《金屬材料學(xué)》考試真題及答案

1、細(xì)化晶粒對(duì)鋼性能的奉獻(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)斷面性能趨于全都，能承受比較緩和的方式冷卻 。2、滾動(dòng)軸承鋼GCr15Cr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 。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、但凡擴(kuò)大丫區(qū)的元素均使Fe-CS、ENi、MnY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

共析碳含量削減

，E點(diǎn)左移意味著 岀現(xiàn)萊氏體的碳含量削減 。5、鋁合金可分鑄造鋁合金和變形鋁，變形鋁又可分

硬鋁、超硬鋁、鍛鋁和防銹鋁。6、H62是表示壓力加工黃銅的一個(gè)牌號(hào)，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細(xì)化組織和相間沉淀析出強(qiáng)化。

Ti、VNbN等，這些元素的主要作用是 8、球鐵的力學(xué)性能高于灰鐵是由于球鐵中石墨的

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(shí)效硬化 兩過(guò)程，和鋼的熱處理最大區(qū)分是

鋁合金沒(méi)有同素異構(gòu)相1、鋼的合金化根本原則是細(xì)化晶粒對(duì)鋼性能的作用是

多元適量、復(fù)合參加既強(qiáng)化又韌化 。

。在鋼中細(xì)化晶粒作用較大的合金元素有 Ti、VNb等，2、在鋼中，常見(jiàn)碳化物形成元素有Ti、Nb、VMoWCr、 〔按強(qiáng)弱挨次排列，列舉5個(gè)以上〕。鋼中二元碳化物分為兩類：r/r <0.59為簡(jiǎn)潔點(diǎn)陣構(gòu)造，有c MMC型。3

MCMC2

型；r/r>0.59為簡(jiǎn)單點(diǎn)陣構(gòu)造，有M 、MG° M 23G ?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)生晶界腐蝕的主要緣由是 晶界析出CsG，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、參加Ti、VNb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肯定規(guī)律, 影響組元在置換固溶體中溶解狀況的因素有：

溶劑與溶質(zhì)原子的點(diǎn)陣構(gòu)造原子尺寸因素 、電子構(gòu)造7、對(duì)耐熱鋼最根本的性能要求是Cr、Al 、Si。

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1、鋼中二元碳化物分為二類：r/r<0.59，為簡(jiǎn)潔點(diǎn)陣構(gòu)造，有MC和 型;r/r>0.59，為_(kāi)復(fù)c M c M雜點(diǎn)陣構(gòu)造，有MC、MCM型。兩者相比，前者的性能特點(diǎn)是硬度高、73 23G2、凡能擴(kuò)大丫區(qū)的元素使鐵碳相圖中S、EMnNi_等元素〔2個(gè)〕；使丫區(qū)縮小的元素使S、E點(diǎn)向左上Cr、MoW等元素〔3個(gè)〕。

方移動(dòng),

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 、能實(shí)行比較緩慢的冷卻方式以削減變形、開(kāi)裂傾向4、高錳耐磨鋼〔如ZGMn13經(jīng)水韌處理后得到是 及

。奧氏體組織。在高應(yīng)力磨損條件下，硬度提高而耐磨，其緣由5、對(duì)熱鍛模鋼的主要性能要求有 高熱強(qiáng)性、良好的熱疲乏抗力、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”表示延長(zhǎng)率》3%。H68是黃銅,LY12是硬鋁,QSn4-3是錫青銅。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。

Ti、V等〔寫(xiě)岀2個(gè)〕，這些元素的主要作用是 細(xì)化晶粒組織和8、鋁合金熱處理包括固溶處理和 時(shí)效硬化 兩過(guò)程，和鋼的熱處理最大的區(qū)分是加熱過(guò)程中沒(méi)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(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化。其中細(xì)晶強(qiáng)化是既提高強(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 、能實(shí)行比較緩慢的冷卻方式以削減變形、開(kāi)裂傾向。3、滾動(dòng)軸承鋼GCr15的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為1.5%左右。滾動(dòng)軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指碳化物帶狀、碳化物網(wǎng)狀 。

對(duì)鋼性能的奉獻(xiàn)碳化物液析、4、選擇零件材料的一般原則是 滿足力學(xué)性能要求經(jīng)濟(jì)性 和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。

、良好的工藝性能 、5、但凡擴(kuò)大丫區(qū)的元素均使Fe-CS、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，例Mn、Ni等元素〔寫(xiě)出2個(gè)〕；凡封閉丫區(qū)的元素使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)，例Cr、Mo等元素〔寫(xiě)出2個(gè)〕。S點(diǎn)左移意味著共析碳含量降低 。6、QT600-3是 ，“600”表示抗拉強(qiáng)度不小于 600MPa，“3”表示延長(zhǎng)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〔2個(gè)〕，這些元素的主要作用是淀強(qiáng)化 。

細(xì)晶強(qiáng)化和 沉9、鋁合金熱處理包括固溶處理和

時(shí)效硬化 兩過(guò)程，和鋼的熱處理最大的區(qū)分是

沒(méi)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乏性能比較差，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乏性能的要求。2、在一般鋼中，應(yīng)嚴(yán)格掌握雜質(zhì)元素S、P的含量。S元素在鋼中會(huì)形成低熔點(diǎn)〔989”C〕FeS,在1000C以上的熱壓力加工過(guò)程中會(huì)熔化，使鋼在熱壓力加工中產(chǎn)生熱脆；P元素在鋼中會(huì)形成硬脆的FeP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、3P?？醋麟s質(zhì)元素，應(yīng)嚴(yán)格掌握的含量。3、9SiCrT9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含碳量一樣，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。61Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大。1Cr18Ni9焊接后，在焊縫及熱影響區(qū)簡(jiǎn)潔在晶界析出1/8Cr%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(shí)，過(guò)熱敏感性比較大。

CrCmC從而導(dǎo)致晶界貧Cr，低6C%較氐時(shí)，Mn可以細(xì)化珠光體。在C液高時(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40Mn2鋼過(guò)熱敏感性比較大。2、40CrNiMo鋼正火后，切削性能比較差。

A溫度。因40CrNiMoNi、Cr能提高淬透性，正火后都能得到很多馬氏體組織，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。4、鋁合金的晶粒粗大，不能靠重加熱熱處理來(lái)細(xì)化。由于鋁合金不象鋼基體在加熱或冷卻時(shí)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(guò)加熱和冷卻發(fā)生重結(jié)晶而細(xì)化晶粒。5、H68H70俗稱彈殼黃銅，常用于制造炮彈殼、子彈殼。H68H70組織中只有單相a組織，它的塑性較好，因此適合制造一些需要進(jìn)展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承受：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)定性格外好，在560C左右回火，使材料的組織和性能到達(dá)了最正確狀態(tài)。

560C左右回火，才能彌散析出特別碳化物，產(chǎn)生硬化。同時(shí)一次回火使大局部的殘留奧氏體發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變， 二次回火使第一次回火時(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適宜的量，并且使內(nèi)應(yīng)力消退得更徹底2、在低合金高強(qiáng)度構(gòu)件用鋼中，Si、Mn元素的參加量有限制，一般Si<1.1%,Mnv2%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啕，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元素的參加量有限制。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「FeCF&C,即有效地阻擋了FeC的形核、長(zhǎng)大及轉(zhuǎn)x s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。CrS點(diǎn)向左移動(dòng)，當(dāng)Cr含量到達(dá)肯定程度時(shí)，S0.4%C4Cr13是屬于過(guò)共析鋼。5、40CrNi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(jìn)了鋼的回火脆性，所以40CrNi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(ZGMn13A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。cmAm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

CMrMs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生相變，得到了大量的馬氏體。1Mo元素在合金中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明緣由。Mo元素在合金中的主要作用歸結(jié)如下：

K,使奧氏體的合金度降低，Ms上升，所以空冷時(shí)發(fā)(1)(2)(3)物穩(wěn)定，不易長(zhǎng)大。

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；提高貝氏體的淬透性，由于Mo大大推遲珠光體的轉(zhuǎn)變而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較??；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(4)提高熱強(qiáng)性，由于Mo可以較強(qiáng)地提高固溶體原子的結(jié)合力。(5)的MoO膜；

提高防腐性，特別是對(duì)于非氧化性介質(zhì)。由于Mo可以形成致密而穩(wěn)定(6)提高紅硬性，因MoC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。2、高速鋼的成分和熱處理工藝比較簡(jiǎn)單，試答復(fù)以下問(wèn)題：1)高速鋼中WMoV合金元素的主要作用是什么？2)W6Mo5Cr4V2800C左右，但淬火加熱溫度在12001240”C，淬火加熱溫度為什么這樣高3)560C三次回火，為什么？答案要點(diǎn)：

高速鋼？WWC,淬火加熱時(shí)未溶K阻礙晶粒長(zhǎng)大，溶解局部提高抗回火穩(wěn)定性，在回火時(shí)彌散析出WC,提高耐磨性。但W降低鋼的導(dǎo)熱性。Mo作用與WMo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(shí)可有效降低過(guò)熱敏感性。高速鋼中要使WMoV等元素發(fā)揮作用必需使其充分地溶解到奧氏體中，然后在回火時(shí)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 1000C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)定性格外好，在560C左右回火，才能彌散析出特別碳化物，產(chǎn)生硬化。同時(shí)在560C左右回火，使材料的組織和性能到達(dá)了最正確狀態(tài)。一次回火使大局部 人發(fā)生M轉(zhuǎn)變，二次回火使第一次回火時(shí)產(chǎn)生的淬火MAM,三次回火可將A掌握在適宜的量，并且使內(nèi)應(yīng)力消退得更徹底。R3、從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有哪些途徑 ？1〕細(xì)化奧氏體晶粒。如強(qiáng)碳化物形成元素 Ti、NbV等。提高鋼回火穩(wěn)定性。如強(qiáng)碳化物形成元素改善基體的韌度。如加Ni。

Ti、NbV等都很有效。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。降低或消退回火脆性。如參加WMQ在保證強(qiáng)度時(shí)，盡可能降低含 C量.4、分析說(shuō)明圖中鋁合金〔AI-4%Cu〕時(shí)效硬化不同過(guò)程中的性能變化，并說(shuō)明其緣由〔解釋以下圖〕 。圖130”C時(shí)效時(shí)鋁銅合金的硬度與時(shí)間關(guān)系鋁合金時(shí)效時(shí)，隨溫度的不同和時(shí)間的延長(zhǎng)，相的形成和析出經(jīng)受以下幾個(gè)階段，從而使硬度發(fā)生變化：1〕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。Cu原子富集區(qū)有序化：Cu原子有序化，形成9“,它與基體仍舊完全共格，產(chǎn)生的畸變比9“的長(zhǎng)大，共格畸變區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)位錯(cuò)的阻礙也進(jìn)一步增加，因此圖中硬度進(jìn)一步上升。

G.P.更大，并且隨99CuAI2，由完全共格變成局部共格，共格畸變開(kāi)頭減弱，因此圖中硬度開(kāi)頭下降?！?“99完全從基體中脫溶，形成穩(wěn)定的〃一步下降。1Si元素在合金鋼中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明緣由。Si的作用如下：

9CuAI2，共格畸變作用完全消逝，故圖中硬度進(jìn)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；可阻擋鐵素體形核和長(zhǎng)大，使“C”曲線右移；提凹凸溫回火穩(wěn)定性；因SiK的形核、長(zhǎng)大及轉(zhuǎn)變；提高淬火加熱溫度；，SiA溫度。提高抗氧化性，由于它可以形成致密穩(wěn)定的氧化膜，同時(shí)可以提高加熱時(shí)易脫碳；Si是促進(jìn)石墨化的元素。

FeO的形成溫度。2、畫(huà)岀示意圖說(shuō)明高速鋼的鑄態(tài)組織。簡(jiǎn)述高速鋼中過(guò)熱和過(guò)燒現(xiàn)象，在金相組織上各有什么特征。

WV、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、高速鋼鑄態(tài)組織中有魚(yú)骨狀萊氏體

Ld、黑色共析體、白亮馬氏體和剩余奧氏體組成〔圖略〕 。W的作用主要是提高鋼紅硬性。主要形成WC,淬火加熱時(shí)未溶K阻礙晶粒長(zhǎng)大，溶解局部提高抗回火穩(wěn)定性，在回火時(shí)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(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)??；過(guò)熱組織晶粒粗大，未溶碳化物少而角狀化；過(guò)燒組織中有晶界溶化現(xiàn)象，消滅萊氏體和黑色組織。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(cuò)強(qiáng)化、其次相強(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、V、WMO等。提高鋼的回火穩(wěn)定性。在一樣強(qiáng)度水平下能提高塑性和韌度。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(duì)韌度有利。降低或消退回火脆性。如參加WMQ保證強(qiáng)度時(shí)，降低才C%.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)距離的集中，而FeCCFe、C短距離的集中，因此不利于石墨的形成但有利于s

FeC的形s成。鑄件在壁厚時(shí)，由于冷速慢， C原子可充分集中，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原子不能充分集中，所以易得到 FeC白口組織。s1、合金化根本原則是多元適量，復(fù)合參加。試舉例說(shuō)明

Mn-V和Si-Mn的復(fù)合作用。〔10分〕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也能溶解很多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。

VC溶點(diǎn)降低，從而在淬火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好的應(yīng)用。2、說(shuō)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，估量是淬火加熱有問(wèn)題。淬火加熱可能消滅什么問(wèn)題?〔3分〕怎樣從金相組織上來(lái)進(jìn)展推斷?〔6分〕高速鋼的鑄態(tài)組織為：黑色組織〔混合型〕 +白亮組織〔M和A〕+萊氏體。R淬火后硬度比正常的偏低可能是欠熱、過(guò)熱或過(guò)燒等緣由。欠熱：晶粒很細(xì)小，K很多；過(guò)熱：晶粒較大， K較少；過(guò)燒：晶界有熔化組織，即魚(yú)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(diǎn)?！?0分〕Si、Crf淬透性，D＜40mm；Si、Crf回穩(wěn)性，?250°C回火，＞60HRC油Si、Cr使碳化物細(xì)小、分布均勻-不簡(jiǎn)潔崩刃；分級(jí)或等溫處理，變形較??；差些。適于制作外形較簡(jiǎn)單、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(jiǎn)要說(shuō)明緣由。〔10分〕答案要點(diǎn)：1〕匸基體韌度-NiJ位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使應(yīng)力松弛；穩(wěn)定A，-NiJA，擴(kuò)大Y區(qū)，量大時(shí)，室溫為 A組織；T淬透性-J