金属工艺作业

《金属工艺学》第一次作业1．画出低碳钢力—伸长曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。

弹性变形阶段；屈服阶段；强化阶段；缩颈阶段（局部塑形变形阶段）2．采用布氏硬度试验测定试样的硬度值有哪些特点?答：布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。

布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。

3．什么是过冷现象和过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系?答：实际上液态金属总是冷却到理论结晶温度以下才开始结晶，时间结晶温度低于理论结晶温度，这一现象成为过冷现象。

理论结晶温度和实际结晶温度之间的差称为过冷度4．金属的结晶是怎样进行的?答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。

②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率5．何为金属的同素异构转变?答：金属在结晶之后继续冷却时或由固态加热直至熔化前皆会发生晶体结构的变化，凑够一种晶格转变为另外一种晶格，这种现象称为同素异构转变。

6．简述碳的质量分数为0.4%和1.2%的铁碳合金从液态冷至室温时其组织变化过程。

答: 对于碳的质量分数为0.4的铁碳合金，由液态冷至AC 线时，开始结晶出奥氏体（A ）；温度下降奥氏体（A ）增多，液体减少；温度降至AE 线时，液体消失，液体全部结晶为奥氏体（A ）；当温度降至GS 线时，从奥氏体中析出铁素体（F ）；降至PSK 线时，剩余奥氏体发生共析转变，生成珠光体（P ）；温度降至PSK 线以下时，组织基本无变化，组织为铁素体和珠光体（F+P ）。

对于碳的质量分数为1.2的铁碳合金，由液态冷至AC 线时，开始结晶出奥氏体（A ）；温度下降奥氏体（A ）增多，液体减少；温度降至AE 线时，液体消失，液体全部结晶为奥氏体（A ）；当温度降至ES 线时，从奥氏体中析出二次渗碳体（Fe3CII ）；降至PSK 线时，剩余奥氏体发生共析转变，生成珠光体（P ）；温度降至PSK 线以下时，组织基本无变化，组织为铁素体和珠光体（Fe3CII +P ）7．指出A c 1、A c 3、A c cm ；A r 1、A r 3、A r cm 及A 1、A 3、A cm答：关系是:Ar 1< A 1< Ac 1; Ar 3< A 3< Ac 3; Ar cm <A cm < Accm8．简述共析钢过冷奥氏体在A1～M f答：9．奥氏体、过冷奥氏体与残余奥氏体三者之间有何区别?答：奥氏体存在A1温度之上，过冷奥氏体存在A1温度之下，残余奥氏体存 在MS 温度之下。

10．完全退火、球化退火与去应力退火在加热温度、室温组织和应用上有何不同？11．答：淬火的目的是什么?亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择?淬火的目的主要是使钢件得到马氏体 (和贝氏体组织,提高钢的硬度和强度,与适当的回火工艺相配合,更好地发挥钢材的性能潜力。

亚共析钢淬火加热温度为 Ac3以上 30℃~50℃,因为在此温度范围内,可获得全部细小的奥氏体晶粒,淬火后得到均匀细小的马氏体。

若加热温度过高, 则引起奥氏体晶粒粗大,使钢淬火后的性能变坏;若加热温度过低,则淬火组织中尚有未溶铁素体,使钢淬火后的硬度不足。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为 Ac1以上 30℃~50℃,此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒,淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体,能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。

如果加热温度超过 Accm ,将导致渗碳体消失,奥氏体晶粒粗化,淬火后得到粗大针状马氏体,残余奥氏体量增多,硬度和耐磨性降低,脆性增大;如果淬火温度过低,可能得到非马氏体组织,则钢的硬度达不到要求12．答：渗碳是针对低碳钢(碳素钢或合金钢)进行的一种化学热处理工序.渗碳目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的.有些工件,如机器轴类件,齿轮等,要求部分工作表面(轴承位,花键位或齿轮齿面)具有高硬度高耐磨性,同时又要求心部具有较高的抗冲击性能,以承受冲击载荷.利用低碳钢加渗碳淬火处理,就可以较好的达到这个目的:低碳钢心部抗冲击性能较高,表面渗碳后经淬火处理,硬度和耐磨性提高.渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体组织,硬度可在HRc55-60,耐磨性达到较高水平.13．用低碳钢（20钢）和中碳钢（45钢）制造齿轮，为了获得表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有一定的强度和韧性，各需采取怎样的热处理工艺？答：对于低碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取渗碳→淬火→低温回火热处理工艺。

处理后的组织：表层是回火马氏体（高碳），心部是回火马氏体（低碳）。

对于中碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取表面淬火→低温回火热处理工艺。

处理后的组织：表层是回火马氏体，心部是铁素体+珠光体。

14．碳素工具钢中碳的质量分数不同，对其力学性能及应用有何影响?答：碳素工具钢随着碳的质量分数的增加，其硬度和耐磨性提高，而任性下降，其应用场合也分别不同，T7，T8一般用于要求韧性稍高的工具，如冲头，錾子，丝锥，板牙等，也可用作要求不高的模具，T12具有高的硬度和耐磨性，但韧性低，用具制造量具，锉刀，钻头，刮刀等15．合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：1.碳（C）碳是钢铁中的重要元素，它是区分钢铁的主要标志之一。

在决定钢号时，往往注意碳的含量。

碳对钢铁的性能起决定性的作用。

由于碳的存在，才能将钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能。

当碳含量在一定范围内时。

随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其塑性和韧性下降；反之，则硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。

由于碳含量在钢铁中的重要作用，所以快速、准确地测定钢铁中的碳含量也就具有相当重要的意义。

2.硅（Si）硅在钢铁中主要以固溶体形式存在，还可形成硅化物，其形式有MnSi或FeMnSi等；也有少许以硅酸盐以及游离SiO2的形式成为钢铁中非金属夹杂物而存在；在高碳钢中可能有少量SiC 形式存在。

硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，又能增大钢的电阻系数。

故钢中含量硅一般不小于0.10%；作为一种合金元素，一般不低于0.4%；耐酸耐热钢及弹簧钢中、含量硅较高；而硅钢中含硅量可高达4%以上。

3．磷（P）磷在钢中以固溶体和磷化物形态存在。

磷化物形态有Fe3P，Fe2P等。

Fe3P是一种很硬而脆性大的物质。

当磷含量高时易形成Fe3P，增加钢的冷脆敏感性，增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。

一般认为在钢中含磷量高于0.1%，便会发生上述的危害性。

通常的情况下认为磷是钢中的有害的元素，但是它也是可利用的一面。

例如，磷和铜联合作用时，能提高钢的抗蚀性；它和锰、硫联合作用时，能改善钢的切削加工性。

硫（S）硫主要以硫化物的形态存在于钢中。

一般认为硫是钢中的有害元素之一。

硫在钢中易于偏析，恶化钢的质量。

如以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象。

此外，硫存在于钢内能使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利。

5. 锰（Mn）锰在钢中能形成固溶体。

在冶炼钢铁过程中，通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入。

锰与硫能形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象，并提高了钢的可锻性。

锰还能使钢铁的硬度和强度的增加。

6. 铬（Cr）铬是合金钢生产中应用最广的元素之一。

铬能增强钢的机械性能和耐磨性，增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增强钢的弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性。

镍（Ni）普通钢中的含镍量在0.3%以下，不起合金元素作用。

平均含镍量在0.5%以上的钢就可算镍钢。

镍作为合金元素能使钢具有高级的机械性能，即可使钢具有韧性、防腐抗酸性、高导磁性，并使晶粒细化提高淬透性，增加硬度等。

在许多特殊钢和合金中镍含量更高。

在奥氏体钢中的镍含量超过8%，从而增加钢的耐蚀性能和良好的可焊性，耐热钢中含镍量有的超过20%，从而增加钢的耐热性。

含镍25%的钢即具有抗熔融碱的特殊性能，而含镍量36%的高镍钢对热膨胀以及电磁的敏感性很强。

8. 钛（Ti）钛是较为活泼的金属元素之一，是固定碳和氮的有效元素。

加入适当的钛能改变钢的品质和提高机械性能，能提高耐热钢的抗氧化性和热强性，提高不锈钢的耐蚀性，并对钢的焊接也有利。

9. 钒（V）钒是钢铁中很重要的合金元素之一，就我国钢铁体系来讲，Mo，W，V，Ti，Nb和Xt等合金元素是我国合金元素的重要组成部分。

钢中含有钒使钢具有特殊的机械性能，提高钢的抗张强度和屈服点，尤其是提高钢的高温强度，提高工具钢的使用寿命。

钼（Mo）钼作为合金元素加入钢中，能增加的强度而不减其塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度，且改善钢的耐蚀、冷脆性等。

11. 钨（W）钨是重要的合金元素之一。

它的作用主要是增加钢的回火稳定性、红硬性、热强性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，高速工具钢和硬质合金都必须含有较多量的钨。

12. 铝（Al）铝是钢的良好的脱氧剂、去气剂和致密剂之一。

在不同的条件下，铝对钢影响不一样。

作为合金元素加入，可提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能，在耐热钢中提高热强性，在渗氮钢中促使形成坚硬耐磨耐蚀的渗氮层。

13. 铌（Nb）铌在钢中主要以铌化物的形态存在。

铌作为合金元素加入钢中，能显著地提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能。

钢中铌通常为0.1%~1%，普通低合金钢中铌含量为0.015%~0.050%，而在高温用的结构钢中含铌量可达3%。

14. 钴（Co）钴是世界上稀少的贵重金属。

因此多用于冶炼特殊的钢和合金。

钴在特殊钢种中，能改善钢的高温性能，增强钢的红硬性，提高抗氧化及耐腐蚀能力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素。

钴在钢和合金中的含量范围较大，在特殊的钴基高温合金中可高达50%左右，而在原子能和某些工业的钢种里，含钴量要求低于一定范围（例如，在0.01%左右） 15. 硼（B）为了改善钢的某些性能，常常向钢中加入一定量的硼。

比如在普通钢和结构钢中加入微量硼（一般平均含量在0.003%左右），可提高钢的淬透性，从而能提高零件截面性能的均匀性，在球光体耐热钢中加入微量的硼可提高钢的高温强度，而在奥氏体钢中加入0.025%硼可提高钢的蠕变强度。

16. 稀土元素（Xt）稀土元素在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其余部分存在于固溶体中。

钢中加入少量稀土，能提高钢的流动性，从而改善钢的表面质量；能显著提高不锈耐酸钢的热加工塑性。