工程材料作业（4）答案
1. 解释下列现象:
(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）
(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
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（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，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。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温
度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。）
(3) 为何含C大于%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。
在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤%）和E点（即﹤﹤%）因此，C大于%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。
(4) 高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。
高速钢由于合金元素含量高，使得C曲线右移很多，即过冷奥氏体区很大，淬火临界冷却速度大为降低，因此采取空冷即可获得马氏体组织。高速钢俗称“风钢”（锋钢）
2．何谓合金渗碳钢为何渗碳钢的含碳量都较低合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用为何渗碳后要进行淬火和低温回火
经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。 含碳量低是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性。
渗碳钢常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn，B，主要目的是提高淬透性。还加入少量Ti，V，V，Mo等强碳化物形成元素，形成稳定碳化物，提高耐磨性，并阻碍晶粒长大。
渗碳仅是改变了低碳钢表面的成分即表面为高碳钢，若退火仍然是平衡组织，没有强化效果。只有经过淬火+低温回火后，才能实现表面的强化，而保持心部的塑韧性。
3．何谓合金调质钢为何调质钢的含碳量中碳调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用
经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。 选择中碳是为了保证零件心部（整体）的综合机械性能良好。
常用合金元素是Cr、Mn、Ni、Si等，提高钢的淬透性，同时强化铁素体，提高基体强度。
4．指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点： 20CrMnTi 40MnB，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo 牌号 20CrMnTi 名称：合金渗碳钢 成分：（1）含碳量：%，低碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性Ti：细化晶粒（渗碳 温度高920℃） 热处理特点： 正火 → 渗碳+淬火+低温回火 热处理组织及硬度： 心部 表面 T，M回，F少 回火M+合金渗碳体+A’少 HRC25 HRC60 ak﹥700kJ/m2 用途举例：汽车变速齿轮、凸轮轴，活塞销等 名称：合金调质钢 成分：（1）含碳量：%，中碳； （2）合金元素及作用：Cr，Mn：提高淬透性 热处理特点： 完全退火 → 整体调质（淬火（油）+高温回火） → （局部或表面）高频加热表面淬火+低温回火（若要求表面耐磨） 热处理组织及硬度： 调质：S回 HRC25 表面淬火+低回：M回 HRC58 用途举例：齿轮、轴类，连杆，螺栓等。 名称：合金弹簧钢，专用结构钢，制造弹簧和其他弹性零件。 成分：（1）含碳量：%，中高碳（高于调质钢）； （2）合金元素及作用：Si，Mn：提高淬透性，也提高屈强比。 热处理特点： 完全退火 → 淬火+中温回火→喷丸强化 热处理组织及硬度： T回 HRC40 用途举例：汽车板簧、床垫弹簧 热成型弹簧：如汽车板簧 扁钢下料→加热压弯成型→淬火→中温回火→喷丸强化 冷成型弹簧：螺旋弹簧 冷拉钢丝（淬火中温回火钢丝）→冷卷成型→去应力退火→成品 名称：低合金工具钢 成分：（1）含碳量：%，高碳。 （2）合金元素及作用：Cr、Mn、Si，W、V：提高淬透性和回火稳定性。提高硬度，耐磨性。防止晶粒粗大。 热处理特点： 球化退火 → 淬火（油）+低温回火 热处理组织及硬度： M回+粒状碳化物+A’ HRC60-65 用途举例：丝锥、板牙、量规。 名称：滚动轴承钢 成分：（1）含碳量：，高碳，保证高硬度和耐磨性。 （2）合金元素及作用：Cr：，提高淬透性；形成合金渗碳体，提高耐磨性，提高疲劳强度。 热处理特点： 球化退火 → 淬火（油）+低温回火 40MnB 60Si2Mn 9SiCr GCr15