金屬材料學(xué)復(fù)習(xí)題整理(戴起勛)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、細(xì)化晶粒對(duì)鋼性能的貢獻(xiàn)是 強(qiáng)化同時(shí)韌化 ；提高鋼淬透性的主要作用是 使零件整個(gè)斷面性能趨于一致，能采用比較緩和的方式冷卻 。2、滾動(dòng)軸承鋼GCr15的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為 1.5% 。滾動(dòng)軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指 碳化物液析 、 帶狀碳化物 、 網(wǎng)狀碳化物 。4、凡是擴(kuò)大區(qū)的元素均使Fe-C相圖中S、E點(diǎn)向 左下 方移動(dòng)，例 Ni、Mn 等元素；凡封閉區(qū)的元素使S、E點(diǎn)向 左上 方移動(dòng)，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 。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

2、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。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(duì)鋼性能的作用是 既強(qiáng)化又韌化 。2、在鋼中，常見(jiàn)碳化物形成元素有 Ti、Nb、V、Mo、W、Cr、 （按強(qiáng)弱順序排列，列舉5個(gè)以上）。鋼中二元碳化物分為兩類：rc/rM 0.59為 簡(jiǎn)單 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有MC和 M2C 型；rc/rM > 0.59為 復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有 M23C6 、 M7C3 和 M3C 型。3、選擇零件材料的一般原則是 使

3、用性能要求 、 工藝性要求 和 經(jīng)濟(jì)性要求等。汽車(chē)變速箱齒輪常用 20CrMnTi 鋼制造，經(jīng) 滲碳 和 淬回火 熱處理。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 晶界析出 Cr23C6，導(dǎo)致晶界區(qū)貧Cr ，為防止或減輕晶界腐蝕，在合金化方面主要措施有 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)量 、 冷卻速度 。球墨鑄鐵在澆注時(shí)要經(jīng)過(guò)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： 溶劑與溶質(zhì)原子的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 、 原子尺寸因素 、 電子結(jié)構(gòu) 。7、對(duì)耐熱鋼最基本的

4、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 。常用的抗氧化合金元素是 Cr 、 Al 、 Si 。1、鋼中二元碳化物分為二類：rC / rM < 0.59，為 簡(jiǎn)單 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有MC和 型；rC / rM > 0.59，為 復(fù)雜 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，有M3C、 M7C3 和 M23C6 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 。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(kāi)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，硬度提高而耐磨，其原因是 加工硬化 及

5、奧氏體中析出K和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變 。5、對(duì)熱鍛模鋼的主要性能要求有 高熱強(qiáng)性 、 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(hào)有 5CrNiMo （寫(xiě)出一個(gè)）。6、QT600-3是 球墨鑄鐵 ，“600”表示 抗拉強(qiáng)度600MPa ，“3”表示 延伸率 3% 。7、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有 Ti、V 等（寫(xiě)出2個(gè)），這些元素的主要作用是 細(xì)化晶粒組織 和 彌散沉淀強(qiáng)化 。二、解釋題（30分）1、40Mn2鋼淬火加熱時(shí)，過(guò)熱敏感性比較大。在C%較低時(shí)，Mn可以細(xì)化珠光體。在C%較高時(shí)，Mn加強(qiáng)了C促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，且降低了A1溫度。因此40Mn2鋼過(guò)熱敏感

6、性比較大。2、40CrNiMo鋼正火后，切削性能比較差。40CrNiMo鋼含有Ni、Cr能提高淬透性，正火后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(duì)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。1、高速鋼的回火工藝常采用：回火溫度560左右，回火3次。由于高速鋼中高合金度馬氏體的回火穩(wěn)定性非常好，在560左右回火，才能彌散析出特殊碳化物，產(chǎn)生硬化。同時(shí)在560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

7、發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變，二次回火使第一次回火時(shí)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元素的加入量有限制，一般Si1.1%,Mn2%。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(shí)，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(shí)可以抑制-FexC的形成和轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C，

8、即有效地阻止了Fe3C的形核、長(zhǎng)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(guò)共析鋼。Cr元素使共析S點(diǎn)向左移動(dòng)，當(dāng)Cr含量達(dá)到一定程度時(shí)，S點(diǎn)已左移到小于0.4%C，所以4Cr13是屬于過(guò)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。6、奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大。1Cr18Ni9含C較高，又沒(méi)有Ti等穩(wěn)定C的強(qiáng)碳化物形成元素，在晶界上容易析

9、出Cr23C6，從而使晶界上產(chǎn)生貧Cr區(qū)，低于不銹鋼的基本成分要求，所以在晶界處的腐蝕傾向比較大。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(méi)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、在一般鋼中，應(yīng)嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素S、P的含量。S能形成FeS，其熔點(diǎn)為989，鋼件在大于1000的熱加工溫度時(shí)FeS會(huì)熔化，所以易產(chǎn)生熱脆；P能形成Fe3P，性質(zhì)硬而脆，在冷加工時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋而形成冷脆。3、9SiCr鋼和T9鋼相比，退火后硬度偏高，在淬火加熱時(shí)脫碳傾向較大。9SiCr雖然與T9

10、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(shí)脫碳傾向較大。4、高錳鋼（ZGMn13）在Acm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。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C、高M(jìn)n），使鋼的Ms低于室溫以下。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K，使奧氏體的合金度降低，Ms上升，所以空冷時(shí)發(fā)生相變，得到了大量的馬氏體。5、4Cr13含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.4%左右，但已是屬于過(guò)共析鋼。Cr使Fe-C相圖中S點(diǎn)

11、左移，當(dāng)Cr達(dá)到13%時(shí)，可使共析點(diǎn)的含碳量< 0.4%，因此雖然4Cr13只有0.4%C左右，但已是屬于過(guò)共析鋼。6、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Cr23 C 6 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。三、問(wèn)答題（40分）1、試總結(jié)Mo元素在合金中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)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(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較??；

12、（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(zhǎng)大。（4）提高熱強(qiáng)性，因?yàn)镸o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(duì)于非氧化性介質(zhì)。因?yàn)镸o可以形成致密而穩(wěn)定的MoO3 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碳化物穩(wěn)定。1、試總結(jié)Si元素在合金鋼中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。Si的作用如下：1）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；2）提高鋼的淬透性；可阻止鐵素體形核和長(zhǎng)大，使“C”曲線右移；3）提高低溫回火穩(wěn)定性；因Si可以抑制回火時(shí)K的形核、長(zhǎng)大及轉(zhuǎn)變；4）提高

13、淬火加熱溫度；，Si提高A1溫度。5）提高抗氧化性，因?yàn)樗梢孕纬芍旅芊€(wěn)定的氧化膜，同時(shí)可以提高FeO的形成溫度。6）加熱時(shí)易脫碳；Si是促進(jìn)石墨化的元素。1、試總結(jié)Ni元素在合金鋼中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。（10分）1）基體韌度 Ni位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使應(yīng)力松弛；2）穩(wěn)定A， NiA1 ，擴(kuò)大區(qū)，量大時(shí)，室溫為A組織； 3）淬透性G，使“C”線右移，Cr-Ni復(fù)合效果更好；4）回火脆性 Ni促進(jìn)有害元素偏聚；5）Ms ，Ar 馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力。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?鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要有：固溶強(qiáng)化、細(xì)化強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化。從合金化角度考慮，

14、提高鋼的韌度主要途徑有：1）細(xì)化奧氏體晶粒。如強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Nb、V、W、Mo等。2）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。3）改善基體的韌度。如加Ni。4）細(xì)化碳化物。碳化物細(xì)小、園整、分布均勻和適量對(duì)韌度有利。5）降低或消除回火脆性。如加入W、Mo。6）保證強(qiáng)度時(shí)，降低含C量。4、從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件分析壁厚鑄件可得到石墨組織，而在壁薄時(shí)卻得到白口組織？從熱力學(xué)而言，高溫鐵水冷卻時(shí)對(duì)石墨的形成是有利的。而從動(dòng)力學(xué)條件看，形成石墨需要高的C濃度起伏和Fe、C長(zhǎng)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

15、。鑄件在壁厚時(shí)，由于冷速慢，C原子可充分?jǐn)U散，石墨形成的動(dòng)力學(xué)條件較好，有利于石墨形成。壁薄時(shí)，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(shuō)明Mn-V和Si-Mn的復(fù)合作用。（10）Mn-V復(fù)合：Mn有過(guò)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Si有脫C傾向、Mn有過(guò)熱傾向，而Si-Mn復(fù)合可使鋼的脫C、過(guò)熱傾向降低，這樣的合金復(fù)合在彈簧鋼中得到了很

16、好的應(yīng)用。 2、畫(huà)出示意圖說(shuō)明高速鋼的鑄態(tài)組織。簡(jiǎn)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(shí)，如產(chǎn)生欠熱、過(guò)熱和過(guò)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(yú)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W6C，淬火加熱時(shí)未溶K阻礙晶粒長(zhǎng)大，溶解部分提高抗回火穩(wěn)定性，在回火時(shí)彌散析出W2C，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(shí)可有效降低過(guò)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(shí)如如產(chǎn)生欠熱、過(guò)熱和過(guò)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^(guò)熱組織晶粒粗大，未溶碳化物