金属材料学思考题答案2.doc

金属材料学思考题答案2

绪论、第一章、第二章

1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？

答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔

点低、稳定性差。

2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？

答：

回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力

回火脆性：在 200-350℃之间和 450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下

降的现象

热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能

合金元素对回火转变的影响：①Ni 、 Mn 影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提

高回火稳定性，产生二次硬化，抑制 C 和合金元素扩散。③ Si 比较特殊：小于 300℃时强烈延缓马氏体分解，

3．合金元素对 Fe-Fe3C 相图 S、E 点有什么影响？这种影响意味着什么？

答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、 E 点向左下方移动，如Mn 、 Ni 等；

凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、 E 点向左上方移动，如Cr、 Si、 Mo 等？

E 点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。 S 点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。

4．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

火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、 40CrNi 、 40CrMn、 40CrNiMo 。

1）淬透性： 40CrNiMo 〉 40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr

2）回火稳定性： 40CrNiMo 〉 40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr

3）奥氏体晶粒长大倾向： 40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo

4）韧性： 40CrNiMo 〉 40CrNi 〉 40Cr〉 40CrMn (Mn 少量时细化组织 )

5）回火脆性： 40CrMn 〉 40CrNi> 40Cr 〉 40CrNiMo

5.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” ？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用）

合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高， C 曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。

然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。

除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均

匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn 除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。

合金元素还能减缓钢的回火转变过程，特别是碳化物形成元素阻碍碳化物聚集长大，提高组成相的弥散度，从而提高强度。

强碳化物形成元素还可以产生沉淀强化，阻止和消除第二类回火脆性。

综上所述，合金元素本身可以形成碳化物或固溶体来提高钢材强度，但更重要的是通过热处

理来改变其大小分布，因此相变强化更明显。也就是说，合金元素与碳钢的强度差异。主要在于通过热处理过程产生沉淀强化和细晶强化，提高淬透性和回火稳定性等，来显著提高合金钢的组织性能。

6.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？

1）细化晶粒、组织——如Ti、V、Mo；

2）提高回火稳定性——如强K形成元素Mo， V；

3）改善基体韧度——Ni；

4）细化 K——适量Cr、Ti、V，使K小而匀；

5）降低回火脆性——W、 Mo ；

6）在保证强度水平下，适当降低含 C 量，提高冶金质量。

7）通过合金化形成一定量残余奥氏体

7.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？

有细晶强化、固溶强化、第二相强化和位错强化四种。

钢淬火后形成马氏体，由于C 的过饱和和合金元素的固溶，钢的强度上升，利用了固溶强

化的机制；淬火后的马氏体组织产生大量的位错亚结构，位错密度上升，材料强度增加，体

现了位错强化的效果；钢在淬火时由较粗大的奥氏体晶粒变成细小的马氏体针或板条束，组织细化，体现了细晶强化的效果；淬完火后的回火处理，有细小弥散的碳化物析出，能够起

到沉淀强化（第二相强化）的效果。

8.以制造跨海大桥用的工程结构钢为例，说明其基本性能要求是什么，我国制造这类钢的

化学成分特点是什么？

答：性能要求：足够强度和韧性，良好的焊接性和成型工艺性，良好的耐海水腐蚀性和大气

腐蚀性能

成分特点：低碳，低锰，含Cu、 P

9.09MnCuPTi 是低合金高强度钢（普低钢），结合我国普低钢成分特点，分析各合金元素的

作用？

答： Mn：固溶强化作用大， 1%Mn ， ReL↑ 33MPa。约有 3/4 量溶入 F 中，弱的细晶作用，

↓TK 。量多时可大为降低塑韧性 .

Ti：形成稳定细小的 K 等，粒子 2~10nm ，既细晶又沉淀强化，↑ ReL，↑δ、A K，综合

效果↓ TK 。改善焊接性。

Cu， P：耐大气腐蚀性最有效的元素。一般含量:0.025~0.25% Cu ， 0.05~0.15％ P 。↑ P，冷脆和时效倾向增加。复合加入适量元素，则↑钢耐蚀性效果更佳。

10. 为什么贝氏体型低合金高强度钢多采用0.5%Mo 和微量 B 作为基体合金化元素？

低碳贝氏体钢中加入 Mo 使 P 右移显著，但 Mo 却不能使 F 右移；加入微量 B 使 F 右移但贝氏体

右移较小，可以空冷得到贝氏体组织。

11.什么是微合金钢？微合金化元素（NbTiV ）的主要作用是什么？

微合金化高强度钢成分特点是尽量降低碳含量，在保证塑性，韧性和焊接性能的基础上，采用微合金化元素细化晶粒、沉淀强化以及控制扎制和控制冷却的办法进一步提高强度。

Nb ， V， Ti 主要作用是细化晶粒和产生沉淀强化作用。

第三章

1.在结构钢的部分标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度。

为什么？有什么意义？

同一材料热处理不同，可以得到不同的性能。而试样尺寸也影响淬火效果，尤其是大尺寸工件的淬硬层深度同样会随尺寸变大而变小。心部往往淬不透不是马氏体组织，而可能变成铁素体和珠光体，或索氏体等。这样在选用材料的时候既要考虑到热处理工艺，还要考虑试样尺寸对淬透层深度的影响。

2.在飞机制造厂中，常用18Cr2Ni4WA 钢制造发动机变速箱齿轮。为减少淬火后残余应力和

齿轮尺寸的变化，控制心部硬度不致过高，以保证获得必需的冲击韧性，采用如下工艺：将

渗碳后的齿轮加热到850℃左右，保温后淬入200－ 220℃的第一热浴中，保温10min 左右，取出后立即置于550－ 570℃的第二热浴中，保持1－ 2 小时，取出空冷至室温。

问：此时钢表、里的组织是什么？

已知：该钢的Ms＝ 310℃，表面渗碳后的Ms＝ 80℃左右。

答：渗碳后的齿轮等温淬火后心部因含碳量较低，导热慢，第一次盐浴时心部的温度仍高

于 550－ 570℃，在第二次热浴时其组织转变为回火索氏体；而表面在第一次热浴时就转变

为回火马氏体，碳化物和残余奥氏体，由于该合金含量较高，各类碳化物比较稳定，回火稳定性高，在第二次热浴时组织保持不变。

3.轧制钢板的轧辊尺寸很大，其轴承在工作时受很大的冲击作用，请从以下材料中选择合适

的材料制造该轴承，并且说明热处理工艺及使用状态组织 .GCr15， W18Cr4V ， 20Cr2Ni4 ，

40CrNiMo ， T10， 0Cr8Ni9 ，20， Cr12MoV ， 65Mn

答：选择渗碳钢20Cr2Ni4 ，该钢进行渗碳处理后，可以达到表硬里韧的效果，表面高硬度，耐磨、疲劳强度高，心部韧性好，可以承受较大冲击作用。

热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火

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？

常用的合金元素有 Mn,Cr,Mo,V,Si,Ni,B

Mn:能大为提高钢的淬透性，但容易使钢有过热倾向，并有回火脆性倾向

Cr：提高钢的淬透性的同时还提高回火稳定性，但是有回火脆性倾向

Ni ：非碳化物形成元素，能有效的提高钢基体的韧度，并且Ni-Cr 复合加入，提高淬透性作

用很大，但也有回火脆性倾向

Mo ：提高淬透性，既提高回火稳定性，细化晶粒，又能有效的消除或大为降低回火脆性倾

向。

V：强碳化物形成元素，有效地细化晶粒，如融入奥氏体能提高淬透性，降低钢的过热敏感

性。

5.某工厂原来使用45MnSiV 生产φ8mm 高强度调质钢筋。要求σ>1450MPa，σ>1200MPa，

δ>6% 。热处理工艺是920℃± 20℃油淬， 470℃± 10℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi 钢。请考虑是否可以代用？如可以代用，热处理工艺如何调整？

答：可以代用，因为25MnSi 钢为低碳马氏体钢，经适当的热处理后能获得与调质钢相当的

综合性能，即较高强度和韧性的组合。

工艺调整：

25MnSi 钢与 45MnSiV 相比不含 V 元素，但有 Mn ，过热敏感性较大，因而要降低淬火加热温

度

与 45MnSiV 相比， 25MnSi 钢淬透性较低，油淬应改成用盐水淬火

为获得所要求的力学性能应采用低温回火

6.弹簧钢的主要性能要求是什么？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5－ 0.75％之间？

答：基本性能要求有：高的弹性极限；高的屈强比；高的疲劳强度；高的淬透性；足够的塑

性和韧性；还要有一定的冶金质量和表面质量。

含碳量在0.5~0.75%的范围是为了保证经淬火和中温回火后具有足够的弹性减退抗力，另一方面，足够的碳可以和合金元素形成碳化物，提高中温回火强度。但过多的碳，会形成过多碳化物，疲劳性能变差。

7.直径 25mm 的 40CrNiMo 钢棒料，经过正火后难以切削，为什么？

答:因为 40CrNiMo 钢中含有Cr，Ni ，Mo 几种合金元素，能很好的提高钢的淬透性，使钢在

正火状态下就能得到较多的马氏体，大大提高合金的硬度（40CrNiMo钢正火后硬度在400HBS 以上）因而难以切削。

8.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，中碳钢和高碳钢各自应经过什么样的热处理，得到什么样的金相组织？

答：钢硬度在170-230HB 切削性能最好，对于组织来说P:F=1:1 较佳，不同含 C 量的钢得到

较好的切削性，其预备热处理不同，得到组织也不同。

中碳钢：正火F+S

高碳钢：正火 + 球化退火 +退火P+ 粒状 K

9.用低淬钢制作中小模数的中高频感应加热淬火齿轮有什么优点？

答：表面硬化而心部仍保持较高的韧性，表面局部加热，零件淬火变形小，加热速度快，可

消除表面脱碳和氧化现象，在表面形成残余压应力，提高疲劳强度，小齿轮得到沿轮廓分布硬

化层。

10.滚动轴承钢常含有哪些合金元素？各起什么作用？为什么含Cr 量限制在一定范围？

答：合金元素：Si,Mn,Mo,Cr

作用： Cr：提高硬度，耐磨性

Mo: 提高淬透性，防止第二类回火脆性

Si：提高淬透性，耐磨性和提高疲劳寿命

Mn: 提高淬透性和冷加工性

含 Cr 量过高会导致残余奥氏体增加，尺寸稳定性和均匀性变差，降低韧性，Cr 含量过低碳

化物形成较少，不利于硬度和耐磨性的提高。

11.高锰耐磨钢有什么特点？在什么情况下适合使用这类钢？

特点：高碳、高锰。铸态使用。铸态组织一般是奥氏体、珠光体、马氏体和碳化物复合组织，力

学性能差，耐磨性低，不宜直接使用。经过水韧处理（即固溶处理）后的显微组织是单相

奥氏体，软而韧。

广泛应用于承受大冲击载荷、强烈磨损的工况下工作的零件。

12.20Mn2 钢渗碳后是否适合于直接淬火？为什么？

不适于直接淬火，因为Mn 是奥氏体形成元素，降低钢的 A 1温度，促进晶粒长大，直接淬

火时晶粒过大，得不到想要的硬度和强度，脆性过大。

13. 某精密镗床主轴用 38CrMoAl 钢制造，某重型齿轮铣床主轴选择了 20CrMnTi 制造，某普通车床主轴材料为 40Cr 钢。试分析说明它们各自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）。

38CrMoAl 钢采用调质处理加渗氮处理，形成γ’ （ Fe4N）、ε（Fe3-2N ）相，合金氮化物，共

格关系，弥散强化。表面硬度高，耐磨性好，咬死和擦伤倾向小，疲劳性能高、缺口敏感性

低、耐蚀性高。表层组织γ’ （Fe4N）、ε（Fe3-2N ）相， M 回；心部组织 M 回。

20CrMnTi 钢采用渗碳后降温直接淬火＋低温回火，获得组织为心部 M 回，表层 M 回 +K+A ’，较高耐磨性和强韧度，特别是低温韧度较好。

40Cr 钢采用调质处理，获得S 回，具有强度、塑性和韧性的良好配合。

14.试述微合金非调质钢的成分、组织、性能特点。

成分：在碳钢中加入Ti 、Nb 、V、 N 等微合金化元素。

组织：主要是F+P+ 弥散析出K ；

性能特点： Ti 、Nb 、V 等微量元素以相间析出的形式起沉淀强化的作用，同时又细化了组织，

在不经调质处理的条件下达到或接近调质钢的力学性能，即强度高、韧性好。

第四五章

1. 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？

答：为了让9SiCr 钢中的合金元素全部溶入奥氏体中。

（2）直径为φ30－ 40mm 的 9SiCr 钢在油中能淬透，相同尺寸的T9 钢能否淬透？为什么？

答：不能，因为9SiCr 中 Si 和 Cr 提高了淬透性，9SiCr 比 T9 钢淬透性好，因而相同尺寸的

材料 9SiCr 能在油中淬透。

（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230－ 250℃，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常

工作，为什么？答： T9 为碳素工具钢，回火稳定性低，其最终回火温度一般在 180~200℃，超过200℃后，会发生回火软化现象，即回火马氏体中碳会大量析出，并且渗碳体会聚集长

大，使得工具硬度强度降低，失去切削性能。而9SiCr 钢因含有合金元素Si、 Cr，热稳定性高，在250℃时还能正常工作，另外因为Cr 是碳化物形成元素，大量碳化物的存在也使得

其耐磨性提高。

（4）为什么9SiCr 钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具？

Cr、Si 的加入提高了淬透性并使钢中碳化物细小均匀，使用时刃口部位不易崩刀；Si 抑制低温回火时的组织转变非常有效，所以该钢的低温回火稳定性好，热处理时的变形也很小。缺点是脱碳敏感性比较大。因此，如果采用合适的工艺措施，控制脱碳现象，适合制造圆板牙

等薄刃工具。

2.有一批 W18VCr4V 钢制钻头，淬火后硬度偏低，经检验是淬火加热温度出了问题。淬火加

热温度可能会出现什么问题？怎样从金相组织上去判断？

答：淬火加热温度可能出现过热、过烧或欠热等问题。若金相组织晶粒粗大，晶界上有网状

碳化物，则说明出现过热；若出现鱼骨状共晶莱氏体组织和黑色组织，说明出现过烧；若晶粒特别细小，碳化物未溶解，说明出现欠热。

3.在高速钢中，合金元素W、 Cr、V 的主要作用是什么？

W：钨是钢获得红硬性的主要元素。主要形成M6C 型 K ，回火时析出W2 C； W 强烈降低热导率但钢导热性差

Cr 加热时全溶于奥氏体，保证钢淬透性，大部分高速钢含4％ Cr 。增加耐蚀性，改善抗

氧化能力、切削能力。

V 提高硬度和耐磨性，细化晶粒，降低过热敏感性。以VC 存在。

4.说明下列钢号中Cr、 Mn 的作用：

15MnTi 、20CrMnTi 、GCr15、W6Mo5Cr4V2 、5CrNiMo 、ZGMn13 、0Cr13、40MnB、9Mn2V 、CrWMn 。

15MnTi ：是低合金高强度钢。 Mn 的作用是提高淬透性。

20CrMnTi ： Cr 是强碳化物形成元素，它能强化铁素体和增大淬透性。Mn 提高淬透性。GCrl5 ： Cr 能提高淬透性和减少热敏感性，与它碳形成的合金渗碳体（Fe· Cr）3C 在退火时集聚的倾向比无Cr 的渗碳体小，所以Cr 能使渗碳体细化。 Mn 提高淬透性。

W6Mo5Cr4V2 ， Cr 提高淬透性和耐磨性，以及切屑加工性能。

5CrNiMo 、 Cr 提高淬透性和耐磨性

ZGMnl3: Mn 的作用是：保证热处理后得到单相的奥氏体。

0Crl3：铬是使不锈钢获得耐腐蚀性的最基本元素。在氧化性介质中，铬能使钢表面很快生

成一层氧化膜，防止金属基体继续破坏。含铬钢在氧化性介质中的耐腐蚀性能随铬量的增加

而提高，当含铬最达13%左右时（ 1/8 原子比 )，大大提高了钢的电极电位，使耐腐蚀性发

生一个跳跃式突变，所以不锈钢中含铬量一般均在13%以上

40MnB： Mn 提高淬透性。

9Mn2V ：高碳低合金冷变形模具钢。Mn 溶入铁素体后起强化作用；溶入渗碳体中形成（Fe· Mn）3C 渗碳体类型的碳化物。

CrWMn ：Cr、Mn 能提高淬透性。 Cr 是碳化物形成元素，能使钢中有较多的碳化物，因此 Cr 提高了此钢的硬度和耐磨性。

5.指出下列钢号属于什么钢？各符号代表什么意义？Q235、 15、T7、T10A 、 08F、 Y40Mn。Q235：普碳钢，屈服强度>=235MPa

15：优质碳素结构钢，含碳量约为0.15%

T7：碳素工具钢，含碳量约为0.70%

T10A ：高级优质碳素工具钢，含碳量约为 1.0 %

08F：低合金结构钢，08：含碳量0.08%，F：沸腾钢

Y40Mn ：易切削钢，含碳量约为0.40 %，Mn 含量小于 1.5%

6.指出下列钢的类别、主要特点及用途：

Q215－ A.F ：普碳钢，屈服强度>=215MPa ，质量等级为 A 级，沸腾钢，塑性好，可轧制成

钢板，钢筋，钢管等

Q255-B：普碳钢，屈服强度>=255MPa ，质量等级为 B 级，塑性好，可轧制成钢板，钢筋，

钢管等

10 钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.10%，用于制造轴承支架

45 钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.45%，用于制造轴、齿轮

65 钢：优质碳素结构钢，含碳量约为0.65 %，用于制造弹簧

T12A 钢：高级优质碳素工具钢，含碳量约为 1.2 %，用于制造刀具、量具、模具等

7.材料库中存有： 42CrMo 、GCr15 、T13、60Si2Mn。现要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选

用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。

T13，锉刀：热处理方法有：预备热处理：①正火、②球化退火、③最终热处理：淬火 + 低温回火。M回 +K+A ’

42CrMo，齿轮， 850℃油淬 +560℃回火；回火索氏体。

GCr15，连杆，球化退火 + 淬火、低温回火；隐晶马氏体 + 粒状碳化物 + 少量残余奥氏体。

60Si2Mn，弹簧，淬火 + 中温回火；回火屈氏体。

第六七章

1、提高钢耐腐蚀性的方法有哪些？

（ 1）形成稳定保护膜，→Cr、 Al 、 Si 有效。

（ 2）↑固溶体电极电位或形成稳定钝化区→Cr、 Ni 、 Si：Ni 贵而紧缺， Si 易使钢脆化，Cr 是理想的。

（ 3）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。

2.为什么低合金热强钢都用Cr、 W、Mo 、V 合金化

作为合金元素加入的Cr、W、Mo 、V 等四种元素可与碳结合形成特殊碳化物。这些特殊碳

化物对珠光体热强钢的抗回火能力、回火后的硬度和热稳定性有很大的影响。因此在珠光体耐热钢中必须含有Cv、 W、Mo 、V 等元素。

其中 Cr 可以是提高钢的抗氧化性的主要元素，可以形成致密而稳定的Cr2O 3。

Mo 可以提高低合金热强钢热强性，固溶强化，析出强化。

V可以形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，增加热强性。

W虽然能提高钢的热强性，但含W 量过多使热疲劳性敏感性增高。

3.下列零件和构件要求材料具有哪些主要性能？应选用何种材料（写出材料牌号）？应选

择何种热处理？

（1)大桥：足够的强度和韧度，良好的焊接性和成型工艺性材料16Mn（ Q345）热处理：热轧＋正火

（2)汽车齿轮；对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求高，20CrMnTi 热处理二次淬火＋低温回火

（3)镗床镗杆：要求较高硬度和耐磨性，整体要求好的综合机械性能：45 热处理：调质、表面淬火＋低温回火

（4）汽车板簧：高的屈服强度高的疲劳性能：60Si2Mn 热处理：淬火＋中温回火

（5）汽车、拖拉机连杆螺：能承受交变载荷作用，整个断面要求良好的强韧性：45 热处理：调质：

（6）拖拉机履带板：抗强烈冲击磨损：ZGMn13 热处理：水韧处理

（7）气轮机叶片：要求更高的蠕变强度、耐蚀性和耐腐蚀磨损性能：Cr12 热处理：淬火高温回火。

（8）硫酸、硝酸容器：耐酸性腐蚀介质浸蚀：1Cr18Ni9Ti 热处理：固溶处理

（9)锅炉：足够的高温强度和联合的持久塑性；足够的抗氧化性和耐腐蚀性；组织稳定性要

好；良好的工艺性能材料：珠光体热强钢15CrMo热处

理：正火加高温回火

（10)加热炉炉底板：同锅炉

4.判断下列钢号的钢种、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：T8、Q295、ZGMn13 、20Cr、40Cr、20CrMnTi 、4Cr13、15GCr、60Si2Mn、12CrMoV 、12CrMoV 、3Cr2W8、38CrMoAl 、9SiCr、5CrNiMo 、W18Cr4V 、CrWMn 、1Cr18Ni9Ti 、 4Cr9Si2、Cr12。

T8：

碳素工具钢。常用的热处理方法有：预备热处理：①球化退火、②正火、③去应力处理。最

终热处理：①淬火、②回火。使用状态下的金相组织是： M 回+ 粒状 Fe3C+ 残余 A

20Cr：

合金渗碳钢（低淬透性钢）。常用的热处理方法有：为了改善切削加工性，渗碳钢的预先热

处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬火加低温回火。热处理后表面渗碳层的组织

是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心部组织为低碳回

火马氏体，未淬透时为铁素体十低碳回火马氏体。

Q345：

低合金结构钢。低合金结构钢一般在热轧或正火状态下使用，一般不需要进行专门的热处理。

其使用状态下的显微组织一般为F+P 。如果为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。ZGMn13 ：

耐磨钢。常用的热处理方法有：水韧处理（加热到1000~1100C，保温一定时间，在水中快

速冷却。使用状态下的金相组织是：单相的奥氏体

40Cr：

调质钢。调质钢零件的预备热处理：退火或正火，最终热处理：调质处理。调质后组织为回

火索氏体。

20CrMnTi ：合金渗碳钢（中淬透性渗碳钢）。常用的热处理方法有：为了改善切削加工性，

渗碳钢的预先热处理一般采用正火工艺，渗碳后热处理一般是淬火加低温回火，或是渗碳

后直接淬火。热处理后表面渗碳层的组织是针状回火马氏体十合金碳化物十残余奥氏体，满足耐磨的要求：全部淬透时心部组织为低碳回火马氏体，末淬透时为索氏体十铁素体十低碳

回火马氏体。

4Crl3：

马氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：①淬火+低温回火。使用状态下的金相组织是：

回火马氏体。

GCrl5 ：

常用作轴承钢和量具钢。常用的热处理方法有：预备热处理：①锻造 + 球化退火。最后热

处理：①淬火、②低温回火。使用状态下的金相组织是：回火马氏体+

粒状碳化物 + 少量的残余奥氏体。

60Si2Mn：

弹簧钢。常用的热处理方法有：淬火+中温回火。使用状态下的金相组织是：回火托氏体。

3Cr2W8V ：

常用着压铸模钢，属于过共析钢。常用的热处理方法有：锻造、球化退火、淬火和高温回火。38CrMoAl ：

调质钢（中淬透性钢，氮化钢）。零件的热处理主要是毛坯料的预备热处理(退火或正火 )以及粗加工件的调质处理。调质后组织心部为回火索氏体，氮化表面为Fe4N+Fe 3-2N+M 回。9CrSi：

合金刃具钢，低合金工具钢的预备热处理通常是锻造后进行球化退火，目的是改善锻造组织和切削加工性能。最终热处理为淬火 + 低温回火，其组织为回火马氏体+ 未溶碳化物 + 少量残余奥氏体。

5CrNiMo ：

热模具钢。要反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。锻造后的预备热处理一般是完全退火，

其目的是消除锻造应力、降低硬度，以便于切削加工。其最终热处理为淬火+ 高温 (中温 )回火，以获得回火索氏体或回火托氏体组织。

Wl8Cr4V ：

高速钢。常用的热处理方法有：在锻后进行球化退火，以降低硬度，便于切削加工，并为淬

火做好组织准备。最终热处理为高温淬火和三次高温回火。

经过三次回火后残余奥氏体基本转变完成。高速钢回火后组织为极细的回火马氏体 + 较多粒状碳化物及少量残余奥氏体。

Crl2MoV 、 CrWMn ：

冷作模具纲。常用预备热处理是球化退火。最终热处理一般是淬火+低温回火，经淬火、低

温回火后的组织为回火马氏体+ 弥散粒状碳化物+ 少量残余奥氏体。

1Crl8Ni9Ti ：

奥氏体型不锈钢。常用的热处理方法有：①固溶处理、②稳定化处理。使用下组织为单相

奥氏体。

Crl2

冷作模具钢。属于莱氏体钢。常用的热处理方法有：预备热处理：锻造+ 球化退火。

最终热处理：淬火 + 低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体 + 弥散粒状碳化物 + 少量残余奥氏体。

第七章

1.设计创制马氏体时效钢的基本依据是什么？

以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强

度钢。与传统高强度钢不同，它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。

2.各类超高强度钢是在哪些钢的基础上发展起来的？各有什么优缺点？

低合金超高强度钢：是由调质钢发展起来的，这类钢的优点是具有较高的强度和韧性，且合金元

素含量低，成本低，生产工艺简单；缺点是有较大的脱碳敏感性，热处理后变形大，不

易校直，而且焊接性也不太好。

二次硬化型超高强度钢：热作模具钢的改型钢，这类钢的优点是淬透性高，过冷奥氏体稳定，耐

热性好，具有较高的中温强度；主要缺点是塑韧性、焊接性和冷变形性较差。

马氏体时效钢：铁—镍基合金，这类钢的特点是强度高，韧性高，屈强比高，焊接性和成形

性良好，加工硬化系数小，热处理工艺简单，尺寸稳定性好；缺点是合金度高和生产工艺严

格，钢的成本高，因此其使用范围受到限制。

沉淀硬化超高强度不锈钢：是由不锈钢发展起来的，主要有马氏体沉淀硬化型不锈钢和奥氏体—马氏体沉淀硬化型不锈钢；马氏体沉淀硬化型不锈钢的优点是强度和断裂韧度高，缺点是高温性能差。奥氏体—马氏体沉淀硬化型不锈钢的优点是有较好的塑性、加工性能和焊接性，缺点是化学成分和热处理温度的控制范围很窄，热处理工艺复杂，性能波动大，在温度

较高时钢的脆性增大。

第八章

1.机床的床身、床脚和箱体为什么都采用灰铸铁铸造为宜？能否用钢板制造？将两者的使

用性能和经济性能作简要的比较。

因为它有优良的铸造性能，良好的减震性，不能用钢板制造

使用性能：钢的强度，硬度较灰铸铁高，但灰铸铁较钢来说有良好的减震性，减磨性，铸造

性能。

经济性能：灰铸铁比钢便宜

2．灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其

强度越低？

灰口铸铁的组织和性能决定于含碳量和冷却速度。冷却速度越快珠光体越多，组织越细，性能越高。但过高会出现白口组织。因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，石墨数

量也越多，对基体的破坏就越严重。所以铸铁的强度越低。

3.片状石墨的分布类型有哪些？哪一种类型铸铁性能最好？

根据石墨形态，把片状石墨分为六种类型：A~F 。中等大小、均匀分布的 A 型； B 型为中心D 型、边部 A 型的结合； C、 F 型为过共晶石墨； D 型是奥氏体枝晶间分布的细小石墨； E 型是奥氏体枝晶间呈方向性分布的粗大石墨；

中等大小的 A 型最好（同等石墨大小），对基体性能降低最小。

4.计算下列成分的铸铁的碳当量（ CE）和共晶度（ SE），并判断其是为亚共晶合金、共晶合金

或过共晶合金？

1） 3.2%C, 2% Si, 0.4%P；

CE = 3.2%+1/3 × 2%+0.4%） = 4.0%

SE = 3.2%/(4.3%-1/3 × (2%+0.4%)) = 91.4% <1亚共晶

2） 3.2%C, 2% Si, 1.18%P；

CE = (3.2 + 1/3 × (2+1.18))% = 4.26%

SE = 3.2%/(4.3-1/3 × (2+1.18))% = 98.8% 共晶

3) 3.2%C, 2.9% Si, 1.3% P.

CE = (3.2 + 1/3 × (2.9+1.3))% = 4.6%

SE = 3.2%/(4.3-1/3 × (2.9+1.3))% = 110.3% 过共晶

第九、十章

1.铝铜合金的时效过程经过下列步骤，试说明各个阶段的性能变化规律？

GP→θ”→θ’→θ。

2.为什么固溶处理之后要进行时效处理，影响时效硬化效果的因素有哪些？

3.牌号 H62、B5、QSn4-3、QAl7、HMn58-2、ZCuZn38、ZCuSn10Zn4、ZCuNi10Fe1属于哪

类铜合金？

H62 普通压力加工黄铜；

B5 白铜；

QSn4-3 锡青铜；

QAl7 铝青铜；

HMn58-2 、特殊黄铜；

ZCuZn38 、 ZCuSn10Zn4、 ZCuNi10Fe1 铸造黄铜。

4.什么叫黄铜的“自裂”？其自裂的原因是什么

自裂现象：经冷变形黄铜制品在潮湿的大气中，特别是在含氨或海水中，发生自动破裂现象。自裂原因：趋势随含锌量的增加而增大。本质是因为冷加工变形的黄铜制品残留内应力，在应力作用下形成沿晶腐蚀，导致制品破裂。因此也叫应力破裂。

5.单相α黄铜中温脆性产生的原因是什么？

答：（ 1）原因：一方面，合金中存在微量铅、铋等有害杂质与铜形成低熔点共晶分布在晶

界上，热加工时产生晶间破裂；另一方面，在铜锌合金系α相区内存在α （1 Cu3Zn）和α

（2Cu9Zn ）两个有序化合物，在中低温加热时发生有序化转变，使合金塑性下降。

6.写出“弹壳黄铜” 、“金色黄铜” 、“易切黄铜” 、“海军黄铜”主要牌号及用途。

答：弹壳黄铜：单相α黄铜，H70、H68，用于复杂的冷冲件和深冲件，如散热器外壳、导管、波纹管、弹壳、垫片、雷管等。

金色黄铜： H96、H90 等：导热性、抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等

易切黄铜：α铅黄铜， HPb59-1，用于钟表机芯的基础部件、汽车、拖拉机等机械零件

如衬套、螺钉、电器插座等，用于制造各种零件和标准件。

海军黄铜：锡黄铜， HSn70-1，用于管材、棒材、板材等舰艇制造工业如冷凝管、船舶

零件、船舰焊接件的焊条等。

7. 说出下列材料常用的强化方法：H70；2024 ； ZL102 。

加工硬化，固溶时效，过剩相强化

8.什么是铜的氢病？

指含氧铜在氢气或还原性气氛（ CO、CH 4）中退火时发生自动变脆或开裂的现象。其本

质：

H 2＋ [O]=H 2 O

CO＋ [O]= CO 2

第十一章

1.根据退火组织，钛合金分为哪三类？

α型钛合金，α+型β钛合金，β 型钛合金

2.Ti6Al4V 属于哪一类钛合金？合金中Al 和 V 对组织各有何作用？

属于 TC4 即α +β型钛合金。

Al 可扩大α相区，能固溶强化和弥散强化，提高热强性、弹性模量、不降低塑

性； V 固溶强化，为常用β稳定型元素，稳定β相。

3.为什么在几乎所有的钛合金中，均有一定含量的合金元素铝？为什么铝的加入量都控制在

6-7%以下？

钛合金中 Al 是稳定α相的元素。 A1 在α相中固溶度很大，固溶强化， Al 还提高热强性、弹性

模量、不降低塑性。

但当 Al ＞ 6％后，与α共格有序相α 2（ Ti3Al ）。α2 是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。 Al 大于 25%后，则出现γ相（ TiAl ）。所以要控制在 6-7%以下。

4.为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-Al-V 系的 Ti-6Al-4V 即 TC4 合金？

因为α+ β钛合金力学性能变化范围较宽，热热处理强化。可适应各种用途，约占航空工业使

用的钛合金70％以上，所以目前国内外应用最广泛的α+ β钛合金是 Ti-A1-V 系的 Ti-6A1-4V ，即 TC4 合金。

5.说明下列符号的物理意义

TA7 表示α型钛合金，Ti-5Al-2.5Sn

TC4 表示α+β型钛合金，Ti6Al4V

6. α稳定型合金是钛与哪些元素形成的合金？

Al 、 Sn

[此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更

好]