第六章金属材料及热处理复习进程.docx

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第六章金属材料及热处理复习进程

第六章金属材料及热处理

第六章答案

1．用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：

锻造—正火—粗加工一调

质一精加工—高频感应加热表面淬火一低温回火—磨加工。

说明各热处理

工序的目的及使用状态下的组织。

答：

锻造后的45钢硬度较高，不利于切削加工，正火后将其硬度控制

在160-230HBS范围内，提高切削加工性能。

组织状态是索氏体。

粗加工后，

调质处理整个提高了45钢强度、硬度、塑性和韧性，组织状态是回火索氏

体。

高频感应加热表面淬火是要提高45钢表面硬度的同时，保持心部良好

的塑性和韧性。

低温回火的组织状态是回火马氏体，回火马氏体既保持了

45钢的高硬度、高强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。

2．常用的合金元素有哪些？

其中非碳化物形成元素有一一一：

碳化物

形成元素有一一一；扩大A区元素有——；缩小A区元素在一一。

答：

常用的合金元素有：

锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛、镍、硅、

铝、钴、镍、氮等。

其中非碳化物形成元素有：

镍、硅、铝、钴等；化物

形成元素有：

锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等；扩大A区元素有：

镍、

锰、碳、氮等；小A区元素有：

铬、铝、硅、钨等。

3．用W18Cr4V钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热

加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？

为什么淬火温度高达

1280℃？

淬火后为什么要经过三次560℃回火？

能否用一次长时间回火代

替？

答：

工艺路线:

锻造十球化退火→切削加工→淬火+多次560℃回火→喷砂→磨

削加工→成品

热处理工艺：

球化退火:

高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，

便于切削加工，并为淬火做好组织准备。

球化退火后的组织为球状珠光体。

淬火和回火:

高速钢的优越性能需要经正确的淬火回火处理后才能获

得。

淬火温度高（1220-1280℃）的原因是：

合金元素只有溶入钢中才能有

效提高红硬性，高速钢中大量的W、MO、Cr、V的是难熔碳化物，它们只有

在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，使奥氏体中固溶碳和合金元素含

量高，淬透性才会非常好；淬火后的马氏体才会强度高，且较稳定，所以

淬火加热温度一般为1220-1280℃。

由于高速钢合金元素多，使其导热性差，传热速率低，淬火温度要高

（1220-1280℃），所以淬火加热时，必须进行一次预热（800-850℃）或两冷

预热（500-600℃、800-850℃），而冷却多用分级淬火，高温淬火或油淬。

正常淬火组织为马氏体+粒状碳化物+（20-30%）残余奥氏体。

为了减少残

余奥氏体，稳定组织，消除应力，提高红硬性，高速钢要进行多次回火。

第一次回火后约剩15%~18%残余奥氏体，第二次回火降到3%-5%残余奥

氏体，经过第三次回火后残余奥氏体才基本转变完成。

高速钢回火后组织

为:

极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体（<1%-2%）。

4．试比较20CrMnTi与T12钢的淬透性与淬硬性。

答：

20CrMnTi是一种中淬透性合金渗碳钢，其中有提高淬透性的元素

Mn、Cr、Ni等，因此淬透性较好。

又因这种材料的含碳量较低，淬火后获

得的马氏体少，所以，淬硬性差一些。

而T12钢是一种工具钢，含碳量高

淬硬性好，淬透性差一些。

5．如何提高钢的耐腐蚀性？

不锈钢的成分有何特点？

Crl2MoV是否为

不锈钢？

要想提高不锈钢的强度，应采取什么措施？

答：

提高钢的耐腐蚀性的方法有：

①金属镀层、②阴极保护、③磷化、

④发蓝、⑤阳极化、⑥涂漆层等。

⑦涂防蚀油膏。

金属材料在高温下的腐蚀是化学腐蚀，在常温下的腐蚀是电化学腐蚀。

因此在常温下要金属材料的耐腐蚀性，一方面要尽量使合金呈单一均匀组

织；另一方面更重要的是提高合金本身的电极电位。

所以不锈钢的成分特

点是：

组织中加入了较多的Cr、Ni、钼、钛、铌等合金元素。

Crl2MoV不是不锈钢。

提高不锈钢的强度常用除应力处理，即加热至250-425℃进行回火，

在300-350℃保温1-2小时，然后空冷。

6．常用的耐热钢有哪些类型？

它们在使用状态下的显微组织是什么？

答：

耐热钢类型有：

抗氧化钢和热强钢。

抗氧化钢在使用状态下的显微组织有：

铁素体、奥氏体。

热强钢在使用状态下的显微组织有：

珠光体、马氏体、奥氏体。

7．判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显

微组织：

T8：

答：

碳素工具钢。

常用的热处理方法有：

预备热处理：

①球化退火、

②正火、③除应力处理。

最后热处理：

①淬火、②回火。

使用状态下的金

相组织是：

20Cr：

合金渗碳钢（低淬透性钢）。

常用的热处理方法有：

为了改善切削

加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬

火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。

热处理后表面渗碳层的组织是针状

回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：

全部淬透时心

部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳回火马氏体。

16Mn（新标准是Q345）：

低合金结构钢。

常用的热处理方法有：

低合金结构

钢一般在热轧或正火状态下使用，一般不需要进行专门的热处理。

其使用

状态下的显微组织一般为铁素体+索氏体。

有特殊需要时，如果为了改善焊

接区性能，可进行一次正火处理。

Mnl3（新标准是ZGMn13）：

耐磨钢。

常用的热处理方法有：

水韧处理（加

热到1000~11000C，保温一定时间，在水中快速冷却。

使用状态下的金相

组织是：

单相的奥氏体

40Cr：

调质钢（低淬透性钢）。

常用的热处理方法有：

调质钢零件的热处

理主要是毛坯料的预备热处理（退火或正火）以及粗加工件的调质处理。

调

质后组织为回火索氏体。

20CrMnTi：

合金渗碳钢（中淬透性渗碳钢）。

常用的热处理方法有：

为了

改善切削加工性，渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理

一般是淬火加低温回火，或是渗碳后直接淬火。

热处理后表面渗碳层的组

织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：

全部

淬透时心部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳回

火马氏体。

4Crl3：

马氏体型不锈钢。

常用的热处理方法有：

①淬火+低温回火。

使用

状态下的金相组织是：

回火马氏体。

GCrl5：

常用着轴承钢和量具钢。

常用的热处理方法有：

预备热处理：

①

正火+球化退火。

最后热处理：

①淬火、②低温回火。

使用状态下的金相组

织是：

回火马氏体+粒状碳化物+少量的残余奥氏体。

60Si2Mn：

弹簧钢。

常用的热处理方法有：

淬火+中温回火。

使用状态下

的金相组织是：

回火托氏体。

3Cr2W8V：

常用着压铸模钢，属于过共析钢。

常用的热处理方法有：

淬

火和回火。

38CrMoAl：

：

调质钢（中淬透性钢）。

常用的热处理方法有：

调质钢零件

的热处理主要是毛坯料的预备热处理（退火或正火）以及粗加工件的调质处

理。

调质后组织为回火索氏体。

9CrSi：

合金刃具钢。

常用的热处理方法有：

低合金工具钢的预备热处理

通常是锻造后进行球化退火，目的是改善锻造组织和切削加工性能。

最终

热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+末溶碳化物+少量残余奥

体。

5CrNiMo：

热模具钢。

常用的热处理方法有：

对热作热模钢，要反复锻造，

其目的是使碳化物均匀分布。

锻造后的预备热处理一般是完全退火，其目

的是消除锻造应力、降低硬度（HRS197~HRS241），以便于切削加工。

其最终

热处理为淬火+高温（中温）回火，以获得回火索氏体或回火托氏体组织。

Wl8Cr4V：

高速钢。

常用的热处理方法有：

在锻后进行球化退火，以降低

硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。

球化退火

后的组织为球状珠光体。

经过三次回火后基本转变完成。

高速钢回火后组

织为:

极细的回火马氏体+较多粒状碳化物及少量残余奥氏体。

Crl2MoV、CrWMn：

合金刃具纲。

常用的热处理方法有预备热处理是球化退

火。

退火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。

最终热处理一般是淬火+

低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化物+少

量残余奥氏体。

1Crl8Ni9Ti：

奥氏体型不锈钢。

常用的热处理方法有：

①除应力处理、②

敏化处理、③稳定化处理、④消除σ相处理。

Crl2、冷模具钢。

属于莱氏体钢。

常用的热处理方法有：

预备热处理是

球化退火。

退火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。

最终热处理一般是

淬火+低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+弥散粒状碳化

物+少量残余奥氏体。

8．说明下列钢号中Cr、Mn的作用：

15MnTi、20CrMnTi、GCrl5、、5CrMo、ZGMnl3．0Crl3、40MnB、9Mn2V、

CrWMn。

答：

15MnTi：

是低合金高强度钢。

Mn的作用是提高淬透性。

Cr能促进

Mn对第二类回火脆性的敏感性；Mn还有促使晶粒长大倾向。

20CrMnTi：

Cr是强碳化物形成元素，它能强化铁素体和增大淬透性。

MnMn提高淬透性。

GCrl5：

Cr能提高淬透性和减少热敏感性，与它碳形成的合金渗碳体

（Fe·Cr）3C在退火时集聚的倾向不无Cr的渗碳体小，所以Cr能使渗碳

体细化。

Mn提高淬透性。

ZGMnl3:

Mn的作用是：

保证热处理后得到单相的奥氏体。

0Crl3：

铬是使不锈钢获得耐腐蚀性的最基本元素。

在氧化性介质中，

铬能使钢表面很快生成-层氧化膜，防止金属基体继续破坏。

含铬钢在氧化

性介质中的耐腐蚀性能随铬量的增加而提高，当含铬最达13%左右时（1/8

原子比），大大提高了钢的电极电位，使耐腐蚀性发生一个跳跃式突变，所

以不锈钢中含铬量一般均在13%以上

40MnB：

Cr是强碳化物形成元素，它能强化铁素体和增大淬透性。

Mn

Mn提高淬透性。

9Mn2V：

高碳低合金冷变形模具钢。

Mn溶入铁素体后起强化作用；溶

入渗碳体中形成（Fe·Mn）3C渗碳体类型的碳化物.

CrWMn：

Cr、Mn能提高淬透性。

Cr是碳化物形成元素，能使钢中有较

多的碳化物，因此Cr提高了此钢的硬度和耐磨性。

9．材料库中存有：

42CrMo、GCr15、T13、60S12Mn。

现要制作锉

刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用

状态下的显微组织。

答：

锉刀：

T13。

热处理方法有：

预备热处理：

①球化退火、②正火、

③除应力处理。

最后热处理：

①淬火、②回火。

齿轮：

42CrMo。

热处理方法：

淬火+低温回火。

10．40钢及T12钢小试样经950℃水冷、950℃空冷、760℃水冷，720

℃水冷处理后的组织各是怎样的组织？

解：

钢号950℃水冷950℃空冷760℃水冷720℃水冷

40钢M+A’S+TM+A’+FM+A’+F

T12M+A’S+TM+A’+Fe3CⅡM+A’+Fe3CⅡ

11．对一批45钢零件进行热处理，不慎将退火件与正火件弄混，如何

用最简便的方法将它们区分开？

为什么？

答：

退火的目的：

降低硬度、细化晶粒、提高素塑性、消除偏析、消

除内应力。

获得的组织是珠光体。

正火的冷却速度快，过冷度大，获得的组织是索氏体（组织细、强

度、硬度好）。

所以，45钢退火后硬度降低；而正火后硬度提高，因此简

便的区分方法是测硬度。

12．材料库中存有：

40Cr、GCr15、T12、60Si2Mn、W6Mo5Cr4V2。

现要制作挫刀、齿轮、弹簧，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法

及使用状态下的显微组织。

答：

齿轮：

40Cr。

常用的热处理方法有：

调质钢零件的热处理主要是

毛坯料的预备热处理（退火或正火）以及粗加工件的调质处理。

调质后组织

为回火索氏体。

挫刀：

T12。

热处理方法有：

预备热处理：

①球化退火、②正火、③除

应力处理。

最后热处理：

①淬火、②回火。

弹簧：

60Si2Mn。

热处理方法有：

淬火+中温回火。

使用状态下的金相

组织是：

回火托氏体。

13．铝合金可以象钢一样进行马氏体相变强化吗？

可以通过渗碳、氮

化方式表面强化吗？

为什么？

答：

不能。

因为对于含碳量较高的钢经淬火后立即获得很高的硬度，

而塑性则变得很低。

而对铝合金则不然，铝合金测淬火后，强度与硬度并

不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。

但这种淬火后的合

金，放置一段时间（例如放置4—6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑

性则明显降低。

淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显若提高的现象

叫时效。

所以铝合金是能通过热处理来提高强度，但不是通过相变来提高

强度，而是通过时效来提高强度。

渗碳、氮化方式强化表面是在材料表面渗入碳、氮元素，来提高表面

硬度，因此它同样适合铝合金

14．试选用适宜的铝合金和铜合金牌号来制造下列零件：

柴油机用活

塞、发动机滑动轴承、高级精密弹簧、冷凝器。

答：

油机用活塞：

ZL108或ZL201

高级精密弹簧：

QA17或QBe2

发动机滑动轴承：

ZSn8-4

冷凝器：

ZL105__