第一章 钢的合金化原理作业题 参考答案要点

第一章钢的合金化原理作业题参考答案要点

1、名词解释：

1）合金元素：特别添加到钢中用以改变钢的组织、提高钢的性能的化学元素。2）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti和B等，当其含量只在0.2%左右甚至更低时（如B 0.002%）时，也会显著地影响钢的组织与

性能，将这种化学（合金）元素称为微合金元素。

3）原位析出：在淬火回火过程中，合金元素溶解于原渗碳体中，当其溶解度超过其最大溶解量后，合金渗碳体转变为特殊碳化物的析出方式。4）离位析出：在淬火回火过程中，直接从α相中析出特殊碳化物的析出方式。5）二次硬化：在强K形成元素含量较高的合金钢淬火后，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和强度提高的现象。

6）二次淬火：在强K形成元素含量较高的合金钢淬火后，残余奥氏体十分稳定，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，使钢的硬度和强度提高的现象。

2、说明钢中常用合金元素（V，Mo，Cr，Ni，Mn，Si，Al, B）对珠光体（贝

氏体）转变影响的作用机制。

答：（1）对珠光体转变影响的作用机制：P20

（2）对贝氏体转变影响的作用机制：P20

3、以低碳回火马氏体钢20SiMn2MoVB 为例，说明其合金化及热处理（淬火

加低温回火）中存在哪些强化与韧化途径？

答：低碳回火马氏体钢通过合金化与热处理工艺相结合，在实现强化的同时，保证有较好的韧性。主要体现在以下方面：

（1）强化：

①C及合金元素的固溶强化；

②加入Si, Mn等合金元素能提高奥氏体的过冷能力，从而细化晶粒；

③加入V、Ti后的弥散强化;

④加入V、Ti后的细化晶粒作用；

⑤马氏体中大量位错的位错强化。

（2）韧化：

①低碳马氏体为位错型马氏体，韧性较好；

②Ni,Mn韧性元素的加入有利于提高韧性；

③工艺中的快冷、加入的合金元素对奥氏体过冷能力的提高、第二相粒子对晶粒长大的抑制作用，均能使马氏体晶粒细化，从而提高韧性；

④通过加入Si对低温回火脆性温度的延迟作用以及钢的回火稳定性的增加，可以适当提高回火温度，从而提高韧性水平。

4、为何Si-Mn-Mo-V复合添加可以大大提高钢的淬透性？

答：Si、Mn、Mo、V这四种合金元素提高过冷奥氏体稳定性的机制不同。

（1）Si在钢中不形成碳化物，也不溶于体，因此碳化物晶核形成必须等待硅的扩散（推迟P转变）。另外，Si能提高铁原子间作用力，提高铁的自扩散激活能，推迟P和B转变；

（2）Mn是扩大γ相区元素，大大增加了α形核功；且锰也是碳化物形成元素，推迟合金渗碳体的形核与长大，因此锰不仅使C曲线向右移，且使之向下移；

（3）Mo是中强碳化物形成元素，除了推迟珠光体转变时碳化物的形核与长

大外，还增加了铁原子间的结合力，提高铁的自扩散激活能，推迟P和B转变。另外Mo对C原子的扩散的牵制作用也有利于推迟转变。

（4）V是强碳化物形成元素，主要是通过推迟珠光体转变时碳化物的形核与长大来推迟P转变；同样Mo对C原子的扩散的牵制作用也有利于推迟P和B 转变。

因此，Si-Mn-Mo-V复合添加，将强、中强、弱碳化物形成元素与非碳化物形成元素相结合、将各种不同的推迟P转变及B转变的机制相结合，就能更好的提高过冷奥氏体稳定性，大大提高钢的淬透性。

5、课本P45：题1－15。

答：合金元素加入到钢中，主要存在形式是固溶和形成化合物相，通过固溶强化和第二相强化来提高强度水平。然而，固溶水平的高低、形成的化合物的形状、粗细、数量等有很大差异，这些会直接影响到性能提高的水平。

通过合理适当的工艺控制特别是热处理工艺的控制，可以更好地控制固溶的水平、化合物形成的形状、粗细、数量，如回火过程中的特殊碳化物比原始碳化物细小得多，对强度的贡献更大；另外，冷却速度的变化不仅可以得到大量非平衡组织如M、B等，还可以利用合金元素提高淬透性能力、合金元素产生的细化作用、化合物（碳化物）析出强化作用、韧化元素对韧性的影响、耐热元素对热强性的影响等来提高钢的各种性能。

可举例（若是问答题）。

6、课本P45：题1－16。

答：（1）细化晶粒；

（2）降低有害元素的含量；

（3）加入能提高韧性的合金元素（韧化元素），如Ni, Mn；

（4）防止预存的显微裂纹；

（5）形变热处理（主要是细化）；

（6）利用稳定的残余奥氏体来提高韧性；

（7）尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的碳化物或其它化合物相，等。

7、课本P45：题1－18。

答：（1）钢的强化机制主要有固溶强化、细晶强化、沉淀强化和亚结构（位错）强化。

（2）一般钢的强化工艺主要是淬火-回火，主要是因为淬火-回火工艺本身是上述四种强化方式的综合体现，只不过在不同的回火温度下，各种强化方式体现的主次关系不同，对强度增量的贡献有差异。（可举例）

第二章工程结构钢（2、3、4不做作业）

1、书P60 2-4、2-5、2-7

2、针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？

3、低碳贝氏体钢的合金化有何特点

4、汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？