金属材料学复习资料

1、金属材料学复习资料.名词解释1、合金元素：为了得到一定的物理、化学或机械性能而特别添加到钢中的化学元素.常用M来表不'2、微合金元素：有些合金元素如V,Nb,Ti,Zr和B等,当其含量只在0.1%左右如B0.001%,V0.2%时,会显著地影响钢的组织与性能,将这种化学元素称为微合金元素.3、奥氏体形成元素：在丫-Fe中有较大的溶解度,且能稳定丫相；如Mn,Ni,Co,C,N,Cu;4、铁素体形成元素：在a-Fe中有较大的溶解度,且能稳定a相.如：V,Nb,Ti等.5、原位转变析出：元素向渗碳体富集,当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时,合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物.6、离位转变

2、析出：在回火过程中直接从a相中析出特殊碳化物,同时伴随着渗碳体的溶解,可使HRC和强度提升二次硬化效应.如V,Nb,Ti等都属于此类型.7、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后剩余奥氏体十分稳定,甚至加热到500600c范围内回火时仍不分解,而是在冷却时局部转化成马氏体,使钢的硬度提8、二次硬化：在含有Ti、V、N仄MoW等较高合金淬火后,在500600c范围内回火,在a相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物,并使钢的硬度和强度提升9、液析碳化物：由于碳和合金元素偏析,在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物.10、带状碳化物：由于二次碳化物偏析,在偏析区沿轧向伸长呈带状分布.一|1

3、1、网状碳化物：过共析钢在热轧锻加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的.12、水韧处理：高镒钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性.将高镒钢加热到单相奥氏体温度范围,使碳化物充分溶入奥氏体,然后水冷,获得单一奥氏体组织.13、超高强度钢：用回火M和下B作为其使用组织,经过热处理后一般讲,抗拉强度在大于1400MPa或屈服弓虽度大于1250MPa的中碳钢均称为超高强度钢.14、晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铭的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铭区,贫铭区成为微阳极而发生的腐蚀.15、应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现低于强度极限

4、的脆性开裂现象.16、n/8规律：参加Cr可提升基体的电极电位,但不是均匀的增加,而是突变式的.当Cr的含量到达1/8,2/8,3/8,.原子比时,Fe的电极电位就跳跃式显著提升,腐蚀也显著下降.这个定律叫做n/8规律.17、阳极极化：自流电通过阳极时,阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象.18、蠕变极限：在某温度下,在规定时间到达规定变形时所能承受的最大应力.19、持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力I刀.20、持久寿命：它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间.21、碳当量：一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响,将这些元素的量折算成C%的增减,这样算得的碳量称为碳当量C.

5、EC.E=C+0.3Si+P+0.4S-0.03Mn由于S,P%氐,Mn的作用又较小C.E=C+0.3Si22、共晶度：铸铁含C量与共晶点实际含C量之比,表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度.共晶点实际C量=4.3-0.3Si23、孕育处理：指在凝固过程中,向液态金属中添加少量其它物质,促进形核、抑制生长,到达细化晶粒的目的.向铸铁中参加添加剂称为孕育处理；向有色合金中那么称变质处理.24、可锻铸铁：碳大局部或全部以絮状石墨形态存在于铸铁,其能承受高冲击及振动载荷.25、球化处理：它是铸铁在铸造时处理合金液态的一种工艺,用来获得球状石墨,从而提高铸铁的机械性能.26、黄铜；铜锌合金称为黄铜,再参

6、加其他合金元素后,形成多元黄铜.27、锌当量系数：黄铜中参加M后并不形成新相,只是影响a,3相的相对含量,其效果象增加了锌一样.可以用参加1%的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算系数来预估参加的合金元素对多元黄铜组织的影响,这种换算关系称为锌当量系数.28、青铜：是Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和Co等元素组成的合金的统称.29、白铜：是以馍为主要合金元素的铜合金二、简做题1、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在-Fe中形成无限固溶体？哪些能在-Fe中形成无限固溶体？答：铁素

7、体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al;奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr;能在丫-Fe中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni2、简述合金元素对扩大或缩小丫相区的影响,并说明利用此原理在生产中有何意义？答：1扩大丫相区：使A3降低,A4升高一般为奥氏体形成元素,分为两类：a,开启丫相区：Mn,Ni,Co与丫-Fe无限互溶b,扩大丫相区：有C,N,Cu等.如Fe-C相图,形成的扩大的丫相区,构成了钢的热处理的根底.2缩小丫相区：使A3升高,A4降低.一般为铁素体形成元素,分为两类：a.封闭丫相区：使相图中丫区缩小到一个很小的面积形成丫圈.其结果使8相区与

8、a相区连成一片.如V,Cr,Si,A1,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb.b.缩小丫相区：Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等3生产中的意义：可以利用M扩大和缩小丫相区作用,获得单相组织,具有特殊性能,在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛；预测钢的组织和性能.3、简述合金元素对铁碳相图如共析碳量、相变温度等的影响.答：1改变了奥氏体区的位置2改变了共析温度：扩大丫相区的元素使A1,A3下降缩小丫相区的元素使A1,A3升高.当Mo>8.2%,W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%,丫相区消失.3.改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移.提问：对组织与性能

9、有何影响呢？3、如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点.答：二次硬化：在含有Ti,V,Nb,Mo,W等较高合金钢淬火后,在500-600c范围内回火时,在“相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物,并使钢的HRC和强度提升.但只有离位析出时才有二次硬化现象二次淬火：在弓虽K形成元素含量较高的合金钢中淬火后丫十分稳定,甚至加热到500-600C回火时升温与保温时中仍不分解,而是在冷却时局部转变成马氏体,使钢的硬度提升.相同点：都发生在合金钢中,含有强碳化物形成元素相对多,发生在淬回火过程中,且回火温度550c左右.不同点：二次淬火,是回火冷却过程中Ar转变为m,是钢硬度增加.二次硬化：回火

10、后,钢硬度不降反升的现象(由于特殊k的沉淀析出)4、一般地,钢有哪些强化与韧化途径？答：强化的主要途径宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段.微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位错,抑制位错源的开动,如晶须.固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相强化沉淀强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量；预防预存的显微裂纹；形变热处理；利用稳定的剩余奥氏体来提升韧性；参加能提升韧性的M,如Ni,Mn;尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相.5、对于工程应用来说,普通碳素

11、钢的主要局限性是那些？答：普通碳素钢：Ws4.05%,Wp磷.045%(1)强度和屈强比低,塑性一般,且形状复杂,不便于用锻压制成的毛坯零件,只能用于静态工程；(2)焊接性能一般,对焊接技术要求严格；(3)冲击韧性差,时效感应低.6、工程构建用合金结构钢的成分和性能要求是什么？答：成分要求：(1)低碳,C%<0.25%(2)加适量的合金元素提升强度,当合金元素含量较低时(如低合金高强度钢和微合金化钢),其基体组织是大量的F和少量的P;当合金含量较高时,其基体组织可变为：B、针状F或M组织.性能要求：(1)足够高的强度、良好的塑性,良好的冷变形性和焊接性能；(2)适当的常温冲击韧性,有时要

12、求适当的低温冲击韧性；(3)以工艺性能为主,；力学性能为辅.7、什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？试举例说明.答：微合金钢：利用合金化元素微Ti,Nb,V等主要依靠细晶强化和沉淀强化来提升强度的合金化的高强度低合金钢；主要微合金化元素：Ti,Nb,V;主要作用：抑制A形变再结晶；阻止A晶粒长大；沉淀强化；改变与细化钢的组织.举例：利用限制轧制和限制冷却工艺-高强度低合金钢8、低碳贝氏体钢的合金化有何特点？答：合金元素主要有：C、Mn、Al、Nb、Mo、B合金元素主要是能显著推迟先共析F和P转变,但又B转变推迟较少的元素如Mo,B,可得到贝氏体组织.(1)参加Mn,Ni

13、,Cr等合金元素,进一步推迟先共析F和P转变,并使Bs点下降,可得到下B组织；(2)参加微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用；(3)低碳,使韧性和可焊性提升.9、双相钢的组织与性能有何特点？答：组织：a+岛状M+少量Ar(或20%30%M+80%70%a)性能特点：(1)低屈服强度,其不大于350MPa；(2)钢的b-e曲线光滑连续,无屈服平台、更无锯齿形屈服现象；(3)高的均匀伸长率和总伸长率；(4)高的加工硬化指数；(5)高的塑性应变比.10、GCr15钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铭的含量约为多少分别以什么形式存在于哪些相中？碳和铭的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是

14、什么？答：高碳铭轴承钢.C含量1%,一局部固溶于奥氏体中,一局部形成碳化物.Cr含量1.5%.一局部固溶于奥氏体,一局部形成合金碳化物.C的作用：提升淬透性,获得高硬度和耐磨性Cr的作用：提升淬透性、耐磨性、耐蚀性、回火稳定性以及获得高热疲劳性预先热处理：(扩散退火,正火)+球化退火最终热处理：淬火+低温回火+(稳定化处理)11、合金元素在渗碳钢和氮化钢中的作用有何异同点？答：渗碳钢的合金化元素主要有Mn、Cr、Ni、W、V、Ti、Mo；其中Mn、Cr、Ni提升其淬透性；W、V、Ti、Mo细化晶粒,此外,Mn、Cr、Ni还改善渗碳层性能.氮化钢；Al、Nb、V、Cr、W、Mo；Al提升外表硬度

15、；Cr、Mo、Mn提升淬透性；Mo、V稳定组织.12、说出以下牌号的材料种类、成分、使用状态、组织、主要性能特点.答：(1)40MnVB:调质钢；C%=0.4%,含少量的Mn、V、B;调质状态；回火索氏体；有良好的综合力学性能.(2) 20MnVB:渗碳钢；C%=0.2%,合金化元素为Mn、V、B;淬火态；板条马氏体；外表高硬度、高接触疲劳抗力、良好的耐磨性、心部有一定塑韧性.(3) 60SiMn：弹簧钢；C%=0.6%,Si%>1.5%,少量Mn;淬火+中温回火；回火屈氏体；有一定的冲击韧性,较高的弹性极限,屈强比最高的疲劳强度.(4) Y12:易切削钢；C%=0.12%;铁素体+少量

16、P;质软,有良好的塑性和韧性.13、从总体看,工具钢与结构钢相比,在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与实际应用方面各自有何特点？结构钢工具钢成分C:中低C合金九素：中偏低cC:中高C合金元素：中偏低高组织P(S,T),B,MM,S,T热处理退、正、淬、回火淬火回火综合性能强韧(热)硬,强应用工程或制造结构各种工具14、什么是红硬性？为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中提升红硬性答：红硬性：在高的温度下保持硬度的水平.提升热硬性的元素有：W、Mo、V、Co、N(常与Al配合参加).15、高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为什么高达1280C?在加热过程中为什么要在60

17、0-650C和800-850C进行二次预热保温？答：加热温度高：为使奥氏体中合金度含量较高,应尽可能提升淬火温度至晶界熔化温度偏下晶粒仍然很细,8-9级.目标：淬火后获得高合金的M组织,具有很高抗回火稳定性；在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化,使钢具有高的硬度和热硬性.一次或两次预热：由于高合金的高速钢导热性差,为预防工件加热时变形,开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳.16、一次硬化、二次硬化对Cr12MoW钢的组织、性能有什么影响？答：一次硬化：采用较低的淬火温度和低温回火,淬火温度低,晶粒细小,强韧性好,随加热温度升高,碳化物溶解量增加,A合金度增加,？?火后剩余A增加,硬度降低

18、.二次硬化：较高的淬火温度,进行屡次高温回火,高的淬火温度溶解了大局部碳化物,Or,Fe7C3仅剩5%左右,组织中绝大局部是剩余A.17、从电化学腐蚀原理看,采用哪些途径可提升钢的耐蚀性？答：1使钢外表形成稳定的外表保护膜；2得到单相均匀的固溶体组织；3提升固溶体阳极的电极电位.Cr决定和提升耐蚀性的主要元素；Ni可提升高而t蚀性；Mo提升不锈钢的钝化水平；Mn、N提升高铭不锈钢在有机酸中的耐蚀性；Cu少量参加可有效提升不锈钢在H2SO4及有机酸中中的耐蚀性；Si可提升在HCl、H2SO4、和高浓度HNO3中的耐蚀性.18、奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因,影响因素与预防方法.答：原因：奥氏体不

19、锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铭的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铭区,贫铭区的宽度约10-5cm,Cr<12%.在许多介质中没有钝化水平,贫铭区成为9微阳极而发生腐蚀.影响因素：a,C:C<0.03%时无晶间腐蚀；化学成分：参加Ti,NbC,使奥氏体内固溶的C<0.03%以下.b.加热温度：550-800C650C最敏感,T>800C时K重溶；T<500C,扩散困难.c.加热时间：时间很长或很短,都难以存在晶间腐蚀.预防方法：超低C;改变K类型；固溶处理；获得丫+810-50%双相组织.19、不锈钢发生应力腐蚀破裂的产生原因,影响因素与预防方法.答：原因：

20、不锈钢在某些介质中受张应力时经过一段不长时间就会发生破坏.影响因素：介质特点,附加应力和钢的化学成分.1介质：含有Cl-和OH-腐蚀介质中特别敏感；2应力：应力越大,越严重；3介质温度：温度越高,越严重；4不锈钢组织与成分：对应力腐t的影响.预防举措：1提升纯度降低N,H以及杂质元素含量；2参加2-4%Si或2%Cu或提升Ni%>35%;3采用高纯度15-25%F不锈钢；4采用奥氏体和铁素体50-70%双相钢.20、说明以下典型牌号的材料种类、成分或合金系、使用状态、组织、主要性能特点.答：12Cr13:马氏体不锈钢；C%=0.18%0.25%,Si%高.0%,Mn%<1.0%,C

21、r%=12.00%14%;马氏体；高强度不锈钢,耐蚀性好,硬度高,有磁性.（2） 1Cr25Ti:不锈耐热钢；F不锈钢；有磁性,脆性大.31Cr18Ni9Ti:A不锈钢；C%<0.07%,Si%<1.0%,Mn%<2.0%,P%<0.035%,S<0.03%,Ni%=8%11%,Cr%=17.00%19%,Ti%=0.5%0.7%;较好的抗晶间腐蚀性能和冷热加工性能,对氧化性强酸有很强的抗腐蚀性,对碱溶液及大局部有机酸和无机酸也有一定的抗腐蚀性能,无磁性.21、高温强度指标有哪些？答：1蠕变极限：在某温度下,在规定时间到达规定变形时所能承受的最大应力.2持久强度：

22、在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力I刀.3持久寿命：它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间.4高温下的紧固件要求有低的应力松弛性能5承受交变应力的高温零件要求高温疲劳强度22、合金元素对钢化学稳定性有哪些影响？答：钢中参加Cr、Al、Si可提升FeO出现的温度,改善钢的高温化学稳定性,Cr是提高抗氧化水平的主要元素；Al能单独提升钢的抗氧化水平；Si增加钢的脆性,参加量受限制,只能做辅加元素.少量稀土金属或碱金属能提升耐热钢和耐热合金的抗氧化水平,WMo将降低钢和合金的抗氧化水平.23、铸铁与钢相比,在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？答：铸铁与钢总体比拟：铸铁A.成分：C、Si

23、含量高,S、P含量高；2.5-4.0C,1.0-3.0Si,0.5-1.4Mn,0.01-0.5P,0.02-0.2SB.组织：钢的基体+不同形状石墨；C.热处理：不同形式的热处理D.性能：取决于基体组织及G数量、形状、大小及分布.G:HB3-5,屈强20MPa,延伸率近为0;G对基体有割裂削弱作用,对钢强度拉强度、塑性、韧性均有害,其性能特别塑、韧性；比钢要低,但：具有优良的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敏感性；E.生产：铸铁熔化设备简单,工艺操作简便,生产本钱低廉24、对灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分主要是C与Si、组织、牌号、主要性能与应用做相互比照.答：灰

24、口铸铁可锻铸铁球墨铸铁成分C:2.5-3.6;Si:1-2.5C:2.2,;Si:1.2-2.0,Mn:0.4-1.2,P<0.1,S<0.2;C:3.6-3.8%,Si:2.0-2.5Mn:0.6-0.8,P<0.1组织F,F+P,P+片状G(A型.F型)P,F+团絮状GF,P+球状G牌号HT100,150,200,250,HT300,350KT300-6,330-8,350-10,370-12(F-KT)KTZ450-5500-4,600-3,700-2(P-KT)QT400-18,400-15,450-10,500-7,600-3,700-2,800-2,900-2性能

25、强度较低,塑韧性低,硬度HB130-270,耐磨性好,减振性好,缺口敏感性小等较图强度,良好塑性,有一定的塑变水平展性铸铁,马铁,但并不能锻造.但生产周期长,工艺复杂,成本较局.基体强度利用举图,可达70-90%;强度,塑性,韧性,疲劳强度明显提高用途可用作耐压减震件,如机床底座、支柱等制造一些形状复杂而在工作中以经受震动的薄壁25mm小件可制造各种受力复杂、负荷较大和耐磨的重要铸件,如曲轴、连杆、齿轮等,在一定条件下可取代铸钢、锻钢、合金钢.25、说出以下典型牌号钢材料种类、成分或合金系、使用组织、主要性能特点.答：牌号材料种类成分或合金系使用组织性能HT300灰口铸铁C:2.53.6%Si

26、:12.5%F、F+P、P+片状G强度较低,塑韧性低,抗拉强度m00MPa,而寸磨性好,减振性好,缺口敏感性小等QT600-1球墨铸铁C:3.63.8%Si:22.5%Mn:0.60.8%P<0.1%F,P+球状G基体强度利高,可达70-90%;强度,塑性,韧性,疲劳强度明显高db壬00MPa8mKTZ600-3珠光体展性铸铁C:2.2%,;Si:1.2-2.0%,Mn:0.4-1.2%,P<0.1%,S<0.2%;P,F+团絮状G较高强度,良好塑性,有一定的塑变水平展性铸铁,马铁,但并不能锻造.26、以Al-4%Cu合金为例,阐述铝合金的时效过程及主要性能强度变化.答：分为

27、四阶段：1形成溶质原子Cu的富集区一GPI与母相aAl为基的固溶体保持共格关系,引起“的严重畸变,使位错运动受阻碍,从而提升强度；2GPI区有序化一GPII区.'化学成分接近CuAl2,具有正方晶格,引起更严重的畸变,使位错运动更大阻碍,显著提升强度；3溶质原子的继续富集,以及.形成.已到达CuAl2,且局部地与母相晶格脱离关系,晶格畸变将减轻,对位错阻碍水平减小,合金趋于软化,强度开始降低.4稳定相0的形成与长大与母相完全脱离晶格关系,强度进一步降低.这种现象称为过时效27、变形铝合金分为几类？说明主要变形铝合金之间的合金系、牌号及主要性能特点.答：1非热处理强化变形铝合金主要有防锈

28、铝合金：合金系：Al-M牌号：LF21Al-Mg-Mn牌号：LF2,3,5,6,7,10,11,12等性能：耐蚀性好；塑性好易加工成形；焊接性好；可利用冷加工硬化来提升强度2热处理强化变形铝合金,过饱和固溶处理和时效处理；主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金：A硬铝：根本是Al-Cu-Mg合金;牌号性能低合金硬铝挪钉硬铝LY1,LY3,LY10合金Mg,Cu%较低,后较同塑性,但强度较低,时效速度慢.标准硬铝LY11可淬火过饱和固溶时效,强度提升高合金硬铝LY12具有良好的耐热性,强度高,但塑性及承受冷热加工水平差.耐热硬铝较多的Mn,Mg,强化相S,.外,还有Al19Mg2Mn,可制做250-300

29、C工作的飞机零件.B超硬铝合金,Al-Zn-Mg-Cu系合金牌号：LC3,LC4,LC5,LC6,LC9性能：强度高淬火+120C时效,但抗蚀性差包铝,组织稳定性不好,工作温度小于120cC锻铝合金合金系：Al-Mg-Si,Al-Mg-Si-Cu普通锻铝合金；Al-Cu-Mg-Ni-Fe耐热锻铝合金牌号：LD2,LD5,LD6,LD10;LD7,LD8,LD9性能：良好的热塑性,较高的机械性能.28、铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点.答：普通锻铝合金：Al-Mg-Si,Al-Mg-Si-Cu耐热锻铝合金：Al-Cu-Mg-Ni-Fe合金系牌号主要性能特点Al-Si系ZL1xx最好的铸造性能、中等强度和抗蚀性,应用最广泛.Al-Cu系ZL20x最高的高温和室温性能,适于制造人负何或耐热铸件,但铸造性能和抗蚀性较差.Al-Mg系ZL30x有最好的抗蚀性和较高的强度,但铸造、耐热性能差,适于抗蚀、耐冲击和外表装饰性高的铸件.Al-Zn系ZL40x铸态下的高强度铝合金,在强度、抗蚀性和铸造性能,均中等29、说出以下典型牌号的材料种类、成分或合金系、使用状态组织、主要性能特点.答:种类成分或合金系组织性能L5纯铝LF21铝镒防锈铝合金Mn：1.0-1.6%含Mn的a固溶体和弥散分步的MnAl6塑性好,在大气和海水中耐