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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。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r C/
2、r M时，形成复杂点阵结构；当r C/r M400， 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，满足技术要求； 另一方
3、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 200-350 回火时， Fe3C 薄
4、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）、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 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；加入能细化A
5、晶粒的元素（Nb、 V、 Ti ）加入适量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，可选用比较缓和的冷却介质，以减小
6、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 阻止相变时碳化物的形核长大，所以提高
7、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；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）是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）是
8、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。Ni: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；促进钢中有害元素的偏聚，增大钢的回火脆性。总结：
9、SiMnCrMoWVNiF 的力学增 加 强增 加 强同上增 加 强同上同上增 加 强性能度，减小度、韧性度 ， 减度 、 韧韧性小韧性性K 形成倾非 K 形弱 K 形中 强 K中 强 K中 强 K强 K 形非 K 形向成元素成元素形 成 元形 成 元形 成 元成元素成元素素素素A 晶粒长细化促进阻 碍 作阻 碍 作阻 碍 作大 大 阻影 响 不大倾向用中等用中等用中等碍大淬透性增加增加增加增加增加增加增加回火稳定提高低提高提高提高提高提高影 响 不性温回火大回火脆性推 迟 低促进促进大 大 降降低降低促进温回脆，低促 进 高温回脆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
10、晶粒长大倾向、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：40CrNiMo40CrMn 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：40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn40Cr 40CrNi 40CrNiMo韧性： 40CrNiMo40CrNi40CrMn40Cr（ Ni 能够改善基体的韧度）回火脆性： 40CrNi40CrMn40Cr40CrNiMo （Mo降低回
11、火脆性）12. 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、
12、V 等置换原子都不能显著地扩散。 W、 Mo、 V 增加了 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 。所以在轧制或锻造温度下仍有未溶的N
