金屬材料學(xué)考試真題及答案.docx

1、1、細化晶粒對鋼性能的貢獻是 強化同時韌化 ：提高鋼淬透性的主要作用是 使啜件整個斷面性能 趨于一致，能采用比較緩和的方式冷卻。2、滾動軸承鋼GCrl5的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為 % °滾動軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指碳化物液fi_、帶狀碳化物、網(wǎng)狀碳化物-3、選擇零件材料的一股原則是使用性能要求、工藝性要求和經(jīng)濟性要求等。4、凡是擴大y區(qū)的元素均使Fe相圖中S、E點向左下方移動,例Ni、血等元素;凡封閉y區(qū)的元 素使S、E點向左上方移動,例Cr、Si、M。等元素。S點左移意味若 共析碳含量減少,E點左移 意味著出現(xiàn)萊氏體的碳含最減少 。5、鋁合金可分鑄造鋁合金和變形鋁，變形鋁又可分硬鋁

2、、超硬鋁、鍛鋁和防銹鋁 。6、H62是表示壓力加工黃銅的一個牌號,主要成份及名義含雖是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_細化組織和相間沉淀析出強化。8、球鐵的力學(xué)性能高于灰鐵是因為球鐵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)別是一鋁合金沒有 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。在鋼中細化晶粒作用較大的合金元素有Ti、V、Nb 等,細化晶粒對鋼性能的作用是既強化又韌化°2、在鋼中，常見碳化物形成元素有Ti、Nh、&

3、quot;o、W、Cr、 （按強弱順序排列，列舉5個以上）。 鋼中二元碳化物分為兩類：匚/n W為 簡單 點陣結(jié)構(gòu),有MC和衛(wèi)口型：re/ru >為 復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)， 有岫、和MR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 熱處理。4、奧氏體不銹鋼!Crl8Ni9晶界腐蝕傾向比較大，產(chǎn)生晶界腐蝕的主要原因我_晶界析出Cr,G,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 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 o球墨鑄鐵在澆注時

4、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，影響組元在宜換固溶體中溶解情況的因素有：溶劑與溶質(zhì)原子的 點陣結(jié)構(gòu)、原子尺寸因素、電于結(jié)構(gòu)。7、對耐熱鋼最基本的性能要求是一良好的高溫強度和塑性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性 -常用的抗氧化合金 元素是 Cr 、 Al 、 Si o1、鋼中二元碳化物分為二類：n / n < ,為簡單 點陣結(jié)構(gòu),有MC和型：n / n，為一復(fù)雜 點陣結(jié)構(gòu),有MC、和型。兩者相比，前者的性能特點是硬度高、熔點, 和穩(wěn)定性好。2、凡能擴大Y區(qū)的元素使鐵碳相圖中S、E點向 左卜 方移動,例MnNi等元素（列出2個）：使丫區(qū)縮小的元素使S、E點向 左上 方移動,例

5、Cr、l。、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、高飩耐磨鋼（如ZGMnl3）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奧氏體中析出K和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。5、對熱鍛模鋼的主要性能要求有高熱強性、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。常用鋼號有5CrNiV。（寫出-個）。6、QT600-3是一球墨鑄鐵,“600”表示 抗拉強度3600MPa , “3”表示 延伸率23% 。H68是 黃銅，LY12是 硬鋁，QSn4-3是 錫青銅。7、在

6、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一細化晶粒 組織 和 彌散沉淀強化 。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。1、鋼的強化機制主要有固溶強化、位錯強化、細晶強化、沉淀強化-其中 細品強化 對 鋼性能的頁獻是既提高強度又改善塑、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GCrl5的Cr質(zhì)最分?jǐn)?shù)含量:為%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

7、求 、良好的工藝性能、經(jīng)濟性和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。5、凡是擴大y區(qū)的元素均使Fe-C相圖中S、E點向 左下 方移動,例血、Ni等元素（寫出2個）：凡封閉Y區(qū)的元素使S、E點向 左上方移動,例Cr、Mo等元素（寫出2個）。S點左移意味若 共析碳含點降低°6、QT600-3是 球墨鑄鐵，“600”表示 抗拉強度不小于600MPa , “3”表示 延伸率不小丁 3%o7、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一 細品強化_和沉淀強化。9、鋁合金熱處理包括固溶處理和時效硬化兩

8、過程,和鋼的熱處理最大的區(qū)別是一沒有同素異構(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、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垮點（989*0 FeS,在1000°C以上的熱壓力加工過程中會垮化，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Fe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。3、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，促進石墨化，因此在加熱時脫碳傾向較大。6、奧氏體不銹鋼!Crl8Ni9晶界腐蝕傾向比較大。在奧氏體不銹鋼!Crl8Ni9焊接后，在焊縫及熱影響區(qū)容易在晶界析出Cr的碳化物Cr2sCb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%較低時，（n可以細化珠光體。在C%較高時，Mn加強了 C促進奧氏體晶粒長大的作用，且降低了 A, 溫

10、度。因此40Mn2鋼過熱敏感性比較大。2、40CrNiM。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，因此不能像鋼一樣可以通過加熱和冷 卻發(fā)生重結(jié)晶而細化晶粒。5、H68、H70俗稱彈殼黃銅，常用于制

11、造炮彈殼、子彈殼。H68、H70組織中只有單相Q組織，它的塑性較好，因此適合制造一些需要進行深沖加工的零件如炮彈 殼、子彈殼等。1、高速鋼的回火工藝常采用：回火溫度560C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“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，并旦使內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底2、在低合金高強度構(gòu)件用鋼中，Si、Mn元素的

12、加入量有限制，一般Si<%,Mn<2%oSi、Mn元素都能強化鐵素體，在低合金高強度構(gòu)件用鋼中可以提高鋼的強度，但是當(dāng)Si>%. Mn>2%時， 卻顯若地降低鋼的塑性。所以，在低合金高強度構(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 -Fe.C的形成和轉(zhuǎn)變?yōu)镕eC,即有效地阻止了FeC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、4Crl3含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為%左右，但已是屬于過共析鋼。Cr元素使共析S點向左移動，當(dāng)Cr含量達到一定程度時，S點已左

13、移到小于%C,所以4Crl3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。40CrNi鋼含有Cr、Ni元素，而Cr、Ni促進了鋼的回火脆性，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、高錠鋼（ZGMnl3）在租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。高盆鋼在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Mn），使鋼的Vs低于 室溫以下。如快冷，就獲得了單奧氏體組織，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，所以空冷時發(fā)生相變，得到了大量的馬氏體。1、試總結(jié)

14、M。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，因為Mo大大推遲珠光體的轉(zhuǎn)變而對貝氏體轉(zhuǎn)變影響較?。海?）細化晶粒，提高網(wǎng)火穩(wěn)定性。是強碳化物形成元素，與碳的結(jié)合力較大形成的碳化物穩(wěn)定，不易 長大。（4）提高熱強性，因為MonJ以較強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)。因為Mo可以形成致密而穩(wěn)定的MoO,膜：（6）提高紅硬性，因V。與C原子結(jié)合力強，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。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

15、：1）高速鋼中隊Mo、V合金元素的主要作用是什么2）高速鋼W6Mo5Cr4V2的M在800*C左右，但淬火加熱溫度在12001240C,淬火加熱溫度為什么這 樣高3）常用560C三次回火，為什么答案要點：1）W的作用主要是提高鋼紅硬性。主要形成羸C,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，在回火時彌散析出板們 提高耐磨性。但W降低鋼的導(dǎo)熱性。（。作用與W相似。含M。的高速 鋼熱塑性較好，便于熱壓力加工或熱塑性變形。V顯若提高紅硬性、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，

16、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560C左右回火，使材料的組織和性能達到了最佳狀態(tài)。一次回火使大部分鬲發(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A”更多地轉(zhuǎn)變?yōu)閂,三次回火可將h控制在合適的 雖，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1）細化奧氏體晶粒。如強碳化物形成元素Ti、Nb. V等。2）提高鋼Pl火穩(wěn)定性。如強碳化物形成元素Ti、Nb、V等都很有效。3）改善基

17、體的韌度。如加Ni。4）細化碳化物。碳化物細小、園整、分布均勻和適量對韌度有利。5）降低或消除回火脆性。如加入W、6）在保證強度時，盡可能降低含C雖.4、分析說明圖中鋁合金（Al-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）。圖 130C時效時鋁銅合金的硬度與時間關(guān)系鋁合金時效時，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：1）形成俐原子富集區(qū)：為.區(qū)，導(dǎo)致點陣畸變，因而硬度提高。2）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.更大， 并且隨 ）''的長大，共

18、格畸變區(qū)進一步擴大，對位錯的阻礙也進一步增加，因此圖中硬度進一步上升。3）形成過渡0'相：過渡相。成分接近CuA12,由完全共格變成部分英格，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。完全從基體中脫溶，形成穩(wěn)定的0相成分為CuA12,共格畸變作用完全消 失，故圖中硬度進一步下降。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：1）提高鋼強度；Si是鐵素體形成元素，有較強的固溶強化作用；2）提高鋼的淬透性；可阻止鐵素體形核和長大，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K的形核、長大及轉(zhuǎn)變：4）提高淬火加熱溫度：，Si提

19、高A,溫度。5）提高抗氧化性，因為它可以形成致密穩(wěn)定的氧化膜，同時可以提高FeO的形成溫度。6）加熱時易脫碳：Si是促進石墨化的元素。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。主要形成隊C,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，在回火時彌散析出地C,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

20、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?。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、鋼的強化機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:固溶強化、細化強化、位借強化、第二相強化。從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要途徑有：1）細化奧氏體晶粒。如強碳化物形成元素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）細化碳化物。碳化物細小、園整

21、、分布均勻和適雖對韌度有利。5）降低或消除回火脆性。如加入W、Mo,6）保證強度時，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長距離的擴散，而Fe,C的形成只需要C濃度起伏和Fe、C短距離的擴散，因此不利于石墨 的形成但有利于Fe£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原了不能充分?jǐn)U散，所以易得到Fe：,C白口組織。1、合金化基本原則是多元適量，復(fù)合

22、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；ln能降低碳活度，使穩(wěn)定性很好的VC溶點降低， 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,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（3分）。有一批高速鋼鉆頭，淬火后硬度比正常的偏低，估計是淬火加熱 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行判斷（6分）高速鋼

23、的鑄態(tài)組織為：黑色組織（混合型）+白亮組織（M和品）+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：晶粒很細小，K很多；過熱：晶粒較大，K較少；過燒：晶界有熔化組織，即魚骨狀或黑色組織。4、試從合金化原理角度分析9SiCr鋼的主要特點。（10分）Si、Crt 淬透性，DVlOmm : Si、Cr t 回穩(wěn)性，250°C回火，60HRC：Si、Cr使碳化物細小、分布均勻不容易崩刃；分級或等溫處理，變形較小；Si使脫碳傾向較大，切削 加工性相對也差些。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、釵刀等。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：1）t基體韌度一Ni I位錯運動阻力，使應(yīng)力松弛；2）穩(wěn)定A, - Ni I A,擴大丫區(qū)，星:大時，室溫為A組織：3）t淬透