工程材料总复习与答案

9、 滚动轴承钢的含碳量为 0.95～1.15％，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D>30～50mm的滚珠)，还须加入适量的Si(0.40～0.65％)和Mn(0.90～1.20％)，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

12、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?

12、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。

15.W18Cr4V钢淬火温度为什么要选那么高？回火温度为什么要选560℃？为什么要进行三回火？处理完的最后组织是什么？

答：W18Cr4V高速工具钢，其导热性较差，淬火加热时应预热两次，以防止变形和开裂，淬火时选1280℃，以使更多的合金元素溶入奥氏体中，达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。回火时要进行三次，主要目的是减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化。

13、W18Cr4V钢的淬火加热温度应如何确定(A c1 约为820℃)?若按常规方法进行淬火加热能否达到性能要求?为什么?淬火后为什么进行560℃的三次回火？

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13、 高的热硬性主要取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶于奥氏体中合金元素的量，由于对高速钢热硬性影响最大的两个元素—— W及V,在奥氏体中的溶解度只有在1000℃以上时才有明显的增加，在1270～1280℃ 时奥氏体中约含有7～8％的钨，4％的铬，1％的钒。温度再高，奥氏体晶粒就会迅速长大变粗，淬火状态残余奥氏体也会迅速增多，从而降低高速钢性能。这就是淬火温度定在1280℃的原因。选择三次回火是因为因为W18Cr4V钢在淬火状态约有20～25％的残余奥氏体，仅靠一次回火是难以消除的。因为淬火钢中的残余奥氏体是在随后的回火冷却过程中才能向马氏体转变。 回火次数愈多，提供冷却的机会就愈多，就越有利于残余奥氏体向马氏体转变，减少残余奥氏体量(残余奥氏体一次回火后约剩1 5％，二次回火后约剩3～5％，第三次回火后约剩下2％)。而且，后一次回火还可以消除前一次回火由于残余奥氏体转变为马氏体所产生的内应力。 11．某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：

下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。

答：1正火：正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残余内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织为：铁素体加索氏体。

2渗碳：提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度，同时保持工件心部良好的韧性和塑性。使用组织：表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体+铁素体。

3淬火：获得马氏体组织，提高工件的硬度，获得相应的力学性能。使用组织：淬火马氏体。

4低温回火：减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。使用组织：回火马氏体。

10. 用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工—调质—精加 工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使 用状态下的组织。

答：正火：正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残余内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。使用组织：铁素体加索氏体。

调质：获得回火索氏体，提高力学性能，减小或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。使用组织：回火索氏体。

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加热820-840°C，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600回火1-1.5小时出炉空冷。

高频感应加热表面淬火：提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。使用组织：表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火：减少或消除高频淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。使用组织：回火马氏体。

一般再回火炉中加热到150-180°C，保温1-2小时出炉空冷。

11、用9SiCr制造的板牙要求具有高硬度、高的耐磨性，一定的韧性，并且要求热处理变形小。试编写加工制造的简明工艺路线，说明各热处理工序的作用及板牙在使用状态下的组织及大致硬度。

11、下料→球化退火→机械加工→淬火 +低温回火→磨平面→抛槽→开口 球化退火：降低硬度，便于机械加工，并为最终热处理做好组织上的准备。 淬火 +低温回火：保证最终使用性能（高的硬度和良好的韧性），减小变形（分级淬火），降低残余内应力。最终组织为：下贝氏体＋碳化物。硬度大于60HRC。 14．试述用CrWMn钢制造精密量具(块规)所需的热处理工艺。

14、热处理工艺为：球化退火（降低硬度，便于切削加工，为最终热处理做组织准备）

淬火：其目的是为了保证块规具有高的硬度（62～65HRC），耐磨性何和长期的尺寸稳定性。

冷处理后的低温回火：是为了减小应力，并使冷处理后的过高硬度（66 HRC左右）降低至所要求的硬度（62～65HRC）

时效处理原则：是为了消除新生的磨削应力，使量具残余应力保持在最小程度。 15、用Crl2MoV钢制造冷作摸具时，应如何进行热处理?

15、Cr12MoV钢类似于高速钢，也需要反复的锻打，把大块的碳化物击碎，锻造后也要进行球化退火，以便降低硬度，便于奥氏体加工。经机械加工后进行淬火，回火处理。必须指出，如果对Cr12MoV钢还要求有良好的热硬性时，一般可将淬火温度适当提高至1115～1130℃，但会因组织粗化而使钢的强度和韧性有所将低。淬火后，由于组织中存在大量残余奥氏体（>80%）而使硬度仅为42～50HRC，但在510～520℃回火时会出现二次硬化现象，是使钢的硬度回升至60～61HRC。 16、与马氏体不锈钢相比，奥氏体不锈钢有何特点?为提高其耐蚀性可采取什么工艺?

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16、 奥氏体不锈钢中加入了扩大γ相区降低 Ms点的合金元素（如Ni），使钢室温下具有单相奥氏体组织。钢中加Ti是为了消除钢的晶间腐蚀倾向。为提高其耐腐蚀性常用的热处理工艺有固溶处理，稳定性处理及除应力处理。 17、常用的耐热钢有哪几种?合金元素在钢中起什么作用?用途如何? 17、耐热钢包括抗氧化钢和热强钢。

提高钢的氧化性，钢中通常加入足够的Cr, Si, Al和稀土等元素。使钢在高温下与氧接触时，表面能生成致密的高熔点的氧化膜，它严密的覆盖在钢的表面，可以保护免于高温气体的继续腐蚀。抗氧化钢多用来制造炉用零件和热交换器。加强钢中常加入铬，镍，钼，钨，钒，锰等元素，用以提高钢的高温强度。汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉过热器，高温工作的螺栓和弹簧，内燃机排气阀等用钢都是热强钢。

18、指出下列合全钢的类别、用途、碳及合金元素的主要作用以及热处理特点。 18 、（ 1 ）、 20CrMnTi ： 渗碳钢。用于承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的零件。 0 ． 2 ％ 的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性， Cr、Mn、Ti等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，提高钢的心部的强度。另外，少量的Ti可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。

（ 2 ）、 40MnVB ： 调质钢。这类钢在多种负荷下工作，受力情况比较复杂的重要零件，要求具有高强度与良好的塑性及韧性的配合，即具有良好的综合机械性能。 0 ． 4 ％的含碳量保证 调质钢零件获得良好的综合机械性能；合金元素的加入，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。调质钢经过调质热处理后得到回火索氏体组织。调质钢零件，通常除了要求有良好的综合机械性能外，往往还要求表面有良好的耐磨性。为此，经过调质热处理的零件往往还要进行感应加热表面淬火。如果对表面耐磨性能的要求极高，则需要选用专门的调质钢进行专门的化学热处理。

（ 3）、 60Si2Mn ：弹簧钢。用于通过弹性变形储存能量，从而传递力和机械运动或缓和机械振动与冲击，如汽车、火车上的各种板簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，要求必须具有高的弹性极限。 0.6％的含碳量为了保证弹簧的强度要求；合金元素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。淬火后中温回火，得到回火屈氏体组织。

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