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第一章钢的合金化原理1．名词解释1）合金元素:特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示)2）微合金元素:有些合金元素如V，Nb，Ti,Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B0.001%，V0.2%）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn,Ni,Co,C,N,Cu；4）铁素体形成元素:在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb,Ti等。5）原位析出:元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时,合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr：ε-FexC→Fe3C→（Fe,Cr）3C→（Cr,Fe）7C3→（Cr,Fe）23C66）离位析出:在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb,Ti等都属于此类型。7、碳当量：一般以各元素对共晶点实际含C量的影响，将这些元素的含量折算成C的百分数，用这种方法的含C量称为碳当量。8、共晶度：普通铸铁中含碳量与共晶点含碳量的比值9、孕育处理：把孕育剂加入到浇注前的铁液中，以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的组织与性能。10、可锻铸铁：将一定成分铁水浇注成的白口铸铁，然后经过长时间的石墨化退火使白口铁的游离渗碳分解成团絮状石墨体，从而得到由团絮状石墨和不同基体组织的铸铁。这种铸铁即为可锻铸铁。11、球化处理：在铁水浇注前，向铁水中加入球化剂，使片状石墨转化为球状石墨，而所得的一种铸铁处理过程。12、AL热处理特点：固溶时效，Mg和AL相似，组织粗大，淬火加热温度低，合金元素在镁中扩散的速度快，退火保温时间长，氧化倾向大，加热炉保护。13、合金元素：为了得到一定的物理、化学或机械性能而添加到钢中的有一定范围的化学元素。14、微合金元素：在钢中加入某些元素时，只能加入极少的量，即是……15、奥氏体形成元素：合金元素中，在γ-Fe中有较大溶解度，并能稳定γ-Fe的元素16、铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，并使α-Fe不稳定的元素17、二次淬火：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、Ni3．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？答：（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。答：答：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Mo8.2%,W12%,Ti1.0%,V4.5%,Si8.5%，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。答：答：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：TiZrNbVW,MoCrMnFe）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。答：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：CrWMoMn：（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？答：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？答：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）其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：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。答：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。答案要点：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。答案要点：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?答案要点：1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差