金属材料答案万能(3)

7、简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素的作用。

答：高速钢的成分特点是：（1）高碳，其碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.50%左右，它一方面能保证与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。（2）加入W、Cr、V、Mo等合金元素。加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。铬的碳化物Cr23C6在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后W、Mo存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。这种碳化物在500～600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶得碳化物能起到阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。V能形成VC（或V4C3），非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。热处理特点是1220～1280℃淬火+550～570℃三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。性能特点是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。其在高速切割中刃部温度达600℃时，其硬度无明显下降。

8、W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+（30～50）℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？

答：若按照Ac1+（30～50）℃的常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，淬火加热温度为850～870℃，不能达到高速切削刀具要求的性能。因为高速钢中含有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为1220～1280℃。

9、不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？

答：不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。

10、试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。 答：20CrMnTi钢种Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铬，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。

11、试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。

答：在40Cr中：提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度。

在GCr15中：提高淬透性，形成合金渗碳体（Fe, Cr）3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。

在CrWMn中：提高淬透性。

在1Cr13中：提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高。

在1Cr18Ni9Ti中：提高基体的电极电位，在氧化性介质中极易钝化，形成致密和稳定的氧化膜，提高耐蚀性、抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。

在4Cr9Si2中：提高抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。

12、试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论下列问题。在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。 答：(1) 加热温度相同的情况下，淬透性20CrMnTi>40Cr>T8>65，淬硬性T8>65>40Cr>20CrMnTi。决定淬透性的因素是碳质量分数和合金元素，Cr、Mn等能显著提高淬透性，合金钢的淬透性一般要好于碳钢。决定淬硬性的因素主要是马氏体的碳质量分数。

(2) 如下表所示。 用途 热处理工艺 渗碳—淬火—低温回火（870℃油淬+200℃回火） 淬火+中温回火 最终组织 表面为合金渗碳体、回火M和少量残余奥氏体，心部多数情况下为T、回火M和少量铁素体 回火T 回火M 回火S 汽车、拖拉机上的变速箱20CrMnTi 齿轮等重要零件 65 T8 40Cr 弹簧 冲头、凿子、锤子等工具 淬火+低温回火 连杆螺栓、进气阀、重要齿轮、轴类件 870℃油淬+520℃回火 调质处理+表面淬火+低温回火 表面回火M、心部回火S

14、要使球墨铸铁的基本组织为铁素体、珠光体或下贝氏体，工艺上应如何控制? 答：要得到铁素体基体的球墨铸铁，应进行退火处理；要得到珠光体基体的球墨铸铁，应进行正火处理；要得到下贝氏体基体的球墨铸铁，则进行等温淬火。

15、有一灰口铸铁铸件，经检查发现石墨化不完全，尚有渗碳体存在。试分析其原因．并提出使这一铸件完全化的方法。

答：原因可能是铸铁结晶时冷却速度太快，碳原子不能充分扩散以石墨的形式析出，析出了渗碳体。要使该铸件完全石墨化，应进行高温退火，使渗碳体分解成石墨。如为共析渗碳体，可加热到550℃以上并长时间保温，将共析渗碳体分解为石墨和铁素体。

16、试述石墨形态对铸铁性能的影响。

答：石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长厚比较小，端部较钝，对基体的割裂作用减小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的强度、一定的延伸率。

17、试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点？

答：铸铁性能优劣排序为：球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁。与钢相比，铸铁具有以下性能特点：(1) 由于石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异；(2) 钢铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减小了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力；(3) 石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性能；(4) 石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗震性能；(5) 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。其主要缺点是韧性、塑性较低。

18、为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造?

答：铸铁的生产设备和工艺简单。价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，其中灰口铸铁是应用最广泛的，尽管其抗拉强度和塑性都较低，但其良好的减振性能，能够满足一般机器的支架、机床的床身等使用场合。

19、铝硅合金为什么要进行变质处理？

答：一般情况下，铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体组成，强度和塑性都较差；经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体，合金的强度和塑性显著提高，因此，铝硅合金要进行变质处理。

20、指出下列铜合金的类别、用途：H80、H62、HPb63-3、HNi65-5、QSn6.5-0.1、QBe2。

答：如下表所示。 合金牌号 H80 H62 HPb63-3 HNi65-5 QSn6.5-0.1 QBe2

类 别 单相黄铜 双相黄铜 铅黄铜 镍黄铜 锡青铜 铍青铜 薄壁管、装饰品 机械及电气零件、铆钉、螺帽、垫圈、散热器及焊接件、冲压件 钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件 船舶用冷凝管、电机零件 精密仪器中的耐磨零件盒抗磁元件、弹簧、艺术品 重要的弹簧及弹性元件、耐磨元件、高压高速高温轴承、钟表齿轮、罗盘零件 用 途 第九章

1、机床变速齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，它的工艺路线为：下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－轮齿高频淬火及低温回火－精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及低温回火的目的。

答：在采用中碳钢或中碳合金钢制造齿轮的工艺路线中，料坯在锻造后，首先经过正火处理，工件加热至Ac3以上30～50℃，这样可使正火后的组织为F+S。细化和均匀组织，改善切削性能。调质处理得到回火S，其综合机械性能（包括强度、塑性和韧性）好，这是由于回火S中的渗碳体为粒状，对阻止裂纹的扩展有利。精加工后轮齿还要经过高频淬火及低温回火处理，这是由于高频淬火后，表面组织为隐晶马氏体，提高了表面硬度，提高了耐磨性。心部仍为回火S组织，保持较高的综合机械性能。低温回火可以消除淬火引起的内应力，防止工件变形与开裂，以及保证工件的尺寸精度，同时保持所需的机械性能。

3、用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，加工工艺路线为：下料－锻造－正火－切削加工－渗碳、淬火及低温回火－喷丸－磨削加工，分析渗碳、淬火及低温回火处理及喷丸处理的目的。 答：汽车齿轮通常受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度及冲击韧度等性能指标均较高。为此，在切削加工后，工件还需要经过渗碳、淬火及低温回火处理。渗碳表面处理的目的是增加表面层的碳质量分数并获得一定的浓度梯度，通常表面的碳质量分数可以达到约1.0％，随后的淬火+低温回火，使得表面组织为高碳回火马氏体+碳化物+残余奥

氏体，强度特别是疲劳强度、耐磨性和冲击韧度均能达到相当高的程度，而心部组织为低碳回火马氏体，具有良好的韧性和塑性。喷丸处理使表面微层加工硬化，同时使表面压应力增大，疲劳强度进一步提高。

4、高精度磨床主轴，要求变形小，表面硬度高（>900HV），心部强度高，并有一定韧性。问应选用什么材料？采用什么工艺路线？

答：由于高精度磨床主轴，要求变形小，表面硬度高（>900HV），且心部强度高，并有一定韧性，因此应选用中碳合金钢，采用38CrMoAl钢制造。考虑到对表面硬度的要求，可采用氮化处理。采用的工艺路线为：毛坯－预先热处理（正火）－粗加工－调质－精加工－氮化处理－精磨。

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