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1、第一章1. 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、P 会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆 性，高温蠕变时的晶界脆断。S能形成FeS,其熔点为989C，钢件在大于1000C的热加工温度时 FeS会熔化，所以易产 生热脆；P能形成F&P，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。2. 钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？答：简单点阵结构和复杂点阵结构 简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好； 复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。3. 简述合金钢中碳化物形成规律。答：当rc/r
2、m0.59时，形成复杂点阵结构；当 rc/r m400 C, Me开始重新分布。非 K 形成元素仍在基体中, K 形成元素逐步进入析出的 K 中,其程度取决于回火温度和时 间。6. 有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？答： Ti、 Nb、 V 等强碳化物形成元素（好处） ：能够细化晶粒,从而使钢具有良好的强韧度 配合,提高了钢的综合力学性能。7. 哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有何作用？答：在结构钢中,提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、 Mo、 cr、 Si、 Ni等。作用：一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能, 满足技术
3、要求； 另一方面, 在淬火时, 可选用比较缓和的冷却介质,以减小工件的变形与开裂倾向。8. 能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？ 答：提高回火稳定性的合金元素： cr、 Mn 、 Ni、 Mo、 W、 V、 Si作用： 提高钢的回火稳定性, 可以使得合金钢在相同的温度下回火时, 比同样碳含量的碳钢 具有更高的硬度和强度； 或者在保证相同强度的条件下, 可在更高的温度下回火, 而使韧性 更好些。9. 第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的？如何减轻和消除？ 答： 第一类回火脆性 :脆性特征：不可逆；与回火后冷速无关；断口为晶界脆断。产生原因：钢在200
4、-350C回火时，F&C薄膜在奥氏体晶界形成，削弱了晶界强度；杂质元 素P、S、Bi等偏聚晶界，降低了晶界的结合强度。防止措施：降低钢中杂质元素的含量；用Al脱氧或加入Nb （铌八 V Ti等合金元素细化奥氏体晶粒；加入 Cr、Si调整温度范围；采用等温淬火代替淬火回火工艺。第二类回火脆性：脆性特征：可逆；回火后满冷产生，快冷抑制；断口为晶界脆断。产生原因：钢在 450-650 C回火时，杂质元素 Sb S、As或N、P等偏聚于晶界，形成网状 或片状化合物,降低了晶界强度。高于回火脆性温度， 杂质元素扩散离开了晶界或化合物分 解了；快冷抑制了杂质元素的扩散。防止措施：降低钢中的杂质元素；加入能
5、细化A晶粒的元素（Nb V、Ti）加入适量的Mo W元素；避免在第二类回火脆性温度范围回火。10. 就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回火 稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：Si、Mn Cr、Mo W V、Ni。答：Si: Si是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） Si是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Si钢的脱C倾向和石墨化倾向较大； Si量少时，如果以化合物形式存在，则阻止奥氏体晶粒长大，从而细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性； Si提高了钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和
6、 的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 Si提高钢的低温回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢； Si能够防止第一类回火脆性。Mn: Mn强化铁素体，在低合金普通结构钢中固溶强化效果较好；（强度增加，韧性减小） Mn是奥氏体形成元素，促进 A晶粒长大，增大钢的过热敏感性； Mn使A等温转变曲线右移，提高钢的淬透性； Mn提高钢的回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢； Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢回火脆性的倾向。Cr： Cr是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） Cr是碳化物形成元素，能细化晶粒，改善碳化物的均匀性； Cr阻止相变时碳化
7、物的形核长大，所以提高钢的淬透性； Cr提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢； Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；Mo: （W类似于Me） 是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） 是较强碳化物形成元素，所以能细化晶粒，改善碳化物的均匀性， 大大提高钢的回火稳定性； 阻止奥氏体晶粒长大，细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性； 能提高钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或减轻钢第二类回火脆性的有效元素。V: （ Ti、Nb 类似于 V） 是铁素体形
8、成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） 是强碳化物形成元素，形成的VC质点稳定性好，弥散分布，能有效提高钢的热强性和回火稳定性； 阻止A晶粒长大的作用显著，细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性； 提高钢的淬透性，消除回火脆性。N: 是奥氏体形成元素，促进晶粒长大，增大钢的过热敏感性；（强度增加，韧性增加） 是非碳化物形成元素， 增大钢中的碳活度，所以含 Ni钢的脱C倾向和石墨化倾向较大； 对A晶粒长大的影响不大； 能提高钢的淬透性， 使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢
9、； 促进钢中有害元素的偏聚，增大钢的回火脆性。 总结：SiMnCrMoWVNiF的力学 性能增加强度，减小 韧性增加强度、韧性同上增加强 度，减 小韧性同上同上增加强 度、韧 性K形成倾:非K形弱K形中强 K中强K中强K:强K形非K形向成兀素成兀素形成元 素形成元 素形成元 素成兀素成兀素A晶粒长 大倾向细化促进阻碍作用中等阻碍作 用中等阻碍作用中等大大阻 碍影响不 大淬透性增加增加增加增加增加增加增加回火稳定 性提高低 温回火提高提高提高提高提高影响不 大回火脆性推迟低 温回脆， 促进高 温回脆促进促进大大降低降低降低促进11根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向
10、、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo答：淬透性：40CrNiMo40CrM n 40CrNi 40Cr（因为在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni,而合金元素的复合作用更大。） 回火稳定性：40CrNiMo40CrM n 40CrNi 40Cr 奥氏体晶粒长大倾向：40CrM n 4OCr 40CrNi 40CrNiMo 韧性：40CrNiMo40CrNi40CrMn4OCr （ Ni能够改善基体的韧度） 回火脆性：4OCrNi4OCrMn40Cr40CrNiMo（ Mo降低回火脆性）12
11、. 为什么 W Mo V等元素对珠光体转变阻止作用大，而对贝氏体转变影响不大？答：对于珠光体转变，不仅需要C的扩散和重新分布，而且还需要W Mo V等K形成元素的扩散，而间隙原子碳在 A中的扩散激活能远小于 W Mo V等置换原子的扩散激活能，所 以W Mo V等K形成元素扩散是珠光体转变时碳化物形核的控制因素。V 主要是通过推迟碳化物形核与长大来提高过冷奥氏体的稳定性W、Mo 除了推迟碳化物形核与长大外，还增大了固溶体原子间的结合力、铁的自扩散激活 能，减缓了 C 的扩散。贝氏体转变是一种半扩散型相变，除了间隙原子碳能作长距离扩散外，W、Mo、 V 等置换原子都不能显著地扩散。W Mo V增
12、加了 C在y相中的扩散激活能，降低了扩散系数，推迟了贝氏体转变，但作用比 Cr、Mn、Ni 小。13. 为什么钢的合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明合金元素复合作用的机理。 答：因为合金元素能对某些方面起积极的作用， 但许多情况下还有不希望的副作用， 因此材 料的合金化设计都存在不可避免的矛盾。 合金元素有共性的问题， 但也有不同的个性。 不同 元素的复合，其作用是不同的，一般都不是简单的线性关系，而是相互补充，相互加强。所 以通过合金元素的复合能够趋利避害，使钢获得优秀的综合性能。例子：Nb-V复合合金化：由于Nb的化合物稳定性好，其完全溶解的温度可达 1325-1360 C。 所以
13、在轧制或锻造温度下仍有未溶的 Nb,能有效地阻止高温加热时 A晶粒的长大，而 V的 作用主要是沉淀析出强化。 Mn-V复合：Mn有过热倾向，而 V是减弱了 Mn的作用；Mn能降低碳活度，使稳定性很好 的VC溶点降低，从而在淬火温度下 VC也能溶解许多，使钢获得较好的淬透性和回火稳定性。14合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V ,后者的淬透性稍大,为什么？ 答：钒和碳、氨、氧有极强的亲和力,与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物 的形式存在。 其主要作用是细化钢的组织和晶粒, 降低钢的强度和韧性。 当在高温溶入固溶 体时,增加淬透性；反之,如以碳化物形式存在时,降低淬透性。15. 怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，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。 并且合金元素的良好作用, 只有在进行适当的热处理条件 下才能表现出来”？16. 合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？答：细化奥氏体晶粒-如Ti、V、Mo 提高钢的回火稳定性-如强K形成元素
