級金屬材料學(xué)試題(A卷答案)

1、貴州大學(xué)2010-2011學(xué)年第一學(xué)期考試試卷 a 參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)金屬材料學(xué)注意事項：1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。2. 請仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。4. 滿分100分，考試時間為120分鐘。題 號一二三四五六七總 分統(tǒng)分人得 分得 分評分人一、問答題（共25分,每題5分）1.合金鋼中的合金元素有哪些？怎樣分類？答：合金鋼中有hf、zr、ti、ta、nb、v、w、mo、cr、mn、co、ni、si、cu、al等。它們可以分為碳化物形成元素如hf、zr、ti、ta、nb、v、w、mo

2、、cr、mn和非碳化物形成因素如co、ni、si、cu、al等。2.合金元素mn、cr、w、mo、v、ti、zr、nb和si、ni、cu等對鋼的c曲線和ms點有何影響？答：mn、cr、w、mo、v、ti、zr、nb使c曲線的形狀和位置發(fā)生改變，有兩個鼻溫，即珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分開，位置右移，而si、ni、cu等不改變c曲線形狀，只改變其位置，位置右移。它們使ms點下降。3.合金元素對兩類回火脆性有何影響？答：鋼在250-350和450-550出現(xiàn)低溫和高溫回火脆性，低溫回火脆主要是薄膜狀殘余奧氏體失穩(wěn)分解和雜質(zhì)元素p、s、h、o等在晶界偏聚造成的，這類脆性是不可逆的。合金元素si、al等可以

3、抑制或降低fe3c在晶界成核和長大，可以減輕這類回火脆性。高溫回火脆主要是碳化物在晶界析出和脆化元素如as、sb、bi、pb、sn等在晶界偏聚造成晶界脆化，這種回火脆是可逆的。合金元素ni、mn等可以與脆化元素一起偏聚在晶界上，促進(jìn)高溫回火脆；cr雖然自身不在晶界偏聚，但它促進(jìn)其他脆化元素向晶界偏聚；mo可以阻礙脆化元素的偏聚，所以可以減輕或抑制高溫回火脆性。4在al中常加入哪些合金元素？作用是什么？答：al合金中的元素主要有si、cu、mg、zn等，它們的作用是固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、細(xì)化晶粒強(qiáng)化和過剩相強(qiáng)化等。5鋼的強(qiáng)化措施和韌化途徑有哪些？答：強(qiáng)化機(jī)理有：固溶強(qiáng)化、細(xì)化晶粒強(qiáng)化、位錯密度和缺

4、陷密度引起的強(qiáng)化、 析出碳化物彌散強(qiáng)化等。韌化途徑是：細(xì)化晶粒、降低有害元素的含量即減少鋼中的p、s、n、h、o以及其它有害元素的含量，則可減少它們在晶界的偏聚，一方面有利于抑制回火脆性傾向，另一方面也使延遲破壞和環(huán)境脆化的敏感性大大下降，從而改善鋼的韌性、調(diào)整合金元素含量、降低鋼中的含碳量等。得 分評分人二、解釋下列現(xiàn)象（共25分,每小題5分）1在相同含碳量情況下，除了含ni和mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高。解釋：由于ni、mn是開啟相區(qū)的元素使得ac1、acm和ac3下降，而其它大部分合金元素使得相區(qū)縮小或封閉，使ac1、acm和ac3升高，特別是強(qiáng)碳化物形成元素，

5、如nb、ti、v等，形成的碳化物非常穩(wěn)定，分解溫度高，所以大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高。2在相同含碳量情況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性。解釋：鋼在低溫回火時，發(fā)生淬火馬氏體向回火馬氏體轉(zhuǎn)變，即碳原子向缺陷處偏聚，應(yīng)力有所松弛，馬氏體正方度有所降低，碳化物形成元素使碳的活度降低，擴(kuò)散激活能增加，碳原子擴(kuò)散偏聚困難，使這個過程推向較高溫度。隨著溫度升高，發(fā)生殘余奧氏體分解，碳化物形成元素也阻礙碳原子擴(kuò)散。溫度繼續(xù)升高，發(fā)生fexc溶解生成fe3c，碳化物形成元素對碳的阻礙，這個過程也被推向更高的溫度，所以，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性。3高

6、速鋼在熱軋或熱鍛后，在空氣中冷卻獲得馬氏體組織。解釋：高速鋼如w18cr4v等，含有較多的合金元素，屬于高合金鋼，這些合金元素使鋼的c曲線大大右移，推遲了珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，另外，熱軋和熱鍛也會造成形變誘發(fā)馬氏體相變，基于上述等原因，空冷就可以得到馬氏體組織。4機(jī)床底座常用灰口鑄鐵制造。解釋： 機(jī)床底座要求具有良好的減振性。而灰口鑄鐵組織中的大量片狀石墨割裂了基體，破壞了基體的連續(xù)性，因而可以阻止振動的傳播。所以常常選用灰口鑄鐵制造機(jī)床底座。5、直徑25mm的40crnimo鋼棒料正火后切削困難。解釋：40crnimo鋼在合金調(diào)質(zhì)鋼中屬于高淬透性鋼，油淬直徑為60-100mm。而直徑為25mm

7、的40crnimo鋼棒料正火，表層發(fā)生馬氏體相變，有馬氏體組織，造成切削加工困難。得 分評分人三、判別正確與錯誤，正確的在（）中打錯誤的打（共10分，每題2分）1、當(dāng)碳當(dāng)量ce0.35%時,鋼的焊接性能惡化。（ ）2、合金元素使碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度增加，這些元素能與碳形成碳化物（）。3、大部分合金元素使ms點升高，殘余奧氏體量降低。（ ）4、mn、ni等開啟相區(qū)，而v、cr等封閉相區(qū)。（ ）5、w、mo、v等元素推遲珠光體轉(zhuǎn)變，對貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大（）得 分評分人四、綜合應(yīng)用題（共40分）現(xiàn)有下列材料0cr18ni9ti、9crsi、16mnnb、cr12mov、gcr15、9cr18mov

8、、w6mo5cr4v2、5crnimo、60si2mn、1cr13、20crmnti、h68、0cr13、zl101、65mn、40crnimo、t12a、tc4、qbe2、2a12。1.將上述材料按用途分類、說明各類材料合金元素的主要作用和其用途（分類10分、作用5分、用途5分）。2.在上面的材料中分析選哪種材料來制作下列工件并制訂出熱處理工藝（20分）。（1） 制造滾動軸承（5分）（2） 制造醫(yī)用手術(shù)刀（5分）（3） 制作沖擊載荷較大，形狀復(fù)雜的冷變形模具（5分）（4） 制造汽車變速箱齒輪（5分）1、 分類及合金元素的主要作用、用途（1）工程結(jié)構(gòu)鋼，有16mnnb，其屈服強(qiáng)度屬于390mp

9、a級別；合金元素的主要作用是固溶強(qiáng)化；主要用來制造船舶、橋梁和容器。（2）機(jī)器零件用鋼，有g(shù)cr15、60si2mn、65mn、40crnimo、20crmnti；合金元素的主要作用是提高淬透性；主要用來制造機(jī)器零件如傳動軸、彈簧、齒輪等。（3）工模具鋼，有9crsi、cr12mov、w6mo5cr4v2、5crnimo、t12a；合金元素的主要作用是提高硬度和耐磨性；主要用來制造工具和模具等如鉆頭、冷成型模具和熱變形模具等。（4）不銹鋼，有0cr18ni9ti、1cr13、9cr18mov、0cr13；合金元素的主要作用是提高耐磨性；主要用來制造要求耐蝕的零部件，如耐酸容器，食品容器和醫(yī)療器

10、械等。（5）有色金屬合金，鋁合金zl101、2a12，銅合金h68、qbe2，鈦合金tc4；合金元素的主要作用是產(chǎn)生固溶強(qiáng)化；主要用于航空、航海、汽車、石油化工、電纜電器、熱交換器及空間技術(shù)等，如耐酸、耐堿的化工用泵、電線、飛機(jī)蒙皮、軌道宇宙飛船的壓力容器等。2、選材（1）滾動軸承，根據(jù)上述提供的材料，專門用于制造滾動軸承的材料只有g(shù)cr15，且沒有特殊要求（如耐蝕性），所以選用gcr15來制造。其熱處理工藝為：830-860油淬+160回火（2）醫(yī)用手術(shù)刀，要求高硬度、耐磨和耐蝕，所以要選用馬氏體不銹鋼來制作，給出的材料中有兩種馬氏體不銹鋼1cr13和9cr18mov,前者碳含量低，達(dá)不到高硬度耐磨的要求，而后者碳含量達(dá)到高碳，故選9cr18mov來制作醫(yī)用手術(shù)刀。熱處理工藝是：1050-1075硝鹽分級淬火+100-200回火。（3）沖擊載荷較大，形狀復(fù)雜的冷變形模具，要求高硬度高耐磨以外，還要有較好的韌性，上述材料中，可以作為冷變