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引起钢的热脆性和冷脆性，并且容易与晶界分离，因此合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时晶界容易破碎。s可形成熔点为989 的FeS，钢在1000以上的热加工温度下熔化，因此容易发生热脆性。p形成Fe3P，特性坚硬易碎，冷加工时产生应力集中，容易发生裂纹，形成冷脆性。钢中的碳化物根据晶格结构分为两大类。每个都有什么特性？答：简单格结构和复杂格结构简单晶格结构的特点：硬度高，熔点高，稳定性好；复杂光栅结构的特征：经度低，熔点低，稳定性低。合金钢中碳化物形成的简要说明。答： rC/rM0.59形成复杂的晶格结构。在RC/rM0.59中，形成了简单的光栅结构。相似相溶：完全互溶：原子大小，电化学因子相似。限制性溶出：k可溶出其他元素，形成复合碳化物。NM/NC比是碳化物类型碳化物的稳定性越高，溶解越困难，析出越困难，凝聚越难生长。强碳化物形成因素优先与碳结合形成碳化物。4.合金元素如何影响Fe-C相图中的s，e点？这种影响是什么意思？A: a形成元素全部移至s，e点移至_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，f形成元素移至s，e点移至_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。从s点向左移动意味着_ _ _ _ _ _ _减少，从e点向左移动意味着_ _ _ _ _ _ _减少。(左下角；左上) (共晶碳量；莱氏体的c量)讨论不同合金元素在退火、淬火、淬火-回火状态下钢的分布。答：退火状态：非碳化物的形成元素大部分溶于基质，碳化物形成元素取决于c及其自身的数量。优先形成碳化物，其余溶于基质。淬火状态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶于a体的元素在淬火后存在于m，b或残留a中，不溶性保留在k中。回火状态：低温回火，替代合金元素基本不重新分布；400，开始重新分配Me。非k形成元素仍在矩阵中，k形成元素根据回火温度和时间逐步进入析出的k。什么合金元素强烈阻止奥氏体晶粒生长？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？答：Ti、Nb、v等强大的碳化物形成因素(优点):细化晶粒，使钢具有强大的刚度，提高钢的综合机械特性。哪些合金元素能大大提高钢的淬透性？提高钢的淬透性的作用是什么？答：提高结构钢马氏体淬透性的重要因素是Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面，可为工件提供符合技术要求的均匀、优秀的机械特性。另一方面，淬火时使用更平缓的冷却介质，可以减少工件的变形和开裂倾向。8.哪些合金元素能大大提高回火的稳定性？提高钢回火稳定性的作用是什么？答：提高回火稳定性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Mo、w、v、Si作用：改善钢的回火稳定性，可以使合金钢在相同温度下回火时，硬度和强度比相同碳含量的碳钢更高。或者，在保证相同强度的条件下，在更高的温度下回火，使韧性更好。9.第一类回火脆性和第二类回火脆性在什么条件下发生？如何缓解和消除？答：第一类回火脆性：脆性特征：不可逆；回火后与冷却速度无关。断裂是晶界脆性断裂。原因：钢在200-350 回火时，Fe3C薄膜在奥氏体晶界形成，削弱晶界强度。杂质元素p，s，Bi等部分多晶体系降低晶界的结合强度。预防措施：降低钢中杂质元素的含量。 Al脱氧或Nb(铌)、v、Ti等合金元素细化奥氏体晶粒；添加Cr、Si调整温度范围。等温淬火代替调质工艺。第二类回火脆性：脆性特征：可逆性；回火后整体冷却，抑制快速冷却；断裂是晶界脆性断裂。原因：钢在450-650 回火时，杂质元素Sb、s、As或n、p等在晶界中形成分离、网状或片状化合物，从而降低晶界强度。高于回火脆性温度，杂质元素离开晶界或化合物分解。快速冷却抑制杂质元素的扩散。预防措施：钢中杂质元素的减少；加入使a晶粒细化的元素(Nb，v，ti)，加入适量的Mo，w元素。避免第二类回火脆性温度范围。10.总结了合金元素对铁氧体力学性能、碳化物形成趋势、奥氏体晶粒生长趋势、淬透性、回火稳定性和回火脆性的作用。Si、Mn、Cr、Mo、w、v、Ni。答：Si:Si是铁氧体形成因素，溶液强化效果显著。(强度增加，韧性减少)Si形成非碳元素，增加钢的碳活性，因此Si钢的脱c倾向和石墨化倾向更大。Si量小的时候以化合物形式存在的话，阻止奥氏体晶粒长大，精炼a晶粒的同时，提高钢的强度和韧性。Si提高钢的淬透性，使毛坯均匀，具有良好的机械性能。淬火时，使用更平缓的冷却介质，可以减少工件的变形和开裂倾向。Si提高了钢的低温回火稳定性，在相同回火温度下合金钢的硬度高于碳钢。Si可以预防第一类回火脆性。Mn:Mn强化铁素体、低合金普通结构钢的溶液强化效果好。(强度增加，韧性减少)Mn是奥氏体形成元素，促进a粒子生长，提高钢的过热灵敏度。Mn向右移动等温转变曲线，提高钢的淬透性。Mn提高钢的回火稳定性，使合金钢在相同回火温度下的硬度高于碳钢。Mn倾向于促进晶界有害元素的凝聚，增加钢的回火脆性。Cr:Cr是铁氧体形成因素，溶液强化效果显著。(强度增加，韧性减少)Cr是精炼晶体，提高碳化物均匀性的碳化物形成因素。Cr防止相变时碳化物的核生长，提高钢的淬透性。Cr提高回火稳定性，在相同回火温度下合金钢的硬度高于碳钢。促进Cr杂质原子凝聚，增加回火脆性倾向。Mo:(W类似于Mo)铁氧体形成元素，溶液强化效果明显；(强度增加，韧性减少)强碳化物形成元素，因此晶粒细化，提高碳化物的均匀性，大幅提高钢的回火稳定性；阻止奥氏体晶粒长大，精炼a模的同时，提高钢的强度和韧性。提高钢的淬透性，使毛坯均匀，具有良好的机械性能。淬火时，使用更平缓的冷却介质，可以减少工件的变形和开裂倾向。能有效抑制有害元素的凝聚，是消除或缓解钢第二类回火脆性的有效因素。V:(Ti，Nb类似于v)铁氧体形成元素，溶液强化效果明显；(强度增加，韧性减少)强碳化物形成元素，VC颗粒稳定性好，分散分布强，能有效提高钢的热强度和回火稳定性。阻止a粒子生长的效果明显，在精炼a粒子的同时，提高钢的强度和韧性。提高钢的淬透性，消除回火脆性。你：用奥氏体形成元素促进晶粒生长，提高钢的过热敏感性。(强度增加，韧性增加)非碳化物形成元素，提高钢的碳活性，使含Ni钢的脱轨倾向和石墨化倾向较大。对颗粒生长影响不大。提高钢的淬透性，使毛坯均匀，具有良好的机械性能。淬火时，使用更平缓的冷却介质，可以减少工件的变形和开裂倾向。提高回火稳定性，在相同回火温度下合金钢的硬度高于碳钢。促进钢中有害元素的凝聚，提高钢的回火脆性。摘要：SiMnCr平井桃wvNif的动力学性能提高强度和降低韧性强度，韧性增加Ibid提高强度和降低韧性IbidIbid强度，韧性增加k形成倾向非k形成因素弱k形成元素中强k形成元素中强k形成元素中强k形成元素强k形成元素非k形成因素粒子增长倾向镶嵌促进妨碍中间作用妨碍中间作用妨碍中间作用大打出手影响不大淬透性增加增加增加增加增加增加增加回火稳定性提高低温回火提高提高提高提高提高影响不大回火脆性推迟低温脆断，促进高温脆断。促进促进大幅降低降低降低促进11.根据合金元素在钢中的作用，在淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性方面比较了以下钢的性能。40Cr、40CrNi、40 crrn、40CrNiMo答：淬透性：40 Cr 40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr对于结构钢，提高马氏体淬透性的元素大小为Mn、Mo、Cr、Si、Ni，合金元素是复合的。)，以获取详细信息回火稳定性：40 Cr 40CrNiMo40CrMn 40CrNi 40Cr奥氏体晶粒长大倾向：40 crrn 40 Cr 40 crni 40 Cr nimo韧性：40 crnimo 40 crni 40 CrN 40 Cr (ni能提高基体的韧性)回火脆性：40 crni 40 CrN 40 Cr 40 Cr nimo (mo减少回火脆性)12.为什么w，Mo，v等元素对非光照变异有很大作用，但对贝氏体变异几乎没有影响？答：在珍珠岩转换中，除了c的扩散和重新分配外，w、Mo、v等k必须形成元素的扩散，而在a中间隙原子碳的扩散激活要比w、Mo、v等取代原子的扩散激活能量小得多，因此w、Mo、v等k形成元素的扩散是珍珠岩转换中碳化物核的控制因素。v主要是推迟碳化物核的形成和生长，提高过冷奥氏体的稳定性w，Mo不仅推迟碳化物形态的核和生长，还增加固溶体原子间的结合力，铁的自扩散激活能量，减缓c的扩散。贝氏体变形是一种半扩散型相变，w、Mo、v等取代原子不能明显扩散，除了间隙原子碳可以远距离扩散以外。w，Mo，v增加了c在y上的扩散激活能量，降低了扩散系数，推迟了贝氏体转换，但是效果小于Cr，Mn，Ni。13.为什么钢的合金基本原理是“复合添加”？请举例说明合金元素的复合作用机制。答：合金元素在某些方面可能起到积极作用，但在很多情况下有不想要的副作用，因此材料的合金设计存在不可避免的矛盾。合金元素有共同的问题，但有不同的个性。不同因素的复合，其作用不同，一般不是单纯的线性关系，而是相互补充，相互加强。因此，通过合金元素的复合物避免了伤害，使钢铁获得了优秀的综合性能。例如：Nb-V复合合金：Nb的化合物稳定性好，完全溶解温度可达1325 1360。因此，在轧制或锻造温度下还存在不溶性Nb，可以在高温加热时有效阻止a粒子的生长，v的作用主要是强化沉淀。Mn-V复合物：Mn趋于过热，V减弱Mn的作用。Mn可以降低碳活性，减少稳定性好的VC熔点，从而在淬火温度下大量溶解VC，使钢具有良好的淬透性和回火稳定性。14.合金元素v在某些情况下可以起到减少淬火的作用，为什么呢？为什么40Mn2和42Mn2V的淬火性稍大？答：钒和碳、氨、氧具有很强的亲和力，因此形成了稳定化合物。钒主要以钢的碳化物形式存在。其主要作用是精炼钢的组织及晶粒，降低钢的强度及韧性。在高温下溶于固溶体时提高淬透性。相反，以碳化物的形式存在时，降低淬透性。15.“了解合金钢和碳钢强度特性差异的方法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的影响。而且合金元素的良好作用只能在适当的热处理条件下出现吗？16.合金元素提高钢韧性的主要方法是什么？答：奥氏体晶粒细化-如Ti，v，Mo提高钢的回火稳定性强k形成元素提高基质韧性- ni精炼碳化物-适量的Cr、v减少或消除钢的回火脆性-w，Mo在强度保证水平上适当降低碳量，提高冶金质量合金化形成一定量的残余奥氏体17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢、油淬火临界淬火直径Dc分别为25-30mm、40-60mm、60-100mm，并尝试说明硬化性翻倍的现象。答：提高结构钢马氏体淬透性的重要因素是Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。Cr、Ni和Mo可以通过将40Cr、4040 crni和40CrNiMo分别引入复合体来实现更大的追溯能力。Cr和Ni的适当配合越多，钢的淬透性就越高，而Mo提高淬透性的效果就越明显。18.钢的强化机制是什么？为什么普通钢强化工艺使用调质？答：溶液强化、电位强化、微细粒子强化和第二相分散强化的四种强化机制。因为调质工艺充分利用了强化微细粒子、强化溶液、强化电位、强化第二相等四种强化机制。(1)淬火后获得的马氏体是碳在-Fe的过饱和间隙固溶体，碳原子具有间隙溶液强化效果。(2)马氏体形成后，奥氏体分成不同方向的多个区域，产生细颗粒强化效果。(3)淬火形成马氏体时，马氏体的位错密度增加，产生位错强化效果。(4)淬火后回火时析出的碳化物导致强第二相强化，钢的韧性也有所改善。摘要：无论是碳钢还是合金钢，在淬火-回火时，充分利用加强材料的四种机制，充分发挥钢的机械性能潜力。所以得到马氏体并进行相应的回火是钢最经济有效的综合强化手段。19.请解释一下，40Cr13已经属于共融河，Cr12河出现共融组织，属于莱斯河。答：由于Cr属于封闭的y相区域，向左移动s点会减少共晶碳量，因此如果钢包含Cr12%，则共晶碳量小于0.4%，因此包含0.4%C，13%Cr的40Cr13不锈钢属于共融钢。Cr向左移动电子点，湖人的碳含量就会减少。在Fe-C相图中，e点是钢和铁的边界线，碳钢没有莱氏体组织。但是如果加上12%的Cr，即使碳量只有2%左右，钢已经产生了莱西体操组织。Mn稍高的钢很容易过热.包含Si的钢的淬火加热温度必须稍高，冷硬化率高，对冷变形加工不好。答：Mn是奥氏