第七章 合金钢简答题
第七章合金钢
碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。
1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？
答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。
⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。
⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。
2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？
答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。
普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。
3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？
答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。
为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。
4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？
答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。
合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。
合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。
5、合金元素对淬火钢回火转变有何影响？
答：合金元素对淬火钢回火转变的影响：
⑴ 提高回火稳定性 在保持相同硬度的条件下，合金钢的回火温度比碳钢高，因此，内应力消除更充分一些，韧性也就更高一些。
⑵ 产生二次硬化 在500～600℃回火时，钢中强碳化物形成元素从马氏体中析出与母相保持共格关系的高度弥散的特殊碳化物（如Mo 2C 、W 2C 、VC 等），使强度、硬度反而提高。此外，高合金钢淬火组织中残余奥氏体较多，且十分稳定，当加热到500～600℃时，特殊碳化物析出，使残余奥氏体中的碳和合金元素含量降低，M s 点提高，同时，残余奥氏体转变为马氏体，这种现象称为二次淬火，这是造成二次硬化的又一个原因。
⑶ 避免出现第Ⅱ类回火脆性 淬火合金钢在450～650℃回火后缓慢冷却，冲击韧性急剧下降。为了避免第Ⅱ类回火脆性的产生，在此回火温度范围内回火后快冷，并且增加一次低于此温度的补充回火，以消除由于快冷造成的内应力。另外还可以在钢中加入W1％或Mo0.5％，以防止第Ⅱ类回火脆性。
6、什么是渗碳钢？它的最终热处理采用何种热处理？获得的组织是什么？合金元素的主要作用是什么？
答：进行渗碳处理的钢称为渗碳钢。它的最终热处理为渗碳＋淬火＋低温回火。获得的组织：表层是高碳回火马氏体＋渗碳体或碳化物；心部若淬透为低碳回火马氏体，若未淬透为少量低碳回火马氏体＋屈氏体＋铁素体。
渗碳钢中主加元素为Cr 、Ni 、Mn 、B 用于强化基体，提高淬透性；辅加元素为W 、Mo 、V 、Ti ，用于细化晶粒，它们形成的碳化物在高温渗碳时不溶解，有效抑制了渗碳时的过热现象。
7、渗碳钢主要应用在什么场合？工作状况如何？对原材料、力学性能、渗碳工艺性能有什么要求？
答：渗碳钢主要用于制造汽车、拖拉机齿轮。它的工作条件使齿轮受交变弯曲应力，由于接触应力很高，加工精度决定了齿轮啮合时不会是纯滚动，所以齿面还受很大的摩擦力。 对原材料要求：不允许有粗大的非金属夹杂物；对力学性能要求：渗碳层的硬度要高，一般为58～64HRC ，心部应具有较高的强度和硬度，一般ζb ＝500～1200MPa ，硬度25～45HRC ；对渗碳工艺性能的要求：渗碳速度较快；渗碳层的成分要适当，为0.85～1.05％；成分过渡要平缓；过热敏感性要小；表层残余奥氏体量要少。
8、现有20CrMnTi 钢制造的汽车齿轮，要求齿面硬化层为1.0～1.2mm ，齿面硬度为58～62HRC ，心部硬度为35～40HRC 。⑴ 确定齿轮生产工艺路线；⑵画出最终热处理工艺曲线；⑶ 说明热处理作用；⑷ 最终热处理获得的表层与心部组织。
答：⑴ 齿轮生产工艺路线：
下料→锻造→正火→加工齿形→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨
⑵
时间 温度（℃）
20CrMnTi 齿轮最终热处理工艺曲线
⑶正火：消除锻造应力；细化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。
预冷淬火＋低温回火：获得表层的高硬度；心部的高强度和高韧性。
喷丸：消除表面氧化皮，提高表面质量；使表面留存残余压应力，提高疲劳强度。
⑷表层：高碳回火马氏体＋渗碳体或碳化物；
心部：低碳回火马氏体＋屈氏体。
9、什么是调质钢？它的化学成分有什么特点？主要应用于什么场合？对性能有何要求？答：经调质处理后使用的钢称为调质钢。它的化学成分为中碳、低合金，碳含量一般为0.3～0.5％，合金元素含量＜5％。主要用于制造轴类、曲轴类、连杆螺栓等重要零件，这些零件在工作时承受交变的弯曲、扭转、拉压、冲击等复杂应力。
对调质钢的性能要求：
⑴具有良好的综合力学性能ζb＝450～1000 MPa，δ≥10％，αk≥50 J/cm2；
⑵良好的淬透性淬透性对材料的力学性能影响极大。如45钢860℃油淬+560℃回火，￠20～40试样，ζb=850MPa，ζs=560MPa，αk=110J/cm2。未淬透，ζs/ζb=0.65低，材料浪费大；￠5～10ζb=1000MPa，ζs=840MPa，αk=110J/cm2，淬透，ζs/ζb=0.84高，材料浪
⑶避免高温回火脆性
10、调质钢的最终热处理采用何种热处理？获得的组织是什么？常用调质钢的牌号有哪些？
主加和辅加合金元素有哪些，要作用是什么？
答：调质钢的最终热处理采用淬火+高温回火；组织是S回。
常用调质钢的牌号：40Cr、30CrMo、30CrMoTi。
调质钢的主加元素是Mn、Si、Cr、Ni及少量B，主要目的是提高钢的淬透性，强化基体；辅加元素是W、Mo、V、Ti，主要目的是细化晶粒，提高回火抗力；少量的B以进一步提高淬透性；W和Mo还可以防止第二类回火脆性。
11、现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200～300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（54～58HRC），试问：
⑴编写加工工艺路线和最终热处理工艺曲线；
⑵说明预先热处理和最终热处理的作用和最终热处理后的组织。
答：⑴加工工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→喷丸
时间
40Cr机床主轴最终热处理工艺曲线
⑵正火：消除锻造应力；细化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能；为调质处理做好组织准备。
调质处理：获得综合力学性能。最终组织：S回。
喷丸：消除表面氧化皮，提高表面质量；使表面留存残余压应力，提高疲劳强度。
12、为什么弹簧钢多采用Si作为主要合金元素？为何采用淬火＋中温回火？硬度能达到多少？常用的弹簧钢牌号有哪些？应用上有哪些特点？
答：钢中加入Si可以提高淬透性，强化基体，并明显提高回火稳定性。因为在马氏体分解过程中，必然伴随着碳化物的转变；在ε-Fe2.4C中能溶解Si，而Fe3C中却不能溶解Si，这样势必形成所谓高硅墙，阻碍ε-Fe2.4C向Fe3C转变，因而延缓了马氏体分解的速度，提高了钢的回火抗力。同时使屈强比提高到接近于1，提高了强度利用率和弹簧的疲劳强度。
弹簧钢采用淬火后中温回火，可以获得具有较高的弹性极限、较高的疲劳强度以及一定的塑性和韧性的回火屈氏体组织。硬度为38～50HRC。
常用的弹簧钢牌号有：65Mn、60Si2Mn，用于制造截面尺寸较大的弹簧，但热处理时有回火脆性和过热现象。50CrV A、55SiMnV，用于制造高温、高负荷下工作的弹簧。
13、弹簧对材料的性能有何要求？弹簧的表面质量对其使用寿命有何影响？可采用哪些措施提高弹簧使用寿命？
答：弹簧主要用做减震储能，因此要求具有高的弹性极限、屈强比和疲劳强度，以及一定的塑性和韧性。
弹簧一般是在动载荷下工作，受到反复弯曲或拉、压应力，因此表面若有裂纹、斑疤、夹杂及压入的氧化皮等，均会成为疲劳源，以致发生疲劳破坏，使弹簧的使用寿命降低。
提高弹簧使用寿命的措施：
⑴材料选用上碳素弹簧钢采用中、高碳，碳含量一般为0.6～0.8％；合金弹簧钢碳含量一般为0.45～0.7％，保证弹簧具有一定的塑性和韧性，防止产生脆性断裂。
⑵合金元素的选用上主加合金元素Mn、Si、Cr，提高钢的淬透性，强化基体，提高屈强比；辅加元素W、V，减少脱碳和过热倾向，同时进一步提高淬透性、弹性极限、屈强比、耐热性和冲击韧性。
⑶最终热处理上采用淬火+中温回火，获得T回组织；表面进行喷丸处理，使工件表面留存残余压应力，提高疲劳极限。
14、滚动轴承钢的化学成分有何特点？为什么？常用的滚动轴承钢的牌号有哪些？
答：化学成分特点：高碳含量约为0.95～1.15％；主加合金元素为铬含量约为0.40～1.65％。
高碳保证钢经热处理后具有高硬度和获得一定量的高耐磨性的合金碳化物。主加合金元素Cr，以提高钢的淬透性并与碳形成合金渗碳体（Fe、Cr）3C，阻止奥氏体晶粒长大，淬火后获得细小的隐晶马氏体组织，提高钢的强度、韧性、接触疲劳强度。但是Cr的含量过高，使残余奥氏体量增加，降低钢的强度和硬度。对于大型轴承，还需加入Si、Mn、Mo、V等元素，以提高钢的强度、弹性极限，并进一步改善淬透性。
常用滚动轴承钢的牌号有：GCr9、GCr15制造中、小型轴承；GCr15SiMn制造大型轴承。
15、滚动轴承钢的热处理有何特点？热处理主要目的是什么？组织是什么？
答：滚动轴承钢的主要热处理为：球化退火、淬火+低温回火，对于精密轴承还需进行冷处理+低温回火。
球化退火的目的：降低硬度，改善切削加工性能，并为最终热处理作好组织准备。组织为铁素体和均匀分布的细小粒状碳化物。淬火+低温回火的目的：获得高硬度、高的疲劳极限、高的耐磨性。组织为极细的回火马氏体、细小均匀分布的粒状碳化物、极少量的残余奥氏体。冷处理的目的：进一步消除残余奥氏体；低温回火消除冷处理产生的内应力，稳定尺寸。
16、滚动轴承钢主要应用于什么场合？滚动轴承的工作条件有什么特点？工作条件对滚动轴承钢的性能提出什么要求？
答：滚动轴承钢主要用于制造滚动轴承套圈、滚动体以及各种耐磨零件。
滚动轴承工作条件特点：滚动轴承钢制造的滚动轴承内外套圈及滚动体都是在交变的接触应力下工作的，最大接触应力可达3000～000MPa。在滚动过程中，滚动体、套圈、保持架之间还有相对滑动，产生摩擦。在某些情况下，还受复杂的冲击、扭转载荷。
工作条件对滚动轴承钢性能要求：高硬度（62～64HRC），高耐磨性；高接触疲劳强度，不易产生点蚀；高的弹性极限和一定的韧性；高的淬透性；高的尺寸稳定性；一定的抗蚀性。
17、滚动轴承钢对S、P含量的限定有什么要求？为什么？
答：滚动轴承钢对S、P含量的限定十分严格，S＜0.020％，P＜0.007％。因为S、P形成的非金属夹杂物，降低接触疲劳极限。
18、试分析高速工具钢中化学成分的特点，合金元素的作用。写出高速钢刃具的加工工艺路线，并分析最终热处理的工艺特点。其主要用途是什么？常用的牌号是什么？
答：高速工具钢中化学成分的特点表现为高碳、高合金，碳含量为0.7～1.65％，并含有大量的W、Mo、Cr、V等强碳化物形成元素。
合金元素的作用：Cr的主要作用是提高钢的淬透性；W和Mo的主要作用是提高钢的回火稳定性；V的主要作用是提高钢的硬度和耐磨性。
高速钢刃具的加工工艺路线：
下料→锻造→球化退火→机械加工→1280℃淬火→560℃三次回火→磨削开刃
高速钢最终热处理为1280℃淬火、560℃三次回火，其特点是预热次数多，加热温度高，回火温度高，回火次数多。
高速工具钢主要用于制造刃具和冷作模具。常用的牌号是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
19、高速工具钢按其所含的主要元素可分为哪两类，举列说明。它们的共同特点是什么？答：高速钢按其所含的主要元素分为钨系（W18Cr4V）和钼系（W6Mo5Cr4V2）。
它们的共同特点是碳含量较高，并含有多种碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。
20、高速工具钢经铸造后为什么要反复锻造？锻造后在切削加工前为什么必须退火？采用何种退火方法？退火温度是多少？退火后组织是什么？硬度为多少？
答：高速钢的铸态组织中有粗大的鱼骨状合金碳化物，使钢的机械性能下降。这种碳化物不能用热处理来消除，只有采用反复锻击的方法将其击碎，并均匀分布在基体上。
高速钢经锻造后，存在锻造应力及较高硬度。经退火处理以降低硬度，改善切削加工性，并消除内应力。
退火方法有普通退火和等温退火，退火温度约为830℃，退火后组织是索氏体及细粒状碳化物，硬度为207～255HBS。
21、画出高速钢最终热处理工艺曲线，分析淬火加热过程和冷却过程有什么特点。 答：
22、分析高速钢淬火温度为什么高达1280℃？淬火后的组织是什么？淬火后为什么要经三次560℃回火？560℃回火后的组织是什么？高速工具钢在560℃回火是否是调质处理？ 答：高速钢良好的切削性能，主要取决于高的热硬性，而热硬性主要取决于马氏体中合金元素的含量。因此，高速钢在淬火时加热温度的选定，必须使合金元素充分溶入奥氏体中。W 、Cr 、V 在＞1000℃时溶入量显著增加，但温度过高，奥氏体晶粒粗大，淬火后残余奥氏体量增加，性能降低。故高速钢淬火为温度1280℃。淬火后的组织是马氏体、残余奥氏体和合金碳化物。
高速钢淬火后，残余奥氏体的量可达20～30％，必须进行多次回火以促使其发生转变。在560℃范围内回火时，一方面从马氏体中析出细小分散的W 2C 、MoC 、VC ，形成弥散硬化；另一方面从残余奥氏体中析出合金碳化物，降低残余奥氏体中合金的浓度，使M s 点上升，当随后冷却时，残余奥氏体转变成马氏体，产生二次硬化。回火后的组织为回火马氏体、合金碳化物、少量的残余奥氏体。
高速工具钢在560℃回火不是调质处理。
23、简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素作用。
答：成分特点：高碳ωc =0.7～1.65%；高合金。
热处理特点：淬火温度高,在1270～1280℃淬火，淬火后560℃三次回火.
性能特点：具有高强度，高硬度，高冲击韧性。
合金元素作用：Cr 提高钢的淬透性,W 提高钢的红硬性和回火稳定性;V 提高钢的硬度和耐磨性，Mo 防止第二类回火脆性产生.
24、硬质合金是如何形成的？它有什么特性？
答：硬质合金是将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末和粘结剂混合，压制成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。
它的硬度高、热硬性高、耐磨性高。
25、硬质合金分为哪二类？性能上有什么不同？应用上有什么不同？
答：硬质合金分为钨钴类硬质合金和钨钴钛类硬质合金二类。
钨钴钛类硬质合金比钨钴类硬质合金硬度高，热硬性高，耐磨性高，但韧性低。钨钴类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属、塑料。钨钴钛类硬质合金主要用于加工合金钢、耐热钢。
温度（℃） W18Cr4V 钢淬火与回火工艺曲线 采用分级加热、分级冷却， 防止变形和开裂。
26、冷作模具钢对材料的性能有什么要求？常用的冷作模具钢的牌号有哪些？
答：冷作模具钢是用来制造使金属在冷态下变形的模具。因此要求材料具有很高的硬度、强度、良好的耐磨性及足够的韧性。
尺寸小的冷作模具钢常用牌号为：T10、T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。大型模具必须采用淬透性好、耐磨性高、热处理变形小的钢，一般采用Cr12、Cr12MoV等。
27、试分析Cr12MoV钢的碳含量和合金元素的作用。
答：Cr12MoV钢是冷作模具钢，其碳含量为1.45～1.70％，保证热处理后获得高硬度、高耐磨性。主加合金元素Cr含量高，可显著提高钢的淬透性，，使截面厚度≤400mm的模具在油中淬透，并形成Cr7C3合金碳化物，具有极高的硬度（约1820HV）和耐磨性。加入Mo、V进一步提高钢的淬透性，同时改善碳化物偏析，细化晶粒，提高强度和韧性。
28、Cr12型钢中碳化物的分布对钢的使用性能有何影响？热处理能改善其碳化物分布吗？生产上常采用什么方法予以改善？
答：Cr12钢是冷作模具钢，主加元素Cr含量高，可显著提高钢的淬透性，同时形成Cr7C3，使钢获得极高的硬度和耐磨性。Cr7C3的分布不均匀，使钢的使用性能下降。热处理不能改善碳化物分布。生产上采用加入合金元素V、Mo，以改善Cr7C3偏析现象；采用表面化学热处理如离子氮化、软氮化、渗硼等，提高Cr12钢的耐磨性和抗疲劳强度。
29、制造量具的钢应具有什么特性？常用的量具钢牌号有哪些？
答：制造量具的钢应具有良好的尺寸稳定性，较高的硬度和耐磨性。
制造简单量具的钢可选用碳素工具钢，如T10A、T12A等；制造高精度量具的钢可选用低合金工具钢，如9SiCr、GCr15、CrMn、CrWMn等。
30、量具钢使用过程中常见的失效形式是磨损与尺寸变化，为了提高量具的使用寿命，应采用哪些热处理方法？并安排各热处理工序在加工工艺路线中的位置。
答：量具钢采用的热处理和热处理工序在加工工艺路线的位置：
淬火、低温回火→-80℃冷处理→低温回火→磨削→去应力回火
31、奥氏体不锈钢中合金元素的作用是什么？
答：奥氏体不锈钢中主加合金元素为Cr、Ni、Ti、Nb，它们的作用分别为：Cr增加钢的钝化能力，提高耐蚀性；Ni扩大γ相区，使钢在室温下具有单相奥氏体组织，；Ti、Nb抑制Cr23C6在晶界析出，防止产生晶界腐蚀。
32、什么是不锈钢的固溶处理？其目的是什么？
答：固溶处理是将奥氏体不锈钢加热至1050～1150℃，使所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快冷，使单相奥氏体组织保留至室温。
其目的是在室温下获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。
33、什么是不锈钢的稳定化处理？其目的是什么？
答：稳定化处理是将固溶处理后的奥氏体不锈钢加热到850～880℃，保温6h左右，使（Cr、Fe）23C6完全溶解，Ti或Nb的碳化物部分溶解，随后缓慢冷却，使Ti或Nb的碳化物充分析出，使碳几乎全部溶解于碳化钛或碳化铌中，而不在析出（Cr、Fe）23C6。
其目的彻底消除晶界腐蚀倾向。
34、高锰钢的耐磨原理与淬火工具钢的耐磨原理有何不同？它们的应用场合有何不同？答：淬火工具钢淬火、低温回火后获得高碳回火马氏体组织，具有高硬度，从而具有高耐磨性。而高锰钢的硬度并不高，但当受到猛裂冲击或强大的压力作用时，会使表层由于塑性变形使位错密度增加并诱发ε碳化物沿滑移面形成，因此，可明显提高表层的硬度和耐磨性。
35、什么是水韧处理？其目的是什么？
答：将高锰钢加热至1050～1100℃保温，使碳化物全部溶解，快速水冷，形成单相奥氏体组织，这种处理称为水韧处理。
其目的是为了使在晶界处析出的碳化物重新溶解，冷却后获得单相奥氏体组织。
36、常用耐磨钢的牌号是什么？其化学成分有什么特点？合金元素的作用是什么？
答：常用耐磨钢的牌号为：ZGMn13。其化学成分的特点是高碳、高锰，碳含量为0.9～1.4％，锰含量为10～15％，有时根据需要还添加少量Cr、Ni、Mo，以细化晶粒，提高强度，在室温下获得单相奥氏体组织。
课后习题(简答题)
课后习题（简答题）整理 （注：此内容仅供参考，如有疑义请自行查证) 习题一：金属固态相变基础 1、金属固态相变有哪些主要特征？ ①相界面特殊（不同类型，具有不同界面能和应变能）②新旧相之间存在一定位向关系与惯习面③相变阻力大（弹性应变能作用）4.易产生过渡相（降低形核功）5.晶体缺陷的影响（提供驱动力） 6.原子的扩散 2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？ 固态相变的阻力：弹性应变能和界面能；相变驱动力：新旧两相的自由能差和新相自由能较低 3、金属固态相变主要有哪些变化？ 内部组织或结构；有序化程度 4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？ 形核：均匀形核；非均匀形核：①晶界形核②位错形核③空位形核。新相晶核的长大，实质是界面向母相方向的迁移。 5、固态相变的长大速度受什么控制？ 无扩散型相变受控于界面过程；扩散型相变成分不变时长大速度主要受控于界面过程，成分改变时长大速度取决于扩散过程 6、C曲线为何呈“C”型（存在鼻点）？ ①过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而△T↑，△G ↑，D↓。 ②在A1～550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。 ③550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。 7.影响C曲线的因素有哪些？ 1.含碳量； 2.合金元素； 3.奥氏体晶粒尺寸； 4.原始组织、加热温度和保温时间； 5. 奥氏体塑性变形 习题二：钢中奥氏体的形成 1.热处理的条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）加热时溶解度有显著变化的合金 为什么钢可以进行热处理？ ①α→γ固态相变﹄有相变重结晶 ②C溶解度显著变化﹄可固溶强化
第4章_作业_合金钢
班级姓名学号 《工程材料基础》第四章合金钢作业 一、单项选择 1.切削加工刀具的性能主要应达到_____ (a) 高强度，高韧性(b) 硬度与强度的适当配合 (c) 高的弹性模量及刚度(d) 高硬度、高耐磨性及红硬性 2.20CrMnTi钢中Ti元素主要作用是_____ (a) 提高强度(b) 提高回火抗力(c) 细化晶粒(d) 提高硬度 3.40CrNiMo钢中Cr、Ni元素的主要作用是_____ (a) 提高强度(b) 强化铁素体，提高淬透性 (c) 提高红硬性(d) 细化晶粒 4.Cr18Ni9Ti钢中Ni元素的主要作用是_____ (a) 细化晶粒(b) 提高淬透性(c) 获得单相奥氏体组织(d) 提高强度 5.40Cr钢制汽车连杆螺栓淬火后高温回火时应____(提示:高温回火要避免第二类回火脆性) (a) 炉冷(b)空冷(c) 油冷(d) 水冷 6.下列材料中，适合制作手术刀的是_____ (a) 1Cr13 (b) 4Cr13 (c) 1Cr17 (d) 1Cr18Ni9 7.下列材料中适合制作冷作模具的是_____ (a) Cr12MoV (b) 38CrMoA1A(c) HT350 (d) 5CrNiMo 8.下列材料中，适合作汽车板弹簧的是_____ (a) 20钢(b) 60Si2Mn (c) GCr15 (d) T12 9.下列材料中，适合坦克履带板的是_____ (a) ZChPbSb16-16-2(b) ZG35 (c) ZL203 (d) ZGMn13 10.W18Cr4V钢（高速钢）在切削加工前的预先热处理应进行_____ (a) 去应力退火(b) 再结晶退火(c) 完全退火(d) 球化退火 11.40Cr钢制内燃机连杆螺栓，淬火加热的合适温度为_____ (a) 650℃(b) 750℃(c)850℃(d) 950℃ 12.60Si2Mn制造汽车板弹簧，淬火后回火时的加热温度约为_____ (a) 150℃(b) 300℃(c)450℃(d)550℃ 13.制造钢桥的合适材料是_____ (a) Q235(16Mn) (b) 20钢(c) 60钢(d) T12钢 14.35CrMo钢中Mo的主要作用是_____ (a) 提高红硬性(b) 提高耐腐蚀性(c) 消除第二类回火脆性(d) 细化晶粒 15.钢中细化晶粒的主要合金元素是_____ (a) Cr、Al、Si (b) V、Ti、Nb (c) W、Mo、Re (d) P、Cu、Mn 16.钢的淬透性主要决定于_____ (a) 合金元素(b) 冷却速度(c) 工件尺寸(d) 冷却介质 17.40CrMo钢制连杆螺栓淬火并经高温回火后，可以_____（提示：Mo的作用） (a) 炉冷(b) 空冷(c) 水冷(d) 油冷 18.下列材料适合作板簧的是_____ (a) Mn13 (b) Q235 (16Mn)(c) 20Mn2V (d) 65Mn 19.下列钢中耐腐蚀性最好的是_____ (a) 0Cr18Ni9Ti (b) GCr15 (c) 12CrMoV (d) Cr12MoV 20.高速钢的红硬性可保持到_____ (a) 250℃(b) 425℃(c) 600℃(d) 1500℃ 21.ZGMn13是耐磨钢，其良好的耐磨性来自于_____ (a) 形成大量碳化物(b) 加工硬化能力强 (c) 大量锰元素固溶强化(d) 铸造后就有高硬度 22.汽车变速箱齿轮可选用的材料和热处理工艺是_____ (a) 40CrNiMo／调质(b) 40CrNiMo／渗碳淬火
合金钢练习题及参考答案资料
（合金钢） （一）填空题 1. 根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为、、 三大类。 2. Q235AF表示σs =MPa，质量为级的钢。 3.Q390A表示σs =MPa，质量为级的钢。 4.钢中提高淬透性元素的含量大，则过冷奥氏体，甚至在空气中冷却也能形成马氏体组织，故可称其为空淬钢。 5.高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（500～600℃）仍保持高硬度（≧60HRC），这种性能称为。 6.易切削钢是指钢中加入S，Pb、等元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的化合物，来改善钢材的切削加工性。 7.钢的耐热性是和的综合性能。耐热钢按性能和用途可分为和两类。 8.常用的不锈钢按组织分为、、。 （二）判断题 1.随着合金元素在钢中形成碳化物数量的增加，合金钢的硬度、强度提高，塑性、韧性下降。（） 2.合金元素中的镍、锰等合金元素使单相奥氏体区扩大。（） 3.高速钢的铸态组织中存在莱氏体，故可称为莱氏体钢。（） 4.高熔点的合金碳化物、特殊碳化物使合金钢在热处理时不易过热。（） 5.由于合金钢的C曲线向右移，临界冷却速度降低，从而使钢的淬透性下降。（） 6.Q345钢属于非合金钢。（） 7.合金渗碳钢是典型的表面强化钢，所以钢中含碳量w C＞0.25％。（） 8.截面较大的弹簧经热处理后一般还要进行喷丸处理，使其表面强化。
（） 9.GGr15钢中铬的质量分数为1.5％，只能用来制造滚动轴承。（） 10.20CrMnTi是应用最广泛的合金调质钢。（） （三）选择题 1.钢中的元素引起钢的热脆，钢中元素引起钢的冷脆。 A.Mn B.S C. Si D.P 2.含有Cr、Mn、Mo、W、V的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化并淬火后，至500～600℃回火时，硬度回升的现象，称为。 A.回火稳定性 B.回火脆性 C.二次硬化 3.制造截面尺寸在30mm以下的汽车变速齿轮、轴等，选用。 A. 20Cr B.40Cr C.20CrMnTi 4.机床齿轮、轴、汽车半轴，常选用。 A.40Cr B.45 C.35CrMoAl 5.截面较大，形状复杂、工作条件繁重的各种冷冲模用。 A.T12A B.Cr12 C.Cr12MoV D.9Mn2V 6.大多数合金元素都能溶于铁素体，产生固溶强化，使铁素体。 A. 强度、硬度提高 B.塑性下降 C.韧性下降 7.滚动轴承的锻件毛坯必须经处理。 A.正火 B.完全退火 C.球化退火 8.弹簧钢的热处理采用处理。 A.淬火+低温回火 B.调质处理 C.淬火+中温回火 9.冷作模具钢的最终热处理一般为。 A.调质 B.球化退火 C.淬火+低温回火 10.5CrNiMo制造的热锻模最终热处理为。
普通低合金结构钢
普通低合金结构钢 普通低合金结构钢 随着工业交通和科学技术的发展，普通碳素钢已不能满足重要工程结构和新型机器设 备的需要。近40多年来普通低合金钢得到迅速的发展。这类钢合金元素较低，其屈服极 限比碳素钢高25％至100％以上，时效倾向小，并具有良好的焊接性和耐蚀性。这类钢一 般是在热轧和正火下使用，生产过程简单，成本低廉，适宜于大生产，因此广泛用于制造 桥梁、船舶、车辆、工业和民用建筑、管道、起重运输机械等。使用普通低合金钢代替普 通碳素钢可以节省钢材20％～30％以上，减轻运输机械的自重，增加有效载重，可以使一些机械的结构得到改善，并能增加使用寿命。 一、对普通低合金结构钢的性能要求 对一般用途的普通低合金结构钢，主要有一下要求： （一）良好的综合力学性能 采用普通低合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量，提高其可靠性，因此首先 要求钢材具有较高的屈服强度，但由于其工作条件的复杂性，钢材还应具有良好的综合性能。例如船舶在航行时承受较大的静载荷，海浪冲击及风力反复作用而产生的交变疲劳载荷，有的还在北方寒冷低温海域行驶。在制造过程中钢材还经受剪切、冷弯、焊接等加工 工序以及由此可能产生的时效脆性。普通低合金钢的缺口冲击韧性在室温下往往出现大幅 度的下将和上下波动，此时钢已经从韧性状态转化为脆性状态，也就是钢的“脆性转化温度”已经升高到室温附近所致。造成脆性转化温度上升的主要原因是钢的冶金质量和金相 组织，后者包括晶粒大小、相的形态和第二相的沉淀等。因此对于普通低合金钢不仅要求 具有一定的冲击韧性，而且更为重要的是要求具有尽可能低的脆性转化温度，以防止钢的 脆性断裂。譬如在我国常以－40℃为脆性转化温度的检验标准。对于特殊低温设备或结构，则提出更低的温度指标。 除去上述的常温、低温冲击韧性以及脆性转化温度以外，还有另一项涉及冲击韧性检 验的问题，即钢的“时效敏感性“。普通低合金钢材经常承受冷加工，经冷加工以后在较 长的使用时期或存放时期内，钢材会逐渐变脆，冲击韧性大幅度下降，这就是应变时效现象，也称为时效脆化。应变时效脆化程度的大小是用”时效敏感性“来表示的。时效敏感 性的测量方法及定义是：将预先拉伸10％的板状试样，在250℃温度下经过1小时人工时效，然后制成冲击试样，测出室温冲击韧性，再与原材料的冲击韧性比较，其差值与原材 料冲击韧性值的百分比就是该材料时效敏感性。一般要求比值不得大于50％，同时应变时效后的冲击值应不小于30～35J。 普通低合金结构钢按屈服强度分为Q295AB、Q345CDE、Q390ABCDE、Q420ABCDE、 Q460ABCDE。A级不要求冲击，B级室温冲击，C级0℃冲击，D级－20℃冲击，E级－40℃ 冲击。桥梁用钢分为Q235qCD、Q345qCDE、Q370qCDE、Q420qCDE。C级0℃冲击，D级－20℃
钢结构基本原理思考题简答题答案
钢结构基本原理简答题思考题答案 2、钢结构的特点是什么？ ①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高；③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、 施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。 第二章钢结构的材料 6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？ 钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（205℃）下均匀拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。 7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？ 钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的性能也具有代表性。因此，它是钢材机械性能的常用试验方法。 8、净力拉伸试验的条件有哪些？ ①规定形状和尺寸的标准试件；②常温（205℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应变速 度逐渐施加荷载）。 9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力-应变曲线来表示。其中纵坐标为名义应力，试解 释何谓名义应力？ 所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力=F/A0（F、A0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。 10、钢材的弹性？ 对钢材进行拉伸试验，当应力不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减； 卸除荷载后（=0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。 11、解释名词：比例极限。 比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。 12、解释名词：屈服点 屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。 13、解释名词：弹性变形 弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。 14、解释名词：塑性变形 塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。 15、解释名词：抗拉强度 抗拉强度：钢构件受拉断裂时所对应的强度值。 16、解释名词：伸长率 伸长率是钢结构试件断裂时相对原试件标定长度的伸长量与原试件标定长度的比值，用δ5；或δ10表示。δ5 表示试件标距l0与横截面直径d0之比为5；δ10表示试件标距l0与横截面直径d0之比 为10。对于板状试件取等效直径d0=2π0A A0为板件的横截面面积。 17、钢材承载力极限状态的标志是什么、并做必要的解释。 钢材在弹性阶段工作即σ﹤f y时，应力与应变间大体呈线性正比关系，其应变或变形值很小，钢材具有持续承受荷载的能力；但当在非弹性阶段工作即σ﹥f y时，钢材屈服并暂时失去了继续承受荷载的能力，伴随产生很大的不适于继续受力或使用的变形。因此钢结构设计中常把屈服强度f y定为构件应力可以达到的限值，亦即把钢材应力达到屈服强度f y作为强度承载力极限状态的标志。 18、解释屈强比的概念及意义。 钢材屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比。屈强比表明设计强度的一种储备，屈强比愈大，强度储备愈小，不够安全；屈强比愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但当钢材屈强比过小时，其强
金属热处理工艺学简答题
1. 热处理加热炉是如何分类的 热处理加热设备的主体是热处理加热炉。其种类很多，通常按下列方式进行分类： ①按热源分类可分为电阻炉和燃料炉。 ②按工作温度分类可分为高温炉（工作温度＞1000℃）、中温炉（工作温度650～1000℃）、低温炉（工作温度＜650℃）。 ③按加热介质分类可分为空气炉、浴炉、可控气氛炉、流动粒子炉、真空炉等。 ④按作业规程分类可分为周期作业炉、半连续作业炉及连续作业炉等。 随热源、用途、工作温度、工件材料及热处理工艺要求的不同，热处理炉的结构形式又有很多种，如箱式炉、井式炉等。 2. 热处理加热炉一般应满足哪些要求 为保证加热质量，适应热处理工艺的需要，热处理加热炉一般应满足如下要求： ①必须有与被加热工件相适应的炉膛尺寸及工作温度； ②炉温均匀，炉膛各处的最大温差不应超出工艺规范所允许的范围。必须配有较精确的测温控温仪表。以便能准确地指示炉膛温度并可靠地将炉温控制在规定的温度范围内； ③必须有足够的加热功率，以保证加热工件能迅速达到所要求的温度。 ④炉体结构应具有足够的强度、承载能力和节能效果，炉墙保温性能及炉门的密封性能要好，操作要方便、安全。 3. 与其他类型热处理炉相比，热处理电阻炉有何特点 热处理电阻炉与其他类型的热处理炉相比，具有结构简单，体积小、操作方便、炉温分布均匀及温度控制准确等特点 4. 简述电阻炉的种类、优缺点及适用范围。 电阻炉根据其作业方式可分为周期作业炉和连续作业炉。目前使用较多的周期作业炉，是指工件一次成批装入炉内，待加热、保温完毕后再成批取出的炉子，如箱式炉、井式炉、台车式炉及罩式炉等。周期作业炉的特点是结构简单、便于建造，购置费低，可以完成多种工艺，适用于多品种、小批量生产的各种温度及各种形式的热处理。其缺点是劳动条件较差、工艺过程不易掌握、产品质量也不如连续作业炉稳定。 5. 与中温箱式电阻炉相比，高温箱式电阻炉工作与结构各有哪些特点 ①中温箱式电阻炉这种炉子可用于碳钢、合金钢件的退火、正火、淬火和回火以及固体渗碳等。最高使用温度为950℃。RJX系列为旧型号，如RJX－45－9；RX系列为新型号，如RX75－9；而 RXQ系列是可通入保护气体的新型号，如 RXQ－75－9。与旧系列相比，新系列炉子额定功率有所增大，升温时间也缩短，热处理工件的加热质量大大提高。 图14．1是中温箱式电阻炉的结构简图。其炉壳5用角钢或槽钢作骨架，外覆钢板焊接而成。炉门7、门框及工作台用生铁铸成。工作室（炉膛）3用轻质耐火砖砌，侧墙和炉顶耐火砖层与炉壳之间为保温层，用硅藻土砖砌。炉底由炉底板4、炉底板支撑砖、搁砖和耐
合金钢习题(答案)
合金钢 一、填空题 1.合金钢按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三 大类。 2.合金钢按合金元素总量高低可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种。 3.合金结构钢又细分为普通低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢和滚动轴承钢五类。 4.调质钢的含碳量一般在0.25%至0.5 %之间。 5.合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢两类。 6.高速钢在600℃以下工作时，硬度仍保持在HRC60以上，具有高的红硬性。 二、判断题（对的打“√”，错的打“×”） 1.合金钢是多种钢混合而成的混合物。（×） 2.合金钢因为含有合金元素，所以比碳钢淬透性差。（×） 3.大部分合金钢淬透性都比碳钢好。（√） 4.除Fe、C外还含有其他元素的钢就是合金钢。（×） 5.低合金钢是指含碳量低于0.25%的合金钢。（×） 6.40Cr是最常用的合金调质钢。（√） 7.合金结构钢都是高级优质钢。（×） 8.合金工具钢都是高级优质钢。（√） 9.钢的淬透性是指钢淬火时能够达到的最高硬度。（×） 10.碳钢淬透性比合金钢好（×） 11.3Cr2W8V的平均含碳量为0.3%，所以它是合金结构钢。（×） 12.GCr15是滚动轴承钢，但又可以制造柴油机中的精密偶件。（√） 13.特殊性能钢简称特类钢。（×） 14.16Mn的含碳量为0.16%，是较高含锰量的优质碳素结构钢。（×） 15.W6Mo5Cr4V2是高速钢。（√） 16.Cr12MoV是不锈钢。（×） 17.1Cr18Ni9Ti是合金工具钢。（×）
18.60Si2Mn是合金弹簧钢。（√） 19.GCr15既可做滚动轴承，也可做量具。（√） 20.含铬的钢都是不锈钢。（×） 三、单项选择题 1.合金钢除有较高的强度、比强度、热硬性和特殊的理化性能外，还有较高的 。 A．淬硬性B．淬透性C．减振性D．变形抗力 2.调质钢大多是 A．高碳钢B．低碳钢C．中碳钢D．B或C 3.合金结构钢主要是 A．低合金结构钢B．合金渗碳钢和合金弹簧钢 C．合金调质钢和滚珠轴承钢D．A+B+C 4.制造船舶、桥梁、大型钢结构的钢材是 A．普通碳素结构钢B．普通低合金结构钢 C．低合金调质钢D．不锈钢 5.制造南京长江大桥的材料是 A．优质碳素结构钢B．高合金钢 C．合金调质钢D．普通低合金钢 6.属于合金调质钢的是材料 A．20Cr B．40Cr C．4Cr9Si2 D．4Cr13 7.调质钢要求含碳量在一定的范围，如含碳量过低，则；含碳量过高， 则。 A．强度低/刚度低B．刚度低/强度低 C．韧性低/疲劳性能低D．硬度低/韧性低 8.下列钢材中属于合金钢的是。 A．20 B．40Cr C．ZG200—400 D．H62 9.生产中对较重要的零件（如汽车、拖拉机齿轮等）及对于截面较大或心部强度要 求较高的渗碳零件，通常采用来制造。 A．含碳量较低（0.10～0.25%）的钢B．含碳量为0.30%的钢
低合金钢分类
低合金钢分类 文章来源：钢铁E站通低合金钢分类 根据国家标准GB/T 13304《钢分类》第二部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，低合金钢分类如下。 低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢三类： (1)普通质量低合金钢 普通质量低合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢。应同时满足下列条件： 1)合金含量较低(符合对低合金钢的合金元素规定含量界限值的规定)； 2)不规定热处理(退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待)； 3)如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件： 硫或磷含量最高值：≥%； 抗拉强度最低值：≤690MPa； 屈服点或屈服强度最低值：≤360MPa； 伸长率最低值：≤26％； 弯心直径最低值：≥2×试样厚度； 冲击功最低值(20C，V型纵向标准试样)：≤27J。 注：①力学性能的规定值指厚度为3～16mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。 ②抗拉强度、屈服点或屈服强度特性值只适用于可焊接的低合金高强度结构钢。 4)未规定其他质量要求。 普通质量低合金钢主要包括： ①一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T 1591规定的 Q295A、Q345A；
②低合金钢筋钢，如GB 1499规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、 20MnNbb； ③铁道用一般低合金钢．如GB 11264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP； ④矿用一般低合金钢，如GB/T 3414规定的M510、M540、M565热轧钢。 (2)优质低合金钢 优质低合金钢是指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，在生产过程中需要特别控制质量(例如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面质量，增加工艺控制等)，以达到比普通质量低合金钢特殊的质量要求(例如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等)，但这种钢的生产控制和质量要求，不如特殊质量低合金钢严格。 优质低合金钢主要包括： ①可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T 1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、 Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E； ②锅炉和压力容器用低合金钢，如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg； YB/T5139规定的16MnR；GB 6653规定的HP295、HP325、HP345、HP365；GB 6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB 6479规定的16Mn、15MnV； ③造船用低合金钢，如GB 712规定的AH36、DH36、EH36； ④汽车用低合金钢，如GB/T3273规定的09MnREL、06TiL、08TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL： ⑤桥梁用低合金钢，如YB 168规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、 15MnVNq，YB(T)10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq； ⑥自行车用低合金钢，如YB/T 5064、YB/T 5066、YB/T 5067、YB/T 5068规定的 12Mn、15Mn、19Mn；
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
钢结构基本原理简答题思考题答案 2、钢结构的特点是什么？ ①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高； ③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、 施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。第二章钢结构的材料 6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？ 钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（20 5℃）下均匀 拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性 能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。 7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？ 钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的 性能也具有代表性。因此，它是钢材机械性能的常 用试验方法。 8、净力拉伸试验的条件有哪些？ ①规定形状和尺寸的标准试件；②常温 （20 5℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应 变速度逐渐施加荷载）。
9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力- 应变曲线来表示。其中纵坐标为名义应力，试解释何谓名义应力？ 所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力 =F/A0（F、A0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。10、钢材的弹性？ 对钢材进行拉伸试验，当应力 不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减； 卸除荷载后（ =0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。 11、解释名词：比例极限。 比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。 12、解释名词：屈服点 屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。 13、解释名词：弹性变形 弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。 14、解释名词：塑性变形 塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。
第七章 合金钢简答题
第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。
常用合金钢
常用合金钢（知识扩展）一.合金钢分类与编号二.低合金结构钢Q345、Q420 三. 机器零件用钢40Cr、65Mn、60Mn2Si、20Cr、20CrMnTi、GCr15 四.合金工具钢9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr124Cr5MoSiV 五.特殊性能钢1Cr13、9Cr18、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13 合金钢分类 1.按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类低合金钢（合金总量低于5 %）中合金钢（合金总量为5 %～10 %）高合金钢（合金总量高于10 %）2.按用途分类：按用途分类：按用途分类合金结构钢低合金结构钢(也称普通低合金钢) 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢) 合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢) 量具用钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金钢编号首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明:平均质量分数少于 1.5%时不标数, 平均质量分数为 1.5%～2.49%、 2.5%～3.49%……时,相应地标以2、3……。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%(特例)的滚珠轴承钢. Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于 1.5%的易切削钢. 普通低合金钢Q345 用途主要用于制造桥梁,船舶,车辆,锅炉,压力容器,输油输气管道,大型钢结构等.在热轧空冷状态下使用,组织为细晶粒的F+P,不再热处理. 化学成分wt% C Mn Si V Nb Ti 0.015 0.18 ～ 1.0 ～0.55 0.02 0.20 1.6 ～0.15 ～0.06 厚度mm <16 16～35 35～50 σs MPa ≥345 ≥325 ≥295 σb MPa 470～630 0.02 ～0.2 机械性能δ5 % Akv(20℃) J 34 21～22 GB/T1591-1994 Q345包括旧钢号12MnV ,14MnNb ,16Mn ,18Nb ,16MnCu Q420 普通低合金钢在正火状态下使用,组织为F+S 化学成分wt% V Nb Ti 0.02 ～0.2 0.015 ～0.06 0.02 ～0.2 δ5 % C ≤0.20 厚度mm <16 Mn Si Cr ≤0.40 Ni ≤0.70 1.0 ～0.55 1.7 34 18～19 16～35 GB/T1591-1994 ≥380 35～50 Q345包括旧钢号15MnVN ,14MnVTiRE 机械性能σs MPa σb MPa ≥420 520～680 ≥400 Akv(20℃) J 合金调质钢(低淬透性) 40Cr 热处理毛坯尺寸＜25mm 用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓、进气阀主要化学成分wt% C Mn Si Cr Mo 机械性能（≥）退火态H B 淬火℃回火℃σb σs δ5 ψ Akv % % J MP MP a a 0.37 0.5 0.17 0.8 0.07 850 520 980 785 9 45 47 2 0 油水～～～～～0.44 0.8 0.37 1.1 0.12 7 油（GB/T3077－1999）合金弹簧钢钢号C 65Mn 60Mn2Si 主要成分w % Mn Si Cr 热处理淬火℃回火℃机械性能σs MPa σb MPa δ10 ψ % % 65Mn 0.62 ～0.70 60Si2 0.56 Mn ～0.64 0.90 ～1.20 0.60 ～0.90 0.17 ～0.37 1.50 ～2.00 ≤ 830 540 0.25 油800 1000 8 30 ≤ 870 480 1200 1300 5 0.35 油GB/T1222-1985 25 65Mn 60Mn2Si钢应用举例：截面≤25mm的弹簧，例如车箱缓冲卷簧合金渗碳钢(低淬透性合金渗碳钢低淬透性) 20Cr 低淬透性用途：可制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷机械性能（≥）主要化学成分wt% 热处理℃C Mn Si Cr 渗预淬回σb σs δ ψ Akv 5 碳备火火MP M J % % a P 处 a 理0.17 0.5 0.20 0.7 9 ～～～～3 0.24 0.8 0.40 1.0 0 8 8 0 水油780 2 0 ～820 0 水, 油8 3 5 5 4 0 毛坯尺寸m m 10 4 47 ＜0 1 5 GB/T3077-1999 合金渗碳钢(中淬透性合金渗碳钢中淬透性) 中淬透性20CrMnTi 主要化学成分wt% C Mn Si Cr Ti 毛渗预淬回σb σs δ ψ Ak 坯尺v 碳备火火MP MP % % 2 0 寸处℃m a a 理J m 9 3 0 8 8 0 油7 2 7 0 0 0 油1 85 1 4 55 < 0 0 0 5 15 8 GB/T3077-1999 0 热处理℃机械性能（≥）0.17 0.80 0.1 1.0 7～～～～0.23 1.10 0.3 1.3 7 0.04 ～0.10 滚珠轴承钢GCr15 用途：制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),内外套圈等. 或制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件. 淬回
第4章_作业_合金钢
第4章_作业_合金钢-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
班级姓名学号 《工程材料基础》第四章合金钢作业 一、单项选择 1.切削加工刀具的性能主要应达到_____ (a) 高强度，高韧性(b) 硬度与强度的适当配合 (c) 高的弹性模量及刚度(d) 高硬度、高耐磨性及红硬性 2.20CrMnTi钢中Ti元素主要作用是_____ (a) 提高强度(b) 提高回火抗力 (c) 细化晶粒 (d) 提高硬度 3.40CrNiMo钢中Cr、Ni元素的主要作用是_____ (a) 提高强度(b) 强化铁素体，提高淬透性 (c) 提高红硬性(d) 细化晶粒 4.Cr18Ni9Ti钢中Ni元素的主要作用是_____ (a) 细化晶粒 (b) 提高淬透性 (c) 获得单相奥氏体组织 (d) 提高强度 5.40Cr钢制汽车连杆螺栓淬火后高温回火时应____(提示:高温回火要避免第二类回火脆性) (a) 炉冷 (b) 空冷 (c) 油冷 (d) 水冷 6.下列材料中，适合制作手术刀的是_____ (a) 1Cr13 (b) 4Cr13 (c) 1Cr17 (d) 1Cr18Ni9 7.下列材料中适合制作冷作模具的是_____ (a) Cr12MoV (b) 38CrMoA1A (c) HT350 (d) 5CrNiMo 8.下列材料中，适合作汽车板弹簧的是_____ (a) 20钢 (b) 60Si2Mn (c) GCr15 (d) T12 9.下列材料中，适合坦克履带板的是_____ (a) ZChPbSb16-16-2 (b) ZG35 (c) ZL203 (d) ZGMn13 10.W18Cr4V钢（高速钢）在切削加工前的预先热处理应进行_____ (a) 去应力退火 (b) 再结晶退火 (c) 完全退火 (d) 球化退火 11.40Cr钢制内燃机连杆螺栓，淬火加热的合适温度为_____ (a) 650℃ (b) 750℃ (c) 850℃ (d) 950℃ 12.60Si2Mn制造汽车板弹簧，淬火后回火时的加热温度约为_____ (a) 150℃ (b) 300℃ (c) 450℃ (d) 550℃ 13.制造钢桥的合适材料是_____ (a) Q235 (16Mn) (b) 20钢 (c) 60钢 (d) T12钢 14.35CrMo钢中Mo的主要作用是_____ (a) 提高红硬性 (b) 提高耐腐蚀性 (c) 消除第二类回火脆性 (d) 细化晶粒 15.钢中细化晶粒的主要合金元素是_____ (a) Cr、Al、Si (b) V、Ti、Nb (c) W、Mo、Re (d) P、Cu、Mn 16.钢的淬透性主要决定于_____ (a) 合金元素 (b) 冷却速度 (c) 工件尺寸 (d) 冷却介质 17.40CrMo钢制连杆螺栓淬火并经高温回火后，可以_____ （提示：Mo的作用） (a) 炉冷 (b) 空冷 (c) 水冷 (d) 油冷 18.下列材料适合作板簧的是_____ (a) Mn13 (b) Q235 (16Mn) (c) 20Mn2V (d) 65Mn 19.下列钢中耐腐蚀性最好的是_____ (a) 0Cr18Ni9Ti (b) GCr15 (c) 12CrMoV (d) Cr12MoV 20.高速钢的红硬性可保持到_____ (a) 250℃ (b) 425℃ (c) 600℃ (d) 1500℃ 21.ZGMn13是耐磨钢，其良好的耐磨性来自于_____ (a) 形成大量碳化物 (b) 加工硬化能力强 (c) 大量锰元素固溶强化 (d) 铸造后就有高硬度 22.汽车变速箱齿轮可选用的材料和热处理工艺是_____
碳素钢和低合金钢的定义
碳钢 主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种； 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。 原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。
碳钢及普通低合金钢的焊接
碳钢及普通低合金钢的焊接 1.什么是碳素钢？常用的有哪几种？ 答：碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢（含C≤0.25%）和中碳钢 （含C=0.25%--0.60%）；优质碳素结构钢（08、10、15、20、25、30、35、40、45）2.为什么叫普通低合金钢？它们是如何分类的？ 答：在普通低合金钢中，除碳以外，还含有少量其他元素，如：锰、硅 、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等，性能发生变化，得到比一般碳钢更优良的性能，如：高强度钢、耐蚀钢、低温钢、耐热钢等。 3.什么是金属材料的机械性能？ 答：强度、硬度、朔性、韧性、耐疲劳和蠕变性能等。 4.什么是钢材的工艺性能？ 答：钢材承受各种冷热加工的能力，如：可切削性、可锻性、可铸性和可焊接性等。 5.什么是金属的焊接性？ 答：在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容： 一是接合性能，又称工艺可焊性；二是使用性能，又称使用可焊性。 6.为什么ER50-6实心焊丝使用十分普遍？它适合哪些钢材？ 答：ER50-6实心焊丝（如：唐山神钢MG-51T）适合的钢材有： 〈1〉普通碳素结构钢：Q215 Q235 Q255 Q275 〈2〉优质碳素结构钢： 08 10 15 20 25 30 35 40 45 15Mn 20Mn 25Mn 30Mn 35Mn 〈3〉碳素铸钢：ZG200-400H ZG230-450H ZG275-485H 〈4〉压力容器用碳素钢： 20R 〈5〉锅炉用碳素钢： 20g 〈6〉桥梁用碳素结构钢： 16q 〈7〉核压力容器用碳素钢： 20HR 〈8〉汽车制造用碳素结构钢： 08Al 15Al 〈9〉普通低合金高强度结构钢：Q295 （09MnV、09MnNb、09Mn2） Q345 （14MnNb、16Mn、16MnRE）Q390 （15MnV、15MnTi、16MnNb） Q420 （15MnVN、14MnVTiRE） 〈10〉船体用低合金高强度结构钢 AH32 DH32 EH32 AH36 〈11〉压力容器用低合金高强度结构钢 16MnR 15MnVR 15MnVNR 〈12〉锅炉用低合金高强度结构钢 16Mng 19Mng 22Mng 〈13〉桥梁用低合金高强度结构钢 16Mnq（16MnCuq）15MnVq 15MnVNq 〈14〉石油天然气管道用低合金高强度结构钢 S290 S315 S360 S380 S415 7.为什么低合金高强钢会出现裂纹？有哪些影响因素？ 答：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。产生冷裂纹的三要素是：〈1〉焊接接头中产生淬硬的马氏体组织〈2〉焊接接头中扩散氢〔H〕含量高 〈3〉焊接接头中有较高的残余应力 8.为什么防止冷裂纹要采取工艺措施？ 答：防止冷裂纹要采取的工艺措施有： 〈1〉建立低氢的焊接环境 〈2〉制定合理的焊接工艺和焊接顺序
第九章 思简答题
第九章 思考简答题 9.1 什么叫做简谐振动？如某物理量x 的变化规律满足cos()x A pt q =+，A ， p ，q ，均为常数，能否说作简谐振动？ 答：质点在线性回复力作用下围绕平衡位置的运动叫做简谐振动。 如果质点运动的动力学方程式可以归结为 22020d x x dt w +=的形式，其中0w 决定于振动系统本身的性质，则质点做简谐振动 9.2 如果单摆的摆角很大，以致不能认为sin θθ=，为什么它的摆动不是简谐 振动？ 答：因为当单摆的摆角很大不能认为sin θθ=时，单摆的动力学方程不能化为 简谐振动的动力学，所以它的摆动不是简谐振动。 9.3 在宇宙飞船中，你如何测量一物体的质量？你手中仅有一已知其劲度系数 的弹簧 答：用秒表测出物体做在竖直放置时的简谐振动周期，利用公式可以算出弹簧的 劲度系数 将弹簧振子的弹簧剪掉一半，其振动频率将如何变化？ 9.4 将汽车车厢和下面的弹簧视为一沿竖直方向运动的弹簧振子，当有乘客时， 其固有频率会有怎样的变化？ 答：周期将变大 9.5、简谐振动的动力学特征为何？ 02=+x x ω&& 9.6二互相垂直的简谐振动的运动学方程为101cos()x A t ωα=+，202)cos(y A t ωα=+，若质点同时参与上述二振动，且212 παα-=，质点将沿什么样的轨道怎样运动？ 合振动的轨迹为以x 和y 为轴的椭圆。这里又可分为两种情况，212παα-=时y 方向的振动比x 方向的振动超前，质点沿椭圆逆时计方向运动。 9.7、同方向同频率的简谐振动的合成后是简谐振动吗？为什么？其合成的振幅