工程材料学总复习题与答案

工程材料学总复习题与答案内容摘要：

时，不仅使 C 曲线右移，而且还会使 C 曲线的形状发生变化，甚至出现两组 C 曲线，上部的C 曲线反映了奥氏体向珠光体的转变，而下部的 C 曲线反映了奥氏体向贝氏体的转变。 合金元素对钢中基本相有何影响 ?对钢的回火转变有什么影响 ? （ 1）合金元素溶入铁素体中形成合金铁素体，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变，产生固溶强化效应。 ① 非碳化物形成元素：如 Ni、 Si、 Al、 Co 等，它们不与碳形成化合物，基本上都溶于铁素体内，以合金铁素体形式存在；碳化物形成元素，基本上是置换渗碳体内的铁原子而形成合金渗碳体或合金碳化物，如： Cr7 C3 等。 （ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。 由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下 降的速度比碳钢慢。 这种现象称之为回火稳定性。 合金元素一般都能提高残余奥氏体转变的温度范围。 在碳化物形成元素含量较高的高合金钢中，淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到 500～ 600℃ 仍不分解，而是在回火冷却过程中部分转变为马氏体，使钢的硬度反而增加，这种现象称之为二次硬化。 其次，在高合金钢中，由于 Ti、 V、 W、 Mo 等在 500～ 600℃ 温度范围内回火时，将沉淀析出特殊碳化物，这些碳化物以细小弥散的颗粒状存在，因此，这时硬度不但不降低，反而再次增加，这种现象称之为“沉淀型 ”的二次硬化，亦称为弥散硬化或沉淀硬化。 合 金元素对淬火及回火后钢的机械性能的不利影响是回火脆性问题。 （ 1）除 Mn、 Ni 等扩大 γ 相区的元素外，大多合金元素与铁相互作用能缩小 γ 相区，使 A 4 下降， A 3 上升，因此使钢的淬火加热温度高于碳钢。 （ 2）钢在淬火后回火时的组织转变主要是马氏体分解、残余奥氏体的分解及碳化物形成、析出和聚集的过程，这个过程也是依靠元素之间的扩散来进行的。 由于合金元素扩散速度小，而又阻碍碳原子扩散，从而使马氏体的分解及碳化物的析出和聚集速度减慢，将这些转变推迟到更高的温度，导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降 的速度比碳钢慢。 这种现象称之为回火稳定性。 （ 3）从合金元素对铁碳相图的影响可知，由于合金元素均使相图中的S 点和 E 点左移，因此使共析点和奥氏体的最大溶碳量相应地减小，出现了当含 Cr 量为 12％时，共析点地含碳量小于 ％ ,含碳量 12％时奥氏体最大含碳量小于 ％。 （ 4）由于高速钢中含有大量地合金元素，使其具有很高的淬透性，在空气中冷却即可得到马氏体组织。 何谓渗碳钢 ?为什么渗碳钢的含碳量均为低碳 ?合金渗碳钢中常加入哪些合金元素 ?它们在钢中起什么作用 ? 用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。 渗碳钢的含碳量一般都很低 (在～ ％之间 )，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。 为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如 Cr、 Ni、 Mn、 Mo、 W、 Ti、 B 等。 其中 Cr、 Mn、Ni 等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。 另外，少量的 Mo、 W、 Ti 等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒的作用。 微量的B(～ ％ )能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。 何谓调质钢 ?为 什么调质钢的含碳量均为中碳 ?合金调质钢中常加入哪些合金元素 ?它们在钢中起什么作用 ? 调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。 调质钢的含碳量一般在 ～ ％之间，属于中碳钢。 碳量过低，钢件淬火时不易淬硬，回火后达不到所要求的强度。 碳量过高，钢的强度、硬度虽增高，但韧性差，在使用过程中易产生脆性断裂。 常用合金调质钢通常加入的合金元素有 Cr、 Ni、 Si、 Mn、 B 等，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。 弹簧钢的含碳量应如何确定 ?合金弹簧钢中常加入哪些合金元 素，最终热处理工艺如何确定 ? 弹簧钢可分为碳素弹簧钢与合金弹簧钢。 碳素弹簧钢是常用的弹簧材料之一，其含碳量为 ～ ％。 合金弹簧钢的含碳量低一些，约介于 ～ ％之间，考虑到合金元素的强化作用，降低含碳量有利于提高钢的塑性和韧性。 合金弹簧钢中所含合金元素经常有 Si、 Mn、 Cr、V 等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。 根据弹簧的加工成型状态不同，弹簧分为热成型弹簧与冷成型弹簧，热成型弹簧的最终热处理为淬火后中温回火；冷 成型弹簧则是用冷拉弹簧钢丝经冷卷后成型，然后进行低温去应力退火。 滚动轴承钢的含碳量如何确定 ?钢中常加入的合金元素有哪些 ?其作用如何 ? 滚动轴承钢的含碳量为 ～ ％，这样高的含碳量是为了保证滚动轴承钢具有高的硬度和耐磨性。 主加元素是 Cr，其作用可增加钢的淬透性，铬与碳所形成的 (Fe、 Cr) 3 C 合金渗碳体比一般 Fe 3 C 渗碳体稳定，能阻碍奥氏体晶粒长大，减小钢的过热敏感性，使淬火后得到细小的组织，而增加钢的韧性。 Cr 还有利于提高回火稳定性。 对于大型滚动轴承 (如 D30～ 50mm 的滚珠 )，还须加入适量的 Si(～ ％ )和Mn(～ ％ )，以便进一步改善淬透性，提高钢的强度和弹性极限而不降低韧性。 钢种 表面组织 心部组织 晶粒大小 性能 原因 20 钢 回火马氏体＋渗碳体 F+P 较细小 外硬内韧 20CrMnTi 回火 M＋合金 渗 碳 体 +A F+P（细）＋低碳回火马氏体 更细小 表面强度、硬度更高，心部不仅强、硬 度较高，同时韧性好 加入合金元素不仅改善了组织，同时性能也得以提高 1何谓热硬性 (红硬性 )?为什么 W18Cr4V 钢在回火时会出现 “二次强化 ”现象 ?65 钢淬火后硬度可达 HRC60～ 62，为什么不能制车刀等要求耐磨的工具 ? 1热硬性（红硬性）是指外部受热升温时工具钢仍能维持高硬度（大于 60 HRC）的功能。 W18Cr4V 出现二次硬化的原因是在 550～ 570℃温度范围内钨及钒的碳化物（ WC,VC）呈细小分散状从马氏体中沉淀析出，产生了弥散硬化作用。 同时，在此温度范围内， 一部分碳及合金元素从残余奥氏体中析出，从而降低了残余奥氏体中碳及合金元素含量，提高了马氏体转变温度。 当随后回火冷却时，就会有部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度得到提高。 由于以上原因，在回火时便出现了硬度回升的 “二次硬化 ”现象。 而 65 钢虽然淬火后硬度可达 60～ 62HRC 但由于其热硬性差，钢中没有提高耐磨性的碳化物，因此不能制造所要求耐磨的车刀。 钢淬火温度为什么要选那么高。 回火温度为什么要。