工程材料學(xué)總復(fù)習(xí)題與答案(編輯修改稿)
2024-11-25 12:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)，不僅使 C 曲線右移，而且還會(huì)使 C 曲線的形狀發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)兩組 C 曲線，上部的C 曲線反映了奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，而下部的 C 曲線反映了奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。 合金元素對(duì)鋼中基本相有何影響 ?對(duì)鋼的回火轉(zhuǎn)變有什么影響 ? （ 1）合金元素溶入鐵素體中形成合金鐵素體，由于與鐵的晶格類型和原子半徑不同而造成晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng) 。 ① 非碳化物形成元素：如 Ni、 Si、 Al、 Co 等，它們不與碳形成化合物，基本上都溶于鐵素體內(nèi)，以合金鐵素體形式存在；碳化物形成元素，基本上是置換滲碳體內(nèi)的鐵原子而形成合金滲碳體或合金碳化物，如： Cr7 C3 等。 （ 2）鋼在淬火后回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要是馬氏體分解、殘余奧氏體的分解及碳化物形成、析出和聚集的過程，這個(gè)過程也是依靠元素之間的擴(kuò)散來進(jìn)行的。由于合金元素?cái)U(kuò)散速度小，而又阻礙碳原子擴(kuò)散，從而使馬氏體的分解及碳化物的析出和聚集速度減慢，將這些轉(zhuǎn)變推遲到更高的溫度，導(dǎo)致合金鋼的硬度隨回火溫度的升高而下 降的速度比碳鋼慢。這種現(xiàn)象稱之為回火穩(wěn)定性。合金元素一般都能提高殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍。在碳化物形成元素含量較高的高合金鋼中，淬火后殘余奧氏體十分穩(wěn)定，甚至加熱到 500～ 600℃ 仍不分解，而是在回火冷卻過程中部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度反而增加，這種現(xiàn)象稱之為二次硬化。其次，在高合金鋼中，由于 Ti、 V、 W、 Mo 等在 500～ 600℃ 溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，將沉淀析出特殊碳化物，這些碳化物以細(xì)小彌散的顆粒狀存在，因此，這時(shí)硬度不但不降低，反而再次增加，這種現(xiàn)象稱之為“沉淀型 ”的二次硬化，亦稱為彌散硬化或沉淀硬化。合 金元素對(duì)淬火及回火后鋼的機(jī)械性能的不利影響是回火脆性問題。 （ 1）除 Mn、 Ni 等擴(kuò)大 γ 相區(qū)的元素外，大多合金元素與鐵相互作用能縮小 γ 相區(qū)，使 A 4 下降， A 3 上升，因此使鋼的淬火加熱溫度高于碳鋼。 （ 2）鋼在淬火后回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要是馬氏體分解、殘余奧氏體的分解及碳化物形成、析出和聚集的過程，這個(gè)過程也是依靠元素之間的擴(kuò)散來進(jìn)行的。由于合金元素?cái)U(kuò)散速度小，而又阻礙碳原子擴(kuò)散，從而使馬氏體的分解及碳化物的析出和聚集速度減慢，將這些轉(zhuǎn)變推遲到更高的溫度，導(dǎo)致合金鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降 的速度比碳鋼慢。這種現(xiàn)象稱之為回火穩(wěn)定性。 （ 3）從合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響可知，由于合金元素均使相圖中的S 點(diǎn)和 E 點(diǎn)左移，因此使共析點(diǎn)和奧氏體的最大溶碳量相應(yīng)地減小，出現(xiàn)了當(dāng)含 Cr 量為 12％時(shí)，共析點(diǎn)地含碳量小于 ％ ,含碳量 12％時(shí)奧氏體最大含碳量小于 ％。 （ 4）由于高速鋼中含有大量地合金元素，使其具有很高的淬透性，在空氣中冷卻即可得到馬氏體組織。 何謂滲碳鋼 ?為什么滲碳鋼的含碳量均為低碳 ?合金滲碳鋼中常加入哪些合金元素 ?它們?cè)阡撝衅鹗裁醋饔?? 用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼 。滲碳鋼的含碳量一般都很低 (在～ ％之間 )，屬于低碳鋼，這樣的碳含量保證了滲碳零件的心部具有良好的韌性和塑性。為了提高鋼的心部的強(qiáng)度，可在鋼中加入一定數(shù)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鋼的淬透性，使其在淬火和低溫回火后表層和心部組織得到強(qiáng)化。另外，少量的 Mo、 W、 Ti 等碳化物形成元素，可形成穩(wěn)定的合金碳化物，起到細(xì)化晶粒的作用。微量的B(～ ％ )能強(qiáng)烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。 何謂調(diào)質(zhì)鋼 ?為 什么調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳 ?合金調(diào)質(zhì)鋼中常加入哪些合金元素 ?它們?cè)阡撝衅鹗裁醋饔?? 調(diào)質(zhì)鋼一般指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后使用的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般在 ～ ％之間，屬于中碳鋼。碳量過低，鋼件淬火時(shí)不易淬硬，回火后達(dá)不到所要求的強(qiáng)度。碳量過高，鋼的強(qiáng)度、硬度雖增高，但韌性差，在使用過程中易產(chǎn)生脆性斷裂。常用合金調(diào)質(zhì)鋼通常加入的合金元素有 Cr、 Ni、 Si、 Mn、 B 等，主要是為了提高鋼的淬透性及保證強(qiáng)度和韌性而加入的。 彈簧鋼的含碳量應(yīng)如何確定 ?合金彈簧鋼中常加入哪些合金元 素，最終熱處理工藝如何確定 ? 彈簧鋼可分為碳素彈簧鋼與合金彈簧鋼。碳素彈簧鋼是常用的彈簧材料之一，其含碳量為 ～ ％。合金彈簧鋼的含碳量低一些，約介于 ～ ％之間，考慮到合金元素的強(qiáng)化作用，降低含碳量有利于提高鋼的塑性和韌性。合金彈簧鋼中所含合金元素經(jīng)常有 Si、 Mn、 Cr、V 等，它們的主要作用是提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶粒，從而有效地改善了彈簧鋼的力學(xué)性能。根據(jù)彈簧的加工成型狀態(tài)不同，彈簧分為熱成型彈簧與冷成型彈簧，熱成型彈簧的最終熱處理為淬火后中溫回火；冷 成型彈簧則是用冷拉彈簧鋼絲經(jīng)冷卷后成型，然后進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火。 滾動(dòng)軸承鋼的含碳量如何確定 ?鋼中常加入的合金元素有哪些 ?其作用如何 ? 滾動(dòng)軸承鋼的含碳量為 ～ ％，這樣高的含碳量是為了保證滾動(dòng)軸承鋼具有高的硬度和耐磨性。主加元素是 Cr，其作用可增加鋼的淬透性，鉻與碳所形成的 (Fe、 Cr) 3 C 合金滲碳體比一般 Fe 3 C 滲碳體穩(wěn)定，能阻礙奧氏體晶粒長大，減小鋼的過熱敏感性，使淬火后得到細(xì)小的組織，而增加鋼的韌性。 Cr 還有利于提高回火穩(wěn)定性。對(duì)于大型滾動(dòng)軸承 (如 D30～ 50mm 的滾珠 )，還須加入適量的 Si(～ ％ )和Mn(～ ％ )，以便進(jìn)一步改善淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限而不降低韌性。 鋼種 表面組織 心部組織 晶粒大小 性能 原因 20 鋼 回火馬氏體＋滲碳體 F+P 較細(xì)小 外硬內(nèi)韌 20CrMnTi 回火 M＋合金 滲 碳 體 +A F+P（細(xì)）＋低碳回火馬氏體 更細(xì)小 表面強(qiáng)度、硬度更高，心部不僅強(qiáng)、硬 度較高，同時(shí)韌性好 加入合金元素不僅改善了組織，同時(shí)性能也得以提高 1何謂熱硬性 (紅硬性 )?為什么 W18Cr4V 鋼在回火時(shí)會(huì)出現(xiàn) “二次強(qiáng)化 ”現(xiàn)象 ?65 鋼淬火后硬度可達(dá) HRC60～ 62，為什么不能制車刀等要求耐磨的工具 ? 1熱硬性（紅硬性）是指外部受熱升溫時(shí)工具鋼仍能維持高硬度（大于 60 HRC）的功能。 W18Cr4V 出現(xiàn)二次硬化的原因是在 550～ 570℃溫度范圍內(nèi)鎢及釩的碳化物（ WC,VC）呈細(xì)小分散狀從馬氏體中沉淀析出，產(chǎn)生了彌散硬化作用。同時(shí)，在此溫度范圍內(nèi)， 一部分碳及合金元素從殘余奧氏體中析出，從而降低了殘余奧氏體中碳及合金元素含量，提高了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)隨后回火冷卻時(shí)，就會(huì)有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度得到提高。由于以上原因，在回火時(shí)便出現(xiàn)了硬度回升的 “二次硬化 ”現(xiàn)象。 而 65 鋼雖然淬火后硬度可達(dá) 60～ 62HRC 但由于其熱硬性差，鋼中沒有提高耐磨性的碳化物，因此不能制造所要求耐磨的車刀。 鋼淬火溫度為什么要選那么高？回火溫度為什么要
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