硅是在炼钢时随脱氧剂而加入钢中的有益元素，其含量一般不超过0. 04 % 。在室温下，溶于铁素体，虽然能提高钢的强度、硬度和弹性，但是却会降低钢的塑性和韧性。 （2）锰的影响
锰是来源于炼钢的材料—锰铁，是钢中的有益元素。锰在钢中能大部分溶于铁素体，对钢有一定的固溶强化作用，少量溶于渗碳体，形成合金渗碳体。同时锰具有一定的脱氧和脱硫的能力，使钢中的FeO还原成铁，可与硫生成MnS ,减轻硫的有害作用。另外，锰还能增加钢中珠光体的相对量，并使珠光体晶粒细化，提高钢的强度。碳钢中锰的含量一般在0.25%~0. 80 % 。 （3）磷的影响
磷是从生铁中被带入钢中的，是钢中的有害元素。一般情况下，磷能完全溶于铁素体，可以使铁素体的强度、硬度提高，但是在室温时会降低钢的塑性和韧性。在低温的情况下，使其塑性、韧性显著降低，这种脆化现象称为冷脆。因此，应尽量控制钢中的磷含量。例如，1938年冬天，比利时阿尔伯特运河钢桥因磷含量高而产生冷脆性，发生断裂坠入河中。
但是，在适当的情况下，P也有一些有益的作用，如与Cu配合能增加钢的抗大气腐蚀能力，从而改善钢材的切削加工性能。 （4）硫的影响
硫是从生铁和焦炭中被带入钢中的，是钢中的有害元素。固态时，不溶于铁，而是以FeS形式存在。由于其塑性很差，使钢的脆性增大。更严重的是当钢在1 000℃~1 200℃进行压力加工时，分布在奥氏体晶界上的FeS与Fe形成低熔点的共晶体在晶界上融化，致使晶粒脱开，使钢在加工过程中沿晶界开裂。这种引起钢在热加工时或高温工作下开裂的现象称为热裂性，或者称为热脆性。消除热裂性的方法就是在钢中加入锰元素，让锰和硫形成高熔点的MnS，且成粒状分布在晶粒内部，如此就能有效消除在高温下硫引起的热裂性。因此，应尽量控制钢中的硫含量。 （5）其他杂质的影响
钢中除了含有以上几种杂质外，还有氢、氧、氮等元素。钢中含有原子态的过饱和氢时将降低其韧性，引起氢脆。当氢在钢中的缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。室温下氮在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和的氮在常温放置过程中会以Fe4N形式析出而使钢变脆，称为时效脆化。在钢中加入Ti , V , Al等元素，可使氮以氮化物的形式被固定下来，从而消除时效倾向。钢中氧全部以氧化物形式存在，所以氧对钢性能的危害主要表现为氧化物夹杂对钢性能的影响。钢中含氧量增加，氧化物夹杂数量增加，使钢的塑性、韧性降低，疲劳强度、耐蚀性和热加工性能变坏，故应严格控制钢中的氧含量。 2.什么是低碳钢、中碳钢、高碳钢？各自应用范围有哪些？碳钢根据用途分类有哪些？
答：根据钢中的含碳量的多少，可以分为低碳钢(wc≤0. 25%，中碳钢(0.30% ≤ (wc ≤0.55%)和高碳钢(wc ≤0. 6%)三大类。
低碳钢和中碳钢，用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，以及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。 高碳钢，用于制造各种刃具、量具、模具等。 碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。
3.举例说明普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、铸钢的牌号和性能及其应用； 答：普通碳素结构钢：Q195和Q215含碳量低，焊接性能好，塑性韧性好，易于加工，具有一定强度，常用于轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构。 Q235既有较高的塑性，又有适当的强度，因而被称为应用最广泛的普通碳素结构钢。
优质碳素结构钢：08F, 10F, 15 , 20等具有良好的塑性韧性和良好的锻压、焊接性能。常用于制造受力不大，塑性韧性要求较高的零件，如螺栓、螺母及焊接容器等。 铸钢：ZG200~400和ZG230 450抗压性能和屈服强度不是太高，常用于制作机座，变速箱壳体等。
4.碳钢与合金钢的区别在哪里，各自有哪些优缺点；
答：合金钢除含有普通碳钢的铁、碳外，根据性能需求还添加有其它合金元素，比如常见的铬、镍、钼、锰、硅等，以达到改善热处理性能、机械性能等方面，通常价格较普通碳钢高。一般情况下，经过一定的热处理之后，合金钢比碳钢强韧指标都要高，因而适于制作性能要求更高的制品，可以在环境更恶劣的场合服役。这是合金钢最大的突出优点。冷热加工工艺方面，有些合金钢需要谨慎，如加工进刀量要小些，加热冷却速度要慢些等等，但一般并不难满足要求。相比而言，合金钢材料价格要高，这是不言而喻的
5.合金元素对钢的性能影响有哪些，分别是哪些合金元素； 答：合金元素对钢性能的影响 （1）产生固溶强化
（2）使渗碳体的硬度和稳定性增加 （3）形成特殊碳化物
当这些碳化物数量增多、且在钢中弥散分布时，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低韧性，这对改善钢的力学性能极为有利。 Al, Nb, V, T，Ti, Nb，C, P, Mn，W
6.简述合金钢按合金元素含量和按用途分类； 答：按元素含量 （1）低合金钢 （2）中合金钢 （3）高合金钢 按用途分类
（1）合金结构钢 （2）合金工具钢 (3)特殊性能钢
7.分别简单介绍以下合金钢的成分和牌号定义，举例说明热处理工艺和应用： （1）低合金高强度结构钢：（2）合金渗碳钢；（3）合金调质钢；（4）合金弹簧钢；（5）滚动轴承钢；
（1）低合金高强度结构钢：低合金高强度结构钢是一种低碳结构用钢，它是由碳素结构钢中添加少量合金元素Mn, Ti, V, Nb, Cu, P生成的，合金成分不超过3%。其中Mn是强化基体元素，其含量一般在1. 8%以下，含量过高将显著降低钢的塑性和韧性，也会影响其焊接性能。Ti , V , Nb等元素在钢中能形成微细碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的屈服极限、强度极限以及低温冲击韧性。Cu , P可提高钢对大气的抗蚀能力，比碳素结构钢高2-3倍。
用途因此，此类钢的强度显著高于相同碳含量的碳素钢，且其还具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性和耐蚀性，用于桥梁、车辆和船舶等行业。 （2）合金渗碳钢；用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。
合金渗碳钢的碳含量一般在0. 10%~0. 25 %，属于低碳钢。低的碳含量可保证渗碳零件心部具有足够的韧性和塑性。其主加合金元素Cr( <2%)、镍Ni( <4%)、Mn( <2%)和B( <0.005%)等作用是提高钢的淬透性，使心部得到马氏体，改善渗碳零件心部组织和性能，同时还能提高渗碳层的性能(如强度、韧性及塑性)，其中镍的作用最为显著。其辅加元素 ( <0.2% ) 、W( <1.2% ) 、Mo( <0.6%)、Ti(0. 1%)等的作用是渗碳时阻止奥氏体晶粒长大，显著细化晶粒，抑制钢件在渗碳时产生过热，提高耐磨性。 牌号定义
合金渗碳钢分为三类: 低淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量小于3%，属于这类钢的有20Cr, 15Mn2, 20Mn2, 20MnV等
中淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量在4%左右。属于这类钢的有20rMnTi, 12CrNi3A, 20CrMnMo, 20MnVB等。
高淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量在4~6%。属于这类钢的有12Cr2Ni4A, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4等。
例如：12CrNi3钢属于合金渗碳钢，该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具或汽车、拖拉机上的变速齿轮、后桥齿轮等。 合金渗碳钢的热处理
(1)预备热处理。低、中淬透性合金渗碳钢锻后空冷的组织为珠光体和铁素体，采用正火提高渗碳钢零件毛坯的硬度，利于切削加工。高淬透性合金钢锻后空冷的组织为马氏体，采用高温回火得到回火索氏体降低硬度，以改善切削加工性。 (2)最终热处理。为保证零件的表面高硬度和耐磨性，一般在渗碳后进行一次淬火及低温回火。处理后，零件表层为高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体，心部为低碳马氏体，韧性好，满足“外硬里韧”的要求。
但低淬透性合金渗碳钢渗碳时，心部晶粒容易长大，特别是锰钢，如性能要求较高时，可在渗碳后进行两次淬火处理。由于中淬透性合金渗碳钢含有Ti,V , Mo等合金元素，渗碳时奥氏体晶粒的长大倾向较小，渗碳后预冷到870℃左右直接淬火，经低温回火后具有较好的力学性能。而高淬透性合金钢含有较高的合金元素，其C形曲线大大右移，因而在空气中冷却也能获得马氏体组织。同时，马氏体转变温度大为下降，渗碳层在淬火后保留有大量的残余奥氏体。为了减少淬火后残余奥氏体量，可在淬火前先进行高温回火使碳化物球化，或在淬火后采用冷处理。常见渗碳钢的牌号，热处理工艺，力学性能见表9-2。 零件;合金调质钢适用于尺寸较大、负荷较重的零件。表9 -4所示为常用合金调质钢(加工成直径为25 mm的毛坯，全部淬透)，经调质处理后的力学性能。 ? 由表可见，所列钢中以42CrMo, 37CrNi3钢的综合力学性能较为良好，尤其是强度较高，比相同碳含量的碳素调质钢高出30%左右。
（3）合金调质钢；
定义：经过调质处理后使用的合金结构钢称为合金调质钢。 合金调质钢的化学成分
合金调质钢的含碳量在0. 25%~0. 50%，属于中碳钢。碳含量过低时不易淬硬，回火后不能达到所要求的强度;碳含量过高时韧性不足。常用的碳素调质钢，其碳含量接近上限，如40钢、45钢、50钢等;而合金调质钢则比较接近下限，如40Cr, 30CrMnTi钢等。 3.合金调质钢的类型
合金调质钢按照其淬透性的高低，也可分为三类: (1)低淬透性调质钢。钢含合金元素总量小于3%。属于这类钢的有35SiMn, 40Cr, 40MnB等。其淬透性较低，油淬临界直径为20~40 mm，故多用于制造截面尺寸小的、受交变载荷的调质工件，如齿轮、轴、螺栓等零件。
(2)中淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%左右。属于这类钢的有35CrMo, 38CrMoAI, 40CrMn, 40CrNi等。其淬透性中等，油淬临界直径为40~60 mm。由于含有较多的合金元素，故用于制造截面较大、承受较重载荷的调质工件，如大型发动机的曲轴，连杆等。 (3)高淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%~10%。属于这类钢的有38CrMoAIA, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA等。其淬透性中等，油淬临界直径为60~100 mm，其中含的合金元素量较多，主要制造大截面重载荷零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。 4.合金调质钢的热处理
(1)预备热处理。合金调质钢制的零件毛坯锻造后的预备热处理一般要进行正火或退火处理，以改善锻件的组织性能，为切削加工和淬火做准备。淬透性低的钢，用正火满足切削加工性，比较经济;淬透性高的钢，用退火降低硬度利于切削。 (3)高淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%~10%。属于这类钢的有38CrMoAIA, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA等。其淬透性中等，油淬临界直径为60~100 mm，其中含的合金元素量较多，主要制造大截面重载荷零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。 4.合金调质钢的热处理
(1)预备热处理。合金调质钢制的零件毛坯锻造后的预备热处理一般要进行正火或退火处理，以改善锻件的组织性能，为切削加工和淬火做准备。淬透性低的钢，用正火满足切削加工性，比较经济;淬透性高的钢，用退火降低硬度利于切削。 (2)最终热处理。多数合金调质钢属于中碳钢，调质处理后，其组织为回火索氏体。调质钢具有高的强度、良好的塑性与韧性，即具有良好的综合力学性能。但是，一些合金调质钢由于其性能的要求不同，有时采用淬火+中温或低温回火，得到回火托氏体或回火马氏体，获得比调质态更高的强度、硬度和冲击疲劳抗力，用于制造承受小能量多次冲击的零件或高强度耐磨件。另外，某些不仅要求有良好综合力学性能，还要求表层高硬度和高耐磨性的零件，则在调质后还要进行表面淬火或氮化处理。 （4）合金弹簧钢； 合金弹簧钢的化学成分
为了获得弹簧所要求的性能，弹簧钢的碳含量比调质钢高，一般在0. 45 %~0. 70%之间。含碳量过高，塑性、韧性降低，疲劳极限也降低。主加合金元素有Si, Mn, Cr, W, V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶
粒，有效地改善弹簧钢的力学性能，提高弹性极限、屈强比。其中Cr,W,V还有利于提高弹簧钢的高温强度，但Si的加入，使钢在加热时容易脱碳，疲劳强度大为下降，因此在热处理时应注意防止脱碳。 合金弹簧钢的类型 (1)锰钢。65 Mn钢的锰含量约为1. 0%，属于含锰较高的优质碳素结构钢。锰的加入能提高其淬透性、强化铁素体，12 mm直径的钢材油中可以淬透，脱碳倾向比硅钢小;缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向，淬火时开裂倾向也较大。65 Mn钢可制作一般截面尺寸为小于15 mm的小型弹簧，如弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧等。
(2)硅锰钢。55Si2MnV, 55SiMnMoVNb, 55SiMnVB, 60Si2Mn等钢是在硅锰钢基础上加入少量Mo, V, Nb, B等元素制成。这类钢具有较高的淬透性(在油中临界淬透直径为20 ~30 mm)和力学性能，且脱碳倾向比一般硅锰弹簧钢小，适用于8t, 15t, 25t汽车的大截面(毛25 mm)板簧。
(3)铬钒钢。50CrVA, 50CrMn等钢由于加入Cr, V元素，使淬透性大大提高(在油中临界淬透直径为30~50 mm)，且能细化晶粒，增加回火稳定性，可用于制造在300 ~ 450℃下工作的大截面弹簧，如高速柴油机的气门弹簧，安全阀等耐热弹簧。
由于弹簧一般是在动负载条件下使用，因此弹簧大体上可分为热成型弹簧与冷成型弹簧两大类。
(1)热成型弹簧钢的热处理。一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹簧，钢材在热成型之前不具备弹簧所要求的性能，热成型之后，进行淬火及中温回火(300℃~500℃)，得到回火屈氏体组织，其硬度为40 ~48 HRC，从而保证了弹簧钢既有较高的弹性极限，又具有足够的韧性指标。
(2)冷成型弹簧钢的热处理。将钢材在500℃~550℃的盐浴中进行等温淬火，得到索氏体组织，在冷拉或冷轧后弹性极限大为提高，不用进行淬火处理，只需要在200℃~300℃进行去应力退火，稳定尺寸即可。
? 在成型及热处理过程中，要特别注意防止表面氧化，脱碳及伤痕，往往进行喷丸处理进行表面强化，使表层形成残余压应力并消除表面缺陷，以提高弹簧的寿命。
8.简述下列工具用钢的成分和牌号，举例说明热处理工艺和应用： 答：（1）工具用碳钢； ? 成分：工具用碳钢的含碳量为wc= 0. 65%~1. 35 %，有益元素wSi ≤0. 35% , wMn≤0. 4%，有害元素wS ≤0.03%， wP ≤0.035%。
? 牌号：工具用碳钢的牌号是用“T+数字+字母”字表示。\钢“碳”字汉语拼音的首写字母，数字表示钢中平均碳含量的千倍。T8 , T10分别表示钢中平均碳含量为wc= 0. 80%和wc = 1. 0%的工具用碳钢，若为高级优质工具用碳钢，则在牌号最后附以“A”字。如T12A，表示平均含碳量等于1. 2%的优质工具用碳钢。 ? 热处理工艺和应用：工具用碳钢经热处理(淬火+低温回火)后具有高硬度，但是工具用碳钢的淬透性低，须用水作淬火介质(水中的临界淬透直径为15~18 min，而油淬的临界淬透直径为5-7 mm，容易产生淬火变形，特别是形状复杂的工具，应该特别注意;其次是随着含碳量越多，碳化物的量越多，回火稳定性小，热硬性差，刃部受热至200℃~250℃时，其硬度和耐磨性已迅速下降。因此只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。