作业答案金属.docx
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作业答案金属
作业1
1、钢中常存的杂质有哪些？
硫、磷对钢的性能有哪些影响？
钢中常存的杂质有:
Mn、Si、S、P、N、H、O等。
S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；
P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。
P还具有严重的偏析倾向；但P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能。
2、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？
哪些是奥氏体形成元素？
哪些能在-Fe中形成无限固溶体？
哪些能在-Fe中形成无限固溶体？
铁素体形成元素：
V、Cr、W、Mo、Ti；
奥氏体形成元素：
Mn、Co、Ni、Cu；
能在-Fe中形成无限固溶体的元素：
Cr、V；
能在-Fe中形成无限固溶体的元素：
Mn、Co、Ni。
3、碳钢的分类及牌号表示方法。
碳钢的分类：
（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜wC≤0.6%；高碳钢（wC＞0.6%）。
（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。
（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。
（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。
碳钢的牌号表示方法：
（1）普通碳素结构钢
由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。
Q195、Q275不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。
（2）优质碳素结构钢
一般用两位数字表示。
表示钢中平均碳的质量分数的万倍。
若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。
沸腾钢在数字后面标“F”（08F、10F、15F），半镇静钢标“b”，镇静钢一般不标符号。
高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。
专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.
（3）碳素工具钢
一般用标志性符号“T”加上碳的质量分数的千倍表示。
高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。
含锰碳素工具钢中锰的质量分数可扩大到0.6%，这时，在牌号的尾部标以Mn。
（4）一般工程用铸造碳素钢
用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。
4、指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：
Q235-AF、Q255-D、45、20G、T8、T12A
Q235-AF：
普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。
Q235含碳量低，有一定强度，用于农机具中的拉杆、小轴、链等。
也用于建筑钢筋、钢板、型钢等；
Q255-D:
屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢；
Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可用作制造摩擦离合器、刹车钢带等。
45：
含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作传动轴、发动机连杆、机床齿轮等。
20G：
含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。
T8：
含碳量为0.8%的碳素工具钢。
用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。
T12A：
含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。
5、在铁碳相图中，含有0.77%C的钢称为共析钢，如果在此钢中添加Mn或Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？
为什么？
含有0.77%C的Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢为过共析钢。
因为几乎所有合金元素都使Fe-C相图中S点左移，S点左移意味着共析碳含量降低。
6、常见的碳化物形成元素有哪些？
哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？
常见的碳化物形成元素有：
Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe；
强碳化物形成元素：
Ti、Zr、Nb、V；
中强碳化物形成元素：
Mo、W、Cr；
弱碳化物形成元素：
Mn、Fe。
作业2
1、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？
当强碳化物形成元素以未溶K存在时，起了机械阻止奥氏体晶粒长大的作用；当强碳化物形成元素溶解在A中时，降低了铁的自扩散系数，提高了原子间结合力，同时使界面的表面张力增大。
这些综合作用阻止了奥氏体晶粒长大。
2、什么是合金钢的回火脆性？
回火脆性产生的原因及解决方法。
钢在200~350℃之间和450~650℃之间回火时，冲击韧性不但没有升高，反而显著下降的现象，称为合金钢的回火脆性。
第一类回火脆性产生的原因：
钢在200~350℃低温回火时，Fe3C薄膜在原奥氏体晶界上或马氏体板条间形成，削弱了晶界强度；
P、S、Bi等杂质元素偏聚于晶界，也降低了晶界的结合强度，与回火后的冷却速度无关。
解决方法：
1尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；
②可选用含有可改善脆性的合金元素Mo、Ti、V、Al等的合金钢或加入Si推迟脆化温度范围。
③生产高纯钢，降低P、S等杂质元素含量。
第二类回火脆性产生的原因：
钢在450~650℃回火后缓冷的过程中杂质元素Sb、S、As等偏聚于晶界；
或N、P、O等偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度而产生的。
解决方法：
①尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；
②但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，可选用含Mo、W的合金钢制造；
③提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。
3、就Me对F的力学性能、K形成倾向、A晶粒长大倾向、淬透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：
Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。
F的力学性能
K形成倾向
A晶粒长大倾向
淬透性
回火稳定性
回火脆性
Si
↑强度，↓韧性
非K形成元素
细化
↑
提高低温回稳
推迟低温回脆，↑高温回脆
Mn
↑强度、韧性
弱K形成元素
促进
↑
提高
↑
Cr
↑强度、韧性
中强K形成元素
阻碍作用中等
↑
提高
↑
F的力学性能
K形成倾向
A晶粒长大倾向
淬透性
回火稳定性
回火脆性
Mo
↑强度，↓韧性
中强K形成元素
阻碍作用中等
↑
提高
↓↓
W
↑强度，↓韧性
中强K形成元素
阻碍作用中等
↑
提高
↓
V
↑强度，↓韧性
强K形成元素
大大阻碍
↑
提高
↓
Ni
↑强度、韧性
非K形成元素
影响不大
↑
影响不大
↑
4、根据Me在钢中的作用，从淬透性、A晶粒长大倾向、韧性、回火稳定性和回火脆性等几个方面比较下列钢号的性能：
40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
（1）淬透性：
40Cr<40CrNi<40CrMn<40CrNiMo
（2）回火稳定性：
40Cr<40CrNi<40CrMn<40CrNiMo
（3）A晶粒长大倾向：
40CrNiMo<40CrNi<40Cr<40CrMn
（4）韧性：
40Cr<40CrMn<40CrNi<40CrNiMo
（5）回火脆性：
40CrNiMo<40Cr<40CrMn<40CrNi
5、为什么贝氏体型普通低合金钢多采用0.5%Mo和微量B作为基本合金化元素？
（1）B型普通低合金钢中加入Me的作用是保证在较宽的冷却速度范围内获得以B为主的组织。
（2）0.3%以上的Mo能显著推迟P转变，但Mo不能完全抑制先共析F的析出。
（3）B元素是偏聚倾向较大的元素，微量的B能偏聚于A晶界，降低C原子在晶界上的偏聚浓度，所以B可以有效地抑制先共析F的析出，并且对B转变推迟较少。
（4）两者的综合作用可提高钢的B淬透性，获得B组织。
6．微合金化钢中微合金化元素的主要作用是什么？
（1）抑制A形变再结晶
应变诱导析出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上起钉扎作用，有效地阻止A再结晶时晶界和位错的运动，从而抑制A形变再结晶。
Nb偏聚在A晶界，对再结晶晶界起拖曳作用。
（2）阻止加热时A晶粒长大
TiN或Nb（C，N）的弥散分布强烈地抑制高温下的晶粒长大。
（3）形成沉淀相促进沉淀强化作用
沉淀强化相主要是低温下析出的Nb（C,N）和VC。
（4）改变钢的显微组织
7．为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%的Mn？
（1）Mn能强化F，有较强的固溶强化效应，1%Mn可使σs提高33MPa。
（2）Mn能降低A1温度，推迟A向P转变的温度范围，并减缓其转变速度，能细化P和F;降低TK，σs值每升高15MPa可使韧-脆转变温度下降50C。
（3）Mn使Fe-Fe3C相图中的S点左移，使基体中P数量增多，使强度↑。
因此普通低合金钢中常加入Mn元素。
（4）当Mn含量大于1.8%时，钢的塑韧性将有较大的下降。
因此Mn含量一般不大于1.8%。
作业3
1、什么是淬透性？
提高淬透性的Me有哪些？
2、为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？
滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？
它们在滚动轴承钢中起什么作用？
为什么钢中含铬量被限制在一定范围之内？
为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，因此含碳量均为高碳。
滚动轴承钢中常用合金元素：
Cr、Si、Mn、V、Mo和RE等。
合金元素的作用：
Cr可提高钢的淬透性和降低过热敏感性以及提高钢的抗蚀性。
提高回火稳定性。
Si、Mn主要提高淬透性，Si还可提高钢的回火稳定性；
V能细化晶粒，可减轻Mn的过热敏感性；
Mo能提高回火稳定性；
RE可改善夹杂物形态、分布及细化晶粒。
当Cr>1.65%以后，则会使残余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加K的不均匀性，降低钢的韧性。
所以一般控制Cr含量在1.65%以下。
3、20Mn2钢渗C后是否适合直接淬火，为什么？
不适合。
因为Mn使钢有过热倾向，在渗C时晶粒容易长大。
4、为什么ZGMn13型高Mn耐磨钢在淬火时能得到全部奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？
高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms点低于室温以下。
如快冷，K来不及从A中析出，就获得了单一奥氏体组织；
慢冷由于K可从奥氏体中大量析出，使奥氏体的合金度降低，Ms点上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。
5、在飞机制造厂中，常用18Cr2Ni4WA钢制造发动机变速箱齿轮。
为减少淬火后残余应力和齿轮尺寸的变化，控制心部硬度不致过高，以保证获得必需的冲击韧性，采用如下工艺：
将渗C后的齿轮加热到850℃左右，保温后淬入200~220℃的第一热浴中，保温10min左右，取出后立刻置于550~570℃的第二热浴中，保持1~2h，取出空冷到室温。
问：
此时钢表、里的组织是什么？
已知：
该钢的Ms=310℃，表面渗C后的Ms=80℃左右。
18Cr2Ni4WA钢渗C后在850℃左右保温后在200~220℃热浴中淬火时，心部的Ms较高，转变为低碳M，表层由于Ms点较低，仍然为过冷A组织；在550~570℃高温回火时，心部低碳M分解为回火S，表层过冷A转变为高碳M，并分布着粒状K。
因此，表层组织为高碳M+粒状K；心部组织为回火S。
作业4
1、分析比较T9和9SiCr：
（1）为什么9SiCr钢的加热温度比T9钢高？
（2）直径为Φ30~40mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺
寸的T9钢能否淬透？
为什么？
（3）T9钢制造的刀具刃部受热到200~2500C，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr钢制造的刀具，其刃部受热到230~2500C，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作，为什么？
（4）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具？
（1）Si和Cr都是封闭γ相区的元素，使Acm温度升高；Cr元素形成的合金渗碳体较稳定，淬火加热时要较高的温度才能溶解；因此9SiCr钢的加热温度比T9钢高。
（2）不能淬透。
因为9SiCr钢中的Si、Cr提高了钢的淬透性，而T9钢的淬透性较低，所以不能淬透。
（3）由于Si能有效地提高钢的低温回火稳定性，Cr也可提高钢的回火稳定性，9SiCr钢在230~2500C回火后，硬度仍然大于60HRC。
（4）9SiCr钢的淬透性较高，回火稳定性较好，K细小、均匀，使用时不容易崩刃；通过分级或等温处理后，变形较小；因此适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具。
3、高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？
为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火？
高速钢中合金元素的含量较高，淬火后残余A的合金度高，使Ms点大大降低。
残余A稳定性大，在回火加热过程中不分解。
在500~600℃保温时也仅从中析出合金碳化物，使残余A合金度有所降低，使Ms点升高，冷到室温时部分残余A发生M转变。
一次回火后，残余A的量减少到10%左右，但还需要进一步降低残余A的量，并且要消除回火时新产生M引起的内应力，所以高速钢一般需要在560℃左右三次回火。
3、高速钢（W18Cr4V）的A1点温度在8000C左右，为什么常用的淬火温度却高达1260~12900C？
4、高速钢中合金元素有什么作用？
作业5
1、为什么Cr12型冷作模具钢不是不锈钢，而9Cr18为不锈钢？
Cr提高耐蚀性的作用符合n/8定律。
按照n/8定律，1/8值的最低Cr含量应为11.7%质量比。
因为有一部分Cr要和C形成K，并不存在于固溶体中，所以Cr含量应提高到13%质量比，且随着C含量的增加，钢中的Cr含量也要相应地增加。
Cr12型冷作模具钢中Cr含量低于13%，不满足n/8定律所需的最低Cr含量，因此不是不锈钢。
2、说明18-8型A不锈钢产生晶界腐蚀的原因及防止办法。
晶间腐蚀产生的原因
（1）由钢中的碳引起的。
在550-800℃范围内停留,在晶界上析出连续网状的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫碳区。
（2）σ相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。
（3）N＞0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加晶间腐蚀倾向。
（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理也会发生晶间腐蚀。
消除晶间腐蚀的方法
（1）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区。
（2）降低奥氏体不锈钢中的碳含量。
C≤0.03%，没有晶间腐蚀发生。
（3）加入强碳化物形成元素Ti和Nb，形成稳定的TiC或NbC。
（4）钢中有10-50%体积的δ铁素体，可改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。
作业6
1、说明下列铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点。
HT150、HT250、KTH350—10、QT450—10、QT700—2
HT150：
灰铸铁，HT表示灰铁的汉语拼音的第一个大写字母，150表示抗拉强度为150MPa，基体为F+P，石墨为片状。
HT250：
灰铸铁，HT表示灰铁的汉语拼音的第一个大写字母，250表示抗拉强度为250MPa，基体为P，石墨为片状。
KTH350—10：
黑心可锻铸铁，KTH表示可锻铸铁黑心的汉语拼音的第一个大写字母，350表示抗拉强度为350MPa，10表示伸长率为10%。
基体为F，石墨为团絮状。
QT450—10：
F球墨铸铁，QT表示球铁的汉语拼音的第一个大写字母，450表示抗拉强度为450MPa，10表示伸长率为10%。
基体为F，石墨为球状。
QT700—2：
P球墨铸铁，QT表示球铁的汉语拼音的第一个大写字母，700表示抗拉强度为700MPa，2表示伸长率为2%。
基体为P，石墨为球状。
2、C、Si、Mn、P、S对铸铁石墨化有什么影响？
为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口？
C、Si都是强烈促进石墨化的元素，且随C、Si含量增加，能减少白口倾向，易形成石墨。
但C、Si过多，形成的G较粗大，金属基体中F含量增加，会降低铸铁的强度性能。
P是促进石墨化的元素，但作用不如C强烈。
Mn是阻碍石墨化的元素，主要阻碍石墨化的第二阶段，如果含Mn量过多，则会阻碍石墨化的第一阶段，增加Fe3C析出的可能性。
S促进白口铸铁的元素，而且降低铁水的流动性，恶化铸造性能，增加铸件缩松缺陷。
因此，S是一个有害元素，其含量应控制在0.15%以下。
C、Si是强烈促进石墨化的元素，且随C、Si含量增加，能减少白口倾向，易形成石墨。
Mn虽然是阻碍石墨化的元素，但Mn能与S结合生成MnS，削弱S的有害作用，而S促进白口铸铁的元素。
C、Si含量低不利于石墨化，Mn含量低不能抵消S的有害作用。
故三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口。
3、铸铁中的碳有几种存在形式？
铸铁中的金属基体有哪几种？
铸铁中的石墨形态有几种？
铸铁中的C主要有如下三种分布形式：
①溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如F、A；
②与Fe生成化合物，如Fe3C；
2以游离的石墨形式析出。
铸铁中的金属基体有F、F+P、P三种。
铸铁中的石墨形态有片状、球状、蠕虫状和团絮状四种。
4、灰口铸铁件薄壁处，常出现高硬度层，机加工困难，请说明产生的原因。
薄壁处的冷却速度快，有利于形成Fe3C白口组织，Fe3C为硬脆相，因此机加工困难。
作业7
1、铸造铝合金（如Al-Si合金）为何要进行变质处理？
铸造铝合金的成分处于共晶点附近，Al-Si合金的共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状，过共晶合金中还有少量呈块状的初生硅，这种共晶组织塑性较低，需要细化组织，一般采用变质处理来改变共晶硅的形态。
2、以Al-Cu合金为例，说明时效硬化的基本过程及影响时效硬化过程的因素。
铝合金时效时，随温度的不同和时间的延长，新相的形成和析出经历以下几个阶段，从而使硬度发生变化：
1）形成铜原子富集区：
为G.P.区，导致点阵畸变，因而硬度提高。
2）形成Cu原子富集区有序化：
Cu原子有序化，形成θ'',它与基体仍然完全共格，产生的畸变比G.P.更大,并且随θ''的长大，共格畸变区进一步扩大，对位错的阻碍也进一步增加，因此图中硬度进一步上升。
3）形成过渡θ〃相：
过渡相θ〃成分接近CuAl2，由完全共格变成部分共格，共格畸变开始减弱，因此图中硬度开始下降。
4）形成稳定θ相：
过渡相θ〃完全从基体中脱溶，形成稳定的θ相成分为CuAl2，共格畸变作用完全消失，故图中硬度进一步下降。
3、不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？
铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的。
能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化（固溶处理后时效处理）达到强化目的。
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