模塊八工業(yè)用鋼

模塊八工業(yè)用鋼（P190）

1.回答下列問題:

（1）工程結(jié)構(gòu)鋼有哪些基本要求?

答：工程結(jié)構(gòu)鋼大多用于制造工程結(jié)構(gòu)件，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)件的服役條件，其主要性能要求為足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性能、成形工藝性及一定的耐蝕性。

（2）常用碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度鋼有哪些牌號(hào)?各有何性能特點(diǎn)及應(yīng)用?

答：碳素結(jié)構(gòu)鋼一般是含碳量低于0.25%的低碳結(jié)構(gòu)鋼，常用碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服強(qiáng)度可分

為Q195、Q215、Q235和Q275四個(gè)牌號(hào)。它含有害元素及非金屬夾雜物較多，但由于

冶煉容易、工藝性能好、價(jià)格低廉，而且力學(xué)性能也能滿足一般使用要求，因此，常用于制造普通的工程結(jié)構(gòu)件及普通零件。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是指在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，通過添加一種或多種少量合金元素（低

于3%），使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素結(jié)構(gòu)鋼的一類工程結(jié)構(gòu)用鋼。常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等牌號(hào)。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、良好的焊接性能、良好的低溫韌性、良好的耐蝕性。主要用于各類工程結(jié)構(gòu)中承載大、自重輕、高強(qiáng)度的工程結(jié)構(gòu)件。

（3）為什么大多數(shù)滲碳鋼的碳含量為0.12%～0.25%？滲碳鋼中常用的合金元素有哪些?這些合金元素都有什么作用?

答：一般滲碳鋼的碳含量為0.12%～0.25%，個(gè)別鋼種可達(dá)到0.28%。低的碳含量可保證

心部在淬火時(shí)得到強(qiáng)韌性好的板條馬氏體組織。滲碳鋼中常用的合金元素Mn、Cr、Ni的

主要作用是提高滲碳鋼的淬透性，使較大尺寸的零件在淬火時(shí)心部能得到大量板條馬氏體組

織，以獲得較高的強(qiáng)度和良好的韌性。Mo、W、V、Ti等合金元素可以阻止奧氏體晶粒在高溫滲碳時(shí)長大，能細(xì)化晶粒。

（4）為什么大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼的碳含量為0.25%～0.45%?調(diào)質(zhì)鋼中常用的合金元素有哪些?這些合金元素都有什么作用?

答：隨著碳含量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性升高，而塑性、韌性下降。因此，在保證

強(qiáng)度的前提下，盡量選擇較低的碳含量，以保證零件的韌性。如要求強(qiáng)度、硬度和耐磨性高

時(shí)，碳含量選上限。調(diào)質(zhì)鋼中常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、V、Si、Ni、B、W、Ti

等，其中Mn、Cr、Si、Ni、B等主要作用是提高鋼的淬透性，尤其是幾種元素的復(fù)合作用

效果更好，全部淬透的零件，在高溫回火后，可獲得高而均勻的綜合力學(xué)性能;細(xì)化晶粒及

提高鋼的回火穩(wěn)定性，W、Mo、V、Ti等元素可使鋼具有更好的綜合力學(xué)性能，W、Mo還可以防止或減緩高溫回火脆性。

（5）彈簧鋼的主要性能要求是什么?為什么彈簧鋼中的碳含量一般在0.5%～0.75%之間?

答：彈簧應(yīng)具有高的疲勞極限和足夠的塑性和韌性。對(duì)于特殊條件下工作的彈簧，還要有耐

蝕性、耐熱性等特殊性能，在工藝性能上，對(duì)于淬火強(qiáng)化處理的彈簧鋼還應(yīng)有足夠的淬透性。

由于隨著碳含量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性升高，而塑性、韌性下降。因此，為了保證彈簧應(yīng)具有高的疲勞極限，因此，選用較高的含碳量的鋼。

（6）滾動(dòng)軸承鋼常含有哪些合金元素?各起什么作用?為什么含Cr量限制在一定范圍?

答：軸承鋼最常用的合金元素是鉻Cr，用以提高鋼的淬透性，并使其在熱處理后與碳形成

均勻細(xì)小的碳化物，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時(shí)還能提高鋼的防銹性。制造大型軸承的鋼，為了進(jìn)一步提高其淬透性，還加入Si、Mn等元素。

Cr含量過高，則會(huì)增加淬火后殘余奧氏體量，使硬度及尺寸穩(wěn)定性下降，同時(shí)會(huì)增加碳化物的不均勻性，從而使疲勞極限下降，因此，軸承鋼含Cr量限制在一定范圍。

（7）提高鋼耐蝕性的方法有哪些?常用不銹鋼有哪些種類?各有何特點(diǎn)?

答：提高鋼耐蝕性的方法有提高基體的電極電位，加入使鋼能在表面形成鈍化膜的合金元素，

使鋼在常溫時(shí)以單相狀態(tài)存在，以免形成微電池，提高耐蝕性。減少或消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象、表面覆蓋等均能防止或減輕金屬的腐蝕。

常用不銹鋼有馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼及鐵素體不銹鋼。

馬氏體不銹鋼的特點(diǎn)是耐蝕性較差，但它的力學(xué)性能卻可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，而且價(jià)格低

廉。因此在腐蝕性較弱的介質(zhì)中，如大氣、水蒸氣、淡水、海水等，且又要求高的力學(xué)性能的條件下得到了廣泛應(yīng)用。

奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)是有很好的耐蝕性，具有高的塑性、良好的焊接性、韌性和低溫韌性。

但是奧氏體不銹鋼由于含大量的Cr、Ni等合金元素，價(jià)格比較貴，另外，奧氏體組織易產(chǎn)生加工硬化，使切削加工比較困難。

鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)是力學(xué)性能和工藝性能比較差，脆性大，韌脆轉(zhuǎn)變穩(wěn)定在室溫左右，所

以多用于制造受力不大的有耐酸和抗氧化要求的結(jié)構(gòu)部件。鐵素體不銹鋼在加熱和冷卻過程

中基本上無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，多在退火軟化態(tài)下使用。另外，鐵素體不銹鋼在加熱與冷卻過程

中不發(fā)生相變，因而一旦晶粒長大，無法用熱處理加以細(xì)化，只能用塑性變形及再結(jié)晶來改善。

（8）奧氏體不銹鋼和耐磨鋼淬火的目的與一般鋼的淬火目的有何不同?

答：一般鋼的淬火目的是為了獲得馬氏體，然后通過不同回火來獲得不同的性能要求。而奧

氏體不銹鋼和耐磨鋼淬火其實(shí)不是淬火，正確的叫法是固溶處理，奧氏體不銹鋼由于在退火

狀態(tài)下并非是單相奧氏體，還有少量的碳化物。為了獲得單相奧氏體，提高耐蝕性，將鋼加

熱到1050～1150℃，使所有的碳化物都溶入奧氏體，然后水淬快冷至室溫，以獲得單相奧氏體組織。固溶處理的目的是提高耐蝕性，同時(shí)也能使鋼軟化。

2.試簡單說明下列零件或工具的服役條件、性能要求及熱處理工藝特點(diǎn)。20CrMnTi齒輪、40Cr軸、60Si2Mn彈簧、GCr15軸承、T12銼刀、W18Cr4V銑刀。

答：20CrMnTi齒輪：服役條件是承受一定的力，工作時(shí)齒面咬合、摩擦，性能要求心部具有好的韌性齒面高硬度而耐磨，熱處理采用滲碳+淬火+低溫回火。

40Cr軸：服役條件承受一定的復(fù)雜的力，要求具有良好的綜合力學(xué)性能，熱處理采用調(diào)質(zhì)處理。

60Si2Mn彈簧：服役條件承受交變應(yīng)力，要求具有良好的彈性性能，熱處理采用淬火+中溫回火。

GCr15軸承：服役條件承受交變應(yīng)力、摩擦，要求有高硬度和疲勞強(qiáng)度，熱處理采用淬火+低溫回火。

T12銼刀：服役條件受力不大、承受摩擦，要求有高硬度，熱處理采用淬火+低溫回火。

W18Cr4V銑刀：服役條件受力復(fù)雜、承受摩擦和高溫，要求有高硬度、高紅硬性，熱處理采用淬火+550度三次回火來達(dá)到二次硬化。

3.分析下列原因:（1）手用銼刀常用T12鋼制造，而要求耐磨性高和變形小的絲錐、板牙

等則常用9SiCr鋼制造。（2）一般手用鋸條（T10A）燒紅后空冷，即會(huì)變軟，而機(jī)用鋸

條（W18Cr4V）燒紅后空冷，卻仍然很硬。（3）某工廠用T10鋼制造的鉆頭對(duì)一批鑄件鉆

直徑為10mm的深孔，在正常切削條件下，鉆幾個(gè)孔后鉆頭很快磨損，經(jīng)檢驗(yàn)鉆頭材料、

熱處理工藝、金相組織及硬度均合格。（4）低合金高強(qiáng)度鋼、滲碳鋼、不銹鋼的碳含量都比較低。

答：（1）手用銼刀受力不大，指要求高硬度，故用硬而脆的高含碳量的T12鋼制造，而要

求耐磨性高和變形小的絲錐、板牙等則承受力復(fù)雜，即要求高硬度，也要求強(qiáng)度和一定的韌性，故采用含碳量稍低而含有合金元素的9SiCr鋼制造來滿足其性能要求。

（2）手用鋸條通常的熱處理是淬火+低溫回火，燒紅后空冷，即屬于高溫回火或退火，因

此會(huì)變軟，而機(jī)用鋸條（W18Cr4V）由于具有紅硬性，在高溫下保持高硬度，因此，燒紅

后空冷，卻仍然很硬。

（3）因?yàn)門10鋼鉆頭鉆削時(shí)，會(huì)產(chǎn)生劇烈摩擦，導(dǎo)致鉆頭溫度上升，使得經(jīng)過低溫回火

T10鋼產(chǎn)生高溫，使得回火馬氏體分解，導(dǎo)致硬度急劇降低，因此，由于硬度低而很快磨損，即使鉆頭材料、熱處理工藝、金相組織及硬度均合格都沒有用，因?yàn)檫x材不對(duì)。

（4）低合金高強(qiáng)度鋼、滲碳鋼、不銹鋼的碳含量都比較低。

低合金高強(qiáng)度鋼隨