2007级金属材料学试题(B卷答案)

1 贵州大学 2010 2011 学年第一学期考试试卷 B 参考答案及评分标准 金属材料学 注意事项 1 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名 学号和年级专业 2 请仔细阅读各种题目的回答要求 在规定的位置填写答案 3 不要在试卷上乱写乱画 不要在装订线内填写无关的内容 4 满分 100 分 考试时间为 120 分钟 题 号二三四五六七总 分统分人 得 分 一 填空题 共 20 分 每空 1 分 1 扩大和开启奥氏体相区的主要元素是 Ni Mn Co 2 铁素体形成元素主要是 Cr V Nb 3 合金元素 Si Ni 使 C 曲线呈 C 形状 而 Ti V Cr 使 C 曲线呈 双 C 形状 4 大多数合金元素使 Ms点 降低 5 形成球状石墨的条件是 6 铜合金中产生固溶强化的主要元素是 Zn Sn Al Mn Be 等 7 合金元素 Hf Zr Ti v 等使碳在奥氏体中扩散系数减小 8 形变 Al Cu 合金的时效序列是 二 问答题 共 40 分 每小题 10 分 得 分 评分人 得 分 评分人 Ls Ls 0110 0001 2 1 说出下列钢号表示何类钢种 大致的碳含量和合金元素含量 它们的共析温度是上移还 是下移 与碳钢相比 为什么 45 40Cr 42Mn 答 45 是碳素中碳钢 碳含量约为 0 45 共析温度不变 40Cr 是合金调质钢 碳含量约为 0 4 Cr 含量约为 1 共析温度上移 因为 Cr 是扩 大铁素体相区的元素 42Mn 是合金调质钢 摊含量约为 0 42 Mn 含量约为 1 共析温度下移 因为 Mn 是扩 大奥氏体相区的元素 2 分析过渡族金属的结构特性及其在钢中形成碳化物的规律 碳化物的点阵结构类型 性 质和稳定性与元素周期性规律的关系 10 分 答 过渡族金属的结构特征是 3d 层电子没有填满 随原子序数增加 未填满程度逐渐减小 其结构为 在同一周期 随原子序数增加 结构由复杂变为简单 3 分 过渡族金属与碳形成碳化物的规律是 Hf Zr Ti Ta Nb V W Mo Cr Mn Fe 从 左至右形成碳化物的点阵结构由简单的面心立方逐渐变为复杂六方 复杂立方结构 3 分 从左至右形成的碳化物的稳定性逐渐减弱 4 分 3 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 答 合金元素对 Fe Fe3C 相图的影响大致可以分为两类 第一类是开启或扩大奥氏体相区的 元素如 Ni Mn 等 ES SG 线下移 共析点左移 4 分 第二类为扩大或开启铁素体相区的 元素如 V Cr Ti W Si 等元素 ES SG 线上移 共析点左移 4 分 由于合金元素对 Fe Fe3C 相图有影响 所以在制定合金钢的热处理工艺时 不能再以 Fe Fe3C 相图为依据 而 是要以 Fe C Me 三元相图为依据 其淬火加热温度可能比相同碳含量的碳素钢的要高或低 2 分 3 4 说明 Al 4Cu 合金的时效时效强化机制 答 Al Cu 合金的详细分解程序为 首先是通过淬火后 铜在铝基体中形成过饱和固溶体 过饱和固溶体的缺陷结构 淬火 的 固溶体有大量结构缺陷存在 对溶质原子是过饱和的 对空位 二次缺陷和位错也是过 饱和的 产生一定的强化作用 3 随后形成GP区 GP区无独立的晶格结构 溶质原子连续地分布在Al 的晶格结点上 GP 区尺寸因时效温度而不同 室温时效 GP 区的直径d 5 0nm 厚约几个原子 引起的晶格 畸变 3分 相是Cu 原子在GP 区中有序化后形成的 是有独立晶格结构的中间沉淀相 Cu2Al5 以 100 Al 而与母相完全共格 Al 4Cu 合金在150 时效24h 的直径可 达10 0 40 0nm 厚约1 0 4 0nm 是正方晶格 a 0 404nm c 0 78nm a b 二轴与Al 的 晶格常数相同 与 100 Al面完全共格 只有c 轴的晶格周期比Al 的2 倍略小些 因此 随 相的长大 沿c轴方向产生较大的共格应变场 这种强大的共格应变场 是Al Cu 合金 人工时效后强度显著升高的原因 4分 三 选择题 共 20 分 每题 4 分 1 工程结构钢中主加的合金元素是 b a Zn Sn b Si Mn c Nb Ti 2 强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有 c a Ni Co Cu b C N B c Nb Ti V 3 合金元素 Mo W Ti 对钢的回火脆性起到 a a 阻碍作用 b 促进作用 c 无影响作用 4 对于机器零件用钢 合金元素的主要作用是 c a 提高耐蚀性 b 提高耐热性 c 提高淬透性 5 钢的合金化原则是 a 以获得高性能 a 多元少量 b 少元高量 c 多元高量 得 分 评分人 4 四 综合分析题 共 20 分 下列材料中哪种最适合制造 1 发动机传动轴 5 分 2 小型热锤锻模 只考虑模面的热处理工艺 5 分 3 耐蚀轴承 5 分 4 汽车上的冲压成型件 5 分 并制定出它们的热处理工艺 20Cr2Ni4A 0Cr18Ni9Ti 9CrSi HT250 16MnNb Cr12MoV GCr15 Mn13 5CrMnMo ZL201 6 0Si2Mn 9Cr18MoV Cr13Si 40Cr 65Mn 12Mn W18Cr4V 15Cr12MoVA QT400 18 5CrNiMo KT300 06 LF3 铁素体 马氏体双相钢 分析 1 作为发动机传动轴 其服役条件主要是传递扭矩 有交变性 有时还有拉伸 弯曲载荷 轴颈部位要求耐磨 硬度高 要求有高弯曲 扭转复合疲劳强度 根据其性能要 求 要选用通过调质处理获得综合力学性能好的材料来制造 上述钢种中 只有 40Cr 是合 金调质钢 所以选用这个钢来制造发动机传动轴 热处理工艺是 840 860 油淬 520 550 回火 最后轴颈部位高频淬火 然后 150 200 低温回火 2 小型热锤锻模具的服役条件为承受高的压力 和冲击力 型腔表面温度可达到 400 450 要求有高的抗热塑性变形能力 高韧性 高抗热疲劳和良好的抗热烧蚀性 根据其服役条件和性能要求 要选用热模钢 上述材料中有两种热模钢 5CrNiMo 5CrMnMo 小型的选用 5CrMnMo 即可 热处理工艺是 得 分 评分人 5 820 850 油淬 490 510 回火 3 耐蚀轴承在腐蚀介质中承受大的交变负荷和离心引起的附加负荷 要求有高的 表面耐磨性 高的接触疲劳强度 高的弹性极限和一定的韧性 尺寸稳定性和高的耐蚀性 上述材料中 GCr15 是轴承钢 9Cr18MoV 是马氏体不锈钢 前一种耐蚀性不及后一种 所以 选用 9Cr18MoV 制造耐蚀轴承