材料結(jié)構(gòu)與表征-金屬部分復(fù)習(xí)大綱2014-答案

1、材料結(jié)構(gòu)與表征考試大綱金屬部分：1 鋼鐵熱處理有何特點(diǎn)及其適用范圍是什么？ 定義：熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻。以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝；特點(diǎn)：熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀；適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。2 典型鋼的普通熱處理有哪些方法，適用范圍如何？1、退火：將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝。如a、完全退火：細(xì)化組織和降低硬度提高塑性，去除內(nèi)應(yīng)力，主要用于亞共析鋼鑄、鍛件；b、不完全退火：細(xì)化組織，降低硬度，主要用于中、高碳

2、鋼及低合金鋼內(nèi)的鍛、軋件，組織細(xì)化程度低于完全退火；c、去應(yīng)力退火：消除內(nèi)應(yīng)力，使之達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，主要用于鑄件、焊接件、鍛軋件及機(jī)加工件。對(duì)于過(guò)共析鋼，必須采用正火消除網(wǎng)狀滲碳體及其他組織缺陷后，才可采用這種退火法；2、正火：將亞共析鋼加熱到Ac3+30-50度，共析鋼加熱到Ac1+30-50度，過(guò)共析鋼加熱到Accm+30-50度保溫后空冷的工藝。適用范圍：低碳鋼：提高硬度，改善加工性能，防止機(jī)加工粘刀，降低表面粗造度值；中碳鋼和合金鋼：細(xì)化晶粒，均勻組織，為淬火做好準(zhǔn)備；高碳鋼和高合金鋼：消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作準(zhǔn)備；滲碳鋼：消除滲層中的網(wǎng)狀碳化物；鍛件和鑄件：消除不正常組織（如粗晶等

3、）；要求不高的碳鋼：消除不正常組織（如粗晶等）；3、淬火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。如a、單介質(zhì)淬火：在單一冷卻介質(zhì)（如水、油、空氣等）中淬火，達(dá)到硬度、強(qiáng)度等要求，為最常用的方法；b、雙介質(zhì)淬火：在兩種淬火介質(zhì)（如水油、水空氣、油空氣等）中淬火，保證足夠的淬硬層，避免淬裂，減少變形，適用于中、高碳鋼零件和合金鋼大型零件；c、分級(jí)淬火：先淬入浴槽中，使零件內(nèi)外溫度都達(dá)到浴槽介質(zhì)的溫度，然后再淬入另一種冷卻較緩慢的介質(zhì)，減少變形和開(kāi)裂，適用于形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的零件，包括尺寸較小的合金鋼、碳鋼零件，尺寸較大零件或淬透性差的鋼種；d、固溶

4、處理：將其他相充分溶解到固溶體中，適用于沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼。4、回火：指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。如a、低溫回火：150250回火，獲得回火馬氏體組織。目的是在保持高硬度條件下，提高塑性和韌性，適用于超高強(qiáng)度鋼、工模具鋼、量具、刃具、軸承及滲碳鋼；b、中溫回火：350500回火，獲得托氏體組織。目的是獲得高彈性和足夠的硬度，保持一定的韌性，適用于中溫超高強(qiáng)度鋼、彈簧、熱鍛模具；c、高溫回火：500650回火，獲得索氏體組織。目的是達(dá)到較高強(qiáng)度與韌性良好配合，適用于結(jié)構(gòu)鋼零件、滲氮件預(yù)備熱處理；d、時(shí)效：從過(guò)飽和固溶體中析出金屬間化合物，提高硬度、強(qiáng)度；5、滲碳：

5、增加表面碳含量，提高表面硬度、耐磨性及抗疲勞性能，碳氮共滲與滲碳相似，但滲入溫度略低，滲層較淺，變形較小，用于心部有一定強(qiáng)度和良好韌性而表面要求高硬度（HRc5864）的場(chǎng)合，還用于提高耐磨性或疲勞性能的場(chǎng)合。主要用于齒輪、銷(xiāo)類(lèi)和軸類(lèi)。3 說(shuō)明共析鋼的完全奧氏體化的過(guò)程。 定義：奧氏體話是指在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織；過(guò)程：第一步 奧氏體精河形成：首先在alpha與Fe3C相界形核；第二步 奧氏體晶核長(zhǎng)大：gama晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散想alpha和Fe3C方向長(zhǎng)大；第三步 殘余Fe3C溶解：鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至

6、消失；第四步 奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。4 下列說(shuō)法是否正確？為什么？（1） 馬氏體是硬而脆的相；錯(cuò)，高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。隨著含碳量增加，其硬度增加。而馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，而板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。（2） 過(guò)冷奧氏體的冷卻速度大于Vk時(shí)，則冷速越大，所得馬氏體的硬度越高；錯(cuò)，馬氏體硬度取決于含碳量,與冷卻速度無(wú)關(guān)（3） 鋼中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高； 錯(cuò),合金元素對(duì)淬透性的影響大,但對(duì)硬度影響?。?） 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶粒

7、總是比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)； 錯(cuò),晶粒的大小與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān).本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只是加熱時(shí)長(zhǎng)大的趨向比本質(zhì)粗晶粒鋼小,但不代表本身比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)（5） 同種鋼材在同樣的加熱條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫冷卻能力太大，只適用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件；油的低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，適用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。5 什么是合金鋼？與碳鋼相比合金鋼有哪些優(yōu)點(diǎn)？加入鋼中的合金元素有哪些作用？請(qǐng)舉例說(shuō)明。合金鋼是指鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素（如鉻、鎳、鉬、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和其他元素等），有

8、的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等）的鋼。合金鋼根據(jù)加入合金元素的不同，具有不同的性能，如高的耐磨性、耐蝕性、耐低溫、高磁性等良好的特殊性能。1、 碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。2、 硅（SI）：在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。3、 錳（MN）：在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。4、 鉻（CR）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐

9、磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。5、 鎳(NI)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。6、 鉬(MO)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。7、 鈦(TI)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。8、 釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高

10、抗氫腐蝕能力。 9、 鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。10、 鈮(NB)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。 11、 銅(CU)：銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。12、 鋁(AL)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性13、 硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。14、 氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增

11、加時(shí)效敏感性。6 如何通過(guò)合金化來(lái)提高鋼的耐蝕性？要想提高不銹鋼的強(qiáng)度，應(yīng)采取什么措施？提高鋼的耐腐蝕性的方法有：金屬鍍層、陰極保護(hù)、磷化、 發(fā)藍(lán)、陽(yáng)極化、涂漆層等。涂防蝕油膏。 金屬材料在高溫下的腐蝕是化學(xué)腐蝕， 在常溫下的腐蝕是電化學(xué)腐蝕。因此在常溫下要金屬材料的耐腐蝕性，一方面要盡量使合金呈單一均勻組織；另一方面更重要的是提高合金本身的電極電位。提高耐腐蝕性：1、提高金屬或合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢(shì)，增強(qiáng)耐蝕性。如Cu中加Au，Ni中加入Cu、Cr等，即屬此類(lèi)。不過(guò)這種大量加入貴金屬的辦法，在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料

12、的應(yīng)用是有限的；2、加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。鋼中加入適量的Cr，即可制得鉻系不銹鋼。實(shí)驗(yàn)證明，在不銹鋼中，含Cr量一般應(yīng)大于13%時(shí)才能起抗蝕作用，Cr含量越高，其耐蝕性越好。這類(lèi)不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質(zhì)如衡硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因?yàn)榉茄趸运岵灰资购辖鹕裳趸ぃ瑫r(shí)對(duì)氧化膜還有溶解作用；3、加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構(gòu)致密的化合物羥基氧化鐵（FeOx(OH)3-2x）的保護(hù)作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進(jìn)這種保護(hù)膜的

13、生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。 提高強(qiáng)度：1、利用一種強(qiáng)力粉碎機(jī)對(duì)不銹鋼粉末進(jìn)行再次粉碎, 并施加強(qiáng)力進(jìn)行揉合。然后, 將不銹鋼粉末裝入模具中, 在 800 的高溫下燒結(jié)。2、不銹鋼澆鑄時(shí)可增加過(guò)冷度，加入變質(zhì)劑或震蕩攪拌，細(xì)化晶粒。提高不銹鋼的強(qiáng)度常用除應(yīng)力處理，即加熱至 250-425進(jìn)行回火，在 300-350保溫 1-2 小時(shí)，然后空冷。7 在相同含碳量情況下，除了含Ni和Co的合金鋼外，為什么大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高？合金元素在原始組織各相中分布是不均勻的。在退火狀態(tài)下，碳化物形成元素主要集中在鐵素體相中。合金元素這種不均勻分布現(xiàn)象直到碳化物

14、完全溶解后還顯著的保留在奧氏體中。因此，合金鋼的奧氏體均勻化過(guò)程，除了碳的均勻化以外，還包括了合金元素的均勻化。由于合金元素的擴(kuò)散系數(shù)比碳原子的擴(kuò)散系數(shù)小約1000到10000倍，同時(shí)，碳化物形成元素還降低碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，如若形成特殊碳化物則更難于溶解。因此，合金鋼的奧氏體均勻化過(guò)程比碳鋼要長(zhǎng)得多。由于上述原因，合金鋼淬火加熱時(shí)，為了使奧氏體合金化程度提高并且使之成分均勻，需要加熱到更好的溫度和保溫更長(zhǎng)的時(shí)間。8 鋼產(chǎn)量曾經(jīng)被看作為工業(yè)強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志，如下表，如英國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)及日本。但自1997年后， 我國(guó)一直穩(wěn)居世界之一，產(chǎn)量超過(guò)第二、三名的總和。但卻不能算得上是工業(yè)強(qiáng)國(guó)。請(qǐng)綜合

15、分析其原因。鋼鐵產(chǎn)量是十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初衡量工業(yè)強(qiáng)國(guó)的主要指標(biāo)。但在21世紀(jì)，鋼鐵產(chǎn)量?jī)H僅是衡量工業(yè)強(qiáng)國(guó)的指標(biāo)之一。目前，中國(guó)只是工業(yè)大國(guó)，仍不是工業(yè)強(qiáng)國(guó)，處于初步工業(yè)化，在世界也只能算是中等水平。原因如下：1、 鋼鐵行業(yè)。近幾年，中國(guó)鐵礦石進(jìn)口量激增，對(duì)國(guó)外鐵礦石依賴越來(lái)越大。粗鋼產(chǎn)量大，但行業(yè)整體盈利低，鋼鐵行業(yè)技術(shù)水平不高，無(wú)法生產(chǎn)高水平特種鋼材，依賴進(jìn)口。2、 中國(guó)機(jī)械制備行業(yè)整體水平低，國(guó)產(chǎn)機(jī)械精度無(wú)法到達(dá)高水平。電子產(chǎn)業(yè)高端設(shè)備依賴進(jìn)口，而且比較少自主創(chuàng)新技術(shù)。3、 大多數(shù)產(chǎn)業(yè)尚未占據(jù)世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點(diǎn)；4、 一些生產(chǎn)規(guī)模大、市場(chǎng)占有率很高的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，技術(shù)質(zhì)量和檔次并未達(dá)到世界先

16、進(jìn)水平；5、 一些國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的整機(jī)質(zhì)量達(dá)到甚至超過(guò)了國(guó)際先進(jìn)水平，但關(guān)鍵零部件仍然在相當(dāng)程度上依賴進(jìn)口；6、 中國(guó)產(chǎn)品文化含量（品牌價(jià)值）薄弱，與發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力差距較為明顯9 高速鋼的使用要求有哪些？如何通過(guò)調(diào)整成分和工藝達(dá)到所需要的性能。高速鋼最主要的特性紅硬性.素工具鋼經(jīng)淬火和低溫回火後，在室溫下雖有很高的硬度，但當(dāng)溫度高於200C時(shí)，硬度便急劇下降，在500C硬度已降到與退火狀態(tài)相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼製作切削工具用.速鋼由於紅硬性好，彌補(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn)，可以用來(lái)製造切削工具。使用要求：1、能承受與工件摩擦產(chǎn)生的高溫，即高速切削產(chǎn)生高熱情況下

17、(約500C)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上；2、能切割經(jīng)過(guò)加硬處理的金屬材料；3、熱處理工藝較為複雜，必須經(jīng)過(guò)退火、淬火、回火等一系列過(guò)程，從而消除應(yīng)力，降低硬度，使顯微組織均勻，便於淬火淬火時(shí)由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800850預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力)，然后迅速加 熱到淬火溫度11901290（不同牌號(hào)實(shí)際使用溫度有區(qū)別），后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒(méi)有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提高硬度和耐磨性，一般要進(jìn)行23次回火，回火溫度560，每次保溫

18、1小時(shí)。硬度和耐磨性等優(yōu)異性能來(lái)自于鎢、鉬、釩、鉻等能與碳形成碳化物的合金元素。加入鈷元素可以提高材料的紅硬性。10有一碳鋼制支架剛性不足，有人要用熱處理強(qiáng)化方法：有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來(lái)解決。哪種方法合理？為什么？改變零件截面形狀，因?yàn)樘囟ㄊ芰l件下結(jié)構(gòu)的剛性，主要是與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的穩(wěn)定性（或你說(shuō)的形狀）、結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、材料硬度等都有密切關(guān)系。常溫下，碳素鋼與合金鋼的彈性模量比較接近，對(duì)于要求以剛度為主的結(jié)構(gòu)件，用合金鋼代替，不能提高結(jié)構(gòu)件剛度，反而增加了成本。碳鋼的熱處理可以增加結(jié)構(gòu)件硬度，也可稍微提高結(jié)構(gòu)剛性。但對(duì)于支架剛性不足，只能通過(guò)改變零件的截面形狀來(lái)解決。11

19、什么是時(shí)效處理？從結(jié)構(gòu)角度簡(jiǎn)述鋁合金時(shí)效處理材料性能發(fā)生變化的原因。時(shí)效是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。鋁合金時(shí)效處理實(shí)質(zhì)上是固溶處理后的鋁銅合金，在室溫或某一溫度下放置時(shí)，發(fā)生時(shí)效過(guò)程。即第二相Al2Cu從過(guò)飽和固溶體中沉淀的過(guò)程。這種過(guò)程是通過(guò)成型和長(zhǎng)大進(jìn)行的，是一種擴(kuò)散型的固態(tài)相變，相變過(guò)程如下a過(guò)G.P區(qū)相相相鋁合金的時(shí)效硬化是由溶質(zhì)原子形成的富集區(qū)(G.P.區(qū))所致?？蔁崽幚韽?qiáng)化鋁合金，淬火后形成過(guò)飽和固溶體，在室溫或稍高溫度中加熱能發(fā)生分解，其過(guò)程通常包括G.P.區(qū)、亞穩(wěn)定相（相，相）和穩(wěn)定相（相，即Al2Cu相）三個(gè)階段。G.P.區(qū)是與鋁基體完全共格的，亞穩(wěn)定相與鋁基體部分共格，穩(wěn)定相與鋁基體非共格。共格或部分共格都能引起鋁基體晶格的畸變