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1、工程材料作业（4）答案1. 解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
2、阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。 （加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。回
3、火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。）(3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 在合金元素的作用下，使得铁碳
4、相图的S点（即0.77%）和E点（即2.11%）因此，C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。(4) 高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。 高速钢由于合金元素含量高，使得C曲线右移很多，即过冷奥氏体区很大，淬火临界冷却速度大为降低，因此采取空冷即可获得马氏体组织。高速钢俗称“风钢”（锋钢）2何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。含碳量低是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性。渗碳钢常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn
5、，B，主要目的是提高淬透性。还加入少量Ti，V，V，Mo等强碳化物形成元素，形成稳定碳化物，提高耐磨性，并阻碍晶粒长大。渗碳仅是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢，若退火仍然是平衡组织，没有强化效果。只有经过淬火+低温回火后，才能实现表面的强化，而保持心部的塑韧性。3何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。选择中碳是为了保证零件心部（整体）的综合机械性能良好。常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高钢的淬透性，同时强化铁素体，提高基体强度。4指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热
6、处理特点： 20CrMnTi 40MnB，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo牌号名称：合金渗碳钢成分：（1）含碳量：0.2%，低碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性Ti：细化晶粒（渗碳 温度高920）热处理特点： 正火 渗碳+淬火+低温回火热处理组织及硬度： 心部 表面 T，M回，F少 回火M+合金渗碳体+A少 HRC25 HRC60 ak700kJ/m2用途举例：汽车变速齿轮、凸轮轴，活塞销等20CrMnTi40MnB名称：合金调质钢成分：（1）含碳量：0.4%，中碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性热处理特点：
7、完全退火 整体调质（淬火（油）+高温回火） （局部或表面）高频加热表面淬火+低温回火（若要求表面耐磨）热处理组织及硬度： 调质：S回 HRC25 表面淬火+低回：M回 HRC58用途举例：齿轮、轴类，连杆，螺栓等。60Si2Mn名称：合金弹簧钢，专用结构钢，制造弹簧和其他弹性零件。成分：（1）含碳量：0.6%，中高碳（高于调质钢）； （2）合金元素及作用：Si，Mn：提高淬透性，也提高屈强比。热处理特点： 完全退火 淬火+中温回火喷丸强化热处理组织及硬度： T回 HRC40 用途举例：汽车板簧、床垫弹簧热成型弹簧：如汽车板簧 扁钢下料加热压弯成型淬火中温回火喷丸强化冷成型弹簧：螺旋弹簧 冷拉钢
8、丝（淬火中温回火钢丝）冷卷成型去应力退火成品9SiCr名称：低合金工具钢成分：（1）含碳量：0.9%，高碳。 （2）合金元素及作用：Cr、Mn、Si，W、V：提高淬透性和回火稳定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。热处理特点： 球化退火 淬火（油）+低温回火热处理组织及硬度： M回+粒状碳化物+A HRC60-65 用途举例：丝锥、板牙、量规。GCr15名称：滚动轴承钢成分：（1）含碳量：0.95-1.05%，高碳，保证高硬度和耐磨性。 （2）合金元素及作用：Cr：1.30-1.65%，提高淬透性；形成合金渗碳体，提高耐磨性，提高疲劳强度。热处理特点： 球化退火 淬火（油）+低温回火热处理组织
9、及硬度： M回+粒状碳化物+A HRC60 用途举例：滚珠、滚柱、滚针等；冷冲压模具，量具，丝杠等。W18Cr4V名称：高速钢成分：（1）含碳量：0.7-1.5%，高碳，保证与合金元素形成足够数量的碳化物，同时保证有一定数量溶入奥氏体，保证马氏体硬度。 （2）合金元素及作用：Cr、V：提高淬透性，W、Mo：保证红硬性。V：提高耐磨性，细化晶粒。热处理特点： 多次锻造等温退火 淬火（两次预热，分级淬火，油冷）+ 低温回火（560 三次，每次1小时）热处理组织及硬度：淬火组织： M+粒状碳化物+A（大量2025%） HRC63 回火组织： M回+粒状碳化物+A（少量1-2%） HRC63-66 用
10、途举例：丝锥、板牙、量规。Cr12MoV名称：冷作模具钢成分：（1）含碳量：1.0%，高碳，保证高硬度和高耐磨性。 （2）合金元素及作用：Cr、V、W、Mo形成难溶碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr，Cr12含Cr达到12%，提高耐磨性同时还显著提高钢的淬透性。热处理特点： 一次硬化法：950-1000淬火150-180回火 HRC61-64二次硬化法：1100-11500淬火510-520三次回火 HRC60-62（红硬性高400-450、耐磨，但韧性差）热处理组织及硬度：M回+粒状碳化物+A（少量1-2%）用途举例：冷冲模、压印模、拉延模5CrMnMo名称：热作模具钢成分：（1）含碳量：0.5
11、%，中碳，保证高强度、高韧性、较高硬度（HRC35-52）和较高热疲劳抗力。 （2）合金元素及作用：Cr、Mn等。Cr提高钢的淬透性。Mo产生二次硬化，同时防止高温回火脆性。热处理特点：退火淬火高温回火（550）（与调质钢相似）热处理组织及硬度： S回 HRC39-47用途举例：小型热锻模、热镦模5、庞国星教材P110：4-1：见教材，不提供答案。6、高速钢铸造后为什么反复锻造？高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火？该钢淬火加热温度为什么高达1280？淬火后为何三次回火？高速钢560回火是否属于调质处理？为什么？（1）高速钢铸造后为什么反复锻造：高速钢是莱氏体钢，铸造组织成分不均匀，偏
12、析严重，存在大量的粗大碳化物，将降低钢的韧性。碳化物不能采用热处理工艺消除，只能采用反复锻造将其打碎，使之均匀分布。高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火：即球化退火，降低硬度，便于切削加工。该钢淬火加热温度为什么高达1280：保证合金元素（W、Cr）溶入奥氏体，形成合金奥氏体，才能保证形成合金马氏体，并在回火时，析出合金碳化物，获得二次硬化的效果。淬火后为何三次回火：因为残余奥氏体的量较大（30%），需要多次回火才能消除（5%以下）。同时，为了消除较大的残余应力。高速钢560回火是否属于调质处理：不是调质。由于存在二次硬化，高速钢的红硬性好，在560回火仍能保持高硬度。7、试比较分析T
13、9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢：（1）为什么9SiCr钢热处理温度比T9高？为了保证合金元素溶入奥氏体，形成合金奥氏体，最终形成合金马氏体，在回火时析出合金碳化物，以提高红硬性。（2）直径为3040mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透，相同尺寸的T9在油中能否淬透？相同尺寸的T9在油中不能淬透。因为，合金元素的加入，提高了钢的淬透性。（3）为什么T9制造的刀具刃部受热至200250其硬度和耐磨性迅速下降，以至于失效，而9SiCr钢刀具刃部在230250条件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？T9属于碳素工具钢，其红硬性较差，不适合于在200以上工作。而9SiCr
14、属于低合金工具钢，合金元素提高了淬透性，并形成合金马氏体，在回火时析出合金碳化物，以提高红硬性。（4）为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的（HRC60-63）、耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其热处理工艺进行分析。淬透性好，在冷速较缓的油中即可淬透。因此可以制造较复杂的，要求变形小的工具如圆板牙等。9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理：锻造正火+球化退火机加工淬火+低温回火精加工正火+球化退火：彻底消除网状渗碳体，达到切削加工要求的硬度淬火：实现马氏体强化。组织：M+A+未溶Cm，HRC60以上低温回火：保持高硬度，改善塑韧性。组织：M回+未溶Cm+ A（少量），HRC608、为下列工件选择合适的材料和热处理方法：工件：发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车刀、普通机床地脚螺栓材料：38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn发动机连杆螺
