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抗力，从而强度得到提高。另一方面第二相质点本身就是位错运动的障碍物，位错移动时不能直接越过第二相质点。在外力作用下，位错可以环绕第二相质点发生弯曲，位错移过后，在第二相质点周围留下位错环。这增加了位错运动的阻力，也使滑移抗力增加。以上2个原因使金属材料得以强化。第二相以细小质点的形态均匀、弥散分布在合金中使合金显著强化的现象称为弥散强化。
37、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？ 答：合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）;提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
38、什么是钢的回火脆性?如何避免?
答：钢在回火过程中出现的冲击韧性降低的现象标为回火脆性。回火后快冷(通常用油冷)，抑制杂质元素在晶界偏聚，可防止其发生。钢中加入适当Mo或W[ω(Mo)＝0.5％，ω(W)＝1％]，因强烈阻碍和延迟杂质元素等往晶界的扩散偏聚，也可基本上消除这类脆性。
39、为什么说得到马氏体随后回火处理是钢的最经济而又最有效的强韧化方法？
答：淬火形成马氏体时，马氏体中的位错密度增高，而屈服强度是与位错密度成正比的。马氏体形成时，被分割成许多较小的取向不同的区域（马氏体束），产生相当于晶粒细化的作用，马氏体中的合金元素也有固溶强化作用，马氏体是过饱和固溶体，回火分析出碳化物，使间隙固溶强化效应大大减小，但使韧性大大改善，同时析出的碳化物粒子能造成强烈的第二相强化。所以，获得马氏体并对其回火是钢的最经济和最有效的综合强化方法。
40、为什么碳质量分数为0.4%，铬质量分数为12%的铬钢属于过共析钢，而碳质量分数为1.0%、铬质量分数为12%的钢属于莱氏体钢？
答：因加入12%铬，使共析点S和E点碳质量分数降低，即S点和E点左移，使合金钢的平衡组织发生变化（不能完全用Fe-Fe3C来分析），碳质量分数为0.4%、铬质量分数为12%的铬钢出现了二次碳化物，因而属于过共析钢；而碳质量分数为1.0%、铬质量分数为12%的钢已具有莱氏体钢。
43、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为： 锻造一热处理一机加丁一热处理一磨加工。
①写出其中热处理工序的名称及作用。②制定最终热处理(磨加工前的热处理)的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。
答：① 锻造一正火一球化退火一机加工一淬火、低温回火一磨加工。
正火：得到S+二次渗碳体、细化组织，消除网状二次渗碳体，为球化退火做准备。 球化退火：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，得到球状珠光体。改善机加工性能，同时为淬火做组织准备。
淬火：得到马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体。提高硬度，提高车刀的耐磨性。 低温回火：得到回火马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体，降低淬火应力，提高工件韧性，同时保证淬火后的高硬度和高耐磨性。
② 淬火：加热温度760℃，保温后水冷
低温回火：加热温度150—250℃，保温后(＜2h)炉冷或空冷。
成品组织：回火马氏体十碳化物十残余奥氏体； 硬度：58—64HRC
第三章
1、说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳的质量分数，各举出一个应用实例。
答：如表1-1所示 Q235A 15 45 65 T8 T12 钢 类 碳素结构钢 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 碳素工具钢 碳质量分数 0.14%～0.22% 约0.15% 0.42%～0.50% 0.62%～0.70% 0.75%～0.84% 1.15%～1.24% 应用实例 钢筋、钢板、钢管等 冲压件及焊接件，经热处理后可制造轴、销等零件 齿轮、轴类、套筒等零件 弹簧 冲头、凿子、锤子等工具 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30mm，都要求有较高的中和机械性能：σb≥800MPa，αk≥600KJ/m2。试问应选择什么材料及热处理工艺？
答：为满足机械性能要求，应考虑材料的淬透性能。对于直径为30mm的螺栓，选择40Cr，该钢有较好的渗透性。热处理工艺为850℃油淬，520℃回火；对于直径位为10mm的螺栓，选择45钢代替40Cr，可节约Cr且达到基本要求，热处理工艺为840℃水淬，600℃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，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：高速钢的成分特点是：（1）高碳，其碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.50%左右，它一方面能保证与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。（2）加入W、Cr、V、Mo等合金元素。加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。铬的碳化物Cr23C6在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后W、Mo存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。这种碳化物在500～600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶得碳化物能起到阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。V能形成VC（或V4C3），非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。热处理特点是1220～1280℃淬火+550～570℃三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。性能特点是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。其在高速切割中刃部温度达600℃时，其硬度无明显下降。
8、W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+（30～50）℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？
答：若按照Ac1+（30～50）℃的常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，淬火加热温度为850～870℃，不能达到高速切削刀具要求的性能。因为高速钢中含有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，它们只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为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钢种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，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。
11、试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。
答：在40Cr中：提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度。
在GCr15中：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。
在CrWMn中：提高淬透性。
在1Cr13中：提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高。
在1Cr18Ni9Ti中：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，提高淬透性。
在4Cr9Si2中：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讨论下列问题。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；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) 如下表所示。 用途 热处理工艺 渗碳—淬火—低温回火（870℃油淬+200℃回火） 淬火+中温回火 最终组织 表面为合金渗碳体、回火M和少量残余奥氏体，心部多数情况下为T、回火M和少量铁素体 回火T 回火M 汽车、拖拉机上的变速箱20CrMnTi 齿轮等重要零件 65 T8 40Cr 弹簧 冲头、凿子、锤子等工具 淬火+低温回火 连杆螺栓、进气阀、重要齿轮、轴类件 870℃油淬+520℃回火 回火S 调质处理+表面淬火+低温回火 表面回火M、心部回火S
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。
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：铸铁性能优劣排序为：球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁。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) 钢铁的铸造性能良好，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，使铸铁有很好的抗震性能；(5) 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。其主要缺点是韧性、塑性较低。