工程材料学课后习题答案

1、第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的1）按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。2）按冶金质量SP含量分：普通钢，P<%,SW频钢，P、S均w%高级优质钢，P、S均w%3）按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些奥氏体稳定化元素，主要是Ni、Mn>CoCN、Cu等铁素体稳定化元素，主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何1）碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、

2、W、Cr、Mn、Fe等（按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列），在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体含量高时可形成新的合金碳化物。2）形成碳化物的规律a）合金渗碳体一一Mn与碳的亲和力小，大部分溶入-Fe或丫Fe中，少部分溶入Fe3c中，置换Fe3c中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C;Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b）合金碳化物Mo、W、Cr含量高时，形成M6c（Fe2Mo4cFe4Mo2C）,M23C6（Fe21W2c6Fe2W21C6）金碳化物c）特殊碳化物一一Ti、V等与碳亲和力较强时i.当rc/rMe<时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构

3、，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。ii.当rc/rMe>时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。 4、钢的四种强化机制如何实际提高钢强度的最有效方法是什么1）固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2）晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3）第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4）位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。有效方法：淬

4、火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和Fe元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；R-M是形成许多极细小的取向不同的马氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。 5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。1） 固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。2）二次硬化：在含M

5、o、W、V较多的钢中,回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低,而是在某一温度后硬度反而增加,并在某一温度（一般为550左右）达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化3）二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。4）回火稳定性：合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残余奥氏体转变，提高Fe的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大的弥散度提高了钢对回火软化的抗力即提高了回火稳定性。6、何谓第一类、第二类回火脆，如何消除及预防1）第一类回火脆：250-300片状碳化物在马氏体边界上析出，破坏了马氏体间的连接，使脆性增大，是由相变机制本身决

6、定的，不能消除，只能避免，不可逆。2）第二类回火脆：450-600杂质及本身在原晶界偏聚，（Mn、Cr、Ni钢）降低晶界结合力，使脆性增加。消除方法：1）Mo或W能阻止，推迟杂质往晶界偏移，可消除第二类回火脆。2）高温回火、快冷3）尽量减少杂质元素含量（S、P）7、如何提高钢的韧性1）细化晶粒：Ti,V,Nb,Al阻碍晶粒长大，使晶面积T,裂纹阻力大；2）改善基本的韧性：置换使强T,韧（，但Ni元素却相反，Ni置换改变位错运动的特点，使其容易绕过某些障碍，避免产生应力集中，使基体韧性T,Ni>13%,消除Tk,低温用钢一高Ni钢（Mn）;3）提高回火稳定性：间隙固溶，位T-应力，脆性T,

7、提高回火稳定性，（可提高T回），可以在获相同的强度条件下提T回，充分地降低固溶度，位错，应力；4）细化碳化物：碳化物自身断裂；成为核心;粗大的碳化物使裂纹易扩展。细化碳化物、均匀、弥散分布对强度韧性有利。5）控制非金属夹杂和杂质元素：Mo，W能抑制杂质元素在晶界偏聚。8、材料变形的一般规律。韧性是指材料对断裂的抗力-形成，扩大一延性断裂，解理断裂，沿晶断裂。1） 韧性断裂：弹性变形、屈服、塑性变形、颈缩、断裂i .延性断裂：核心一孔洞-长大，汇合一导致断裂；ii .解理断裂：低温，高加载速度，金属塑性差；iii .沿晶断裂：晶界上元素，第二相（脆性相）2）脆性断裂：少量弹性变形，瞬间断裂9、合

8、金元素对过冷xx转变的影响。除Co外，均使C曲线右移，增大稳定性，使孕育期增大，淬透性增加。常用提高淬透性元素有：Cr,Mn,Mo,Si,Ni等五种。10、合金元素是如何提高钢的回火稳定性的，哪些较强由于Me与C的作用，大多数C扩散而相的回火转变又与C的扩散有关。因此，M在回火过程中：推M分解，A'转变温度T,提高口的再结晶温度；使碳化物难以聚集长大，而保持较大的弥散程度。因此提高了钢的回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得钢在相同回火T下，具有高硬度和强度；也可使回火T升高，保证强度的同时使韧性提高（结构钢）。提高回火稳定性较强的元素：V，Si，Mo，W，Ni，Mn，Co第二章

9、工程构件用钢1 、低碳钢板采用冷轧工艺时，为何出现表面褶皱由于屈服变形集中在局部地区少数滑移带上，所以必然引起滑移台阶高度增大、使试样表面有明显滑移线，表面出现褶皱。2、淬火时效、应变时效、钝化效应含义。1）淬火时效：构件用钢在加热到Ac1以上进行淬火（快冷）后，在放置过程中，其强度、硬度增高，塑性、韧性下降，并提高钢的脆性转折温度，这种现象称为淬火时效。2）应变时效：构件用钢经塑性变形后，在放置过程中，其强度、硬度增高，塑性、韧性下降，并提高钢的脆性转折温度，这种现象称为应变时效。3）钝化效应：指通过改变钢表面状态而造成基体金属表面部分电极电势升高的现象。3、构件用钢的大气腐蚀效应。在一块钢

10、板里构成有许多微小的原电池，从而引起钢板腐蚀的现象。4、常见的焊接脆性有哪些马氏体转变脆性凝固脆性热影响区的时效脆性焊接后加热脆性5、碳钢中常存杂质元素对钢性能有何影响1)Mn：有益元素，来源于炼钢材料，改善钢的质量。2)Si：有益元素，改善钢的质量，脱氧。3)S:有害元素，来源于炼钢中的矿石和燃料，当钢在1000-1200C进行加工时，热脆。控制S含量，用Mn去S。4)P:一般有害，矿石带入，P溶于Fe中，硬度T,低温严重-冷脆。5)N:O有害，机械性能下降，氧化物夹杂使疲劳强度降低；H有害，引起氢脆、白点；N有害，使强硬度升高，塑性降低。总之，杂质元素对钢材的性能和质量影响很大，必须严格控

11、制在牌号规定的范围内。6、碳钢常见的分类方法有哪些试说明20钢、45、60、Q215-A钢、Q215-B钢、T8钢、T10A钢、T12钢。分类方法i .按含碳量：低碳钢、中碳钢、高碳钢ii .按钢的质量：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢iii .按脱氧程度：沸腾钢、镇静钢iv .按用途：碳素结构钢、碳素工具钢1)20钢表示Wc=%勺优质碳素结构钢2)45钢表示Wc=%勺优质碳素结构钢3)60钢表示Wc=%勺优质碳素结构钢4)Q215-A钢：屈服强度最低值为215MPa的A级镇静钢5)Q215-B钢：屈服强度最低值为215MPa的B级镇静钢6)T8钢：平均Wc=%勺碳素工具钢7)T10A钢

12、：平均Wc=1%勺A级优质碳素工具钢8)T12钢：平均Wc=%勺碳素工具钢7、为什么普低钢(低合金结构钢)用Mn作为主要的合金元素辅助元素在钢中起什么作用Mn固溶强化，可使奥氏体分解温度降低，细化了晶粒，使P变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提高钢的强度和韧性。Nb、V、Ti强化物形成元素，在钢中形成细碳化物，阻碍钢热轧时奥氏体晶粒长大。细化晶粒，析出、强化作用，强韧化提高。8、试说明16Mn、15MnVN中合金元素的作用。1)Mn固溶强化，可使奥氏体分解温度降低，细化了晶粒，时P变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提高钢的强度和韧性。2)V作用：沉淀强化，细化晶粒。3)N作用：与V形成主要氮化

13、物细化晶粒，影响塑性、韧性，可提高强度。第三章机器零件用钢1 试述渗碳钢的合金化和热处理特点。合金化特点：2 .低C:Wc=保证零件心部有足够高的韧性3 .加入提高淬透性的合金元素：Cr,Ni,Mn,B,W”提高心部淬透性，获得低CM3细化晶粒：强Ti,V,中CemW,Mo等，形成稳定的合金Cem阻碍长大4 .改善渗C的性能：Cem形成元素：使表层CT,心部CJ,陡，C扩散受阻非Cem形成元素：Ni表层CJ,心部CT,平缓，加速C扩散但Si使表层加入C困难，使渗C速度降低，所以渗C钢中不加SiMe元素在钢中的作用并不单一，而是多重性：Cr提高淬透性，细化晶粒，提高渗C的浓度，与Ni作用改善渗C

14、分布Ni,Cr为主要元素+其它辅助白元素(Ti,V,W,Mo,B)热处理特点：渗碳钢的热处理一般是渗碳后直接淬火加低温回火。2、试分析20CrMnTi9SiCr40CrNiMo40Cr60Si2MnGCr1纲中合金元素的作用1)20CrMnTi:Cr提高淬透性和回火稳定性，改善钢的耐磨性和解除疲劳抗力；Mn提高淬透性：Ti是强碳化物形成元素，提高回火稳定性，细化晶粒。2)9SiCrSi提高回火稳定性；Cr提高回火稳定性和淬透性。3)40CrNiMo：Cr、Ni、Mo均提高淬透性；Ni固溶强化作用；Mo防止第二类回火脆。4)40Cr：Cr提高淬透性和回火稳定性，改善钢的耐磨性和解除疲劳抗力。5)

15、60Si2Mn：Si提高回火稳定性；Mn提高淬透性。6)GCr15:Cr提高淬透性和回火稳定性，改善钢的耐磨性和解除疲劳抗力。3、什么叫调质钢，为什么调质钢大多数是中碳钢或中碳合金钢。合金元素在钢中的作用是什么。调质钢进行高温回火的目的是什么。1）通常将经过淬火和高温回火（即调质处理）处理而使用的结构钢称为调质钢。2）C过低：不易淬硬，回火后强度不够。过高：韧性不够。3）Me作用：提高淬透性固溶强化防止第二类回火脆性细化晶粒4）目的：调质钢的最终性能决定于回火温度，一般采用500-600回火，通过选择回火温度，可以获得所要的性能，为防止第二类回火脆性，回火后快冷，有利于韧性提高，故采用高温回火

16、。4.、为什么铬轴承钢要有高的含碳量，铬在轴承钢中起什么作用。1）高碳可以保证钢有高的强度和耐磨性。2）Cr的作用：Cr可提高钢的淬透性；钢中部分Cr可溶于渗碳体，形成稳定的合金渗碳体（FeCD3C,含Cr的合金渗碳体在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织；碳化物能以细小质点均匀分布于钢中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度；Cr还可以提高钢的耐腐蚀性能。5、为什么弹簧钢大多数是中高碳钢。合金元素在弹簧钢中的作用是什么。进行中温回火的目的是什么1）中、高碳高的屈强比要求弹簧钢的碳含量比调质钢高，碳的质量分数一般为一%碳含量过高

17、时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。2）加入Si,Mn提高淬透性：强化基体；提高回火稳定性；Si易使表面脱C；Mn使钢易过热；重要用途的弹簧钢还必须加入Cr、V、W等元素防止脱C，过热，改善Si,Mn的不利影响，进一步提高强度和淬透性，Si-Cr弹簧钢不易脱C,本身形成Cr-V,V晶粒细小，耐冲击性好，强度小。3）进行中温回火的目的是得到托氏体的最终组织。6、说明下列牌号属于那种钢，并说明数字和符号的含义:Q34520CrMnTi40CrGCr1560Si2Mn1)Q345:属于普碳钢，屈服强度大于345MPa的合金结构钢。2)20CrMnTi:中淬透性渗碳钢，含碳%,含Cr、Mn、Ti小于的

18、渗碳钢3)40Cr：低淬性调质钢，含碳,含Cr较多但小于。4)GCr15:滚动轴承钢，含碳1%,含%。5)60Si2Mn：硅镒弹簧钢，含碳,含硅约为2%,含镒小于。第四章工具钢1、为什么高速工具钢(W18Cr4V)?卒火温度为1280C,并要经过560c三次回火560是否是调质为什么1)高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难熔碳化物，它们只有在1200c以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为1220c1280C。2)进行多次回火，是为了逐步减少残余奥氏体量。W18Cr4V钢淬火后约有30%残余奥氏体，经一次回火后约剩15%18%,二次

19、回火降到3%5%,第三次回火后仅剩1%2%。3)560不是调质，因为回火后的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。2、说明下列牌号属于那种钢，并说明数字和符号的含义。W18Cr4V9SiCrCr125CrMnMoCrWMn3Cr2W8V3Cr2Mo1)W18Cr4V高速工具钢，含C的质量分数为，W的质量分数为18%,Cr的质量分数为4%,V的质量分数为1%，W、Cr、V为钢中所含合金元素。2)9SiCn低合金刃具钢，含C的质量分数为,含Si、Cr的质量分数为1%。3)Cr12:冷作模具用钢，12表示含Cr的质量分数为12%,主要化学成分C、Cr。4)5CrMnMo：热作模具用钢，含C

20、的质量分数为%，含Cr的质量分数为1%，含Mn的质量分数为1%，含Mo的质量分数为1%，主要化学成分C、Cr、Mn、Mo。5)CrWMn：低合金刃具钢，含C的质量分数为1%,含Cr、W、Mn的质量分数均为1%，主要化学成分C、Cr、W、Mn。6)3Cr2W8V:热作模具用钢，含C的质量分数为,含Cr的质量分数为2%，含W的质量分数为8%，含V的质量分数为1%，主要化学成分C、Cr、W、V。7)3Cr2Mo：热作模具用钢，含C的质量分数为,含Cr的质量分数为2%,含Mo的质量分数为1%，主要化学成分C、Cr、Mo。3、块规一般采用何种材料，其热处理工艺特点什么a)块规一般采用GCH5钢制作，要求

21、具有高的硬度和耐磨性，组织稳定，低的表面粗糙度，耐蚀性。b)热处理特点：i .淬火加热时要进行预热，减小变形；ii .在保证高硬度的条件下尽量降低淬火温度，淬火不用分级或等温淬火以减少残余奥氏体的含量；iii .采用较长的低温回火温度，提高组织的稳定性；iv .淬火后进行冷处理，使残余奥氏体继续变为马氏体增加钢的尺寸稳定性；v .低温回火后进行实效性处理。第五章特殊性能钢 1、不锈钢是如何分类的不锈钢中加Cr的目的是什么为什么一般Cr>13%拇不锈钢在900C-1100c高温加热，空中冷却的基本类型分为铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，马氏体不锈钢和双相不锈钢。2)铬能提高基体的电极电位，获得

22、单一铁素体组织。10 / 163）由于碳在钢中必须存在，它能与Cr形成一系列的Cr的碳化物，为了使固溶体的的Cr含量不低于,通常把钢中的含Cr量适当提高一些，这就是实际应用最低不低于13%的原因。 2、不锈钢的含碳量为何比较低碳与铬的亲和力很大，能形成一系列的复杂的碳、铬化合物，钢中的碳质量分数越大，钢的耐蚀性越低，因此，不锈钢中碳的质量分数一般比较低。 3、为何高Cr不锈钢热加工性比较差因为Cr不锈钢淬透性好，在高温加热后空冷就能得到马氏体组织，则残余应力增大，而且使工件的硬度增大，难于进行切削加工。 4、奥氏体不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么固溶处理与一般钢的淬火有何不同1） 固

23、溶处理的目的：获得单项奥氏体组织，使钢具有较低的强度和硬度，提高耐蚀性，是防止晶向腐蚀的重要手段。稳定化处理的目的：有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶向腐蚀的产生。2）不同之处：固溶处理是钢最大程度的软化处理，使钢表面具有较低的强度、硬度。*5、20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。20CrMnTi属于淬透性渗碳钢，Ti属强碳化形成元素，组织奥氏体晶粒在渗碳过程中长大，达到细化晶粒的作用。1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，Ti消除晶向腐蚀，力口Ti让钢中的钛与碳或银形成稳定的TiC和NiC,而不形成Cr23C6,这样可以防止晶向腐蚀。第六章铸铁 1、名词：石墨化、白口铸铁

24、、灰口铸铁、麻口铸铁石墨化-铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。白口铸铁-碳主要以游离碳化物的形式析出，断口呈银白色。灰口铸铁-碳大部分或全部以石墨的形式析出，断口呈暗灰色。麻口铸铁-碳部分以游离碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，断口灰、白色相间。 2、根据Fe-G相图，分析灰口铸铁、麻口铸铁、白口铸铁是如何获得的其获得的显微组织分别是什么名称石墨化进行程度显微组织第一阶段第二阶段灰铸铁完全石墨化完全石墨化部分石墨化未石墨化铁素体+石墨铁素体+珠光体+石墨珠光体+石墨麻铸铁部分石墨化未石墨化莱氏体+珠光体+石墨白口铸铁不进行不进行xx3、影响石墨化的主要因素是什么如何影响1、温度及冷却速度在实

25、际生产中，铸铁的缓慢冷却，或在高温下长时间保温，都有利于石墨化进程。2、合金元素促进石墨化的元素-C、Si、Al、Cu、Ni、Co等。阻碍石墨化的元素-Cr、W、Mo、V、Mn等，以及杂质元素S。一般来说，非碳化物形成元素阻碍石墨化。在促进石墨化的元素中，C和Si最强烈。生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织与性能的基本措施。碳不仅促进石墨化，而且还影响石墨的数量、大小和分布。S强烈促进石墨的白口化，并使机械性能和铸造性能恶化，因此一般控制在0.15%以下。生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。4、为什么在同一灰铸铁中，往往表层和薄壁部位易产生白口组织，用什么方法予以消除铸铁

26、结晶后，在表层和薄壁外，因冷却速度较大而出现白口组织。用石墨化退火消除，退火温度900950、保温25小时，使固晶渗碳体分解为奥氏体和石墨，然后伴随着降温再进行石墨化。5、铸铁的抗拉强度和硬度主要取决于什么主要取决于基体组织及石墨的数量、形状大小和分布。第七章有色金属及其合金 1、根据二元铝合金一般相图，说明铝合金是如何分类的根据铝合金的成分和生产工艺特点，通常将工业用铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。 2、什么是铝合金热处理强化方法简述其强化机理合金元素对铝合金的强化作用主要表现为固溶强化、沉淀强化、过剩相强化和细化组织强化。1)固溶强化：合金元素加入纯铝中后，形成铝基固溶体，导致晶格发生畸

27、变，增加了位错运动的阻力，由此提高铝的强度。2）沉淀强化：合金元素在铝中不仅应有较高的极限溶解度和明显的温度关系，而且在沉淀过程中还能形成均匀、弥散的共格或半共格强化相，这类强化相在基体中可造成较强烈的应变场，增加对位错运动的阻力。3）过剩相强化：当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解时，合金在淬火加热时便有了一部分不能溶入固溶体而以第二相出现，称为过剩相，这些过剩相在铝合金中起阻碍位错滑移和运动的作用，使合金的硬度和强度提高，而塑性和韧性降低。4）细化组织强化：加入微量合金元素进行变质处理而细化组织的方法来提高合金的强度和塑性。3、变形铝合金分为哪几类主要性能特点是什么变形铝合金分为：防锈铝

28、合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金。1 ）防锈铝合金：具有很高的塑性、较低的或中等的强度、优良的抗腐蚀性能和良好的焊接性能，适宜压力加工和焊接。2）硬铝合金：a.低合金硬铝：塑性好，强度低。采用固溶处理和自然时效提高强度和硬度，时效速度较慢。b.标准硬铝：强度和塑性属中等水平.退火后变形加工性能良好，时效后切削加工性能也较好。c.高合金硬铝：合金元素含量较多，强度和硬度较高，塑性及加工性能较差。硬铝合金的不足：抗蚀性差，固溶处理的加工温度范围较窄。3）超硬铝合金：经固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度，所以它们是强度最高的一类铝合金.但这类合金的抗蚀性较差，高温下软化快.用包铝法可提高抗蚀性。4）锻铝合金：热塑性好，具有良好的压力加工性能。4、如何提高ZL102的力学性能浇铸前向合金液中加入占合金重量2%-3%的变质剂(常用钠盐混合物：23NaF+八3NaCD以细化合金组织，显著提高合金强度及塑性。5、试述Cn-Zn值铜)、Cu-Sn(Sn#Cu)的主要性能特点及应用为什么黄铜H62的强度高而塑性低黄铜H68的塑性却比H62好主要性能特点应用Cn-Zn值铜)不仅有良好的变形加工性能，而且有优良的铸造性能.由于结晶温度间隔很小，它的流动很好，易形成集中缩孔，铸件组织致密，偏析倾向较小