金属学与热处理东北大学铸造合金题目.doc

1. 比较图3-17、2-14、6-17三种合金的自由线收缩，说明为消除造型缺陷铸型和冒口的选择原则对于碳钢和白口铸铁的二次膨胀量较小，冒口设计时稍加注意即可。对于灰铸铁由于共晶石墨析出时要发生体积膨胀，所以要减小冒口和缩小颈部尺寸。在湿型铸造时，由于发生型壁移动，导致铸型扩大，要比干型时更大的冒口。对于球墨铸铁，具有糊状凝固的特点，采用通用的冒口补缩性差。2.稳定态和亚稳定态铁碳相图的异同点 相同点：稳定系和亚稳定系都是平衡转变得到的，都含有相同的元素。不同点：稳定平衡的共晶点C的成分和温度与C点不同 稳定平衡的共析点S的成分和温度与S点不同在共晶温度、共析温度时和石墨平衡时奥氏体中的含碳量比渗碳体平衡的奥氏体中含碳量低些，且稳定系的自由能总比亚稳定系低些。 3.用铁碳相图分析铸铁和碳钢一二次结晶的异同点 相同点：一次结晶都有奥氏体析出，二次结晶都有共析转变不同点：结晶温度不同铸铁结晶过程有二重性，铸钢没有铸铁有G，碳钢没有先共析铁素体形态不同碳钢一、二辞结晶发生奥氏体晶粒的细化结晶后获得的金相组织不同 4.流动性的概念及其影响？流动性：铁液充填铸型的能力 影响因素：化学成分和浇铸温度5.灰铸铁的金相组织及其性能特点？ 灰铸铁的金相组织是由金属基体和片状石墨所组成。主要的金属基体基本形式有珠光体、铁素体及珠光体加铁素体三种。此外，还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物等。 灰铸铁的性能特点强度性能较差硬度和抗拉强度之比分散，相关性小，硬度由基体决定，强度性能有石墨决定较低的缺口敏感性良好的减震性良好的减摩性 6.分析球状石墨的形成过程 球状石墨可以和奥氏体直接从熔体中析出。在亚共晶或共晶成分的球墨铸铁中，首批小石墨在远高于平衡共晶转变温度就已形成，这是不平衡条件造成的，随温度的下降，有的小石墨球重新解体，而有的长大成球，随着这一温度的进行，又会出现新的小石墨球，说明石墨球的成核在一定温度范围内进行。石墨球的长大包括：两个阶段在熔体中直接析出核心并长大形成奥氏体的外壳，在奥氏体外壳包围下成长。7.球墨铸铁的共晶转变？答：球状石墨铸铁的共晶过程在相当程度上属于变态的结晶，称为离异共晶，在整个共晶转变的相当长一段时间里，球状石墨和奥氏体两个相析出的格局是：石墨在先，奥氏体在后，两个相没有平滑的共同结晶前沿，而且在时间和场合上都是分离的。8.球铁生产中孕育处理的目的？答：消除结晶过冷倾向，降低白口倾向促进石墨球化减小晶间偏析9.球墨铸铁的凝固特点？答：球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围（因为离异共晶）球墨铸铁的糊状凝固特性 球墨铸铁具有较大的共晶膨胀10.球化衰退及其防护措施？答：球化衰退的特征：球化处理后的铁液在停留一定时间后，球化效果会下降甚至消失的现象。特征：处理过的同一包铁液，先浇注的铸件球化良好，而后浇注的球化不良；或是炉前检验球化良好，但在铸件上出现球化不良。 措施：铁液中应保持有足够的球化元素含量。降低原铁液中的含硫量，并防止铁液氧化。缩短铁液经球化处理后的停留时间铁液经球化处理并扒渣后，为防止镁及稀土元素逃逸，可以用覆盖剂将铁液表面覆盖严，隔绝空气以减少元素的逃逸。 11. 分析石墨形态对灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁组织和性能的影响答：石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长厚比较小，端部较钝，对基体的割裂作用减小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的强度、一定的延伸率。12. 如何消除锻造碳钢中的魏氏组织答：可以通过控制塑性变形程度、降低加热温度、降低热加工终止温度，降低热加工后的冷却速度，改变热处理工艺，例如通过细化晶粒的调质、正火、完全退火等工艺来防止或消除魏氏组织。13. 简述金属材料的四种强化机理固溶强化溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，阻碍了位错在滑移面上的运动在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。晶界强化（细晶强化）晶界的存在使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近由于各晶粒间存在位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然要发生位错的相互交割。细晶强化的显著特点：不仅能提高强度，还能提高塑性和韧性。第二相强化不可变形的第二相：位错线只能绕过第二相质点，为此必须克服弯曲位错的线张力。可变形的第二相：位错可以切过，使之同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。位错强化金属中位错密度越高，则位错运动越容易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。14铸钢和低合金钢的牌号答：铸造碳钢按照其力学性能（强度塑性）作为钢号编制依据，铸造低合金钢是以其化学成分（含碳量及合金元素含量）作为钢号的依据。15.提高低合金钢淬透性的五种合金元素排列？答：MnMoCrSiNi 16.镍对低合金钢组织和性能的影响？答：固溶强化：直接强化作用小，间接强化作用大，强化的同时使铁素体韧性和塑性上升提高钢的淬透性细化珠光体降低钢的韧性-脆性转变温度提高钢在高温下的抗氧化性17.解释高锰钢的加工硬化现象和水韧处理目的 答：加工硬化现象：高锰钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性很好，但硬度不高。这种奥氏体有加工硬化性、铸件在工作中受强烈冲击或挤压时，其表面层组织发生加工硬化，硬度大幅提高，因而具有很高的抗磨性。水韧处理的目的：消除碳化物，得到的安逸的奥氏体组织奥氏体钢在经受冲击挤压时，表面层发生变形，产生强化表面层硬度与内部高韧性的结合，使高锰钢具有很高抵抗冲击磨损的能力。18.不锈钢抗腐蚀机理和提高途径答：抗腐蚀机理：使不锈钢具有耐蚀性的合金元素主要是铬。铬溶于铁的晶格中形成固溶体。当钢中铬量达到一定的浓度时，就会在钢的晶粒表面形成一层致密的、含氧化铬的薄膜。这种氧化膜在氧化性酸类中具有高的化学稳定性，称为钝化膜。合金元素铬固溶在铁素体中，能提高它的电极电位，缩小两相之间电极电位的差值，从而减轻电化学腐蚀提高途径：降低含碳量，钢液净化。19.不锈钢晶界腐蚀的形成与防止措施 答：原因：晶界上析出富铬的连续网状Cr23C6，引起晶界周围基体产生贫铬区晶界上析出相，产生贫铬区，特别是含钼钢，能促进相在晶界析出。氮含量高，w（N）高于0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加腐蚀倾向。固溶处理后也会发生晶间腐蚀，原因是杂质元素P、Si的晶界偏聚。解决办法：降低碳含量，生产超低碳不锈钢，w（C）0.03%。当w（C）0.03%，无Cr23C6析出。20.铝硅合金变质处理对性能的影响 答：变质前的力学性能低，切削加工性能差，必须经变质处理，是板片状的共晶硅转变为纤维状，并消除初晶硅，大幅提高力学性能。加入微量变质元素钠或锶后，随着共晶硅形貌发生剧变，力学性能尤其是伸长率大幅度提高，合金电导率提高20%左右，共晶点右移13，切削加工性提高。21.铝硅合金初晶硅加磷细化机理 答： 磷以AIP的形式存在于合金中，由于AIP的晶型和硅相同，成为硅的非自发结晶核心。在过共晶合金中，AIP的数量不足，成为少数初晶硅的非自发核心，发展成为大块初晶硅，恶化力学性能，需要加磷在铝液中形成大量的AIP，细化初晶硅并均匀的分布在基体上，成为理想的耐磨组织。 22.铝合金的强化机制Al-Si-Mg在540-545固溶时，Mg2Al固溶剂中形成铝基固溶体，起固溶强化；经170人工时效后，Al2Si以弥散相析出，使铝的晶格发生突变，得过饱和铝固溶体起弥散饱和效果；加入Ti作变质剂，细化铝，起细晶强化作用；将Fe控制在0.15%以下，可减少铝的含量，防止削弱铝基体的作用23. 解释Al-Si合金中加入Mg元素，并采用固溶体（）强化的热处理方式强化Al-Si合金的机理形成Mg2Si，固溶处理时，Mg2Si固溶入（Al）中，人工时效后，Mg2Si呈弥散相析出，使（Al）的结晶点阵发生畸变，强化合金，力学性能大幅度提高。24.铜合金的性能特点答：铜合金具有较高的力学性能和耐磨性能，很高的导热性和导电性。铜合金电极电位高，在大气、海水、盐酸、磷酸中具有良好的抗蚀性。 25.Cu-Sn二元合金的性能及工艺特点答：性能：含锡量及冷却速度决定合金的力学性能锡青铜的结晶温度范围宽凝固速度较慢时，易形成缩松，分布均匀的缩松有利于储存润滑油从而提高耐磨性锡青铜呈糊状凝固，枝晶发达，铸件容易发生热裂锡青铜铸件易发生反偏析工艺特点：熔炼工艺较简单，不用设置复杂的挡渣系统，一般采用雨淋式浇口。缩松补偿部分体收缩，可不用专用冒口。26.解释磷加入导致锡青铜反偏析加剧现象及其防治措施 加入磷，将发生铸型反应2P+5H2O=P2O5+5H2产生大量的氢气，产生背压，把富锡熔体推向枝晶间隙中心。凝固后期，铸件从内到外仍存在大量的显微通道，在氢气泡形成的背压和固态收缩里内外交工下，迫使富锡熔体沿枝晶件的显微通道想铸件表面渗出，堆积在铸件表面。 措施有放置冷铁，提高冷却速度，出现层状凝固调整化学成分，如加入锌，缩小结晶温度范围采取有效的精炼除气措施，减少合金中的含气量27.黄铜的脱锌腐蚀及其弱化措施 答：在海水或带有电解质的腐蚀介质中工作时，电极电位较低的富锌相和富铜的相之间产生相间电流，相成为微电池的阳极而被腐蚀脱锌。措施：加Mn，溶入相和相起固溶强化作用，提高抗蚀性，防止脱锌腐蚀加Al、Si形成氧化膜加砷、硼等元素或采用缓蚀剂 28.黄铜不接受热处理强化的原因 答：从900起向下降温过程中，自相中沉淀析出的二次相识一种软的晶体，没有强化作用，自456继续冷却时，由于温度过低，二次相难以从中析出，因此固溶处理后，力学性能不能提高29.铍青铜最独特的性能特点及应用答：铍青铜在碰撞是不会发生火花，适于制作防爆工具30. 铜合金中以磷铜作为脱氧剂的脱氧原理Cu-P中的磷以蒸汽形式逸出，与Cu2O作用，直至产生CuPO3容易上浮而被去除31.简述镁合金的特点及其杂质元素的危害性答：特点:比强度高减震性好切削加工性好抗蚀性差危害性：Ni急剧降低镁的抗腐蚀性能32. 医用镁合金的主要特点及其应用的主要问题主要特点：第一，体内可降解。该材料被植入人体后，经过一定时期，骨折愈合后，完成固定任务，可以在体内降解，被人体逐渐吸收，可免去二次取出手术，减轻患者痛苦和经济负担。第二，力学性能优良。镁合金弹性模量与人骨接近，可以有效降低应力遮挡效应，同时其力学性能，如拉伸强度等远高于目前临床应用的可降解高分子聚合物材料，可以好地满足临床需求。第三，生物安全性好。镁是人体必需的营养元素，对人体的新陈代谢等生理作用至关重要。此外镁、锌元素可以促进骨细胞生长，促进骨折愈合，而过量的镁则可以通过肾脏有效排出体外，不会对人体造成伤害。主要问题：镁锌合金很容易在水溶液中腐蚀降解，尤其是在含有氯离子的溶液中降解过快造成骨结合不好。33. Mg-Zn-RE-Zr镁合金的氢化处理答：一、氢化处理：把该合金放在氢气气氛中加热，氢气扩散到镁合金集体中，并与Mg-RE-Zn化合物发生反应。二、机制：稀土元素和氢的亲合力好，生成稀土氢化物，呈黑色小颗粒，而化合物中的锌和氢不发生反应，被置换出来溶入镁基体中。经此处理既改善了合金的晶界结构，又提高了锌在镁中的固溶度，起固溶强化效果，从而显著提高了合金性能。基本概念：1碳当量：将钢铁中各种合金元素对共晶点实际碳量的影响折算成碳的增减，称为“碳当量”，以CE表示2共晶度：铸铁偏离共晶点的程度用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值表示，比值称为共晶度3球化处理：加入球化剂促使石墨结晶呈球状析出。4孕育处理：在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的过程。5相对耐磨性：标准材料的磨损量与试验材料的磨损量在相同条件下之比6流动性：金属液充填铸型的能力7凝固收缩：凝固期间发生的收缩以及由于析出石墨而产生膨胀的总和8离异共晶：在先共晶数量较多而共晶组织甚少的情况下，有时共晶组织中与先共晶相相同的一相，会依附于先共晶相上的生长，剩下的一相则单独存在于晶界处，从而使共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶成为离异共晶9比重偏析：由组成相与溶液之间密度的差所引起的一种区域偏析。10同素异构：金属在固态下随温度的改变，由一种