1、第七章 合金鋼 碳鋼具備很多優(yōu)點，在機器制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。但是碳鋼淬透性低、回火抗力差、不具備特殊的物理、化學(xué)性能，且屈強比低，約為0.6。而合金鋼屈強比一般為0.850.9。在零件設(shè)計時，屈服強度是設(shè)計的依據(jù)。所以，碳鋼的強度潛力不能充分發(fā)揮。為了滿足使用要求，必須選用合金鋼。1、合金元素對鋼中基本相有哪些影響？答： 與碳親合力很弱的合金元素，溶入鐵素體內(nèi)形成合金鐵素體，對基體起固溶強化作用，與碳不發(fā)生化合反應(yīng)。 與碳親合力較強的合金元素，一般能置換fe3c中的鐵原子，形成合金fe3c。合金fe3c較fe3c穩(wěn)定性略高，硬度較為提高，是低合金鋼中存在的主要碳化物。 與碳親合力很強的合金

2、元素，且含量大于5，易形成特殊碳化物。它比合金滲碳體具有更高的熔點、硬度、耐磨性和回火穩(wěn)定性。2、普通低合金鋼與含碳量相同的碳素鋼相比有什么特點？這類鋼常用于哪些場合？鋼中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金鋼是一種低碳、低合金含量的結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量0.2，合金元素含量3。與具有相同含碳量的碳素鋼相比具有較高的強度，較高的屈服強度，因此，在相同受載條件下，使結(jié)構(gòu)的重量減輕2030。具有較低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度（-30）。 普通低合金鋼主要用于橋梁、車輛、油罐以及工程構(gòu)件。因此它的工作環(huán)境大多在露天，受氣溫和大氣中腐蝕性氣體的影響較大。 鋼中合金元素的主要作用：mn強化鐵素體基體；v、ti細化鐵素體

3、晶粒，形成碳化物起彌散強化的作用；cu、p提高鋼對大氣的抗蝕能力。3、普通低合金鋼常用于哪些場合？對性能有何要求？如何達到這些性能要求？答：普通低合金鋼主要用于橋梁、車輛、油罐以及工程構(gòu)件。由于它的工作環(huán)境大多在露天，受氣溫和大氣中腐蝕性氣體的影響較大。因此對它的性能要求如下：良好的綜合力學(xué)性能，s350650 mpa，1623，k6070 j/cm2；良好的焊接性、冷熱加工性；較好的抗蝕性；低的冷脆轉(zhuǎn)化溫度，一般為-30。 為了達到這些要求，普通低合金鋼碳含量低，一般為0.10.2；合金元素含量低，一般3。主加元素mn用來強化鐵素體基體；輔加元素v、ti用來形成碳化物起彌散強化的作用，同時細

4、化鐵素體晶粒；cu、p用來提高鋼對大氣的抗蝕能力。4、合金鋼與碳鋼相比，為什么它的力學(xué)性能好？熱處理變形小？為什么合金工具鋼的耐磨性、熱硬性比碳鋼高？答：合金鋼中的合金元素能溶入鐵素體基體起固溶強化作用，只要加入量適當(dāng)并不降低鋼的韌性；除了co和al外，其它合金元素均使c曲線右移，使合金鋼淬火時臨界冷卻速度下降，淬透性提高，從而使力學(xué)性能在工件整個截面上均勻（特別是s和k）。故合金鋼力學(xué)性能好。 合金鋼淬透性高，臨界冷卻速度小，故可用較小的冷卻速度進行淬火，使熱應(yīng)力大大降低，所以，合金鋼的熱處理變形小。 合金工具鋼中存在合金滲碳體和特殊炭化物，比碳素工具鋼中的滲碳體具有更高的硬度和穩(wěn)定性，彌散

5、度高，故耐磨性高。5、合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變有何影響？答：合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響： 提高回火穩(wěn)定性 在保持相同硬度的條件下，合金鋼的回火溫度比碳鋼高，因此，內(nèi)應(yīng)力消除更充分一些，韌性也就更高一些。 產(chǎn)生二次硬化 在500600回火時，鋼中強碳化物形成元素從馬氏體中析出與母相保持共格關(guān)系的高度彌散的特殊碳化物（如mo2c、w2c、vc等），使強度、硬度反而提高。此外，高合金鋼淬火組織中殘余奧氏體較多，且十分穩(wěn)定，當(dāng)加熱到500600時，特殊碳化物析出，使殘余奧氏體中的碳和合金元素含量降低，ms點提高，同時，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這種現(xiàn)象稱為二次淬火，這是造成二次硬化的又一個原因。 避

6、免出現(xiàn)第類回火脆性 淬火合金鋼在450650回火后緩慢冷卻，沖擊韌性急劇下降。為了避免第類回火脆性的產(chǎn)生，在此回火溫度范圍內(nèi)回火后快冷，并且增加一次低于此溫度的補充回火，以消除由于快冷造成的內(nèi)應(yīng)力。另外還可以在鋼中加入w1或mo0.5，以防止第類回火脆性。6、什么是滲碳鋼？它的最終熱處理采用何種熱處理？獲得的組織是什么？合金元素的主要作用是什么？答：進行滲碳處理的鋼稱為滲碳鋼。它的最終熱處理為滲碳淬火低溫回火。獲得的組織：表層是高碳回火馬氏體滲碳體或碳化物；心部若淬透為低碳回火馬氏體，若未淬透為少量低碳回火馬氏體屈氏體鐵素體。 滲碳鋼中主加元素為cr、ni、mn、b用于強化基體，提高淬透性；輔

7、加元素為w、mo、v、ti，用于細化晶粒，它們形成的碳化物在高溫滲碳時不溶解，有效抑制了滲碳時的過熱現(xiàn)象。7、滲碳鋼主要應(yīng)用在什么場合？工作狀況如何？對原材料、力學(xué)性能、滲碳工藝性能有什么要求？答：滲碳鋼主要用于制造汽車、拖拉機齒輪。它的工作條件使齒輪受交變彎曲應(yīng)力，由于接觸應(yīng)力很高，加工精度決定了齒輪嚙合時不會是純滾動，所以齒面還受很大的摩擦力。 對原材料要求：不允許有粗大的非金屬夾雜物；對力學(xué)性能要求：滲碳層的硬度要高，一般為5864hrc，心部應(yīng)具有較高的強度和硬度，一般b5001200mpa，硬度2545hrc；對滲碳工藝性能的要求：滲碳速度較快；滲碳層的成分要適當(dāng)，為0.851.05

8、；成分過渡要平緩；過熱敏感性要小；表層殘余奧氏體量要少。8、現(xiàn)有20crmnti鋼制造的汽車齒輪，要求齒面硬化層為1.01.2mm，齒面硬度為5862hrc，心部硬度為3540hrc。 確定齒輪生產(chǎn)工藝路線；畫出最終熱處理工藝曲線； 說明熱處理作用； 最終熱處理獲得的表層與心部組織。答： 齒輪生產(chǎn)工藝路線：92094084023090min90min6h時間空冷溫度（）油冷20crmnti齒輪最終熱處理工藝曲線 下料鍛造正火加工齒形滲碳預(yù)冷淬火低溫回火噴丸精磨 正火：消除鍛造應(yīng)力；細化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。 預(yù)冷淬火低溫回火：獲得表層的高硬度；心部的高強度和高韌性。 噴丸：消除表面

9、氧化皮，提高表面質(zhì)量；使表面留存殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度。 表層：高碳回火馬氏體滲碳體或碳化物；心部：低碳回火馬氏體屈氏體。9、什么是調(diào)質(zhì)鋼？它的化學(xué)成分有什么特點？主要應(yīng)用于什么場合？對性能有何要求？答：經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。它的化學(xué)成分為中碳、低合金，碳含量一般為0.30.5，合金元素含量5。主要用于制造軸類、曲軸類、連桿螺栓等重要零件，這些零件在工作時承受交變的彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉壓、沖擊等復(fù)雜應(yīng)力。 對調(diào)質(zhì)鋼的性能要求： 具有良好的綜合力學(xué)性能 b4501000 mpa，10，k50 j/cm2 ； 良好的淬透性 淬透性對材料的力學(xué)性能影響極大。如45鋼860油淬+560回火，20

10、40試樣，b=850mpa，s=560mpa，k=110j/cm2。未淬透，s/b=0.65低，材料浪費大；510b=1000mpa，s=840mpa，k=110j/cm2，淬透，s/b=0.84高，材料浪 避免高溫回火脆性 10、調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理采用何種熱處理？獲得的組織是什么？常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號有哪些？主加和輔加合金元素有哪些，要作用是什么？答：調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理采用淬火+高溫回火；組織是s回。 常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號：40cr、30crmo、30crmoti。 調(diào)質(zhì)鋼的主加元素是mn、si、cr、ni及少量b，主要目的是提高鋼的淬透性，強化基體；輔加元素是w、mo、v、ti，主要目的是細化晶粒

11、，提高回火抗力；少量的b以進一步提高淬透性；w和mo還可以防止第二類回火脆性。11、現(xiàn)有40cr鋼制造的機床主軸，心部要求良好的強韌性（200300hbs），軸頸處要求硬而耐磨（5458hrc），試問： 編寫加工工藝路線和最終熱處理工藝曲線； 說明預(yù)先熱處理和最終熱處理的作用和最終熱處理后的組織。答： 加工工藝路線為：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工噴丸880570120min90min時間溫度（）油冷40cr機床主軸最終熱處理工藝曲線空冷正火：消除鍛造應(yīng)力；細化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能；為調(diào)質(zhì)處理做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)處理：獲得綜合力學(xué)性能。最終組織：s回。噴丸：消除表面氧化皮，提高表面質(zhì)量

12、；使表面留存殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度。12、為什么彈簧鋼多采用si作為主要合金元素？為何采用淬火中溫回火？硬度能達到多少？常用的彈簧鋼牌號有哪些？應(yīng)用上有哪些特點？答：鋼中加入si可以提高淬透性，強化基體，并明顯提高回火穩(wěn)定性。因為在馬氏體分解過程中，必然伴隨著碳化物的轉(zhuǎn)變；在-fe2.4c中能溶解si，而fe3c中卻不能溶解si，這樣勢必形成所謂高硅墻，阻礙-fe2.4c向fe3c轉(zhuǎn)變，因而延緩了馬氏體分解的速度，提高了鋼的回火抗力。同時使屈強比提高到接近于1，提高了強度利用率和彈簧的疲勞強度。 彈簧鋼采用淬火后中溫回火，可以獲得具有較高的彈性極限、較高的疲勞強度以及一定的塑性和韌性的回火屈

13、氏體組織。硬度為3850hrc。常用的彈簧鋼牌號有：65mn、60si2mn，用于制造截面尺寸較大的彈簧，但熱處理時有回火脆性和過熱現(xiàn)象。50crva、55simnv，用于制造高溫、高負荷下工作的彈簧。13、彈簧對材料的性能有何要求？彈簧的表面質(zhì)量對其使用壽命有何影響？可采用哪些措施提高彈簧使用壽命？答：彈簧主要用做減震儲能，因此要求具有高的彈性極限、屈強比和疲勞強度，以及一定的塑性和韌性。 彈簧一般是在動載荷下工作，受到反復(fù)彎曲或拉、壓應(yīng)力，因此表面若有裂紋、斑疤、夾雜及壓入的氧化皮等，均會成為疲勞源，以致發(fā)生疲勞破壞，使彈簧的使用壽命降低。 提高彈簧使用壽命的措施： 材料選用上 碳素彈簧鋼

14、采用中、高碳，碳含量一般為0.60.8；合金彈簧鋼碳含量一般為0.450.7，保證彈簧具有一定的塑性和韌性，防止產(chǎn)生脆性斷裂。 合金元素的選用上 主加合金元素mn、si、cr，提高鋼的淬透性，強化基體，提高屈強比；輔加元素w、v，減少脫碳和過熱傾向，同時進一步提高淬透性、彈性極限、屈強比、耐熱性和沖擊韌性。 最終熱處理上 采用淬火+中溫回火，獲得t回組織；表面進行噴丸處理，使工件表面留存殘余壓應(yīng)力，提高疲勞極限。 14、滾動軸承鋼的化學(xué)成分有何特點？為什么？常用的滾動軸承鋼的牌號有哪些？答：化學(xué)成分特點：高碳含量約為0.951.15；主加合金元素為鉻含量約為0.401.65。高碳保證鋼經(jīng)熱處理

15、后具有高硬度和獲得一定量的高耐磨性的合金碳化物。主加合金元素cr，以提高鋼的淬透性并與碳形成合金滲碳體（fe、cr）3c，阻止奧氏體晶粒長大，淬火后獲得細小的隱晶馬氏體組織，提高鋼的強度、韌性、接觸疲勞強度。但是cr的含量過高，使殘余奧氏體量增加，降低鋼的強度和硬度。對于大型軸承，還需加入si、mn、mo、v等元素，以提高鋼的強度、彈性極限，并進一步改善淬透性。常用滾動軸承鋼的牌號有：gcr9、gcr15制造中、小型軸承；gcr15simn制造大型軸承。15、滾動軸承鋼的熱處理有何特點？熱處理主要目的是什么？組織是什么？答：滾動軸承鋼的主要熱處理為：球化退火、淬火+低溫回火，對于精密軸承還需進

16、行冷處理+低溫回火。球化退火的目的：降低硬度，改善切削加工性能，并為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。組織為鐵素體和均勻分布的細小粒狀碳化物。淬火+低溫回火的目的：獲得高硬度、高的疲勞極限、高的耐磨性。組織為極細的回火馬氏體、細小均勻分布的粒狀碳化物、極少量的殘余奧氏體。冷處理的目的：進一步消除殘余奧氏體；低溫回火消除冷處理產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。16、滾動軸承鋼主要應(yīng)用于什么場合？滾動軸承的工作條件有什么特點？工作條件對滾動軸承鋼的性能提出什么要求？答：滾動軸承鋼主要用于制造滾動軸承套圈、滾動體以及各種耐磨零件。滾動軸承工作條件特點：滾動軸承鋼制造的滾動軸承內(nèi)外套圈及滾動體都是在交變的接觸應(yīng)力下工作的

17、，最大接觸應(yīng)力可達3000000mpa。在滾動過程中，滾動體、套圈、保持架之間還有相對滑動，產(chǎn)生摩擦。在某些情況下，還受復(fù)雜的沖擊、扭轉(zhuǎn)載荷。工作條件對滾動軸承鋼性能要求：高硬度（6264hrc），高耐磨性；高接觸疲勞強度，不易產(chǎn)生點蝕；高的彈性極限和一定的韌性；高的淬透性；高的尺寸穩(wěn)定性；一定的抗蝕性。17、滾動軸承鋼對s、p含量的限定有什么要求？為什么？答：滾動軸承鋼對s、p含量的限定十分嚴(yán)格，s0.020，p0.007。因為s、p形成的非金屬夾雜物，降低接觸疲勞極限。 18、試分析高速工具鋼中化學(xué)成分的特點，合金元素的作用。寫出高速鋼刃具的加工工藝路線，并分析最終熱處理的工藝特點。其主要

18、用途是什么？常用的牌號是什么？答：高速工具鋼中化學(xué)成分的特點表現(xiàn)為高碳、高合金，碳含量為0.71.65，并含有大量的w、mo、cr、v等強碳化物形成元素。 合金元素的作用：cr的主要作用是提高鋼的淬透性；w和mo的主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性；v的主要作用是提高鋼的硬度和耐磨性。高速鋼刃具的加工工藝路線：下料鍛造球化退火機械加工1280淬火560三次回火磨削開刃 高速鋼最終熱處理為1280淬火、560三次回火，其特點是預(yù)熱次數(shù)多，加熱溫度高，回火溫度高，回火次數(shù)多。 高速工具鋼主要用于制造刃具和冷作模具。常用的牌號是w18cr4v和w6mo5cr4v2。19、高速工具鋼按其所含的主要元素可分為

19、哪兩類，舉列說明。它們的共同特點是什么？答：高速鋼按其所含的主要元素分為鎢系（w18cr4v）和鉬系（w6mo5cr4v2）。 它們的共同特點是碳含量較高，并含有多種碳化物形成元素w、mo、cr、v等。20、高速工具鋼經(jīng)鑄造后為什么要反復(fù)鍛造？鍛造后在切削加工前為什么必須退火？采用何種退火方法？退火溫度是多少？退火后組織是什么？硬度為多少？答：高速鋼的鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀合金碳化物，使鋼的機械性能下降。這種碳化物不能用熱處理來消除，只有采用反復(fù)鍛擊的方法將其擊碎，并均勻分布在基體上。 高速鋼經(jīng)鍛造后，存在鍛造應(yīng)力及較高硬度。經(jīng)退火處理以降低硬度，改善切削加工性，并消除內(nèi)應(yīng)力。 退火方法有普

20、通退火和等溫退火，退火溫度約為830，退火后組織是索氏體及細粒狀碳化物，硬度為207255hbs。21、畫出高速鋼最終熱處理工藝曲線，分析淬火加熱過程和冷卻過程有什么特點。溫度（）時間127012805806208008405605605603.5min1h1h1h7min分級淬火三次回火w18cr4v鋼淬火與回火工藝曲線答：采用分級加熱、分級冷卻，防止變形和開裂。22、分析高速鋼淬火溫度為什么高達1280？淬火后的組織是什么？淬火后為什么要經(jīng)三次560回火？560回火后的組織是什么？高速工具鋼在560回火是否是調(diào)質(zhì)處理？答：高速鋼良好的切削性能，主要取決于高的熱硬性，而熱硬性主要取決于馬氏體

21、中合金元素的含量。因此，高速鋼在淬火時加熱溫度的選定，必須使合金元素充分溶入奧氏體中。w、cr、v在1000時溶入量顯著增加，但溫度過高，奧氏體晶粒粗大，淬火后殘余奧氏體量增加，性能降低。故高速鋼淬火為溫度1280。淬火后的組織是馬氏體、殘余奧氏體和合金碳化物。 高速鋼淬火后，殘余奧氏體的量可達2030，必須進行多次回火以促使其發(fā)生轉(zhuǎn)變。在560范圍內(nèi)回火時，一方面從馬氏體中析出細小分散的w2c、moc、vc，形成彌散硬化；另一方面從殘余奧氏體中析出合金碳化物，降低殘余奧氏體中合金的濃度，使ms點上升，當(dāng)隨后冷卻時，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，產(chǎn)生二次硬化。回火后的組織為回火馬氏體、合金碳化物、少

22、量的殘余奧氏體。高速工具鋼在560回火不是調(diào)質(zhì)處理。 23、簡述高速鋼的成分、熱處理和性能特點，并分析合金元素作用。答：成分特點：高碳c=0.71.65%；高合金。熱處理特點：淬火溫度高,在12701280淬火，淬火后560三次回火.性能特點：具有高強度，高硬度，高沖擊韌性。合金元素作用：cr提高鋼的淬透性,w提高鋼的紅硬性和回火穩(wěn)定性;v提高鋼的硬度和耐磨性，mo防止第二類回火脆性產(chǎn)生.24、硬質(zhì)合金是如何形成的？它有什么特性？答：硬質(zhì)合金是將高熔點、高硬度的金屬碳化物粉末和粘結(jié)劑混合，壓制成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。 它的硬度高、熱硬性高、耐磨性高。25、硬質(zhì)合金分為哪二類？性能

23、上有什么不同？應(yīng)用上有什么不同？答：硬質(zhì)合金分為鎢鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金二類。 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金比鎢鈷類硬質(zhì)合金硬度高，熱硬性高，耐磨性高，但韌性低。鎢鈷類硬質(zhì)合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬、塑料。鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金主要用于加工合金鋼、耐熱鋼。26、冷作模具鋼對材料的性能有什么要求？常用的冷作模具鋼的牌號有哪些？答：冷作模具鋼是用來制造使金屬在冷態(tài)下變形的模具。因此要求材料具有很高的硬度、強度、良好的耐磨性及足夠的韌性。尺寸小的冷作模具鋼常用牌號為：t10、t10a、9sicr、9mn2v、crwmn等。大型模具必須采用淬透性好、耐磨性高、熱處理變形小的鋼，一般采用cr12、cr12mo

24、v等。27、試分析cr12mov鋼的碳含量和合金元素的作用。答：cr12mov鋼是冷作模具鋼，其碳含量為1.451.70，保證熱處理后獲得高硬度、高耐磨性。主加合金元素cr含量高，可顯著提高鋼的淬透性，使截面厚度400mm的模具在油中淬透，并形成cr7c3合金碳化物，具有極高的硬度（約1820hv）和耐磨性。加入mo、v進一步提高鋼的淬透性，同時改善碳化物偏析，細化晶粒，提高強度和韌性。28、cr12型鋼中碳化物的分布對鋼的使用性能有何影響？熱處理能改善其碳化物分布嗎？生產(chǎn)上常采用什么方法予以改善？答：cr12鋼是冷作模具鋼，主加元素cr含量高，可顯著提高鋼的淬透性，同時形成cr7c3，使鋼獲

25、得極高的硬度和耐磨性。cr7c3的分布不均勻，使鋼的使用性能下降。熱處理不能改善碳化物分布。生產(chǎn)上采用加入合金元素v、mo，以改善cr7c3偏析現(xiàn)象；采用表面化學(xué)熱處理如離子氮化、軟氮化、滲硼等，提高cr12鋼的耐磨性和抗疲勞強度。 29、制造量具的鋼應(yīng)具有什么特性？常用的量具鋼牌號有哪些？答：制造量具的鋼應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性，較高的硬度和耐磨性。 制造簡單量具的鋼可選用碳素工具鋼，如t10a、t12a等；制造高精度量具的鋼可選用低合金工具鋼，如9sicr、gcr15、crmn、crwmn等。30、量具鋼使用過程中常見的失效形式是磨損與尺寸變化，為了提高量具的使用壽命，應(yīng)采用哪些熱處理方法？并安排各熱處理工序在加工工藝路線中的位置。答：量具鋼采用的熱處理和熱處理工