金属材料学复习题(整理版)

第一章合金化合金元素：是一种专门添加到钢中的化学元素，目的是获得所需的微观结构，从而获得某些物理、化学或机械性能。微合金化元素：某些合金元素，如钒、铌、钛、锆和硼，当它们的含量仅为0.1%(如硼0.001%，钒0.2%)时，将显著影响钢的组织和性能。这种化学元素被称为微合金元素。奥氏体形成元素：在-Fe中有较大的溶解度，并能稳定相。如锰、镍、钴、碳、氮、铜；铁素体形成元素：在-铁中具有更大的溶解度，并能稳定相。例如：钒、铌、钛等。原位沉淀的：元素富集成渗碳体。当合金渗碳体的浓度超过其在合金渗碳体中的溶解度时，合金渗碳体就地转变成特殊的碳化物，如铬钢中的铬：错位沉淀：在回火过程中直接从相中沉淀出特殊的碳化物，随着渗碳体的溶解，硬度和强度得到提高(二次硬化效应)。如钒、铌、钛等。都属于这种类型。2.哪些合金元素钒、铬、钨、钼、锰、钴、镍、铜、钛和铝是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？它能在-Fe中形成无限的固溶体。它能在g-Fe中形成无限的固溶体。答：铁素体形成元素：钒、铬、钨、钼、钛、铝；奥氏体形成元素：锰、钴、镍、铜能在-Fe:V，Cr中形成无限固溶体；能在石墨-铁：锰，钴，镍中形成无限固溶体3.简述合金元素对扩大或缩小相区的影响，并说明在生产中应用这一原理的意义。答：(1)扩大相区：减少A3和增加A4通常是奥氏体形成元素有两种类型：a .开相区：锰、镍、钴和-铁无限混溶。B.扩展相区：碳、氮、铜等。如铁碳相图，所形成的扩展相区构成了钢热处理的基础。(2)缩小相区：增大A3，减小A4。通常是铁氧体形成元素分为两种类型：a。封闭的相区：相图中的区缩小到非常小的区域，形成一个圈。结果，相区和相区连接在一起。如钒、铬、硅、铝、钛、钼、钨、磷、锡、砷、锑。B.还原相区：锆、铌、钽、硼、硫、铈等。(3)生产意义：M可用于扩大和缩小相区，获得具有特殊性能的单相组织，广泛用于耐蚀钢和耐热钢。4.简述合金元素对铁碳相图的影响(如共析碳量、相变温度等)。)。答：1)奥氏体区的位置发生了变化(2)共晶温度发生变化：(1)相区元素膨胀，还原A1和A3；(2)减少相区元素增加A1和A3。当钼8.2%、钨12%、钛1.0%、钒4.5%、硅8.5%时，相区消失。3.)共析体的碳含量发生变化：所有的合金元素都向左移动S点。(问题：这对组织和绩效有什么影响？)5.碳化物形成元素(钒、铬、钼、锰等)形成的碳化物的基本类型和相对稳定性。)在合金钢中。答：基本型：大规模定制型；M2C型；M23C6M7C3M3C型。M6C(强钾形成元素形成的钾相对稳定，其顺序为TiZrNbVW、MoCrMnFe)k的相对稳定性为：MCM2CM6CM23C6M7C3M3C6.主要合金元素(钒、铬、镍、锰、硅、硼等)的作用机理。)对过冷奥氏体冷却转变的影响。答：钛、铌、锆、钒：过冷的稳定性主要是通过推迟磷转变过程中钾的成核和生长来提高的。钨、钼、铬：1)延迟钾成核和生长；2)增加固溶体原子间的结合力，降低铁的自扩散活化能。行动规模是：世界气象组织锰：(铁、锰)3C，减缓磷转化过程中渗碳体的成核和生长；扩大相区，强烈延迟 转变，提高的成核功；镍：打开相区，稳定相，提高形核功(渗碳体能溶解镍和钴)Co:增大了相区，但会提高A3温度(特殊情况)，使 在较高温度下转变，降低过冷的稳定性。向左移动C曲线。铝、硅：不形成相应的钾，也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为钾成核创造条件；硅可以提高铁原子的结合力。硼、磷、稀土：强的内部吸附元素，富集在晶界，降低的界面能，阻碍相和K形核。7.合金元素对马氏体转变有什么影响？答：合金元素的作用表现在：1)对马氏体点的影响；2)改变马氏体形态和精细结构(亚结构)。除铝和钴外，钼的温度都降低到很高的程度，碳锰铬镍钒钼，钨和硅都很低。增加含量：该特性可用于将质谱温度降至0以下，以获得所有组织。如添加镍、锰、碳、氮等。合金元素倾向于增加孪晶马氏体的形成，亚结构与合金成分和马氏体转变温度有关。8.如何使用合金元素来消除或防止第一次和第二次回火脆性？答：1)低温回火脆性(一级，不可逆)其形成的原因是钾片沿板条马氏体的间隙沉淀。预防：添加硅使脆性温度升高300；加入钼以降低效果。2)高温回火脆性(二级，可逆)形成原因与钢中杂质元素向原始奥氏体晶界的偏析有关。预防：加入钨、钼以消除或延缓杂质元素的偏析。9.如何理解二次硬化和二次硬化两个概念的相互关系和不同特征。答：经过二次淬火后，在含钛、钒、铌、钼、钨等高合金钢中淬火。并在500- 600回火，这些元素的特殊碳化物在相中析出，提高了钢的HRC和强度。(然而，二次硬化仅在沉淀出位置时发生)二次淬火：在高含量强钾元素合金钢中淬火后非常稳定。即使加热到500-600，在回火和保温过程中也不会分解，但在冷却过程中会部分转化为马氏体，从而提高钢的硬度。相同点：均发生在合金钢中，含有相对较多的强碳化物形成元素，发生在淬火和回火过程中，回火温度约为550。不同的是，二次淬火是在回火和冷却过程中由氩转变为钼，这是钢硬度的增加。二次硬化：回火后，钢的硬度没有降低而是增加(由于特殊k的沉淀)10.总的来说，有什么方法可以强化钢？回答1)强化的主要途径从宏观上看，钢的合金化、冷热加工和综合应用是钢强化的主要手段。显微镜下：制造尽可能多的障碍来阻碍金属晶体中的位错运动；或者尽可能减少晶体中的可移动位错，以抑制位错源如晶须的开始。(主要机制有：固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化、析出强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化)2)增韧方法：晶粒细化；降低有害元素的含量；防止预存微裂纹；形变热处理；使用稳定的残余奥氏体提高韧性；加入锰，如镍、锰；可以提高韧性；钢基体中或晶界上的粗钾或其它化合物相的存在被最小化。第二章工程结构钢1.工程结构钢的基本性能要求是什么？答：(1)足够高的强度和良好的塑性；(2)常温下具有适当的冲击韧性，有时需要低温下具有适当的冲击韧性；(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？为什么低c被考虑？答：为了提高碳素工程结构钢的强度，加入少量合金元素进行固溶强化、细晶强化和沉淀强化。细晶强化用于降低钢的韧脆转变温度，以抵消由于碳氮化物沉淀强化引起的钢的韧脆转变温度的升高。考虑低c的原因：(1)碳含量过高时，磷含量增加，磷呈层状结构，钢的脆性增加，FATT50()增加。(2)碳含量的增加会增加碳当量。当首席执行官1)抑制奥氏体变形再结晶；2)防止奥氏体晶粒生长；3)沉淀强化；4)改变和细化钢的结构4.低碳贝氏体钢的合金化特征是什么？解决方法：合金元素主要能显著延迟第一次共析的氟和磷转变，而钼和硼等延迟硼转变较少的元素能获得贝氏体组织。1)加入锰、镍、铬等合金元素，进一步延缓第一共析体氟和磷的转变，降低硼点，获得较低的硼结构；2)添加微合金元素以充分发挥其精炼和沉淀效果；3)低碳，提高韧性和焊接性。第三章机械制造结构钢1)液态碳化物：由于碳和合金元素的分离，在局部微小区域从液晶中沉淀的碳化物。2)网状碳化物：过共析钢是在热轧(锻造)后的缓慢冷却过程中，奥氏体晶界以网状方式发生二次碳化物沉淀而形成的。3)水韧化处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低了钢的强度、韧性和耐磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体的温度范围，使碳化物完全溶解在奥氏体中，然后水冷，得到单一奥氏体结构。4)超高强度钢：一般来说，屈服强度大于1370兆帕(140千克力/平方毫米)，抗拉强度大于1620兆帕(165千克力/平方毫米)的合金钢称为超高强度钢。2.调质钢和弹簧钢的成分、热处理、常见组织和主要性能的比较，以及对各自主要钢种的熟悉程度。回答：成分热处理共同组织主要性能硬化和回火钢0.30-0.50%碳钢或中低合金钢淬火和高温回火回火s或回火t较高的强度、良好的塑性和韧性弹簧钢中高碳钢或低合金钢淬火和中温回火回火试验高弹性极限、高疲劳强度、足够的塑性和韧性。3.液态碳化物和带状碳化物的形成、危害及消除方法。答：该形成是由晶锭结晶过程中的枝晶偏析引起的。凝固碳化物属于由偏析引起的假共晶碳化物(初生碳化物)。带状碳化物属于二次碳化物偏析(在固相凝固过程中)危害：降低轴承的使用寿命，增加零件的淬火和开裂倾向，导致硬度和机械性能的不均匀性(各向异性)。消除方法：1)控制部件(c，Cr %)；2)钢锭的合理设计和工艺改进；3)大锻造(轧制)比以破碎碳化物；4)高温扩散退火(1200)。5.马氏体时效钢和低合金超强度钢在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有什么不同？合金化热处理强化机制主要性能马氏体时效钢1)过量相区(镍、钴)；2)时效强化(镍、钛、铝、钼、铌、钼)；3)为了提高塑性韧性，必须严格控制杂元素(碳、硫、氮、磷)的含量。1)高温奥氏体化后淬火成马氏体(Ms :100 150)；2)时效产生强烈的沉淀强化效果，并显著提高强度。固溶体强化冷作相变强化时效强化高强度、良好的塑性韧性和缺口强度；热处理工艺简单；淬火后硬度低，冷变形性能和切削性能好；良好的焊接性低合金超级钢1)确保钢的淬透性(铬、锰、镍)；2)提高钢(钒、钼)的抗回火能力；3)延缓低温回火脆性(硅)；4)细化晶粒(钒、钼)。淬火、低温回火或等温淬火晶粒细化、沉淀硬化和亚结构变化。高强度；成本低；生产工艺相对简单；韧性和塑性差；更倾向于去碳；可焊性不是很好。3.高锰钢在平衡、铸造、热处理和使用四种状态下的结构是什么？为什么它们具有抗磨损性能？答：平衡微观结构：(铁、锰)3C；铸态组织：碳化物；热处理状态下的显微组织：单相-磷；处于使用状态的组织：的表面硬化层的内部反西方的原因4.GCR15是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量是多少？碳和铬的主要功能分别是什么？预热处理和最终热处理分别是什么？高碳铬轴承钢。碳含量1%，铬含量1.5%。碳的作用：固溶强化提高硬度；碳化物形成。铬的作用：提高淬透性、耐磨性和耐腐蚀性预热处理：(扩散退火，正火)球化退火最终热处理：淬火和低温回火(稳定化处理)第四章工具钢什么是红色硬度？为什么它是高速钢的一个重要特性？哪些元素能提高高速钢的红色硬度？答：红色硬度：在高温下保持硬度的能力。提高热硬度的元素包括：钨、钼、钒、钴、氮(通常与铝一起加入)。4.18-4-1高速钢的铸态组织特征是什么？为什么高速钢在热处理前必须经过大量地热处理？答：铸态结构：鱼骨乐黑白结构铸态高速钢组织中的粗大共晶碳化物必须通过锻造和轧制来破碎，以使它们尽可能均匀地分布在粒状碳化物中。7.为什么高速钢18-4-1最终热处理的加热温度高达1280。为什么在加热过程中要在600650和800850进行二次预热和保温？答：加热温度高：为了使奥氏体中合金化程度高，淬火温度应尽可能提高，直到晶界熔化温度降低(晶粒尺寸仍然很细，8-9级)。目的：获得高抗回火淬火后的高合金M组织。高温回火过程中析出的弥散合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高硬度和热硬度。一次或两次预热：由于高合金高速钢的导热性差，为了防止工件在加热过程中变形和开裂，缩