金属材料学之宝典3

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1、 1 / 6 1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤 锻模。 1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤 锻模。 答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性， 但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比 较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需 要高韧性和良好热疲劳性能的要求。 答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性， 但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比 较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需 要高韧性和良好热疲劳性能的要求。 2、在一般钢中，应严格控制杂质元素 S、P 的 含量。 答案要点：S 能形成 FeS，其熔点为 989，钢 件在大于 1000的热加工温度时 FeS 会熔化，

2、所 以易产生热脆；P 能形成 Fe3P，性质硬而脆，在 冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 3、9SiCr 钢和 T9 钢相比，退火后硬度偏高， 在淬火加热时脱碳倾向较大。 答案要点：Si 是非 K 形成元素，能有效地强化 铁素体，所以使钢在退火后硬度偏高；Si 提高碳 活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时 脱碳倾向较大。 4、高锰钢（ZGMn13）在 Acm 以上温度加热 后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部 奥氏体组织。 答案要点： 高锰钢在 Acm 以上温度加热后得到 了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高 C、 高 Mn） ，使钢的 Ms 低于室温以下。如快冷，就

3、 获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了 大量的 K，使奥氏体的合金度降低，Ms 上升， 所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。 5、4Cr13 含碳量（质量分数）为 0.4%左右，但 已是属于过共析钢。 答案要点：Cr 元素使共析 S 点向左移动，当 Cr 含量达到一定程度时，S 点已左移到小于 0.4%C，所以 4Cr13 是属于过共析钢。 6、奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9 晶界腐蚀倾向比较 大。 答案要点：1Cr18Ni9 含 C 较高，又没有 Ti 等 稳定 C 的强碳化物形成元素， 所以在晶界上容易 析出 Cr23C6，从而使晶界上产生贫 Cr 区，低于 不锈钢的基本成分要求

4、，所以在晶界处的腐蚀倾 向比较大。 7、试总结 Ni 元素在合金钢中的作用，并简要 说明原因。 答案要点： 1）基体韧度 Ni位错运动阻力，使应 力松弛；2）稳定 A， NiA1 ，扩大区，量 大时，室温为 A 组织； 3）淬透性G， 使“C”线右移，Cr-Ni 复合效果更好；4）回 火脆性 Ni 促进有害元素偏聚；5）Ms ， Ar 马氏体相变驱动力。 8、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下 列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热? 2） 高速钢W6Mo5Cr4V2的 AC1在800左右， 但淬火加热温度在 12001240，淬火加热温度 为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为 560左

5、右，并且进 行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的 是什么? 答案要点： 1）高速钢合金量高，特别是 W，钢导热性很 差。预热可减少工件加热过程中的变形开裂倾向； 缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控 制炉温稳定性。 2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高 温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金 度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化 效果。 3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定 性非常好，在 560左右回火，才能弥散析出特 殊碳化物，产生硬化。同时在 560左右回火， 使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火 使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二

6、次 回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并 且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火 可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力 消除得更彻底。 4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力， 尽可能地减小工件的变形与开裂。 9、钢的强化机制主要有哪些（不必写出具体表 达式）? 从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要 有哪些途径? 答案要点：钢的强化机制主要有固溶强化、细晶 强化、位错强化和第二相强化。 提高钢的韧度主要有：1）加入 Ti、V、W、 Mo 等强碳化物形成元素，细化晶粒；2）提高回 火稳定性，加入 Ti、V 等强碳化物形成元素和 Si 元素；3）改善基体韧性，主要是加入 Ni 元素；

7、 4）细化碳化物，如加入 Cr、V 等元素使 K 小、 匀、圆；5）降低或消除钢的回火脆性，主要是 Mo 、W 元素比较有效 一般地，钢有哪些强化与韧化途径？ 宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用 是钢强化的主要手段。 微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位 错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位 错，抑制位错源的开动，如晶须 。 固溶强化、细晶强化、位错强化、 “第二相” 强化沉淀强化、 时效强化、 弥散强化、 析出强化、 二次硬化、过剩相强化 ） 韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量； 2、在一般钢中，应严格控制杂质元素 S、P 的 含量。 答案要点：S 能形成 FeS，其熔点

8、为 989，钢 件在大于 1000的热加工温度时 FeS 会熔化，所 以易产生热脆；P 能形成 Fe3P，性质硬而脆，在 冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 3、9SiCr 钢和 T9 钢相比，退火后硬度偏高， 在淬火加热时脱碳倾向较大。 答案要点：Si 是非 K 形成元素，能有效地强化 铁素体，所以使钢在退火后硬度偏高；Si 提高碳 活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时 脱碳倾向较大。 4、高锰钢（ZGMn13）在 Acm 以上温度加热 后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部 奥氏体组织。 答案要点： 高锰钢在 Acm 以上温度加热后得到 了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度

9、高（高 C、 高 Mn） ，使钢的 Ms 低于室温以下。如快冷，就 获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了 大量的 K，使奥氏体的合金度降低，Ms 上升， 所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。 5、4Cr13 含碳量（质量分数）为 0.4%左右，但 已是属于过共析钢。 答案要点：Cr 元素使共析 S 点向左移动，当 Cr 含量达到一定程度时，S 点已左移到小于 0.4%C，所以 4Cr13 是属于过共析钢。 6、奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9 晶界腐蚀倾向比较 大。 答案要点：1Cr18Ni9 含 C 较高，又没有 Ti 等 稳定 C 的强碳化物形成元素， 所以在晶界上容易 析出 Cr

10、23C6，从而使晶界上产生贫 Cr 区，低于 不锈钢的基本成分要求，所以在晶界处的腐蚀倾 向比较大。 7、试总结 Ni 元素在合金钢中的作用，并简要 说明原因。 答案要点： 1）基体韧度 Ni位错运动阻力，使应 力松弛；2）稳定 A， NiA1 ，扩大区，量 大时，室温为 A 组织； 3）淬透性G， 使“C”线右移，Cr-Ni 复合效果更好；4）回 火脆性 Ni 促进有害元素偏聚；5）Ms ， Ar 马氏体相变驱动力。 8、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下 列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热? 2） 高速钢W6Mo5Cr4V2的 AC1在800左右， 但淬火加热温度在 12001240

11、，淬火加热温度 为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为 560左右，并且进 行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的 是什么? 答案要点： 1）高速钢合金量高，特别是 W，钢导热性很 差。预热可减少工件加热过程中的变形开裂倾向； 缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控 制炉温稳定性。 2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高 温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金 度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化 效果。 3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定 性非常好，在 560左右回火，才能弥散析出特 殊碳化物，产生硬化。同时在 560左右回火， 使材料的组织和性能

12、达到了最佳状态。一次回火 使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次 回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并 且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火 可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力 消除得更彻底。 4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力， 尽可能地减小工件的变形与开裂。 9、钢的强化机制主要有哪些（不必写出具体表 达式）? 从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要 有哪些途径? 答案要点：钢的强化机制主要有固溶强化、细晶 强化、位错强化和第二相强化。 提高钢的韧度主要有：1）加入 Ti、V、W、 Mo 等强碳化物形成元素，细化晶粒；2）提高回 火稳定性，加入 Ti、V 等强碳化物

13、形成元素和 Si 元素；3）改善基体韧性，主要是加入 Ni 元素； 4）细化碳化物，如加入 Cr、V 等元素使 K 小、 匀、圆；5）降低或消除钢的回火脆性，主要是 Mo 、W 元素比较有效 一般地，钢有哪些强化与韧化途径？ 宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用 是钢强化的主要手段。 微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位 错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位 错，抑制位错源的开动，如晶须 。 固溶强化、细晶强化、位错强化、 “第二相” 强化沉淀强化、 时效强化、 弥散强化、 析出强化、 二次硬化、过剩相强化 ） 韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量； 2 / 6 防止预存的显微

14、裂纹；形变热处理；利用稳定的 残余奥氏体来提高韧性；加入能提高韧性的 M， 如 Ni, Mn；尽量减少在钢基体中或在晶界上存在 粗大的 K 或其它化合物相。 10、试从合金化原理角度分析 9Mn2V 钢的主 要特点。 答案要点： 1）Mn淬透性，D 油 = 30mm；2）Mn MS，淬火后 AR 较多，约 2022%，使工件变形 较小；3）V 能克服 Mn 的缺点，过热敏感性， 且能细化晶粒； 4） 含 0.9%C 左右， K 细小均匀， 但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在 200 以下回火；5）钢中的 VC 使钢的磨削性能变差。 9Mn2V 广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。 11、 40

15、Mn2 钢淬火加热时， 过热敏感性比较大。 答案要点：Mn 促进了晶粒长大倾向，因为 Mn 降低 A1 温度，又强化了 C 促进晶粒长大 的作用。所以，40Mn2 钢过热敏感性比较 大。 12、40CrNiMo 钢正火后，切削性能比较差。 答案要点：40CrNiMo 钢由于含有提高淬透性 的元素 Cr、Ni、Mo，而且又是多元复合作用 更大，所以钢的淬透性很好，在正火条件下也 会有大量的马氏体产生。 因此其切削性能比较 差。 13、铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处 理来细化。 答案要点：铝合金没有同素异构转变，不能像 钢那样可以靠重新加热产生重结晶 来细化晶粒。 14、H68、H70 俗称

16、弹壳黄铜，为什么常用于 制造炮弹壳、子弹壳。 答案要点：弹壳黄铜的 Zn 含量小于 32%，所 以是单相黄铜，其塑性很好，特别适宜 制造要求深冲压性能较好的弹壳等零件。 15、在低合金高强度构件用钢中，Si、Mn 元素 的加入量有限制，一般 Si1.1%,Mn2%。 答案要点：Si、Mn 元素都能强化铁素体，在低 合金高强度构件用钢中可以提高钢的强 度，但是当 Si1.1%、Mn2%时，却显著 地降低钢的塑性。所以，在低合金高强度 构件用钢中， Si、 Mn 元素的加入量有限制。 16、Si 是非碳化物形成元素，但能有效地提高 钢的低温回火稳定性。 答案要点：Si 虽然是非碳化物形成元素，但在 低温回火时可以抑制 -FexC 的形成和转 变为 Fe3C， 即有效地阻止了 Fe3C 的形核、 长大及转变。所以能有效地提高钢的低温 回火稳定性。 17、 40CrNi 钢淬火高温回火后常用水或油冷却。 答案要点：40 CrNi 钢含有 Cr、