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在强合金形成元素含量较多的合金钢中,淬火后奥氏体十分稳定,甚至加热到500-600度回火升温与保温时仍不分解,而是在冷却部分转变成马氏体,使钢的硬度提高。
18二次硬化:
从α相中直接析出的特殊碳化物尺寸细小,稳定性好,并与母相保持着共格关系,故强化效果比较显著,伴随着这类特殊碳化物的析出,合金钢的硬度会升高,在硬度与回火温度的关系曲线上出现峰值,这种现象称为….
19、合金:
在金属中加入的非基体元素,使基体的组织和性能得到改善
20、475°
C脆性:
合金钢(含Cr、Ni、Mn、Si等元素)淬火并在450°
C-650°
C回火后产生低韧性现象,也称为高温回火脆性和第二类回火脆性
21、原位析出:
碳化物形成元素向渗碳体富集,当其浓度超过在合金渗碳体的溶解度时,合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。
22、蠕变极限:
金属材料在高温长时间的载荷作用下的塑性变形抗力,在规定温度(t)下,使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速度不超过规定值的最大应力,在规定温度下和在规定的实验时间内,使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力
23、晶间腐蚀:
金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀,是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象
24、离位析出:
含强碳化物形成元素的钢中,回火碳化物转变是直接从过饱和α相中析出特殊碳化物,同时伴有渗碳体的分解
25、持久强度:
持久强度极限是试样在一定温度和规定的持续时间内引起断裂的最大应力值,
高温疲劳强度:
在高温疲劳时只有条件疲劳极限,即把在某一规定的循环次数(一般采用107~108次)下而不断裂时的最大应力作为疲劳极限。
26、淬透性:
一般是指钢在淬火时获得M的能力,是钢材本身固有的一个属性。
在结构钢中,↑M淬透性作用显著的元素从大到小排列:
(B)、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。
27、淬硬性:
钢在理想条件下进行淬火所能达到的最高硬度的能力主要与钢的碳质量分数有关。
28、淬透性好的作用:
可以使工件得到均匀而良好的力学性能,满足技术要求;
在淬火时,可选用较缓和的冷却介质,以减小工件的变形与开裂倾向。
29、变形开裂倾向:
热应力→变形;
组织应力→开裂;
附加应力较复杂.影响因素比较复杂,要综合分析.采用分级淬火、等温淬火或双液淬火可降低应力,减小变形开裂倾向。
采用调质、球化退火等预先热处理也可减小零件的变形。
30、分级淬火:
将奥氏体化后的工件迅速投入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中保持适当时间,在工件整体达到介质温度后取出空冷获得马氏体。
31、等温淬火:
将奥氏体化后的工件快冷到贝氏体转变温度区间等温保持,使奥氏体转变为贝氏体。
32、双液淬火:
将奥氏体化后的工件迅速投入水中急冷,防止工件发生珠光体和贝氏体的转变,待工件表面温度接近Ms点时,立即从水中取出,投入油中冷却,在油冷过程中发生马氏体转变。
33、点腐蚀:
由于应力等原因使腐蚀集中在材料表面不大的区域,向深处发展,最后甚至能穿透金属。
34、晶界腐蚀:
晶界腐蚀是指腐蚀过程是沿着晶界进行的,其危害性最大
35、应力腐蚀:
钢在拉应力状态下能发生应力腐蚀破坏的现象。
2.合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素?
哪些是奥氏体形成元素?
哪些能在a-Fe中形成无限固溶体?
哪些能在g-Fe中形成无限固溶体?
答:
铁素体形成元素:
V、Cr、W、Mo、Ti、Al;
奥氏体形成元素:
Mn、Co、Ni、Cu
能在a-Fe中形成无限固溶体:
V、Cr;
能在g-Fe中形成无限固溶体:
Mn、Co、Ni
3.简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响,并说明利用此原理在生产中有何意义?
(1)扩大γ相区:
使A3降低,A4升高一般为奥氏体形成元素
分为两类:
a.开启γ相区:
Mn,Ni,Co与γ-Fe无限互溶.
b.扩大γ相区:
有C,N,Cu等。
如Fe-C相图,形成的扩大的γ相区,构成了钢的热处理的基础。
(2)缩小γ相区:
使A3升高,A4降低。
一般为铁素体形成元素
分为两类:
a.封闭γ相区:
使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。
如V,Cr,Si,A1,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb。
b.缩小γ相区:
Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等
(3)生产中的意义:
可以利用M扩大和缩小γ相区作用,获得单相组织,具有特殊性能,在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
4.简述合金元素对铁碳相图(如共析碳量、相变温度等)的影响。
1)改变了奥氏体区的位置
2)改变了共晶温度:
(l)扩大γ相区的元素使A1,A3下降;
(2)缩小γ相区的元素使A1,A3升高。
当Mo>
8.2%,W>
12%,Ti>
1.0%,V>
4.5%,Si>
8.5%,γ相区消失。
3.)改变了共析含碳量:
所有合金元素均使S点左移。
(提问:
对组织与性能有何影响呢?
)
5.合金钢中碳化物形成元素(V,Cr,Mo,Mn等)所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
基本类型:
MC型;
M2C型;
M23C6型;
M7C3型;
M3C型;
M6C型;
(强K形成元素形成的K比较稳定,其顺序为:
Ti>
Zr>
Nb>
V>
W,Mo>
Cr>
Mn>
Fe)
各种K相对稳定性如下:
MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C
(高-------------------------低)
6.主要合金元素(V,Cr,Ni,Mn,Si,B等)对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。
Ti,Nb,Zr,V:
主要是通过推迟P转变时K形核与长大来提高过冷γ的稳定性;
W,Mo,Cr:
1)推迟K形核与长大;
2)增加固溶体原子间的结合力,降低Fe的自扩散激活能。
作用大小为:
W>
Mo
Mn:
(Fe,Mn)3C,减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大;
扩大γ相区,强烈推迟γ→α转变,提高α的形核功;
Ni:
开放γ相区,并稳定γ相,提高α的形核功(渗碳体可溶解Ni,Co)
Co:
扩大γ相区,但能使A3温度提高(特例),使γ→α转变在更高的温度进行,降低了过冷γ的稳定性。
使C曲线向左移。
Al,Si:
不形成各自K,也不溶解在渗碳体中,必须扩散出去为K形核创造条件;
Si可提高Fe原子的结合力。
B,P,Re:
强烈的内吸附元素,富集于晶界,降低了γ的界面能,阻碍α相和K形核。
7.合金元素对马氏体转变有何影响?
合金元素的作用表现在:
1)对马氏体点Ms-Mf温度的影响;
2)改变马氏体形态及精细结构(亚结构)。
除Al,Co外,都降低Ms温度,其降低程度:
强C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si弱
提高γ’含量:
可利用此特点使Ms温度降低于0℃以下,得到全部γ组织。
如加入Ni,Mn,C,N等
合金元素有增加形成孪晶马氏体的倾向,且亚结构与合金成分和马氏体的转变温度有关.
8.如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性?
1)低温回火脆性(第I类,不具有可逆性)
其形成原因:
沿条状马氏体的间界析出K薄片;
防止:
加入Si,脆化温度提高300℃;
加入Mo,减轻作用。
2)高温回火脆性(第II类,具有可逆性)
与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。
加入W,Mo消除或延缓杂质元素偏聚.
9.如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。
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HRC和强度提高。
(但只有离位析出时才有二次硬化现象)
二次淬火:
在强K形成元素含量较高的合金钢中淬火后γ’十分稳定,甚至加热到500-600℃回火时升温与保温时中仍不分解,而是在冷却时部分转变成马氏体,使钢的硬度提高。
相同点:
都发生在合金钢中,含有强碳化物形成元素相对多,发生在淬回火过程中,且回火温度550℃左右。
不同点:
二次淬火,是回火冷却过程中Ar转变为m,是钢硬度增加。
二次硬化:
回火后,钢硬度不降反升的现象(由于特殊k的沉淀析出)
10.一般地,钢有哪些强化与韧化途径?
答1)强化的主要途径
宏观上:
钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段。
微观上:
在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍;
或者尽可能减少晶体中的可动位错,抑制位错源的开动,如晶须。
(主要机制有:
固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化)
2)韧化途径:
细化晶粒;
降低有害元素的含量;
防止预存的显微裂纹;
形变热处理;
利用稳定的残余奥氏体来提高韧性;
加入能提高韧性的M,如Ni,Mn;
尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。
11、在一般钢中,应严格控制杂质元素S、P的含量。
答案要点:
S能形成FeS,其熔点为989℃,钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化,所以易产生热脆;
P能形成Fe3P,性质硬而脆,在冷加工时产生应力集中,易产生裂纹而形成冷脆。
12、9SiCr钢和T9钢相比,退火后硬度偏高,在淬火加热时脱碳倾向较大。
Si是非K形成元素,能有效地强化铁素体,所以使钢在退火后硬度偏高;
Si提高碳活度,使渗碳体稳定性变差,促进了钢在加热时脱碳倾向较大。
13、试总结Ni元素在合金钢中的作用,并简要说明原因。
1)↑基体韧度→Ni↓位错运动阻力,使应力松弛;
2)稳定A,→Ni↓A1,扩大γ区,量大时,室温为A组织;
3)↑淬透性→↓ΔG,使“C”线右移,Cr-Ni复合效果更好;
4)↑回火脆性→Ni促进有害元素偏聚;
5)↓Ms,↑Ar→↓马氏体相变驱动力。
14、高速钢的热处理工艺比较复杂,试回答下列问题:
1)淬火加热时,为什么要预热?
2)高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右,但淬火加热温度在1200~1240℃,淬火加热温度为什么这样高?
3)高速钢回火工艺一般为560℃左右,并且进行三次,为什么?
4)淬火冷却时常用分级淬火,分级淬火目的是什么?
1)高速钢合金量高,特别是W,钢导热性很差。
预热可减少工件加热过
程中的变形开裂倾向;
缩短高温保温时间,减少氧化脱碳;
可准确地控制炉温稳定性。
2)因为高速钢中碳化物比较稳定,必须在高温下才能溶解。
而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体,在回火时才能产生有效的二次硬化效果。
3)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。
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时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。
4)分级淬火目的:
降低热应力和组织应力,尽可能地减小工件的变形与开裂。
15、从合金化角度考虑,提高钢的韧度主要有哪些途径?
1)加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素,细化晶粒;
2)提高回火稳定性,加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素;
3)改善基体韧性,主要是加入Ni元素;
4)细化碳化物,如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆;
5)降低或消除钢的回火脆性,主要是Mo、W元素比较有效;
16、40Mn2钢淬火加热时,过热敏感性比较大。
Mn促进了晶粒长大倾向,因为Mn降低A1温度,又强化了C促进晶粒长大的作用。
所以,40Mn2钢过热敏感性比较大。
17、40CrNiMo钢正火后,切削性能比较差。
40CrNiMo钢由于含有提高淬透性的元素Cr、Ni、Mo,而且又是多元复合作用更大,所以钢的淬透性很好,在正火条件下也会有大量的马氏体产生。
因此其切削性能比较差。
18、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。
灰铁:
G形态为片状,易应力集中,产生裂纹,且G割裂基体严重,使材料有效承载面积大为减小。
而球铁:
G形态为球状,基体是连续的,,相对而言,割裂基体的作用小,基体可利用率可达70~90%;
且球状G应力集中倾向也大为减小。
因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用,所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。
19、试总结Si元素在合金中的作用,并简要说明原因
1)↑σ,↓可切削性→固溶强化效果显著;
2)↑低温回火稳定性→抑制ε-K形核长大及转变;
3)↑抗氧化性→形成致密的氧化物;
(2分)
4)↑淬透性→阻止K形核长大,使“C”线右移,高C时作用较大;
5)↑淬火温度→F形成元素,↑A1;
6)↑脱C、石墨化倾向→Si↑碳活度,含Si钢脱C倾向大。
20、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素?
哪些能在α-Fe中形成无限固溶体?
哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体?
1)V、Cr、W、Mo、Ti、Al是铁素体形成元素
2)Mn、Co、Ni、Cu是奥氏体形成元素
3)Mn、Co、Ni在γ-Fe中无限固溶
4)V、Cr在α-Fe中形成无限固溶体
21、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在?
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(即在较高温度才开始分解和转变);
提高铁元素的再结晶温度,使碳化物难于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,提高了刚的回火稳定性。
22、合金元素在钢中的存在形式:
1、溶入固溶体F、A;
2、形成各种碳化物;
3、存在与夹杂物中;
4、存在与金属间化合物中,
5、较纯的金属相;
23、合金元素在钢中的分布
特点:
1、不均匀分布,2、与热处理工艺条件有关;
1、退火状态:
非碳化物形成元素基本上是溶与铁素体;
在碳化物中极微;
碳化物元素当钢中的合金元素较少时;
碳量又足够,则大部分存在于碳化物中(形成合金渗碳体、特殊碳化物);
当合金元素较高、碳少时;
则和碳亲和力强的元素优先形成碳化物,其余溶入铁素体;
弱碳化物元素;
全部溶入铁素体。
2、淬火状态:
与合金元素及淬火加热温度有关;
加热时溶入奥氏体中的元素;
淬火后溶入马氏体及残余奥氏体中;
加热时不溶入奥氏体中的碳化物以独立相存在。
3、正火状态同退火状态;
4、回火状态
温度小于400度:
合金元素扩散困难不重新分布;
大于400度时,重新分布,碳化物元素进入碳化物相;
非碳化物元素进入铁素体。
24、合金元素对淬透性的影响
钢的淬透性主要取决于钢的化学成分,晶粒度以固溶体状态存在的元素除Co外;
都不同程度的提高钢的淬透性.
原因:
1、降低奥氏体晶界自由能、使新相在晶界上成核困难,
2、阻碍扩散,使新相形核长大速度降低。
抑制了淬火时过冷奥氏体向P、B转变;
提高了淬透性。
25、合金元素对退火状态钢的机械性能的影响
1、所有合金元素溶入铁素体中都有强化作用,只是强化程度不同:
按强化程度有强到弱排列P、Si、Ti、Mn、Al、Cu、Ni、W、Mo、V、Co、Cr;
硅、锰能强烈提高铁素体的强度而铬、钼、W作用较弱;
2、合金元素加入降低了共析点的含碳量,相对提高了珠光体的量;
使强度提高。
3、合金元素使C曲线右移;
在相同冷却条件下,是铁素体和渗碳体两相混合物的分散度增加;
4、凡使强度提高较多的合金元素,均使缩韧性降低较多;
5、Ni提高强度又使缩韧性降低较少;
总之:
退火状态下合金元素对钢的性能改善作用不大。
26、合金元素对正火状态下钢的机械性能的影响
比退火状态下影响显著加大;
1、合金钢在空冷时可得到S、屈氏体、贝氏体、马氏体。
2、碳量为0.25%时、合金元素为2-5%时,直径小于50毫米;
强度显著提高,出现各种中间组织;
3、碳量为0.25--0.4时合金元素含量小于1.5-1.8时;
正火与退火相近;
4、碳含量为0.25-0.4%,合金元素为5--6%时强度接近于淬火钢水平.
27、合金元素对淬火钢性能的影响
1.提高钢的淬透性;
2.阻碍晶粒长大
3.合金元素过多时,残余奥氏体增多;
使淬火钢的硬度降低;
缩韧性提高;
4、淬火钢的性能主要决定与钢的含碳量,主要决定与碳在α-Fe固溶体中的过饱和程度;
合金元素只是起补充强化作用。
28、合金元素对强度的影响方式有五种:
1、铁素体的固溶强化:
当合金元素的原子半径铁原子半径相差越大,固溶强化效果越显著
2、增加珠光体的相对碳量
3、控制晶粒的大小
晶粒的大小对屈服强度和脆性转变温度的影响很大;
晶粒越细小,强度极限越高,脆性转变温度越低;
4、影响珠光体的分散度,沉淀强化。
加入Nb、V、Ti起沉淀强化作用。
5、采用低碳低合金钢淬火获得低碳马氏体然后高温回火,得到低碳索氏体,具有良好的综合机械性能和焊接性。
29、易切削钢特点:
被切削性良好与相应的基础钢在切削加工过程中刀具寿命长,切削抗力小,加工表面光洁度高,排除切屑容易.
30、影响钢材被切削性的因素
1、化学成分的影响
S:
S与Mn、Fe形成MnS、FeS夹杂物,终断基体的连续性,促使形成卷曲半径小而短的切屑,减小切屑与刀具的接触面积。
S的加入能起到内部润滑作用,降低切屑与刀具之间的磨擦系数。
使切削不粘附在刀刃上。
因此,S能降低切削力和切削热。
改善排屑性能。
低碳和中碳钢的被切削性,通常是随硫含量的提高而不断提高,但当,硫含量增加时,硫改善被切削性的作用便逐渐变小。
硫有导致热脆性的作用,形成低熔点共晶,使钢材轧制因难。
故S含量不宜太高,一般在0.08—0.20%范围。
有时可把硫含量提高至0.20—0.30%,甚至高至0.30—0.40%,但含硫高的钢材焊接性很坏,不能用于制造需经焊接的零件。
Pb:
铅在钢中呈细小颗粒,(≤2μ),均匀分布时能改善被切削性,铅含量一般为:
0.10--0.30%过多将引起严重的铅偏析,形成粗粒的铅夹杂,从而降低有利的作用.
Ca:
钙能改善在高速切削下的被切削性,在钢中形成低熔点的钙、铝、硅的附合氧化物附在刀具上形成薄而具有润滑作用的复盖物,从而防止刀具磨损,显著地延长硬质合金刀具的寿命,加入量为0.001--0.005%,加钙对钢的机械性能几乎无影响.
C:
碳决定着钢的强度,硬度和韧性,从而决定着刀具的磨损情况,零件的表面光洁度和机床的功率消耗等.
C<
0.25%时,切削性随碳的增加而改善,碳含量过低组织中有大量F,钢的硬度度强度很低,切屑粘着于刀刃上,形成刀瘤,加工表面光洁度很差.
C>
0.25%时,珠光体量增加,硬度强度增加,使切削抗力增加.同时珠光体中硬度很高的碳化物会加剧刀具的磨损.
P的影响:
P的改善作用较弱,很少单独使用,P固溶于F提高硬度和强度并降低韧性,使切削易于断裂和排除表面光洁度好.P含量通常为:
0.08--0.15%。
再则;
硬度过分增高,起有害作用,P增加钢的冷脆倾向,含P高,冷拔时,易断裂,滚丝时易脆裂。
N、O的影响N提高钢的程度,也增加脆性有利于形成短碎的切屑。
N含量达0.001%时,对被切削性有利,含量过高,强化作用增强,使刀具寿命降低,氧在一般钢中有害,降低机械性能,但在易切削钢中氧含量增高促使硫化物呈纺锤形分布,改善被切削性。
Si、Al都对钢的被切削性起有害的作用,Si部分固溶于F中增加硬度,部分与氧结合成硬度较高的氧化硅夹杂物,使刀具磨损增加,故硅含量宜低。
铝在钢中也形成高硬度的Al2O3质点,使刀具磨损增加。
硅、铝加入钢中会降低钢中氧含量,使碳化物呈细长条状分布,也使被切削性恶化。
2、金相组织的影响
基体组织夹杂物的种类、数量和形状都对钢材的被削性有显著影响,合金元素一般是通过改变钢的基体组织夹杂物的种类,数量和形状来影响被切削性的。
1、基体组织的影响
对于低碳钢,凡是有助于提高硬度和降低塑性的组织变化,都改善被切削性。
对高碳钢,凡是有助于降低硬度的组织变化,也都改善其被切削性。
因此,低碳钢是通过正火或冷拔提高硬度,高碳钢是通过球化退火工艺降低硬度来改善被切削性。
碳含量不同的钢材被切削性最佳的基本组织。
碳含量:
%基体组织
0.06--0.20热轧或高温正火状态,粗大F+P.冷拔塑性变形F+P
0.20--0.30正火状态F+P
0.30--0.40退火状态F+粗P
0.60--1.00退火状态球化组织
2、非金属夹杂物的影响
非金属夹杂物分有利的与有害的两种,其类型,大小形状和分布情况,对刀具磨损和表面光洁度都有影响。
氧化硅(Si2O2)、氧化铝(Al2O3)等硬度夹杂物加速刀具磨损,明显地降低钢的被切削性,应尽量减少这类有害夹杂物。
硫,铅等都增加对被切削性起有利作用的夹杂物的数量。
这类夹杂物,分割金属基体,使切削易断润滑刀刃,降低刀具磨损。
硫化物的形态对被切削性也有显著影响,呈纺锤形,即宽长比值较大时,钢被切削性较好,反之,呈细长条状分布时,被切削性较差
31、滚动轴承钢的工作条件及性能要求:
工作条件:
滚动轴承钢主要是用来制造各种滚动轴承的套圈和滚动体的钢,它不包括制造保持架、隔圈、密
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