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金属材料学复习题整理版

第一章合金化

合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。

微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。

奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu；

铁素体形成元素:在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。

原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr：

离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如 V，Nb, Ti等都属于此类型。2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？

哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？

答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；

奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在α-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；

能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni

3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？

扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素

分为两类：a.开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶.

b.扩大γ相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。

（2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素

分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。

b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等

（3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。

4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。

答：1）改变了奥氏体区的位置

2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；

(2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。当Mo>8.2%,

W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。

3.）改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移。（提问：对组织与性能有何影响呢？）

5．合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。

答：基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；

（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）

各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C

6．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。

答：Ti, Nb, Zr, V：主要是通过推迟P转变时K形核与长大来提高过冷γ的稳定性；

W，Mo,Cr：1）推迟K形核与长大；

2）增加固溶体原子间的结合力，降低Fe的自扩散激活能。作用大小为：Cr>W>Mo

Mn：（Fe,Mn）3C,减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大；扩大γ相区，强烈推

迟γ→α转变，提高α的形核功；

Ni：开放γ相区，并稳定γ相，提高α的形核功（渗碳体可溶解Ni, Co）

Co扩大γ相区，但能使A3温度提高（特例），使γ→α转变在更高的温度进行，

降低了过冷γ的稳定性。使C曲线向左移。

Al, Si ：不形成各自K，也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为K形核创造条件；Si可提高Fe原子的结合力。

B，P，Re：强烈的内吸附元素，富集于晶界，降低了γ的界面能，阻碍α相和K形核。

7．合金元素对马氏体转变有何影响？

答：合金元素的作用表现在：

1）对马氏体点Ms- M f温度的影响；

2）改变马氏体形态及精细结构（亚结构）。除Al,Co 外，都降低Ms温度，其降低程度：强C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si弱

提高γ’含量：可利用此特点使Ms温度降低于0℃以下，得到全部γ组织。如加入Ni,Mn,C,N等

合金元素有增加形成孪晶马氏体的倾向，且亚结构与合金成分和马氏体的转变温度有关.

8．如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？

1）低温回火脆性（第I类，不具有可逆性）

其形成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；

防止：加入Si, 脆化温度提高300℃；加入Mo, 减轻作用。

2)高温回火脆性（第II类，具有可逆性）

其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：加入W，Mo消除或延缓杂质元素偏聚.

9．如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。

答：二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的HRC和强度提高。(但只有离位析出时才有二次硬化现象)

二次淬火：在强K形成元素含量较高的合金钢中淬火后γ’十分稳定，甚至加热到500-600℃回火时升温与保温时中仍不分解，而是在冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。

相同点：都发生在合金钢中，含有强碳化物形成元素相对多，发生在淬回火过程中，且回火温度550℃左右。

不同点：二次淬火，是回火冷却过程中Ar转变为m，是钢硬度增加。

二次硬化：回火后，钢硬度不降反升的现象（由于特殊k的沉淀析出）

10．一般地，钢有哪些强化与韧化途径？强化的主要途径

宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段。

微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位错，抑制位错源的开动，如晶须。

固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化沉淀强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化）

韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量；

防止预存的显微裂纹；形变热处理；

利用稳定的残余奥氏体来提高韧性；

加入能提高韧性的M，如Ni, Mn；

尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。

第二章工程结构钢

1．对工程结构钢的基本性能要求是什么？

答：（1）足够高的强度、良好的塑性;

（2）适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性;

（3）良好的工艺性能。

2．合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考虑采用低C？

答：为提高碳素工程结构钢的强度，而加入少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化、细晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转变温度的降低，来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转变温度的升高。

考虑低C的原因：

（1）C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使FATT

(℃)增高。

（2）C含量增加，会使C

当量增大，当C

当量

>0.47时，会使钢的可焊性变差，不

利于工程结构钢的使用。

3．什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？

答：微合金钢：利用微合金化元素Ti, Nb, V；

主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；

利用控制轧制和控制冷却工艺----- 高强度低合金钢微合金元素的作用：

1）抑制奥氏体形变再结晶；

2)阻止奥氏体晶粒长大；

3)沉淀强化；

4)改变与细化钢的组织

4．低碳贝氏体钢的合金化有何特点？

解：合金元素主要是能显著推迟先共析 F和P转变，但对B转变推迟较少的元素如Mo，B，可得到贝氏体组织。

1）加入Mn, Ni, Cr等合金元素，进一步推迟先共析F和P转变，并使Bs 点下降，可得到下B组织；

2)加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用；

3)低碳,使韧性和可焊性提高。

第三章机械制造结构钢

1）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。

2）网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。

3）水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物充分溶入奥氏体，然后水冷，获得单一奥氏体组织。

4）超高强度钢：一般讲，屈服强度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。

2．调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较，并熟悉各自主要钢种。

答：形成：均起因于钢锭结晶时产生的树枝状偏析；

液析碳化物属于偏析引起的伪共晶碳化物（一次碳化物）；

带状碳化物属于二次碳化物偏析（固相凝固过程中）

危害：降低轴承的使用寿命，增大零件的淬火开裂倾向，造成硬度和力学性能的不均匀性（各向异性）

消除方法：

1）控制成分（C，Cr%）；2）合理设计钢锭，改进工艺；3）大的锻（轧）造比来破碎碳化物；4）采用高温扩散退火（1200℃左右）。

5.马氏体时效钢与低合金超强钢相比，在合金化、热处理、强化机制、主要性能

3．高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？为何具有抗磨特性？

答：平衡态组织：α+ (Fe,Mn)3C；铸态组织：γ+碳化物；

热处理态组织：单相γp；使用状态下组织: 表面硬化层 + 内部γ

具有抗磨特性的原因：1)高冲击和强挤压下，其表面层迅速产生加工硬化，在滑移面上形成硬化层，即冷作硬化，使其具有抗磨性。

2)加入2-4%的Cr或适量的Mo和V，能形成细小碳化物，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。

4．GCr15钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是什么？

答：高碳铬轴承钢。

C含量1%，Cr含量1.5%。

C的作用：固溶强化提高硬度; 形成碳化物。

Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性

预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火

最终热处理：淬火 + 低温回火 +（稳定化处理）

第四章工具钢

3．什么是红硬性?为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中提高红硬性?

红硬性：在高的温度下保持硬度的能力。

提高热硬性的元素有：W、Mo、V、Co、N (常与Al配合加入)。

4．18-4-1高速钢的铸态显微组织特征是什么？为什么高速钢在热处理之前一定要大量地热加工？

铸态组织鱼骨状Le+黑色与白色组织

铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破碎，是其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物。

7．高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为什么高达1280℃？在加热过程中为什么要在600~650℃和800~850℃进行二次预热保温？

加热温度高：为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，8-9级）。

目标：淬火后获得高合金的M组织，具有很高抗回火稳定性；

在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。一次或两次预热：由于高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形，开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。

8．高速钢18-4-1淬火后三次回火的目的是什么?这种回火在组织上引起什么样的变化？

一方面，增强二次硬化效果；另一方面，（主要）是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体含量，也间接地提高了性能。回火后的显微组织为回火马氏体加碳化物。

第五章不锈耐蚀钢

1）晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铬的 Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区成为微阳极而发生的腐蚀。

2）应力腐蚀：奥氏体或M不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短；当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀（破裂）”。2．从电化学腐蚀原理看，采用哪些途径可提高钢的耐蚀性？

答：1）使钢表面形成稳定的表面保护膜；

2）得到单相均匀的固溶体组织；

3）提高固溶体（阳极）的电极电位。

3．合金元素及环境介质对耐蚀钢的耐蚀性的影响。

答：合金元素：Cr决定和提高耐蚀性的主要元素；

Ni可提高耐蚀性；

C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性；

Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性；

Mo提高不锈钢的钝化能力；

Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性；

Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。

环境介质：

（1）氧化性介质如硝酸，NO3 是氧化性的，不锈钢表面氧化膜容易形成，钝化时间短。

（2）在稀硫酸等非氧化性酸中，由于介质中溶有的氧量较低，而SO4 又不是氧化剂，H+浓度又高，一般的铬不锈钢和Cr18Ni9型不锈钢难以达钝化状态，因而

是不耐蚀的。

（3）强有机酸中，由于介质中氧含量低，又有H+存在，一般铬和铬镍不锈钢难钝化，易被腐蚀。

（4）在含有Cl*的介质中，Cl*容易破坏不锈钢表面氧化膜，穿透过并与钢表面起作用，产生点腐蚀。

4．奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。

答：原因：奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr<12%。在许多介质中没有钝化能力, 贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。

影响因素：

a.化学成分：加入Ti, Nb固C，使奥氏体内固溶的C<0.03%以下。

b.加热温度：550-800℃（650℃最敏感），T>800℃时K重溶；T<500℃，扩散困难。

c.加热时间：时间很长或很短，都难以存在晶间腐蚀。

防止办法：超低C；改变K类型；固溶处理；获得γ+δ（10-50%）双相组织。

5．不锈钢发生应力腐蚀破裂的产生原因，影响因素与防止方法。

答：原因：不锈钢在某些介质中受张应力时经过一段不长时间就会发生破坏。影响因素：介质特点，附加应力和钢的化学成分。

1）介质：含有Cl-和OH-腐蚀介质中特别敏感;2）应力：应力越大，越严重; 3）介质温度：温度越高，越严重;4）不锈钢组织与成分: 对应力腐蚀的影响. 防止措施：

1）提高纯度（降低N, H以及杂质元素含量）；2）加入2-4%Si或2%Cu 或提高Ni%（>35%）；

3）采用高纯度15-25%F不锈钢；4）采用奥氏体和铁素体（50-70%）双相钢。

第六章耐热钢及耐热合金

1）蠕变极限：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。2）持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（στ）。

4）持久寿命：它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。

2．耐热钢及耐热合金的基本性能要求有哪两条？

答：足够高的高温强度、高温疲劳强度

足够高的高温化学稳定性

3、如何利用合金化（或怎么合金化）提高钢的高温强度？

答：V，Ti 碳化物沉淀强化； Mo、W、Cr固溶强化； B强化晶界。

4．耐热钢有哪些种类？

答：（1）F-P 耐热钢，常用钢种：12Cr1MoV，15CrMo, 12Cr2MoWVSiTiB

（2）马氏体耐热钢，钢种：2Cr12MoV, 2Cr12WMoV

（3）工业炉用耐热钢，Fe-Al-Mn炉用耐热钢，Cr-Mn-C-N炉用耐热钢，高Cr-Ni 奥氏体炉用耐热钢

（4）奥氏体耐热钢，分为三类:简单奥氏体耐热钢（Cr18Ni9型奥氏体不锈钢）;固溶强化型奥氏体耐热钢;沉淀强化型奥氏体耐热钢。

第七章铸铁

1．名词解释：

1）碳当量：一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量（C.E）

2）共晶度：铸铁含C量与共晶点实际含C量之比 , 表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度。

3、可锻铸铁的成分与灰口铸铁相比，其生产分几步？

可锻铸铁生产分两步：1）生产白口铸铁；2）高温G化退火（900-980度,15h ）

第八章铝合金

1．以Al-4%Cu合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能（强度）变化。答：分为四阶段：

1）形成溶质原子（Cu）的富集区—GP[I]

与母相α（Al为基的固溶体）保持共格关系，引起α的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而提高强度；

2）GP[I]区有序化—GP[II]区（θ’’）

化学成分接近CuAl2，具有正方晶格，引起更严重的畸变，使位错运动更大阻碍，显著提高强度；

3）溶质原子的继续富集，以及θ’形成

θ’已达到CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。

4）稳定相θ的形成与长大

与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。（这种现象称为过时效）

2．变形铝合金分为几类？说明主要变形铝合金之间的合金系、牌号及主要性能特点。

答：(1)非热处理强化变形铝合金

主要有防锈铝合金：

合金系：Al-Mn系

Al-Mg-（Mn）性能：耐蚀性好；塑性好（易加工成形）；焊接性好；可利用冷加工硬化来提高强度

（2）热处理强化变形铝合金,（过饱和）固溶处理和时效处理；

主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金：

A 硬铝：基本是Al-Cu-Mg 合金；

B 超硬铝合金，Al-Zn-Mg-Cu 系合金

性能：强度高（淬火+120℃时效），但抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于120℃

C 锻铝合金

合金系：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu （普通锻铝合金）；

Al-Cu-Mg-Ni-Fe （耐热锻铝合金）

性能：良好的热塑性，较高的机械性能。

3．铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点。

答：普通锻铝合金：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu

耐热锻铝合金：Al-Cu-Mg-Ni-Fe

第九章镁合金

1．镁的晶格类型如何？镁及镁合金有何主要性能特点？

答：密排六方点阵（冷变形较困难）

镁：强度和弹性模量较低；在大气中有足够的耐蚀性，但在淡水、海水中耐蚀性差，熔炼困难。镁合金：强度硬度高，塑韧性好，一般可焊性较差。

2．镁合金按生产方法分几类？其牌号如何表示？

分为变形镁合金和铸造镁合金两大类

变形镁合金主要合金系为：Mg-Zn-Zr系，Mg-Al-Zn系、Mg-Re-Zr系、Mg-Mn系和Mg-Li系等铸造镁合金中主要合金系：Mg-Zn-Zr系；Mg-Al-Zn系；

Mg-Re-Zr系；Mg-Th-Zr系 Mg-Al-Ag系等

第十章铜合金

1）黄铜；铜锌合金称为黄铜，再加入其他合金元素后，形成多元黄铜。

2）锌当量系数：黄铜中加入M后并不形成新相，只是影响α，β相的相对含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入1%的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响，这种换算关系称为锌当量系数。

3）青铜：是Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和Co等元素组成的合金的统称。

4）白铜：是以镍为主要合金元素的铜合金。

第十一章钛合金

3．钛的晶格类型如何？钛合金的分类及牌号？

钛的晶格类型：密排六方

α-钛合金：牌号：TA1-TA8，TA1-TA3为工业纯钛。

α+β钛合金牌号用TC表示，TC1-TC10

β-钛合金和近β钛合金：TB1,TB2

2、钛及钛合金有何主要性能特点？

答：钛：比强度高，熔点高，塑性好.具有优良的耐蚀性;低温性能很好；可焊性好；具有良好的冲压性能；但耐磨性较差；弹性模量较低(120GPa)，约为铁的54% ;导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应力.

金属材料学基础试题及答案

金属材料的基本知识综合测试一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（）二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。 A、铸铁 B、灰口铸铁 C、铸造铝合金 D、铸造铝合金 5、锻压性最好的是（）。

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第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种？答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素（2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素（1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅（2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响？答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量所有的元素都降低共析体含量第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么？答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么？举例说明答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素锰、铁、铬是弱碳化物形成元素

2008级金属材料学习题

金属材料学习题集 ※<习题一> 第一章复习思考题-1 1．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。 2．为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? 3．为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢? ※<习题二> 复习思考题-2 8．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在 γ-Fe 中形成无限固溶体？ 9．钢中常见的碳化物类型主要有几种？哪一种碳化物最不稳定？ 10．分析合金元素对Fe-Fe3C相图影响规律对热处理工艺实施有哪些指导意义? 11．钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？12．简述合金元素对钢过冷奥氏体等温分解C曲线的影响规律？ 13．合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在? 15．叙述低合金钢的第二类回火脆性？ ※<习题三> 复习思考题-3 16．防止钢铁材料腐蚀途径有哪些? 17．钢材的强度随温度的变化将发生变化,从合金化的角度考虑如何提高钢的热强性? 18略述沉淀强化Al-4％Cu合金所必需的三个主要步骤。 ※<习题四> Ch2 复习思考题 1.对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些?工程构件用合金结构钢的成分和性能要求是什么? 2. 合金元素在低合金高强度结构钢中的作用是什么？为什么考虑低C？具体分析Mn、Si，Al、Nb、V、Ti，Cu、P、Cr、Ni对低合金高强钢性能的影响？ 3.什么是微合金化钢？什么是生产微合金化钢的主要添加元素？微合金化元素在微合金化钢中的作用是什么？ 4.根据合金元素在钢中的作用规律，结合低合金高强度结构钢的性能要求，分析讨论低合金高强度结构钢中合金元素的作用复习思考题-1 1．结合渗碳钢20CrMnTi和20Cr2Ni4A的热处理工艺规范，分析其热处理特点。2．合金元素在机器零件用钢中的作用是什么？就下列合金元素（Cr、Mn、Si、Ni、Mo、Al、Ti、W、V、B）各举一例钢种指出其作用是什么？

金属材料学总结

第一章 1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的？控制硫化物形态的方法有哪些？答：S与Fe形成FeS，会导致钢产生热脆；P与形成Fe3P，使钢在冷加工过程中产生冷脆性，剧烈降低钢的韧性，使钢在凝固时晶界处发生偏析。硫化物形态控制：a、加入足量的锰，形成高熔点MnS；b、控制钢的冷却速度；c、改善其形态最好为球状，而不是杆状，控制氧含量大于0.02%；d、加入变形剂，使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。 2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火？答：a、固溶强化（合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化） b、细晶强化（晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化） c、加工硬化（塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化） d、弥散强化（固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化）淬火处理得到强硬相马氏体，提高钢的强度、硬度，使钢塑性降低；回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。 3、按照合金化思路，如何改善钢的韧性？答：a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr； b、改善基体韧性，加Ni元素；

c、提高冲击韧性，加Mn、Si元素； d、调整化学成分； e、形变热处理； f、提高冶金质量； g、加入合金元素提高耐回火性，以提高韧性。 4、试解释40Cr13属于过共析钢，Cr12钢中已出现共晶组织，属于莱氏体钢。答、Cr元素使共析点左移，当Cr量达到一定程度时，共析点左移到碳含量小于0.4%，所以40Cr13属于过共析钢；Cr12中含有高于12%的Cr元素，缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区，使共析点右移。 5、试解释含Mn钢易过热，而含Si钢高淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率高，不利于冷变性加工。答：Mn在一定量时会促使晶粒长大，而过热就会使晶粒长大。 6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦ 答：①、K类型：与Me的原子半径有关；②、相似相容原理；③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物；④、NM/NC比值决定了K类型；⑤、碳化物稳定型越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。第二章 1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。答：服役条件：静载、无相对运动、受大气腐蚀。加工特点：简单构件是热轧或正火状态，空气冷却，有焊接、剪切、

金属材料学思考题标准答案2

金属材料学思考题答案2 绪论、第一章、第二章 1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。 2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解， 3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？ E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。 4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr 2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr 3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo 4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织) 5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo 5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用）合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结一、金属的晶体结构重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，

《金属材料学》考试真题及答案

一、选择题 1、细化晶粒对钢性能的贡献是强化同时韧化；提高钢淬透性的主要作用是使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓和的方式冷却。 2、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5% 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。 3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。 4、凡是扩大丫区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下方移动，例Ni、Mn等元素；凡封闭Y区的元素使S、E点向左上方移动，例Cr、Si、Mo等元素。S点左移意味着共析碳含量减少，E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减少。 5、铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分硬铝、超硬铝、锻铝和防锈铝。 6、H62是表示压力加工黄铜的一个牌号，主要成份及名义含量是Cu62% Zn38% 。 7、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V Nb N等，这些元素的主要作用是____________ 细化组织和相间沉淀析出强化。 8、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的断面切割效应、石墨应力集中效应要比灰铁小得多。 9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程,和钢的热处理最大区别是铝合金没有同素异构相变。 1、钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。在钢中细化晶粒作用较大的合金元素有Ti、V Nb 等，细化晶粒对钢性能的作用是既强化又韧化。 2、在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb V Mo W Cr、（按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：r c/r M < 0.59为简单点阵结构，有MC和M2C 型；r°/r M > 0.59为复杂点阵结构，有M23C6 、 M7C和M3C型。 3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。汽车变速箱齿轮常用20CrMnTi 钢制造，经渗碳和淬回火热处理。 4、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是晶界析出Cr 23C6，导致晶界区贫Cr ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有降低碳量、加入Ti、V Nb强碳化物元素。 5、影响铸铁石墨化的主要因素有碳当量、冷却速度。球墨铸铁在浇注时要经过孕育处理和球化处理。 6、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：溶剂与溶质原子的点阵结构、原子尺寸因素、电子结构。 7、对耐热钢最基本的性能要求是良好的高温强度和塑性、良好的化学稳定性。常用的抗氧化合金元素是Cr 、Al 、Si 。 1、钢中二元碳化物分为二类：r c/ r M< 0.59，为简单点阵结构，有MC和 ______________ 型；r c/ 5> 0.59，为复杂点阵结构,有MC M7C3和M23C6 型。两者相比，前者的性能特点是硬度高、熔点高和稳定性好。 2、凡能扩大丫区的元素使铁碳相图中S、E点向左下方移动，例Mn Ni_等元素（列岀2个）；使丫区缩小的元素使S、E点向左上方移动, 例Cr 、Mo W 等元素（列出3个）。 3、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求_________ 、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向_______ 。 4、高锰耐磨钢（如ZGMn13经水韧处理后得到奥氏体组织。在高应力磨损条件下，硬度提高而耐磨，其原因是加工硬化___________ 及________ 。

金属材料学课后习题答案

金属材料学习题与思考题第七章铸铁 1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？（1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）②优质钢（P、S均≤0.035%）③高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。 ②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口？（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为： Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶点。S是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。（2）铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。 3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。 4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响。墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。如片状石墨，数量越多对基体的削弱作用和应力集中程度越大。石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状。对于灰铸铁，热处理仅能改变基体组织，改变不了石墨形态，热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能。球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。 5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.。珠光体型球墨铸铁——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。 6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。 7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。（1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350 球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2 黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件，KTH350-10适用于阀门、汽车底盘。

金属材料学简要总结

《金属材料学》复习总结第1章：钢的合金化概论一、名词解释：合金化：未获得所要求的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能或工艺性能而特别在钢铁中加入某些元素，称为合金化。过热敏感性：钢淬火加热时，对奥氏体晶粒急剧长大的敏感性。回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象。二、填空题： 1.合金化理论是金属材料成分设计和工艺过程控制的重要原理，是材料成分、工艺、组织、性能、应用之间有机关系的根本源头，也是重分发结材料潜力和开发新材料的基本依据。 2.扩大A相区的元素有：Ni、Mn、Co（与Fe -γ无限互溶）；C、N、Cu（有限互溶）； α无限互溶）；Mo、W、Ti（有限互溶）；扩大F相区的元素有：Cr、V（与Fe - 缩小F相区的元素有：B、Nb、Zr（锆）。 3.强C化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V；弱C化物形成元素有：Mn、Fe； 4.强N化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V；弱N化物形成元素有：Cr、Mn、Fe；三、简答题： 1.合金钢按照含量的分类有哪些？具体含量是多少？按含碳量划分又如何？ ●按照合金含量分类：低合金钢：合金元素总量<5%；中合金钢：合金元素总量在5%～10%；高合金钢：合金元素总量>10%； ●按照含碳量的分类：低碳钢：w c≤0.25%；中碳钢：w c=0.25%～0.6%；高碳钢：w c>0.6%； 2.加入合金元素的作用？ ①：与Fe、C作用，产生新相，组成新的组织与结构； ②：使性能改善。 3.合金元素对铁碳相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ (1)A形成元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； F形成元素均是S、E点向左上方移动，如Cr、V等 (2)S点向左下方移动，意味着共析C含量减小，使得室温下将得到A组织； E点向左上方移动，意味着出现Ld的碳含量会减小。 4.请简述合金元素对奥氏体形成的影响。 (1)碳化物形成元素可以提高碳在A中的扩散激活能，对A形成有一定阻碍作用； (2)非碳化物形成元素Ni、Co可以降低碳的扩散激活能，对A形成有一定加速作用。 (3)钢的A转化过程中存在合金元素和碳的均匀化过程，可以采用淬火加热来达到成分均匀化。 5.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？组织奥氏体晶粒长大有什么好处？ (1)Ti、Nb、V等强碳化物形成元素会强烈阻止奥氏体晶粒长大，因为：Ti、Nb、V等

金属材料学第二版戴起勋课后题答案

第一章1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。 S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆； P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？答：简单点阵结构和复杂点阵结构简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好；复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 3.简述合金钢中碳化物形成规律。答：①当r C/r M>0.59时，形成复杂点阵结构；当r C/r M<0.59时，形成简单点阵结构； ②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K 都能溶解其它元素，形成复合碳化物。 ③N M/N C比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难；⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。 4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。

（左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量） 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C 和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B 中或残余A中，未溶者仍在K中。回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？答：Ti、Nb、V等强碳化物形成元素（好处）：能够细化晶粒，从而使钢具有良好的强韧度配合，提高了钢的综合力学性能。 7.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有何作用？答：在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；另一方面，在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 8.能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？答：提高回火稳定性的合金元素：Cr、Mn 、Ni、Mo、W、V、Si 作用：提高钢的回火稳定性，可以使得合金钢在相同的温度下回火时，比同样

金属材料学戴起勋第二版课后题答案

颜色不同的是课件和课后题都有的题目，水平有限，大家参考哦3-1在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度，为什么？有什么意义？（这个实在不会也查不到，大家集思广益吧！！！） 3-2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？结构钢一般要经过淬火后才能使用。淬透性好坏直接影响淬火后产品质量3-3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？ Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向； Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆； Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向； V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。 3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？工程结构钢：1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；2、良好的焊接性和成型工艺性；3、良好的耐腐蚀性；4、低的成本机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等 3-5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？力学性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950~1250 MPa

ψ≥40% ；伸长率δ，≥10% ；冲击韧度A K≥6J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。工艺性能：锻造温度淬火加自回火局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用. 3-6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用。热处理工艺如何调整？能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火 3-7试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%（质量分数）之间？服役条件：储能减振、一般在动负荷下工作即在冲击、振动和长期均匀的周期改变应力下工作、也会在动静载荷作用下服役；性能要求：高的弹性极限及弹性减退抗力好，较高的屈服比；高的疲劳强度、足够的塑性和韧度；工艺性能要求有足够的淬透性；在某些环境下，还要求弹簧具有导电、无磁、耐高温和耐蚀等性能，良好的表面质量和冶金质量总的来说是为了保证弹簧不但具有高的弹性极限﹑高的屈服极限和疲劳极限（弹簧钢含碳量要比调质钢高），还要有一定的塑性和韧性（含碳量太高必然影响塑性和韧性了）。 3-8弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高是否也

金属材料学复习题(整理版)

第一章合金化合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu；铁素体形成元素:在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr：离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如 V，Nb, Ti等都属于此类型。2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在α-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素分为两类：a.开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。（2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等（3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降； (2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。

金属材料学

名词解释合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用Me表示）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W 等铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能α-Fe稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。如Cr 钢碳化物转变异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际金属已丧失强度） n/8规律：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。这个定律叫做n/8规律。黄铜： Cu与Zn组成的铜合金青铜： Cu与Zn、Ni以外的其它元素组成的铜合金白铜： Cu与Ni组成的铜合金灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。（片状石墨对基体产生割裂作用，并在尖端造成应力集中，故灰口铸铁力学性能较差）可锻铸铁：可锻铸铁中的碳全部以或大部分以图案絮状的石墨形式存在，它是由一定成分的白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。又称韧性铸铁。蠕墨铸铁：蠕墨铸铁中的碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。（高耐热性）麻口铸铁：：麻口铸铁中的碳一部分以渗碳体形式存在，另一部分以石墨形式存在，端口呈黑白相间。（无实用价值）。基体钢：指其成分含有高速钢淬火组织中除过剩余碳化物以外的基体化学成分的钢种。（高强度高硬度，韧性和疲劳强度优于高速钢，可做冷热变形模具刚，也可作超高强度钢）双相钢：是指显微组织主要是由铁素体和５％－２０％体积分数的马氏体所组成的低合金高强度结构钢，即在软相铁素体基体上分布着一定量的硬质相马氏体。黑色组织：高速钢在实际铸锭凝固时，冷速＞平均冷速。合金元素来不及扩散，在结晶和固态相变过程中转变不能完全进行，共析转变形成δ共析体为两相组织，易被腐蚀，在金相组织上呈黑色，而称作黑色组织。低（中高）合金钢：合金元素总量小于５％的合金钢叫低合金钢。合金含量在５％－１０％

金属材料学2013年南京航空航天大学硕士研究生考试真题

南京航空航天大学 2013年硕士研究生入学考试初试试题（A卷）科目代码: 830 满分: 150 分科目名称: 金属材料学注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！一、名词解释（20分，每个5分） 1. 碳钢与合金钢 2. 渗碳体与合金渗碳体 3. 二次硬化与二次淬火 4. 淬火硬化与时效硬化二、填空题（20分，每空1分） 1. 根据钢中含碳量的多少通常把碳钢分为、和三类。 2. 钢中常加入的与γ-Fe形成无限固溶体且开启γ相区(无限扩大γ相区) 的金属元素是和；与α-Fe形成无限固溶体，使A3升高，A4下降，以致达到某一含量时，封闭γ相区(无限扩大α相区) 的非碳化物形成元素是、。强碳化物形成元素是、、和。 3. 钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：、、及。 4. 对于珠光体型转变来说，向钢中加入合金元素可使C曲线移。 5. 铸铁是是以铁、、为主要组成元素，并比碳钢含有较多的、等杂质元素的多元合金。三、选择题（20分，每个1分） 1.引起钢轧制或锻造时的晶界碎裂（热脆）的合金元素是（a）P （b）H （c）N （d）S 2.普通碳素结构钢Q235中的“235”表示（a）屈服强度（b）抗拉强度（c）弹性极限（d）疲劳强度 3. 在低合金钢中，一般随钢中合金元素增加，M s和M f点继续下降，室温下将保留更多的（a）奥氏体（b）贝氏体（c）马氏体（d）铁素体 4.显著提高铁基固溶体电极电位的常用合金元素（a）Mn （b）Ni （c）Si （d）Cr 5. 低碳珠光体型热强钢的合金化的主加合金元素是（a）Cr、Mo （b）Mn （c）Ni （d）N 6. 抗腐蚀性能最好的不锈钢钢种是

金属材料学复习思考题及答案培训讲学

金属材料学复习思考题及答案

安徽工业大学材料学院金属材料学复习题一、必考题 1、金属材料学的研究思路是什么？试举例说明。答：使用条件→性能要求→组织结构→化学成分 ↑ 生产工艺举例略二、名词解释 1、合金元素：添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的含量在一定范围内的化学元素。（常用M来表示） 2、微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%， V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这些化学元素称为微合金元素。 3、奥氏体形成元素：使A3温度下降，A4温度上升，扩大γ相区的合金元素 4、铁素体形成元素：使A3温度上升，A4温度下降，缩小γ相区的合金元素。 5、原位析出：回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过溶解度后，合金渗碳体在原位转变为特殊碳化物。 6、离位析出：回火时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随有渗碳体的溶解。 7、二次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高合金钢淬火后回火，硬度不是随回火温度的升高而单调降低，而是在500－600℃回火时的硬度反而高于在较低温度下回火硬度的现象。 8、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到 500-600℃回火时仍不转变，而是在回火冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高的现象。 9、液析碳化物：钢液在凝固时产生严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。当共晶液量很少时，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后被拉成条带状。由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。 10、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网状分布，称为网状碳化物。 11、水韧处理：将高锰钢加热到高温奥氏体区，使碳化物充分溶入奥氏体中，并在此温度迅速水冷，得到韧性好的单相奥氏体组织的工艺方式。 12、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。 13、应力腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。 14、n/8规律：当Cr的摩尔分数每达到1/8，2/8，3/8……时，铁基固溶体的电极电位跳跃式地增加，合金的腐蚀速度都相应有一个突然的降低，这个定律叫做n/8规律。

金属材料学-题库 (2)

第1章钢的合金化概论 1、什么是合金元素？钢中常用的合金元素有哪些？为合金化目的加入其含量有一定范围的元素称为合金元素。 S i,M n,C r,N i,W,M o,V,T i,N b,A l,C u,B等。 2、哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？在γ-F e中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素：N i、M n、C o，C、N、C u；无限互溶，有限溶解。在α-F e中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素：C r、V，W、M o、T i。 3、合金元素在钢中的存在形式有哪几种？固溶体、化合物、游离态。（其中，化合物分为：碳化物、金属间化合物、非金属夹杂物） 4、哪些是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？ Z r、T i、N b、V；W、M o、C r；M n、F e（强->弱）非K：N i、S i、A l、C u。 5、钢中的碳化物按点阵结构分为哪几类？各有什么特点？什么叫合金渗碳体？特殊碳化物？ 1）①简单点阵结构：M2C、M C。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。 ②复杂点阵结构：M23C6、M7C3、M3C。特点：硬度、熔点较低，稳定性较差。 2）合金渗碳体：当合金元素含量较少时，溶解于其他碳化物，形成复合碳化物，即多元合金碳化物。如M o，W，C r含量较少时，形成合金渗碳体。3）特殊碳化物：随着合金元素含量的增加，碳化物形成了自己的特殊碳化物。V C，C r7C3，C r23C6。 6、合金钢中碳化物形成规律。 1、K类型的形成K类型与M e的原子半径有关。 r c/r M e<0.59—简单结构相，如M o、W、V、T i； r c/r M e>0.59—复杂点阵结构，如C r、M n、F e。 M e量少时，形成复合K，如（C r,M）23C6型。 2、相似者相溶形成碳化物的元素在晶体结构，原子尺寸和电子因素都相似，则两者碳化物完全互溶，否则就有限互溶 3、强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。 4、N m/N c比值决定了K类型 5、碳化物稳定性越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。7、合金元素对铁碳平衡相图的影响。 1对临界温度的影响 a）Ni，Mn，Co，N,Cu，等元素扩大A相区，降低A1，A3点 b）其他元素扩大F相区，提高A1，A3点 c）大多数Me使ES线左移，即Acm增加2对E，S点位置的影响所有合金元素都使E，S点向左移动 8、为什么比较重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？