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1、合金元素在钢中的存在形式1形成铁基固溶体 （1）形成铁基置换固溶体（2）形成铁基间隙固溶体2形成合金渗碳体或碳化物3形成金属间化合物4形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相2、奥氏体形成元素和铁素体形成元素有哪些？对A、S点的影响如何？奥氏体形成元素：开启相区(无限扩大相区) ：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的相从相图上消失，相保持到室温，故而由相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。扩展相区(有限扩大相区)：虽然相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与-Fe和-Fe均形成有限固溶体，并且也使A3（GS线）降低，A4（JN线）升高，但最终不能使相区完全开启。 这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。相区借助C及N而扩展，当C含量在02.11%（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础。相稳定化元素（铁素体形成元素） ： 合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭相区(无限扩大相区)；缩小相区(不能使相区封闭)。封闭相区(无限扩大相区) 当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使相与相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有-相变，与-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及Be 等。但应该指出，含Cr 量小于7%时，A3 下降；含Cr 量大于7%时，A3 才上升。缩小相区(不能使相区封闭)合金元素使A3 升高，A4 下降，使相区缩小，但不能使其完全封闭。这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta 等。3 、形成碳化物碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是钢中主要的强化相。碳化物形成元素均位于Fe的左侧。 合金元素对碳在固溶体中活度的影响主要表现在存在于固溶体中的合金元素，会改变金属原子与碳的结合力或结合强度。碳化物形成元素增加固溶体中碳与合金元素之间的结合力，降低其活度。 合金元素对碳在奥氏体中的活度具有很重大的意义。如Cr、Mo和W等降低C的活度，即提高了C在A中结合力，因而使扩散激活能升高扩散系数下降。合金元素与碳的相互作用具有重大的实际意义。它关系到所形成的碳化物的种类、性质和在钢中的分布。而所有这些都会直接影响到钢的性能，如钢的强度、硬度、耐磨性、塑性、韧性、红硬性和某些特殊性能。同时对钢的热处理亦有较大的影响，如奥氏体化温度和时间，奥氏体晶粒的长大等。 需要指出的是Si是个例外，它能升高扩散激活能，降低扩散系数，造成这个例外的原因，则是由于Si虽提高C的活度，但同时降低了Fe原子的活动性，即增加了Fe在固溶体中的结合能，因而得到与Ni、Co相反的结果。4、碳钢中的常存杂质1.锰（ Mn ）和硅（ Si ） 炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。 Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，。 Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。 Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。2硫（S）和磷（P）S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。 P：可固溶于-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。 S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。 3氮（N）、氢（H）、氧（O）N：N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。 H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。 O：在钢中形成硅酸盐或复合氧化物。 N、H、O是有害杂质。5、普通高强度结构钢的成分特点和主要应用？（1）低碳，这类钢中碳的质量分数一般小于0.2%，主要是为了获得较好的塑性、韧性、焊接性能。（2）主加合金元素主要是Mn，加很少Cr和Ni，是经济性能较好的钢种。（3）辅加合金元素Al、V、Ti、Nb等，既可产生沉淀强化，还可细化晶粒，从而使强韧性得以改善。（4）加入一定量的Cu和P，改善这类钢的耐大气腐蚀性能。（5）加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形态与分布，从而改善钢的力学性能和工艺性能。6、低碳贝氏体钢常加的合金元素有哪些？设计思想是什么？主加合金元素是Mo和B，显著推迟先共析铁素体和珠光体转变，而对贝氏体转变推迟较少。在此基础上再加入Mn、Cr、Ni元素，进一步推迟先共析铁素体和珠光体转变，并使Bs下降，以获得下贝氏体组织。通过微合金化，充分发挥Nb、V、Ti的细化晶粒和沉淀强化。在轧制或正火后控制冷却，得到低碳贝氏体组织，与相同含碳量的铁素体-珠光体组织相比，具有更高的强度和良好的韧性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可达490-780MPa7、 针状铁素体钢常加的合金元素有哪些？设计思想是什么？典型钢种：Mn-Mo-Nb钢。其成分范围：C0.10%，Mn：1.6-2.0%，Mo：0.2-0.6%，Nb：0.04-0.06%；有时还加0.06%V或0.01%Ti。屈服强度470MPa，伸长率20%，室温冲击值80J，并具有好的低温韧性。焊接性能良好。抗H2S腐蚀性好。碳：低碳量是为了增加Nb的碳化物沉淀；降低对韧性的损害。锰：Mn推迟铁素体-珠光体相变，降低 BS点，使针状的铁素体在450以下形成；也是固溶强化元素。钼：Mo能有效地推迟铁素体而不影响贝氏体相变；Mo与Mn联合使用还有利于得到细晶粒的针状铁素而不是粗大的多边形铁素体。铌：通过沉淀相Nb(C,N)的析出能有效地产生沉淀强化，并且在奥氏体热轧时，沉淀相Nb(C,N)也可以细化晶粒。显微组织：低碳或超低碳的针状铁素体（属于贝氏体），其片呈板条状，具有高密度位错。相变开始发生在较上贝氏体为高的温度范围里。应用于制造寒带输送石油和天然气的管线。8、氮化钢的特点是什么？合金元素对渗氮有什么影响？优点：明显提高零件疲劳强度和耐磨性；具有对水、油等介质的耐腐蚀的能力； 零件的变形量很小；氮化层在较高的温度仍能保持其硬度。 缺点：生产周期长，成本高。1 表面硬度：要求高耐磨性的零件，表面硬度高达HV9001000； 仅要求高疲劳强度的零件，表面硬度可以为HV500800。 2 心部硬度：在氮化处理前零件经受调质处理，零件硬度为HV200300，为回火索氏体组织，经氮化处理后，心部还具有良好的综合机械性能。 氮化物形成元素(如铝、钛、铌、钒、钼、铬、钨等)能在相中形成微细的氮化物颗粒，对相起强化作用。铝、钛、铌、钒是最有效的元素，其次是铬、钼、钨等元素；氮化物形成元素阻碍氮原子向内部扩散，减少氮化层的层深；非氮化物形成元素（如镍、硅、铜等）则阻碍氮原子的吸收，降低表面氮浓度，减少氮化层的深度。9 、高锰耐磨钢成分设计的原理是什么？ 高锰钢是指含10%14%Mn和0.9%1.4%C的合金钢。 铸态组织：奥氏体+网状碳化物。淬火组织：固溶处理后可以得到单相奥氏体组织，这种奥氏体组织软且有很高的韧性，并具有低的屈服强度。 硬度180HB220HB，冲击韧性大于150J/cm2； 性能特点：这种组织的钢在受到冲击载荷及高压力的作用下，其表面层将迅速产生加工硬化，从而产生高耐磨的表面层，而内层仍然保持优良的冲击韧性，因此即使零件磨损到很薄，仍能承受较大的冲击载荷而不破裂；冷作硬化的本质：是通过大量形变在奥氏体基体中产生大量层错、形变孪晶、-马氏体和-马氏体，成为位错运动的障碍。经强烈冲击后，钢的表面硬度极大地提高到500HB左右，而心部仍保持韧性的奥氏体，所以能承受强有力的冲击载荷而不破裂。 高锰钢的成分特点：高锰钢中碳含量自1.0%增至1.5%时，表面硬化后的硬度增加，耐磨性可提高23倍，强度亦提高，但冲击韧性下降，增加开裂倾向，故碳含量以1.15%1.25%范围为最合适。 锰可以扩大相区，增加奥氏体的稳定性。通常Mn/C的比值应为911，以保证获得奥氏体的组织。Mn/C比值的确定： 对于耐磨性要求较高、冲击韧性要求略低、形状不太复杂或薄壁的零件，碳含量可选1.2%1.3%，锰含量为11%14%，Mn/C比取低限；对于冲击韧性要求较高、耐磨性要求略低、形状复杂或厚壁的零件，碳含量可选0.9%1.1%，锰10%13%，Mn/C比可取高限；高锰钢中加入2.0%4.0%Cr或适量的Mo和V，能形成细小的碳化物，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性；加入稀土金属元素：可以进一步提高钢液的流动性，增加钢液充填铸型的能力，减少热裂倾向，显著细化奥氏体晶粒，延缓铸后冷却时在晶界上析出碳化物；稀土元素还能显著提高高锰钢的冷作硬化效应及韧性，提高使用寿命。10、马氏体时效钢的合金原理合金化原理：马氏体时效钢的高强度来源于合金元素的固溶强化、马氏体相变的冷作硬化和时效析出金属间化合物的沉淀强化。由于马氏体时效钢的强化效应是由于置换元素在马氏体中固溶及沉淀析出所造成的，且这些置换元素大都是铁素体形成元素，因此要能够得到马氏体基体，必须加入扩大A相区的元素。主加元素Ni 加入一定量的钴Co 钼钛、铝、钼、铌等11、易削钢的主加合金元素有哪些？设计思想是什么？易切削钢中常加入的合金元素是S、P、Se、Te、Pb、Ca等。 形成MnS、MnTe、PbTe、CaS、-CaOSiO2、2CaOAl2O3SiO2等，或Pb的金属夹杂物。 热轧时，夹杂物沿轧向伸长，呈条状或纺锤状，破坏钢的连续性，减少切削时对刀具的磨损。 12、提高钢的耐蚀性的基本途径？工程上常见的腐蚀形式有哪几种？提高基体的电极电位，来降低原电池电动势； 使钢具有单相组织，减少微电池的数量； 使钢表面生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等。化学腐蚀：金属和化学介质直接发生化学反应造成的腐蚀称化学腐蚀。电化学腐蚀：电化学腐蚀是金属腐蚀更重要更普遍的形式，它是由于不同金属或金属的不同相之间，电极电位不同，构成原电池而产生的。电化学腐蚀形式：一般腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀。13、 消除晶间腐蚀的方法（1）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区。（2）降低奥氏体不锈钢中的碳含量。C0.03%，没有晶间腐蚀发生。（3）加入强碳化物形成元素Ti和Nb，形成稳定的TiC或NbC。（4）钢中有10-50%体积的d铁素体，可改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。14、铁素体不锈钢的脆性大的原因： 高铬铁素体钢的缺点是脆性大，其原因主要是：（1）粗大的原始晶粒v 这类钢铸态下组织粗大，不能通过加热冷却过程中的相变来细化，只能通过压力加工来碎化；（2）相v 相具有高的硬度(HRC68以上)，常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。 （3）475脆性 v 高铬钢中，当含Cr15%时，在400500温度范围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时，钢在室温下变得很脆。这个现象尤以475加热最甚，因而这种脆性被称为475脆性。 v 475加热时，铁素体内的铬原子趋于有序化，形成许多富铬的铁素体(80%Cr、20%Fe)，它们与母相保持共格关系，引起晶格畸变和内应力，此时，钢的强度升高，冲击韧性降低。（4）钢中含有C、N、O等杂质及夹杂物。15、 何谓蠕变极限和持久强度，提高高温强度的途径有哪些？蠕变：钢和合金在温度和应力作用下将发生连续而缓慢的变形。1、蠕变强度：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的应力。2、持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。3、持久寿命：在规定温度和规定应力作用下断裂的时间。16、 合金元素对化学稳定性的影响 Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。Cr、Al、Si提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性。钢表面氧化膜的结构：外层：Fe2O3；中间层Fe3O4；内层FeO，当FeO出现时钢的氧化速度剧增；Cr、Al含量较高时，钢的表面出现致密的Cr2O3或Al2O3保护膜。含硅钢中生成Fe2SiO4氧化膜，具有良好的保护作用。Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提高钢的抗氧化能力。Si由于增加钢的脆性，加入量受到限制，只能作辅加元素。17、与碳钢相比，铸铁的成分、性能和应用如何？成分特点：与碳钢相比较，有较高的碳和硅含量，还有较高的杂志元素S和P。 性能特点：（1）机械性能低 铸铁的机械性能主演取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。（2）良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性、优良的切削加工费行和铸造性能。18、灰口铸铁有哪几种类型？其不同的基体组织是如何获得的？灰口铸铁按石墨的形状又可分为：灰口铸铁石墨为片状；球墨铸铁石墨为球状；可锻铸铁石墨为团絮状；蠕墨铸铁石墨为蠕虫状。灰口铸铁：碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈灰色 。 球墨铸铁：与灰铸铁相比，其特点是碳和硅的含可锻铸铁的生产工艺；球墨铸铁生产中，铁水在临浇铸前加入一定量的球化剂，以促使石墨结晶时生长为球状的工艺操作称为球化处理。 由含碳、硅量不高的白口铸铁件经长时间石墨化退火而制得的。可锻铸铁：第一步先浇铸成白口铸铁，第二步再经高温长时间的石墨化退火使渗碳体分解出团絮状石墨。量高，锰含量较低，磷、硫含量低，并含有一定量的稀土与镁。蠕墨铸铁：化学成分要求与球墨铸铁相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土与镁。在铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理和孕育剂进行孕育处理。 19、 影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？石墨化是珠光体型钢在工作温度和应力长期作用下，碳化物分解成游离石墨的过程。当石墨形成后，不但消除或降低了碳化物的第二相强化作用，而且石墨存在于钢中也割裂了基体（相当于小裂纹），使钢的强度及塑性显著下降。C、Al、Si 等是促进石墨化元素，因此这类钢冶炼时一般不用Al 脱氧。V、Cr 等是阻碍石墨化的元素。为了保证并促进碳化物弥散强化，这类钢中常加入Mo、W、V、Nb、Ti 等附加合金元素，并配合适当的热处理，以获得稳定的弥散强化效果。对于第二相强化，合金化的主要目的不仅是获得一定数量的强碳化物相，更重要的是阻止珠光体的球化和碳化物的聚集，阻止钢中的C 发生石墨化，保证并促进碳化物弥散强化。20、铝合金的类型，他们的主要强化方式？根据合金元素的含量和加工工艺特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金按其成分和性能特点可分为不能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。强化方式：固溶强化、时效强化、过剩相强化、细化组织强化21、铜合金有哪几类？黄铜的主要用途？青铜、黄铜、白铜。黄铜的应用：H96、H90、H85有良好的导电、导热和耐蚀性，有合适的强度和塑性，大量用于冷凝器和散热器。H70、H68强度较高塑性特别好，用于深冲或深拉制造复杂的零件，如散热器外壳、导管、波纹管以及枪弹和炮弹壳体。H62、H59可经受高温加工。强度高、塑性较好，制造销钉、螺帽等。22、钢中合金元素的主要作用：Ni、Co和Mn形成以-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以-Fe为基的无限固溶体。 Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如-Fe(Mo)和-Fe(W)等。 Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。 Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。 Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。23、明确各类钢的典型钢号、含碳量大致范围，最终热处理工艺，使用状态显微组织和主要应用。按钢的质量（品质），碳钢可分为 （1）普通碳素钢：wS0.05%，wP0.045%。 （2）优质碳素钢：wS0.035%，wP0.035%。（3）高级优质碳素钢：wS0.02%， wP0.03%。（4）特级优质碳素钢：wS0.015%， wP0.025%。 按钢的用途分类，碳钢可分为 （1）碳素结构钢：主要用于各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等。也可用于不太重要的机件。 （2）优质碳素结构钢：主要用于制造各种机器零件，如轴、齿轮、弹簧、连杆等。 （3）碳素工具钢：主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具等。 （4）一般工程用铸造碳素钢：主要用于制造形状复杂且需一定强度、塑性和韧性零件。按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为 （1）沸腾钢 （2）镇静钢。 （3）半镇静钢 （4）特殊镇静钢 普通碳素结构钢 典型牌号、性能与用途：Q195、Q215：含碳量很低，强度不高，但具有良好的塑性、韧性和焊接性能，常用作铁钉、铁丝、钢窗及各种薄板等强度要求不高的工件。 Q235A、Q255A：用于农机具中的拉杆、小轴、链等。也用于建筑钢筋、钢板、型钢等；Q235B、Q255B：用作建筑工程中质量要求较高的焊接结构件，机械中一般的转动轴、吊钩、自行车架等；Q235C、Q235D：质量较好，可作一些重要的焊接结构件及机件。Q255、Q275：强度较高，其中Q275属于中碳钢，可用作制造摩擦离合器、刹车钢带等。24、高速钢W18Cr4V的最终热处理工艺，说明工艺制定的原因。18-4-1钢的淬火温度是1280。钢的正常淬火组织是马氏体碳化物残余奥氏体(30%左右)。回火温度在500-600之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550-570时可达到硬度、强度的最大值。在此温度区间，自马氏体中析出弥散的钨(钼)及钒的碳化物(W2C、Mo2C、VC)，使钢的硬度大大提高，这种现象称为二次硬化。 当回火温度500600之间时，残余应力松弛，基体中析出了部分碳化物，使残余奥氏体中合金元素及碳含量下降，Ms点升高。这种贫化的残余奥氏体，在回火后的冷却过程中，转变为马氏体，使钢的硬度也有所提高。为了降低残余奥氏体量，需增加回火冷却次数，三次回火后残余奥氏体量完全转变。 1、简述铜合金的类型？黄铜（Cu-Zn系）青铜（Cu-Sn Cu-Al Cu-Be Cu-Si系）白铜（Cu-Ni系）2、按成分和组织特点举例说明Ti的合金分类钛合金：Ti-8Al-1M-1V ;钛合金:Ti-15V-3Gr-3Sn-3Al;+钛合金:Ti-6Al-4V等三大类。3、举例说明Mg、Al合金分类变形Mg合金：主要合金系为Mg-Zn-Zr系 Mg-Al-Zn系Mg-稀土-Zr系 Mg-Mn系 变形Al合金按成分和性能特点分：1不能热处理强化的Al合金：铝锰防锈铝合金、铝镁防锈铝合金2可热处理强化Al合金：硬铝、锻铝、超硬铝、铝锂合金3烧结铝粉4快速凝固铝合金4、为什么灰口铸铁在650-950 反复加热和冷却时会导致体积膨胀甚至开裂？如何减弱这种现象？第一次加热时的体积膨胀是渗碳体分解为石墨所造成的，第二次以后主要是共析转变引起的膨胀，它又引起了微裂纹进而在微裂纹内发生氧化，产生附加体积膨胀，加入碳化物形成元素Gr Mo V可阻碍P中渗碳体分解为石墨的进程。5、铸铁的铸造性能为什么好于钢？因为铸铁的含碳量高，熔点低，流动性好，收缩率小，铸件内应力小6、简述球墨铸铁的化学成分控制原理球墨铸铁的碳含量应控制在共晶成分或稍高有利于石墨球化合避免产生白口组织，一般碳含量为3.6%-3.9%硅含量2.0-2.5%，可防止白口组织，有利于较多的石墨半径小，圆整度好。硅含量不能过高以防止韧性降低，硫含量应低于0.1%，石墨化元素是稀土元素和Mg。首先起脱硫作用，然后再起石墨球化作用，残留Mg含量为0.03-0.08%，残留稀土为0.02-0.04%。球墨铸铁的孕育剂是硅铁合金，防止球化元素带来的白口化倾向，使石墨更圆整和细化以提高塑性和韧性。7举例说明四种铸铁的牌号并举例灰口铸铁：HT+最低抗拉强度值,例如HT100表示最低抗拉强度为100Mpa灰口铸铁。球墨铸铁：QT+最低抗拉强度+最低延伸率，例如QT400-18表示最低抗拉强度为400Mpa最低延伸率为18%的球磨铸铁。可锻铸铁：KT（H:黑心可锻铸铁。Z：珠光体可锻铸铁。B：白心可锻铸铁）+最低抗拉强度和伸长率，如：KTH300-06表示最小抗拉强度是300Mpa最低伸长率6%的黑心可锻铸铁。KTZ450-06表示最小抗拉强度是450Mpa最低伸长率6%的珠光体可锻铸铁。KTB350-04表示最小抗拉强度是350Mpa最低伸长率4%的白心可锻铸铁。蠕墨铸铁：RuT+最小抗拉强度值，例如RuT420表示最低抗拉强度为420Mpa的蠕墨铸铁。8成分对钢耐蚀性影响1）碳 碳能强烈的稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力为Ni的三十被；碳与Cr能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响。2） Cr 提高钝化膜稳定性的必要元素，Cr10-12%合金的钝化能力显著提高，摩尔分数提高到12.5%、25%、37.5%，合金在硝酸中的腐蚀速度都相应有一个突然降低，当Cr含量达到1/8，2/8时铁的电极电位跳跃式增加耐蚀性随之提高3） Ni提高钢的耐蚀性，在非氧化性硫酸中更显著。摩尔分数为12.5% 和25%时，耐蚀性明显提高。Ni是奥氏体稳定化元素，Ni能有效降低Ms点，使奥氏体能保持到很低温度。4） Mn提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性，比 Ni更有效，Mn是Ni的代用品是奥氏体稳定化的元素，Mn在奥氏体不锈钢中部分替代Ni,2%Mn相当于1%Ni。5） Mo提高不锈钢的钝化作用和耐蚀性，可阻止点蚀。6） Si提高钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性，在不锈钢中加入2%-4%的硅，提高耐蚀性。7）Ti Nb 是强的碳化物形成元素,可优先于Cr同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀提高耐蚀性。9晶间腐蚀产生的原因（1）由钢中的碳引起的。（2）相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。 固溶的Mo和Ti促进相在晶界析出，在晶界产生贫铬区。（3）钢中氮含量。 N0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加晶间腐蚀倾向。（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理也会发生晶间腐蚀。10应力腐蚀：1、不锈钢应力腐蚀的介质特点 引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质特点是含有氯离子。2、应力对应力腐蚀的影响 只有张应力才会引发应力腐蚀。3、温度对应力腐蚀的影响 温度愈高，应力腐蚀破断时间愈短。4、组织对应力腐蚀的影响 含铁素体的复相不锈钢有低的应力腐蚀敏感度。 在不稳定奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对应力腐蚀有害。5、化学成分对应力腐蚀的影响 Ni（Ni45%不产生应力腐蚀）、C、Si（2-4%）、Cu（2%）降低应力腐蚀敏感度； N（0.04%）、Cr、Mo、P、As、Sb、Bi、Al、S促进应力腐蚀敏感度。 11 点腐蚀：不锈钢在含Cl-介质中表面和出现点状凹陷腐蚀，故称点腐蚀。12 F不锈钢：（1）Cr13型 如0Cr13 、0Cr13Al 等常用作耐热钢;(2) Cr16-19型如Cr17、 Cr17Ti、 Cr17M01Nb等，可耐大气、淡水、稀硝酸介质腐蚀。（3）Cr25-28型 如Cr25Ti、Cr26M01、Cr28等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。13 A不锈钢：Cr-Ni系不锈钢0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni7Cu2、00Cr17Ni8SiCu、做液氮或更低温度液体的压力容器。Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系不锈钢1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N适用于要求耐蚀的同时又要较高的屈服强度的零件。亚稳A不锈钢1Cr18Ni8、1Cr18Ni8Mo、Cr15Mn14N用来制作不锈弹簧；采用零下T轧制和低温回火。Cr-Ni-Mo-Cu系：1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti适用于再非氧化性酸中工作。Cr-Ni-Mo-N系：00Cr22Ni22Mo2.5N、00Cr22Ni6Mo3N、Cr22Ni26Mo5Ti、Cr26Mo4等用于在适合卤族元素介质中，抗点腐蚀的钢，也用于耐海水腐蚀的海洋设备上。14 M不锈钢：低C的13%Cr钢 如1Cr13、2Cr13可用于制造汽轮机叶片、抗弱腐蚀介质并承受冲击的零件，如螺栓、螺母等机械构件。低C的17%Cr-2%Ni钢 如1Cr17Ni2等，可用于制造高强度耐蚀件。中C的13%Cr钢 如3Cr13、4Cr13可用于制造耐磨的零件如阀门零件、轴承、弹簧和医用手术刀等。高C的18%Cr钢如9Cr18等，可用于制造轴承和手术工具等。15 高强度不锈钢设计思想：沉淀强化析出强化相（时效）16 M不锈钢的热处理：软化处理(高温回火、完全退火)改善切削性能、调质处理，为了获得高的综合机械性能、淬火及低温回火（获得高硬度和高耐磨性）。17 高温强度指标：蠕变强度，持久强度，持久寿命。第一章1钢中常用的合金元素有哪些？哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？答：目前钢铁种常用的合金元素有十几个：B、C、N、Al、Si、P、S；Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu;Y、Zr、Nb、Mo;La族。合金元素中，在-fe中有较大溶解度并能稳定-fe的元素，通常称为A形成元素。而在a-Fe中有较大溶解度并使a-fe不稳定的元素，称为F形成元素。A形成元素：Ni、Co、Mn、C、N、Cu、Zn、Au等。F形成元素：Si、Al、和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti、及P、Be等。Sn、Sb、As;B、Zr、Nb、Ta、S等。2合金元素与碳的亲和力与什么条件有关？请例举几种强、中等强、弱碳化物形成元素。答：合金元素与碳的亲和力主要取决于其d层电子数，d层电子越少，则金属元素与碳的结合强度越大，在钢中的稳定性也越大。Ti、Zr、Nb、V是强碳化物形成元素。W、Mo、Cr是中等强度碳化物形成元素。Mn、Fe属于弱碳化物形成元素。3简述合金钢中碳化物形成规律。答：1）碳化物是钢中主要的强化相，碳化物形成元素均位于Fe的左侧，非碳化物形成元素均处于周期表右侧。 2）金属元素的d层电子越少，则金属元素与C、N的结合强度越大，在钢中的稳定性也越大。3)当c/me0.59时碳与合金元素形成一种复杂点阵结构的碳化物。（Cr、Mn、Fe）当c/me=0.59 时，形成简单点阵的碳化物（间隙相）（Mo、w、V、Ti、Nb、Ta、Zr）4在铁碳相图中，含有0.77%C的称为共析钢，如果在此钢中添加Mn元素或者添加Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？答：Fe-C-Mn或Fe-C-Cr是过共析钢。 对共析含碳量，所有合金元素均降低共析含碳量。只有W、Mo、Cr、当其含碳量高时出现特殊碳化物时所形成共析组织的含碳量稍有升高。0.77%-s%5请说出下列钢号表示何类钢种，大致的含碳量和合金元素含量，他们的共析温度是上移还是下移（与碳钢相比）？为什么？45、40Cr、42Mn答：45：优质碳素结构钢，碳含量0.45%，合金元素含量无，不变。 40Cr：低合金结构钢，碳含量0.4%，合金元素含量1.5%，使共析温度上移，是缩小r相区的元素。 42Mn：优质碳素结构钢，碳含量0.42%，较高含锰量，使共析温度下移，是扩大P相区的元素。 6钢中的常见相有哪些，分别加以说明？答：1）a，形成铁基置换固溶体 b，形成铁基间隙固溶体。2）形成合金渗碳体。3）形成金属间化合物。4）形成非金属相（非碳化物）及非晶体相。7为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？答：S：在固态铁中的溶解度极小，S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆裂。 P：可固溶与a-Fe,但剧烈的降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。S和P降低钢的韧性是有害杂质。第二章1 提高钢的强度，有哪些措施？提高钢的韧性，有哪些措施？ 答：对F-P组织加入合金元素提高强韧性。在F-P钢中合金元素对强化贡献有：1）溶入 F起固溶强化。2）细化晶粒起细晶强化。3）析出弥散的碳化物，碳氮化物，起沉淀强化。4）增加P含量。2 简单介绍低合金钢的合金化思路？ 答：为提高碳素工程结构钢的强度，而加入的少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化细晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转化温度降低，来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转化温度升高。3 双相钢组织性能特点和获取方法？ 答：双相钢的显微组织是通过在r+a两相区加热淬火或热轧后空冷得到20%到30%马氏体和80%到70%铁素体，即显微组织：F+岛状（或纤维状）M+少量A。性能特点：1）低的屈服强度，一般不超过350MPa。2）-曲线光滑连续，没有屈服平台，要无锯齿行屈服（应力-应变）现象。3）高的均匀延伸率和总延伸率，其总延伸率在24%以上。4）高的加工硬化指数，n值大于0.24。5）高的塑性应变比（r）。根据生产工艺，双相钢可分为退火双相钢和热轧双相钢两大类。退火双相钢：将板带材在两相区（r+a）加热退火，然后空冷或快冷得到F+M组织。热轧双相钢：在热轧状态下，通过控制冷却得到F+M的双相组织其生产工艺为：1150-1250C加热870-925终轧，空冷到455-635卷取。4简述低碳马氏体的强韧化途径答低碳M锻轧后空冷：B+M+F；锻轧后直接淬火并回火：低碳回火M。低碳回火M具有高强度高热性和高的疲劳强度。强韧化途径：1低碳加入Mo、Nb、V、B等与合理含量的Mn和Cr配合。2提高淬透性加入Nb微合金元素细化晶粒。第三章 机械制造结构钢1请介绍调质钢的成分特点和常规热处理工艺答：1调质钢的成分特点：中碳，碳含量一般在0.3%0.5%2合金元素：主加合金元素：Cr Mn Si Ni；辅加合金元素：Mo W V Ti Al B等常规处理工艺：1，预备热处理：合金含量较少时，一般采用在Ac3线以上加热进行正火。合金含量较多时，一般采用在Ac3线加热进行正火，随后再进行一次高温回火。2，最终热处理：，淬火：将钢件加热至Ac3线以上进行淬火。，回火。，表面处理。2列举出常用调质钢的典型钢号，说明合金元素在调质钢中的主要作用？答：合金调质钢按淬透性高低可分为低，中，高淬透性三类。（1）低淬透性合金调质钢：40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、38CrSi、40MnVB等（2）中淬透性合金调质钢：35 CrMo、40 CrMn、40 CrNi、30 CrMnSi等（3）高淬透性合金调质钢：37 CrNi3A、40 CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。合金元素的主要作用： 提高淬透性； Cr、Mn、Si、Ni溶于相，起固溶强化作用。 Cr、Mo、W、V等阻碍相的再结晶，也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使钢保持高硬度。 加入Mo、W来防止回火脆性。 V、Ti、Al起细化晶粒的作用。（7）C：是降低调制钢冲击韧性的元素， P：对冲击韧性危害甚大。4有些普通弹簧冷卷成型后为什么要进行去应力退火？车辆用板簧淬火后，为什么要用中温回火？答：普通弹簧冷卷成型后有内应力的存在，需要进行去 应力退火消除应力。车辆用板簧属于大型弹簧，在热成型后，要进行淬火及中温回火，以获得所需求的性能（较高的弹性极限和屈服极限）5说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要特点，合金元素的作用和用途。答：20Cr（低淬透性合金渗碳钢）此类钢通常只用于制造冲击载荷较小的，且对于心部要求不高的小型渗碳件如小齿轮、套筒、链条等。Cr元素：提高钢材的渗透性，提高钢件的强度和韧性，加大渗碳的厚度。20CrMnTi（中淬透性合金渗碳钢）：具有良好的机械性能和工艺性能。淬透性较高过热敏感性小。合金元素提高钢材的淬透性，提高钢材的强度和韧性。Cr加大渗碳层的厚度，Mn是一个较好的合金元素，既可加速渗碳层的厚度，又不过多提高渗碳层的含碳量。Ti减小渗碳层的厚度，此种钢大量用于制造承受高速中载荷并要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车和拖拉机上的重要齿轮及离合器轴等。18Cr2Ni4WA（高淬透性合金渗碳钢）：具有很好的韧性，特别是低温冲击韧性。Ni减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。主要用于制造大截面，高载荷的重要齿轮和耐磨件，如飞机，坦克的重要齿轮及曲轴等。6说明38CrMoAlA钢的主要性能特点，各合金元素的作用和用途。答38CrMoAlA（氮化钢）：表面高硬度，高耐磨性，高疲劳强度，心部具有良好的综合机械性能。Cr，Mo，Al能在相中形成微细的氮化物颗粒，对相起强化作用。阻碍氮原子向内部扩散，减小氮化层的层深。Al是非碳化物形成元素，Al的存在并不增加钢中碳化物的溶解温度。Cr、Mo增大钢的淬透性。Cr元素溶入M中时使钢在400度500度回火时保持高的强度，Mo元素溶入M中时能使钢在500度600度回火时保持高的强度。还可使钢在510800度氮化长期保温和随后炉冷时不至产生回火退化。广泛应用要求高耐磨性，高硬度表面的零件。7为什么滚动轴承钢的含碳量都为高碳？滚动轴承钢中常含有哪些元素？各起什么作用？为什么含Cr量限制在一定范围？答 滚动轴承性能的要求之一是有高的淬透性和高的耐磨性，而主要取决于含碳量因而为了保障滚动轴承钢有较高的硬度和耐磨性轴承钢的含碳量很高。滚动轴承钢中常含有Cr（主加合金元素）、Si、Mn、Mn、V等Cr的作用是提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性提高钢的回火稳定性。加入Si、Mn、Mn、V可以进一步提高淬透性。适量的Si（0.4%-0.6%）还能明显提高钢的强度和弹性极限。V除提高淬透性之外还可形成VC，提高钢的耐磨性并防止过热。适宜的Cr含量为0.4%-1.65%当Cr含量高于以后会使A增加使钢的硬度和尺寸稳定性降低同时增加碳化物的不均匀性， 降低钢的韧性，所以含Cr量要限制在一定范围。8滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有哪些要求？为什么？答对原始组织的要求：1原始组织必须无缩孔，皮下气泡白点和过烧；2严格控制非金属夹杂物（氧化物和硫化物）；3严格控制疏松级别；4改善表面碳化物不均匀性（网状带状和液析）；表面质量要求：硬度高耐磨性好具有较高的接触疲劳强度抗腐蚀性能好。冶金质量要求：严格控制非金属夹杂物（氧化物和硫化物），改善表面碳化物不均匀性（网状带状和液析）。 9.在使用状态下，滚动轴承钢的最佳组织是什么？在工艺上应如保证？在使用状态下，滚动轴承的最佳组织是M回加细粒碳化物以及A。淬火加低温回火。淬火：加热温度为820-840度。淬火后应立即回火，以消除内应力，回火温度一般为150-160度。保温时间2-4小时，最好在油中进行。球化退火：预先热处理，最终热处理。球化退火温度范围：770-810度。大于90度是最适宜的加热温度。10.试归纳总结各类机械结构用钢的含C量范围，热处理工艺，最终的组织及力学性能。（1）调质钢：中碳，含碳量一般在0.3-0.5%。I预备热处理：正火（合金含量较少的钢，Ac3以上）索氏体，正火（Ac3线以上）加一次高温回火M回加A。II最终热处理：淬火，将钢件加热至Ac3线以上进行淬火；回火：注意高温回火时的回火脆性问题 M回 回火索氏体；表面处理，M。在淬火高温回火后具有良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。（2）弹簧钢：碳素弹簧钢的碳含量一般为0.8-0.9%，合金弹簧钢的碳含量为0.45-0.7%；冷成型弹簧在冷成型之后要进行200-400度的去应力退火；热成形弹簧在热成形之后进行淬火及中温回火（回火屈氏体组织，要有高的弹性极限，具有高的疲劳强度和足够的塑性和韧性。（3）滚动轴承钢：高碳（0.95-1.15%，属于过共析钢）；预备热处理：球化退火，球状P组织；最终热处理：淬火加低温回火（极细的M回，均匀分布的细粒状碳化物以及少量的A 高的硬度和耐磨性，高的接触疲劳性能和弹性极限，一定的冲击性能。（4）渗碳钢低碳（0.12%0.25%）1预先热处理：第一步正火；第二步：退火（对型钢），高温回火（对型钢）2最终热处理：渗碳（零件渗碳表面；高碳回火马氏体加细小的碳化物，耐磨性高，硬度高）淬火+低温回火（零件非渗碳表面和基体部分（心部）；低碳回火马氏体。低碳回火马氏体+贝氏体。低碳回火屈氏体：具有好的强硬度与塑性的配合，简而言之，渗碳后空冷（正火处理）一次淬火二次淬火低温回火。（5）氮化钢，中碳（0.35%0.55%）。淬火高温回火氮化回火索氏体；具有高的疲劳强度和耐磨性，氮化层在较高的温度下仍能保持其硬度。11.什么是易切削钢？易切削钢常用作那些零件？易切削钢：对切削加工性能提出了新的要求，即要求提高切削加工速度，提高机械加工的生产率，延长刀具寿命，降低成本而发展起来的一类高强度钢，也称自动机钢。（印的）：这种钢在国外正被广泛使用于汽车制造等工业部门。12.在易切削钢中加入那些元素？它们对提高钢切削性能的作用机理是什么？易切削钢中常加入的合金元素是S、P、Se、Te、Pb、Ca等，形成MnS、CaS、MnTe、PbTe、-CaOSiO2、2CaOAl2O3SiO2等，或Pb的金属夹杂物。S以MnS夹杂物存在，热轧，热轧时沿轧向伸长呈条状，钢的横向性能随之下降。过高的w（Mn）/w（S）使MnS夹杂长宽比增高，对性能不利。钢中高Si或Al是MnS夹杂长宽比增加，含Pb易切削钢用来制作要求力学性能方向性小的零件。加入Te可进一步提高钢的切削性，可形成MnTe、MnS即金属Pb三者复合夹杂物。S-Te-Pb易切削钢能降低刀具磨耗，提高刀具寿命和零件表面光洁度。钢用Ca-Si脱氧时，钢中非金属夹杂物为2CaOAl2O3SiO2。机加工时，在刀具工作面沉积一层薄的熔点较低的铝酸钙保护膜，可延长刀具的使用寿命。13.高锰耐磨钢有什么特点？为什么会有这样的特点？如何获得这些特点？在什么情况下适合使用这类钢？性能特点：在受到冲击在和及高压力的作用下，其表面层将迅速产生加工硬化，从而产生高耐磨的表面层，而内层依然保持优良的冲击韧性。本质原因：是通过大量形变在A基体中产生大量层错，形变孪晶、-M和-M，称为为错运动的障碍。经强烈冲击后，钢的表面硬度极大地提高到了500HB左右，而心部仍保持韧性的A，所以能承受强有力的冲击载荷而不破裂。如何获得：碳含量以1.15%-1.25%范围内为最合适。通常Mn/C的比值应为9-11.（1）对于耐磨性要求较高、冲击韧性要求略低形状不太复杂或薄壁的零件：w（Mn）=11-14%，Mn/C取低限；（2）对于耐磨性要求略低、冲击韧性要求较高形状复杂或厚壁的零件：w（Mn）=10-13%，Mn/C取高限；加入2.0%-4.0%Cr或适量的Mo和V，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性加入一定量的稀土金属元素。主要用于制造要求耐磨及耐冲击的一些零件。如挖掘机的铲斗、碎石机的颚板、衬板等。还大量用于挖掘机、拖拉机、坦克等的履带板，主动轮和履带支承滚轮等。第四章1常用碳素工具钢和低合金工具钢的典型钢种有哪些，如何进行热处理，其主要用途是什么？(1)碳素工具钢的碳的质量系数在0.65%1.35%，钢号从T7到T13.球化退火，加热温度范围一般为730800，获得细而均匀分布的球状P。淬火和回火：淬火加热温度为A1+3050，属于不完全淬火。回火温度因工具的种类与用途而稍有差异，可以做低速切削的刃具和简单的冷冲模。(2)低合金工具钢，典型钢种有Cr2，9SiCr，CrMn，CrWMn等。可作刃具和量具。热处理：球化退火，淬火：加热温度比碳素工具钢稍高些。回火：160200。9SiCr钢适合与制造形状较复杂的小型工件，如丝锥，扳牙，钻头，铰刀等。CrWMn钢适于制作形状复杂的工件，如拉刀，扳牙，量具及形状复杂的高精度冲模。Cr2即GCr15，制作切削工具，量具及冷轧辊等。2.分析9SiCr,9Mn2v,CrWMn刚中的合金元素的作用（1）9SiCr，Si：增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性；Cr：是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，阻止渗碳体型碳化物的聚焦，长大，提高了马氏体的分解温度，从而有效的提高了钢的回火抗力；不能防止Si的石墨化倾向。（2）9Mn2v，Mn：提高钢的淬透性，但增加钢的过热倾向。V：更为有效的阻止奥氏体晶粒的长大，降低过热敏感性（3）CrWMn，Cr：是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，阻止渗碳体型碳化物的聚焦，长大，提高了马氏体的分解温度，从而有效的提高了钢的回火抗力；不能防止Si的石墨化倾向。W：形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热Mn：提高钢的淬透性，但增加钢的过热倾向。3.制定高速钢W18Cr4V的热处理工艺，冰说明工艺制定的原因？球化退火：退火温度为860880，在该温度下保温23小时淬火：淬火温度1280，在此淬火温度下，钢中合金元素开始溶解，油淬空冷正常组织是M+碳化物+残A回火：一般需进行三次560度，保温1小时的回火处理 M回+碳化物表面强化4.高速钢中常用合金元素的作用是什么，简述高速钢的二次硬化现象?C：重要铅华元素，C升高，淬火后的硬度和热硬性都增高W和Mo：提高热硬性，回火热稳定性和细化晶粒改善韧性Cr：提高淬透性，也增加耐蚀性和抗氧化性V：细化晶粒提高回火稳定性和热硬性Co：提高回火稳定性和热硬性。降低韧性，增大脱碳倾向。微合金元素：N：提高热硬性，同时也提高抗弯强度和挠度，改善韧性。 稀土金属：提高钢在9001150间的热塑性，高速钢回火