金属材料学试题

08年金属材料学试题一.填空.形成强，中，弱碳〔氮〕的合金元素耐大气腐蚀的合金元素铸铁的分类不锈钢,耐热钢,耐蚀钢.(参考《金属学与热处理》机械工业出版社钢的牌号)二.名词解释1、相间沉淀：合金元素钒在钢中的有利作用主要是以其碳,氧化物形式存在于基体和晶界上,起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用.钒在铁素体中的溶解度比在奥氏体中的溶解度小的很多,随着相变的进展,在肯定的热力学和动力学条件下,钒的碳,氮化物在相界析出,通过在两相区加速冷却,可以细化晶粒,掌握其碳,氮化物的析出,其沉淀物的大小和分布,打算了其沉淀强化的效果.2、晶间腐蚀：晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀。腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的邻近区域进展，晶粒本身腐蚀很稍微，这种腐蚀便称为晶间腐蚀。3、高温回火脆性：在回火过程中随着回火温度的上升，塑性不断增加，而冲击韧性却不是呈直线上升的，在低温250-400度回火和高温450-650度范围内回火时，韧性会消灭下降现象，这就是回火脆性。前者称为低温回火脆性，后者称为高温回火脆性。低温回火脆性又称为不行逆回火脆性或第一类回火脆性。碳钢与合金钢均会消灭这种回火脆性，可能与低温回火时在晶界或亚晶界上析出连续碳化物薄片有关，对于低温回火脆性，只有避开在该脆性温度范围内回火才能防止。合金钢在450-650+快冷的方法消退。4475℃脆性：Fe-Cr合金在400～550℃环境中长期加热时,会产生一种特别的脆性,硬度显著提高,冲击韧性475℃脆性，可用参加稀土元素的方法解决。三.大题:1、沉淀强化位错和其次相交互作用形成其次相强化。对于一般合金来说其次相强化往往比固溶强化效果更为显著。依据[4]假设要单〔或〕由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而产生的一种强化。析出强化在微合金钢等金属材料的生产中有相当重要的作用。微合金钢生产中，只参加微量的合金元素，只能形成碳、氮化物，主要通过细晶强化和析出强化来进展强化。微合金化钢的特点之一就是利用碳、氮化物的溶解—析出行为。微合金钢的基体内分布的碳、氮化物，还有金属间化合物、亚稳中间相等其次相质点的析出在间界、运动位错之间产生的相互作用，导致钢的流变应力和屈服强度的提高。这就是微合金钢的析出强化。就位错与其次相的交互作用而言，一般将其次相分为变形的和不变形的两大类，其强化机制不同。这时的析出相是可以变形的，位错可以切过析出相。当析出相有肯定尺寸的时候，就属于不行变形的，运动位错接近它们时，只能绕过它们。像钢中的碳化物、氮化物一般都是不行变形的。施加在位错的钉扎点上。因弹**互作用产生强化。一般说来，析出强化产生的强化作用在析出的其次相是尺寸细小、数量较多而且分布均匀的状况下，可以使材料获得最大的强化效果。比方在Nb、V、Ti三种微合金元素中，Nb、V和Ti的微细析出相才能起这种作用，所以钢的热机械处理〔或控轧控冷〕要力图实现细小的析出，然而0.003～0.1mm颗粒度的析出也都能产生肯定的效果。2、固溶强化一般来说，无论置换固溶体还是间隙固溶体，固溶体的硬度、强度总是比组成它的纯金属要高，并且随着〔置换固溶体状况下低碳钢在常温状态属于体心立方晶格构造的材料，较小原子半径的元素如C、N，通常以间隙的形式固溶在铁Nb、V、Ti、Mo、Al等等都置换晶格某个铁原子的位置的形式。固“固溶强化”。[2]就固溶强化的微观机理而言，固溶强化是由于溶质原子和位错的交互作用的结果。溶质原子和位错的交互作用就其性质而言，可以是弹性的、化学的、电性的和几何的等几种类型。溶质原子可以偏聚到位错四周[3]在几种性质类型的交互作用中，溶质原子和位错的弹**互作用最为重要。晶体中的溶质原子是点缺陷的一种，会引起其四周发生弹性畸变。〔〕在时效热处理过程中，该合金组织有以下四个阶段：塑性、韧性下降的现象G•P〔Ⅰ〕区在淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初区。G•P〔Ⅰ〕α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度上升。G•P〔Ⅱ〕区G•P〔Ⅱ〕G•P〔Ⅰ〕θ”G•P〔Ⅰ〕区四周的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作θ”相析出阶段为合金到达最大强化的阶段。(3)θ′G•P〔Ⅱ〕区连续偏聚，当铜原子与铝原子比为θ′θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格θ′相四周基体的共格畸变减弱，对位错成合金时效强化的重要因素。θ相Al2Cu，称为时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚拢长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚拢长大而变得粗大。〔参考《金属材料学》冶金工业出版社〕一、填空题〔301分〕1、钢的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。其中细晶强化 性能的奉献是既提高强度又改善塑、韧性。2、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求 、能实行比较缓慢的冷却方式以削减变形、开裂倾向 。3、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析 、 碳化物带状、 碳化物网状。4、选择零件材料的一般原则是满足力学性能要求 、良好的工艺性能、经济性 和环境协调性等其它因素。5、但凡扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下 方移动，例Mn、Ni等元素〔写出2个凡封闭γ区的元素使S、E点向左上 方移动，例Cr、Mo 出2个。S点左移意味着共析碳含量降低 。6、QT600-3是球墨铸铁 “600”表示抗拉强度不小于600MPa “3”表示 延长率不于3% 。7、H68是黄铜 ，LY12是 硬铝 ，QSn4-3是锡青铜 。8、在非调质钢中常用微合金化元素有T、V 等〔写出2个，这些元素的主要作用是 细晶化 和 沉淀强化 。9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化 两过程，和钢的热处理最大的区分是 没有同素异构转变 二、解释题〔30分，每题5分〕1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲乏性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲乏性能的要求。2S、P的含量。答案要点：S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；PFe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。3、9SiCrT9钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。答案要点：Si是非K形成元素，能有效地强化铁素体，所以使钢在退火后硬度偏高；Si提高碳活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时脱碳倾向较大。4答案要点：Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高〔高、高M，使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。5、4Cr13含碳量〔质量分数〕0.4%左右，但已是属于过共析钢。答案要点：Cr元素使共析S点向左移动，当Cr含量到达肯定程度时，S点已0.4%C4Cr13是属于过共析钢。61Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大。答案要点：1Cr18Ni9含C较高，又没有Ti等稳定C的强碳化物形成元素，所以在晶界上简洁析出Cr23C6，从而使晶界上产生贫Cr区，低于不锈钢的根本成分要求，所以在晶界处的腐蚀倾向比较大。三、问答题〔40分〕〔10分〕答案要点：Ni↓位错运动阻力，使应力松弛；A，→Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好；Ni促进有害元素偏聚；↓Ms，↑Ar→↓马氏体相变驱动力。2〔123分〕淬火加热时，为什么要预热?么这样高?560℃左右，并且进展三次，为什么?答案要点：1〕高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可削减工件加热过程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，削减氧化脱碳；可准确地掌握炉温稳定性。2〕由于高速钢中碳化物比较稳定，必需在高温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。3〕560℃左右回火，才能弥散析出特别碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能到达了最正确状态。一次回火使大局部的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体掌握在适宜的量，并且使内应力消退得更彻底。4〕分级淬火目的：降低热应力和组织应力，尽可能地减小工件的变形与开裂。3、从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径?〔8〕参加Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒；提高回火稳定性，参加Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素；改善基体韧性，主要是参加Ni元素；细化碳化物，如参加Cr、V等元素使K小、匀、圆；降低或消退钢的回火脆性，主要是Mo、W〔2分〕9Mn2V〔10〕答案要点：D

；=~30mm；油Mn↓↓MSAR20~22%，使工件变形较小；3〕VMn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜200℃以下回火；钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。一、填空题〔30分〕1、钢的合金化根本原则是多元适量 、 复合参加 。细化晶粒对钢性能的奉献是 高强度又提高塑韧性 。2、在钢中，常见碳化物形成元素有 、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱挨次排列，列举5个以上。钢中二元碳化物分为两类r/rM ≤0.59为简洁点阵构造有MC 和M2C 型其性能特点是硬度高熔点高、稳定性好；rc/rM>0.59为简单点阵构造，有M3C 、M7C3 和M23C7 型。3选择零件材料的一般原则是力学性能、工艺性能 、经济性 和环境协调性等其它因素。4、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要缘由是在晶界上析出了Cr23C6 ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有参加Ti、Nb等强碳化物形成元素 、 降低钢中的含C量 。5、影响铸铁石墨化的主要因素有化学成分、冷却速度 铁在浇注时要经过孕育处理和 球化 处理。QT600-3是球墨铸铁 。6、对耐热钢最根本的性能要求是热强性 、 抗氧化性 。7铁基固溶体的形成有肯定规律影响组元在置换固溶体中溶解状况的因素有：点阵构造 、电子因素 、 原子半径 。8、提高钢淬透性的主要作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求 、能实行比较缓慢的冷却方式以削减变形、开裂倾向 二、解释题〔30分，每题5分〕1、40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。答案要点：MnMnA1C40Mn2钢过热敏感性比较大。2、40CrNiMo钢正火后，切削性能比较差。答案要点：40CrNiMo钢由于含有提高淬透性的元素Cr、Ni、Mo，而且又是多元复合作用更大，所以钢的淬透性很好，在正火条件下也会有大量的马氏体产生。因此其切削性能比较差。3、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。答案要点：灰铁：G形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且G割裂基体严峻，使材料有效承载面积大为减小。而球铁：G可达70~90%；且球状G应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中根本都能承受，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。4、铝合金的晶粒粗大，不能靠重加热热处理来细化。答案要点：铝合金没有同素异构转变，不能象钢那样可以靠重加热产生重结晶来细化晶粒。5、H68、H70俗称弹壳黄铜，常用于制造炮弹壳、子弹壳。答案要点：弹壳黄铜的Zn含量小于32%，所以是单相α黄铜，其塑性很好，特别适宜制造要求深冲压性能较好的弹壳等零件。6S、P的含量。答案要点：S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；PFe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。三、问答题〔40分〕1、试总结Si元素在合金中的作用，并简要说明缘由〔10分。答案要点：↑σ↑低温回火稳定性→抑制ε-K形核长大及转变；↑抗氧化性→形成致密的氧化物； 〔2分〕↑淬透性→阻挡K形核长大，使“C”C时作用较大；↑淬火温度→F形成元素，↑A1；C、石墨化倾向→Si↑SiC〔2分〕〔3分W、V、Cr合金元素的主要作用〔3分。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征〔6分。答案要点：高速钢的铸态组织为：黑色组织〔混合型〕+白亮组织〔M和AR〕+莱氏体，高速钢铸态组织图〔略。W：提高红硬性、耐磨性的主要元素；V：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含V，V能有效细化晶粒，且VC也细小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠热：晶粒很细小，K很多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。〔8〕答案要点：参加Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒；提高回火稳定性