金屬學(xué)材料學(xué)課后習(xí)題答案全

1-1. 為什么說鋼中的 S、P 雜質(zhì)元素在一般情況下是有害的？答：S 容易和 Fe 結(jié)合形成熔點為 989的 FeS 相，會使鋼在熱加工過程中產(chǎn)生熱脆性；P 與 Fe 結(jié)合形成硬脆的 Fe3P 相，使鋼在冷變形加工過程中產(chǎn)生冷脆性。1-2. 鋼中的碳化物按點陣結(jié)構(gòu)分為哪兩大類？各有什么特點？答：可以分為簡單點陣結(jié)構(gòu)和復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)，簡單點陣結(jié)構(gòu)的特點：硬度較高、熔點較高、穩(wěn)定性較好；復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的特點：硬度較低、熔點較低、穩(wěn)定性較差。1-3. 簡述合金鋼中碳化物形成規(guī)律。答：當(dāng) rC/rM0.59 時，形成復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)；當(dāng) rC/rM15%，溶解度極小。間隙固溶體形成的規(guī)律： 間隙固溶體總是有限固溶體，其溶解度取決于溶劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)和間隙元素的原子尺寸； 間隙原子在固溶體中總是優(yōu)先占據(jù)有利的位置； 間隙原子的溶解度隨溶質(zhì)原子的尺寸的減小而增大； 同一溶劑金屬不同的點陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的，C、N 原子在 y-Fe 中的溶解度高于 a-Fe。1-23. 在相同成分的粗晶粒和細晶粒鋼中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？答：粗晶粒更容易產(chǎn)生缺陷，偏聚程度大，細晶粒偏聚程度小。1-5 試述鋼在退火態(tài)、淬火態(tài)及淬火-回火態(tài)下，不同元素的分布狀況。答：退火態(tài)：非碳化物形成元素絕大多數(shù)固溶于基體中，而碳化物形成元素視 C 和本身量多少而定。優(yōu)先形成碳化物，余量溶入基體。 淬火態(tài)：合金元素的分布與淬火工藝有關(guān)。溶入 A 體的因素淬火后存在于 M、B 中或殘余 A 中，未溶者仍在 K 中。 回火態(tài)：低溫回火，置換式合金元素基本上不發(fā)生重新分布；400，Me 開始重新分布。非 K 形成元素仍在基體中，K 形成元素逐步進入析出的 K 中，其程度取決于回火溫度和時間。1-6 有哪些合金元素強烈阻止奧氏體晶粒的長大？阻止奧氏體晶粒長大有什么好處？答：Ti、Nb、V 等強碳化物形成元素 能夠細化晶粒，從而使鋼具有良好的強韌度配合，提高了鋼的綜合力學(xué)性能。1-7 哪些合金元素能顯著提高鋼的淬透性？提高鋼的淬透性有何作用？答：在結(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。 作用：一方面可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能，滿足技術(shù)要求；另一方面，在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。1-8 .能明顯提高回火穩(wěn)定性的合金元素有哪些？提高鋼的回火穩(wěn)定性有什么作用？答：提高回火穩(wěn)定性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si 作用：提高鋼的回火穩(wěn)定性，可以使得合金鋼在相同的溫度下回火時，比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強度；或者在保證相同強度的條件下，可在更高的溫度下回火，而使韌性更好些。1-9 第一類回火脆性和第二類回火脆性是在什么條件下產(chǎn)生的？如何減輕和消除？答：第一類回火脆性:脆性特征：不可逆；與回火后冷速無關(guān)；斷口為晶界脆斷。產(chǎn)生原因：鋼在 200-350回火時，F(xiàn)e3C 薄膜在奧氏體晶界形成，削弱了晶界強度；雜質(zhì)元素 P、S、Bi 等偏聚晶界，降低了晶界的結(jié)合強度。 防止措施：降低鋼中雜質(zhì)元素的含量；用 Al 脫氧或加入 Nb（鈮） 、V、Ti 等合金元素細化奧氏體晶粒；加入 Cr、Si 調(diào)整溫度范圍；采用等溫淬火代替淬火回火工藝。 第二類回火脆性：脆性特征：可逆；回火后滿冷產(chǎn)生，快冷抑制；斷口為晶界脆斷。 產(chǎn)生原因：鋼在 450-650回火時，雜質(zhì)元素 Sb、S、As 或 N、P 等偏聚于晶界，形成網(wǎng)狀或片狀化合物，降低了晶界強度。高于回火脆性溫度，雜質(zhì)元素擴散離開了晶界或化合物分解了；快冷抑制了雜質(zhì)元素的擴散。 防止措施：降低鋼中的雜質(zhì)元素；加入能細化 A 晶粒的元素（Nb、V、Ti）加入適量的 Mo、W 元素；避免在第二類回火脆性溫度范圍回火。1-10 就合金元素對鐵素體力學(xué)性能、碳化物形成傾向、奧氏體晶粒長大傾向、淬透性、回火穩(wěn)定性和回火脆性等幾個方面總結(jié)下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答： Si： Si 是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減?。?Si 是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含 Si 鋼的脫 C 傾向和石墨化傾向較大； Si 量少時，如果以化合物形式存在，則阻止奧氏體晶粒長大，從而細化 A 晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性； Si 提高了鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。Si 提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； Si能夠防止第一類回火脆性。 Mn: Mn 強化鐵素體，在低合金普通結(jié)構(gòu)鋼中固溶強化效果較好；（強度增加，韌性減?。?Mn 是奧氏體形成元素，促進 A 晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性； Mn 使 A等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性； Mn 提高鋼的回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； Mn 促進有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼回火脆性的傾向。 Cr： Cr 是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減?。?Cr是碳化物形成元素，能細化晶粒，改善碳化物的均勻性； Cr 阻止相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透性； Cr 提高回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； Cr 促進雜質(zhì)原子偏聚，增大回火脆性傾向； Mo:（W 類似于 Mo） 是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減?。?是較強碳化物形成元素，所以能細化晶粒，改善碳化物的均勻性，大大提高鋼的回火穩(wěn)定性； 阻止奧氏體晶粒長大，細化 A 晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性； 能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。 能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或減輕鋼第二類回火脆性的有效元素。 V:（Ti、Nb 類似于 V） 是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小） 是強碳化物形成元素，形成的 VC 質(zhì)點穩(wěn)定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強性和回火穩(wěn)定性； 阻止 A 晶粒長大的作用顯著，細化 A 晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性； 提高鋼的淬透性，消除回火脆性。 Ni: 是奧氏體形成元素，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；（強度增加，韌性增加） 是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含 Ni 鋼的脫 C 傾向和石墨化傾向較大； 對 A 晶粒長大的影響不大； 能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向。 提高回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； 促進鋼中有害元素的偏聚，增大鋼的回火脆性。1-11 根據(jù)合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回火穩(wěn)定性、奧氏體晶粒長大傾向、韌性和回火脆性等方面比較下列鋼號的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo答：淬透性：40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr （因為在結(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金元素的復(fù)合作用更大。 ） 回火穩(wěn)定性：40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr 奧氏體晶粒長大傾向：40CrMn40Cr 40CrNi40CrNiMo 韌性：40CrNiMo40CrNi40CrMn40Cr（Ni 能夠改善基體的韌度） 回火脆性：40CrNi40CrMn40Cr40CrNiMo（Mo 降低回火脆性）1-12 為什么 W、Mo、V 等元素對珠光體轉(zhuǎn)變阻止作用大，而對貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大？答：對于珠光體轉(zhuǎn)變，不僅需要 C 的擴散和重新分布，而且還需要 W、Mo、V 等 K 形成元素的擴散，而間隙原子碳在 A 中的擴散激活能遠小于 W、Mo、V 等置換原子的擴散激活能，所以 W、Mo、V 等 K 形成元素擴散是珠光體轉(zhuǎn)變時碳化物形核的控制因素。 V 主要是通過推遲碳化物形核與長大來提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性 W、Mo 除了推遲碳化物形核與長大外，還增大了固溶體原子間的結(jié)合力、鐵的自擴散激活能，減緩了 C 的擴散。貝氏體轉(zhuǎn)變是一種半擴散型相變，除了間隙原子碳能作長距離擴散外，W、Mo、V 等置換原子都不能顯著地擴散。W、Mo、V 增加了 C 在 y 相中的擴散激活能，降低了擴散系數(shù)，推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變，但作用比 Cr、Mn、Ni 小。1-13 為什么鋼的合金化基本原則是“復(fù)合加入”？試舉兩例說明合金元素復(fù)合作用的機理。答：因為合金元素能對某些方面起積極的作用，但許多情況下還有不希望的副作用，因此材料的合金化設(shè)計都存在不可避免的矛盾。合金元素有共性的問題，但也有不同的個性。不同元素的復(fù)合，其作用是不同的，一般都不是簡單的線性關(guān)系，而是相互補充，相互加強。所以通過合金元素的復(fù)合能夠趨利避害，使鋼獲得優(yōu)秀的綜合性能。例子：Nb-V 復(fù)合合金化：由于 Nb 的化合物穩(wěn)定性好，其完全溶解的溫度可達1325-1360。所以在軋制或鍛造溫度下仍有未溶的 Nb，能有效地阻止高溫加熱時 A 晶粒的長大，而 V 的作用主要是沉淀析出強化。 Mn-V 復(fù)合：Mn 有過熱傾向，而 V 是減弱了 Mn 的作用；Mn 能降低碳活度，使穩(wěn)定性很好的 VC 溶點降低，從而在淬火溫度下 VC 也能溶解許多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。1-14 合金元素 V 在某些情況下能起到降低淬透性的作用，為什么？而對于 40Mn2 和42Mn2V，后者的淬透性稍大，為什么？答：釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當(dāng)在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時，降低淬透性。1-15 怎樣理解“合金鋼與碳鋼的強度性能差異，主要不在于合金元素本身的強化作用，而在于合金元素對鋼相變過程的影響。并且合金元素的良好作用，只有在進行適當(dāng)?shù)臒崽幚項l件下才能表現(xiàn)出來”？答：合金鋼與碳鋼性能差異表現(xiàn)為：（1）碳素鋼淬透性差 (2)碳鋼的高溫強度低，紅硬性差 (3)碳鋼不能獲得良好的綜合性能 (4)碳鋼不具有特殊的性能 合金鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素（如鉻、鎳、鉬、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和其他元素等） ，有的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等） ，添加的合金元素作用不在于本身的強化作用，而在于對鋼相變過程的影響。處理鋼時，鋼的相變包括 1、加熱過程中的奧氏體轉(zhuǎn)變； 2、冷卻過程中的珠光體、貝氏體及馬氏體轉(zhuǎn)變； 3、發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后的再加熱(回火)轉(zhuǎn)變。1）在加熱時，合金元素能影響奧氏體的形成速度以及奧氏體的晶粒大??；2）在冷卻時，a.對珠光體，大部分合金元素推遲 P 的轉(zhuǎn)變、珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的影響及珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的碳化物類型的影響；b.對貝氏體，合金元素 Cr，Ni，Mn 能降低 F(A 與 F 的自由能差） ，減少相變驅(qū)動力，減慢 A 分解，降低了貝氏體的轉(zhuǎn)變速度，推遲其轉(zhuǎn)變。Cr，Mn 又是碳化物形成元素，阻礙 C 原子的擴散。強烈阻礙貝氏體的形成；Mo，W 作用不明顯；Si，對 B 有推遲作用，原因是強烈提高 Fe 的結(jié)合力，阻礙 C 原子從 Fe 中脫溶。 Co，Al 能提高 F，同時提高 C 的擴散速度，加速 B 形成。C.對馬氏體，主要是對對 M 轉(zhuǎn)變溫度的影響，即MsMf 點的影響。除 Co，Al 外，大多數(shù)合金元素固溶在 A 中，均使 Ms 點下降，增加殘余 A 的含量 3）回火轉(zhuǎn)變時，合金元素能提高鋼的回火穩(wěn)定性，以及產(chǎn)生二次硬化。因此合金元素在鋼的整個相變過程中都起到了十分明顯的作用，提高了鋼材的性能。合金的主要作用： a.產(chǎn)生相變，如擴大某個相區(qū)（奧氏體區(qū)）以得到某種對應(yīng)的特殊性能. b.細化晶粒，改善機械性能，如缺口敏感性、淬透性。 c.改變熱處理工藝，如提高鋼材的熱處理組織的穩(wěn)定性，降低熱處理溫度、縮短熱處理時間、提高熱處理質(zhì)量。 合金鋼的熱處理工藝有很多，所得到的組織都有不同的性能，只有根據(jù)對鋼性能不同的需求選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚項l件，才能獲得合適的組織，充分發(fā)揮合金元素的作用。如果鋼的熱處理條件不適當(dāng)，會影響合金元素在鋼中的作用。例如，熱處理溫度過高，影響強碳化物的形成，會影響鋼的性能。1-16 合金元素提高鋼的韌度主要有哪些途徑？ 答：細化奧氏體晶粒-如 Ti、V、Mo 提高鋼的回火穩(wěn)定性-如強 K 形成元素 改善基體韌度-Ni 細化碳化物-適量的 Cr、V 降低或消除鋼的回火脆性W、Mo 在保證強度水平下，適當(dāng)降低含碳量，提高冶金質(zhì)量 通過合金化形成一定量的殘余奧氏體1-17 40Cr、40CrNi、40CrNiMo 鋼，其油淬臨界淬透直徑 Dc 分別為 25-30mm、40-60mm、60-100mm，試解釋淬透性成倍增大的現(xiàn)象。 答：在結(jié)構(gòu)鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。Cr、Ni、Mo 都能提高淬透性，40Cr、40CrNi、40CrNiMo 單一加入到復(fù)合加入，淬透性從小到大。較多的 Cr和 Ni 的適當(dāng)配合可大大提高鋼的淬透性，而 Mo 提高淬透性的作用非常顯著。1-18 鋼的強化機制有哪些？為什么一般鋼的強化工藝都采用淬火-回火？ 答：四種強化機制：固溶強化、位錯強化、細晶強化和第二相彌散強化。 因為淬火+回火工藝充分利用了細晶強化,固溶強化、位錯強化、第二相強化這四種強化機制。 (1)淬火后獲得的馬氏體是碳在 -Fe 中的過飽和間隙固溶體,碳原子起到了間隙固溶強化效應(yīng)。 (2)馬氏體形成后，奧氏體被分割成許多較小的取向不同的區(qū)域，產(chǎn)生了細晶強化作用。(3)淬火形成馬氏體時，馬氏體中的位錯密度增高，從而產(chǎn)生位錯強化效應(yīng)。 (4)淬火后回火時析出的碳化物造成強烈的第二相強化，同時也使鋼的韌性得到了改善。 綜上所述：無論是碳鋼還是合金鋼，在淬火-回火時充分利用了強化材料的四種機制，從而使鋼的機械性能的潛力得到了充分的發(fā)揮。所以獲得馬氏體并進行相應(yīng)的回火是鋼的最經(jīng)濟最有效的綜合強化手段。1-20 試解釋含 Mn 稍高的鋼易過熱；而含 Si 的鋼淬火加熱溫度應(yīng)稍高，且冷作硬化率較高，不利于冷變形加工。 答：Mn 是奧氏體形成元素，降低鋼的 A1 溫度，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性； Si 是鐵素體形成元素，提高了鋼的 A1 溫度，所以含 Si 鋼往往要相應(yīng)地提高淬火溫度。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。合金元素溶入基體，點陣產(chǎn)生不同程度的畸變，使冷作硬化率提高，鋼的延展性下降。1-24 試述金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計的思路 答：金屬材料的使用，不僅要考慮產(chǎn)品的性能要求，更應(yīng)考慮材料在生命周期內(nèi)與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。將 LCA 方法應(yīng)用到材料設(shè)計過程中產(chǎn)生的新概念，它要求在設(shè)計時要充分兼顧性能、質(zhì)量、成本和環(huán)境協(xié)調(diào)性，從環(huán)境協(xié)調(diào)性的角度對材料設(shè)計提出指標及建議。 盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素，即將枯竭性元素和對生態(tài)環(huán)境及人體有害作用的元素。1-25 什么叫簡單合金、通用合金？試述其合金化設(shè)計思想及其意義。 答：簡單合金：組元組成簡單的合金系。 設(shè)計化思想：通過選擇適當(dāng)?shù)脑?，不含有害元素、不含枯竭元素和控制熱加工工藝來改變材料的性能。簡單合金在成分設(shè)計上有幾個特點：合金組元簡單，再生循環(huán)過程中容易分選；原則上不加入目前還不能精煉方法除去的元素；盡量不適用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的合金元素。 意義：不含對人體及生態(tài)環(huán)境有害的元素，不含枯竭性元素，并且主要元素在地球上的儲量相當(dāng)大，并且容易提取。所生產(chǎn)的材料既具有良好的力學(xué)性能，又有好的再生循環(huán)性。 通用合金：是指通過調(diào)整元素含量能在大范圍內(nèi)改變材料性能，且元素數(shù)最少的合金系。 設(shè)計思想：合金的種類越多，再生循環(huán)就越困難。最理想的情況是所有金屬制品用一種合金系來制造，通過改變成分配比改變材料性能。 意義：這種通用合金能滿足對材料要求的通用性能，如耐熱性、耐腐蝕性和高強度等。合金在具體用途中的性能要求則可以通過不同的熱處理等方法來實現(xiàn)。通過調(diào)整成分配比開發(fā)出性能更加優(yōu)異、附加值更高的再生材料。1-26 與碳素鋼相比，一般情況下合金鋼有哪些主要優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：晶粒細化、淬透性高、回火穩(wěn)定性好； 缺點：合金元素的加入使鋼的冶煉以及加工工藝性能比碳素鋼差，價格也較為昂貴。而且回火脆性傾向也較大。2-5 什么是微合金化鋼？微合金化元素的主要作用是什么？答：微合金化鋼指化學(xué)成分規(guī)范上明確列入虛加入一種或幾種碳氮化物形成元素的低合金高強度鋼。微合金化元素作用：阻止加熱時奧氏體晶粒長大；抑制奧氏體形變再結(jié)晶；細化晶粒組織；析出強化。2-6 在汽車工業(yè)上廣泛應(yīng)用的雙相鋼，其成分、組織和性能特點是什么？為什么能在汽車工業(yè)上得到大量應(yīng)用，發(fā)展很快？答：成分：0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.47%Mo，少量 V、Nb、Ti等。組織：鐵素體+馬氏體性能特點：低的屈服強度，且是連續(xù)屈服，無屈服平臺和上、下屈服；均勻的延伸率和總的延伸率較大，冷加工性能好；塑性變形比 值很高；加工硬化率 n 值大。原因：因為雙相鋼具有足夠的沖壓成型性，而且具備良好的塑性和韌度，一定的馬氏體可以保證提高鋼的強度。2-7 在低合金高強度工程結(jié)構(gòu)鋼中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti 等） ，它們的主要作用是什么？答：阻止加熱時奧氏體晶粒長大；抑制奧氏體形變再結(jié)晶；細化晶粒組織；析出強化。3-1 在結(jié)構(gòu)鋼的部頒標準中，每個鋼號的力學(xué)性能都注明熱處理狀態(tài)和試樣直徑或鋼材厚度，為什么？有什么意義？答：試樣直徑或鋼材厚度影響鋼材的淬透性能。3-2 為什么說淬透性是評定鋼結(jié)構(gòu)性能的重要指標？ 答：結(jié)構(gòu)鋼一般要經(jīng)過淬火后才能使用。淬透性好壞直接影響淬火后產(chǎn)品質(zhì)量3-3 調(diào)質(zhì)鋼中常用哪些合金元素？這些合金元素各起什么作用？ 答：Mn：淬透性，但過熱傾向，回脆傾向； Cr：淬透性，回穩(wěn)性，但回脆傾向； Ni:基體韌度， Ni-Cr 復(fù)合淬透性， 回脆 ； Mo：淬透性,回穩(wěn)性，細晶,回脆傾向； V：有效細晶，(淬透性) ，過熱敏感性。 3-6 某工廠原來使用 45MnNiV 生產(chǎn)直徑為 8mm 高強度調(diào)質(zhì)鋼筋，要求 Rm1450Mpa,ReL1200Mpa,A0.6%,熱處理工藝是（92020）油淬， （47010）回火。因該鋼缺貨，庫存有 25MnSi 鋼。請考慮是否可以代用。熱處理工藝如何調(diào)整？ 答：能代替，900油淬或水淬，200回火 3-7 試述彈簧的服役條件和對彈簧鋼的主要性能要求。為什么低合金彈簧鋼中碳含量一般在 0.5%0.75%（質(zhì)量分數(shù)）之間？ 答:服役條件：儲能減振、一般在動負荷下工作即在沖擊、振動和長期均勻的周期改變應(yīng)力下工作、也會在動靜載荷作用下服役； 性能要求：高的彈性極限及彈性減退抗力好，較高的屈服比；高的疲勞強度、足夠的塑性和韌度；工藝性能要求有足夠的淬透性；在某些環(huán)境下，還要求彈簧具有導(dǎo)電、無磁、耐高溫和耐蝕等性能，良好的表面質(zhì)量和冶金質(zhì)量 總的來說是為了保證彈簧不但具有高的彈性極限高的屈服極限和疲勞極限（彈簧鋼含碳量要比調(diào)質(zhì)鋼高） ，還要有一定的塑性和韌性（含碳量太高必然影響塑性和韌性了） 。 3-8 彈簧為什么要求較高的冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量？彈簧的強度極限高是否也意味著彈簧的疲勞極限高，為什么？ 答：要嚴格控制彈簧鋼材料的內(nèi)部缺陷，要保證具有良好的冶金質(zhì)量和組織均勻性；因為彈簧工作時表面承受的應(yīng)力為最大，所以不允許表面缺陷，表面缺陷往往會成為應(yīng)力高度集中的地方和疲勞裂紋源，顯著地降低彈簧的疲勞強度 不一定高。強度極限是在外力作用下進一步發(fā)生形變.是保持構(gòu)件機械強度下能承受的最大應(yīng)力，包括拉伸、壓縮和剪切強度，不一定指彈性極限 3-9 有些普通彈簧冷卷成型后為什么進行去應(yīng)力退火？車輛用板簧淬火后，為什么要用中溫回火？ 答：去應(yīng)力退火的目的是： a)消除金屬絲冷拔加工和彈簧冷卷成形的內(nèi)應(yīng)力； b)穩(wěn)定彈簧尺寸，利用去應(yīng)力退火來控制彈簧尺寸； c)提高金屬絲的抗拉強度和彈性極限； 回火目的：（1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂。 （2）獲得工藝要求的力學(xué)性能。 （3）穩(wěn)定工件尺寸 回火工藝選擇的依據(jù)是彈性參數(shù)和韌性參數(shù)的平衡和配合 3-10 大型彈簧為什么要先成形后強化，小型彈簧先強化后成形? 答： 為了方便成型，大彈簧強化后就很難改變形狀了，所以要先成型再強化。反之小彈 簧就可以先強化再成型 3-11 直徑為 25mm 的 40CrNiMo 鋼棒料，經(jīng)正火后難切削為什么？ 答：40CrNiMo 屬于調(diào)質(zhì)鋼，正火得到的應(yīng)該是珠光體組織。由于該鋼的淬透性較好，空冷就能得到馬氏體，不一定是全部，只要部分馬氏體就會使硬度提高很多，而變得難以切削。 3-12 鋼的切削加工型與材料的組織和硬度之間有什么關(guān)系？為獲得良好的切削性，中碳鋼 和高碳鋼各自經(jīng)過怎樣的熱處理，得到什么樣的金相組織？ 答：硬度由高到低的組織：馬氏體、珠光體和鐵素體，硬度高切削性能差。 中碳鋼：淬火加高溫回火，回火后得回火索氏體 高碳鋼：淬火加低溫回火，回火后得回火馬氏體少量碳化物和殘余奧氏體 3-13 用低淬鋼做中、小模數(shù)的中、高頻感應(yīng)加熱淬火齒輪有什么特點？ 答：不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；表面局部加熱，零件的淬火變形??；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度。小齒輪：得到沿著輪廓分布硬化層 “仿形硬化” （關(guān)鍵） 3-14 滾動軸承鋼常含哪些元素、為什么含 Cr 量限制在一定范圍？ 答：高碳、鉻、硅、錳等合金元素 它可以提高淬透性、回火穩(wěn)定性、硬度、耐磨性、耐蝕性。但如果質(zhì)量分數(shù)過大（大于 1.65%）會使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度、尺寸穩(wěn)定性降低，同時增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性 3-15 滾動軸承鋼對冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量和原始組織有那些要求，為什么？ 答：要求：純凈和組織均勻，不允許缺陷存在 原因：1 軸承鋼的接觸疲勞壽命隨鋼中的氧化物級別增加而降低；非金屬夾雜物可破壞 基體的連續(xù)性，容易引起應(yīng)力集中，可達很高數(shù)值；2 碳化物的尺寸和分布對軸承的接觸疲勞壽命也有很大影響：大顆粒碳化物具有高的硬度和脆性、密集的碳化物影響鋼的冷熱加工性，降低鋼的沖擊韌度 3-16 滾動軸承鋼原始組織中碳化物的不均勻性有哪幾種情況？應(yīng)如何改善或消除？ 答：液析碳化物、帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物 消除措施：液析碳化物：采用高溫擴散退火，一般在 1200進行擴散退火 帶狀碳化物：需要長時間退火 網(wǎng)狀碳化物：控制中扎或終鍛溫度、控制軋制后冷速或正火 3-17 在使用狀態(tài)下，的最佳組織是什么？在工藝上應(yīng)如何保證？ 答：組織特點：細小均勻的奧氏體晶粒度 58 級；M 中含 0.50.6%C；隱晶 M 基體上分布細小均勻的粒狀 K，體積分數(shù)約 78%， 一般可有少量 AR 熱處理工藝：球化退火為最終淬火作組織準備；淬回火工藝參數(shù)對疲勞壽命有很大影響；一般采用保護氣氛加熱或真空加熱；160保溫 3h 或更長回火，硬度 6266HRC； 如要求消除 AR 淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。 3-18 分析機床主軸的服役條件、性能要求。按最終熱處理工藝分類機床主軸有哪幾種？每 種主軸可選用那些鋼號？其冷熱加工工藝路線是怎樣的？ 答：服役條件： 傳遞扭矩，交變性，有時會承受彎曲、拉壓負荷； 都有軸承支承，軸頸處受磨損，需要較高的硬度，耐磨性好； 大多數(shù)承受一定的沖擊和過載 性能要求：足夠的強度；一定的韌度和耐磨性 分類：輕載主軸：采用 45 鋼，整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火； 中載主軸：一般用 40Cr 等制造，進行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如沖擊力較大，也可用 20Cr 等鋼進行滲碳淬火 重載主軸：可用 20CrMnTi 鋼制造，滲碳淬火 高精度主軸：一般可用38CrMoAlA 氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求 冷熱加工工藝路線：毛坯 預(yù)先熱處理機械粗加工最終熱處理（淬火回火或滲碳淬火等)精加工。 3-19 分析齒輪的服役條件、性能要求。在機床、汽車拖拉機及重型機械上，常分別采用哪 些材料做齒輪？應(yīng)用那些熱處理工藝？ 答： 服役條件：機床齒輪：載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高 汽車、拖拉機上的變速箱齒輪屬于重載荷齒輪。 航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪承受高速和重載 性能要求：較高的彎曲疲勞強度、高的接觸疲勞抗力、足夠的塑性和韌度、耐磨性好 機床齒輪：常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如 45、40Cr、42SiMn 等鋼，熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火 汽車、拖拉機上的變速箱齒輪：一般都采用滲碳鋼，如 20Cr、20CrMnTi 等，進行滲碳熱處理。 航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪：一般多采用高淬透性滲碳鋼，如 12CrNi3A、18Cr2Ni4WA 等鋼。 3-20 高錳耐磨鋼有什么特點，如何獲得這些特點，在什么情況下適合使用這類鋼？ 答：特點：高碳、高錳。鑄件使用。 特點獲得手段： 1 材質(zhì)方面：控制碳含量、錳含量、加入適量合金元素 2 熱處理方面： 水韌處理加熱 T 應(yīng)Acm，一般為1050 1100，在一定保溫時間下， K 全部溶入 A 中 緩慢加熱、避免產(chǎn)生裂紋 鑄件出爐至入水時間應(yīng)盡量縮短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前 水溫不宜超過 30，水冷后水溫應(yīng)小 于 60 水韌處理后不宜再進行250350的回火處理，也不宜在 250350以上溫度環(huán)境中使 用。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機的襯板、顎板、磨球，挖掘機斗齒、坦克的履帶板等 3-21 為什么 ZGMn13 型高錳耐磨鋼咋淬火時能得到全部奧氏體組織，而緩冷卻得到了大量的 馬氏體？ 答： 由于高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體，碳化物及少量的相變產(chǎn)物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌性，為消除碳化物，將鋼加熱至奧氏體區(qū)溫度（1050-1100， 視鋼中碳化物的細小或粗大而定）并保溫一段時間（每 25mm 壁厚保溫 1h） ，使鑄態(tài)組織 中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中進行淬火，從而得到單一的奧氏體組織 Mn 元素的存在降低了 Ms 點，在冷卻過程中 Mn 元素會析出以使 Ms 點升高。淬火時冷卻速度較快 Mn 來不及析出，所以 Ms 點較低，得到的是奧氏體組織；緩慢冷卻時 Mn 可以析出，Ms 點上升，得到的就是大量馬氏體組織。 3-22 一般說硫（S）元素在鋼中的有害作用是引起熱脆性，而在易切削鋼中為什么有有意的加入一定量的 S 元素？ 答：硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續(xù)性，在切削時促使斷屑形成小而短的卷曲半徑，而易于排除，減少刀具磨損，降低加工表面粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。 3-23 20Mn2 鋼滲碳后是否適合直接淬火，為什么？ 答：不能，原因：20Mn2 不是本質(zhì)細晶粒鋼，Mn 元素在低碳鋼中減小的是珠光體晶粒尺寸，高碳鋼中增大的也是珠光體晶粒，而粗晶粒鋼是加熱時（在一定范圍內(nèi)，對本質(zhì)晶粒鋼是在 930 以下）隨溫度升高晶粒變大，細晶粒鋼是變小，或者不易長大，Mn雖然可以細化珠光體，但是卻可以增大奧氏體長大的傾向，對 20Mn2，含錳較高，這樣大大增加奧氏體長大的傾向，所以是本質(zhì)粗晶粒鋼，不能直接淬火。 3-24 在飛機制造廠中，常用 18Cr2Ni4WA 鋼制造發(fā)動機變速箱齒輪。為減少淬火后殘余應(yīng)力 和齒輪的尺寸變化，控制心部硬度不致過高，以保證獲得必需的沖擊吸收能量，采用如 下工藝：將滲碳后的齒輪加熱到 850左右，保溫后淬入 200220的第一熱浴中，保溫 10min 左右，取出后立即置于 500570的第二熱浴中，保持 12h，去出空冷到室溫。問此時鋼表、里的組織是什么？（已知該鋼的 Ms 是 310，表面滲碳后的 Ms 約是 80） 答：表層：回火馬氏體加少量殘余奧氏體 心部：回火索氏體 3-25 某精密鏜床主軸用 38CrMoAl 鋼制造，某重型齒輪銑床主軸