金属材料学思考题答案2(2)

2.有一批W18VCr4V钢制钻头，淬火后硬度偏低，经检验是淬火加热温度出了问题。淬火加热温度可能会出现什么问题？怎样从金相组织上去判断？

答：淬火加热温度可能出现过热、过烧或欠热等问题。若金相组织晶粒粗大，晶界上有网状碳化物，则说明出现过热；若出现鱼骨状共晶莱氏体组织和黑色组织，说明出现过烧；若晶粒特别细小，碳化物未溶解，说明出现欠热。

3.在高速钢中，合金元素W、Cr、V的主要作用是什么？

W：钨是钢获得红硬性的主要元素。主要形成M6C型K，回火时析出W2C；W强烈降低热导率但钢导热性差

Cr 加热时全溶于奥氏体，保证钢淬透性 ，大部分高速钢含4％Cr 。增加耐蚀性，改善抗氧化能力、切削能力。

V提高硬度和耐磨性，细化晶粒，降低过热敏感性。以VC存在。

4.说明下列钢号中Cr、Mn的作用：

15MnTi 、20CrMnTi、GCr15、W6Mo5Cr4V2、5CrNiMo、ZGMn13、0Cr13、40MnB、9Mn2V、CrWMn。 15MnTi：是低合金高强度钢。Mn 的作用是提高淬透性。

20CrMnTi：Cr 是强碳化物形成元素，它能强化铁素体和增大淬透性。Mn 提高淬透性。 GCrl5：Cr 能提高淬透性和减少热敏感性，与它碳形成的合金渗碳体（Fe·Cr）3C 在退火时集聚的倾向比无 Cr 的渗碳体小，所以 Cr 能使渗碳体细化。Mn 提高淬透性。 W6Mo5Cr4V2，Cr提高淬透性和耐磨性，以及切屑加工性能。 5CrNiMo、Cr提高淬透性和耐磨性

ZGMnl3: Mn 的作用是：保证热处理后得到单相的奥氏体。

0Crl3：铬是使不锈钢获得耐腐蚀性的最基本元素。在氧化性介质中，铬能使钢表面很快生成一层氧化膜，防止金属基体继续破坏。含铬钢在氧化性介质中的耐腐蚀性能随铬量的增加而提高，当含铬最达 13%左右时（1/8原子比)，大大提高了钢的电极电位，使耐腐蚀性发生一个跳跃式突变，所以不锈钢中含铬量一般均在 13%以上 40MnB： Mn提高淬透性。 9Mn2V：高碳低合金冷变形模具钢。Mn 溶入铁素体后起强化作用；溶入渗碳体中形成（Fe·Mn）3C 渗碳体类型的碳化物。

CrWMn：Cr、Mn 能提高淬透性。Cr 是碳化物形成元素，能使钢中有较多的碳化物，因此 Cr 提高了此钢的硬度和耐磨性。

5.指出下列钢号属于什么钢？各符号代表什么意义？ Q235、15、T7、T10A、08F、Y40Mn。 Q235：普碳钢，屈服强度>=235MPa

15：优质碳素结构钢，含碳量约为0.15% T7：碳素工具钢，含碳量约为0.70%

T10A：高级优质碳素工具钢，含碳量约为1.0 % 08F：低合金结构钢，08：含碳量0.08%，F：沸腾钢

Y40Mn：易切削钢，含碳量约为0.40 %，Mn含量小于1.5%

6.指出下列钢的类别、主要特点及用途：

Q215－A.F：普碳钢，屈服强度>=215MPa，质量等级为A级，沸腾钢，塑性好，可轧制成钢

板，钢筋，钢管等

Q255-B：普碳钢，屈服强度>=255MPa，质量等级为B级，塑性好，可轧制成钢板，钢筋，钢管等

10钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.10%，用于制造轴承支架 45钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.45%，用于制造轴、齿轮 65钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.65 %，用于制造弹簧

T12A钢：高级优质碳素工具钢，含碳量约为1.2 %，用于制造刀具、量具、模具等

7.材料库中存有：42CrMo、GCr15、T13、60Si2Mn。现要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。

T13，锉刀：热处理方法有：预备热处理：①正火、②球化退火、③最终热处理：淬火+低温回火。M回+K+A’

42CrMo，齿轮，850℃油淬+560℃回火；回火索氏体。

GCr15，连杆，球化退火+淬火、低温回火；隐晶马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体。 60Si2Mn，弹簧，淬火+中温回火；回火屈氏体。 第六七章

1、提高钢耐腐蚀性的方法有哪些？

（1）形成稳定保护膜，→Cr、Al、Si有效。

（2）↑固溶体电极电位或形成稳定钝化区→Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr是理想的。

（3）获得单相组织 →Ni、Mn →单相奥氏体组织。

（4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。

2.为什么低合金热强钢都用Cr、W、Mo、V合金化

作为合金元素加入的Cr、W、Mo、V 等四种元素可与碳结合形成特殊碳化物。这些特殊碳化物对珠光体热强钢的抗回火能力、回火后的硬度和热稳定性有很大的影响。因此在珠光体耐热钢中必须含有Cv、W、Mo、V等元素。

其中Cr可以是提高钢的抗氧化性的主要元素，可以形成致密而稳定的Cr2O3。 Mo可以提高低合金热强钢热强性，固溶强化，析出强化。

V可以形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，增加热强性。 W虽然能提高钢的热强性，但含 W 量过多使热疲劳性敏感性增高。

3.下列零件和构件要求材料具有哪些主要性能？应选用何种材料（写出材料牌号）？应选择何种热处理？

（1)大桥：足够的强度和韧度，良好的焊接性和成型工艺性材料16Mn（Q345）热处理：热轧＋正火

（2)汽车齿轮；对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求高，20CrMnTi热处理二次淬火＋低温回火

（3)镗床镗杆：要求较高硬度和耐磨性，整体要求好的综合机械性能：45热处理：调质、表面淬火＋低温回火

（4）汽车板簧：高的屈服强度高的疲劳性能：60Si2Mn热处理：淬火＋中温回火

（5）汽车、拖拉机连杆螺：能承受交变载荷作用，整个断面要求良好的强韧性：45热处理：

调质：

（6）拖拉机履带板：抗强烈冲击磨损：ZGMn13热处理：水韧处理

（7）气轮机叶片：要求更高的蠕变强度、耐蚀性和耐腐蚀磨损性能：Cr12热处理：淬火高温回火。

（8）硫酸、硝酸容器：耐酸性腐蚀介质浸蚀：1Cr18Ni9Ti热处理：固溶处理

（9)锅炉：足够的高温强度和联合的持久塑性；足够的抗氧化性和耐腐蚀性；组织稳定性要好；良好的工艺性能 材料：珠光体热强钢15CrMo 热处理：正火加高温回火 （10)加热炉炉底板：同锅炉

4.判断下列钢号的钢种、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：T8、Q295、ZGMn13、20Cr、40Cr、20CrMnTi、4Cr13、15GCr、60Si2Mn、12CrMoV、12CrMoV、3Cr2W8、38CrMoAl、9SiCr、5CrNiMo、W18Cr4V、CrWMn、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2、Cr12。 T8：

碳素工具钢。常用的热处理方法有：预备热处理：①球化退火、②正火、③去应力处理。最终热处理：①淬火、②回火。使用状态下的金相组织是：M回+粒状Fe3C+残余A 20Cr：

合金渗碳钢（低淬透性钢）。常用的热处理方法有：为了改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬火加低温回火。热处理后表面渗碳层的组织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心部组织为低碳回火马氏体，未淬透时为铁素体十低碳回火马氏体。 Q345：

低合金结构钢。低合金结构钢一般在热轧或正火状态下使用，一般不需要进行专门的热处理。其使用状态下的显微组织一般为F+P。如果为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。 ZGMn13：

耐磨钢。常用的热处理方法有：水韧处理（加热到 1000~1100C，保温一定时间，在水中快速冷却。使用状态下的金相 组织是：单相的奥氏体 40Cr：

调质钢。调质钢零件的预备热处理：退火或正火，最终热处理：调质处理。调质后组织为回火索氏体。

20CrMnTi：合金渗碳钢（中淬透性渗碳钢）。 常用的热处理方法有：为了改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理 一般是淬火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。热处理后表面渗碳层的组织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳回火马氏体。 4Crl3：

马氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：①淬火+低温回火。 使用状态下的金相组织是：回火马氏体。 GCrl5：

常用作轴承钢和量具钢。常用的热处理方法有：预备热处理： ①锻造+球化退火。最后热处理：①淬火、②低温回火。使用状态下的金相组织是：回火马氏体+ 粒状碳化物+少量的残余奥氏体。 60Si2Mn：

弹簧钢。常用的热处理方法有：淬火+中温回火。使用状态下的金相组织是：回火托氏体。

3Cr2W8V：

常用着压铸模钢，属于过共析钢。常用的热处理方法有：锻造、球化退火、淬火和高温回火。 38CrMoAl：

调质钢（中淬透性钢，氮化钢）。零件的热处理主要是毛坯料的预备热处理(退火或正火)以及粗加工件的调质处理。调质后组织心部为回火索氏体，氮化表面为Fe4N+Fe3-2N+M回。 9CrSi：

合金刃具钢，低合金工具钢的预备热处理通常是锻造后进行球化退火，目的是改善锻造组织和切削加工性能。最终热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+未溶碳化物+少量残余奥氏体。 5CrNiMo： 热模具钢。要反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。锻造后的预备热处理一般是完全退火，其目的是消除锻造应力、降低硬度，以便于切削加工。其最终热处理为淬火+高温(中温)回火，以获得回火索氏体或回火托氏体组织。 Wl8Cr4V：

高速钢。常用的热处理方法有：在锻后进行球化退火，以降低硬度，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。最终热处理为高温淬火和三次高温回火。

经过三次回火后残余奥氏体基本转变完成。高速钢回火后组织为极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体。 Crl2MoV、CrWMn：

冷作模具纲。常用预备热处理是球化退火。最终热处理一般是淬火+低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化物+少量残余奥氏体。 1Crl8Ni9Ti：

奥氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：①固溶处理、 ②稳定化处理。使用下组织为单相奥氏体。 Crl2

冷作模具钢。属于莱氏体钢。常用的热处理方法有：预备热处理：锻造+球化退火。

最终热处理：淬火+低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化物+少量残余奥氏体。

第七章

1.设计创制马氏体时效钢的基本依据是什么？

以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统高强度钢不同，它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。

2.各类超高强度钢是在哪些钢的基础上发展起来的？各有什么优缺点？

低合金超高强度钢：是由调质钢发展起来的，这类钢的优点是具有较高的强度和韧性，且合金元素含量低，成本低，生产工艺简单；缺点是有较大的脱碳敏感性，热处理后变形大，不易校直，而且焊接性也不太好。 二次硬化型超高强度钢：热作模具钢的改型钢，这类钢的优点是淬透性高，过冷奥氏体稳定，耐热性好，具有较高的中温强度；主要缺点是塑韧性、焊接性和冷变形性较差。

马氏体时效钢：铁—镍基合金，这类钢的特点是强度高，韧性高，屈强比高，焊接性和成形性良好，加工硬化系数小，热处理工艺简单，尺寸稳定性好；缺点是合金度高和生产工艺严格，钢的成本高，因此其使用范围受到限制。 沉淀硬化超高强度不锈钢：是由不锈钢发展起来的，主要有马氏体沉淀硬化型不锈钢和奥氏

体—马氏体沉淀硬化型不锈钢；马氏体沉淀硬化型不锈钢的优点是强度和断裂韧度高，缺点是高温性能差。奥氏体—马氏体沉淀硬化型不锈钢的优点是有较好的塑性、加工性能和焊接性，缺点是化学成分和热处理温度的控制范围很窄，热处理工艺复杂，性能波动大，在温度较高时钢的脆性增大。

第八章

1. 机床的床身、床脚和箱体为什么都采用灰铸铁铸造为宜？能否用钢板制造？将两者的使用性能和经济性能作简要的比较。

因为它有优良的铸造性能，良好的减震性，不能用钢板制造

使用性能：钢的强度，硬度较灰铸铁高，但灰铸铁较钢来说有良好的减震性，减磨性，铸造性能。

经济性能：灰铸铁比钢便宜

2．灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？

灰口铸铁的组织和性能决定于含碳量和冷却速度。冷却速度越快珠光体越多，组织越细，性能越高。但过高会出现白口组织。因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。所以铸铁的强度越低。

3.片状石墨的分布类型有哪些？哪一种类型铸铁性能最好？

根据石墨形态，把片状石墨分为六种类型：A~F。中等大小、均匀分布的A型；B型为中心D型、边部A型的结合；C、F型为过共晶石墨；D型是奥氏体枝晶间分布的细小石墨；E型是奥氏体枝晶间呈方向性分布的粗大石墨； 中等大小的A型最好（同等石墨大小），对基体性能降低最小。

4.计算下列成分的铸铁的碳当量（ CE）和共晶度（SE），并判断其是为亚共晶合金、共晶合金或过共晶合金？

1）3.2%C, 2% Si, 0.4%P；

CE = 3.2%+1/3×2%+0.4%）= 4.0%

SE = 3.2%/(4.3%-1/3×(2%+0.4%)) = 91.4% <1 亚共晶 2）3.2%C, 2% Si, 1.18%P；

CE = (3.2 + 1/3×(2+1.18))% = 4.26%

SE = 3.2%/(4.3-1/3×(2+1.18))% = 98.8%共晶 3) 3.2%C, 2.9% Si, 1.3% P.

CE = (3.2 + 1/3×(2.9+1.3))% = 4.6%

SE = 3.2%/(4.3-1/3×(2.9+1.3))% = 110.3% 过共晶

第九、十章

1.铝铜合金的时效过程经过下列步骤，试说明各个阶段的性能变化规律？

GP→θ”→θ’→θ。

2.为什么固溶处理之后要进行时效处理，影响时效硬化效果的因素有哪些？

3.牌号H62、B5、QSn4-3、QAl7 、HMn58-2、ZCuZn38、ZCuSn10Zn4、ZCuNi10Fe1属于哪类铜合金？

H62普通压力加工黄铜；

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