的畸变，冷作硬化率提高，冷成型性下降。P、Si、C 等元素提高冷作硬化率，需要冷成型的材料应严格控制 P、N 量，尽可能降低Si、C 等量。八 、 热 压 力 加 工 性Me 溶入基体导致热压力加工性能下降。如 Mo、W、Cr、V 等元素影响较大。 九 、 切 削 加 工 性不同含

10、 C 量的钢要得到较好的切削性，其预处理是不同的。Al2O3,SiO2,氮化物，复杂氧化物，硅酸盐等，硬度高，对切削不利。Mn，S 加入易切削，硒，碲化合物也有利于切削。23 怎么理解有些元素（Cr）是铁素体形成元素，使奥氏体不稳定。而对冷奥氏体的影响又起稳定奥氏体作用，使 C 曲线右移首先它们是铁素体形成元素，降低 A3 温度，提高 A4 温度，缩小 稳定存在区，但它们也是碳化物形成元素，延长孕育期时间，稳定奥氏体。24 多元少量，复合作用的合金化原则为何被采用，试举例说明各元素符合作用机理因为合金元素能对某些方面起积极的作用，但很多情况下还有不希望的副作用。不同的合金元素，其作用是不同的，

11、一般不是简单地线性关系，而是相互补充，相互加强，所以通过合金元素的复合能趋利避害，是刚获得优秀综合性能。如耐热钢钢中，Mo-Cr-V 的复合作用，Cr 提高固溶体电极电位，符合 n/8 定律；Mo 提高原子间结合力，提高钢的热强性；V 是强碳化物形成元素，形成的 VC 稳定性好，弥散分布，提高热强性。多个元素的复合作用不是单个元素的叠加。25、 钢 的 强 化 机 制 有 哪 些 ？ 为 什 么 一 般 钢 的 强 化 均 用 淬 火 、 回 火 ？固 溶 强 化 、 位 错 强 化 、 细 晶 强 化 、 第 二 相 弥 散 强 化 。淬火后得到马氏体或下贝氏体，强度硬度高，但有残余奥氏体，

12、回火消除应力及脆性，稳定工件尺寸，提高韧性。且淬、回火充分利用以上四种强化机制。26 试 解 释 含 Mn 稍 高 的 铬 镍 钢 易 过 热 ， 而 含 Si 的 钢 淬 火 加 热 温 度 应 稍 高 。且 冷 作 硬 化 率 较 高 ， 不 利 于 冷 变 形 加 工 。Mn 降 低 钢 的 A1 温 度 ， 促 进 晶 粒 长 大 ， 增 大 过 热 敏 感 性材料 0801- 6 -Si 提 高 了 A1 温 度 ， 所 以 要 提 高 淬 火 温 度 。 溶 入 基 体 ， 点 阵 结 构 产 生 不 同 程度 的 畸 变 ， 提 高 了 冷 作 硬 化 率 ， 硬 而 脆 ， 不

13、 易 变 形 ， 且 一 变 形 便 变 硬 ， 不利 于 冷 变 形 加 工27、 微 量 元 素 的 作 用 。 钢 中 的 微 合 金 化 元 素 。有 益 作 用 1） 净 化 作 用 2） 变 质 作 用 3） 改 变 夹 杂 物 性 质 和 形 态4） 微 合 金 化有 害 作 用 元 素 偏 析 ， 吸 附 在 晶 体 缺 陷 和 晶 界 处 ， 影 响 刚 的 性 能 （ 塑 韧性 ， 热 塑 性 ， 焊 接 性 等 ）常 用 微 合 金 化 元 素 ： B,N,V,Ti,Zr,Nb,RE;28、 提 高 韧 性 的 合 金 化 途 径 。1）细化晶粒、组织 2）提高钢的回火稳

14、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）提高冶金质量。8）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29 怎 样 理 解 “合 金 钢 与 碳 素 钢 的 强 度 性 能 差 异 ， 主 要 不 在 于 合 金 元 素 本 身 的强 化 作 用 ， 而 在 于 合 金 元 素 对 钢 相 变 过 程 的 影 响 ， 且 合 金 元 素 的 良 好 作 用 ，只 有 在 适 当 的 热 处 理 条 件 下 才 能 表 现 出 来 。 ”提纲【合金的主要作用：a.产生相变，如扩大某个相区（奥氏体区）以得到某种对

15、应的特殊性能.b.细化晶粒，改善机械性能，如缺口敏感性、淬透性。c.改变热处理工艺，如提高钢材的热处理组织的稳定性，降低热处理温度、缩短热处理时间、提高热处理质量。 】 从强化机制分析。第 2 章 钢 的 编 号 方 法写 出 下 列 钢 号 的 类 属 、 碳 和 合 金 元 素 的 含 量 ：15Mn： 优 质 碳 素 结 构 钢 ， 较 高 Mn 量 ， 0.15%C；16Mn： 低 合 金 高 强 度 结 构 钢 ， 0.16%C；20g： 优 质 碳 素 结 构 钢 ， 锅 炉 用 ， 0.2%C；T10A： 高 级 优 质 碳 素 工 具 钢 ， 1%C；65Mn： 优 质 碳 素

16、 结 构 钢 ， 较 高 Mn 量 ， 0.65%C；18Cr2Ni4W： 合 金 结 构 钢 ， 0.18%C， 2%Cr， 4%Ni， W=1.0%；5CrNiMo： 合 金 工 具 钢 ， 0.5%C， 其 余 可 使 弹 簧 钢 具 有 一 定 的 冲 击 韧 度 ， 较 高 的 弹 性 极 限 、 屈 强 比和 最 高 的 疲 劳 强 度 。14、 为 什 么 滚 动 轴 承 钢 的 含 C 量 均 为 高 C？ 滚 动 轴 承 钢 中 常 含 有 哪 些 合 金元 素 ？ 各 起 什 么 作 用 ？ 为 什 么 Cr 量 限 制 在 一 定 范 围 ？1） C 是轴承钢中主要强化元

17、素，轴承钢含碳量一般较高，以提高钢的耐磨性。滚动轴承的工作条件极度苛刻，基本上在高负荷，高转速和高灵敏条件下工作。所以应具有高的抗压强度和抗疲劳强度，有一定的韧性、塑性、耐磨性和耐蚀性，钢的内部组织、成分均匀，热处理后有良好的尺寸稳定性。故用含碳 0.951.10。2）Cr 是形成碳化物的主要元素。铬可提高钢的回火稳定性、淬透性和组织均匀性。还能增加钢的耐蚀能力。Si、提高淬透性，提高回火稳定性 Mn 提高淬透性，可改善渗碳层性能，提高过热敏感性 Mo 细化晶粒，降低回火脆性Mn 提高淬透性，还可以和钢中 S 生产稳定的 MnS,硫化物常能包围氧化物，形成以氧化物为核心的复合夹杂物，减轻氧化物

18、对钢的危害作用。3）Cr 含量的范围为 0.4%-1.65%，Cr 含量高时，淬火后残余奥氏体增多，降低韧度和尺寸稳定性。含量低时，显著降低冲击韧度。15、 滚 动 轴 承 钢 的 主 要 性 能 要 求 是 什 么 ？1） 高 而 均 匀 的 硬 度 和 耐 磨 性 ；2） 高 的 接 触 疲 劳 强 度 ；3） 高 的 弹 性 极 限 和 一 定 的 韧 度 ；4） 尺 寸 稳 定 性 好 ；5） 一 定 的 耐 蚀 性 ；6） 具 有 良 好 的 冷 、 热 加 工 工 艺 。16、 易 切 钢 中 常 加 入 哪 些 元 素 ？ 它 们 对 提 高 切 削 性 的 作 用 机 理 是

19、什 么 ？S、 Ca、 Te、 Se、 Pb。S 与 Mn 在钢中形成 MnS，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断削形成小而短的卷曲半径，易于排出。而且 MnS 具有润滑作用，其本身硬度低，能减少对刀具的磨损。但会降低钢的横向塑性及韧性；Ca 形成低熔点的复合氧化物，高速切削时，钙系氧化物附着于切削工具表面起润滑和减磨作用；Te、Se 硒、碲的化合物也有利于提高切削加工性能；Pb 铅的熔点低，切削时熔融，降低切削阻力，易断屑、有润滑作用。材料 0801- 10 -17、 为 获 得 好 的 切 削 加 工 性 能 。 低 C 钢 ， 中 C 钢 和 高 C 钢 各 应 经 过 什

20、 么样 的 热 处 理 ， 得 到 是 什 么 样 的 金 相 组 织 ？低 ： 正 火 铁 素 体 加 珠 光 体中 ： 正 火 铁 素 体 加 珠 光 体高 ： 球 化 退 火 铁 素 体 加 球 状 珠 光 体18、 对 低 淬 钢 来 说 ， 从 成 分 上 如 何 保 证 获 得 低 淬 性 ？1） 限 制 提 高 淬 透 性 的 元 素 Mn,Si,Ni,Cr 等 元 素 ，2） 加 入 强 碳 化 物 形 成 元 素 Ti， Ti 形 成 的 TiC 在 淬 火 加 热 时 不 溶 于奥 氏 体 ， 冷 却 时 又 成 为 珠 光 体 相 变 的 核 心 ， 降 低 淬 透 性1

21、9、 说 明 合 金 渗 C 钢 中 ， 常 用 合 金 元 素 Cr、 Mn、 Ti、 Ni、 Mo 等 对 渗C 钢 的 工 艺 性 能 和 机 械 性 能 的 作 用 。Mn,Cr,Ni提 高 渗 碳 钢 的 淬 透 性 ， 以 使 较 大 尺 寸 的 零 件 在 淬 火 时 心 部能 获 得 大 量 的 板 条 马 氏 体 组 织 。 还 可 改 善 渗 碳 层 性 能 。Ti,V,W,Mo阻 止 奥 氏 体 晶 粒 在 高 温 渗 碳 时 长 大 ， 细 化 晶 粒 。20、 说 明 20Cr、 20CrMnTi、 18Cr2Ni4WA 钢 的 主 要 性 能 特 点 及 用 途 。

22、1） 20Cr： 具有较好的综合性能，冷变形性较好，回火脆性不明显。渗碳时有晶粒长大倾向多用于制造截面尺寸30mm，负荷不大的渗碳零件如齿轮，凸轮，滑阀，活塞，衬套，联轴节，止动销等2）2 0CrMnTi： 是性能良好综合力学性能，低温冲击韧度高，晶粒长大倾向小，冷热加工性能较差用于 30mm 一下承受高速，中速或重载及承受冲击的渗碳零件，如齿轮，轴，齿圈，十字头，离合器轴等3）1 8Cr2Ni4WA： 高 淬 透 性 ， 有 良 好 的 强 韧 性 配 合 ， 缺 口 敏 感 型 好 ， 工 艺性 较 差 ， 切 削 性 ， 磨 削 性 较 好一般用做大截面，高强度又需要良好韧度和缺口敏感性

23、很小的重要渗碳件，如齿轮，轴，曲轴，花键轴，涡轮，柴油机喷油嘴等21、 说 明 38CrMoAlA 钢 中 各 合 金 元 素 的 作 用 。Cr、Mo 元素，主要是提高钢的淬透性。Mo 元素兼有细化晶粒、消除回火脆性作用。加入 Al 元素，有两方面作用：一是 Al 元素与钢中极少的 N 元素形成氮化物 AlN，起细化晶粒作用；二是 Al 元素与氮化时表面渗入的 N 元素在钢的表面形成氮化物 AlN，得到满意的氮化层。提高钢表面的疲劳强度、表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及抗咬合性。22、 生 产 上 某 些 机 器 零 件 选 用 工 模 具 钢 制 造 ， 可 获 得 良 好 的 使 用

24、 性 能 。 试 举 例讨 论 哪 些 机 器 零 件 选 用 工 模 具 钢 制 造 可 得 到 满 意 的 效 果 ， 并 分 析 其 原 因 和 实 质 。对 于 飞 机 发 动 机 的 零 部 件 ， 常 采 用 超 高 强 度 钢 。 超 高 强 度 钢 具 有 二 次 硬 化效 果 ， 高 温 回 火 弥 散 析 出 M7C3、 M2C 和 MC 型 特 殊 碳 化 物 。 具 有 较 高的 中 温 强 度 ， 在 400 500 温 度 范 围 使 用 时 ， 瞬 时 抗 拉 强 度 和 屈 服强 度 仍 然 极 高23、 分 别 简 述 普 低 钢 、 渗 C 钢 、 低 C 马 氏 体 钢 、 不 锈 钢 等 钢 类 的 含 C量 都 较 低 的 原 因 。