《金屬材料學(xué)》考試真題及答案

1、1、細(xì)化晶粒對鋼性能的貢獻(xiàn)是強(qiáng)化同時韌化;提高鋼淬透性的主要作用是使零件整個斷面性能碳化物液析、帶狀碳化物網(wǎng)狀碳化物趨于一致，能采用比較緩和的方式冷卻。2、滾動軸承鋼 GCr15的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為1.5%。滾動軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指3、 選擇零件材料的一般原則是使用性能要求、工藝性要求 和經(jīng)濟(jì)性要求等 。4、凡是擴(kuò)大Y區(qū)的元素均使 Fe-C相圖中S、E點(diǎn)向 左下 方移動，例Ni、Mn等元素；凡封閉y區(qū)的元素使S、E點(diǎn)向左上方移動，例 Cr、Si、Mo等元素。S點(diǎn)左移意味著共析碳含量減少，E點(diǎn)左移意味著出現(xiàn)萊氏體的碳含量減少。硬鋁超硬鋁、鍛鋁 和5、鋁合金可分鑄造鋁合金和變形鋁，變形鋁

2、又可分 防銹鋁 。6、H62是表示壓力加工黃銅 的一個牌號，主要成份及名義含量是Cu62% Zn38%7、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有Ti、V、Nb N等，這些元素的主要作用是細(xì)化組織和相間沉淀析出強(qiáng)化。8、球鐵的力學(xué)性能高于灰鐵是因?yàn)榍蜩F中石墨的斷面切割效應(yīng)石墨應(yīng)力集中效應(yīng)要比灰鐵小得多。9、鋁合金熱處理包括固溶處理 和時效硬化兩過程，和鋼的熱處理最大區(qū)別是鋁合金沒有同素異構(gòu)相變1、鋼的合金化基本原則是多元適量、復(fù)合加入。在鋼中細(xì)化晶粒作用較大的合金元素有Ti 、V、Nb_等，細(xì)化晶粒對鋼性能的作用是既強(qiáng)化又韌化。2、在鋼中，常見碳化物形成元素有Ti、Nb V、Mo W Cr、（按強(qiáng)弱順序

3、排列，列舉 5個以上）。鋼中二元碳化物分為兩類：rc/r M < 0.59為簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有MC和 M2C型；rjr m > 0.59為復(fù)雜點(diǎn)陣Ti、Nb V、Mo W Cr、結(jié)構(gòu)，有MbG 、 M 7G和MhC型。3、選擇零件材料的一般原則是使用性能要求、工藝性要求和經(jīng)濟(jì)性要求等。汽車變速箱齒輪常用20CrMnTi鋼制造，經(jīng) 滲碳 和 淬回火4、奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大，產(chǎn)生晶界腐蝕的主要原因是 晶界區(qū)貧Cr，為防止或減輕晶界腐蝕，在合金化方面主要措施有熱處理。晶界析出Cr23G，導(dǎo)致降低碳量、加入Ti、V、Nb強(qiáng)碳化物元素5、影響鑄鐵石墨化的主要因素有碳當(dāng)

4、量冷卻速度球墨鑄鐵在澆注時要經(jīng)過 孕育處理和球化 處理。6、鐵基固溶體的形成有一定規(guī)律，影響組元在置換固溶體中溶解情況的因素有:陣結(jié)構(gòu)、原子尺寸因素 、電子結(jié)構(gòu) 。溶劑與溶質(zhì)原子的點(diǎn)7、對耐熱鋼最基本的性能要求是良好的高溫強(qiáng)度和塑性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性元素是 Cr。常用的抗氧化合金AlSi1、鋼中二元碳化物分為二類： "/ rM< 0.59，為 簡單 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有MC和型；"/ rM> 0.59，為 復(fù)雜 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),有MC M7G和M23G 型。兩者相比,前者的性能特點(diǎn)是硬度高、熔點(diǎn)高 和穩(wěn)定性好 。2、 凡能擴(kuò)大Y區(qū)的元素使鐵碳相圖中 S、E點(diǎn)向 左下 方移動，

5、例Mn Ni_等元素（列出2個）；使Y區(qū)縮小的元素使 S、E點(diǎn)向 左上 方移動,例Cr 、Mo W 等元素（列出3個）。3、 提高鋼淬透性的作用是獲得均勻的組織，滿足力學(xué)性能要求、能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向4、高錳耐磨鋼（如 ZGMn13經(jīng)水韌處理后得到奧氏體 組織。在高應(yīng)力磨損條件下，硬度提高而耐加工硬化磨，其原因是5、對熱鍛模鋼的主要性能要求有高熱強(qiáng)性及奧氏體中析出K和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變良好的熱疲勞抗力、良好的沖擊韌性和良好的淬透性及耐磨性。常用鋼號有5CrNiMo（寫出一個）。6、QT600-3是 球墨鑄鐵 ，“ 600 ”表示 抗拉強(qiáng)度600MPa ，“3”表示 延伸

6、率 3%。H68是 黃銅 ，LY12是 硬鋁 ，QSn4-3是 錫青銅 。Ti、V 等（寫出2個），這些元素的主要作用是細(xì)化晶粒組7、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有彌散沉淀強(qiáng)化8、鋁合金熱處理包括固溶處理和時效硬化兩過程，和鋼的熱處理最大的區(qū)別是加熱過程中沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。1、鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要有固溶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化。其中細(xì)晶強(qiáng)化 對鋼性能的貢獻(xiàn)是既提高強(qiáng)度又改善塑、韌性。2、提高鋼淬透性的作用是獲得均勻的組織，滿足力學(xué)性能要求能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向3、滾動軸承鋼GCr15的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為1.5%左右。滾動軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指碳化物液析碳化物

7、帶狀碳化物網(wǎng)狀4、選擇零件材料的一般原則是滿足力學(xué)性能要求良好的工藝性能經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。5、凡是擴(kuò)大Y區(qū)的元素均使 Fe-C相圖中S、E點(diǎn)向 左下 方移動，例Mn、Ni等元素（寫出2個）；凡封閉Y區(qū)的元素使 S、E點(diǎn)向 左上 方移動，例Cr、Mo等元素（寫 出2個）。S點(diǎn)左移意味著共析碳含量降低。6、QT600-3是球墨鑄鐵，“600”表示 抗拉強(qiáng)度不小于 600MPa ，“3”表示延伸率不小于3%7、H68是黃銅 ，LY12是 硬鋁，QSn4-3是錫青銅8、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有Ti、V等（寫出2個），這些元素的主要作用是細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化9、鋁合金熱處理包括固溶處理和

8、時效硬化兩過程，和鋼的熱處理最大的區(qū)別是沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變二、解釋題1、高速鋼有很好的紅硬性，但不宜制造熱錘鍛模。高速鋼雖有高的耐磨性、紅硬性，但韌性比較差、在較大沖擊力下抗熱疲勞性能比較差，高速鋼沒有能滿足熱錘鍛模服役條件所需要高韌性和良好熱疲勞性能的要求。2、3、6、在一般鋼中，應(yīng)嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素S、P的含量。S元素在鋼中會形成低熔點(diǎn)（989C） FeS，在1000C以上的熱壓力加工過程中會熔化，使鋼在熱壓 力加工中產(chǎn)生熱脆；P元素在鋼中會形成硬脆的 FesP相，使鋼在冷加工中產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生冷脆。 所以，一般鋼中S、P?？醋麟s質(zhì)元素，應(yīng)嚴(yán)格控制的含量。9SiCr鋼和T9鋼相比，退火后硬度

9、偏高，在淬火加熱時脫碳傾向較大。9SiCr雖然與T9含碳量相同，但由于它含有 Cr、Si合金元素，Si是非K形成元素，固溶強(qiáng)化基體的作用較大，因此退火后硬度偏高。另外Si提高碳皇度，促進(jìn)石墨化，因此在加熱時脫碳傾向較大。奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大。在奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9焊接后，在焊縫及熱影響區(qū)容易在晶界析出Cr的碳化物Cg Cs從而導(dǎo)致晶界貧Cr，低于1/8規(guī)律的Cr%使電極電位大大降低，從而導(dǎo)致晶界腐蝕。1、40Mn2鋼淬火加熱時，過熱敏感性比較大。在C%較氐時，Mn可以細(xì)化珠光體。在 CS較高時，Mn加強(qiáng)了 C促進(jìn)奧氏體晶粒長大的作用，且降低了A溫度。因此40M

10、n2鋼過熱敏感性比較大。2、40CrNiMo 鋼正火后，切削性能比較差。40CrNiMo鋼因含有Ni、Cr能提高淬透性，正火后都能得到許多馬氏體組織，使切削性能變差。3、球墨鑄鐵的強(qiáng)度和塑韌性都要比灰口鑄鐵好。球鐵中，石墨呈球形，灰口鐵石墨呈片狀。球狀石墨對基體的切割作用和石墨的應(yīng)力集中效應(yīng)大大小于 片狀，球鐵基體的利用率大大高于灰口鐵，所以球墨鑄鐵的強(qiáng)度和塑韌性都要比灰口鑄鐵好。4、鋁合金的晶粒粗大，不能靠重新加熱熱處理來細(xì)化。 由于鋁合金不象鋼基體在加熱或冷卻時可以發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，發(fā)生重結(jié)晶而細(xì)化晶粒。5、H68 H70俗稱彈殼黃銅，常用于制造炮彈殼、子彈殼。H68 H70組織中只有單相

11、 a組織，它的塑性較好， 殼、子彈殼等。1、 高速鋼的回火工藝常采用：回火溫度 560 C左右， 由于高速鋼中高合金度馬氏體的回火穩(wěn)定性非常好，在因此不能像鋼一樣可以通過加熱和冷卻因此適合制造一些需要進(jìn)行深沖加工的零件如炮彈回火 3 次。560 C左右回火，才能彌散析出特殊碳化物，產(chǎn)生硬化。同時在560C左右回火，使材料的組織和性能達(dá)到了最佳狀態(tài)。一次回火使大部分的殘留奧氏體發(fā) 生了馬氏體轉(zhuǎn)變， 二次回火使第一次回火時產(chǎn)生的淬火馬氏體回火， 并且使殘留奧氏體更多地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏 體，三次回火可將殘留奧氏體控制在合適的量，并且使內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底2、 在低合金高強(qiáng)度構(gòu)件用鋼中，Si、Mn元素的加入量

12、有限制，一般Si < 1.1%,Mnv 2%Si、Mn元素都能強(qiáng)化鐵素體，在低合金高強(qiáng)度構(gòu)件用鋼中可以提高鋼的強(qiáng)度，但是當(dāng)Si>1.1%、Mn>2時,卻顯著地降低鋼的塑性。所以，在低合金高強(qiáng)度構(gòu)件用鋼中，Si、Mn元素的加入量有限制。3、Si 是非碳化物形成元素，但能有效地提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性。Si雖然是非碳化物形成元素，但在低溫回火時可以抑制e -FexC的形成和轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe3C,即有效地阻止了FesC的形核、長大及轉(zhuǎn)變。所以能有效地提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性4、4Cr13 含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 0.4%左右，但已是屬于過共析鋼。Cr元素使共析S點(diǎn)向左移動，當(dāng)Cr含量達(dá)到一定

13、程度時，S點(diǎn)已左移到小于0.4%C,所以4Cr13是屬于過 共析鋼。5、40 CrNi 鋼淬火高溫回火后常用水或油冷卻。40 CrNi 鋼含有 Cr、 Ni 元素，而 Cr、 Ni 促進(jìn)了鋼的回火脆性，所以 40 CrNi 鋼高溫回火脆性傾向較大， 回火后快冷能抑制高溫回火脆性，所以常用水或油冷卻。4、高錳鋼(ZGMn13在Am以上溫度加熱后空冷得到大量的馬氏體，而水冷卻可得到全部奧氏體組織。C高M(jìn)n),使鋼的Ms低于室K,使奧氏體的合金度降低，高錳鋼在Acm以上溫度加熱后得到了單一奧氏體組織，奧氏體中合金度高(高 溫以下。如快冷，就獲得了單一奧氏體組織，而慢冷由于中途析出了大量的Ms上升，所

14、以空冷時發(fā)生相變，得到了大量的馬氏體。1、試總結(jié)Mo元素在合金中的作用，并簡要說明原因。Mo元素在合金中的主要作用歸結(jié)如下：(1) 降低回火脆性，一般認(rèn)為 Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚；(2) 提高貝氏體的淬透性，因?yàn)镸o大大推遲珠光體的轉(zhuǎn)變而對貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小；(3 )細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性。Mo是強(qiáng)碳化物形成元素，與碳的結(jié)合力較大形成的碳化物穩(wěn)定，不易長大。(4) 提高熱強(qiáng)性，因?yàn)?Mo可以較強(qiáng)地提高固溶體原子的結(jié)合力。(5) 提高防腐性，特別是對于非氧化性介質(zhì)。因?yàn)镸o可以形成致密而穩(wěn)定的 MoQ膜；(6) 提高紅硬性，因Mo與C原子結(jié)合力強(qiáng)，故回火穩(wěn)定性比較好并且形成的在高溫下

15、碳化物穩(wěn)定。2、高速鋼的成分和熱處理工藝比較復(fù)雜，試回答下列問題：1) 高速鋼中 W Mo V合金元素的主要作用是什么 ？2) 高速鋼 W6Mo5Cr4V2勺Ac1在800 C左右，但淬火加熱溫度在 12001240 C,淬火加熱溫度為什么這樣咼？3）常用560C三次回火，為什么？答案要點(diǎn)：1） W的作用主要是提高鋼紅硬性。主要形成WC,淬火加熱時未溶 K阻礙晶粒長大，溶解部分提高抗回火穩(wěn)定性，在回火時彌散析出WC,提高耐磨性。但 W降低鋼的導(dǎo)熱性。Mo作用與W相似。含Mo的高速鋼熱塑性較好，便于熱壓力加工或熱塑性變形。V顯著提高紅硬性、硬度和耐磨性，同時可有效降低過熱敏感性。2）高速鋼中要使

16、 W Mo V等元素發(fā)揮作用必須使其充分地溶解到奧氏體中，然后在回火時產(chǎn)生二次硬化效果，由于這些元素形成的碳化物穩(wěn)定，溶解溫度在1000 C以上，故需要高的淬火加熱溫度。3）由于高速鋼中高合金度 M的回火穩(wěn)定性非常好，在 560 C左右回火，才能彌散析出特殊碳化物，產(chǎn)生硬化。同時在560 C左右回火，使材料的組織和性能達(dá)到了最佳狀態(tài)。一次回火使大部分A,發(fā)生M轉(zhuǎn)變,二次回火使第一次回火時產(chǎn)生的淬火M回火，并使Ar更多地轉(zhuǎn)變?yōu)?M,三次回火可將 Ar控制在合適的量，并且使內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底。3、從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有哪些途徑？細(xì)化奧氏體晶粒。如強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Nb V等。提高

17、鋼回火穩(wěn)定性。如強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Nb、V等都很有效。改善基體的韌度。如加 Ni。細(xì)化碳化物。碳化物細(xì)小、園整、 降低或消除回火脆性。如加入 在保證強(qiáng)度時，盡可能降低含1)2)3)分布均勻和適量對韌度有利。W MoC量.4、分析說明圖中鋁合金（AI-4%Cu)時效硬化不同過程中的性能變化，并說明其原因（解釋下圖）5/囂弋吃鋁合金時效時，隨溫度的不同和時間的延長，新相的形成和析出經(jīng)歷以下幾個階段，從而使硬度發(fā)生變化：形成銅原子富集區(qū)：為 G.P.區(qū)，導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變，因而硬度提高。形成Cu原子富集區(qū)有序化： Cu原子有序化，形成 0",它與基體仍然完全共格，產(chǎn)生的畸變比G.P.1)圖1

18、30 C時效時鋁銅合金的硬度與時間關(guān)系2）更大,并且隨0''的長大，共格畸變區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，對位錯的阻礙也進(jìn)一步增加，因此圖中硬度進(jìn)一步上 升。3）形成過渡0相：過渡相0成分接近CUAI2，由完全共格變成部分共格，共格畸變開始減弱，因此圖 中硬度開始下降。4） 形成穩(wěn)定0相：過渡相0完全從基體中脫溶，形成穩(wěn)定的0相成分為CuAI2，共格畸變作用完全消 失，故圖中硬度進(jìn)一步下降。1、試總結(jié)Si元素在合金鋼中的作用，并簡要說明原因。Si 的作用如下： 提高鋼強(qiáng)度； Si 是鐵素體形成元素，有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用； 提高鋼的淬透性；可阻止鐵素體形核和長大，使“ C”曲線右移； 提高低溫回

19、火穩(wěn)定性；因 Si可以抑制回火時 K的形核、長大及轉(zhuǎn)變； 提高淬火加熱溫度； ， Si 提高 A1 溫度。 提高抗氧化性，因?yàn)樗梢孕纬芍旅芊€(wěn)定的氧化膜，同時可以提高 加熱時易脫碳； Si 是促進(jìn)石墨化的元素。1）2）3）4）5）FeO的形成溫度。6）2、 畫出示意圖說明高速鋼的鑄態(tài)組織。簡述高速鋼中W、 V、 Cr 合金元素的主要作用。高速鋼在淬火加熱 時，如產(chǎn)生欠熱、過熱和過燒現(xiàn)象，在金相組織上各有什么特征。高速鋼鑄態(tài)組織中有魚骨狀萊氏體 Ld 、黑色共析體、白亮馬氏體和殘余奧氏體組成（圖略） 。W的作用主要是提高鋼紅硬性。主要形成 V6C,淬火加熱時未溶 K阻礙晶粒長大，溶解部分提高抗回

20、火穩(wěn) 定性，在回火時彌散析出 WC,提高耐磨性。但是 W降低了鋼的導(dǎo)熱性。V顯著提高紅硬性、硬度和耐磨 性，同時可有效降低過熱敏感性。 Cr 提高淬透性，提高耐蝕性和抗氧化性，提高切削性。高速鋼在加熱時如如產(chǎn)生欠熱、過熱和過燒現(xiàn)象，在金相組織上各有不同的特征。欠熱組織有大量的未溶 碳化物，晶粒細(xì)?。贿^熱組織晶粒粗大，未溶碳化物少而角狀化；過燒組織中有晶界溶化現(xiàn)象，出現(xiàn)萊氏 體和黑色組織。3、 鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要有哪些 ?從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有哪些途徑? ：固溶強(qiáng)化、細(xì)化強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化。從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要途徑有：細(xì)化奧氏體晶粒。如強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Nb

21、 V W Mo等。提高鋼的回火穩(wěn)定性。在相同強(qiáng)度水平下能提高塑性和韌度。1）2）3）4）5）改善基體的韌度。如加 Ni。 細(xì)化碳化物。碳化物細(xì)小、園整、分布均勻和適量對韌度有利。 降低或消除回火脆性。如加入W、 Mo。保證強(qiáng)度時，降低才 C%.4、從熱力學(xué)和動力學(xué)條件分析壁厚鑄件可得到石墨組織，而在壁薄時卻得到白口組織？從熱力學(xué)而言，高溫鐵水冷卻時對石墨的形成是有利的。而從動力學(xué)條件看，形成石墨需要高的 C濃度起伏和Fe、C長距離的擴(kuò)散，而 Fe3C的形成只需要C濃度起伏和Fe、C短距離的擴(kuò)散，因此不利于石墨的 形成但有利于Fe3C的形成。鑄件在壁厚時，由于冷速慢，C原子可充分?jǐn)U散，石墨形成的

22、動力學(xué)條件較好， 有利于石墨形成。壁薄時，由于鐵水冷卻快，C原子不能充分?jǐn)U散，所以易得到Fe3C白口組織。1、 合金化基本原則是多元適量，復(fù)合加入。試舉例說明Mn-V和Si-Mn的復(fù)合作用。（10分）Mn-V復(fù)合：Mn有過熱傾向，而 V是減弱了 Mn的作用；Mn能降低碳活度，使穩(wěn)定性很好的VC溶點(diǎn)降低，從而在淬火溫度下VC也能溶解許多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。Si-Mn復(fù)合：Si、Mn都是強(qiáng)化鐵素體有效的元素，能提高鋼的彈性極限，但6）Si有脫C傾向、Mn有過熱傾向，而Si-Mn復(fù)合可使鋼的脫C、過熱傾向降低，這樣的合金復(fù)合在彈簧鋼中得到了很好的應(yīng)用。2、說明高速鋼的鑄態(tài)組織特征（

23、3 分）。有一批高速鋼鉆頭，淬火后硬度比正常的偏低，估計(jì)是淬火加熱有問題。淬火加熱可能出現(xiàn)什么問題 ?（ 3分） 怎樣從金相組織上來進(jìn)行判斷 高速鋼的鑄態(tài)組織為：黑色組織（混合型）+白亮組織（M和Ar） +萊氏體。淬火后硬度比正常的偏低可能是欠熱、過熱或過燒等原因。欠熱：晶粒很細(xì)小，K很多；過熱：晶粒較大，K較少；過燒：晶界有熔化組織，4、試從合金化原理角度分析 9SiCr 鋼的主要特點(diǎn)。 （10分）Si、Crf 淬透性，D 油 v40mm； Si、Crf 回穩(wěn)性，250C 回火，60HRCSi、Cr使碳化物細(xì)小、分布均勻T不容易崩刃；分級或等溫處理，變形較小； 工性相對也差些。?（6 分）即魚骨狀或黑色組織。Si 使脫碳傾向較大，切削加適于制作形狀較復(fù)雜、變形要求小工件，特別是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。1、試總結(jié) Ni 元素在合金鋼中的作用，并簡要說明原因。 (10分)答案要點(diǎn)：3)4)1)2)3)4)5)T基體韌度 T Ni J位錯運(yùn)動阻力，使應(yīng)力松弛；穩(wěn)定A,t Ni J A ,擴(kuò)大Y區(qū)，量大時，室溫