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1、第十一章参考答案11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。为了提高其强度，可通过转变热处理工艺或加工工艺来实现。一般状况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、其次相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法答：（1）影响材料塑性的因素：
2、化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出1）哪些元素不形成碳化物？2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何？3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何？4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能
3、如何？答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、CU等。2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。3）Zr.Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的状况下，才以原子状态融入固溶体中。4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。11-5合金元素提高淬透性的缘由是什么？提高钢的淬透性有何作用？常用以提高淬透性的元素有哪些？答：（1）合金元素溶入奥氏体中增加了奥氏体的稳定性，使C曲
4、线右移，奥氏体在较低的温度依旧能够存在，因此，在较低的临界冷却速度小，奥氏体能够发生马氏体相变，提高了淬透性。（2）作用：一方面可以使工件得到匀称良好的力学性能，满意技术要求；另一方面，在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。（3）常用的提高淬透性的合金元素：Mn.Si、Cr.Ni、B11-6合金元素提高回火稳定性的缘由？提高回火稳定性的作用？常用以提高回火稳定的元素有哪些？答：（D提高稳定性的缘由：合金元素推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变、阻碍碳化物的聚集长大、提高铁素体的再结晶温度。（2）提高稳定性的作用：提高钢的回火稳定性，可以使得合金钢在相同的温度下回火时，比
5、相同碳含量的钢具有更高的硬度和强度，或者，在保证相同强度/硬度的条件下，可在更高的温度下回火，有利于提高塑性和韧性。（3）提高回火稳定性的元素：Cr、MnNiMo、W、V、Si.-7试述碳和合金元素在低合金高强度结构钢中的作用，提凹凸合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？答:(I)碳的作用:(a)固溶强化,提高珠光体数量。碳含量的增加可增大固溶强化和珠光体强化效果，对提凹凸合金高强度结构钢的强度有利。(b)碳含量的增加将降低低合金结构钢的塑性和韧性，提高韧脆转变温度，降低焊接性能。(2)合金元素的作用：(a)固溶强化：如Mn、Si、Cr.M。等溶于基体固溶体中而引起固溶强化。(b)沉淀强化：如T
6、i、Nb和V等强碳化物形成元素形成的MC型碳化物所引起的强化。细晶强化：如Ti.Nb和V等强碳化物形成元素形成的MC型碳化物对奥氏体晶界的钉轧作用，对Nb元素在奥氏体晶界的偏聚，均对细化低合金高强度结构钢的组织有利，产生细晶强化作用。H-IO某厂原用45MnSiV生产8mm高强度钢筋，要求b1450MPaB0.21200MPa,5%,其热处理工艺是920C油淬,470C回火。因该钢种缺货,库存有25MnSi钢,请考虑是否可代用,热处理规程该如何调整？答：可以代用，由于25MnSi钢为低碳马氏体钢，经适当的热处理后能获得与调质钢相当的综合性能，即较高强度和韧性的组合。工艺调整:25MnSi钢与4
7、5MnSiV相比不含V元素，但有Mn,过热敏感性较大，因而要降低淬火加热温度与45MnSiV相比，25MnSi钢淬透性较低，油淬应改成用盐水淬火为获得所要求的力学性能应采纳低温回火。11-11分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。答：化学成分：高碳的目的是为了和碳化物形成元素CnW、Mo、V等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度利耐磨性。W、Mo、V主要是提高钢的红硬性，由于这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。Cr主要是提高钢的淬透性。其工艺突出的特点是淬火加热温度特别高，回火温度高，次数多，淬火加热时采纳预热
8、。11-12比较热作模具钢和合金调质钢的合金化及热处理工艺的特点，并分析合金元素作用的异同。答：（1）合金调质钢合金化特点:在性能上满意机械制造上不同零件的不同需要,各种元素既有特别作用又相互作用达到改善组织性能的作用。热作模具钢合金化特点:合金元素增加钢淬透性,强化铁素体,防止回火脆性,提高热疲惫抗力。合金调质钢热处理特点:为改善切削加工性需进行预备热处理之后调质处理。热作模具钢热处理特点:锻造后退火,以降低内应力。淬火+回火,获得组织匀称的回火托式体索氏体。合金元素作用：Cr提高淬透性耐回火性,有回火脆性倾向；Mn提高淬透性,有回火脆性倾向；Ni非C化物形成元素,提高基本韧性；M。提高淬透
9、性,回火性细化晶粒；V强碳化物形成元素细化晶粒；W提高稳定性和耐磨性。11-13为什么正火状态的40CrNiMo及37SiMnCrMoV钢（直径25mm）都难于进行切削加工？请考虑最经济的改善切削加工性能的方法。答：由于40CrNiMo钢中含有Cr,Ni,M。几种合金元素，能很好的提高钢的淬透性，使钢在正火状态下就能得到较多的马氏体，大大提高合金的硬度（40CrNiMo钢正火后硬度在400HBS以上）因而难以切削。1114滚齿机上的螺栓，本应用45钢制造，但错用了T12钢，其退火、淬火都沿用了45钢的工艺，问此时将得到什么组织？有何性能？答:45钢的热处理工艺：完全退火（Ac3以上20-30C
10、）+淬火（Ac3以上30-50C）+高温回火。T12的热处理工艺：球化退火（ACl以上Accm以下的双相区）+淬火（ACl以30-50oC）+低温回火。错用T12钢，根据45钢的热处理工艺就是T12完全退火+Ac3以上30-50C淬火T12原来是球化退火，目的是消退网状的二次渗碳体，但错用完全退火，加热温度过高，消退不了网状的二次渗碳体，对性能不利。然后进行淬火，T12原来是加热到Ael以上30-50C,目的是限制了奥氏体的含碳量，削减淬火组织中的残留奥氏体数量。淬火后获得匀称细小的马氏体和未溶粒状二次渗碳体组织，未溶二次渗碳体的存在有利于淬火钢的硬度及耐磨性。假如将过共析钢加热到Accm或者
11、Ac3以上，由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后的马氏体也粗大，且残留奥氏体量增加，不仅降低钢的硬度、耐磨性和韧性，而且还会增大变形和开裂的倾向。最终进行回火，T12原来是低温回火，得到回火马氏体，但是用高温回火，最终得到回火索氏体。最终组织为回火索氏体+残留奥氏体+网状二次渗碳体1115用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：锻造一球化退火T机械加工T淬火T低温回火一磨平面T开槽开口。试分析：球化退火、淬火及回火的目的;球化退火、淬火及回火的大致工艺。答：球化退火是为了消退锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织预备，削减淬火时的变形与开裂；淬火及回火是为
12、了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。球化退火工艺：加热温度790810,等温温度700720；淬火工艺：加热温度850870（油淬）；回火工艺；160180oCo1146大螺钉旋具要求杆部为细珠光体而顶端为回火马氏体,只有一种外部热源,应如何处理？答：表面渗碳后淬火加低温回火。11.17有一批碳素钢工件淬火后发觉硬度不够，估量或者是表面脱碳，或者是淬火时冷却不好未淬上火，如何尽快推断发生问题的缘由？答:碳素工具钢是Wc=0.65%7.35%的高碳钢对碳素工具钢进行球化退火处理，其目的是降低便度，便于机械加工，组织为铁素体基体+细小匀称的粒状Fe3C,然后采纳淬火+低温回火，组织
13、为回火马氏体十粒状渗碳体+少量残余奥氏体，经过热处理可测工件的硬度，若硬度达标，则缘由为泽火时冷却不好未淬上火，若硬度仍不够则为表面脱碳。11-18简述不锈钢的合金化原理。为什么Crl2MoV钢不是不锈钢，也不能通过热处理的方法使它变为不锈钢？答:不锈钢的合金化原理：提高钢耐蚀性的方法许多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学爱护和转变腐蚀环境介质等。但是采用合金化方法，提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一，其方法如下：(1)加入合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀力量。一般铜中加入Cr.Ni,Si多元素均能提高其电极电位。由于Ni较缺，Si的大量加入
14、会使钢变脆，因此，只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常用的元素。Cr能提高钢的电极电位，但不是呈线性关系。试验证明钢的电极电位随合金元素的增加，存在着一个量变到质变的关系，遵循1/8规律。当Cr含量达到肯定值时即1/8原子(1/8,2/8、3.)时，电极电位将有一个突变。因此，几乎全部的不锈钢中，Cr含量均在12.%(原子)以上，即11.7%(质量)以上。(2)加入合金元素使铜的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合坚固的纯化膜。从而提高钢的耐化学腐蚀力量。如在钢中加入Cr,Si,Al等合金元素，使钢的表层形成致密的CnO,Si2,Ak3等氧化膜，就可提高钢的耐蚀性。(3)加入合金元素使钢在
15、常温时能以单相状态存在，削减微电池数目从而提高钢的耐蚀性。如加入足够数量的Cr或Cr-Ni,使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。(4)加入Mo、CU等元素，提高抗腐蚀的力量。加入Ti,Nb等元素，消退Cr的晶间偏析，从而减轻晶间腐蚀倾向。(6)加入Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能大大提高铭不锈钢在有机酸中的耐蚀性Crl2MoV钢为什么不是不锈钢：从金相学角度分析，由于不锈钢含有铭而使表面形成很薄的铭膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必需含有12%以上的铭。CU2MoV虽然Cr的含量也达到了12%,但是Crl2MoV的含碳
16、量要比不锈钢的含碳量要高的多，含碳量达到了1.45%1.70%,不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，因此，大多数不锈钢的含碳量均较低，最大不超过1.2%,有些钢的c（含碳量）甚至低于0.03%（如OoCrI2）。所以，Crl2MoV不是不锈钢。冷作模具钢，钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Crl2高。外形简单、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。11-20分析合金元素对提高钢的热强性和抗氧化性方面的特别作用，比较高温柔常温结构钢的合金化方向。答：Cr：提高钢抗氧化性的主要元素，Cr能形成附着性很强的致密而稳定
17、的氧化物Cr2O3,提高钢的抗氧化性。A1：是提高钢抗氧化性的主要元素，含铝的耐热钢在其表面上能形成一层爱护性良好的ALCh膜，它的抗氧化性能优于Cr2O3膜。Si：是提高抗氧化性的帮助元素，效果比Al还要有效。高温下，在含硅的耐热钢表面上形成一层爱护性好、致密的SiCh膜。钢中含硅量达1%2%时.，就有较明显的抗氧化效果。Mo、W：是提凹凸合金耐热钢热强性能的重要元素，M。溶入基体起固溶强化作用，能提高钢的再结晶温度，也能析出稳定相，从而提高热强性。W的作用于MO相像。Ti、Nb.V：是强碳化物形成元素，能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性。当钢中有Mo、Cr等元素时，能促进这些元素进入固溶体，提高高温强度。Ni：是奥氏体形成元素，获得奥氏体组织。11-21有些量县在保存和使用过程中，尺寸为何发生变化?可采纳什么措施使量具的尺寸长期稳定？答：变化缘由：量具钢淬火组织中残余的奥氏体是亚稳相，在使用中有向马氏体转变的自发倾向，相变过程中产生的晶格膨胀会产生应力并引起尺寸和外形的变化。措施：（1）下限温度淬火及冷处理。目的是削减A，长时间低温时效，以消退内应力，降低马氏体的正方度
