第十一章工业用钢.docx

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第十一章工业用钢

第十一章工业用钢

（一）填空题

1．决定钢的性能最主要的元素是     。

2．硫存在钢中，会使钢产生    ，磷存在钢中会使钢产生    。

3．碳钢中的有益元素是    、    ，碳钢中的有害杂质是    。

4．碳钢按质量分为    、    、    三类，它们的主要区别在于钢中    、    杂质的含量不同。

5．碳钢按w（C）分为    、    、    三类，其w（C）分别为    、    、    。

6．钢按用途分为         、        、        。

7．20钢属      钢，其w（C）为       。

8．45钢属      钢，其w（C）为       。

9．T8钢属      钢，其w（C）为       。

10．根据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分为        和        两大类。

11．按钢中合金元素含量将合金钢分为        钢、        钢、        钢,其合金元素含量分别为         、        、        。

12．合金钢按用途分类可分为        钢、        钢、        钢。

13．除       元素以外，其它所有的合金元素都使C曲线往    移动，使钢的临界冷却速度       ，提高了钢的       性。

14．形成强碳化物的合金元素有    、    、    、    。

15．扩大奥氏体区域的合金元素有     、    、    、    。

16．扩大铁素体区域的合金元素有     、     、     、    。

17．除    、     元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

18．几乎所有的合金元素除   、     以外，都使Ms和Mf    点。

因此，钢淬火后在相同w（C）下合金钢比碳钢组织的     增多，从而使钢的硬度     。

19．对钢回火脆性敏感的元素是           、        、        ；为了消除回火脆性可采用     和     。

20．合金结构钢按用途可分四类，它们的w（C）有一个大致范围。

在0．25％一0．55％之间的为    ，在0．45％～0．9％之间的为    ，在0．95％一1．15％之间的为    ，在0．15％～％之间的为    。

21．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为    、   、   、   、   ，其中作用最强烈的是    ，其含量约为    。

22．机器上的传动件和连接件，在工作过程中要承受     、    、    、    等四种变形，并经受强烈         。

23．调质钢w（C）范围         ，加入Cr、Mn等元素是为了提高       ，加入W、Mo是为了     。

24．40Cr钢属     钢，其w（C）为     ，w（Cr）为     ，可制造    零件。

25．16Mn钢属     钢，其w（C）为    ，w（Mn）为     ，可用在    方面。

26．工具钢按用途可分     、     和     。

27．工具钢按合金元素含量可分为     、     和     三类。

28 在轴承钢标准中，除对偏析、疏松和表面脱碳等作明确规定外，特别对    和    作了严格规定。

29．我国常用的铬轴承钢的w（C）范围为    ，w（Cr）范围为     。

30．弹簧在机器中的作用是   和   。

31．调质钢中加入钒（如40MnVB），钒是强        形成元素，起到       的作用，所形成的    熔点高，能起到      的作用。

32．在合金调质钢所属硅锰钢中，硅在钢中全部溶入固溶体，         效果显著。

中碳锰钢加入硅后，可显著         钢的临界冷却速度，       淬透性与       稳定性，特别是σs/σb（屈强比）。

33．常用的渗碳钢有     、    、    、    。

34．常用的调质钢有     、    、    、     ；用于制造     。

35．高速钢需要进行反复锻造的目的是    ，W18Cr4V钢采用（1270—1300）℃高温淬火的目的是    ，淬火后在（550—570）℃回火后出现硬度升高的原因是     ，经三次回火后的显微组织是    。

36．20CrMnTi是    钢，Cr、Mn主要作用是    ，Ti主要作用是    。

（二）判断题

1优质碳素结构钢用两位数字表示其平均w（c），以0．01％为单位，如45表示0．45％C的钢      （   ）

2 碳素工具钢用代号“T”及后面的数字来编号，数字表示钢中平均w（C），以0．1％为单位，如T8表示平均W（C）为0．8％。

  （   ）

3 碳素工具钢经热处理后有良好的硬度和耐磨性，但红硬性不高，故只宜作手动工具等。

4 碳素结构钢的淬透性较好，而回火稳定性较差。

（   ）

5 合金调质钢的综合机械性能高于碳素调质钢。

（   ）

6 在钢中加入多种合金元素比加入单一元素的效果好些，因而合金钢将向合金元素多元少量的方向发展。

（   ）

7 碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。

   （   ）

8.调质钢加入合金元素主要是考虑提高钢的红硬性。

（   ）

9.高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。

 （   ）

10 奥氏体型不锈钢不能进行淬火强化。

   （   ）

11 T12与20CrMnTi相比较，淬透性和淬硬性都较低。

  （   ）

12 T8钢T12钢淬火温度相同，那么它们淬火后的残余奥氏体量也是一样的。

 （   ）

13 不论钢的含碳量高低，其淬火马氏体的硬度高而脆性都很大。

  （   ）

14 钢中合金元素含量越多，则淬火后钢的硬度越高。

 （   ）

15 汽车拖拉机的齿轮要求表面高硬度、高耐磨；中心有良好的强韧性，应选用40Cr钢，经淬火＋高温回火处理。

 （   ）

16 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。

  （   ）

17 滚动轴承钢（GCr15）其w（Cr）为15％。

 （   ）

18 调质处理的主要目的是提高钢的塑性。

   （   ）

19．调质结构钢多为过共析钢。

   （   ）

20．65Mn是弹簧钢，45Mn是碳素调质钢。

   （   ）

21．钢号为3W4Cr2VA的钨铬钒钢，是一种高合金结构钢。

   （   ）

22．弹簧工作时的最大应力出现在它的表面上。

   （   ）

23．对于受弯曲或扭转变形的轴类调质零件，也必须淬透。

   （   ）

24．提高弹簧表面质量的处理方法之一，是喷丸处理。

   （   ）

25．有高温回火脆性的钢，回火后采用油冷或水冷。

   （   ）

26．含锰和含硼的合金调质钢过热倾向较小。

   （   ）

27多数合金元素都使C曲线往右移，但必须使合金元素溶入奥氏体后方有这样的作用。

   （   ）

28．硬质合金具有很高的硬度和红硬性，作刀具时钨钴类合金适用于切削韧（塑）性材料，钨钴钛类合金适用于切削脆性材料。

   （   ）

29．铸钢的铸造性能要比铸铁差，但常用于制造形状复杂、锻造有困难，要求有较高强度和塑性，并要求受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。

   （   ）

（三）选择题

1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是      

 A．均强烈阻止奥氏体晶粒长大；B．均强烈促进奥氏体晶粒长大；

 C 无影响；                 D 上述说法都不全面

2．适合制造渗碳零件的钢有      。

 A．16Mn、15、20Cr、1Crl3、12Cr2Ni4A   B．45、40Cr、65Mn、T12

 C．15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

3．制造轴、齿轮等零件所用的调质钢，其W（C）范围是          ，为提高淬透性应加入合金元素      。

 A．W（C）＝％～％     B．W（C）＝％～％     C．W（C）<% （前空用）A．Cr、Ni、Si、Mn、B  B．W、Mo、V、Ti、Nb   C．Co、A1、P、S。

 （后空用）

4．45、40CrNi和40CrNiMo等调质钢产生第二类回火脆性的倾向是      

 A．40CrNiMO>40CrNi>45        B．40CrNi>40CrNiMo>45

 C．45>40CrNi>40CrNiMo

5．属冷作模具钢有      。

 A．9SiCr、9Mn2V、Crl2MoV      B．5CrNiMo、9Mn2V、3Cr2W8V

 C．5CrMnMo、Crl2MoV、9SiCr

6．属热作模具钢有      。

A．9CrWMn、9Mn2V、Crl2       B．5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V

C．9SiCr、Crl2MoV、3Cr2W8V

7．制造高速切削刀具的钢是      。

 A．T12A、3Cr2W8V     B．Crl2MoV、9SiCr    C．W18Cr4V、W6M05Cr4V2

8．制造医疗手术刀具的是      。

A GCrl5、40Cr、Crl2   B．Crl7、2Crl3、1Crl8Ni9Ti

 C．2Crl3、1Crl3、Crl2MoV   0．3Crl3、4Crl3

9．65、65Mn、60Si2Mn、50CrV等属于类钢，其热处理特点是      

 A．工具钢，淬火+低温回火 B．轴承钢，渗碳+淬火+低温回火

 C 弹簧钢，淬火+中温回火

10．为了改善高速钢铸态组织中的碳化物不均匀性，应进行      。

 A．完全退火       B．正火      C球化退火       D．锻造加工

11．高速钢刀具淬火后出现晶粒过大，碳化物拖尾，有的呈角状或有的沿晶界呈网状分布，这种缺陷称为      。

 A．严重脱碳       B过烧        C腐蚀           D．过热

12．为消除高速钢的过热组织，生产中常用的热处理工艺是      。

 A 直接重新按正常工艺规程淬火     B 退火后重新加热淬火

 C 回火后重新加热淬火

13．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是      

   A．Accm一（30～50）℃        B．Accm+（30~50）℃

   C．Ac1+（30～50）℃          D．Ac3+（30～50）℃

14．40Cr钢制φ18mmX450mm丝杠，硬度要求（250～280）HB，其热处理工艺为      

   A正火       B退火       C调质       D．表面淬火+回火

15．45钢在水和油中冷却时，其临界直径分别用D0水和D0油表示，它们的关系是      

   A．D0水D0油  C．D0水＝D0油

16．用轴承钢GCrl5制造零件，若在热压成型后有粗大网状碳化物，应采用      的预备热处理工艺消除之。

   A．完全退火    B球化退火   C．完全退火+球化退火   D．正火十球化退火

17．合金调质钢必须具备的热处理性能是      。

   A．回火稳定性  B．热稳定性 C足够的淬透性

18．在下列调质钢中，淬透性最好的是      。

   A．40          B．40Cr     C．40Mn2 D．40MnB

19．40Cr与40钢相比较，其热处理工艺参数特点是      

   A．C曲线左移，Ms点上升       B．C曲线左移，Ms点下降

   C．C曲线右移，Ms点下降       D．C曲线右移，Ms点上升

20．T8钢与60钢相比较，T8钢的热处理工艺参数特点是      

   A．Ms点低，C曲线靠左         B．Ms点低，C曲线靠右

   C Ms点高，C曲线靠左         D．Ms点高，C曲线靠右

21．40CrNiMoA钢与40钢相比，40CrNiMo钢的热处理工艺参数特点是      

   A Ms点低，淬火后残余奥氏体量少 B Ms点低，淬火后残余奥氏体量多

   C Ms点高，淬火后残余奥氏体量少 D．Ms点高，淬火后残余奥氏体量多

22．同种调质钢淬透试样与未淬透试样相比，当回火硬度相同时      。

   A 淬透试样σb大大提高           B 淬透试样σb大大降低

   C 未淬透试样σb和αk明显下降    D．未淬透试样σb和αk明显提高

23．合金调质钢中的硼能显著提高钢的淬透性，其w（B）范围一般为      

   A．w（B）＝%～%       B．w（B）＝％一%

   C．w（B）=%～%           D．w（B）=%～％

24．钢的红硬性（热硬性）主要取决于      。

   A．钢的w（C）          B．马氏体的w（C）

   C 残余奥氏体w（C）    D．马氏体的回火稳定性

25．1Crl8Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是      。

A 获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性  B提高抗腐蚀性、防止晶间腐蚀

C 降低硬度，便于切削加工

26 制造一直径为25mm的连杆，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应该选用      。

   A 45钢经正火处理   B60Si2Mn钢经淬火＋中温回火  C 40Cr钢，经调质处理

27 制造高硬度、高耐磨的锉刀应选用      。

   A 45钢经调质  B Cr12MoV钢经淬火＋低温回火  C T12钢经淬火＋低温回火

28．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高硬度、高耐磨，中心有良好的强韧性，应选用      

   A．T8钢淬火＋低温回火 B 40Cr钢淬火+高温回火

   C 20CrMnTi钢渗碳淬火+低温回火

29．拖拉机和坦克履带受到严重的磨损及强烈冲击应选用      。

   A．T12钢淬火+低温回火 B．ZGMnl3经水韧处理

   C Wl8Cr4V钢淬火+低温回火

 30．无第二类回火脆性的钢是      。

   A．碳素钢     B铬钢    C锰钢

 31．一圆棒料经调质后，发现其上有纵向裂纹，宏观上裂纹呈黑色且有脱碳现象。

此种裂纹是      。

   A．原材料裂纹 B．淬火裂纹

（四）问答题

1 钢中常存的杂质有哪些硫、磷对钢的性能有哪些影响

2 为什么比较重要的大截面结构零件都必需用合金钢制造与碳钢相比，合金钢有何优点

3 合金钢中经常加入的合金元素有哪些怎样分类

4 合金元素——Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Co在退火钢中如何分布它们对钢的组成相有何影响

5 合金元素——Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Co对钢的等温转变曲线（C曲线）有何影响

6 合金元素——Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Co对钢的Ms点有何影响对钢的热处理、组织、性能有何影响

7 为什么碳钢在室温下不存在单一奥氏体或单一铁素体组织，而合金钢中有可能存在这类组织

8．合金元素对回火转变有何影响

9．简述合金调质钢的合金化原则。

   ·

10．合金渗碳钢中常加入哪些合金元素它们对钢的热处理、组织和性能有何影响

11．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为了提高弹簧的使用寿命，在热处理后应采用什么有效措施

12．为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳为什么限制钢中含Cr量不超过1．65％为什么对钢中的非金属夹杂物限制特别严格

13．铬镍钢突出的优点何在主要缺点是什么怎样克服其缺点

14．一般刃具钢要求什么性能高速切削刃具钢要求什么性能为什么

15．为什么刃具钢中含高碳合金刃具钢中加入哪些合金元素其作用怎样

16．为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高

17．直径φ30mm～φ40mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透，而相同尺寸的T9能否淬透（以心部获得半马氏体组织为淬透标准，半马氏体组织硬度为50HRC左右，已知9SiCrJ50/15, T9J43/15）。

18．简述高速钢（W18Cr4V与W6M05Cr4V2）中合金元素的作用。

19．W18Cr4V钢的Acl约为820℃，若按一般工具钢淬火加热温度通式计算出的加热温度，能否达到高速切削刀具要求的性能为什么该钢正常淬火后都要进行三次回火，这又是为什么560~C三次回火这算调质处理吗

20．什么叫热硬性（红硬性）它与“二次硬化”有何关系 W18Cr4V钢的二次硬化发生在哪个回火温度范围

21．试述W18Cr4V钢铸造、退火、淬火及回火的金相组织。

22．冷作模具钢所要求的性能是什么为什么尺寸较大的、重负荷的、要求高耐磨和微变形的冷冲模具大都选用Crl2MoV钢制造  

23．热作模具钢性能要求有何特点试分析5CrNiMo和5CrMnMo钢中合金元素作用。

24．为什么量具在保存和使用过程中尺寸会发生变化采用什么措施，可使量具尺寸保持长期稳定

25．何谓化学腐蚀与电化学腐蚀提高钢的耐蚀性途径有哪些

26．不锈钢的成分特点Crl2MoV是否为不锈钢

27．汽轮机叶片、硝酸槽、外科手术刀、手表外壳用何种不锈钢制造其热处理工艺怎样

28．奥氏体不锈钢和耐磨钢的淬火目的与一般钢的淬火目的有何不同

29．硬质合金与高速钢相比较有何优点

30．某工厂用T10钢制造的钻头给一批铸铁件打批φ10mm深孔，打几个孔以后钻头很快就磨损，经检验，钻头的材质、热处理工艺、金相组织、硬度均合格，试问失效原因，并请提出解决办法。

（五）思考题

1．为什么说得到马氏体是钢中最经济而又最有效的强化方法

2．有一批低碳冷轧薄钢板，在冲压前表面质量很好，但在冲压后在某些部位出现水波纹状的绉折。

试分析形成原因及消除办法。

3．直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。

4．某厂的冷冲模原用W18Cr4V钢制造，在使用时经常发生崩刃，掉渣等现象，冲模寿命很短；后改用W6M05Cr4V2钢制造，热处理时采用低温淬火（1150℃），冲模寿命大大提高。

试分析其原因。

5．一些中、小工厂在用Crl2型钢制造冷作模具时，往往是用原钢料直接进行机械加工或稍加改锻后进行机械加工，热处理后送交使用，经这种加工的模具寿命一般都比较短。

改进的措施是将毛坯进行充分地锻造，这样的模具使用寿命有明显提高。

这是什么原因

6．现有φ35mmX200mm轴两根，一根为20钢，经920℃渗碳后直接水淬及180℃回火，表面硬度（58—62）HRC；另一根为20CrMnTi钢，经920℃渗碳后直接油淬，一80℃冷处理及180℃回火，表面硬度（60～64）HRC。

这两根轴的表层和心部的组织与性能有何区别并说明其原因。

7.某厂采用9Mn2V钢制造模具，设计要求硬度为（53～58）HRC。

采用790℃油淬并用（200—220）℃回火。

但该模具在使用时经常发生脆性断裂。

后将热处理工艺改为加热至790℃后，在（260～280）℃的硝酸盐浴槽中等温4小时后空冷处理，硬度降至50HRC但是寿命却大为提高，不再发生脆断。

试分析其原因。

8 汽车、拖拉机变速箱齿轮和汽车后桥齿轮多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢制造，试分析其原因何在

9．滚齿机上的螺栓，本应用45钢制造，但错用了T12钢，其退火、淬火都沿用了45钢的工艺，问此时将得到什么组织和性能

10．低碳钢的硬度低，可否用淬火方法显著提高其硬度

11．高速钢热处理时能否用一次长时间回火代替多次回火为什么

12．在冷拔GCrl5钢丝时，一拔就裂，原来该钢经过退火处理其加热温度为920℃，后经820～840℃淬火180℃回火，试分析拔裂的原因（已知GCrl5钢Ac7＝745℃，900℃）。

13．大螺丝刀要求杆部为细珠光体而顶端为回火马氏体，只有一种外部热应如何处理

14．要制造机床主轴、拖拉机后桥齿轮、铰刀、汽车板簧等。

拟选择合适的钢种，并提出热处理工艺。

其最后组织是什么性能如何

15．指出下列钢中Mn的作用 16Mn、20MnVB、40MnB、65Mn、9Mn2V、ZGMnl3

16分析Cr在下列钢中的作用 20CrMnTi、40Cr、GCrl5、9SiCr、1Cr28、W18Cr4V、Crl2MoV、3Crl3、40CrNi、1Crl8Ni9、15CrMo。

17．解释合金钢产生下列现象的原因（与碳钢对比）。

（1）高温轧制或锻造后，空冷下来能获得马氏体组织；

（2）在相同的W（C）和相同的热处理后，合金钢具有较高的综合机械性能；

   （3）在相同W（C）情况下，合金钢的淬火变形、开裂现象不易发生；

   （4）在相同W（C）情况下，合金钢具有较高的回火稳定性；

   （5）在相同W（C）情况下，除了含Ni、Mn的合金钢外，其他大部分合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；（6）w（C）≥0．4、w（Cr）＝12％的铬钢属于过共析钢，而W（C）＝1．5％，W（Cr）＝12铬钢属于莱氏体钢。

18．在机器零件用钢选用中，有人提出“淬透性原则”，即认为对于一般常用机器零件用钢而言，只要满足了淬透性要求，就可以选用或互相代用。

这种论点你认为怎样试分析说明之。

19．用20CrMnTi钢制造渗碳齿轮，淬火时齿部可以淬透，渗碳温度为930℃，时间8h，渗碳层厚度为lmm。

试回答下面问题。

   ①渗碳后缓慢冷至室温，画出从齿面到齿心的显微组织示意图；

 ②渗碳后降温至840℃淬火，画出从齿面到齿心的显微组织示意图。

20．某工厂生产一种柴油机的凸轮，其表面要求具有高硬度（5050J／cm2），本来是采用45钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火，最后进行低温回火。

现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15号钢，试说明以下几个问题。

   ①原用45钢各热处理工序的目的；

   ②改用15号钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求为什么

③改用15钢后，应采用怎样的热处理工艺才能满足上述性能要求为什么

三、复习自测题

（一）填空

1．决定钢的性能最主要的元素     。

2．合金钢按用途分类可分为     钢、     钢、

3．碳钢按w（C）分为     、