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金属材料学（原稿）
第1章 钢的合金化概论
1、什么是合金元素？钢中常用的合金元素有哪些？
为合金化目的加入其含量有一定范围的元素称为合金元素。
Si,Mn,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Al,Cu,B等。

2、哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？
在γ-Fe中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素：Ni、Mn、Co，C、N、Cu；无限互溶，有限溶解。
在α-Fe中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素：Cr、V，W、Mo、Ti。

3、合金元素在钢中的存在形式有哪几种？
固溶体、化合物、游离态。（其中，化合物分为：碳化物、金属间化合物、非金属夹杂物）
4、哪些是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？
Zr、Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（强->弱）
非K：Ni、Si、Al、Cu。

5、钢中的碳化物按点阵结构分为哪几类？各有什么特点？什么叫合金渗碳体？特殊碳化物？
1）①简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。
特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
②复杂点阵结构：M23C6 、M7C3 、M3C。
特点：硬度、熔点较低，稳定性较差。
2）合金渗碳体：含有合金元素的渗碳体，即渗碳体内一部分铁原子被合金元素所代替，晶体结构并未改变。（Fe,Me）3C
3）特殊碳化物：随着合金元素含量的增加，碳化物形成了自己的特殊碳化物。VC，Cr7C3，Cr23C6。

6、合金钢中碳化物形成规律。
1、K类型的形成 K类型与Me的原子半径有关。
rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti；
rc/rMe > 0.59 —复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2、相似者相溶
完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。
有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K
3、强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。
4、NM/NC比值决定了K类型
5、碳化物稳定性越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。

7、合金元素对铁碳平衡相图的影响。
1） 改变了奥氏体区的位置
2） 改变了共晶温度 扩大γ相区的元素使A1，A3下降；缩小γ相区的元素使A1，A3升高。
3） 改变了共析含碳量 所有合金元素均使S点左移。

8、为什么比较重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？
1）合金钢比碳钢回火脆性好，所以要达到同样的回火硬度，合金钢的回火温度可以比碳钢高，回火时间也可以长些，合金钢回火后内应力比碳钢小，塑性也高。
2）优点：晶粒细化，淬透性高，回火稳定性好。

9、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响？
1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大； --阻碍
2）C、N、B↑晶粒长大； --促进
3）非K元素Ni、Co、Cu作用不大 。

10、合金元素对回火转变的影响?
淬火合金钢进行回火时，其组织转变与碳钢相似。但由于合金元素的加入，使其在回火转变时具有如下特点：(１)提高淬火钢的回火稳定性　 (２)产生二次硬化　 (３)防止第二类回火脆性　
一、对马氏体分解期的影响
低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大；
中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响:
1）Ni、Mn的影响很小；
2）K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关。这些Me↓碳活度ac，阻止了渗碳体的析出长大；
3）Si比较特殊：< 300℃时强烈延缓M分解。
二、对残余奥氏体转变的影响
三、对碳化物析出的影响
【合金结构钢之所以具有抗回火稳定性是因为在添加合金元素的情况下，马氏体分解、残余奥氏体转变及渗碳体析出、集聚，均不同程度地被推向较高的温度范围。
　　不同合金元素在减慢回火软化方面作用不同。非碳化物形成元素Ni、Al和弱K Mn对回火钢的软化较小，在抗回火软化方面比较有效的是K形成元素。
　　K形成元素能较多地把碳保留在马氏体中，从而阻碍马氏体的分解：强碳化物形成元素V、W、Mo、Cr。碳化物形成元素还阻碍残余奥氏体转变，阻碍了合金渗碳体的集聚，使含碳化物形成元素的钢能在更高的回火温度下保持细小的渗碳体颗粒。
非碳化物形成元素砖在回火转变中的作用比较独特，低温下Si扩散，添加硅可提高马氏体的分解温度，硅也阻碍渗碳体颗粒的集聚长大。】

11、哪些合金元素提高钢的淬透性作用显著？
淬透性：钢淬火时获得M的能力。B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。

12、什么叫回火稳定性？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何作用？
淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。
Cr，Mn，Ni，Mo。
作用：提高回火稳定性，也就可以再相同强度水平下，提高回火温度从而提高材料的韧度。

13、什么是回火脆性？各在什么条件下产生？如何消除或减轻？
淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。
1） 第一类回火脆性，主要发生在回火温度为 200～3500℃时，具有不可逆性、与回火后的冷却速度无关、断口为沿晶脆性断口。防止方法：无法消除,不在这个温度范围内回火，
（1）降低钢中杂质元素的含量； （2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；
（3）加入Cr、Si调整温度范围；（5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。
2）第二类回火脆性，发生的温度在 450～650℃，具有可逆性、与回火后的冷却速度有关、断口为沿晶脆性断口。防止方法：（1）降低钢中的杂志元素；（2）加入能细化A晶粒的元素（Ti,Nb,V）；
（3）加入适量Mo、W元素；（4）避免在第二类回火脆性温度范围回火。

14、合金元素对“C”曲线、珠光体转变、贝氏体转变、Ms点的作用？
一、对“C”曲线
1）Ni、Si、Mn大致保持 “C”线形状，使 “C”线向右作不同程度的移动；
2）Co不改变“C”线，但使“C”线左移；
3）K形成元素，使“C”线右移，且改变形状。Me不同作用，使“C”曲线出现不同形状，大致有五种。
二、过冷A体的P、B转变
P转变:需要C和Me都扩散 ；
综合影响顺序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si；
B转变:C原子作短程扩散，Me几乎没有扩散。
影响顺序：Mn、Cr、Ni、Si ，而W、Mo等影响很小。
三、对Ms点：除Co、Al外，所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。

15、白点的形成原因是什么？
由于钢中氢的重新分布与聚集，破坏了钢的可塑性，使钢变脆。失去塑性的钢在氢压力与钢中的内应力的同时作用下很容易在氢聚集处沿金属强度弱的方向产生局部脆性开裂，即形成所谓氢致裂纹——白点。

17、什么是内吸附现象？
合金元素溶入基体后，与钢中的晶体缺陷产生相互作用，导致偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度。这种现象称为内吸附或偏聚现象。

21、合金钢的二次硬化现象的本质及其实际意义。
二次硬化：在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的硬度和强度提高。 二次硬化使钢在高温下能保持较高的硬度，这对工具钢极为重要，如高速钢。

22、总结合金元素对……的影响。
一、变形开裂倾向
淬火内应力有三种，综合作用控制着工件的变形和开裂倾向：
热应力→变形; 组织应力→ 开裂; 附加应力较复杂。
二、过热敏感性
指淬火钢加热时，奥氏体晶粒急剧长大的敏感性→ 含Mn钢过热敏感性较大。
三、氧化脱碳倾向 含硅钢氧化脱碳倾向较大。
四、回火稳定性 合金钢回火稳定性要比碳钢好。
五、回火脆性
六、白点敏感性 在C>0.3%的Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-W马氏体钢中白点敏感性最大。
七、冷成形性
P、Si、C等元素↑↑冷作硬化率，需要冷成型的材料应严格控制P、N量，
尽可能↓Si、C等量。
八、热压力加工性
Me溶入基体→热压力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影响较大。
九、切削加工性
不同含C量的钢要得到较好的切削性，其预处理是不同的。

25、钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化均用淬火、回火？
固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相弥散强化。
在众多的热处理方法中,以淬火、回火工艺对金属材料的强化最为显著,这是因为它充分利用了以上四种强化机制。

26、试解释含Mn稍高的铬镍钢易过热，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。

27、微量元素的作用。钢中的微合金化元素。
常用微合金化元素：B,N,V,Ti,Zr,Nb,RE;
改善切削加工性：S,Se,Bi,Pb,Ca;
能净化、变质、控制夹杂物形态：Ti,Zr,RE,Ca;
有害元素：P,S,As,Sn,Pb。
28、提高韧性的合金化途径。
1）细化晶粒、组织—— 如Ti、Nb、Mo；
2）↑回火稳定性 —— 如强K形成元素 ；
3）改善基体韧度 —— Ni ；
4）细化K —— 适量Cr、V，使K小而匀 ；
5）↓回脆 —— W、Mo ；
6）在保证强度水平下，适当↓含C量.↑冶金质量。
29、怎样理解“合金钢与碳素钢的强度性能差异，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，且合金元素的良好作用，只有在适当的热处理条件下才能表现出来。”
提纲【合金的主要作用：
a.产生相变，如扩大某个相区（奥氏体区）以得到某种对应的特殊性能.
b.细化晶粒，改善机械性能，如缺口敏感性、淬透性。
c.改变热处理工艺，如提高钢材的热处理组织的稳定性，降低热处理温度、缩短热处理时间、提高热处理质量。】 从强化机制分析。

第2章 钢的编号方法
写出下列钢号的类属、碳和合金元素的含量：
15Mn：优质碳素结构钢，较高Mn量，0.15%C；
16Mn：低合金高强度结构钢，0.16%C；
20g：优质碳素结构钢，锅炉用，0.2%C；
T10A：高级优质碳素工具钢，1%C；
65Mn：优质碳素结构钢，较高Mn量，0.65%C；
18Cr2Ni4W：合金结构钢，0.18%C，2%Cr，4%Ni，W<1.5%；
25CrMnTiBRe：合金结构钢，0.25%C，其余<1.5%;
30CrMnSi:合金结构钢，0.3%C，其余<1.5%;
50CrV:合金结构钢，0.5%C，其余<1.5%;
CrWMn:合金工具钢，平均碳含量>=1.0%；
5CrNiMo：合金工具钢，0.5%C，其余<1.5%;
GCr15：滚动轴承钢，1.5%Cr；
W6Mo5Cr4V2：高速工具钢，合金元素百分含量；
00Cr18Ni10：不锈钢，“00”表示<=0.03%，“0”表示<=0.08%;
1Cr18Ni9Ti:不锈钢，0.1%C，其余百分含量。

第3章 工程构件用钢
1、叙述构件用钢一般的性能要求。
1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）； 2、良好的焊接性和成型工艺性；
3、良好的耐腐蚀性 4、低的成本。

2、与普通碳素结构钢相比，普低钢有何性能特点？主要用途是什么？
比普通碳素结构钢有较高的屈服点σs或屈服强度 σ0.2和屈强比σs/σb,较好的冷热加工成型性,良好的焊接性,较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。
该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。

3、为什么普低钢中差不多都含有不大于1.8%Mn？
Mn固溶强化作用大，1%Mn，σs↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用，↓TK。同样量多时可大为降低塑韧性。所以Mn控制在<1.8%。

4、为什么贝氏体型普低钢多采用0.5%Mo和微量的B作为基本合金元素？

6、合金元素是通过哪几个途径强化普低钢的？
固溶强化、细晶强化、沉淀强化（弥散强化）、增加P的相对量。

第4章 机器零件用钢
1、为什么机器零件用钢一般都在淬火、回火态使用，而不在退火态使用？
因为淬火和回火可以得到M、下B，有较好的综合力学性能；
而退火后的组织为F+P，综合性能低。

2、什么是“淬透性原则”？
淬透性相同的调制钢，可以互相代用。

3、为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？
钢经不同的热处理会产生不同的组织，从而呈现不同的机械性能。淬透性就是反应钢材在经过热处理后其断面组织整体差异的重要指标，淬透性高的钢材，其径向组织差异就小，机械强度变化梯度也小，更接近于等强度。

4、调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素主要起什么作用？调质钢在强韧结合方面有何缺点？
缺点：强度不很高。

5、什么是非调质钢？
非调制钢是在中C钢中加入微量Ti、Nb、 V等元素，通过控制锻轧的温度和冷却速度，从而获得近似调制钢性能的钢种。

6、什么是低碳马氏体钢？低碳马氏体在力学性能和工艺性能上有哪些突出优点？
低碳马氏体钢是指低碳钢或低合金钢经淬火+低温回火处理，得到低碳马氏体组织作为应用状态的钢。
1）实现了强度、韧度和塑形的最佳配合，低的缺口敏感性，低的疲劳缺口敏感度，冷脆倾向较小；
2）良好的工艺性能，冷变形能力好，焊接性能优良，热处理脱碳倾向小，淬火变形和开裂倾向小。

7、B元素在哪些条件下才能显著提高钢的淬透性？
微量；最佳含量为0．0010％，一般控制在0．0005％～0．0030％；低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著；在某一特定奥氏体化温度下硼的淬透性效果最佳。

8、为什么Si-Mn弹簧钢得到了广泛应用？
淬透性优良、回火稳定性高、脱碳与石墨化倾向低；综合力学性能佳，有一定的耐蚀性。

9、试述提高板簧质量的主要措施。
(1)形变热处理--将钢的变形强化与热处理强化两者结合起来,以进一步提高钢的强度和韧性。
(2)弹簧的等温淬火--不仅能减少变形,而且还能提高强韧性。
(3)弹簧的松弛处理
(4)低温碳氮共渗--回火与低温碳氮共渗相结合的工艺,能显著提高弹簧的疲劳寿命及耐蚀性。
(5)喷丸处理--改善弹簧表面质量,提高表面强度,提高弹簧疲劳强度和使用寿命。

10、分析合金元素在渗碳钢和氮化钢中的作用。
1）Mn,Cr,Ni—提高渗碳钢的淬透性；改善渗碳层性能。
Ti,V,W,Mo—细化晶粒。
2）合金元素对氮化层深度和表面硬度有影响。要得到满意的氮化层，钢中应含1%左右的Al；
Cr,Mo,Mn—提高淬透性，以满足调质处理要求；
Mo,V—使调质后的组织在长时间氮化处理时保持稳定，也防止了钢的高温回火脆性。

11、为什么板簧不能强化后成形？而线径很细的弹簧不能用热成形后强化？
1）不好加工。
2）细径----淬火、回火----变形会很大。
12、弹簧为什么要求很高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高，是否就意味着疲劳极限一定高？为什么？
1）弹簧钢在交变载荷下工作，要有较好的冶金质量，严格控制材料的内部缺陷； 由于弹簧工作时表面承受的应力为最大，所以应具有良好的表面质量。表面缺陷会成为造成应力高度集中，是疲劳裂纹源，降低弹簧的疲劳强度。
2）不一定。因为足够的淬透性保证强度极限，但在拉伸过程中，表面质量影响较大，缺陷->应力、裂纹->疲劳。

13、为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素?弹簧淬火后为什么要进行中温回火?
Si与Mn共同作用提高钢的淬透性，Si有效提高回火稳定性，促进脱碳倾向。
中温回火->可使弹簧钢具有一定的冲击韧度，较高的弹性极限、屈强比和最高的疲劳强度。

14、为什么滚动轴承钢的含C量均为高C？滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？各起什么作用？为什么Cr量限制在一定范围？
1）C是轴承钢中主要强化元素，轴承钢含碳量一般较高，以提高钢的耐磨性。滚动轴承钢应具有高的抗压强度和抗疲劳强度，有一定的韧性、塑性、耐磨性和耐蚀性，钢的内部组织、成分均匀，热处理后有良好的尺寸稳定性。故用含碳0.95％～1.10％、含铬0.40％～1.60％的高碳低铬轴承钢。
2）Cr 是形成碳化物的主要元素。铬可提高钢的力学性能、淬透性和组织均匀性。还能增加钢的耐蚀能力。
Si、Mn 在轴承钢中能提高淬透性。锰还可和钢中的硫生成稳定的MnS，硫化物常能包围氧化物，形成以氧化物为核心的复合夹杂物，减轻氧化物对钢的危害作用。
3）Cr含量的范围为0.4%~1.65%，此时淬火+低温回火后，具有较好的疲劳强度、耐磨性、弹性极限、屈服强度。

15、滚动轴承钢的主要性能要求是什么？
1）高而均匀的硬度和耐磨性；
2）高的接触疲劳强度；
3）高的弹性极限和一定的韧度；
4）尺寸稳定性好；
5）一定的耐蚀性；
6）具有良好的冷、热加工工艺。

16、易切钢中常加入哪些元素？它们对提高切削性的作用机理是什么？
S、Ca、Te、Se、Pb。
S 与Mn在钢中形成MnS，使切屑易于折断，因而提高了切削加工性能，而且MnS具有润滑作用，其本身硬度低，能减少对刀具的磨损。但会降低钢的横向塑性及韧性；
　　Ca 加入钢中后对夹杂物具有一种变质作用，提高了切削加工性能；
Te、Se 硒、碲的化合物也有利于提高切削加工性能；
Pb 在钢中溶解度极小，降低切削阻力，易断屑、有润滑作用。

17、为获得好的切削加工性能。低C 钢，中C钢和高C钢各应经过什么样的热处理，得到是什么样的金相组织？
低：
中：
高：

18、对低淬钢来说，从成分上如何保证获得低淬性？
1）限制提高淬透性的元素
2）加Ti（先形成碳化物，降低固溶体中的碳量）

19、说明合金渗C钢中，常用合金元素Cr、Mn、Ti、Ni、Mo等对渗C钢的工艺性能和机械性能的作用。
Mn,Cr,Ni—提高渗碳钢的淬透性，以使较大尺寸的零件在淬火时心部能获得大量的板条马氏体组织。还可改善渗碳层性能。
Ti,V,W,Mo—阻止奥氏体晶粒在高温渗碳时长大，细化晶粒。

20、说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要性能特点及用途。
1）20Cr：有较高的强度及淬透性，但韧性较差，渗碳后需二次淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性；冷应变塑性高；可切削性在高温正火或调质状态下良好，但退火后较差；焊接性较好。
﹀多用于制造渗碳零件，如：机床变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮等；对热处理变形小和高耐磨性的零件，如模数小于3的齿轮、轴、花键轴等。
2）20CrMnTi：是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，良好的加工性,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。
﹀用于齿轮,轴类,活塞类零配件等.用于汽车,飞机各种特殊零件部位。
3）18Cr2Ni4WA：是常用的合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用。
﹀一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好,缺口敏感性低的重要零件。

21、说明38CrMoAlA钢中各合金元素的作用。
Cr、Mo元素，主要是提高钢的淬透性。Mo元素兼有细化晶粒、消除回火脆性作用。加入Al元素，有两方面作用：一是Al元素与钢中极少的N元素形成氮化物AlN，起细化晶粒作用；二是Al元素与氮化时表面渗入的N元素在钢的表面形成氮化物AlN，提高钢表面的疲劳强度、表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及抗咬合性。

22、生产上某些机器零件选用工模具钢制造，可获得良好的使用性能。试举例讨论哪些机器零件选用工模具钢制造可得到满意的效果，并分析其原因和实质。

23、分别简述普低钢、渗C钢、低C马氏体钢、不锈钢等钢类的含C量都较低的原因。
1）低合金高强度钢：C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆
性增加；C含量增加，会使C当量增大，当C当量>0.47时，会使钢的可焊性变差，
不利于工程结构钢的使用。
2）渗碳钢：保证淬火时得到强韧性好的板条状M组织。（含碳量低，以保证心部有足够的塑性和韧性，碳高则心部韧性下降。）
3）低C马氏体钢：保证淬火后获得板条M组织。
4）不锈钢：碳会降低耐腐蚀性能。

第5章 工具用钢
1、说明碳素工具钢的优缺点、用途及淬火方法。
1）优点：成本低，加工性能好，热处理简单。
2）缺点：淬透性低，必须用盐水或碱水淬火，适合于制造断面尺寸<15mm的工具，变形开裂倾向大，工作温度应低于200℃，组织稳定性差且无热硬性，综合性能欠佳。
3）用途：制作低速切削的刃具和简单的冷冲模。
4）不完全淬火+低温回火。

2、试用合金化原理分析说明9SiCr、CrWMn钢的优缺点。
1）① Si / Cr↑淬透性；
② Si/ Cr↑回稳性，经250℃回火，硬度仍>60HRC；
③ K细小、分布均匀→不容易崩刃；
④ 分级淬火或等温淬火处理，变形较小；
⑤ Si使钢的脱碳倾向较大，切削加工性能相对差些。

2）① Cr、W、Mn复合，↑淬透性。
② AR在18~20%，淬火后变形小；
③ 含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒细小→高硬度、高耐磨性；
④ 回稳性较好，>250℃回火，<60HRC；
⑤ W使碳化物易形成网状。

3、什么是红硬性？
红硬性即热稳定性，是钢在较高温度下能保持一定强度的性质。

4、W18Cr4V 钢中各合金元素的作用是什么？
W：钨是钢获得红硬性的主要元素。
Cr：铬加热时全溶，保证钢淬透性，改善抗氧化能力、切削能力。
V：显著↑红硬性、↑硬度和耐磨性，细化晶粒，↓过热敏感性。

5、18-4-1钢的铸态组织是什么？画出示意图。
鱼骨状莱氏体（Ld）+黑色组织（δ共析体等）+白亮组织（M+AR）。
示意图：

6、何谓“定比C”经验规律？
在钢设计时，如果碳和碳化物形成元素满足合金碳化物中分子式的定比关系，可以获得最大的二次硬化效应，这就是定比碳经验规律。

7、高速钢回火为什么采用560℃左右的温度回火？
由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。

8、高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回？
为什么不能用较长时间的一次回火代替多次回火？
这是因为高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残留奥氏体量是20—25%，甚至更高。一次回火使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。

9、碳化物分布不均匀对高速钢刀具的性能和寿命有什么影响？
①各向异性②形变时易应力集中开裂③热处理工艺性变坏。
（碳化物不均匀性严重时，使热处理工艺性变坏；K密集区由于合金元素多，AR量大，会造成回火不足，使组织不稳定，内应力增大，脆性大，容易变形开裂，工作时易引起崩刃；粗大K使热处理后刃具的硬度、热硬性和耐磨性都比较低，力学性能降低；K不均匀性还可能使钢产生各向异性。）

10、为了进一步提高高速钢刀具寿命，可采用哪几种化学热处理？这些化学热处理方法各有什么特点？
表面化学热处理有：表面氮化、表面硫氮共渗、硫氮硼等多元共渗、蒸气处理等。
这些处理温度均不超过560℃，工件的显微组织性能均为改变。

11、高速钢在退火态、淬火态、回火态各有些什么类型的碳化物？
退火态：M23C6，M6C，MC；
淬火态：M6C，MC；
回火态：M6C，MC，M2C；
12、根据各种刃具的主要性能要求，对比C素工具钢、低合金工具钢、高速钢的特点，说明各适于做什么样的工具。
①由于碳素工具钢淬透性低，热处理时变形又比较大，只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具；
②低合金钢的淬透性比较高，热处理变形较小，耐磨性也较好，所以可以制造尺寸较大，形状比较复杂，精度要求相对较高的模具；
③高速钢具有变形小，淬透性好，耐磨性高的特点，广泛应用于制造负载大、生产批量大、耐磨性要求较高、热处理变形要求小的形状复杂的冷作模具。

13、简述冷作模具用钢的性能要求。冷作模具钢有哪些类型？
1）①高的硬度及耐磨性；②高的强度和足够的韧性；
③良好的工艺性能（具有足够的淬透性，淬火变形小）。
2）碳素工具钢，低合金工具钢，高铬和中铬模具钢，基体钢。

14、Cr12MoV钢的主要优缺点是什么？
优点：高的淬透性、强度和耐磨性；
缺点：高温塑性较差。
15、Cr12型钢和高速钢在成分上、组织上、热处理工艺上有什么相似之处？

16、Cr12型钢的热处理工艺为什么常用一次硬化法，而不用二次硬化法？
一次硬化法即较低温度淬火+低温回火，晶粒细小，强韧性好；二次硬化法即较高温度淬火+多次高温回火，得到一定红硬性和耐磨性，此法钢的韧性较低，适合于工作温度比较高（400~500℃）且受载不大或淬火后表面需要氧化处理的模具。

17、有些厂，为了减少Cr12MoV钢淬火变形开裂，只淬到200℃左右就出油，出油后不空冷，立即低温回火，而且只回火一次。这样做有什么不适？为什么？
淬火结束温度过高，没有空冷，回火次数少。
出油后不空冷，无法获得大量马氏体，使得硬度降低。
只回火一次，还有大量残余奥氏体未转变为马氏体。

18、某厂制造Cr12型钢冷模时，往往用原料直接在机械加工或稍加改锻后就机械加工，这样做有什么不妥？
含较多共晶碳化物，粗大，若不（淬），性能差。

20、热锤锻模、热挤压模和压铸模的主要性能要求有哪些异同点？
1）共同点：具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。
2）不同点：
热锤锻模钢：具有高的热疲劳抗力，热强性\韧度，高温耐磨性，良好的淬透性和导热性；
热挤压模钢：要求有高的热稳定性、较高的高温强度、耐热疲劳性和高的耐磨性；
压铸模钢：有高的耐热疲劳性、较高的导热性、良好的耐磨性及耐蚀性和一定的高温强度等。

21、锤锻模的工作条件及主要性能要求是什么？
锤锻模具是在高温下通过冲击强迫金属成形的工具。工作时受到比较高的单位压力和冲击力，以及高温金属对模具型腔的强烈摩擦作用。模具型腔表面经常被升温且模具的截面较大而型腔形状复杂。因此，锤锻模具钢应具有较高的高温强度与耐磨性；良好的耐热疲劳性和导热性；高的淬透性；良好的冲击韧度和低的回火脆性倾向。

22、对热锤锻模的回火硬度要求小型模略高，大型模略低，模面硬度较高，模尾硬度较低，为什么？
高的硬度虽然可保证具有良好的耐磨性，但对热疲劳比较敏感，容易引起裂纹。硬度过低，容易被压下和变形。小型锻模由于冷却较快，硬度相对较高；大型锻模由于尺寸很大，淬火时的应力和变形较大，工作时应力分布不均匀，锻件的温度也较高，故需要硬度较低。
锻模由型腔和燕尾两部分组成，高温金属对模具型腔有强烈的摩擦作用，因此模面需要较高的硬度；燕尾部分承受冲击，因此模尾需牺牲硬度，提高韧性。

23、对形状复杂的5CrNiMo(或5CrMnMo)钢制热锻模，为减小变形、防止开裂，在淬火操作上应采取哪些措施？
1）注意保护模面和模尾，以避免脱碳。
2）加热要注意预热，450℃左右预热，升温速度要慢, <50℃/h；
3）冷却要注意预冷，预冷到780℃左右，循环油冷，冷至150~200℃取出；
4）淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至室温。
T淬830~860℃; T回450~580℃。

24、3Cr2W8V钢的主要优缺点是什么？
优点：高的热稳定性、耐磨性和淬透性；
缺点：韧度和抗疲劳性差。

25、高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都具有很高的红硬性。能否制作热作模具？为什么？
不能。因为热作模具是在反复受热和冷却条件下工作的，许多模具还受到比较大的冲击力，所以模具的苛刻工作条件要去模具钢具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。而高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢不能完全达到这些要求。

26、影响钢材尺寸稳定性的因素有哪些？

27、什么是基体钢？它有何优点？
基体钢是指其成分与高速钢的淬火组织中基体成分相似的钢种。 优点：这类钢既具有高速钢的高强度、高硬度，有因为不含有大量的K而使韧度和疲劳强度优于高速钢。

28、我国塑料模具钢有哪些种类？
按模具制造方法分为两大类：
1）切削成形塑料模具用钢
（包括调质钢、易切削预硬钢、失效硬化型钢）
2）冷挤压成形塑料模具钢

29、常用量具钢有哪几种？量具钢的热处理有何特点？
①低合金工具钢 ②碳素工具钢 ③表面硬化钢 ④不锈钢。量具钢的热处理特点：
⒈重视先HT；
⒉淬火加热时进行预热，加热温度宜取下限；
⒊淬火冷却用油冷，一般不用分级；
⒋淬火后立即进行冷处理减小AR量，延长回火时间，回火
或磨削之后进行长时间的低温失效处理等。

30、简述硬质合金的性能及应用。
①硬度高、耐磨性好、使用寿命长；
②抗压强度高；
③导热率低及线膨胀系数小；
④耐腐蚀性、耐氧化性好，耐酸、耐碱；
⑤不需要热处理，不存在尺寸和硬度等变化问题；
⑥脆性大；
⑦加工困难。
硬质合金作为模具材料，主要应用于拉丝模、冷挤压模等模具。

第6章 特殊性能钢
1、什么是腐蚀？腐蚀的主要形式有哪些？
腐蚀：在外界介质作用下，金属逐渐受到破坏的现象。
均匀腐蚀、点腐蚀、晶界腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、腐蚀疲劳。

2、提高金属耐蚀性的方法有哪些？
（1）使钢的表面形成稳定保护膜，→Cr、Al、Si有效。
（2）↑不锈钢固溶体的电极电位或形成稳定钝化区，降低微电池的电动势→Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr理想。
（3）使钢获得单相组织 →Ni、Mn →单相奥氏体组织。
（4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。

3、何谓塔马定律（即n/8规律）？
将较稳定的A组元加入到较活泼的B组元固溶体中，当A组元含量达n/8原子比时，固溶体电极电位突然升高，耐蚀性也有一急剧变化。也称为二元合金固溶体电位的n/8定律。

4、A不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么?
固溶处理：软化处理，钢的强度和硬度降至最低，
耐蚀性能达到最高。
稳定化处理：消除晶间腐蚀倾向。

5、铁素体型不锈钢的主要性能特点、用途。
①含碳量<0.25%，为提高某些性能，可加入Mo,Ti,Al,Si等元素；
②在硝酸、氨水等介质中有较好的耐蚀性和抗氧化性；
③力学性能和工艺性较差,脆性大，韧脆转变温度TK在室温左右。
④无同素异构转变，多在退火软化态下使用。

用途：多用于受力不大的有耐酸和抗氧化要求的结构部件。

6、何谓“475℃脆”和“σ相脆”？
475℃脆性：当钢中>15％Cr时，随Cr↑其脆化倾向也↑。在400~525℃长时间加热或缓慢冷却时，钢就变得很脆, 以475℃加热为最甚，所以把这种现象称为475℃脆性。

σ相脆行：σ相具有高的硬度，形成时伴有大的体积效应，且又常沿晶界分布，使钢产生了很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。

7、奥氏体不锈钢的主要优缺点是什么？
优点：①具有很高的耐腐蚀性；
②塑性好，容易加工变形成各种形状钢材；
③加热时没有同素异构转变，焊接性好；
④韧度和低温韧度好，一般情况下没有冷脆倾向，
有一定的热强性；
⑤不具有磁性；
缺点：价格较贵，切削加工较困难，导热性差。
8、什么是晶间腐蚀？
奥氏体不锈钢焊接后，在腐蚀介质中工作时，在离焊缝不远处会产生严重的晶间腐蚀。沿金属晶界进行的腐蚀称为晶间腐蚀。

9、说明奥氏体型不锈钢产生晶界腐蚀的原因及防止办法。
1）在焊缝及热影响区(450~800℃)，沿晶界析出了（Cr,Fe）23C6碳化物，晶界附近区域产生贫Cr区（低于1/8定律的临界值）。
2）防止办法：
（1）降低钢中的含C量；
（2）加入强K形成元素Ti、Nb，析出特殊K，稳定组织；
（3）进行1050~1100℃的固溶处理，保证Cr含量；
（4）对非稳定性A不锈钢进行退火处理，使A成分均匀化，
消除贫Cr区;
（5）对稳定性钢，通过热处理形成Ti、Nb的特殊K，
以稳定固溶体中Cr含量，保证含Cr量水平。

10、常用的耐热钢有哪几种？用途如何？
根据不同服役条件，将耐热钢分为热强钢和热稳定性钢两大类。热强钢：P热强钢、M热强钢、A型高温合金。
抗氧化钢：F型抗氧化钢、A型抗氧化钢。

11、什么是抗氧化性？提高钢抗氧化性的主要元素有哪些？
1）抗氧化性：是指金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力。
2）从合金化角度，提高钢抗氧化性的途径有：
①加入合金元素，提高钢氧化膜稳定性；
②加入合金元素，形成致密、稳定的氧化膜。

12、什么是应力松弛？什么是蠕变？
应力松弛：应力松弛现象是在具有恒定总变形的零件中，随时间延长而自行降低应力的现象。
蠕变：金属在一定温度和静载荷长时间的作用下，发生缓慢的塑性变形的现象称为蠕变。

13、什么是热强性？提高热强性的途径有哪些？
1）热强性：指钢在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。
2）提高热强性的途径有：
强化基体、强化晶界、弥散相强化、热处理。

14、何谓抗氧化钢？常用在什么地方？
1）抗氧化钢:在高温下有较好的抗氧化能力且具有一定强度的钢。
2）广泛用于工业炉的构件、炉底板、料架、炉罐等。

15、为什么高Mn耐磨钢在淬火时得到全部奥氏体，而缓冷却得到大量的马氏体？
“水韧处理”——将钢加热到1000～1050℃高温，保温一段时间，使钢中碳化物全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，得到单相奥氏体组织。水韧处理后硬度并不高（180～220HBS）。当它受到剧烈冲击或较大压力作用时，表面迅速产生加工硬化，并伴有马氏体相变，使表面硬度提高到52～56 HRC，因而具有高的耐磨性，而心部仍为奥氏体，具有良好的韧性，以承受强烈的冲击力。 

16、高锰耐磨钢有些什么特点？为什么会有这些特点？如何获得这些特点？
1）在强烈冲击和严重磨损条件下能发生冲击硬化而具有很高的
耐磨能力。
2）因其铸态组织为：A+K。经水韧处理（加热到A