金属材料学-题库(2)

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的冷热加工成型性,良好的焊接性,较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。

该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。

3、为什么普低钢中差不多都含有不大于1.8%Mn？

Mn固溶强化作用大，1%Mn，σs↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用，↓TK。同样量多时可大为降低塑韧性。所以Mn控制在<1.8%。

4、为什么贝氏体型普低钢多采用0.5%Mo和微量的B作为基本合金元素？

6、合金元素是通过哪几个途径强化普低钢的？

固溶强化、细晶强化、沉淀强化（弥散强化）、增加P的相对量。

第4章 机器零件用钢

1、为什么机器零件用钢一般都在淬火、回火态使用，而不在退火态使用？

因为淬火和回火可以得到M、下B，有较好的综合力学性能； 而退火后的组织为F+P，综合性能低。

2、什么是“淬透性原则”？

淬透性相同的调制钢，可以互相代用。

3、为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？

钢经不同的热处理会产生不同的组织，从而呈现不同的机械性能。淬透性就是反应

钢材在经过热处理后其断面组织整体差异的重要指标，淬透性高的钢材，其径向组织差异就小，机械强度变化梯度也小，更接近于等强度。

4、调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素主要起什么作

用？调质钢在强韧结合方面有何缺点？ 缺点：强度不很高。

5、什么是非调质钢？

非调制钢是在中C钢中加入微量Ti、Nb、 V等元素，通过控制锻轧的温度和冷却速度，从而获得近似调制钢性能的钢种。

6、什么是低碳马氏体钢？低碳马氏体在力学性能和工艺性能上有哪些突出优点？

低碳马氏体钢是指低碳钢或低合金钢经淬火+低温回火处理，得到低碳马氏体组织作为应用状态的钢。

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1）实现了强度、韧度和塑形的最佳配合，低的缺口敏感性，低的疲劳缺口敏感度，冷脆倾向较小；

2）良好的工艺性能，冷变形能力好，焊接性能优良，热处理脱碳倾向小，淬火变形和开裂倾向小。

7、B元素在哪些条件下才能显著提高钢的淬透性？

微量；最佳含量为0．0010％，一般控制在0．0005％～0．0030％；低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著；在某一特定奥氏体化温度下硼的淬透性效果最佳。

8、为什么Si-Mn弹簧钢得到了广泛应用？

淬透性优良、回火稳定性高、脱碳与石墨化倾向低；综合力学性能佳，有一定的耐蚀性。

9、试述提高板簧质量的主要措施。

(1)形变热处理--将钢的变形强化与热处理强化两者结合起来,以进一步提高钢的强度和韧性。 (2)弹簧的等温淬火--不仅能减少变形,而且还能提高强韧性。 (3)弹簧的松弛处理

(4)低温碳氮共渗--回火与低温碳氮共渗相结合的工艺,能显著提高弹簧的疲劳寿命及耐蚀性。 (5)喷丸处理--改善弹簧表面质量,提高表面强度,提高弹簧疲劳强度和使用寿命。

10、分析合金元素在渗碳钢和氮化钢中的作用。

1）Mn,Cr,Ni—提高渗碳钢的淬透性；改善渗碳层性能。 Ti,V,W,Mo—细化晶粒。

2）合金元素对氮化层深度和表面硬度有影响。要得到满意的氮化层，钢中应含1%左右的Al；

Cr,Mo,Mn—提高淬透性，以满足调质处理要求；

Mo,V—使调质后的组织在长时间氮化处理时保持稳定，也防止了钢的高温回火脆性。

11、为什么板簧不能强化后成形？而线径很细的弹簧不能用热成形后强化？

1）不好加工。

2）细径----淬火、回火----变形会很大。

12、弹簧为什么要求很高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极

限高，是否就意味着疲劳极限一定高？为什么？

1）弹簧钢在交变载荷下工作，要有较好的冶金质量，严格

控制材料的内部缺陷； 由于弹簧工作时表面承受的应力为最大，所以应具有良好的表面质量。表面缺陷会成为造成应力高度集中，是疲劳裂纹源，降低弹簧的疲劳强度。 2）不一定。因为足够的淬透性保证强度极限，但在拉伸过

程中，表面质量影响较大，缺陷->应力、裂纹->疲劳。

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13、为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素?弹簧淬火后为什么要进行中温回火?

Si与Mn共同作用提高钢的淬透性，Si有效提高回火稳定性，促进脱碳倾向。

中温回火->可使弹簧钢具有一定的冲击韧度，较高的弹性极限、屈强比和最高的疲劳强度。

14、为什么滚动轴承钢的含C量均为高C？滚动轴承钢中常含有

哪些合金元素？各起什么作用？为什么Cr量限制在一定范围？

1）C是轴承钢中主要强化元素，轴承钢含碳量一般较高，以提高钢的耐磨性。滚动轴承钢应具有高的抗压强度和抗疲劳强度，有一定的韧性、塑性、耐磨性和耐蚀性，钢的内部组织、成分均匀，热处理后有良好的尺寸稳定性。故用含碳0.95％～1.10％、含铬0.40％～1.60％的高碳低铬轴承钢。

2）Cr 是形成碳化物的主要元素。铬可提高钢的力学性能、淬透性和组织均匀性。还能增加钢的耐蚀能力。

Si、Mn 在轴承钢中能提高淬透性。锰还可和钢中的硫生成稳定的MnS，硫化物常能包围氧化物，形成以氧化物为核心的复合夹杂物，减轻氧化物对钢的危害作用。

3）Cr含量的范围为0.4%~1.65%，此时淬火+低温回火后，具有较好的疲劳强度、耐磨性、弹性极限、屈服强度。

15、滚动轴承钢的主要性能要求是什么？ 1）高而均匀的硬度和耐磨性； 2）高的接触疲劳强度；

3）高的弹性极限和一定的韧度； 4）尺寸稳定性好； 5）一定的耐蚀性；

6）具有良好的冷、热加工工艺。

16、易切钢中常加入哪些元素？它们对提高切削性的作用机理是什么？

S、Ca、Te、Se、Pb。

S 与Mn在钢中形成MnS，使切屑易于折断，因而提高了切削加工性能，而且MnS具有润滑作用，其本身硬度低，能减少对刀具的磨损。但会降低钢的横向塑性及韧性；

Ca 加入钢中后对夹杂物具有一种变质作用，提高了切削加工性能；

Te、Se 硒、碲的化合物也有利于提高切削加工性能；

Pb 在钢中溶解度极小，降低切削阻力，易断屑、有润滑作用。

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17、为获得好的切削加工性能。低C 钢，中C钢和高C钢各应经过什么样的热处理，得到是什么样的金相组织？ 低： 中： 高：

18、对低淬钢来说，从成分上如何保证获得低淬性？

1）限制提高淬透性的元素

2）加Ti（先形成碳化物，降低固溶体中的碳量）

19、说明合金渗C钢中，常用合金元素Cr、Mn、Ti、Ni、Mo等

对渗C钢的工艺性能和机械性能的作用。

Mn,Cr,Ni—提高渗碳钢的淬透性，以使较大尺寸的零件在淬火时心部能获得大量的板条马氏体组织。还可改善渗碳层性能。 Ti,V,W,Mo—阻止奥氏体晶粒在高温渗碳时长大，细化晶粒。

20、说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要性能特点及用途。

1）20Cr：有较高的强度及淬透性，但韧性较差，渗碳后需二次淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性；冷应变塑性高；可切削性在高温正火或调质状态下良好，但退火后较差；焊接性较好。

﹀多用于制造渗碳零件，如：机床变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮等；对热处理变形小和高耐磨性的零件，如模数小于3的齿轮、轴、花键轴等。

2）20CrMnTi：是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，良好的加工性,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。

﹀用于齿轮,轴类,活塞类零配件等.用于汽车,飞机各种特殊零件部位。

3）18Cr2Ni4WA：是常用的合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用。

﹀一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好,缺口敏感性低的重要零件。

21、说明38CrMoAlA钢中各合金元素的作用。

Cr、Mo元素，主要是提高钢的淬透性。Mo元素兼有细化晶粒、消除回火脆性作用。加入Al元素，有两方面作用：一是Al元素与钢中极少的N元素形成氮化物AlN，起细化晶粒作用；二是Al元素与氮化时表面渗入的N元素在钢的表面形成氮化物AlN，提高钢表面的疲劳强度、表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及抗咬合性。

22、生产上某些机器零件选用工模具钢制造，可获得良好的使用

性能。试举例讨论哪些机器零件选用工模具钢制造可得到满意的效果，并分析其原因和实质。

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23、分别简述普低钢、渗C钢、低C马氏体钢、不锈钢等钢类的含C量都较低的原因。

1）低合金高强度钢：C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆 性增加；C含量增加，会使C当量增大，当C当量>0.47时，会使钢的可焊性变差， 不利于工程结构钢的使用。

2）渗碳钢：保证淬火时得到强韧性好的板条状M组织。（含碳量低，以保证心部有足够的塑性和韧性，碳高则心部韧性下降。） 3）低C马氏体钢：保证淬火后获得板条M组织。 4）不锈钢：碳会降低耐腐蚀性能。

第5章 工具用钢

1、说明碳素工具钢的优缺点、用途及淬火方法。

1）优点：成本低，加工性能好，热处理简单。

2）缺点：淬透性低，必须用盐水或碱水淬火，适合于制造断面尺寸<15mm的工具，变形开裂倾向大，工作温度应低于200℃，组织稳定性差且无热硬性，综合性能欠佳。

3）用途：制作低速切削的刃具和简单的冷冲模。 4）不完全淬火+低温回火。

2、试用合金化原理分析说明9SiCr、CrWMn钢的优缺点。 1）① Si / Cr↑淬透性；

② Si/ Cr↑回稳性，经250℃回火，硬度仍>60HRC； ③ K细小、分布均匀→不容易崩刃；

④ 分级淬火或等温淬火处理，变形较小；

⑤ Si使钢的脱碳倾向较大，切削加工性能相对差些。

2）① Cr、W、Mn复合，↑淬透性。 ② AR在18~20%，淬火后变形小；

③ 含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒细小→高硬度、高耐磨性； ④ 回稳性较好，>250℃回火，<60HRC； ⑤ W使碳化物易形成网状。

3、什么是红硬性？ 红硬性即热稳定性，是钢在较高温度下能保持一定强度的性质。

4、W18Cr4V 钢中各合金元素的作用是什么？ W：钨是钢获得红硬性的主要元素。

Cr：铬加热时全溶，保证钢淬透性，改善抗氧化能力、切削能力。 V：显著↑红硬性、↑硬度和耐磨性，细化晶粒，↓过热敏感性。

5、18-4-1钢的铸态组织是什么？画出示意图。 鱼骨状莱氏体（Ld）+黑色组织（δ共析体等）+白亮组织（M+AR）。

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