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广州大学工程材料3金属材料答案

第三章

一、名词解释。

合金钢回火稳定性二次硬化回火脆性铸铁青铜黄铜

二、填空题。

1、一些含有合金元素Ni 、Cr 和Mn 的钢容易产生第二类回火脆性,为了消除第二类回火脆性,可采用同时含有合金元素Mo和W 的钢。

2、合金元素中,碳化物形成元素有Fe 、Mn 、Cr 、Mo 等。

3、除Co 、Al 外,几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降,因此淬火后相同碳质量分数的合金钢比碳钢残余奥氏体,使钢的硬度。

4、促进晶粒长大的元素有Mn 、P 等。

5、按钢中合金元素含量,可将合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合

金钢三类。

6、合金钢中常用来提高淬透性的合金元素有Cr 、Mn 、Ni 、Si 和

B 五种,其中作用最大的是Cr 。

7、20钢是优质碳素结构钢,可以制造冲压件及焊接件。

8、20CrMnT钢是中淬透性合金渗透钢,可以制造汽车、拖拉机上的重要零件。

9、9SiCr是冷作模具钢,可以制造冷作模具。

10、CrWMn是冷作模具钢,可以制造冷作模具。

11、5CrMnMo是热作模具钢,可以制造热锻模钢。

12、Cr12MoV是冷作模具钢,可以制造冷作模具。

13、T12是碳素工具钢,可以制造锉刀、挂刀等刃具。

14、16Mn是低合金高强度结构钢,可以制造桥梁、船舶、车辆等结构钢。

15、40Cr是低淬透性合金调质钢,可以制造一般尺寸的重要零件。

16、60Si2Mn是合金弹簧钢,可以制造汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。

17、GCr15钢铬弹簧钢,可以制造冷冲模、量具、丝锥等。

18、1Cr13是马氏体不锈钢,可以制造韧性要求较高的紧固件、叶片等。

19、1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢,可以制造耐酸容器、抗磁仪表、医疗器械。

20、ZGMn13是高锰钢,可以制造车履带、铁轨分道叉。

21、20CrMnTi是中淬透性合金渗透钢,Cr、Mn的主要作用是,Ti的主要作用是阻碍渗碳时奥氏体晶粒长大;增加渗碳层,提高研磨性,热处理的工艺是渗碳后直接淬火,再低温回火。

22、W18Cr4V是高速钢,碳质量分数是0.73%~0.83% ,W的主要作用是提高热硬性,Cr的主要作用是提高淬透性,V的主要作用是形成VC,阻止奥氏体晶粒长大。热处理工艺是球化退火→淬火→回火。最后组织是回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。

23、0Cr18Ni9Ti是奥氏体钢,Cr、Ni和Ti的作用分别是提高钢的耐蚀性、形成稳定碳化物和防止晶间腐蚀。

24、灰口铸铁中碳主要以石墨的形式存在,可用来制造机床床身、柴油机汽缸。

25、可锻铸铁中石墨的形态为团絮状,可用来制造制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件,如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。

26、球墨铸铁中石墨的形态为球状,可用来制造曲轴、

连杆、凸轮轴。

27、蠕墨铸铁中石墨的形态为蠕虫状,可用来制造高层建筑中

高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。28、影响石墨化的主要因素是温度和冷却速度和合金元

素。

29、球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰口铸铁高,这是因为球墨铸铁

通过球化和孕育处理得到球状石墨,有效地提高了铸铁的机械性能,特别是提高了塑性和韧性。

30、HT200牌号中“HT”表示灰口铸铁,数字“200”表示最低抗拉强度。

31、生产球墨铸铁选用稀土镁作为球化剂。

32、铸铁按石墨形态可以分为灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁

和蠕墨铸铁,其中球墨铸铁强度最高。

四、是非题。

1、调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。?

2、T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。?

3、奥氏体型不锈钢可采用加工硬化提高强度。?

4、高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。?

5、T8钢与20MnVB相比,淬硬性和淬透性都较低。?

6、18-4-1高速钢采用很高温度淬火,其目的是使碳化物尽可能多地溶入奥氏体中,从而提高钢的红硬性。?

7、奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。?

8、铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。?

9、可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。?

10、石墨化的第三阶段不易进行。?

11、可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。?

12、球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。?

13、5CrMnMo和W6Mo5Cr4V2钢中Mo的作用相同。?

14、5CrNiMo和W18Cr4V钢中Cr的作用相同。?

4. 综合分析题

(1) 说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳质量分数,各举出一个应用实例。

答: 见表1-1. 表1-1钢牌号钢类碳质量分数应用实例Q235A碳素结构钢0.14%~0.22%钢筋、钢板、钢管等15优质碳素结构钢约0.15%冲压件及焊接

件,经热处理后可制造轴、销等零件45优质碳素结构钢0.42%~0.50%齿轮、轴类、套筒等零件65优质碳素结构钢0.62%~0.70%弹簧T8碳素工具钢

0.75%~0.84%冲头、凿子、锤子等工具T12碳素工具钢1.15%~1.24%锉刀、刮刀等刃具和量规、样套等量具

(2) 为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素?

答: 我国的低合金结构钢基本上不用贵重的Ni、Cr等元素,而以资源丰富的Mn为主要元素。锰除了产生较强的固溶强化效果外,因它大大降低奥氏体分解温度,细化了铁素体晶粒,并使珠光体片变细,消除了晶界上的粗大片状碳化物,提高了钢的强度和韧性,所以低合金高强钢用锰作为主要的合金元素。

(3) 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。

答: 渗碳钢的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如Cr、Ni、Mn等,以提高热处理后心部的强度和韧性; 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素如Ti、V、W、Mo等,形成稳定的合金碳化物,并增加渗碳层的硬度,提高耐磨性。热处理特点是渗碳后直接淬火,再低温回火,得到的表面渗碳层组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成,心部多数情况为屈氏体、回火马氏体和少量铁素体。调质钢的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如Cr、Mn、Ni、Si、B 等,并可提高钢的强度,加入防止第二类回火脆性的元素如Mo、W;热处理特点是淬火(油淬)后高温回火,得到的组织是回火索氏体。

(4) 有两种高强螺栓,一种直径为10mm,另一种直径为30mm,都要求有较高的综合机械性能:σb≥800MPa, a k≥600kJ/m 2。试问应选择什么材料及热处理工艺?

答: 在满足机械性能要求的基础上,工件的尺寸还决定所选材料的淬透性能。对于直径为30mm的螺栓,选择40Cr,热处理工艺为850℃油淬,500℃回火;对于直径为10mm的螺栓,选择40MnVB或40MnB代替40Cr,可节约Cr且达到基本要求,热处理工艺为850℃油淬,500℃回火。

(5) 为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素?为什么要进行中温回火?

答: 硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性,同时提高屈强比。进行中温回火的目的在于获得回火屈氏体组织,具有很高的屈服强度,弹性极限高,并有一定的塑性和韧性。

(6) 轴承钢为什么要用铬钢?为什么对非金属夹杂限制特别严格?

答: 铬能提高淬透性,形成合金渗碳体(Fe,Cr)3C,呈细密、均匀分布,提高

钢的耐磨性,特别是疲劳强度,因此轴承钢以铬作为基本合金元素。轴承钢中非金属夹杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能,尤其是对接触疲劳强度影响很大,因为夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点,其危害程度与夹杂物的类型、数量、大小、形状和分布有关。因此,轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。

(7) 简述高速钢的成分、热处理和性能特点,并分析合金元素的作用。

答: 成分特定:a.高碳b加入Cr、Wo、V等合金元素

合金元素的作用 :Cr 能提高淬透性;W、Mo保证高的热硬性;

V能形成VC,硬度极高且颗粒细小、分布均匀,能大大提高钢的硬度和耐磨性。

热处理特点:球化退火→机加工→淬火→低温回火

性能特点:a.高强度b.高耐磨性c.高热硬性d.足够的塑性和韧性

8、W18Cr4V钢的Ac1+(30~50)℃的常规方法来确定其淬火温度是多少?

1220~1280℃

(9) 不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么?

答: 不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织,提高耐蚀性。稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出,而碳不再同铬形成碳化物,从而有效地消除了晶界贫铬的可能,避免了晶间腐蚀的产生

(10) 试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。

答: 20CrMnTi钢中Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定化合物,避免晶界贫铬,提高耐蚀性。

(11) 试分析合金元素Cr分别在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。

答: 40Cr: 提高淬透性,形成合金铁素体,提高钢的强度;

GCr15: 提高淬透性,形成合金渗碳体(Fe,Cr)3C呈细密、均匀分布,提高

钢的耐磨性,特别是疲劳强度;

CrWMn: 提高淬透性;

1Cr13: 提高钢基体的电极电位,使钢的耐蚀性提高;

1Cr18Ni9Ti: 提高基体的电极电位,在氧化性介质中极易钝化,形成致密和稳定的氧化膜,提高耐蚀性、抗氧化性,并有利于热强性;

4Cr9Si2: 提高抗氧化性,并有利于热强性,提高淬透性。

(12) 试就下列四个钢号:20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论如下问题:

①在加热温度相同的情况下,比较其淬透性和淬硬性,并说明理由;

②各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。

答: ①加热温度相同的情况下,淬透性20CrMnTi >40Cr>T8>65,淬硬性

T8>65>40Cr>20CrMnTi。决定淬透性的因素是碳质量分数和合金元素,Cr、Mn 等能显著提高淬透性,合金钢的淬透性一般要好于碳钢。决定淬硬性的因素主要是马氏体的碳质量分数。

②见表1-2. 表1-2钢牌号用途热处理工艺最终组织20CrMnTi汽车、拖拉机上的变速箱齿轮等重要零件870℃油淬+200℃回火表面为合金渗碳体、回火马氏体和少量残余奥氏体,心部多数情况下为屈氏体、回火马氏体和少量铁素体65弹簧淬火+中温回火回火屈氏体T8冲头、凿子、锤子等工具淬火+低温回火回火马氏体40Cr轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮850℃油淬+520℃回火回火索氏体

(14) 要使球墨铸铁的基本组织为铁素体、珠光体或下贝氏体,工艺上应如何控制?

答: 要得到铁素体基体的球墨铸铁,应进行退火处理;要得到珠光体基体的球墨铸铁,应进行正火处理;要得到下贝氏体基体的球墨铸铁,则进行等温淬火。

(15) 有一灰口铸铁铸件,经检查发现石墨化不完全,尚有渗碳体存在,试分析其原因,并提出使这一铸件完全石墨化的方法。

答: 原因可能是铸铁结晶时冷却速度太快,碳原子不能充分扩散以石墨的形式析出,析出了渗碳体。要使该铸件完全石墨化,应进行高温退火,使渗碳体分解成石墨。如为共析渗碳体,可加热到550℃以上并长时间保温,将共析渗碳体分解为石墨和铁素体。

原因:化学成分控制不当,Mn过多阻碍石墨化,Mn溶于铁素体和渗碳体中。

方法:添加促进石墨化的元素P

(16) 试述石墨形态对铸铁性能的影响。

答: 石墨强度、韧性极低,相当于钢基体上的裂纹或空洞,它减小基体的有效截面,并引起应力集中。普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状,对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。球墨铸铁的石墨呈球状,对基体的割裂作用显著降低,具有很高的强度,又有良好的塑性和韧性,其综合机械性能接近于钢。蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状,虽与灰铸铁的片状石墨类似,但石墨片的长厚比

较小,端部较钝,对基体的割裂作用减小,它的强度接近于球墨铸铁,且有一定的韧性,较高的耐磨性。可锻铸铁的石墨呈团絮状,对基体的割裂作用较小,具有较高的强度、一定的延伸率。

(17) 试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序,与钢相比较铸铁性能有什么优缺点?

答: 球墨铸铁>可锻铸铁>蠕墨铸铁>灰口铸铁。与钢相比,铸铁具有以下性能特点:①由于石墨的存在,造成脆性切削,铸铁的切削加工性能优异;②铸铁的铸造性能良好,铸件凝固时形成石墨产生的膨胀,减小了铸件体积的收缩,降低了铸件中的内应力;③石墨有良好的润滑作用,并能储存润滑油,使铸件有良好的耐磨性能;④石墨对振动的传递起削弱作用,使铸铁有很好的抗振性能;⑤大量石墨的割裂作用,使铸铁对缺口不敏感。

(18) 为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造?

答: 铸铁的生产设备和工艺简单,价格便宜,并具有许多优良的使用性能和工艺性能,其中灰口铸铁是应用最广泛的,尽管其抗拉强度和塑性都较低,但其良好的减振性能,能够满足一般机器的支架、机床的床身等使用场合

(19) 铝硅合金为什么要进行变质处理?

答: 一般情况下,铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成,强度和塑性都较差;经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体,合金的强度和塑性显著提高,因此,铝硅合金要进行变质处理。

(20) 指出下列铜合金的类别、用途:H80、H62、HPb63-3、HNi65-5、QSn6.5-0.1、QBe2.

答: 见表1-3. 表1-3合金牌号类别用途H80单相黄铜薄壁管、装饰品H62双相黄铜机械、电气零件,铆钉、螺帽、垫圈、散热器及焊接件、冲压件HPb63-3铅黄铜钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件HNi65-5镍黄铜船舶用冷凝管、电机零件QSn6.5-0.1锡青铜精密仪器中的耐磨零件和抗磁元件、弹簧、艺术品QBe2铍青铜重要的弹簧及弹性元件,耐磨元件,高压高速高温轴承,钟表齿轮,罗盘零件

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