作业答案（金属）

作业1

1、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？ 钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。

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。P还具有严重的偏析倾向；但P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。 易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能。

2、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在?-Fe中形成无限固溶体？哪些能在?-Fe中形成无限固溶体？

铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；

能在?-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V； 能在?-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。

3、碳钢的分类及牌号表示方法。 碳钢的分类：

（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜wC≤0.6%；高碳钢（wC＞0.6%）。

（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。

（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。

（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。 碳钢的牌号表示方法： （1） 普通碳素结构钢

由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。

Q195、Q275不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。

（2）优质碳素结构钢

一般用两位数字表示。表示钢中平均碳的质量分数的万倍。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。

沸腾钢在数字后面标“F”（08F、10F、15F），半镇静钢标“b”，镇静钢一般不标符号。

高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。 专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号. （3）碳素工具钢一般用标志性符号“T”加上碳的质量分数的千倍表示。高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。

含锰碳素工具钢中锰的质量分数可扩大到0.6%，这时，在牌号的尾部标以Mn。 （4）一般工程用铸造碳素钢

用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。

4、指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：Q235-AF、Q255-D、45、20G、T8、T12A

Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

Q235含碳量低，有一定强度，用于农机具中的拉杆、小轴、链等。也用于建筑钢筋、钢板、型钢等；

Q255-D: 屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢；

Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可用作制造摩擦离合器、刹车钢带等。 45：含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作传动轴、发动机连杆、机床齿轮等。 20G：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。

T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢。用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T12A：含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。

5、在铁碳相图中，含有0.77%C的钢称为共析钢，如果在此钢中添加Mn或Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？

含有0.77%C的Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢为过共析钢。因为几乎所有合金元素都使Fe-C相图中S点左移，S点左移意味着共析碳含量降低。

6、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？

常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe； 强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V； 中强碳化物形成元素：Mo、W、Cr； 弱碳化物形成元素：Mn、Fe。

作业2

1、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？ 当强碳化物形成元素以未溶K存在时，起了机械阻止奥氏体晶粒长大的作用；当强碳化物形成元素溶解在A中时，降低了铁的自扩散系数，提高了原子间结合力，同时使界面的表面张力增大。这些综合作用阻止了奥氏体晶粒长大。

2、什么是合金钢的回火脆性？回火脆性产生的原因及解决方法。

钢在200~350℃之间和450~650℃之间回火时，冲击韧性不但没有升高，反而显著下降的现象，称为合金钢的回火脆性。 第一类回火脆性产生的原因：

钢在200~350℃低温回火时，Fe3C薄膜在原奥氏体晶界上或马氏体板条间形成，削弱了晶界强度；

P、S、Bi等杂质元素偏聚于晶界，也降低了晶界的结合强度，与回火后的冷却速度无关。 解决方法：

① 尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；

②可选用含有可改善脆性的合金元素Mo、Ti、V、Al等的合金钢或加入Si推迟脆化温度范围。 ③生产高纯钢，降低P、S等杂质元素含量。 第二类回火脆性产生的原因：

钢在450~650℃回火后缓冷的过程中杂质元素Sb、S、As等偏聚于晶界； 或N、P、O等偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度而产生的。 解决方法：

①尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；

②但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，可选用含Mo、W的合金钢制造；

③提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。

3、就Me对F的力学性能、K形成倾向、A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。 F的力学性K形成倾向 能 Si A晶粒长淬透性 回火稳定性 大倾向 ↑ 提高低温回稳 推迟低温回脆，↑高温回脆 ↑ 提高 ↑ 回火脆性 ↑强度，↓非K形成元素 细化 韧性 韧弱K形成元素 促进 Mn ↑强度、性 韧中强K形成元阻碍作用↑ Cr ↑强度、性

提高 ↑ 素 中等

F的力学K形成倾向 性能 A晶粒长淬透性 回火稳定性 大倾向 提高 回火脆性 Mo ↑强度，中强K形成元阻碍作用↑ ↓韧性 W 素 中等 ↓↓ ↑强度，中强K形成元阻碍作用↑ ↓韧性 素 中等 提高 ↓ V ↑强度，强K形成元素 大大阻碍 ↑ ↓韧性 提高 ↓ Ni ↑强度、非K形成元素 影响不大 ↑ 韧性 影响不大 ↑

4、根据Me在钢中的作用，从淬透性、A晶粒长大倾向、韧性、回火稳定性和回火脆性等几个方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 (1) 淬透性：40Cr<40CrNi<40CrMn<40CrNiMo (2) 回火稳定性：40Cr<40CrNi<40CrMn<40CrNiMo (3) A晶粒长大倾向：40CrNiMo<40CrNi<40Cr<40CrMn (4) 韧性：40Cr<40CrMn<40CrNi<40CrNiMo (5) 回火脆性：40CrNiMo<40Cr<40CrMn<40CrNi

5、为什么贝氏体型普通低合金钢多采用0.5%Mo和微量B作为基本合金化元素？

（1）B型普通低合金钢中加入Me的作用是保证在较宽的冷却速度范围内获得以B为主的组织。

（2）0.3%以上的Mo能显著推迟P转变，但Mo不能完全抑制先共析F的析出。 （3）B元素是偏聚倾向较大的元素，微量的B能偏聚于A晶界，降低C原子在晶界上的偏聚浓度，所以B可以有效地抑制先共析F的析出，并且对B转变推迟较少。

（4）两者的综合作用可提高钢的B淬透性，获得B组织。

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