《金属材料与热处理》复习资料

（1）在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；

答：在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高，其主要原因是合金元素的加入而改变了碳在钢中的扩

散速度所致。非碳化物形成元素如Ni、Co,可降低碳在奥氏体中的扩散激活能,增加奥氏体形成速度。相反,强碳化物形成元素如v、Ti、w、Mo等,与碳有较大的亲合力,增加碳在奥氏体中的扩散激活能,强烈地减缓碳在钢中的扩散,大大减慢了奥氏体化的过程。

奥氏体形成后,尚未固溶的各种类型的碳化物,其稳定性各不相同。稳定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奥氏体中,需要进一步提高加热温度,这类合金元素将使奥氏体化的时间增长。

合金钢中奥氏体化过程还包括均匀化的过程。它不但需要碳的扩散,而且合金元素也必需要扩散。但合金元素的扩散速度很慢,即使在1000℃的高温下,也仅是碳扩散速度的万分之几或干分之几。因此,合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。以保证合金元素溶入奥氏体并使之均匀化,从而充分发挥合金元素的作用。

（2） 在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；

答：当温度超过150℃以后,强碳化物形成元素可阻碍碳的扩散,因而提高了马氏体分解温度。与碳钢相比,合金钢中的残余奥氏体要在更高的回火温度才能转变。

在高合金钢中残余奥氏体十分稳定,甚至加热到500~600℃并保温一段时间仍不分解。合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,阻碍了碳化物的聚集和长大，使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。

（3） 含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢；

答：由于合金元素加入后显著改变了S点的位置，使它向碳含量减少的方向移动。所以含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬

12%的钢属于莱氏体钢

（4） 高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。

答：由于钢中含有大量的合金元素，高速钢的过冷奥氏体非常稳定，因而钢的淬透性很高。对于中、小型刃具在热锻或热轧后，经空冷可获得马氏体组织。 5.何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？

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答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在淬火及低温回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于中碳钢，

淬透性也不如中碳钢。高碳钢虽然强度高，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。

合金调质钢中常含合金元素有铬、锰、镍、硅、钼、钨、钒、铝、钛等。合金调质钢的主加元素有铬、锰、镍、硅等,以增加淬透性。它们在钢中除增加淬透性外,还能强化铁素体,起固溶强化作用。辅加元素有钼、钨、钒、铝、钛等。钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性,并增加回火稳定性;钒、钛的作用是细化晶粒;加铝能加速渗氮过程。

6.W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，又是为什么？

答：若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定

淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，既1280℃左右。18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这是为消除残余奥氏体。

第七章 铸 铁

1.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？

答：碳钢是指含碳量0.02%～2.14%的铁碳合金，铸铁是指大于2.14%的铁碳合金。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。

钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体；钢的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。

钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳钢有优良的综合机械性能；高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。以上钢均可进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。 白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体,性能硬而脆,很难切削加工,但其耐磨性好，铸造性能优良。

灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在,断口呈暗灰色。其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好，缺口敏感性较低。 2.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？

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答：(1)化学成分

1)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。

2)锰。锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。 3)硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。 (2)冷却速度

生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。

4)磷。磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。 3.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

答：灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有

效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大。故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。

球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。 可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。 4.在机械加工车间加工一批灰铸铁铸件时，发现在铸件的薄壁处加工不动，试分析其原因，并提出解决办法。

答：因为铸件薄壁处冷却速度快，白口化，硬度大为提高，加工不动。需进行石墨化退火来降低硬度。

5.可锻铸铁的塑性比灰铸铁好，是否可以进行锻造加工？并说明其原因。

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答：不可以。因为铸件薄壁处冷却速度快，白口化，硬度大为提高，加工不动。需进行石墨化退火来降低硬度。 6.什么是铸铁？根据碳的存在形式和状态，铸铁可分为哪几种？

答：铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。

根据碳在结晶过程中的析出状态以及铸铁特性，铸铁可分为以下几类:

（1）白口铸铁:碳全部或大部分以化合态渗碳体的形式存在，断口呈白亮色。

（2）灰口铸铁:碳全部或大部分以石墨形式存在，断口呈暗灰色。 7.什么叫石墨？如何获得P、P+F、F基体的灰口铸铁 ？

答：铸铁中石墨析出的过程叫石墨化。第一、二阶段石墨化充分得到灰口铸铁，第三个阶段充分石墨化得到F基体；第三个阶段部分石墨化 基体；第三个阶段石墨化被抑制 得到P基体。

8.灰铸铁与钢相比，其组织和性能有何特点？经过孕育处理后的灰铸铁性能有何变化？

答：组织：钢基体+片状G

钢基体决定了铸铁抗压强度和硬度；

片状G相当于裂纹，使其它性能变差，如抗拉强度、塑性和韧性等。

但G使铸铁具有其特殊性能：铸造性能良好；切削、减磨性能良好；减震性能良好；缺口不敏感性好。 经过孕育处理后的灰铸铁中石墨细化、均匀，使其力学性能大大提高。 9.通常浇铸出砂后的灰铸铁在进行退火，用得最普遍的是进行何种退火工艺？

答：去应力退火。

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得到F+P