第4章_作业_合金钢
第四章 工程材料 复习题
第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有强度、硬度、塑性。
衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
《机械工程材料(第4版)》课程大纲
“工程材料基础”课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Engineering Materials课程编号：MATL300102（10位）学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时））学分：3适用对象：本科生先修课程：大学物理、材料力学使用教材及参考书：[1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版社，2007.[2] 席生岐等。
《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出版社.2014[3] 朱张校等。
《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。
二、课程内容简介（200字左右）工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材料基础理论课程。
课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。
课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。
一、教学基本要求(1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。
(2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。
(3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。
(5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
教学课件第4章铁碳合金相图及碳素钢汇总
三 铁碳合金的分类
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
• 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
• 钢(0.0218～2.11%C)高温组织为单相
• 亚共析钢 (0.0218～0.77%C) 室温组织为F+P
• 共析钢 (0.77%C)
P
• 过共析钢 (0.77～2.11%C) Fe3CⅡ +P
白
晶
白
口
白
口
铁
口
铁
铁
24
四 组织组成物在铁碳合金相图上的标注
组织组成物与
相组成物标注 区别主要在+ Fe3C和+Fe3C 两个相区. + Fe3C相区中有 四个组织组成 物区，+Fe3C 相区中有七个 组织组成物区。
+ Fe3C + Fe3C
25
A
L+
H
B
温N
度
J
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
白口铸铁 (2.11～6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
亚共晶白口铸铁 (2.11～4.3%C) P+Fe3CII+Ld′ 共晶白口铸铁 (4.3%C) Ld′
过共晶白口铸铁 (4.3～6.69%C) Fe3CI+Ld′
23
亚共 过 共析 共 析钢 析 钢钢 工 业 纯 铁
亚
共
过
共
晶
共
晶
13
二 Fe-Fe3C相图分析
⒈ 特征点 2. 特征线 3.相区
15
1 特征点
金属学课程-第4章 习题答案
第4章 习题4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。
解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe （碳的质量分数是0.008%）和Fe 3C （碳的质量分数是6.69%），故（1） w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.2%100%97.13%6.690.008%197.13% 2.87%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为0.20.0218%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%P α-=⨯=-=-= （2）w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.6%100%91.14%6.690.008%191.14%8.86%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为0.60.0218%100%77.28%0.770.0218%177.28%22.72%P α-=⨯=-=-= （3）w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008%182.16%17.84%Fe C α-=⨯=-=-= w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77%192.74%7.3%P Fe C -=⨯=-=-=4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
机械工程材料-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
第4章 习题
第4章 习题4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。
解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0.008%)和Fe 3C(碳的质量分数是6.69%)，故(1) w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.2%100%97.13%6.690.008%197.13% 2.87%Fe C α-=⨯=-=-=w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为0.20.0218%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%P α-=⨯=-=-=(2) w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.6%100%91.14%6.690.008%191.14%8.86%Fe C α-=⨯=-=-=w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为0.60.0218%100%77.28%0.770.0218%177.28%22.72%P α-=⨯=-=-=(3) w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008%182.16%17.84%Fe C α-=⨯=-=-=w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77%192.74%7.3%P Fe C -=⨯=-=-=4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
第四章 非合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
3.加入造渣材料使杂质元素的氧化生成物进入炉渣而被 排除或生成气体而逸出。
4.氧化终了时，钢液中不可避免地溶解了过多的氧，以 及生成部分氧化铁。为此，必须加脱氧剂进行脱氧，并使 脱氧生成物进入炉渣而与钢液分离。
5.根据所炼钢种的要求加入合金元素，调整成分，调整 钢液温度，然后出钢。
析出，而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出，从而使
钢的韧性显著下降，导致工件易于脆性破坏，这种现象称为 时效。
7.氢 尽管氢在钢中含量不多，但即使是微量氢的存在也会造
成氢脆等缺陷，因而是有害元素。
§4-2 非合金钢的分类
一、按非合金钢的含碳量分类
1.低碳钢 含碳量≤0.25%。
2.中碳钢 含碳量为0.25%~0.6%。
§4-3 非合金钢的牌号与用途
一、非合金钢的牌号表示方法
二、常用非合金钢的性能和用途
1.碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
3.碳素工具钢
4.铸造碳钢
§4-4 低碳钢与高碳钢的冲击试验
氮在高温下能溶于fe或fe中急速冷却后并不立即析出而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出从而使钢的韧性显著下降导致工件易于脆性破坏这种现象称为时效
第四章 非合金钢
§4-1 杂质元素对非合金钢性能的影响
一、炼钢过程概述 1.采用不同的热源将原料(生铁、废钢等)熔化。 2.采用不同的方法(如加入氧化铁，使接触氧化性炉气，
3.高碳钢 含碳量≥0.60%。
二、按非合金钢的质量等级分类
1.普通碳素钢 2.特殊质量碳素钢 3.优质碳素钢
三、按非合金钢的用途分类
1.碳素结构钢 2.碳素工具钢
4-合金钢ppt课件
2020/5/30
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电厂金属材料
（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含铬量小于1%。又如CrW5，表示 钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
（二）按用途分类
1．合金结构钢
合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器 制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。
2．合金工具钢
合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具 钢和冷模具钢）、量具钢。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
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电厂金属材料
五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%～1.10%。 主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。
• 失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精 度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。
• 滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳 化物，具有较高的硬度和耐磨性。
0.70 3.80 17.50 1.00
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班级姓名学号
《工程材料基础》第四章合金钢作业
一、单项选择
1.切削加工刀具的性能主要应达到_____
(a) 高强度，高韧性(b) 硬度与强度的适当配合
(c) 高的弹性模量及刚度(d) 高硬度、高耐磨性及红硬性
2.20CrMnTi钢中Ti元素主要作用是_____
(a) 提高强度(b) 提高回火抗力(c) 细化晶粒(d) 提高硬度
3.40CrNiMo钢中Cr、Ni元素的主要作用是_____
(a) 提高强度(b) 强化铁素体，提高淬透性
(c) 提高红硬性(d) 细化晶粒
4.Cr18Ni9Ti钢中Ni元素的主要作用是_____
(a) 细化晶粒(b) 提高淬透性(c) 获得单相奥氏体组织(d) 提高强度
5.40Cr钢制汽车连杆螺栓淬火后高温回火时应____(提示:高温回火要避免第二类回火脆性)
(a) 炉冷(b)空冷(c) 油冷(d) 水冷
6.下列材料中，适合制作手术刀的是_____
(a) 1Cr13 (b) 4Cr13 (c) 1Cr17 (d) 1Cr18Ni9
7.下列材料中适合制作冷作模具的是_____
(a) Cr12MoV (b) 38CrMoA1A(c) HT350 (d) 5CrNiMo
8.下列材料中，适合作汽车板弹簧的是_____
(a) 20钢(b) 60Si2Mn (c) GCr15 (d) T12
9.下列材料中，适合坦克履带板的是_____
(a) ZChPbSb16-16-2(b) ZG35 (c) ZL203 (d) ZGMn13
10.W18Cr4V钢（高速钢）在切削加工前的预先热处理应进行_____
(a) 去应力退火(b) 再结晶退火(c) 完全退火(d) 球化退火
11.40Cr钢制内燃机连杆螺栓，淬火加热的合适温度为_____
(a) 650℃(b) 750℃(c)850℃(d) 950℃
12.60Si2Mn制造汽车板弹簧，淬火后回火时的加热温度约为_____
(a) 150℃(b) 300℃(c)450℃(d)550℃
13.制造钢桥的合适材料是_____
(a) Q235(16Mn) (b) 20钢(c) 60钢(d) T12钢
14.35CrMo钢中Mo的主要作用是_____
(a) 提高红硬性(b) 提高耐腐蚀性(c) 消除第二类回火脆性(d) 细化晶粒
15.钢中细化晶粒的主要合金元素是_____
(a) Cr、Al、Si (b) V、Ti、Nb (c) W、Mo、Re (d) P、Cu、Mn
16.钢的淬透性主要决定于_____
(a) 合金元素(b) 冷却速度(c) 工件尺寸(d) 冷却介质
17.40CrMo钢制连杆螺栓淬火并经高温回火后，可以_____（提示：Mo的作用）
(a) 炉冷(b) 空冷(c) 水冷(d) 油冷
18.下列材料适合作板簧的是_____
(a) Mn13 (b) Q235 (16Mn)(c) 20Mn2V (d) 65Mn
19.下列钢中耐腐蚀性最好的是_____
(a) 0Cr18Ni9Ti (b) GCr15 (c) 12CrMoV (d) Cr12MoV
20.高速钢的红硬性可保持到_____
(a) 250℃(b) 425℃(c) 600℃(d) 1500℃
21.ZGMn13是耐磨钢，其良好的耐磨性来自于_____
(a) 形成大量碳化物(b) 加工硬化能力强
(c) 大量锰元素固溶强化(d) 铸造后就有高硬度
22.汽车变速箱齿轮可选用的材料和热处理工艺是_____
(a) 40CrNiMo／调质(b) 40CrNiMo／渗碳淬火
(c) 20CrMnTi／调质(d) 20CrMnTi／渗碳、淬火低温回火
23.W18Cr4V钢淬火后的回火温度应为_____
(a) 200℃(b) 400℃(c) 560℃(d) 460℃
24.制造高压容器的合适材料是_____
(a) 40Cr (b) T12 (c)16Mn (d) 10钢
25.制造热锻模具的合适材料是_____
(a) 5CrNiMo(b) T12 (c) 20CrMnTi (d) Cr12MoV
26.制造冷作模具的合适材料是_____
(a) 1Cr17 (b) 60Si2Mn (c) Cr12MoV (d) GCr15
27.制造高速切削车刀的合适材料是_____
(a) W18Cr4V (b) T12 (c) 40钢(d) 20钢
28.制造汽轮机叶片的合适材料是_____
(a) 1Cr13(b) 1Cr17 (c) 5CrNiMo (d) GCr15
29.制造拉丝模、切边模常选用_____
(a) 15CrMo(b) 1Cr18Ni9Ti (c) Cr12MoV (d) 2Cr13
30.制造精密机床主轴的合金钢为_____
31.(a) 20CrMnTi(b) 38CrMoAlA (c) 50CrV A (d) 9SiCr
32.下面所给出的几种合金元素,哪种元素不能提高钢的淬透性_____
(a) Co (b) Cr (c) V (d) Mo
33.我国南京长江大桥是采用_____钢建造的
(a) 16Mn(Q235)(b)20 (c) 1Cr13 (d) T18
34.用40Cr钢制作汽车发动机曲轴，轴颈处的最终热处理工艺是_____。
(a) 渗碳+淬火+低温回火(b) 渗碳+淬火+高温回火
(c) 感应淬火+低温回火(d) 感应淬火+高温回火
35.下列奥氏体不锈钢中，最易发生晶间腐蚀的是______。
(a) 1Cr18Ni9Ti (b)1Cr18Ni9(c) 0Cr18Ni9(d) 00Cr18Ni9Ti
二判断正误题
1.( )钢的第二类回火脆性可以通过添加合金元素消除。
2.( )钢淬火后的硬度主要取决于钢中的合金元素。
3.( )Q235钢中的Mn元素的主要作用是提高淬透性。
4.( )高速钢淬火后应在200℃进行低温回火，以获得高硬度和高耐磨性。
5.( )用高速钢制造工具时，首先要对其进行反复锻造，原因是其硬度太高而不易成型。
6.( )ZGMn13有良好的抗冲击磨损性能，是由于其有很高的硬度。
7.( )1Cr18Ni9有较好的抗腐蚀性能，是由于其处在单相状态。
8.( )第一类回火脆性是可避免的，第二类回火脆性是不可避免的。
9.( )Mn在ZGMn13钢中的主要作用是固溶强化。
10.( )高碳低合金工具钢的预先热处理工艺为球化退火。
11.( )1Cr18Ni9Ti抗晶间腐蚀能力比1Cr18Ni9高。
三填空题
1.合金元素可以改善钢的热处理工艺性能表现在______________________，
___________________，____________________，___________________。
2.从耐蚀性能考虑含合金钢中的碳量越______越好。
3.从耐腐蚀的角度来说，不锈钢中的合金元素主要作用包括______________________，
___________________，____________________，___________________。
4.0Cr18Ni9Ti钢中合金元素的作用，Cr__________，Ni__________，Ti____________。
5.ZGMn13的应用领域包括____________________，___________________。
6.GCr15合金钢中Cr的质量分数是___%，其主要用途是____________。
7.回火抗力：
8.回火脆性：
9.二次硬化：
10.奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的原因是_______，防止奥氏体不锈钢的晶界腐蚀的措施有
________________，___________________，_________________________。
四简答题
1.列举合金元素在钢中的存在形式
2.高速钢为什么能胜任高速切削？以W18Cr4V为例阐述合金元素发挥的作用。