金属材料学-自制资料

1.固溶强化元素有钨、钼、铬。铬提高钢的化学稳定性。钨、钼，可

产生“二次硬化”，以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高

耐磨性。2.合金元素对淬火钢回火转变的影响主要有以下三点：①提

高回火稳定性。提高回火稳定性作用较强的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。②产生二次硬化（包括两种情况）。③增大回火脆性（第二类回火脆性） 3.奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定γ-Fe的元素（Mn、Ni、Co、C，N，Cu等）；铁素体形成元素：在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素（Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si 、B、Nb、Zr等）4.①钛、锆、铌、钒是强碳化物形成元素；②钨、钼、铬是中等强度碳化物形成元素；③锰和铁

属于弱碳化物形成元素。 5.Si和Mn的作用主要是提高淬透性，同时

也提高了屈强比，而以Si的作用最突出，但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。重要用途的合金弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素。6.热作模具钢，热强性、抗热疲劳性能和抗氧化性。热作

模具钢的合金化特点：热作模具钢的含碳量大多是中碳（0.30~0.50％C）范围。钢中加入铬、镍、钨、钼、钒、硅、锰等合金元素。铬、

硅、锰提高淬透性。镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲

劳性能。钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。在高铬不锈钢、铬镍及铬锰奥氏体不锈钢、高合金耐热钢及耐热合金中，都会出现ó相。伴随着ó相的析出，脆性增加，钢和合金的塑性

和韧性显著下降。ó相具有高硬度，属正方晶系。7. Mn和Si是有益

杂质提高强硬度、固溶强化，S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。8.“低合金”是指钢中合金元素总含量不超过3%。9.F （铁素体）+P（珠光体）：含碳量越低F↑,含碳量越高P↓。10. 15MnTi （铁素体-珠光体钢/工程结构钢），含碳量为15~16%，Mn起固溶强化的作用，Ti起沉淀强化的作用。11.15MnVB（低碳马氏体钢）：Mn起固溶强化，提高淬透性V起沉淀强化B提高淬透性。12.14MnMoV(贝氏体钢)： Mn起固溶强化，提高淬透性Mo提高淬透性，防止第二类回火脆性V起沉淀强化。13.轴承钢：GCrl5SiMn，高碳（0.95％～1.10％）为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度或者说，马氏

体回火后比铁素体十珠光体组织具有更好的综合室温机械性能。14. GCr15（滚动轴承钢）：Crt提高淬透性，防腐蚀、氧化，提高回火稳

定性，二次硬化。15. “40、42”属于调质钢。35Si2Mn2MoV（低合金超高强度结构钢）:Mn和Si提高强硬度、固溶强化。Mo和V控制奥氏体的晶粒尺寸，减小钢的过热敏感性，提高韧性。16.Cr4W2MoV （高碳中铬模具钢），含有较多的钨、钼和钒，能细化奥氏体晶粒，

提高钢的淬透性和抗回火稳定性。17.对热作模具钢的性能要求：热强性，热疲劳性和抗氧化性。4Cr5MoSiV1（H13）：回火组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。18.12Cr2MoWVSiTiB（铁素体-珠光体耐热钢）：钒、钛主要起沉淀强化作用，硼起晶界强化作用，铬和硅提高钢的抗氧化性，钨、钼起固溶强化。对热作模具钢的性能

要求：热强性，热疲劳性和抗氧化性。19.结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。适用

于这种热处理的钢种称为调质钢。20.热处理（固溶处理+时效）：采用500~650℃回火，防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高，合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。21.马氏体时效钢主要是利用金属间化合物在含碳极低的马氏体中弥

散析出来强化的。22.马氏体时效高强度的来源：固溶强化、相变强

化和时效强化。23.轴承破坏的主要形式：接触疲劳破坏，磨损破坏。24.工具钢的合金化：①高碳（0.90~1.10%）保证高硬度与高耐磨性②加入Cr、Si、Mn、V等元素提高淬透性和回火稳定性。含碳量↑，材料的导热性↓。淬火：M+残余A（20%~30%）+碳化物（少），回火：回火M+残余A（5%）+碳化物（多）。25.热压模及压铸模：常用钢种3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1（属于工具钢）26. //不锈钢章节//镍提高铁的耐蚀性，钼能提高不锈钢的钝化能力，铬提高钢钝化膜

稳定性的必要元素，硅抗氧化性。（补：硅在低碳钢中可提高淬透性，固溶强化）。27.产生475℃脆性的最低铬含量w（Cr）为13.7% ，w （Cr）>13%时，就不出现高温r相。28.若铁素体钢中有一定量奥氏

体或Ti（C、N），就可以阻碍晶粒长大，提高晶粒粗化温度。29.稳定的奥氏体不锈钢具有低的屈服强度和高的塑性、韧性。间隙元素氮的强化效应最大。N固溶强化。

一.工程结构钢的主要性能要求：①承受各种载荷，要求有较高的屈

服强度、良好的塑性和韧性。②要求低温韧性，并要求耐大气腐蚀。

③良好的工艺性能，如冷弯、冲压、剪切，以及良好的焊接性。简述

工程结构钢（低碳钢）的合金化原理：①为保证工程结构钢高塑性、

韧性、低温韧性、焊接性，含碳量不超过0.25%。②以Si、Mn为主加元素，起固溶强化作用。③以Nb、Ti为辅加元素，起细晶强化作用。④加少量Cu、P，提高耐腐蚀性。

二.中碳钢合金化的特点：①碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；

碳量过高则韧性不够，碳质量分数一般在0.25%~0.50%之间，以0.4%居多。②加入提高淬透性的元素，如Cr（铬）、Mn、Ni、Si、B等。

③加入W、Mo可防止第二类回火脆性。

三.热作模具钢的合金化特点：①含碳量大多是中碳（0.30~0.50%C）②铬、硅、锰提高淬透性③镍可提高钢的韧性④钨、钼、钒可产生二

次硬化⑤铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性

四．对轴承钢性能要求：①具有高的接触疲劳强度和抗压强度。②高

的弹性极限。③一定的韧性。④良好的尺寸稳定性⑤一定的抗腐蚀性

⑥良好的工艺性能⑦硬度要求HRC61~65。

五．分析淬火温度为什么不能过高也不能过低？回火温度过高，析出的碳化物会聚集长大，硬度会降低；回火温度过低，碳化物析出不充分，起不到弥散强化作用。

六．高速钢为什么要高温多次回火、目的何在？①降低残余A的量②使碳化物充分的弥散析出，其二次硬化作用③降低或消除淬火应

力。高温预热：①由于高速钢属于高碳钢，含有大量的合金元素，导

热性差，预热可降低热应力，降低变形②缩短高温淬火保温时间，降

低氧化脱碳倾向。预热的目的：①减小应力和变形②缩短高温保温时间，减少氧化和脱碳的趋势。预冷目的：减缓冷却速度，降低应力。

七．合金元素对马氏体转变的影响。1、绝大多数合金元素都降低M S 点，只有钴和铝相反。2、随钢中合金元素增加，M S和M f点继续下降（过冷奥氏体稳定性增加）室温下将保留更多的残留奥氏体量。3、当M S点温度高于200℃时，形成位错结构的马氏体；在M S点低于200℃时，马氏体相变以孪生形成孪晶结构的马氏体。

八．氮化处理提高零件疲劳强度和耐磨性的原因（1）在表面形成高硬度的γ′-（Fe4N）和ε-（Fe3-2N）层；（2）渗入的氮原子与氮化物形成元素形成弥散的合金氮化物，提高表面氮化层的强度和硬度。（3）表面渗入氮原子后体积膨胀，因而在表面产生了残留压应力，

能抵消外力作用产生的张应力，减少表面疲劳裂纹的产生。

九．确定下列各金属材料的名称、碳含量、合金元素含量。

1. Q235名称（普通碳素结构钢）。

2. 45钢名称（优质碳素结构钢），含碳量为（0.45 %）。

3. T8钢名称(碳素工具钢) ，含碳量为 ( 0.8 %)。

4. 60Si2Mn名称 (合金结构钢 )，含碳量为 (0.6 %)，含Si量小于( 2.5 )%Si，含Mn量小于(1.5 ) %Mn。

5. CrWMn名称(合金工具钢 )，含碳量为( 1 %)C，含Cr量小于 (1.5 %)Cr，含W量小于(1.5 %)W。含Mn量小于(1.5 %)Mn。

6. 4Cr13名称（不锈钢），含碳量为（0.4 %）C，含C量约为（ 13 %）Cr。

7. GCr15名称（滚动轴承钢），含碳量为（1 %）C，含Cr量约为（1.5） %Cr。

十.哪些合金元素能够显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有什么

作用？答：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，

满足技术要求;另一方面在淬火时，可以选用比较缓和的冷却介质以

减小零件的变形和开裂的倾向。

十一.钢的强化机制有那些？为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火？答：固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的

钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的韧性，淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度，但是带来的后果就是韧度不够，而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性，这样能够得到综合力学性能比较优良的材料，所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。

十二.在高速钢中，合金元素W，Cr，V主要作用是什么？答：W：高速钢获得红硬性主要元素，强烈降低钢的热导率V：显著提高钢的红硬性，硬度和耐磨性，有效的细化晶粒和降低钢的过热敏感性Cr：保证钢的淬透性，增加高速钢的耐蚀性和抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力

十三.在耐热钢常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元

素，哪些是A形成元素？说明其作用机理答：抗氧化元素：Cr，Al，Si；强化元素：Mo，W，Ti，Nb，V，C；A形成元素：Ni

十四.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？答： 1.细化A晶粒；

2.提高钢的回火稳定性；

3.改善机体韧度；

4.细化碳化物；

5.降低或消除钢的回火脆性；

6.在保证强度水平下适当降低碳含量；

7.提高冶金质量；

8.通过合金化形成一定量的残余A，利用稳定的残余A提高钢的韧度。

十五.在低合金高强度工程结构钢中大多数采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们的主要作用是什么？答：由于Nb、V、Ti的微合金化可以生成弥散的碳化物、氮化物和碳氮化物，它们能钉扎晶界，加热时

能阻止A晶粒长大，冷却后可得到细小的F和P，所以在低合金高强度钢中，常利用Nb、V、Ti合金来细化晶粒

十六.为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？答：结构钢是

指符合特定强度和可成型性等级的钢，一般用于承载等用途，对钢要求有足够的强度和韧度等力学性能，淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可以选用钢件淬火应力小的淬火

剂，以减小变形和开裂，所以说淬透性是评定结构钢性能的重要指标。

十七.提高钢耐腐蚀性方法有哪些？答： 1.使钢的表面形成稳定的保护膜。2.提高不锈钢固溶体的电极位或形成稳定的钝化区，降低微电池

电动势。3.使钢获得单相组织。 4.采用机械保护措施或覆盖层

十八.合金元素对钢中相变过程的影响。答：1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a )对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni等元素有利于奥氏体形核。 b )对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al等元素强烈阻止奥氏体晶粒的

长大；C、P、Mn（高碳）促使奥氏体晶粒长大；Al、Si、Mn对奥氏体形成速度影响不大。2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响①

除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷

却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。

3)合金元素对回火过程的影响a) 提高了钢的回火稳定性：回火稳定性：钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢，并推向更高的温度发生，提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co等。b )产生二次硬化现象：若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后在500-600℃回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一

个峰值，此称为“二次硬化”现象。 c 增大回火脆性：合金钢淬火后

在某一温度范围内回火时，将比碳钢发生更明显的脆化现象。含Cr、Mn、Ni的钢对第二类回火脆性（450-600℃间高温回火脆性）最敏感，这主要与某些杂质元素以及合金元素本身在奥氏体氏体晶界上的严

重偏聚有关，而Mo、W等能减少这种敏感性。因此，大截面的工件

要选用含Mo、W的钢，以避免第二类回火脆性。

十九..在铁素体-珠光体钢中，合金元素对强化的贡献有：1溶入铁素体起固溶强化作用2细化晶粒起晶粒强化作用；3析出弥散的碳化物、碳氮化物，起沉淀强化作用4增加珠光体含量。

二十.调质钢 1.用途及性能特点：用于制造要求具有高强度（承受较

大载荷）和高韧性（防止断裂）的重要零件，如各种轴类、紧固螺栓等。要求：具有良好的综合机械性能和高的淬透性，较高的强度，良

好的塑性韧性。淬透性：钢的淬透性是衡量零件淬火时获得马氏体层

深度的能力。2.成分特点：(1)中碳（0.35-0.5％）：保证热处理后有足够的强度和适当的韧性；(2)加入Cr、Nb、Mn、Si、B等提高淬透性

的元素(3)加Mo、W等元素：消除第二类回火脆性。CrMnNiSi强烈促进钢的高温回火脆化倾向3热处理工艺：淬火+高温回火（500-650℃），即调质处理，得到回火索氏体。4典型钢种：低淬透性的如40Cr、中淬透性的如38CrSi、高淬透性的如40CrNiMo

二十一.滚珠轴承钢，1.要求具有很好的强度和硬度，很高的接触疲劳强度和耐磨性。2.典型钢种：GCr9、GCr15、GCr15SiMn等。3.成分特点：1）高碳（0.95-1.10％）：保证热处理后达到最高硬度值，同时

获得一定数量的耐磨碳化物2）加入Cr：提高淬透性的同时获得细小、均匀的Cr碳化物，提高耐磨性和解除疲劳强度。3）加入Mn、Mo、V等元素，可进一步提高淬透性。 4.热处理工艺：球化退火、淬火+低温回火。组织为回火马氏体、细小碳化物加残余奥氏体（少量）。二十二.渗碳，1用途及性能特点：用于制造表面硬因而耐磨，心部韧

性好而耐冲击的零件，如齿轮、轴类等。要求淬透性好、表面硬而心

部韧。2典型钢种：低淬透性的如15Cr、20Cr，中淬的如20CrMnTi、20MnB；高淬的如18Cr2Ni4W。3成分特点：1低碳（<0.25％）：保证心部有较好的韧性，表层高硬度由渗碳后热处理达到；2加入Cr、Mn、Ni、B等元素提高淬透性；3加入V、Ti、W、Wo等元素形成合金碳化物，阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。4热处理工艺：一般是渗碳后预冷直接淬火+低温回火。组织为：表面，回火马氏体、碳化物

和残余奥氏体；心部，铁素体、屈氏体和回火马氏体（未淬透）。

二十三.弹簧钢1用途及性能特点：制造各种弹性元件如圈簧、板簧等。弹簧利用弹性变形所储存的弹性能起到缓冲机械上的震动和冲击

作用。因此该钢必须具有高的弹性极限，高的屈强比，高的疲劳强度

和高的淬透性等。2典型钢种：一般弹簧钢如60Si2Mn；优质弹簧钢如50CrVA。3成分特点：1)中高碳（0.5-0.7％）以保证强度；2)硅、锰等元素提高淬透性，硅还能提高比例极限；3)加入Cr、V、W等元素，防止钢的脱碳与过滤、保持细小晶粒。

1.低合金刃具钢（工作温度低于300℃）：高碳（0.9-1.1％），保证高硬度与高耐磨性；Cr、Si、Mn、V等元素提高淬透性和回火稳定性。

2.高速钢（工作温度可达500-600℃）：a高碳（0.7-1.1％）保证硬度和耐磨性；b加入较多的W、Mo、V、Ti等元素，可产生“二次硬化”（沉淀强化）以保证红硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性；

V和Ti还有细化晶粒的作用。c加入Cr，提高淬透性。高速钢：a反复锻造：在锻造时充分打碎铸态高速钢中呈鱼骨状的共晶碳化物，对高速钢的使用寿命十分重要； b 球化退火：便于切削加工； c 淬火：在1220-1280℃之间，主要是使碳化物大量溶解到奥氏体中。 d 三次回火（550-570℃）：目的是消除大量的残余奥氏体并产生二次硬化。

回火组织为回火马氏体、碳化物颗粒和少量残余奥氏体。综上：锻打、球化退火、淬火+（550-570℃）回火。

3.典型钢种：①低合金刃具钢，9SiCr、9Mn2V、CrWMn。②高速钢：W18Cr4V（18-4-1），W6Mo5Cr4V2（2-5-4-6））③冷模具钢：高碳（1.0％）：保证硬度和耐磨性；加入Cr、Mo、W、V等元素：提高耐磨性；Cr还可显著地提高淬透性。④热作模具钢：中碳（0.3-0.6％）：保证较高的韧性及热疲劳抗力；加入Cr、Ni、Mn等元素，提高淬透

性；加入Mo、W、V等元素：产生二次硬化，保证较高的热强性，

这对热压模钢尤为重要。

4.①冷模具钢：淬火+低温回火.组织:马氏体、合金碳化物和残余奥氏体。②热模具钢：淬火后550℃左右回火。组织回火屈氏体或回火索

氏体。典型钢种：冷模具钢如Cr12、Cr12MoV；热模具钢如5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V。

5.不锈钢小结主要合金元素:Cr提高钢钝化膜稳定性；Ni提高铁的耐蚀性；Mo提高不锈钢钝化能力及扩大其钝化介质范围；Si提高钢在酸中耐蚀性；Cu提高钢耐蚀性，抗应力腐蚀性能。典型钢种：1)马氏体型不锈钢如1Cr13、4Cr13等；2)铁素体型不锈钢如1Cr17等；

3)奥氏体型不锈钢如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等4)奥氏体—铁素体双相不锈钢：如Cr21Ni5Ti，00Cr18Ni5Mo3Si2典型牌号及热处理工艺：1）铁素体-珠光体耐热钢：常用牌号是12Cr1MoV。一般在正火-回火状态下使用，组织为细珠光体+铁素体。）马氏体耐热钢：常用钢种为Cr12型（2Cr12MoV）和Cr13型钢。大多在调质状态下使用。3）奥氏体耐热钢：最常用的钢种1Cr18Ni9Ti。一般进行固溶处理或固溶加

失效处理。4）工业炉用耐热钢：一般使用Cr18Ni25Si2奥氏体耐热钢。节约Cr、Ni的钢种中比较重要的是Fe-Al-Mn系和Cr-Mn-N系耐热钢。

1、钢的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。

其中细晶强化对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。2、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比

较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。3、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是

指碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。4、选择零件材料的一般原则力学性能要求、良好的工艺性能、经济性和环境协调性等其它因素。5、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下方移动，例Mn、Ni等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向左上方移动，例Cr、Mo等元素S点左移意味着共析碳含量降低。6、QT600-是球墨铸铁，“600”表示抗拉强度不小于600MPa ，“3”表示延伸率不小于3% 。7、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V等，这些元素的主要作用是细晶强化和沉淀强化。8、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程，和钢的热处理最大的区别是没有同素异构转变。10、钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。11、在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、W、Mo、Cr按强弱顺序排列，钢中二元碳化物分为两类：rc/rM≤0.59为简单点阵结构，有MC 和M2C 型，其性能特点是硬度高、熔点高、稳定性好；rc/rM> 0.59为复杂点阵结构，有M3C、M7C3和M23C7型。12、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是在晶界

上析出了Cr23C6，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施

有加入Ti、Nb等强碳化物形成元素、降低钢中的含C量。13、影响铸铁石墨化的主要因素有化学成分、冷却速度。球墨铸铁在浇注时要经过孕育处理和球化处理。QT600-3是球墨铸铁。14、对耐热钢最基本的性能要求是热强性、抗氧化性。

1.微合金钢：利用微合金化元素Ti, Nb, V；主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；利用控制轧制和控制冷却工艺----高强度低合金钢。

2.GCr15钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量约为多少？碳和

铬的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是什

么？答：高碳铬轴承钢。C含量1%，Cr含量1.5%。C的作用：固溶强化提高硬度; 形成碳化物。Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火最终热处理：淬火+ 低温回火+（稳定化处理）

3.在碳钢中加入合金元素所获得的钢，称之为合金钢。它具有更优良

的或特殊的性能。①在使用性能方面，有高的强度与韧性的配合，或

高的低温韧性，或高温下有高的蠕变强度、硬度及抗氧化性，或具有

良好的耐蚀性。②在工艺性能方面，有良好的热塑性、冷变形性、切

削性、淬透性和焊接性等。

4.在生产中可以利用氮化物的(弥散强化)作用来提高钢的疲劳强度，利用氮化物的高硬度来进一步提高表面硬度和耐磨性。

5.σ相对合金性能有害，在不锈钢中引起晶间腐蚀和脆性，在耐热钢

和高温合金中引起脆性。

6.合金元素对过冷奥氏体分解的影响一、合金元素对C曲线的影响

①钛、铌、钒、钨、钼（Ti、Nb、V、W、Mo）等元素强烈推迟珠光体转变，对贝氏体转变推迟较少，同时升高珠光体最大转变速度的

温度，降低贝氏体最大转变速度的温度。使C曲线分离开来，出现两个C曲线。②铬和锰（Cr、Mn）都有强烈推迟珠光体和贝氏体转

变的作用，而推迟贝氏体的作用更加显著。③非碳化物形成元素硅、

铝（Si、Al）都增加过冷奥氏体的稳定性，但推迟贝氏体转变的作用

更强烈，并且将珠光体转变区和贝氏体转变区分开。④非碳化物形成元素镍Ni有强烈推迟珠光体转变的作用。当镍含量高时，珠光体转

变完全被抑制，仅在500℃以下发生贝氏体转变。⑤非碳化物形成元

素钴Co和其他合金元素不同，它在各个温度都是降低奥氏体的稳定性，但它不改变奥氏体恒温转变C曲线的形状。

7.钢中加入微量元素也有效地增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬

透性。如钢中加入0.0005～0.003％硼（B），硼是内吸附元素，主要存在于奥氏体晶界，它使过冷奥氏体转变的C曲线的位置向右移，但对曲线的形状影响不大。

8.合金钢采用多元少量合金化原则，可最有效地发挥各种合金元素提

高钢的淬透性的作用。

一.合金元素对珠光体转变的影响答：1、强碳化物钛、铌、钒主要

是通过推迟珠光体转变时碳化物的形核和长大来增加过冷奥氏体的

稳定性；2、中强碳化物形成元素钨、钼、铬，除了推迟珠光体转变

时碳化物形核和长大外，还通过增加固溶体原子间结合力，降低铁的自扩散激活能，从而减慢γ→α转变；3、弱碳化物锰推迟珠光体转

变时，富锰的合金渗碳体（Fe，Mn）3C的形核和长大，同时锰又是

扩大γ相区的元素，起稳定奥氏体并强烈推迟γ→α转变的作用；4、非碳化物形成元素镍、钴、硅和铝对珠光体转变中碳化物形核和长大

的影响小，主要表现在推迟γ→α转变。

二.1、第一类回火脆性：发生在250℃～400℃（低温回火脆性），是由相变机制本身决定的，无法消除，只能避开（不可逆回火脆性）。

2、第二类回火脆性，产生第二类回火脆性的原因：主要与某些杂质

元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关。发生在450℃～600℃（高温回火脆性），多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中，这是一种可逆回火脆性，回火后快冷（通常用油冷），抑制杂质元素在晶界偏聚，可防止其发生。钢中加入适当Mo或W，因强烈阻碍和延迟杂质元素等往晶界的扩散偏聚，也可基本上消除这类脆性。

1.钢中常用的合金元素对增大淬透性的能力顺序（依次增大）：（小）镍、硅、铬、钼、锰、硼（大）。碳是结构钢中最主要的元素，它决

定了钢的淬硬性，即淬成马氏体的硬度，同时碳也是一个有效增加淬

透性的元素。2.合金调质钢需经淬火+高温回火热处理。3.合金调质钢的最终性能决定于回火温度，一般采用500℃～650℃回火。为防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。4.合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。 5.微合金非调质钢在中碳钢中添加微量合金元素（V、Ti、Nb和N等），在轧制（锻制）后不需经调质处理，即可获得碳素结构钢或合金结构钢经调质处理后

所达到的力学性能的钢种。 6.低温回火马氏体状态下使用的低合金结

构钢是一类非常重要的钢种，这类钢种是在淬火+150～250℃回火后使用。低碳马氏体钢低温回火后的显微组织为回火马氏体。7.①提高钢的过冷奥氏体的稳定性，保证钢的淬透性（Mn、Cr、Si、Ni、Mo）；

②增加钢的抗回火稳定性并推迟低温回火脆性（Si）；③控制奥氏体的晶粒尺寸，减小钢的过热敏感性，提高韧性（Nb、V、Mo）。8.马氏体时效钢高强度的来源主要有以下三个方面：固溶强化、相变强化和时效强化。9.轴承钢的热处理主要过程为：球化退火→淬火→冷处

理→低温回火→低温时效处理。10.①低淬透性合金渗碳钢，典型钢种为20Cr。②中淬透性合金渗碳钢，典型钢种是20CrMnTi。③高淬透性合金渗碳钢，典型钢种为18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A。11.常用氮化钢是38CrMoAl。经调质和表面氮化处理后，钢表面可获得最高

氮化层硬度。12.耐磨钢主要要求是有很高的耐磨性和韧性，典型钢

种典型牌号为ZGMn13及ZGMn13Re。13.铝合金主要应用与固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、时效强化、细晶强化、冷变形强化等方

式来提高力学性能。14.氮化钢的特点是什么？合金元素对渗氮有什

么影响？优点：明显提高零件疲劳强度和耐磨性；具有对水、油等介

质的耐腐蚀的能力；零件的变形量很小；氮化层在较高的温度仍能

保持其硬度。缺点：生产周期长，成本高。①表面硬度：要求高耐磨

性的零件，表面硬度高达HV900～1000；仅要求高疲劳强度的零件，表面硬度可以为HV500～800。②心部硬度：在氮化处理前零件经受调质处理，零件硬度为HV200～300，为回火索氏体组织，经氮化处理后，心部还具有良好的综合机械性能。15.氮化物形成元素(如铝、钛、铌、钒、钼、铬、钨等)能在α相中形成微细的氮化物颗粒，对α相起强化作用。铝、钛、铌、钒是最有效的元素，其次是铬、钼、

钨等元素；氮化物形成元素阻碍氮原子向内部扩散，减少氮化层的层

深；非氮化物形成元素（如镍、硅、铜等）则阻碍氮原子的吸收，降

低表面氮浓度，减少氮化层的深度。

一.请介绍调质钢的成分特点和常规热处理工艺。答：1.调质钢的成分特点：中碳，碳含量一般在0.3%—0.5%。2.合金元素：主加合金元素：Cr Mn Si Ni；辅加合金元素：Mo、W 、V、Ti 、Al、B等。常规处理工艺：1，预备热处理：合金含量较少时，一般采用在Ac3线以上加热进行正火。合金含量较多时，一般采用在Ac3线加热进行正火，随后再进行一次高温回火。2，最终热处理：Ⅰ，淬火：将

钢件加热至Ac3线以上进行淬火。Ⅱ，回火。Ⅲ，表面处理。

二.列举出常用调质钢的典型钢号，说明合金元素在调质钢中的主要

作用？答：合金调质钢按淬透性高低可分为低，中，高淬透性三类。（1）低淬透性合金调质钢：40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、38CrSi、40MnVB等。（2）中淬透性合金调质钢：35 CrMo、40 CrMn、40 CrNi、30 CrMnSi等。（3）高淬透性合金调质钢：37 CrNi3A、40 CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。合金元素的主要作用：1.提高淬透性；

2.Cr、Mn、Si、Ni溶于α相，起固溶强化作用。Cr、Mo、W、V等阻碍α相的再结晶，也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使钢保持高硬度。

3.加入Mo、W来防止回火脆性。

4.V、Ti、Al起细化晶粒的作用。

三.C：是降低调制钢冲击韧性的元素，P：对冲击韧性危害甚大。

四.说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要特点，合金元素的

作用和用途。答：20Cr（低淬透性合金渗碳钢）此类钢通常只用于制

造冲击载荷较小的，且对于心部要求不高的小型渗碳件如小齿轮、套筒、链条等。Cr元素：提高钢材的渗透性，提高钢件的强度和韧性，加大渗碳的厚度。20CrMnTi（中淬透性合金渗碳钢）：具有良好的机械性能和工艺性能。淬透性较高过热敏感性小。合金元素提高钢材的淬透性，提高钢材的强度和韧性。Cr加大渗碳层的厚度，Mn是一个较好的合金元素，既可加速渗碳层的厚度，又不过多提高渗碳层的含碳量。Ti减小渗碳层的厚度，此种钢大量用于制造承受高速中载荷并要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车和拖拉机上的重要齿轮及离合器轴等。18Cr2Ni4WA（高淬透性合金渗碳钢）：具有很好的韧性，特别是低温冲击韧性。Ni减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。主要用

于制造大截面，高载荷的重要齿轮和耐磨件，如飞机，坦克的重要齿

轮及曲轴等。

四.说明38CrMoAlA钢的主要性能特点，各合金元素的作用和用途。答:38CrMoAlA（氮化钢）：表面高硬度，高耐磨性，高疲劳强度，心部具有良好的综合机械性能。Cr，Mo，Al能在α相中形成微细的氮化物颗粒，对α相起强化作用。阻碍氮原子向内部扩散，减小氮化层

的层深。Al是非碳化物形成元素，Al的存在并不增加钢中碳化物的溶解温度。Cr、Mo增大钢的淬透性。Cr元素溶入M中时使钢在400度—500度回火时保持高的强度，Mo元素溶入M中时能使钢在500度—600度回火时保持高的强度。还可使钢在510—800度氮化长期保温和随后炉冷时不至产生回火退化。广泛应用要求高耐磨性，高硬度表面的零件。