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第一篇 钢铁材料
第1章 钢的合金化概念
1-1 什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？ 1-2 钢的分类方法很多，通常有哪些分类？
1-3 合金元素在钢中的分布或存在的形式有哪几种？
1-4 按化学成分如何区别低、中、高碳钢？低、中、高合金钢？ 1-5 为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？
1-6 通常钢中的P、S控制钢的质量，按质量等级碳素钢、合金钢的钢材质量可分为哪些等
级？
1-7 钢中常见的合金元素有：C、N、Mn、Ni、Cu、Co、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、
Mo、Cr、Al、Si等，回答下列问题：
（1） 上述元素哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？
（2） 哪些元素能与α－Fe形成无限固溶体？哪些元素能与γ－Fe形成无限固溶体？为什么Mn、Ni、Co能与γ－Fe形成无限固溶体？
（3） 上述元素哪些是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？如何鉴别它们与碳的亲和力大小或强弱？请按由强至弱将他们排列。
（4） 分析上述元素对Fe－C相图临界点A1、A3及S点影响。 1-8 钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？
1-9 合金钢中常见的碳化物由哪几种类型？并按其稳定性强弱排序。 1-10 简述合金钢中碳化物形成规律。
1-11 合金元素对Fe-Fe3C相图中的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 1-12 试述40CrV钢在退火态、淬火态及淬火一回火态下合金元素的分布状况。
1-13 合金元素中碳化物形成元素，非碳化物形成元素以及Si元素是如何影响钢中碳在奥氏
体中扩散的？
1-14 通过合金化使钢强化的基本方法有哪些？
1-15 加热时合金元素对钢奥氏体晶粒长大有什么影响？并简要说明影响原因。 1-16 简要说明合金元素对过冷奥氏体等温分解C曲线的影响？ 1-17 为什么W18Cr4V钢中会出现莱氏体？
1-18 简述合金元素对珠光体转变速度，转变温度及转变产物中碳化物类型的影响。 1-19 简述合金元素对马氏体分解的影响。
1-20 高碳高合金钢淬火后，钢中含有大量的残余奥氏体，采用什么热处理工艺消除？ 1-21 常用提高钢马氏体淬透性的元素有哪些？提高钢淬透性有何作用？ 1-22 为了使大截面钢正火得到贝氏体组织，为什么硼元素是不可缺少的？ 1-23 微量元素在钢中的有益效应主要有哪几方面？ 1-24 微量B、Re等元素是如何使钢净化的？
1-25 有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？ 1-26 能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？ 1-27 第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的？如何减轻或消除？
1-28 就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回
火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。
1-29 根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和
回火脆性等几个方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1-30 为什么W、Mo、V等元素对珠光体转变阻止作用大，而对贝氏体转变影响不大？ 1-31 为什么钢的合金化基本原则是“复合加入”？
1-32 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？对于40Mn2和42Mn2V，
后者的淬透性稍大，为什么？
1-33 怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在
于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？
1-34 合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？
1-35 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透直径DC分别为25-30mm、40-60mm、
60-100mm。试解释淬透性成倍增大的现象。
1-36 钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化工艺都采用淬火-回火？
1-37 试解释40Cr13已属于过共析钢，而Cr12钢中已经出现共晶组织，属于莱氏体钢。 1-38 试解释含M n稍高的钢易过热；而含Si的钢淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率较高，
不利于冷变形加工。
1-39 什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？用其理论解释钢的第二类回
火脆性以及硼钢的淬透性问题？
1-40 试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。
1-41 在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？ 1-42 什么叫简单合金、通用合金？论述其合金化设计思想及意义。 1-43 与碳素钢相比，一般情况下合金钢有哪些主要优缺点？
第2章 工程结构钢
2-1 叙述构件用一般的服役条件、加工特点和性能要求。 2-2 普碳钢和普低钢性能上主要有什么差别？ 2-3 下列是普碳钢，指出数字字母意义:
(1) Q235-A.F ; (2) Q235-D.TZ ; (3) Q235-B.b
2-4 下列是普低钢，指出各钢号中合金元素主要作用？使用状态组织？
(1) 16Mn; (2) 09MnCuPTi; ( 3) 10MnPNiRE; (4) 15MnV; (5) 14MnMoVBRE; (6) 18MnMoNb
2-5 低碳钢中淬火时效和应变时效的机理是什么？对构件有何危害？
2-6 简述我国普低钢（低合金高强度钢）的合金化特点（或化学成分特点）。 2-7 为什么贝氏体型普低钢多采用0.5‰ω(Mo)和微量B作为基本合金化元素？ 2-8 什么是微合金化钢？微合金化元素的主要作用是什么？ 2-9 简述微合金化低碳高强度钢强韧化特点？
2-10 在汽车工业上广泛应用的双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？为什么能在汽车
工业上得到大量应用，发展很快？
2-11 在低合金高强度工程结构钢中大多采用微合金元素(Nb、V、Ti等），它们的主要作用
是什么？
2-12 什么是热机械控制处理（控轧控冷）工艺？为什么这种工艺比相同的成分普通热轧钢
有更高的力学综合性能？
第3章 机械制造结构钢
3-1 在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和式样直径或钢材厚
度。为什么？有什么意义？
3-2 下列是什么钢？钢中合金元素的主要作用？使用状态组织？
(1) 45 (2) 40Cr (3) 40CrMo (4) 40MnVB (5)20MnV (6) 20CrMnTi (7) 65Mn (8) 60Si2Mn (9) GCr15 (10) GCr15SiMn
3-3 为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？
3-4 调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？
3-5 机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？ 3-6 低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？ 3-7 为什么低碳马氏体钢（例如15MnVB, 25MnTiB）经淬火加低温回火具有最佳的强度, 塑
性及韧性配合？用于代替中碳合金调质钢的优越性主要有哪些？
3-8 某工厂原来使用45MnSiV生产Φ8mm高强度调质钢筋。要求Rm＞1450MPa，ReL＞
1200MPa，A>6%。热处理工艺是(920±2 0)℃油淬，(47 0±1 0)℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用，热处理工艺如何调整？
3-9 试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般
在 0.5%-0.75%（质量分数）之间？
3-10 弹簧钢为什么要求淬火后进行中温回火？为什么有的弹簧要在热处理后进行表面喷丸
处理？
3-11 弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢的强度极限高，是否就意味着弹
簧的疲劳极限高？为什么？
3-12 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？
3-13 直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削，为什么？
3-14 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中C钢
和高C各自应经过什么样的热处理，得到什么样的金相组织？ 3-15 用低淬钢做中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？ 3-16 滚动轴承钢常含哪些合金元素？为什么含Cr量限制在一定范围？ 3-17 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？
3-18 滚动轴承钢原始组织中碳化物的不均匀性有哪几种情况？应如何改善和消除？ 3-19 在使用状态下，滚动轴承钢的最佳组织是什么？在工艺上应如何保证？
3-20 高锰耐磨钢有什么优点？如何获得这些优点？在什么情况下适合使用这类钢？
3-21 为什么ZGMn13型高锰耐磨钢在淬火时能得到全部奥氏体组织，而缓冷却得到了大量
的马氏体？
3-22 20Mn2钢渗碳后是否适合于直接淬火？为什么？
3-23 分析下列工艺曲线，指出各道热处理工序的主要作用？热处理后室温下表面组织？
930℃渗碳 850℃－870℃ 760℃－830℃ 空冷 油冷 200℃ 油冷 空冷 空冷 空冷 空冷 油冷 200℃ 空冷 （1） 930℃渗碳 780－800℃600－620℃600－620℃（2） 3-24 某精密镗床主轴用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮铣床主轴选择了20CrMoTi制造，某
普通车床主轴材料为40Cr钢。试分析说明它们应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点（不必写出热处理工艺具体参数）。 3-25 试述微合金非调质钢的成分、组织、性能特点。
第4章 工模具钢
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？
4-2 简述工程结构用钢、调质钢、弹簧钢与刃具用钢在化学成分、热处理工艺、性能以及
使用状态的组织有什么差别？
4-3 为什么工具钢在淬火前要进行锻造和球化退火？ 4-4 为什么工具钢淬火加热温度选择在两相区？
4-5 试用合金化原理分析说明9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢的优缺点。 4-6 9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱C倾向，为什么？ 4-7 分析比较T9和9SiCr：
（1）为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高？
（2）直径为Φ30-90mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透？为什么？ （3）T9钢制造的刀具刃部受热到200-250℃，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr钢制造的刀具，其刃部受热至200-250℃，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作。为什么？
（4）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度高和耐磨性较高的圆扳牙等薄刀刃工具？
4-8 T10钢制造的刀具在工作时刃部受热到250℃，请问还能否继续工作，为什么？若是换
做9SiCr呢？
4-9 高速钢的铸态组织是什么？正常淬火回火后的组织是什么？ 4-10 在高速钢中，合金元素W（Mo）、Cr、V的主要作用是什么？
4-11 高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征？ 4-12 高速钢（如W18Cr4V）在淬火后，一般常采用在560℃左右回火三次的工艺，为什么？ 4-13 高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一步回火？为什么不能用较长时间的
一次回火来代替多次回火？
4-14 高速钢在退火态、淬火态和回火态各有什么类型的碳化物？这些不同类型的碳化物对
钢的性能起什么作用？
4-15 高速钢W6Mo5Cr4V2的A1温度在800℃左右，为什么常用的淬火加热温度却高达
1200℃以上？
4-16 高速钢作为刃具使用时为什么要尽量提高淬火加热温度？
4-17 如果想选择W18Cr4V钢作为冷作模具钢使用，热处理工艺应该如何选择？为什么？ 4-18 高速钢在淬火加热时，常需要进行一次或二次预热，为什么？预热有什么作用？ 4-19 高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950-675℃温度范围停留过长的时间？ 4-20 Cr12MoV钢的主要优缺点是什么？
4-21 Cr12MoV是冷作模具钢，如要求具有较高的强度和韧性采用什么样的热处理工艺？如
要求具有高的红硬性及二次硬化效果应采取什么样的热处理工艺？ 4-22 简述冷作模具、热作模具的服役条件及对钢性能的要求？ 4-23 高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都有很高的热硬性，能否作为热作模具使用？为什