模具材料及热处理复习思考题

1、名词解释题：预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、奥氏体、铁素体、马氏体、贝氏体、珠光体、正火、退火、淬火、临界冷却速度、热稳定性、淬透性、淬硬性、热疲劳、热抗熔蚀。

预硬型塑料模具钢:钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度，可以把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具的制造精度。 时效硬化型塑料模具钢：模具零件在淬火（固溶）后变软，便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度。 奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方晶格，常用符号A表示。 铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，常用符号F表示。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

贝氏体：含碳过饱和的铁素体和碳化物组成的机械混合物。 珠光体：铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物。

正火：正火是将钢加热到Ac3和Accm以上30-50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺。

退火：退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，经保温后随炉冷却下来，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

临界冷却速度：保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到Ms线以下转变为马氏体的最小冷却速度。

热稳定性：指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力 淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材固有的一种属性。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度和硬度来表示。

淬硬性：指钢在正常淬火的条件下所能达到的最高硬度。

热疲劳：（工件反复受热受冷，一时受热膨胀，一时又冷却收缩）在反复热应力作用下，模具表面会产生网状裂纹，这种现象称为热疲劳。

抗热熔蚀：防止金属在热冲击与挤压力的作用下与金属液体粘结，而损失材料的能力。

2、什么是过冷奥氏体与残余奥氏体？

过冷奥氏体：在临界点以下存在，尚未转变的处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥氏体：冷却到Mf点温度后，组织中仍保留有一定数量的未转变奥氏体，称之为残余奥氏体。

3、为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？ （1）合金元素在珠光体中的分布是不均匀的，在平衡组织中，碳化物形成元素（如Cr、Mo、V、W、Ti等）集中在碳化物中，而非碳化物形成元素（Co、Ni等）集中在铁素体中。所以，合金钢的奥氏体均匀化过程，除了碳在奥氏体中的均匀化外，还有一个合金元素的均匀化过程。

（2）在相同条件下，合金元素在奥氏体中的扩散速度远比碳小得多，仅为碳的万分之一到千分之一。

因此，合金钢奥氏体化要比碳钢缓慢得多。所以，合金钢热处理时，加热温度要比碳钢高，保温时间也要延长。

4、奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？并解析金属材料进行细化晶粒的目的。

细小的奥氏体晶粒可使钢在冷却后获得细小的室温组织，从而具有优良的综合力学性能。这不仅可以提高钢的强度与韧性，还可以降低淬火变形、开裂倾向。

5、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了他的脆性？ 马氏体的本质是碳在α-Fe中的过饱和固溶体

它的硬度很高的原因主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。 （阻碍位错的运动。固溶强化——正方畸变的应力场；相变强化——位错或孪晶；时效强化——碳和合金元素原子在缺陷处的偏聚或碳化物的弥散析出；晶界强化——相界面） 片状马氏体中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系；同时在回火时，碳化物沿孪晶面不均匀析出使脆性增大；此外，片状马氏体中含碳量高，晶格畸变大，淬火应力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性差的原因。

6、什么是临界冷却速度?它与钢的淬透性有何关系？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？

临界冷却速度是保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到Ms线以下转变为马氏体的最小冷却速度。

临界冷却速度越小时，钢的淬透性越好。 影响钢的淬透性的因素：

（1） 含碳量。共析钢（0.77%）的临界冷却速度最小，淬透性最好。

（2） 合金元素。除钴和铝以外，其余合金元素溶于奥氏体后，都能增加过冷奥氏体的稳

定性，使C曲线右移，降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。

（3） 奥氏体化条件。奥氏体化温度越高，保温时间越长，由于奥氏体晶粒愈粗大，成分

愈均匀，残余渗碳体或碳化物的溶解也越彻底，使过冷奥氏体越稳定，淬透性越好。（生成的马氏体也会比较粗大）

（4） 钢中未溶第二相：未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，会成为奥

氏体分解的非自发形核核心，降低了过冷奥氏体的稳定性，降低淬透性。

7、什么叫正火，主要适用什么场合？试与退火比较优缺点。

正火是将钢加热到Ac3和Accm以上30-50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺。

正火主要适用于最终热处理、预备热处理（在淬火或调质前消除魏氏组织和带状组织；在球化退火前减少网状渗碳体）、改善切削加工性能（低碳钢退火后硬度过低，切削加工时易粘刀，需用正火提高硬度） 正火与退火比较：

正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度也比退火组织高；正火的生产周期短，设备利用率高，生产效率较高，因此成本较低，在生产中应用广泛。 8、能根据材料的等温冷却转变曲线，分析材料材料在加热奥氏体转变后，经不同的冷却速度进行冷却，各得到什么组织。

9、能根据材料零件的材料型号及使用性能要求，合理制定零件的热处理工艺路线。 10、什么是合金钢？为什么合金元素能提高钢的强度？

合金钢是在碳钢的基础上，为了改善碳钢的力学性能或得到某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程中加入某些元素而得到的多元合金。

钢中合金元素的强化作用主要是基于以下四种方式：固溶强化、细晶强化、第二项强化和位错强化。

固溶强化：固溶强化是由于溶质原子与基体金属原子大小不同，因而使基体的晶格发生畸变，造成一个弹性应力场，增大了位错运动的阻力，从而导致强化。（间隙式中C、N强化作用大，置换式中Si、Mn强化作用较大）

细晶强化：在晶界处产生弹性变形不协调和塑性变形不协调，诱发应力集中，引起二次滑移，使位错迅速增殖，形成加工硬化微区，阻碍位错运动，导致强化。（1.利用合金元素改变晶界的特性，提高晶界阻碍位错运动的能力。如C、N、Ni、Si可以在晶界上偏聚。2.利用合金元素细化晶粒，增加晶界数量。如Al、V、Ti、Nb阻碍奥氏体晶界移动，间接细化铁素体或马氏体晶粒）

第二相强化：金属基体中存在另外的一个或几个相，这些相的存在使金属的强度得到提高。（体积比、弥散度大；呈等轴状且细小均匀地弥撒分布；属于硬质点时强化效果好） 位错强化：运动位错碰上与滑移面相交的其他位错时，发生交割而使运动受阻，从而提高了钢的强度。（面心立方中很有效；冷变形和相变都能产生大量位错） 11、提高钢的强度有哪些措施？提高钢的韧性有哪些措施？ 提高钢的强度：

（1）固溶强化（间隙式C、N；置换式Si、Mn、Cr、W、Mo）

（2）细晶强化（C、N、Ni、Si提高晶界阻碍位错运动的能力；Al、V、Ti、Nb细化晶粒，增加晶界数量）

（3）第二相强化（低温回火得到细粒状碳化物；时效处理合金元素析出；粉末烧结——弥散强化）

（4）位错强化（通过冷变形（加工硬化），相变（马氏体相变）产生大量位错） 提高钢的韧性：

(1)细化奥氏体晶粒，从而就细化了铁素体晶粒和组织（Al、V、Ti、Nb） (2)提高钢的回火稳定性，从而提高回火温度，产生更好的韧性。 (3)改善基体韧性（Ni） (4)细化碳化物（Cr、V）

(5)降低和消除钢的回火脆性（W、Mo） (6)在保证强度水平下，适当降低含碳量。 (7)提高冶金质量，减少杂质。

(8)通过合金化形成一定量的残余奥氏体，利用稳定的残余奥氏体来提高材料的韧性。 12、钢按用途分为几类？合金钢的分类方法？掌握钢的编号及含义。

按用途分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、一般工程用铸造碳素钢。 合金钢根据化学成分、钢的用途、冶金质量、金相组织分类。 13、冷作模具钢应具备哪些性能？*